KR200313999Y1 - 고압방전등용 자기식 안정기의 무부하 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고압방전등용 자기식 안정기에 부가되어 안정기의 이그나이터로부터 무부하상태를 감지하여 안정기에 입력되는 AC 입력전원을 단속함과 더불어, 램프의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 램프가 재점등할 정도로 충분히 식을 시간 동안 안정기 입력전원을 차단하지 않고 기다렸다가 램프를 점등시키는 시간지연 기능을 갖는 고압방전등용 자기식 안정기의 무부하 보호회로에 관한 것이다. 본 고안에 있어서는 종래의 고압방전등용 안정기에 입력단속부와 무부하감지/시간지연부가 추가로 포함된다. 무부하감지/시간지연부는 이그나이터의 스위칭소자(SCR 등)의 온/오프에 따라 충방전하는 콘덴서 및 이 콘덴서의 충방전 상태에 따라 턴온/오프되는 트랜지스터로 구성되며, 입력단속부는 상기 무부하감지/시간지연부의 출력신호를 받아들이는 포토커플러와 입력전원을 단속하는 릴레이를 포함하여 구성된다.

Description

고압방전등용 자기식 안정기의 무부하 보호회로 {No-load protection circuit for magnetic-type ballast of high intensity discharge lamp}

본 고안은 고압방전등용 안정기 회로에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 고안은 종래의 고압방전등용 자기식 안정기에 부가되어 안정기의 이그나이터로부터 무부하상태를 감지하여 입력전원을 단속하는 것을 특징으로 하는 회로에 관한 것이다.

가로등 조명이나 고천정 조명 등으로 많이 사용되고 있는 고압방전등(수은등, 나트륨등, 메탈할라이드등 등)을 점등하기 위해서 램프에 높은 초기 시동전압을 공급하고 점등후에 전류를 제어하기 위하여 안정기(ballast)가 필요하다.

일반적으로 안정기에는 전자식 안정기와 자기식 안정기가 있다. 전자식 안정기에 있어서는 램프의 무부하상태(입력전원이 인가된 상태에서 램프를 안정기에 연결하지 않을 때, 램프가 파손되어 점등되지 않을 때, 램프의 수명이 다하여 점등되지 않을 때를 포함함)를 감지하여 입력전원을 차단하는 것이 가능하지만, 자기식 안정기에 있어서는 이러한 무부하 보호회로가 존재하지 않고 있다.

따라서, 무부하상태에서도 안정기의 이그나이터(ignitor)가 계속해서 작동하므로 안정기의 출력단에 수 kV의 높은 펄스의 전압이 발생된다. 때문에 감전의 위험은 물론, 계속해서 이그나이터가 작동함에 따른 불필요한 전력소모의 문제가 생긴다. 이는 특히 피상전력을 증가시켜서 국가적으로 에너지의 낭비를 초래하게 된다.

본 고안은 상기와 같은 종래 고압방전등용 자기식 안정기의 문제점을 해결하고자, 램프의 미연결, 램프의 파손 등에 따른 무부하상태인 경우에 자동으로 안정기에 입력되는 전원을 차단함으로써 이그나이터를 정지시켜서 안전성을 키우고 불필요하게 전력이 소모되는 것을 방지하며, 램프가 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 램프가 재점등할 정도로 충분히 식을 시간 동안 안정기 입력전원을 차단하지 않고 기다렸다가 램프를 점등시키는 것을 목적으로 본 고안에 따른 고압방전등용 안정기의 무부하 보호회로를 고안하였다.

도1은 본 고안에 따른 회로의 블록도.

도2는 본 고안에 따른 회로의 원리도.

도3은 본 고안에 따른 회로의 구체적 회로도.

<도면부호의 설명>

전원입력부(21), 안정기(22), 이그나이터(23), 램프(24), 무부하감지/시간지연부(25), 입력단속부(26), 전원선(27)

<고안의 개요>

본 고안은 기본적으로, 고압방전등용 자기식 안정기에 부가되어 안정기의 이그나이터로부터 무부하상태를 감지하여 안정기에 입력되는 AC 입력전원을 단속함과 더불어, 램프의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 램프가 재점등할 정도로 충분히 식을 시간 동안 안정기 입력전원을 차단하지 않고 기다렸다가 램프를 점등시키는 시간지연 기능을 부여하는 것을 기본개념으로 한다.

따라서, 본 고안에 있어서는 종래의 고압방전등용 안정기에 입력단속부와 무부하감지/시간지연부가 추가로 포함된다. 무부하감지/시간지연부는 이그나이터의 스위칭소자(SCR 등)의 온/오프에 따라 충방전하는 콘덴서 및 이 콘덴서의 충방전 상태에 따라 턴온/오프되는 트랜지스터로 구성되며, 입력단속부는 상기 무부하감지/시간지연부의 출력신호를 받아들이는 포토커플러와 입력전원을 단속하는 릴레이를 포함하여 구성된다.

이하, 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

<구체적인 실시예>

도1은 본 고안의 기본구성을 나타내는 블록도이고, 도2는 기본 회로도이다. 도2의 회로도가 도1의 블록도를 구체화한 것이기는 하지만, 도2가 아직 완전한 회로가 된 것은 아니다. 실제로 상품화하기 위해서는 도2에 여러가지 소자들이 부가되어야 하지만, 도2의 회로도는 본 고안의 구성을 설명하기 위한 최소의 구성으로서 당업자라면 도2의 회로도를 이용하여 본 고안의 기술사상을 용이하게 구현할 수있을 것이다.

도1을 참조하면, 본 고안은 대략,

AC전원이 입력되는 전원입력부(21),

상기 전원입력부(21)에 입력되는 전압으로부터 고전압의 펄스전압을 출력하여 램프(24)를 점등하는 이그나이터(23)를 포함하는 공지의 자기식 안정기(22),

상기 안정기(22)의 출력에 램프(24)가 연결되지 않거나 램프(24)가 점등되지 않는 상태(이하 "무부하상태"라 함)를 검출하는 기능과 함께, 램프(24)의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 램프가 재점등할 정도로 충분히 식을 시간 동안 안정기(22)의 입력전원을 차단하지 않고 기다렸다가 램프를 점등시키는 시간지연 기능을 하는 무부하감지/시간지연부(25),

상기 무부하감지/시간지연부(25)의 감지신호에 따라, 무부하상태로 감지된 경우에는 상기 전원입력부(21)에 입력되는 전원을 차단하고, 무부하상태가 아닌 것으로 감지된 경우에는 입력전원을 연결하는 입력단속부(26)로 구성된다.

다음에, 도2를 참조하여 도1의 각 블록의 구체적인 구성 및 작용을 설명한다.

- 이그나이터(23)

도2에서 보듯이, 이그나이터(23)는 전원입력부(21)와 단속되는 전원선(27)에 일단이 연결된 탭트랜스 T와, 탭트랜스 T의 센터탭에 연결된 콘덴서 C6과, 탭트랜스 T의 출력단(램프 24가 연결되는 단)에서 분기되는 분압저항(R8,R7,R6)과, 분압저항(R8,R7,R6)에 의해 분압된 전압에 의해 게이트제어되는 SCR소자 Q3으로 구성된다.

램프(24)가 점등되기 전이나 램프가 없어 무부하상태이거나 램프의 파손 및 수명이 다한 경우 등 램프(24)가 점등되지 않을 때에는, 램프(24)가 연결되는 안정기(22) 출력의 양단에 걸리는 전압은 AC 입력전원의 피크전압인 311V가 된다(입력전원이 220Vrms인 경우). 한편, 램프(24)가 정상적으로 점등될 때에는 램프양단 전압은 이 311V보다 낮아져 최대 램프관전압치(약 130V)로 강하된다. 따라서 이그나이터는 311V로 높은 전압일 때 동작하게 된다.

즉, 램프(24)가 점등되지 않을 때에는 램프의 양단전압이 약 311V가 되어 R8, R7, R6으로 분압된 전압이 커지므로 SCR Q3의 게이트전류를 크게 하여 턴온시키고, 입력전원의 방향이 반대로 바뀌면 Q3은 턴오프된다. 따라서, Q3이 턴온될 때 탭트랜스의 1차측(T1)과 C6의 공진에 의한 역기전력이 발생하여 램프(24)의 양단에 높은 이그니션 전압을 발생시킨다.

결과적으로, 램프(24)가 점등될 때에는 Q3는 턴오프되고, 램프(24)가 점등되지 않거나 무부하상태에서는 Q3는 주기적으로 턴온된다.

- 무부하감지/시간지연부(25)

무부하감지/시간지연부(25)는 이그나이터(23)의 탭트랜스 T의 센터탭에서 나오는 전압에 의해 동작한다.

무부하ㆍ램프파손ㆍ램프수명이 다하여 점등되지 않을 때 및 램프의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 상기 이그나이터(23)의 Q3이 한 주기마다턴온되므로 콘덴서 C5는 충전회로를 이루게 된다. 한편, 램프가 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에 Q3이 턴온되면 R4를 통하여 C5에 전압이 충전되다가 램프가 점등되면 충전된 전압이 방전된다. 그리고 무부하상태에서 Q3이 턴온되면 탭트랜스 T의 센터탭에서 나오는 전압에 의해 저항 R4,5와 C5의 시정수에 따라 정해진 일정한 시간동안 제너다이오드 ZD2 전압까지 C5가 충전된다.

그리고 C5의 충전전압이 제너다이오드 ZD2 이상이 되면 트랜지스터 Q2가 턴온되고, R5와 D5를 통하여 C4에 충전된 전압은 R3을 통하여 포토커플러 PC에 입력된다. PC로부터 출력되는 신호는 전압단속부(26)의 SCR소자 Q1을 턴온시켜 릴레이 RL를 동작시키며, RL가 동작되면 릴레이스위치 SW는 단자 a로 전환되어 입력전원이 차단된다. 입력전원이 차단되는 동안에는 입력전원은 릴레이 RL의 솔레노이드코일에서 소모된다.

여기서, C5와 R4 및 ZD2로 이루어지는 RC충전회로의 시정수는 램프(24)의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시 램프가 점등될 정도로 충분히 식을 시간 동안의 시간 이상으로 설정되어야 도2의 무부하검출/시간지연부(25)의 시간지연 동작(내지는 타이머 동작)이 제대로 이루어질 수 있다. 램프가 뜨거운 상태에서 순시 재점등될 때까지의 시간은 램프의 종류와 특성에 따라 다르나, 보통 수십 초~수 분이 소요된다.

한편, 램프(24)가 점등되는 경우에는, Q3이 턴오프되므로 C5가 그라운드로 연결되지 않으므로 전압이 충전되지 않아 Q1이 턴온되지 않으므로 Q1 및 RL이 동작하지 않아 전원이 차단되지 않는다.

- 입력단속부(26)

입력단속부(26)는 릴레이 RL을 사용하며 무부하감지/시간지연부(25)로부터의 무부하감지/시간지연신호에 의해 포토커플러 PC가 동작하면 SCR소자 Q1이 동작하여 RL을 트립시켜 스위치 SW를 단자 a로 전환한다. 그렇게 하면, 전류는 Q1으로 흐르지 않고 직접 단자 a를 통해 흐르게 된다. 전원이 계속 공급되고 있는 한 계속해서 안정기에 공급되는 전원은 차단된다.

도3은 본 고안의 무부하보호회로를 실제로 구현하기 위하여 도2의 회로에 기능적 소자를 부가한 회로도를 나타낸다.

PC 내부의 트랜지스터용 전압을 공급하기 위하여 입력전원을 네 개의 다이오드 D1,D2,D3,D4로 전파정류하고 콘덴서 C2와 제너다이오드 ZD1로 리플을 제거한 다음에 R2를 통하여 PC로 공급하도록 하였다. 또한, 릴레이 RL의 코일에 병렬로 바리스터 VR을 연결하여 릴레이의 온/오프시에 발생하는 고압의 역기전압을 흡수하도록 하였다.

이밖에, 콘덴서 C1,C3, 다이오드 D7,D8, 제너다이오드 ZD3,ZD4가 회로의 안정된 동작을 위하여 부가되었고, 입력전원의 다른 하나의 라인을 단속하는 SW'를 입력전원측에 추가하고 상기 릴레이 RL로 SW과 함께 연동되도록 하였다. 이러한 회로의 개선 내지는 변형은 도1 및 도2에 담긴 본 고안의 기술사상으로부터 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 필요에 따라 임의로 설계할 수 있는 사항이다.

이상에서와 같이, 본 고안에 따르면, 램프의 무부하상태(예를 들어, 입력전원이 인가된 상태에서 램프를 안정기에 연결하지 않을 때, 램프가 파손되어 점등되지 않을 때, 램프의 수명이 다하여 점등되지 않을 때 등)에서는 안정기에 공급되는 전원이 차단됨으로써 이그나이터가 동작하지 않게 되어, 감전의 위험을 제거할 수 있고 불필요한 전력소모를 억제할 수 있다. 또한, 본 고안은 램프의 소등후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에 램프가 재점등할 정도로 충분히 식을 시간 동안 안정기 입력전원을 차단하지 않고 기다렸다가 램프를 점등시키는 시간지연 기능을 갖고 있다.

Claims (4)

1. AC입력전원으로부터 펄스전압을 발생하여 램프에 인가함으로써 고압방전등을 점등하는 작용을 하는 이그나이터수단을 포함하는 공지의 고압방전등용 자기식 안정기에 부가되는 회로로서,

   상기 이그나이터수단을 포함하는 안정기의 출력에 램프가 연결되지 않거나 램프가 점등되지 않는 상태(이하 "무부하상태"라 함)를 검출하여 입력단속수단에 의해 입력전원을 차단하도록 하되, 램프가 소등된 후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에는 램프가 재점등될 정도로 식을 동안의 소정 시간 동안 안정기의 입력전원을 차단하지 않도록 시간지연을 하는 무부하감지/시간지연수단,

   상기 무부하감지/시간지연수단의 감지신호에 따라, 무부하상태로 감지된 경우에는 전원입력부에 입력되는 전압을 차단하고, 무부하상태가 아닌 것으로 감지된 경우에는 입력전원을 연결하는 입력단속수단을 포함하는데,

   상기 이그나이터수단은,

   입력전원이 연결되는 전원선(27)에 일단이 연결된 탭트랜스 T와; 탭트랜스 T의 센터탭에 연결된 콘덴서 C6과; 탭트랜스 T의 출력단(램프 24가 연결되는 단)에서 분기되는 분압저항(R8,R7,R6)과; 분압저항(R8,R7,R6)에 의해 분압된 전압에 의해 게이트제어되며 애노드극은 상기 C6에 연결되고 캐소드극은 그라운드에 연결되는 SCR소자 Q3으로 구성되어,

   램프(24)가 점등될 때에는 Q3가 턴오프되고, 램프(24)가 점등되지 않거나 무부하상태에서는 Q3이 턴온되는 것을 특징으로 하고,

   상기 무부하감지/시간지연수단은,

   상기 이그나이터수단의 SCR소자 Q3의 애노드에 연결되며 상기 탭트랜스 T의 센터탭에서 나오는 전압에 의해 충전되고 일단은 상기 Q3의 애노드극에 연결되는 콘덴서 C5와; 상기 탭트랜스 T의 센터탭에서 나오는 전압에 의해 턴온되는 트랜지스터로서, 램프가 점등되지 않거나 무부하상태인 경우에 상기 이그나이터수단의 Q3이 턴온되면 이에 따라 턴온회로가 형성되고, 램프가 점등되는 경우에 상기 이그나이터수단의 Q3이 턴오프되면 턴온회로가 형성되지 않아 턴오프되는 트랜지스터 Q2; 상기 이그나이터수단의 Q3의 턴온에 따라 콘덴서 C5가 충전될 때 함께 충전회로를 이루어 소정 시간 동안 C5가 충전되도록 하는, C5의 Q3와 연결된 반대 단에 연결되는 저항 R4와 제너다이오드 ZD2를 포함하는 시간지연회로로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고압방전등용 안정기의 무부하 보호회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 입력단속수단은

   상기 무부하감지수단의 트랜지스터 Q2의 출력신호를 전기적으로 절연된 상태로 전달받는 포토커플러 PC와; 상기 PC의 출력에 의해 게이트제어되어 턴온/오프되며 애노드극은 릴레이 RL의 솔레노이드를 통해 전원입력부의 한 선에 연결되고 캐소드극은 전원입력부의 다른 한 선에 연결되는 SCR소자 Q1과; 상기 RL의 솔레노이드에 의해 동작하며 상기 PC로부터 출력된 신호에 의해 Q1이 턴온된 경우에는 입력전원을 전원선(27)에 공급하지 않도록 차단하고; Q1이 턴오프된 경우에는 입력전원을 전원선(27)에 연결하는 릴레이 스위치 SW를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고압방전등용 안정기의 무부하 보호회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 입력단속수단은

   상기 포토커플러 PC 내부의 트랜지스터에 전압을 공급하기 위하여 입력전원을 정류하여 평활하는 다이오드 D1,D2,D3,D4 및 콘덴서 C2와 제너다이오드 ZD1를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고압방전등용 안정기의 무부하 보호회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 무부하감지수단의 C5, R4, ZD2로 이루어지는 시간지연회로는

   램프가 소등된 후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재점등시에 램프가 재점등될 정도로 식을 동안의 소정 시간 이상으로 그 시정수가 설정되는 것을 특징으로 하는, 고압방전등용 안정기의 무부하 보호회로.