KR200325470Y1 - 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기 - Google Patents

과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기 Download PDF

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KR200325470Y1
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Abstract

본 고안은 램프의 점등시 유도되는 안정기 내부의 과충전에 기인하는 램프 구동부의 상승 과전압을 바리스터를 채용함으로써 소정 범위 이하로 감소시켜 안정기의 안정적인 동작과 기기 내부 회로를 전기 충격으로부터 보호할 수 있게 되는 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기에 관한 것으로써, 이를 위하여 본 고안은 상용교류전원을 인가받는 전원 입력부(110)와 상기 전원 입력부(110)의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환시키는 정류 및 평활부(120)와 상기 정류 및 평활부(120)로부터 출력되는 직류전원을 인가받아 내부 IC 칩(J12)의 제어동작에 따라 소정의 주파수로 스위칭하여 램프부(140)의 램프에 구동전원을 공급하는 램프 구동부(130)로 이루어지는 전자식 안정기에 있어서, 상기 램프 구동부(130)의 내부에서 램프 점등시 유도되는 전압이 충전되게 되는 충전부(131)의 내부 충전용 콘덴서(C5)에 제 2 바리스터(VA2)를 병렬 연결하여 점등시 충전용 콘덴서(C5)의 과충전으로 인한 전압 상승을 소정 전압 이하로 하강시키는 것을 특징으로 한다.

Description

과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST HAVING PROTECTION VARISTOR FOR OVERVOLTAGE}
본 고안은 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 램프의 점등시 교호적 스위칭 동작으로 인하여 유도되는 안정기 내부의 과충전에 기인하는 램프 구동부의 상승 과전압을 바리스터를 채용함으로써 소정 범위 이하로 감소시켜 안정기의 안정적인 동작과 기기 내부 회로를 전기 충격으로부터 보호할 수 있게 되는 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기에 관한 것이다.
일반적으로, 안정기는 방전시 높은 전압을 만들고 방전후의 전류제한 역할을 하는 것으로 현재까지 50~60Hz로 동작하는 자기식(코일식) 안정기가 가장 많이 사용되고 있다. 하지만, 자기식 안정기는 부피가 크고 무거우며, 깜박임과 가청잡음이 있고, 큰 전력손실로 인한 낮은 효율 등의 단점을 가지고 있어 최근에는 전자식 안정기(electronic ballast)에 대한 연구가 많이 되고 있다. 전자식 안정기는 가청주파수(20KHz) 이상의 높은 주파수로 동작하므로 자기식과 같은 단점이 없으며, 케페시터나 인덕터의 크기가 작아지고 형광등의 발광효율을 15% 이상 증가시켜 절전효과를 얻을 수 있다는 장점을 가진다.
이러한 전자식 안정기는 안정기에 시동용 반도체 소자를 포함시킨 것으로, 그 스위칭 작용이나 전극 가열용 권석으로 전극을 예열하고 반도체 스위칭 작용으로 램프를 시동시키며, 점등 중에는 램프 전류 및 전극 가열용 권선에 의해 전극이 가열되는 회로방식에 사용되는 안정기로서, 자체의 LC 공진회로에 의해 발진되는 자려식과, 별도의 발진기를 사용하는 본 고안에 관한 타려식이 있다.
전자식 안정기는 재래식 안정기보다 여러 가지 장점이 있으나, 전압변동 및서지 전압에 약하다는 문제점이 있어, 반드시 보호회로를 내장하게 되어 있다.
발진용 IC 칩을 채용하고 있는 타려식 전자식 안정기의 일예를 도 1을 들어 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전자식 안정기는, 상용교류전원을 인가받아 인입되는 교류전압을 안정화시키도록 하는 전원 입력단(10)과, 상기 전원 입력단(10)에서 안정화된 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환시키는 브릿지 다이오드(D1-D4)와 직류 전압의 평활을 담당하는 평활용 캐패시터(C4)로 이루어지는 정류 및 평활부(20), 상기 정류 및 평활부(20)로부터 정류된 직류 전압을 발진용 IC 칩(J12)에 인가함으로써 동작전원을 제공하여 램프부(40)의 램프를 점등시키도록 하는 램프 구동부(30) 및 램프출력 과전압 시에 램프 구동회로를 셧다운시키기 위한 보호회로부(50)를 포함하여 이루어지게 된다.
하지만, 상술한 종래의 전자식 안정기는 상기 램프 구동부(30)의 교호적인 스위칭 동작에 의한 램프부(40)의 램프 점등시에 변압기(PT)의 유도 기전력과 램프 공진 및 부트 스트랩 회로(BT)의 동작에 의해 램프 구동부(30) 내의 충전용 콘덴서인 C5 가 과충전되게 됨으로써 점등시에 500V 이상의 과전압이 인가되게 됨으로써 이로 인해 기기 내부 회로에 전기적 충격으로 인한 제품 소손이 일어나게 되고, 결과적으로 안정기의 불량 요인이 되는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 램프의 점등시에 과충전이 일어나게 되는 충전용 콘덴서에 인가 전압에 대하여 비선형 특성을 가지는 바리스터(varistor)를 병렬 접속시킴으로써 충전용 콘덴서의 과전압 상태를 소정 범위 이하로 다운시켜 안정기를 보호하도록 하는 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술의 전자식 안정기의 회로도.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기의 회로도.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 안정기의 점등시 충전용 콘덴서에 인가되는 전압 변화를 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 안정기의 점등시 충전용 콘덴서에 인가되는 전압 변화를 설명하기 위한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 전원 입력부 120 : 정류 및 평활부
130 : 램프 구동부 131 : 충전부
140 : 램프부 141 : 제 1 램프
142 : 제 2 램프 150 : 보호 회로부
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일측면에 따른 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기는 상용교류전원을 인가받는 전원 입력부(110)와 상기 전원 입력부(110)의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환시키는 정류 및 평활부(120)와 상기 정류 및 평활부(120)로부터 출력되는 직류전원을 인가받아 내부 IC 칩(J12)의 제어동작에 따라 소정의 주파수로 스위칭하여 램프부(140)의 램프에 구동전원을 공급하는 램프 구동부(130)로 이루어지는 전자식 안정기에 있어서, 상기 램프 구동부(130)의 내부에서 램프 점등시 유도되는 전압이 충전되게 되는 충전부(131)의 내부 충전용 콘덴서(C5)에 제 2 바리스터(VA2)를 병렬 연결하여 점등시 충전용 콘덴서(C5)의 과충전으로 인한 전압 상승을 소정 전압 이하로 하강시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 일실시예를 상세히 설명한다.
이하에서 본 고안은 램프 점등을 위한 램프 구동부의 램프 구동을 위한 스위칭 작용을 하는 스위칭 소자들의 양단에 접속되는 충전용 콘덴서에 인가되는 전압에 따라 변동되는 저항값을 가지는 바리스터를 병렬 접속시킴으로써 램프 점등을 위한 스위칭시 충전용 콘덴서에 과전압이 충전되는 것을 방지하여 기기 내부 회로를 전기적 충격으로부터 보호하여 그 파손을 막아 안정기의 안정적 동작을 이룰 수있도록 하는 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기를 바람직한 실시예로 설명할 것이나, 본 고안의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기의 회로도이다.
본 고안이 적용된 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기는 상용 교류전압을 인가받는 전원 입력부(110)와, 상기 전원 입력단으로부터 인가되는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하고 평활화시키는 정류 및 평활부(120)와, 상기 정류 및 평활부(120)로부터 출력되는 직류전원을 인가받아 램프부(140)의 램프를 점등시키는 램프 구동부(130), 상기 램프부(140)의 램프 출력 과전압시에 램프 구동회로를 셧다운시키는 보호 회로부(150)를 포함하여 이루어진다.
도 2를 참조하여 본 고안의 실시예에 따른 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기에 대해 좀더 상세하게 설명하면,
상기 전원 입력부(110)는 상용교류전압이 입력되는 입력단(J2, J3)을 통해 입력되는 전원에서 발생하는 이상전압을 제거하는 제 1 바리스터(VA1)와 과전압의 교류전압이 인가되는 것을 차단하는 퓨즈(F1)에 제 1 로우패스 필터(LF1) 및 리플 제거용 캐패시터(C1 - C3)가 연속해서 연결되어 이루어짐으로써 안정기로 인가되는 교류전원의 전압을 안정화시키는 기능을 한다.
상기 정류 및 평활부(120)는 상기 전원 입력부(110)를 통하여 인가된 교류전압을 직류전압으로 변환시켜주는 브릿지 다이오드(D1 - D4)로 구성되어 필요로 하는 맥류 전압을 얻어내며, 이러한 정류된 맥류 전압의 평활을 담당하는 평활용 캐패시터(C4)를 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 램프 구동부(130)는 상기 정류 및 평활부(120)로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진 주파수로 발진하여 후술되는 램프부(140)의 램프를 점등시키게 되는데, 이러한 램프 구동부(130)는 주어진 스위칭 주파수로 스위칭 동작을 수행하여 램프를 점등시키는 스위칭 소자(Q1, Q2)를 전계효과 트랜지스터로 구성하여 사용하고, 이러한 스위칭 소자(Q1, Q2)를 주기적으로 스위칭시키기 위해 발진기(OSC)는 제어용 IC 칩(J12)에 의해 일정 주파수로 발진하게 된다.
이때, 상기 제어용 IC 칩(J12)은 8개의 칩단자를 가지게 되는데, VCC 단자(8번 단자)에는 IC 칩(J12)의 동작 직류 전원이 인입되게 되고 제어단자(Ldet)인 4번 단자에도 상기 직류 전원이 인가되게 된다.
또한, 상기 IC 칩(J12)에서 소프트 스타트 캐패시터 접속단자인 1번 단자 및 소프트 스타트 레지스터 단자인 3번 단자는 각각 제 9 캐패시터(C9) 및 제 6 저항(R6)을 통해 접지 단자에 접속되는 바, 상기 제 9 캐패시터(C9) 및 제 6 저항(R6)의 파라미터값은 소프트 스타트가 이루어지도록 초기 주파수 및 위상을 결정하게 된다.
또한, 상기 IC 칩(J12)타이밍 캐패시터 접속단자인 2번 단자는 제 8 캐패시터(C8)를 통해 접지 단자에 접속되는 바, 상기 제 8 캐패시터(C8)은 발진 주파수를 결정하는 톱니파형을 발생시키기 위해 주기적으로 충방전되게 되며, 여기에서 5번 단자는 접지 단자이며, 7번 및 6번 단자는 출력 단자이다.
상기 IC 칩(J12)의 출력 단자인 상기 7번 단자는 제 7 캐패시터(C7) 및 제 7 저항(R7)을 통해 발진기(OSC)의 입력측에 접속되게 되고 또한 IC 칩(J12)의 출력단자인 상기 6번 단자는 제 9 저항(R9)를 통해 상기 제 2 스위칭 소자(Q2)의 게이트 단자에 접속되게 되며, 이러한 상기 발진기(OSC)의 제 1 출력측은 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단자에 접속되는 한편, 제 2 출력측은 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자 및 제 2 스위칭 소자(Q2)의 드레인 단자의 접점에 접속되어 결국, 상기 발진기(OSC)는 일정 주파수로 발진하여 제 1 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 스위칭 소자(Q2)를 주기적으로 스위칭시키게 된다.
이때, 제 1 스위칭 소자(Q1)의 드레인 단자는 상기 정류 및 평활부(120)의 출력측에 접속되는 한편, 제 11 캐패시터(C11)를 통해 상기 제 1 스위칭 소자(Q1) 및 제 2 스위칭 소자(Q2)간의 접접에 접속되게 되며, 상기 제 2 스위칭 소자(Q2)의 소스 단자는 접지된다.
한편, 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 소스 단자와 제 2 스위칭 소자(Q2)의 드레인 단자는 서로 접속되며, 이러한 접속 단자는 다시 제 1 변압기(PT1) 및 제 2 변압기(PT2)의 일측 권선을 통해 램프부(140)에서 제 1 램프(141)의 BLUE1 단자 및 제 2 램프(142)의 BLUE3 단자로 접속되며, 또한 상기 제 1 변압기(PT1) 및 제 2 변압기(PT2)의 타측 권선은 각각 제 11 다이오드(D11) 및 제 12 다이오드(D12)를 통해 IC 칩(J12)의 VCC 단자에의 커플링 저항(R4)에 접속되는 한편, 제 9 다이오드(D9) 및 제 10 다이오드(D10)를 통해 후술되는 보호 회로부(150)의 입력제어저항(R11)에 접속된다.
한편, 상기 램프부(140)는 상기 제 1 변압기(PT1)의 일측 권선과 접속된 제 1 램프(310) 및 상기 제 2 변압기(PT2)의 일측 권선과 접속된 제 2 램프(320)로 구성되며, 이러한 제 1 램프(310)의 BLUE2 단자 및 RED2 단자는 임피던스 및 공진 조절용 콘덴서(C16)를 통해 접속되며, 이는 다시 제 2 저항(R2)을 통해 정류 및 평활부(120)의 출력단에 접속된다. 이와 마찬가지로 제 2 램프(142)의 BLUE4 단자 및 RED4 단자 역시 임피던스 및 공진 조절용 콘덴서(C17)를 통해 접속되며, 이는 다시 제 1 저항(R1)을 통해 정류 및 평활부(120)의 출력단에 접속되게 된다.
또한, 상기 제 1 램프(141) 및 제 2 램프(142)의 RED1 단자와 RED3 단자는 콘덴서(C14, C15) 및 다이오드(D7, D8)를 통해 정류 및 평활부(120)의 출력측 및 후술되는 부트스트랩(BT)에 각각 접속된다.
한편, 상기 보호 회로부(150)는 상기 제 1 변압기(PT1) 및 제 2 변압기(PT2)와 접속된 다이오드(D9, D10) 및 입력제어저항(R11)을 통해 연결되는데, 이러한 보호 회로부(150)는 상기 입력제어저항(R11)의 타측에서 접지된 제 10 저항(R10) 및 제 13 캐패시터(C13)의 역방향으로 접속된 제 2 제너다이오드(ZD2)를 통해 스위칭용 트랜지스터(Q3)의 베이스측에 접속되는 한편, 이러한 스위칭용 트랜지스터(Q3)의 베이스측과 연결된 제 12 저항(R12) 및 제 12 캐패시터(C12)가 접지된다.
이때, 상기 스위칭용 트랜지스터(Q3)의 이미터측은 접지되고 컬렉터측은 제 6 캐패시터(C6)를 통해 접지되는 동시에 상기 IC 칩(J12)의 제어단자(Ldet) 와 VCC 단자에도 접속된다.
따라서, 상기 램프로의 출력 전압이 소정치 이상일 때에 상기 제 2 제너다이오드(ZD2)가 브레이크 다운을 일으켜서 스위칭용 트랜지스터(Q3)를 "온"시키고, 결국 상기 IC 칩(J12)에는 필요치 미만의 전압이 인가되어 IC 칩(J12)을 셧다운시킴으로써 구동회로의 동작을 중지시키게 되어 출력측의 과전압으로부터 구동회로를 보호하게 된다.
한편, 상기 부트스트랩(BT)은 램프 구동부(130)의 입력단에서 상기 정류 및 평활부(120)로부터 전원을 입력받게 되는데, 부트스트랩(BT)의 일측은 제 5 다이오드(D5)를 통해 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 드레인 단자로 접속되게 되는 한편, 충전용 콘덴서(C5) 및 제 13 저항(R13), 제 2 바리스터(VA2)가 병렬로 연결된 충전부(131)로 연결되게 된다.
이때, 이러한 충전부(131)에서 충전용 콘덴서(C5)는 램프 구동부(130)의 램프부(140) 점등시에 제 1 변압기(PT1) 및 제 2 변압기(PT2)의 유도기전력에 의한 충전과 부트스트랩(BT)의 점등시 출력 전압에 의한 충전 그리고 램프부(140)의 램프에서의 자체 공진 현상에 따른 충전에 의해 과충전(예컨데 500V 이상)되게 되는 현상을 인가되는 전압에 따라 비선형적으로 변동되는 저항값을 갖게 되는 제 2 바리스터(VA2)를 채용함으로서 이러한 상승 과전압을 해소시키게 되어 충전용 콘덴서(C5)의 과충전으로 인한 내부 회로의 전기적 충격을 보호하고 그 파손을 방지할 수 있게 된다.
도 3 또는 도 4를 참조하면, 이러한 제 2 바리스터(VA2)의 채용에 따른 충전용 콘덴서(C5)의 과충전에 따른 전압 상승분의 해소를 나타나는 실험예가 도시되어 있다.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 안정기의 점등시 충전용 콘덴서에 인가되는 전압 변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 안정기의 점등시 충전용 콘덴서에 인가되는 전압 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3과 도 4에서 각각의 (a) 도면은 본 고안의 제 2 바리스터(VA2)를 채용하지 않은 상태에서의 램프 규격에 따른 충전용 콘덴서(C5)의 전압을 나타내는 도면인데, 도시된 바와 같이, 램프 점등시에 각각 550V와 556V의 과전압이 충전용 콘덴서(C5)에 충전되게 되어 회로 소손의 원인이 되게 되는데, 도 3과 도 4에서 각각의 (b) 도면에 도시된 바와 같이 본 고안의 제 2 바리스터(VA2)를 채용하게 됨으로써 충전용 콘덴서(C5)에 램프 점등시에 각각 490V와 492V의 전압, 즉 500V 미만의 전압이 충전되게 됨으로써 램프 점등에 따른 충전용 콘덴서(C5)의 과충전을 막아 콘덴서의 자체 소손이나 내부 회로의 전기적 충격으로부터 보호할 수 있게 되어 램프 점등시 안정기의 안정적인 동작을 가능하게 한다.
이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 나타난 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기는 램프 구동부에서 램프의 점등 동작에 따라 충전되게 되는 충전부의 충전용 콘덴서에 인가 전압에 대하여 비선형 특성을 가지는 바리스터를 병렬 접속시킴으로써 램프 점등시에 충전부에 유도되는 과충전 현상으로 인한 충전용 콘덴서의 전압 상승을 막아 충전용 콘덴서의 파손이나 내부 램프 구동부의 전기적 충격을 방지하여 안정기 구동 회로의 안정적인 동작을 이룰 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 상용교류전원을 인가받는 전원 입력부(110)와 상기 전원 입력부(110)의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환시키는 정류 및 평활부(120)와 상기 정류 및 평활부(120)로부터 출력되는 직류전원을 인가받아 내부 IC 칩(J12)의 제어동작에 따라 소정의 주파수로 스위칭하여 램프부(140)의 램프에 구동전원을 공급하는 램프 구동부(130)로 이루어지는 전자식 안정기에 있어서,
    상기 램프 구동부(130)의 내부에서 램프 점등시 유도되는 전압이 충전되게 되는 충전부(131)의 내부 충전용 콘덴서(C5)에 제 2 바리스터(VA2)를 병렬 연결하여 점등시 충전용 콘덴서(C5)의 과충전으로 인한 전압 상승을 소정 전압 이하로 하강시키는 것을 특징으로 하는 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기.
KR20-2003-0017985U 2003-06-09 2003-06-09 과전압 보호용 바리스터를 갖는 전자식 안정기 KR200325470Y1 (ko)

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