KR200386183Y1 - Ｌｃ 미분 공진형 전자식 안정기 - Google Patents

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Abstract

본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기는 DC 전원 입력부; 상기 직류전압을 인가받아 제 1스위칭소자(Q1)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 1스위칭소자(Q1)를 도통시키는 인덕터(L1) 및 커패시터(C2)를 포함하여 구성되는 제 1스위칭부(210); 상기 제 1스위칭소자(Q1)의 도통시간이 끝남과 동시에 제 2스위칭소자(Q2)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 2스위칭소자(Q2)를 도통시키는 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)를 포함하여 구성되는 제 2스위칭부(220)로 구성되어 부하(230)를 교번적으로 스위칭하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＣ 미분 공진형 전자식 안정기{Electronic ballast using LC differential resonance}
본 고안은 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 LC 미분 공진형 전자식 안정기에 관한 것이다.
종래의 형광램프 시스템이나 각종 파워서플라이는 변류기(Current transformer)를 사용하여 스위칭을 하였다.
도 1은 종래 변류기 사용방식의 전자식 안정기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 변류기 사용방식 전자식 안정기는 DC전원 입력부(100), 트리거회로부(110), 제1 스위칭제어부(120), 제2 스위칭제어부(130) 및 공진부(140)로 구성된다.
일반적으로 외부에서 교류전원이 들어오면 정류부(미도시)는 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 상기 전자식 안정기에 DC 전원을 공급한다.
상기 트리거회로부(110)는 직류전압이 인가되면 구동신호를 출력하는 영역으로서, 저항(R1)과, 커패시터(C1), 다이오드(D1) 및 다이악(DA)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 제1 스위칭제어부(120) 및 제2 스위칭제어부(130) 각각은, 상기 트리거회로부(110)로부터 구동신호가 출력되면 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)를 교번적으로 스위칭동작시켜 공진부(140)에 고주파전압을 공급하는 영역으로서, 변류트랜스의 2차 권선(CT1, CT2)과, 저항(R2, R3) 및 다이오드(D2, D3)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 공진부(140)는 상기 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)의 스위칭동작에 의해 공급된 고주파전압을 입력받아 부하에 전류를 흐르게 하는 영역으로서, 인덕터(CH1), 커패시터(Cx, C2, C3) 및 다이오드(D4, D5)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 상기 2차 권선(CT1, CT2)으로의 유기전압을 발생시키는 1차권선(CTa)이 상기 인덕터(CH1)에 직렬로 연결되어 있다.
상기 변류기 사용방식 전자식 안정기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
트리거회로부(110)에 직류전압이 공급되면, 상기 트리거회로부(110)의 커패시터(C1)에 상기 저항(R1)을 통해 입력된 직류전압이 충전되고, 이 충전된 전압이 다이악(DA)의 구동용 전압을 넘는 순간 상기 다이악(DA)이 도통되면서 구동신호 즉, '하이레벨'의 전압신호가 제2 스위칭소자(Q2)의 베이스단자로 인가되어 제2스위칭소자(Q2)가 턴온된다.
상기와 같이 제2 스위칭소자(Q2)가 턴온되면 공급되는 직류전압이 공진부(140)의 커패시터(Cx, C2, C3)와, 인덕터(CH1), 스위칭트랜스의 1차 권선(CTa) 및 제2 스위칭소자(Q2)를 통해 흐르게 된다. 그리고, 상기 커패시터(C2, C3)의 충전이 완료되면, 스위칭트랜스의 1차 권선(CTa)의 전류흐름이 차단되면서 스위칭트랜스의 2차 권선(CT1)에 역기전압이 발생되고, 이 역기전압에 의해 제1 스위칭소자(Q1)가 턴온된다. 이와 같이, 제1 스위칭소자(Q1)가 턴온되면 공급되는 직류전압이 다이오드(D4)와, 제1 스위칭소자(Q1), 스위칭트랜스의 1차 권선(CTa), 인덕터(CH1) 및 커패시터(Cx, C2, C3)를 통해 흐르게 된다. 그리고, 상기 커패시터(C3)의 충전이 완료되면, 스위칭트랜스의 1차 권선(CTa)의 전류흐름이 차단되면서 스위칭트랜스의 2차 권선(CT2)에 역기전압이 발생되고, 이 역기전압에 의해 제2스위칭소자(Q2)가 턴온된다. 즉, 커패시터(C3)의 충전에 의해 스위칭트랜스의 2차 권선(CT1, CT2)에 교번적으로 역기전압이 발생되면서 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)가 교번적으로 스위칭동작을 반복하게 되어 고주파전압이 공진부(140)로 공급되는 것이다.
그러나, 상기 변류기 사용방식 전자식 안정기의 변류기 형태는 트로이달(troidal) 형으로 코일선 처리 등의 작업이 복잡하고 턴수 및 오결선 불량률이 높으며 제조비용 또한 높은 단점이 있다.
그리고, 변류기 코어의 큐리온도 특성의 변화가 심하여 양산시 설계자의 초기 요구 특성에 맞는 유지, 관리가 어렵고, 부하 전류 변화에 따라 변류코어의 발열량이 많아 스위칭소자의 G/B의 변화에 따라 전압, 전류파형의 변화가 심하므로 부하 효율이 떨어진다. 또한 상기 변류기 사용방식 전자식 안정기는 스위칭소자에 자유롭게 미분전압 전류파형을 공급할 수 없으며 별도의 트리거 회로가 필요한 문제가 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 고안은 변류기 및 별도의 트리거 소자를 사용하지 않고 발진 및 주파수, 듀티비, 증폭도를초안정 상태로 유지하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기는 DC 전원 입력부; 상기 직류전압을 인가받아 제 1스위칭소자(Q1)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 1스위칭소자(Q1)를 도통시키는 인덕터(L1) 및 커패시터(C2)를 포함하여 구성되는 제 1스위칭부(210); 상기 제 1스위칭소자(Q1)의 도통시간이 끝남과 동시에 제 2스위칭소자(Q2)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 2스위칭소자(Q2)를 도통시키는 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)를 포함하여 구성되는 제 2스위칭부(220)로 구성되어 부하(230)를 교번적으로 스위칭하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 2 스위칭소자(Q1, Q2)의 베이스 단자 및 이미터 단자 간에는 상기 제 1, 2 스위칭소자(Q1, Q2) 각각의 스위칭 동작 영역 내에서 스위칭 오프 구간의 파형에 대한 폴링(falling)을 급격하게 하여 상기 제 1스위칭소자(Q1) 및 제 2스위칭소자(Q2)의 스위칭 동작영역이 겹쳐지는 것을 방지하는 다이오드(D1, D2)가 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 2 스위칭부의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 트리거전압 파형중 불요파를 흡수하기 위해 커패시터(C4, C5)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 2 스위칭부의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 미분 공진시 발생할 수 있는 스파이크 펄스를 억제하기 위하여 저항(R3, R5)이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 2 스위칭소자가 FET일 경우, 상기 FET의 드레인 단자와 저항(R3, R5)에는 과도한 전압의 발생을 방지하기 위하여 제너 다이오드와 스위칭 다이오드가 대칭으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기를 나타낸 도면이다.
도 2a는 바이폴라 트랜지스터를 사용한 1등용 형광램프 시스템을 나타내고 도 2b는 바이폴라 트랜지스터를 사용한 다등용 형광램프 시스템을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 LC 미분 공진형 전자식 안정기는 DC 전원 입력부(200), 제 1스위칭부(210), 제 2스위칭부(220), 부하(230)로 구성된다.
상기 DC 전원 입력부(200)는 교류전원을 정류부(미도시)를 통하여 직류전원으로 변환하여 공급한다.
상기 제 1, 2 스위칭부(210, 220)는 미분 공진에 의해 제 1 스위칭소자(Q1)와 제 2 스위칭소자(Q2)를 교번적으로 스위칭 동작시켜 상기 부하(230)에 전류를 공급하며, 2차코일(CH1a) 및 3차코일(CH1b), 저항(R1, R2, R3, R4, R5), 다이오드(D1, D2, D3, D4), 인덕터(L1, L2), 커패시터(C2, C3, C4, C5, C6)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 부하(230)에는 커패시터(C1)와 1차코일(CH1)이 직렬로 연결되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
DC 전원입력부(200)를 통해 입력된 DC 전원이 커패시터 C1, Cx, CH1 및 제 1스위칭부(210)의 저항R1을 통해 커패시터 C2, 인덕터 L1 및 2차코일(CH1a)에 이르면 커패시터 C2 및 인덕터 L1을 포함하는 폐회로의 L/C 시정수에 의해 트리거 펄스가 발생되어 제 1스위칭소자(Q1)의 베이스-이미터 양단에 트리거 펄스를 공급한다.
상기 발생된 트리커 펄스는 상기 제 1스위칭소자(Q1)의 컬렉터-이미터 단자 간을 도통시키는데, 여기서 상기 제 1스위칭소자(Q1)의 도통하는 시간 가 된다.
다음, 상기 제 1스위칭소자(Q1)의 도통시간 동안 커패시터 C1에 A+로 공급된 양의 전하가 커패시터 C1, Cx 및 CH1을 통해 충전된다. 그리고, 상기 L1/C2 시정수에 의해 제 1스위칭소자(Q1)의 도통 시간이 종료됨과 동시에 커패시터 CH1에 제 2스위칭소자(Q2)를 도통하기 위한 트리거 전압이 상기 제 2스위칭부의 3차코일(CH1b)에 발생한다.
여기서, 상기 제1, 2 스위칭부(210, 220)의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 트리거전압 파형중의 불요파를 흡수, 제거하기 위해 커패시터(C4, C5)가 병렬로 연결된다.
상기 트리거 전압은 L2-C3 시정수에 의해 미분되어 제 2스위칭소자(Q2)의 베이스-이미터 양단에 가해져 상기 제 2스위칭소자(Q2)의 컬렉터-이미터 간이 도통된다. 여기서 상기 도통시간 이다. 상기 제 2스위칭소자(Q2)의 컬렉터-이미터 간이 도통되는 동안 상기 커패시터 C1과 CH1의 축적전하는 방전되므로 상기 부하(230)에 1사이클의 전류가 흐르게 된다.
이어서, 상기 제 2스위칭소자(Q2)의 도통시간이 완료되면, 제 1스위칭부(210)의 2차코일(CH1a)에 역기전력이 발생되어 다시 제 1스위칭소자(Q1)가 도통되어 다시 커패시터 C1에 전하가 충전된다.
이와 같이, 제 1스위칭소자(Q1) 및 제 2스위칭소자(Q2)가 교번적으로 도통되어 상기 부하(230)에 전류가 흐르게 한다.
여기서, 상기 제1, 2 스위칭소자(Q1, Q2)의 베이스 단자 및 이미터 단자 간에는 상기 제 1, 2 스위칭소자(Q1, Q2) 각각의 스위칭 동작 영역 내에서 스위칭 오프 구간의 파형에 대한 폴링(falling)을 급격하게 하여 상기 제 1스위칭소자(Q1) 및 제 2스위칭소자(Q2)의 스위칭 동작영역이 겹쳐지는 것을 방지하는 다이오드(D1, D2)가 접속된다.
그리고, 상기 제1, 2 스위칭부(210, 220)의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 미분 공진시 발생할 수 있는 스파이크 펄스를 억제하기 위하여 저항(R3, R5)이 병렬로 연결된다.
상기 LC 미분 공진형 전자식 안정기를 형광램프 시스템에 적용시, 상기 형광등은 다등용으로 상기 제 1, 2스위칭부(210, 220)에 병렬로 연결될 수 있다.
도 3은 본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기에 FET(Field effect transistor)를 사용한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3a는 1등용 형광램프 시스템을 나타내고 도 3b는 다등용 형광램프 시스템을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 제 1, 2 스위칭소자(Q1, Q2)가 FET로 구성되어 있으며, 상기 FET의 소스(source) 단자와 저항(R3, R5)에는 과도한 전압의 유입을 방지하기 위하여 제너 다이오드(ZD1, ZD2)와 스위칭 다이오드(D5, D6)가 대칭으로 접속되어 있다. 이외의 회로 구성과 동작은 도 2와 동일하므로 생략하기로 한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 고안의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 고안의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 실용신안등록 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 변류기를 포함하지 않고 인덕터, 커패시터로 구성되어 자동삽입으로 제조할 수 있으므로 불량률이 현저히 낮고 제조 비용이 저렴하며, -35℃~105℃의 온도 범위내에서 ±5% 이내의 품질을 유지할 수 있다
둘째, 부하전류 변화에 따른 L/C 소자의 발열량이 없으므로 안정적인 전압, 전류파형을 얻을 수 있고, 스위칭소자에 자유롭게 미분 전압, 전류 파형을 제공할 수 있어 부하 선택이 자유롭다.
셋째, 별도의 트리거 회로를 필요로 하지 않으므로, 입력전압의 최소, 최대 기준을 요하지 않는다.
도 1은 종래 변류기 사용방식의 전자식 안정기를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기를 나타낸 도면.
도 3은 본 고안에 따른 LC 미분 공진형 전자식 안정기에 FET(Field effect transistor)를 사용한 실시예를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200: DC 전원 입력부 210: 제 1스위칭부
220: 제 2스위칭부 230: 부하
Q1, Q2: 제 1, 2 스위칭소자

Claims (5)

  1. DC 전원 입력부(200);
    상기 직류전압을 인가받아 제 1스위칭소자(Q1)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 1스위칭소자(Q1)를 도통시키는 인덕터(L1) 및 커패시터(C2)를 포함하여 구성되는 제 1스위칭부(210);
    상기 제 1스위칭소자(Q1)의 도통시간이 끝남과 동시에 제 2스위칭소자(Q2)의 베이스단자와 이미터단자 사이에 연결되어 트리거 펄스를 발생시켜 상기 제 2스위칭소자(Q2)를 도통시키는 인덕터(L2) 및 커패시터(C3)를 포함하여 구성되는 제 2스위칭부(220)로 구성되어 부하(230)를 교번적으로 스위칭하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 2 스위칭소자(Q1, Q2)의 베이스 단자 및 이미터 단자 간에는 상기 제 1, 2 스위칭소자(Q1, Q2) 각각의 스위칭 동작 영역 내에서 스위칭 오프 구간의 파형에 대한 폴링(falling)을 급격하게 하여 상기 제 1스위칭소자(Q1) 및 제 2스위칭소자(Q2)의 스위칭 동작영역이 겹쳐지는 것을 방지하는 다이오드(D1, D2)가 접속되는 것을 특징으로 하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 2 스위칭부(210, 220)의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 트리거 전압파형 중에서 불요파를 흡수, 제거하기 위해 커패시터(C4, C5)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기.
  4. 제 3항에 있어서
    상기 제 1, 2 스위칭부(210, 220)의 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C2, C3)의 일단에는 미분 공진시 발생할 수 있는 스파이크 펄스를 억제하기 위하여 저항(R3, R5)이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 2 스위칭소자(Q1, Q2)가 FET일 경우, 상기 FET의 드레인 단자와 저항(R3, R5)의 일단에는 과도한 전압의 발생을 방지하기 위하여 제너 다이오드와 스위칭 다이오드가 대칭으로 접속되는 것을 특징으로 하는 LC 미분 공진형 전자식 안정기.
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