KR200316990Y1 - Electronic ballast for instantaneously re-lighting metal-hallide lamp - Google Patents
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Abstract
본 고안은 AC입력부(10), DC-DC 컨버터(20), 플라이백 컨버터(30), 인버터(40), 이그나이터(50)로 구성되는 메탈핼라이드 램프용 전자식 안정기에 있어서, 상기 이그나이터(50)가, 상대적으로 작은 1차권선 전압으로부터 고압의 2차권선 전압을 발생시키는 고압발생 트랜스(T4)와, 상기 플라이백 컨버터(30)에서 출력되는 전압을 인가받아 상기 T4의 1차권선에 순간적으로 큰 방전전류를 흘려 역기전력을 발생시켜 상기 T4의 2차권선에서 고전압을 발생하도록 하는 스파크갭(spark gap)을 포함하도록 구성된 메탈핼라이드 램프의 순시재점등용 전자식 안정기이다.The present invention is an electronic ballast for a metal halide lamp composed of an AC input unit 10, DC-DC converter 20, flyback converter 30, inverter 40, igniter 50, the igniter 50 ) Is instantaneously applied to the primary winding of T4 by receiving a high voltage generating transformer T4 for generating a high voltage secondary winding voltage from a relatively small primary winding voltage and a voltage output from the flyback converter 30. An electronic ballast for instantaneous restarting of a metal halide lamp configured to include a spark gap for generating a high voltage in the secondary winding of T4 by flowing a large discharge current.
Description
본 고안은 메탈핼라이드 램프가 소등 직후 뜨거운 상태에서도 순시적으로 재점등하도록 하는 전자식 안정기에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic ballast which allows the metal halide lamp to instantly re-ignite even in a hot state immediately after turning off.
HID(high intensity discharge) 램프에 사용되는 메탈핼라이드 램프는 온화한 백색이며, 특히 램프의 평균 연색성 지수가 70∼90으로 고연색성이며 물체를 선명하게 식별할 수 있어 옥외 조명은 물론 연색성을 중요시하는 옥내 조명에 널리 쓰이고 있고, 전구의 약 3.56배, 할로겐 램프의 약 4.7배의 효율을 나타낸다. 또한, 메탈핼라이드 램프의 아크튜브(Arc Tube)가 아주 작게 설계되어 있으므로 소형의 크기를 갖는 장점을 갖고 있고 다양한 규격으로 제작가능하므로 사용장소에 적합하게 램프 선택을 용이하게 할 수 있다.Metal halide lamps used in high intensity discharge (HID) lamps have a mild white color, especially the color rendering index of the lamp is 70-90, which is high color rendering and the object can be clearly identified. Widely used in lighting, it is about 3.56 times the light bulb and 4.7 times the halogen lamp. In addition, since the arc tube of the metal halide lamp is designed to be very small, it has the advantage of having a small size and can be manufactured in various standards, thereby facilitating the selection of a lamp suitable for a use place.
한편, 인공조명으로 사용되는 램프 중 열방사 광원인 할로겐램프는 순시재점등이 가능하나, 발열에 의한 손실로 인해 전력소모가 크고 광효율이 16[㏐/W]정도로 비교적 낮으며 수명이 짧고 색온도가 낮은 단점을 가지고 있다.On the other hand, halogen lamps, which are heat radiating light sources, can be instantaneously turned on among the lamps used for artificial lighting.However, due to the loss due to heat generation, the power consumption is large and the light efficiency is relatively low, such as 16 [㏐ / W]. It has a low disadvantage.
그러나 고압방전등인 메탈핼라이드램프는 할로겐램프 전력소모의 25%로써 동일한 밝기를 얻을 수 있고 광효율이 75[㏐/W]정도로 크다. 예를 들어, 아래 표에서와 같이, 300[W] 할로겐램프의 광속은 5000[㏐]정도인 반면에, 70[W] 메탈핼라이드램프의 광속은 5000[㏐] 이상이다. 또한 메탈핼라이드 램프는 할로겐 램프에 비해 수명이 길고 색온도를 마음대로 조절할 수 있는 장점을 갖고 있다.However, the metal halide lamp, which is a high-pressure discharge lamp, can achieve the same brightness with 25% of the power consumption of the halogen lamp and the light efficiency is as high as 75 [㏐ / W]. For example, as shown in the table below, the luminous flux of a 300 [W] halogen lamp is about 5000 [mW], whereas the luminous flux of a 70 [W] metal halide lamp is more than 5000 [mW]. In addition, metal halide lamps have a longer lifespan than halogen lamps and have the advantage of being able to adjust the color temperature at will.
그러나 메탈핼라이드 램프는 이와 같은 장점이 있는 반면에, 그 방전특성상 일단 점등되어 램프가 뜨거워진 상태에서 전원을 OFF하였다가 램프의 열이 식기 전에 재점등하면(이를 "순시재점등"이라 함) 램프가 식는 동안(약 5분)에는 점등이 안된다는 단점을 갖고 있다. 그래서 메탈핼라이드 램프의 여러 장점에도 불구하고온/오프가 빈번히 이루어져야 하는 장소에서는 사용상의 제약을 받는다.However, while metal halide lamps have such advantages, they are turned on once due to their discharge characteristics, and when the lamp is turned off and the power is turned off, the lamp heats up again before it cools down (this is called "instantaneous restart"). The disadvantage is that the lamp will not turn on while it is cooling (about 5 minutes). Thus, despite the advantages of metal halide lamps, they are constrained to be used in places where on / off should be frequent.
위와 같은 단점을 보완코자 램프가 뜨거운 상태에서도 순시재점등이 가능한 메탈핼라이드램프용 전자식 안정기의 개발 필요성이 대두되었고, 이로써 할로겐램프를 대체함으로써 전력에너지를 절약하여 국가적 에너지 낭비를 줄이고자 본 고안을 개발하게 되었다.In order to make up for the above drawbacks, the necessity of developing an electronic ballast for metal halide lamps capable of instantaneous restarting even when the lamp is hot has emerged. Developed.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점, 즉, 메탈핼라이드 램프는 방전특성상 램프의 아크 튜브가 뜨거운 상태에서는 점등이 안되고 아크 튜브가 식어야만 점등된다는 것을 해결할 목적으로 제안된 것으로서, 고전압의 이그나이터 전압을 만들기 위해서는 1,2차 권선비가 큰 트랜스를 사용해야 하므로 이그나이터의 크기가 커질 수 있고 많은 권선으로 인해서 안정기의 효율이 떨어질 수가 있다. 그러므로 이그나이터의 크기를 줄이고 2차 권선을 작게 하려면 도통 전압이 높은 스파크갭(spark gap)을 사용하여 1차 전압을 크게 해야 한다. 따라서 1차 전압을 크게 하기 위한 스파크갭 도통 전압은 플라이백 컨버터의 2차 권선을 이용하여 얻을 수 있다. 따라서 이러한 고전압 이그나이터를 (순시재점등을 위해서는 약 15-25kV가 필요) 사용하여 메탈핼라이드 램프의 아크 튜브가 뜨거운 상태에서도 점등 가능하도록하여 효율이 나쁜 할로겐 램프를 대체하고 ON/OFF가 빈번한 장소에서도 광범위하게 사용할 수 있는 메탈핼라이드 램프용 전자식 안정기를 제공한다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned conventional problem, that is, the metal halide lamp is not turned on when the arc tube of the lamp is hot due to the discharge characteristics, and is turned on only when the arc tube cools down. In order to make the transformer, the transformer having a large first and second winding ratio must be used, and thus the size of the igniter can be increased, and the efficiency of the ballast can be reduced due to many windings. Therefore, to reduce the size of the igniter and to make the secondary winding small, the primary voltage should be increased by using a spark gap with a high conduction voltage. Therefore, the spark gap conduction voltage for increasing the primary voltage can be obtained by using the secondary winding of the flyback converter. Therefore, using this high voltage igniter (approximately 15-25kV is required for instantaneous restart), the arc tube of the metal halide lamp can be turned on even when it is hot, replacing the inefficient halogen lamp and in the place where ON / OFF is frequent. Provides an electronic ballast for a wide range of metal halide lamps.
도1은 본 고안의 개략적 블록구성도.1 is a schematic block diagram of the present invention.
도2는 본 고안의 구체적인 실시예 회로도.2 is a circuit diagram of a specific embodiment of the present invention.
<도면부호의 설명><Description of Drawing>
10: AC 입력부10: AC input
20: DC-DC 컨버터20: DC-DC converter
30: 플라이백 컨버터30: Flyback Converter
40: 인버터40: inverter
50: 이그나이터50: Igniter
<구성><Configuration>
본 고안에 따른 실시예의 개괄적 구성은 도1에 나타낸 것과 같다. 도1을 참조할 때 본 고안은, AC 전원이 입력되면 EMI필터에 의해 EMI 성분을 제거하는 AC입력부(10); 입력되어 필터링된 AC 입력을 정류하는 정류부와, 정류된 DC 전압을 스위칭하여 역률을 개선하는 역률개선부와, 역률개선된 전압을 일정하게 유지하는 정전압부를 포함하는 DC-DC 컨버터(20); 상기 DC-DC 컨버터(20)에서 출력되는 정전압을 스위칭하여 그 듀티를 조절함으로써 메탈핼라이드 램프(L)에 인가할 전력을 제어하는 플라이백 컨버터(30); 상기 플라이백 컨버터(30)에서 출력되는 DC 전압을 저주파의 구형파 AC 전압 전류로 변환하여, 램프(L)에 공급시 램프(L)에서 발생하는 음향공명 현상을 제거하는 인버터(40); 상기 인버터(40)로부터 전압을 인가받아 램프(L)에 순간 고전압 펄스를 인가하여 램프(L)를 점등하는 이그나이터(50)로 구성된다.The general configuration of the embodiment according to the present invention is as shown in FIG. Referring to FIG. 1, the present invention provides an AC input unit 10 for removing an EMI component by an EMI filter when AC power is input; A DC-DC converter 20 including a rectifying unit rectifying the input and filtered AC input, a power factor improving unit for switching the rectified DC voltage to improve the power factor, and a constant voltage unit maintaining the constant power factor improved voltage; A flyback converter 30 for controlling the power to be applied to the metal halide lamp L by switching the constant voltage output from the DC-DC converter 20 and adjusting its duty; An inverter (40) for converting the DC voltage output from the flyback converter (30) into a low frequency square wave AC voltage current to remove the acoustic resonance phenomenon generated in the lamp (L) when supplied to the lamp (L); It is composed of an igniter 50 for applying a voltage from the inverter 40 to apply a high voltage pulse to the lamp (L) to light the lamp (L).
AC 입력전원 220V가 AC 입력부(10)에 입력되면 EMI 필터에서 EMI를 제거하고 DC-DC 컨버터(20)에서 스위칭에 의한 역률개선 및 출력전압을 감지하여 출력전압이 일정하도록 하며 DC-DC 컨버터(20)의 출력 전압은 플라이백 컨버터(30)에 입력된다. 플라이백 컨버터(30)는 스위칭에 의해 듀티를 조절하여 메탈핼라이드 램프(L)에 인가되는 전력을 제어한다. 플라이백 컨버터(30)의 출력은 하프브리지 인버터(40)에 입력된다. 하프브리지 인버터(40)는 램프(L)의 음향공명 현상을 제거하기 위해 저주파의 구형파 전압 전류를 공급한다. 본 고안의 핵심 구성요소인, 순시재점등을 위한 고전압 이그나이터(50)는 평상시 램프를 점등시킬 뿐만 아니라 램프가 점등하여 램프 아크튜브가 뜨거운 상태에서 소등하였다가 바로 재점등 시키기위한 고전압 이그나이터이다.When the AC input power 220V is input to the AC input unit 10, the EMI filter is removed from the EMI filter, and the DC-DC converter 20 detects the power factor improvement and the output voltage caused by the switching, so that the output voltage is constant, and the DC-DC converter ( The output voltage of 20 is input to the flyback converter 30. The flyback converter 30 controls the power applied to the metal halide lamp L by adjusting the duty by switching. The output of the flyback converter 30 is input to the half bridge inverter 40. The half bridge inverter 40 supplies a low frequency square wave voltage current to eliminate the acoustic resonance phenomenon of the lamp L. The high voltage igniter 50 for instantaneous restarting, which is a key component of the present invention, is a high voltage igniter for not only lighting a lamp normally but also turning the lamp on and turning off the lamp arc tube in a hot state.
<실시예><Example>
이하, 도2에 나타낸 구체적인 회로도를 참조하여 이그나이터(50)를 위주로 하여 본 고안의 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the igniter 50 with reference to the specific circuit diagram shown in FIG. 2.
메탈핼라이드 램프를 점등시키기 위해서는 이그나이터가 필요함은 주지의 사실이다. 일반적인 전자식 안정기의 이그나이터 출력전압은 약 4kV 이하이며 따라서 이 전압으로는 램프가 소등된 직후 아직 뜨거운 상태에서 재점등 시킬 수 없다. 램프가 뜨거운 상태에서 순시재점등하기 위해서는 약 15-25kV 이상의 고전압이 필요한 것이다.It is well known that an igniter is required to light a metal halide lamp. The igniter output voltage of a typical electronic ballast is less than about 4kV, so it is not possible to re-light it in the hot state right after the lamp goes out. A high voltage of about 15-25 kV or higher is required to instantiate the lamp while it is hot.
그러므로 메탈핼라이드 램프를 순시재점등하기 위해서는 15-25kV의 고전압 이그나이터를 사용해야 하는데, 고전압 이그나이터는 기존의 안정기에서와 같이 코어를 둘러싼 보빈의 한 칸에 1, 2차권선 모두를 감아서 제작하면 전압이 높은 관계로 권선간 절연이 어려운 문제가 있으므로, 새로운 형태의 이그나이터를 사용해야 한다. 이러한 새로운 형태의 이그나이터에 있어서, 보빈은 종래와는 달리 여러 칸을 나누어 권선하도록 하여 고전압을 분할해서 절연을 쉽게 하고, 코어는 BAR코어를 사용하여 인덕턴스값을 줄이는 것이 바람직하다.Therefore, to instantiate a metal halide lamp, a high voltage igniter of 15-25 kV should be used. The high voltage igniter is manufactured by winding both primary and secondary windings in one box of the bobbin surrounding the core as in the conventional ballast. Due to this high relationship, it is difficult to insulate between windings, so a new type of igniter must be used. In this new type of igniter, it is preferable that the bobbin divides the high voltage to divide the high voltage so as to easily insulate the insulation, and the core uses a BAR core to reduce the inductance value.
또한, 고전압의 이그나이터 전압을 만들기 위해서는 1,2차 권선비가 큰 트랜스를 사용해야 하므로 이그나이터의 크기가 커지게 되고 많은 권선수로 인해서 안정기의 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 이그나이터의 크기를 줄이고 2차 권선수를작게 하기 위해서는 도통 전압이 높은 스파크갭(spark gap)을 사용하여 1차 전압을 크게 해야 한다.In addition, in order to make the high voltage igniter voltage, a transformer having a large first and second winding ratio must be used, and thus the size of the igniter becomes large and the ballast efficiency decreases due to the large number of turns. Therefore, in order to reduce the size of the igniter and to reduce the number of secondary windings, a spark gap having a high conduction voltage should be used to increase the primary voltage.
본 고안에서, 1차 전압을 크게 하기 위한 스파크갭 도통 전압은 플라이백 컨버터(30)의 2차 권선을 이용하여 얻을 수 있다. 도3의 상세한 회로에서 볼 때, 플라이백 컨버터(30)의 트랜스 T3의 2차측 권선과 다이오드 D4 그리고 컨덴서 C7로 스파크갭(GAP1) 도통 전압을 만들고 그 전압이 저항 R3을 통하여 컨덴서 C10에 RC시정수에 따라 충전되고, 그 충전되는 전압이 스파크갭 전압 이상이 될 때 스파크갭은 도통 되어 이그나이터 고압발생 트랜스 T4의 1차측 권선에 순간적으로 큰 방전 전류를 흘리고, 이에 따라 역기전력이 발생되어 T4의 2차측 권선에 1, 2차 권선비에 따른 높은 고전압이 발생되어 램프(L)를 점등하게 되는 것이다.In the present invention, the spark gap conduction voltage for increasing the primary voltage can be obtained by using the secondary winding of the flyback converter 30. In the detailed circuit of Fig. 3, the spark gap GAP1 conduction voltage is formed by the secondary winding of the transformer T3 of the flyback converter 30, the diode D4 and the capacitor C7, and the voltage is RC-corrected to the capacitor C10 through the resistor R3. When the voltage is charged according to the number, and the charged voltage becomes higher than the spark gap voltage, the spark gap is conducted and a momentary large discharge current flows through the primary winding of the igniter high-voltage generating transformer T4. A high voltage is generated in the secondary winding according to the primary and secondary winding ratios so that the lamp L is turned on.
이상에서와 같이 본 고안에 따르면 메탈핼라이드 램프용 전자식 안정기의 이그나이터를 비교적 작은 크기로 높은 전압을 발생케 할 수 있으므로, 메탈핼라이드 램프의 소등 직후에 순시재점등을 가능케 하여, 효율이 나쁜 할로겐 램프를 대체하고 ON/OFF가 빈번한 장소에서도 광범위하게 사용할 수 있어 불필요한 전력소모 및 재점등을 기다리는 시간낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the igniter of the electronic ballast for metal halide lamps can generate a high voltage with a relatively small size, instantaneous restarting is possible immediately after the metal halide lamp is turned off, and the halogen is inefficient. It can replace the lamp and can be used extensively in frequent on / off areas, which can reduce the wasted time waiting for unnecessary power consumption and re-lighting.
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