KR200355536Y1 - 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자기식 안정기의 장점을 충분히 이용하면서, 메탈할라이드 램프의 아크 튜브가 뜨거운 상태에서도 점등 가능하도록 하여 효율이 나쁜 할로겐 램프를 대체하고 ON/OFF가 빈번한 장소에서도 광범위하게 사용할 수 있는 메탈할라이드 램프용 자기식 안정기를 제공한다. 본 고안에 따른 순시재점등용 자기식 안정기는 평상시에 램프를 점등시키는 동작(즉, 종래 자기식 안정기의 동작)은 물론, 램프가 일단 점등하여 램프의 아크튜브가 뜨거운 상태에서 소등되었다가 곧바로 재점등할 경우에도 점등이 이루어지게 하는 자기식 안정기이다.

Description

메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기 {Magnetic ballast for instantaneously re-lighting metal-hallide lamp}

본 고안은 메탈할라이드 램프가 소등 직후 뜨거운 상태에서도 순시적으로 재점등하도록 하는 자기식 안정기에 관한 것이다.

HID(high intensity discharge) 램프에 사용되는 메탈할라이드 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, 메탈할라이드 램프의 아크튜브(Arc Tube)는 아주 작게 설계되어 있으므로 소형의 크기를 갖는 장점을 갖고 있고 다양한 규격으로 제작가능하므로 사용장소에 적합하게 램프 선택을 용이하게 할 수 있다.

그러나 메탈할라이드 램프는 이와 같은 장점이 있는 반면에, 그 방전특성상일단 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 메탈할라이드 램프의 여러 장점에도 불구하고 온/오프가 빈번히 이루어져야 하는 장소에서는 사용상의 제약을 받는다.

본 고안의 발명자는 상기와 같은 단점을 보완코자 램프가 뜨거운 상태에서도 순시재점등이 가능한 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기를 개발하여 실용신안등록받은 바 있다(실용신안등록 제316990호). 이 실용신안은 전자식 안정기로서 메탈할라이드 램프의 순시재점등을 가능케하는 고안이다.

주지되어 있듯이, 전자식 안정기는 스위칭 콘트롤부에 의해서 메탈할라이드 램프의 점등을 일으키는 정교한 안정기이기는 하지만, 전자부품이 많이 사용되기 때문에 원가가 높고 고장률이 적잖은 것이 단점이다. 이에 비해 자기식 안정기는 별도의 스위칭 콘트롤부가 없기 때문에 구조가 간단하고 원가가 낮으며 고장률이 적은 장점이 있지만, 콘트롤부가 없기 때문에 메탈할라이드 램프의 순시재점등용으로의 개발이 난해한 문제가 있다.

본 발명자는 램프가 뜨거운 상태에서도 메탈할라이드 램프를 순시재점등하기 위하여 전자식 안정기가 아닌, 보다 간단하고 소형이며 저렴하고 고장률이 적은 자기식 안정기로써 메탈할라이드 램프의 순시재점등을 수행하는 것을 연구하여 본 고안을 개발하게 되었다.

따라서, 본 고안은 자기식 안정기의 장점을 충분히 이용하면서, 메탈할라이드 램프의 아크 튜브가 뜨거운 상태에서도 점등 가능하도록 하여 효율이 나쁜 할로겐 램프를 대체하고 ON/OFF가 빈번한 장소에서도 광범위하게 사용할 수 있는 메탈할라이드 램프용 자기식 안정기를 제공한다.

본 고안에 따른 순시재점등용 자기식 안정기는 평상시에 램프를 점등시키는 동작(즉, 종래 자기식 안정기의 동작)은 물론, 램프가 일단 점등하여 램프의 아크튜브가 뜨거운 상태에서 소등하였다가 곧바로 재점등할 경우에도 점등이 이루어지게 하는 자기식 안정기이다.

도1은 본 고안의 개략적 블록구성도.

도2는 본 고안의 구체적인 실시예를 나타내는 회로도.

<구성>

본 고안에 따른 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기의 개괄적 구성은 도1에 나타낸 것과 같다. 도1을 참조할 때 본 고안은,

AC 전원으로부터 AC 입력전압 Vs가 입력되는 AC입력부(10);

AC 입력전압 Vs를 승압하는 승압부(20);

상기 승압부로부터 승압된 전압이 소정 전압 이상이 될 때 메탈할라이드 램프(40)를 순시재점등하기 위한 약 15~25kV의 고 이그나이터 전압을 발생시키고, 일단 램프(40)가 점등되면 상기 이그나이터 전압의 발생을 중단시키는 이그나이터부(30)로 구성된다.

<실시예>

상기 구성에서 각 구성요소의 실시예에 대해서 도2의 회로도를 참조하여 구체적으로 설명한다.

AC 입력부(10)는 상용 교류전압이 입력되면 입력의 역률을 개선하고 램프에 흐르는 전류를 제어함으로써 본 고안에 따른 자기식 안정기의 안정적인 동작을 위하여, 통상적으로 자기식 안정기에 사용되는 콘덴서와 인덕터로 이루어지는 안정기 회로를 포함한다. 도2에서, 인덕터 T1은 램프에 흐르는 전류를 제어하는 안정기이고 콘덴서 C1은 안정기의 인덕터에 의해 낮아진 역률을 개선하는 콘덴서이다.

승압부(20)는 통상의 교류전압인 220VAC를 승압하는 역할을 하는 것으로서, 본 고안에 따른 자기식 안정기에서는 이그나이터에서 약 15~25kV의 고압을 발생할 수 있도록 하기 위해 입력전압 Vs를 4배로 배압하는 배전압회로를 채택하였다. 배전압회로로서는 정류다이오드 4개(D1~4)와 콘덴서(C2~5)를 사용하여 구현하였다. 그 구성을 보면, 교류전압 입력단의 일단에 연결된 제1다이오드(D4)와, 이에 동일한 방향으로 차례대로 직렬연결된 제2다이오드(D3), 제3다이오드(D2), 제4다이오드(D1); 상기 교류 전압 입력단의 제1다이오드가 연결된 반대단과 상기 제1다이오드와 제2다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제1콘덴서(C2); 상기 제1다이오드 및 제2다이오드의 연결점과 상기 제3다이오드 및 제4다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제2콘덴서(C3); 상기 제4다이오드의 상기 제2다이오드와 연결된 반대단과, 제2다이오드 및 제3다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제3콘덴서(C4); 교류 전압 입력단의 제1다이오드가 연결된 단과 상기 제2다이오드 및 제3다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제4콘덴서(C5)로 구성된다.

위와 같이 구성되는 배전압회로의 작용을 설명하면 다음과 같다. 교류전압입력단 A-B에 교류전압 Vs가 입력될 때, 처음에 입력단중 B측에 (+)의 전압이 인가되면 다이오드 D4를 통하여 C2에 Vs의 전압이 충전된다. 그 이후 A측에 (+)의 전압이 인가되면 A측의 (+)의 전압과 C2에 충전된 전압이 더해져 다이오드 D3을 통하여 C5에 2Vs의 전압이 충전된다. 다시 B측의 전압이 (+)가 되면 B측의 (+) 전압과 C5에 충전된 전압 2Vs가 더해져 D2를 통하여 C3에 3Vs가 충전된다. 이때 C3의 단자 전압은 2Vs가 된다. 다시 A측에 인가되는 전압이 (+)가 되면 A측의 (+) 전압과 C2 전압 및 C3 전압이 더해져 D1을 통하여 C4에 충전된다. 이때, C4의 단자 전압은 2Vs가 되고 B측과 C4의 한 단자와 D1 의 한 단자와 만나는 D점의 전압은 4VS가 된다. 이렇게 하여 Vs의 입력전압이 배전압회로를 거쳐서 4배로 승압되어 4Vs가 된다.

이그나이터부(30)에 대해서 설명한다. 이그나이터의 전체적인 동작은 크게 두 가지로 볼 수 있는데, 램프가 점등될 수 있도록 고압을 램프에 인가하는 역할과 함께, 일단 램프가 점등된 다음에는 램프에 인가되는 고전압을 차단시키는 역할을 하여야 한다. 즉, 이그나이터부(30)는 상기 승압부에서 승압된 전압으로부터 램프를 점등할 수 있는 고전압을 발생하여 램프에 인가하는 역할을 하는 이그나이터전압 발생부와, 일단 램프가 점등된 다음에는 램프에 인가되는 고전압을 차단시키는 역할을 하는 이그나이터전압 차단부로 구성된다.

상기 이그나이터전압 발생부는 상기 승압부에서 승압된 전압이 소정 전압 이상이 되면 도통되는 스파크갭(SG1)과, 상기 SG1이 도통되면, 상기 승압된 전압에 의해 역기전력을 발생시키는 1차권선(T2-1)과, 이에 따라 2차권선(T2-2)에 약15~25kV의 유도 고전압을 발생시키는 고압발생 트랜스(T2)를 포함하며, 상기 이그나이터전압 차단부는, 일단 램프가 점등되면 상기 고압발생 트랜스의 1차권선이 폐회로를 형성하지 못하여 역기전력을 발생시키지 못하도록 하는 스위칭소자로 구성된다.

램프가 점등되기 전에 램프를 점등시키는 동작은 다음과 같다. 상기 배전압회로에서 4배압된 전압은 R1을 통하여 C6에 충전되는데, 여기에 충전된 전압이 스파크갭 SG1의 기준전압 이상이 되면 SG1이 도통하게 되고, 이때 C6에 충전된 전압이 이그나이터 트랜스 T2의 1차권선(T2-1)으로 방전되면서 1차권선에 역기전력이 발생되고, 이에 따라 2차권선(T2-2)에 높은 이그나이터 전압이 발생된다.

본 고안은 메탈할라이드 램프를 순시재점등하기 위한 자기식 안정기를 제공하는 것이므로, 일반적인 자기식 안정기의 이그나이터 전압보다도 훨씬 큰 전압을 발생하여야 한다. 일반적인 자기식 안정기의 이그나이터 출력전압은 수 kV 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. 그러므로 메탈할라이드 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 이그나이터 트랜스를 사용해야 한다. 이러한 새로운 형태의 이그나이터에 있어서, 보빈은 종래와는 달리 여러 칸을 나누어 권선하도록 하여 고전압을 분할해서 절연을쉽게 하고, 코어는 BAR코어를 사용하여 인덕턴스값을 줄이는 것이 바람직하다. 또한, 고전압의 이그나이터 전압을 만들기 위해서는 1,2차 권선비가 큰 트랜스를 사용해야 하므로 이그나이터 트랜스의 크기가 커지게 되고 많은 권선수로 인해서 안정기의 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 이그나이터의 크기를 줄이고 2차 권선수를 작게 하기 위해서는 도통 전압이 높은 스파크갭(SG)을 사용하여 1차 전압을 크게 해야 한다.

본 고안에서, 이그나이터 트랜스의 1차 전압을 크게 하기 위한 스파크갭 도통 전압은 앞에서 설명한 것과 같은 4배압회로를 이용하여 얻을 수 있다. 그 충전되는 전압이 스파크갭 전압 이상이 될 때 스파크갭은 도통되어 이그나이터 고압발생 트랜스 T2의 1차권선(T2-1)에 순간적으로 큰 방전 전류를 흘리고, 이에 따라 역기전력이 발생되어 T2의 2차권선(T2-2)에 1, 2차 권선비에 따른 높은 고전압이 발생되어 램프를 점등하게 되는 것이다.

한편, 이그나이터가 일단 램프를 점등시킨 다음에는 이그나이터의 동작을 중단시켜서 램프에 고전압을 인가하는 것을 차단해야 한다. 이 기능은 도2의 회로에서, R2, D5, R3, ZD1, R5, C7, Q1이 담당하고 있으며, 램프가 점등되기 전에는 C점의 전압이V 만큼 커지지만, 램프가 점등되면 C점의 전압은 램프의 관전압과 만큼 떨어지는 현상을 이용하고 있다. 즉, 램프가 점등되기 전에는 전류가 저항 R2를 통하여 다이오드 D5를 거치고 R3를 통하여 R5와 분압된 전압이 C7에 충전된다. 이 충전된 전압이 제너다이오드 ZD1의 기준전압 이상이 되면 SCR Q1이 도통되어 C6에 전압이 충전되며 이그나이터의 고압발생 트랜스 T2의 1차권선이 폐회로를형성하여 동작된다. 한편, 일단 램프가 점등되면 C점의 전압이 낮아져 R5에 걸리는 전압이 작아지므로 ZD1을 도통시키지 못하므로 Q1이 도통되지 않고 C6에 전류가 충전되지 않아 T2의 1차권선이 폐회로를 형성하지 못하므로 이그나이터 기능을 멈추게 된다.

이상에서와 같이 본 고안에 따르면 메탈할라이드 램프용 자기식 안정기의 이그나이터를 비교적 작은 크기로 높은 전압을 발생케 할 수 있으므로, 메탈할라이드 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.

Claims (6)

1. 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기로서,

   AC 전원으로부터 AC 입력전압 Vs가 입력되는 AC입력부;

   AC 입력전압 Vs를 승압하는 승압부;

   상기 승압부로부터 승압된 전압이 소정 전압 이상이 될 때 메탈할라이드 램프를 순시재점등하기 위한 약 15~25kV의 이그나이터 전압을 발생시키는 이그나이터부로 구성되는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 승압부는

   상기 이그나이터부에서 약 15~25kV의 고압을 발생할 수 있도록 하기 위해 입력전압 Vs를 4배로 배압하는 배전압회로로서,

   교류전압 입력단의 일단에 연결된 제1다이오드(D4)와, 이에 동일한 방향으로 차례대로 직렬연결된 제2다이오드(D3), 제3다이오드(D2), 제4다이오드(D1);

   상기 교류 전압 입력단의 제1다이오드가 연결된 반대단과 상기 제1다이오드와 제2다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제1콘덴서(C2);

   상기 제1다이오드 및 제2다이오드의 연결점과 상기 제3다이오드 및 제4다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제2콘덴서(C3);

   상기 제4다이오드의 상기 제2다이오드와 연결된 반대단과, 제2다이오드 및 제3다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제3콘덴서(C4);

   교류 전압 입력단의 제1다이오드가 연결된 단과 상기 제2다이오드 및 제3다이오드의 연결점 사이에 연결되는 제4콘덴서(C5)로 구성되어,

   상기 제1다이오드와 제3콘덴서의 연결점에서 4Vs의 전압이 측정되는 것을 특징으로 하는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.
3. 제1항에 있어서, 상기 이그나이터부는

   상기 승압부에서 승압된 전압으로부터 램프를 점등할 수 있는 고전압을 발생하여 램프에 인가하는 역할을 하는 이그나이터전압 발생부와,

   일단 램프가 점등된 다음에는 램프에 인가되는 고전압을 차단시키는 역할을 하는 이그나이터전압 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.
4. 제3항에 있어서, 상기 이그나이터전압 발생부는

   상기 승압부에서 승압된 전압이 소정 전압 이상이 되면 도통되는 스파크갭(SG1)과,

   상기 SG1이 도통되면, 상기 승압된 전압에 의해 역기전력을 발생시키는 1차권선(T2-1)과, 이에 따라 2차권선(T2-2)에 약 15~25kV의 유도 고전압을 발생시키는 고압발생 트랜스(T2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.
5. 제4항에 있어서, 상기 고압발생 트랜스에서

   권선이 감기는 권선칸이 다수개 분리되어 있으며,

   코어는 BAR코어인 것을 특징으로 하는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.
6. 제3항에 있어서, 상기 이그나이터전압 차단부는

   일단 램프가 점등되면 상기 고압발생 트랜스의 1차권선이 폐회로를 형성하지 못하여 역기전력을 발생시키지 못하도록 하는 스위칭소자를 포함하여,

   램프가 점등되면 상기 스위치소자를 차단하여 상기 고압발생 트랜스의 1차권선을 오픈시키는 것을 특징으로 하는, 메탈할라이드 램프의 순시재점등용 자기식 안정기.