KR200423153Y1 - 고압 방전등용 안정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고압 방전등용 안정기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 절전효과를 갖는 고압 방전등용 안정기에 관한 것이다.

본 고안에 따른 고압 방전등용 안정기는 길이방향을 따라 복수의 탭이 형성되어 있는 1차 코일, 상기 1차 코일과 유도 결합되어 있는 2차 코일, 전원 단자와 상기 1차 코일 사이에 연결되고 상기 1차 코일의 일 단 및 상기 탭 중 하나에 선택적으로 스위칭하기 위한 제 1 릴레이, 상기 전원 단자와 리액터사이에서 상기 제 1 릴레이와 병렬로 연결되어 온/오프 스위칭하기 위한 제 2 릴레이, 상기 1차 코일의 일단 및 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결된 리액터, 상기 제 1 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 1 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 1 타이머, 및 상기 제 2 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 2 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 2 타이머를 포함한다.

고압 방전등용 안정기, 리액터, 1차 코일, 2차 코일, 타이머

Description

고압 방전등용 안정기{BALLAST FOR HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP}

도 1은 종래의 고압 방전등용 안정기를 포함한 점등회로의 구성도.

도 2는 절전기능을 갖도록 변형된 고압 방전등용 안정기를 포함한 점등회로의 구성도.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 절전형 고압 방전등용 안정기를 포함한 점등회로의 구성도.

도 4는 도 2에 따른 고압 방전등용 안정기에 의한 2차 전압과 본 고안의 일 실시예에 따른 안정기에 의한 2차 전압의 파형도.

본 고안은 고압 방전등용 안정기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 절전효과를 갖는 고압 방전등용 안정기에 관한 것이다.

일반적으로 차량이나, 가로등, 기타 공공장소의 조명등을 위해 할로겐 램프가 주로 사용되고 있다. 이러한 종래의 할로겐 램프는 전극 사이에 위치한 코일에 전압을 인가하여 빛을 발생시키는 것으로서 많은 전력이 공급되는 것에 비해 광도자체가 약해서 밝기가 떨어지고, 일정시간 이상을 사용하면 램프 자체가 완전점멸 되는 문제점을 가지고 있다.

최근, 기존의 할로겐 램프보다 3 배 이상 더 밝은 광도와 반영구적인 수명을 가지고 있으며, 전력 소비량이 더 작은 에너지절약형인 고압 방전등이 일부 고급차량이나 보다 높은 조도를 요하는 장소 등에 도입되어 사용되고 있다.

상기 고압 방전(High intensity Discharge)등은 방전등의 일종으로서 코일이 없고 내부에 금속화합물과 불활성 기체가 채워진 관에 전압을 인가하여 방전을 일으킴으로써 빛을 발생시킨다.

이러한 고압 방전등의 장점은 수명이 2000시간 이상이며 그 후에도 휘도가 저하할 뿐 할로겐 램프와 같이 완전 점멸되지않고 그 휘도 또한 할로겐 램프의 3 배에 이르며 아름다운 빛을 발하는 장점이 있다.

이러한 고압 방전등은 방전개시를 위하여는 일반적으로 220V 또는 100V와 같은 소정의 전압을 필요로 하지만, 일단 방전이 이루어져 램프가 점등된 이후에 방전을 유지시키기 위하여는 이보다 낮은 전압을 인가해도 램프가 무리 없이 발광할 수 있다. 따라서 야간에 장시간 헤드라이트를 켜야하는 차량이나 야간에 계속하여 조명하여야 하는 가로등의 경우에, 방전유지단계에서 최초전압의 80∼90% 정도의 전압만을 가하여주면 엄청난 절전효과가 나타나게 된다.

이와 같은 점에 착안하여, 고압 방전등을 점등할 때 일단, 예컨대 220V (또는 100V)를 공급하여 방전을 개시한 후, 방전이 완료된 후에는 이보다 낮은 전압을 인가함으로써 절전효과를 발휘하는 안정기를 고려해볼 수 있다. 그러나 이러한 형태의 안정기는 단권 변압기를 응용한 단순한 형태의 것이고, 방전 개시 후에 전압 을 220V (또는 100V) 이하의 낮은 전압으로 인가하기 위해 스위칭할 때 전원의 공급이 순간적으로 중단되고 방전등이 소등되어 재차 점등되지 않는 경우가 있을 것이므로 상술한 형태의 안정기는 실제로 활용할 수는 없는 단점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 고안된 것으로서, 전압이, 예컨대 220V (또는 10OV) 이하의 낮은 전압으로 전환되더라도 전원의 공급이 중단됨이 없고, 따라서 방전등이 소등되는 일이 발생하지 않도록 하는 새로운 형태의 고압 방전등용 안정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 일 실시예에 따른 고압 방전등용 안정기는 길이방향을 따라 복수의 탭이 형성되어 있는 1차 코일, 상기 1차 코일과 유도 결합되어 있는 2차 코일, 전원 단자와 상기 1차 코일 사이에 연결되고 상기 1차 코일의 일 단 및 상기 탭 중 하나에 선택적으로 스위칭하기 위한 제 1 릴레이, 상기 전원 단자와 리액터사이에서 상기 제 1 릴레이와 병렬로 연결되어 온/오프 스위칭하기 위한 제 2 릴레이, 상기 1차 코일의 일단 및 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결된 리액터, 상기 제 1 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 1 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 1 타이머, 및 상기 제 2 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 2 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 2 타이머를 포함한다.

또한, 상기 고압 방전등용 안정기는 스타터를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1 스위치는 연결될 탭을 선택하거나 변경할 수 있는 셀렉터 릴레이이다.

바람직하게는, 상기 1차 코일과 2차 코일은 서로 철 공진 방식으로 유도결합되어 있다.

이하, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부재번호가 부가된, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 일 실시예에 따른 고압 방전등용 안정기의 구조 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 고압 방전등용 안정기를 포함한 점등회로의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 고압 방전등용 안정기를 포함한 점등회로는 1차 코일(L₁)과 2차 코일(L₂), 및 스타터(ST)로 구성된 안정기, 스타터(ST)에 병렬로 연결된 램프(R), 그리고 상기 1차 코일에 스위치(SW_E)를 경유하여 연결된 전원(E) 등으로 구성된다. 상기 안정기는 1차 코일 단의 각각에는 전원(E)에 병렬로 연결되고 그 가운데 탭(TAB2)이 형성되어 있는 2차 코일(L₂)은 1차 코일과 유도결합되어 있다. 그리고, 상기 스타터(ST)에 병렬로 램프(R)가 연결되어 있다. 스타터(ST)는 상기 2차 코일(L₂)의 탭(TAB2)과 램프(R)에 연결되는데, 전원공급시 램프(R)의 점등을 개시하는 역할을 한다.

이하, 상기 구성에 따른 종래의 고압 방전등의 점등 동작을 설명한다.

먼저, 스위치(SW_E)를 턴온함으로써 전원이 공급되면, 1차 코일(L₁)과 2차 코 일(L₂)을 거쳐 순간적으로 스타터(ST)에 저장된 전기 에너지에 의해 램프(R)가 점등된다. 소정 시간 후 상기 안정기는 램프(R)에 안정된 전원을 공급하여 램프(R)가 일정한 조도를 유지하며 동작할 수 있도록 한다.

이때, 램프(R)의 안정된 동작을 위해 일정한 전압을 계속 유지해야 하는데, 초기 점등시보다는 줄어든 전압을 공급하더라도 램프(R)는 계속 점등할 수 있게 된다. 따라서, 상기와 같은 구성의 종래의 점등회로에서는 램프(R)의 초기 점등 전압과 이후 램프(R)의 점등 유지를 위한 전압이 이후에도 같게 되므로 전력소모가 많은 단점이 있었다.

이와 같은 점에 착안하여, 도 2에 도시된 바와 같은 절전기능을 갖도록 변형된 고압 방전등용 안정기를 포함하는 점등회로를 고려해볼 수 있다. 도 2는 절전기능을 갖도록 변형된 고압 방전등용 안정기를 포함하는 점등회로의 일 구성도로서, 도 2를 참조하면, 상기 점등회로는 1차 코일(L₁)과 2차 코일(L₂), 스타터(ST), 타이머(T₁) 및 릴레이(R₁)로 구성된 안정기, 스타터(ST)에 병렬로 연결된 램프(R), 그리고 상기 1차 코일(L₁)에 스위치(SW_E)를 경유하여 연결된 전원(E) 등으로 구성된다. 도 2에 도시된 안정기에는 도 1에 도시된 안정기와 달리 타이머(T_a)와 릴레이(R_a)가 더 부가되어 있고 1차 코일(L₁)의 중간에 탭(TAB1)이 형성되어 있다. 이때 도면에는 회로의 상부의 릴레이(R_a)와 하부에 점선으로 표시된 릴레이(R_a)가 별개인 것 처럼 도시되어 있으나, 이는 릴레이를 표시한 일 방식 중 하나로서 주지된 것이고 설명의 편의를 위한 것임을 이해해야 한다. 상기 릴레이(R_a)는 3개의 단자가 형성되어 있고 그 중 일 단은 전원(E) 쪽 스위치(SW_E)에 그리고 나머지 단은 1차 코일(L₁)의 상기 탭(TAB1)과 1차 코일(L₁)의 일 단에 연결되어, 탭(TAB1)과 상기 1차 코일(L₁)의 일 단 사이에서 스위칭할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 릴레이(R_a)는 타이머(T_a)가 작동하여 소정의 시간이 경과 하면 구동되어 방향a-b간을 스위칭하도록 되어 있다.

이하, 상기 도 2를 참조하여 상기한 점등회로의 동작원리를 살펴보면, 먼저, 릴레이(R_a)의 일 단이 1차 코일(L₁)의 탭(TAB1)에 연결되어 있는 방향a에 위치하고 있는 상태에서 스위치(SW_E)가 턴온하여 상기한 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 램프(R)를 점등시킨다. 이와 동시에 타이머(T_a)에 전원이 인가되어 타이머(T_a)가 동작하기 시작한다. 타이머(T_a)에 설정된 소정의 시간이 경과 하면 타이머(T₁)에 의해 릴레이(R₁)가 방향a에서 방향b로 스위칭한다. 이렇게 되면, 1차 코일(L₁)의 권수가 증가하게 되어 변압기의 유도 전압 공식인 V₁/V₂=N₁/N₂(여기서, V₁, V₂는 각각 1차 코일(L₁) 및 2차 코일(L₂)에 인가되는 1차 전압 및 2차 전압, N₁, N₂는 각각 1차 및 2차 코일(L₂)의 권수를 나타낸다)에 의해 2차 코일(L₂)에 인가되는 전압이 낮아지게 된다. 결국, 2차 코일(L₂)에 연결되어 있는 램프(R)에는 초기 점등 전압에 비 해 낮은 전압이 공급되게 되고, 이에 따라 절전효과를 거둘 수 있게 된다.

그러나, 상기한 점등회로의 경우는 릴레이(R_a)가 방향a에서 방향b로 스위칭할 때, 전기의 공급이 순간적으로 차단되고, 따라서 방전등이 소등되어 재차 점등되지 않는 경우가 일어날 수 있다는 문제점이 있다.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 절전형 점등회로의 간단한 회로도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 절전형 점등회로는 상기한 도 2에 도시된 것과 같은 절전형 점등회로에 부가적인 릴레이(R₁), 이를 제어하기 위한 타이머(T₁), 및 리액터(L_R)가 더 포함되어 있다.

도 3을 참조하면, 릴레이(R₁) 또한 세 개의 단자를 포함하여 릴레이(R₂)와 나란히 배치되고 상기 릴레이(R₁)의 일 단은 릴레이(R₂)의 일 단과 연결되고 다른 일 단은 리액터(L_R)를 거쳐 상기 릴레이(R₂)의 타 단 중 하나와 함께 1차 코일(L₁)의 일 단에 연결되어 있으며 마지막 일 단은 어떠한 단자에도 연결되어 있지 않다. 주지된 바와 같이, 리액터(L_R)는 유도성 소자로서, 순간적인 전원 공급의 변화에도 급격한 변화를 방지하여 안정적인 전원을 계속 공급할 수 있다. 리액터(L_R)가 부가되지 않은 도 2에 따른 회로와 리액터(L_R)를 부가한 도 3에 따른 회로에 대한 램프(R)로의 출력 전압의 인가 파형도가 도 4에 도시되어 있고, 이후 상세히 설명한 다.

이하, 본 고안의 일 실시예에 따른 절전형 점등회로의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 스위치(SW_E)가 턴온되기 전 릴레이(R₁)는 방향c에 위치하여 개방된 상태이므로 전원이 공급되더라도 이 방향으로는 흐르지 않도록 되어 있고, 릴레이(R₂)는 방향a에 위치되어 쇼트 상태를 유지하고 있다. 이 상태에서 스위치(SW_E)가 턴온하게 되면, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 스타터(ST)에 의해 램프(R)가 점등하게 된다. 이와 동시에 타이머(T₁)가 동작하게 되어 소정의 설정 시간이 지나면 이와 연계된 릴레이(R₁)를 구동하여 방향c에서 방향d로 스위칭하게 된다. 릴레이(R₁)가 상기 방향으로 스위칭하더라도 릴레이(R₁)로는 리액터(L_R)가 연결되어 있어 저항으로 작용하고 있고, 릴레이(R₂)에는 저항 소자가 없기 때문에 모든 전류가 릴레이(R₂)로만 흐름을 주목해야 한다.

여기서, 릴레이(R₁)의 스위칭과 동시에 타이머(T₂)가 동작하게 되어 또한 소정의 설정 시간이 지나면 이와 연계된 릴레이(R₂)를 구동하여 방향a에서 방향b로 스위칭을 일으킨다. 이 경우는, 도 2를 참조하여 설명한 종래의 절전형 안정기와 달리 릴레이(R₁)를 통해 전기적 접속이 유지되고 있으므로 릴레이(R₂)가 방향a에서 방향b로 스위칭하는 동안에도 전원의 공급이 차단되지 않는다. 따라서, 코일의 권수 의 증가로 램프(R)에 인가되는 전압은 줄어들게 되지만, 종래의 안정기와 같이 전원공급의 차단이 일어나지 않으므로, 점등을 계속 유지할 수 있게 된다.

도 4에 본 고안의 일 실시예에 따른 안정기의 2차 코일(L₂)의 출력단, 즉, 램프(R)에 인가되는 2차 전압(V₂)의 파형도가 도시되어 있다. 여기서 표시된 소정의 20ms의 구간은 실험적으로 구해진 대체적인 스위칭 동안의 시간을 나타내며, 점선으로 표시된 부분은 도 2를 참조하여 설명한 종래의 절전형 안정기에 의한 2차 전압의 파형이고 실선으로 표시한 부분은 본 고안의 일 실시예에 따른 절전형 안정기에 의한 2차 전압의 파형이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2의 안정기의 경우 스위칭 동안(상기 20ms) 전원공급이 0으로 급격히 떨어지지만, 도 3의 안정기의 경우 스위치(SW₁)와 리액터(L_R)를 통해 스위칭 동안에도 전기적 접속을 유지하고 리액터(L_R)가 급격한 전압 변화를 방지하므로 전원공급이 서서히 줄어들었다가 다시 스위칭의 완료 후 원래의 줄어든 전원이 안정적으로 계속 공급되고 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 고안에 의하면, 램프(R)를 소등시키지 않고 절전효과를 거둘 수 있다.

본 고안이 1차 코일(L₁)에 하나의 탭(TAB1)이 형성된 구성된 실시예를 참조하여 설명되었지만, 램프(R)에 대한 인가 전압을 순차적으로 줄일 수 있도록 복수 개의 탭을 형성하여 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 이 경우는 탭 간 스위칭을 원할하게 하기 위해 릴레이(R1)를 셀렉터 릴레이로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 1차 코일(L₁)과 2차 코일(L₂)은 서로 철 공진 방식으로 유도결합되도록 구성함이 바람직하다. 철 공진 방식에 의할 경우 상기 고압 방전등에 인가되는 전류를 안정화 시킴으로써 전압을 일정하게 공급하는 효과가 있다.

이상 본 고안이 상기한 실시예를 참조하여 설명되었지만 본 고안이 속하는 기술분야의 당업자는 본 고안이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 고안의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 실용신안등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 실용신안등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 고안은 종래의 절전형 안정기의 단점을 극복하여, 전압이 220V (또는 10OV)로부터 그 보다 낮은 전압으로 전환되더라도 전기의 공급이 중단됨이 전혀 없고, 따라서 방전등이 소등되는 일이 발생하지 않도록 할 수 있다.

Claims (4)

1. 길이방향을 따라 복수의 탭이 형성되어 있는 1차 코일;

   상기 1차 코일과 유도 결합되어 있는 2차 코일;

   전원 단자와 상기 1차 코일 사이에 연결되고 상기 1차 코일의 일 단 및 상기 탭 중 하나에 선택적으로 스위칭하기 위한 제 1 릴레이;

   상기 전원 단자와 리액터사이에서 상기 제 1 릴레이와 병렬로 연결되어 온/오프 스위칭하기 위한 제 2 릴레이;

   상기 1차 코일의 일단 및 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결된 리액터;

   상기 제 1 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 1 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 1 타이머; 및

   상기 제 2 릴레이와 연계되어 설정된 소정의 시간 후 상기 제 2 릴레이의 스위칭 동작을 수행하게 하는 제 2 타이머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 안정기.
2. 제 1 항에 있어서, 스타터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 안정기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이는 연결될 탭을 선택하거나 변경할 수 있는 셀렉터 릴레이인 것을 특징으로 하는 방전등용 안정기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 코일과 2차 코일은 서로 철 공진 방식으로 유도결합되어 있는 것을 특징으로 하는 방전등용 안정기.

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