KR200431803Y1 - 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로, 형광램프의 점등 전압을 검출하여 해당 점등전압을 갖는 형광램프의 종류를 감지하고, 인버터를 펄스 주파수 변조 방식으로 제어하여 형광램프에 맞는 주파수를 출력할 수 있도록 하여 형광램프를 안정적으로 점등시키는 것이다.

그리고 고주파에서 저주파로 주파수를 변환시켜 형광램프를 점등시킴으로 소프트스타트가 가능하게 하여 형광램프의 수명을 연장하는 것이다.

형광램프, 안정기, 전압, 펄스주파수변조

Description

프리와트형 형광램프용 전자식 안정기{Free Wattage Electronic Ballast for Fluorescent Lamp}

도 1은 종래의 전자식 안정기를 나타내는 블록도

도 2는 본 고안에 따른 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기를 나타내는 블록도

도 3은 도 2의 역률 개선 회로를 나타내는 회로도

도 4는 도 2의 인버터와 마이크로 컨트롤러를 나타내는 회로도

도 5는 도 2의 전압/전류 검출부를 나타내는 회로도

본 고안은 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광램프의 전압을 검출하여 형광램프의 종류를 파악한 후 인버터부의 구동을 제어하여 해당 형광램프에 맞는 주파수로 동작되도록 하여 다양한 형광램프에 공통으로 적용할 수 있는 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것이다.

형광램프는 방전관의 일종으로 방전에 필요한 열전자를 방출하기 위하여 초기에 높은 전압이 필요하며 방전 후 형광램프에 인가된 전압은 램프전류가 커지면 반대로 감소하는 부성 저항 특성을 갖고 있다.

안정기는 초기에는 점등에 필요한 고전압을 공급하여 램프를 점등시키고, 점등 후에는 램프의 전류를 제어하여 일정한 밝기를 유지시켜주는 역할을 한다. 따라서 안정기는 형광램프의 효율과 수명에 직접적인 영향을 준다.

일반적인 전자식 안정기의 원리를 하기에서 살펴본다.

도 1은 종래의 전자식 안정기를 나타내는 블록도이고, 도 2는 종래의 역률 개선 회로를 나타내는 회로도이다.

종래의 전자식 안정기는 반도체 부품과 수동전자 부품으로 구성된 전자회로를 사용하여 교류 50Hz/60Hz의 전원을 고주파(20kHz~100kHz)로 변환 후 램프전원으로 사용하는 것으로, 도 1에 나타내는 바와 같이 입력측 필터, 정류부, 역률개선회로, 인버터부, 공진부로 구성된다.

상기한 구성에서 입력측 필터는 모든 전자기기에 발생하는 전자파장해(EMI)를 억제함으로써 EMI규정에 위배되지 않도록 함과 동시에 타 전자기기에 미치는 악영향을 최소화하는 역할을 하고, 정류부는 상용교류전압(100V~220V/60Hz)을 직류전압으로 변환시켜준다.

역률개선회로는 정류부의 직류전압을 승압하는 것이며, 인버터부는 역률개선회로에서 생성된 고주파신호로 입력 직류전압을 고주파전압(구형파)으로 변환 시켜주는 회로이며, 공진부는 인버터부에서 발생된 고주파전압(구형파)을 코일(L), 콘덴서(C)로 구성된 필터를 통하여 정현파로 변환 시켜주는 회로이다.

이러한 종래의 안정기는 형광램프에 따라 각 특성에 맞게 설계, 제작되어 있 으며 형광램프 교체시 반드시 안정기에 맞는 정격의 형광램프를 교체해야만 하므로, 사용이 불편하고 형광 램프 설치비가 많이 소요되며 자원 낭비 및 환경오염의 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 형광램프의 점등 전압을 검출하여 해당 점등전압을 갖는 형광램프의 종류를 감지하고, 인버터를 펄스 주파수 변조 방식으로 제어하여 형광램프에 맞는 주파수를 출력할 수 있도록 하여 형광램프를 안정적으로 점등시키는 데 있다.

그리고 본 고안의 다른 목적은 고주파에서 저주파로 주파수를 변환시켜 형광램프를 점등시킴으로 소프트스타트가 가능하게 하여 형광램프의 수명을 연장하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기는, 형광램프에 인가되는 램프 전압과 전류를 검출하는 전압/전류 검출부와, 상기한 전압/전류 검출부로부터 출력되는 신호에 따라 형광램프의 종류를 판단하고, 해당 형광램프에 맞도록 기 설정된 주파수로 인버터부를 구동시키는 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

이상과 같은 특징을 갖는 본 고안의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

도 2는 본 고안에 따른 전자식 안정기를 나타내는 블록도이다.

본 고안에 따른 안정기는 전자파 장해를 억제하는 입력측 필터(10), 입력된 상용교류전압을 직류전압으로 변환시켜주는 정류부(20), 정류된 직류전압을 승압시키는 역률개선회로(30), 역률개선회로(30)의 출력전압을 구형파로 변환시키는 인버터부(40), 구형파를 정현파로 변환시키는 공진부(50), 형광램프(60)에 인가되는 전압과 전류를 검출하는 전압/전류 검출부(70)와, 상기한 전압/전류 검출부(70)로부터 출력되는 신호에 따라 형광램프(60)의 종류를 판단하고, 해당 형광램프(60)에 맞도록 기 설정된 주파수로 인버터부(40)를 구동시키는 마이크로 컨트롤러(80)로 구성된다.

상기한 구성에서 역률개선회로(30)는 도 3에 나타내는 바와 같이 직류전압을 승압하는 것으로, 출력전압(Vo)은 전파 정류된 파형이고 직류전압(V_DC)은 인덕터(L)에 의해 승압된 DC 전압이다.

상기한 역률개선회로의 기초 동작은 역률개선 아이씨(PFC IC)가 모스에프이티(MOSFET)를 턴온하게 되면 인덕터(L)에 전류가 흐르게 되어 에너지를 축적했다가 모스에프이티(MOSFET, Q1)가 턴오프할 때 인덕터(L)에 흐르던 전류가 다이오드(D1)를 타고 직류전압(V_DC)의 콘덴서에 전압을 축적하는 부스트 업 컨버터 동작을 한다.

이때 다이오드(D1)는 모스에프이티(MOSFET)가 고속 스위칭을 할 때 빨리 스위칭 동작을 할 수 있도록 품질이 좋은 고속 복구 다이오드(Fast recovery diode)를 사용해야 하며 만일 품질이 좋지 못한 다이오드를 사용했을 경우 소자가 파괴되 거나 변환 효율이 저하되고 또한 역률이 나빠지게 된다.

그리고 상기한 구성에서 마이크로 컨트롤러(80)는 도 4에 나타내는 바와 같이 펄스주파수변조부(90)를 통해서 인버터부(40)를 구동하는데, 상기한 펄스주파수변조부(90)는 포토커플러로 구성된다.

아울러, 형광램프(60)의 초기 점등(이하 1차 점등이라 함)에서 마이크로 컨트롤러(80)는 인버터부(40)를 제어하여 공진부(50)의 공진 주파수보다 높은 주파수로 스위칭시키고 표 1에 나타내는 바와 같이 단계별로 낮은 주파수로 스위칭시켜 포토커플러(U5)를 통하여 펄스주파수변조를 하여 인버터부(40)를 구성하는 하프 브릿지 제어부(U2)의 CT단자를 통하여 하프 브릿지를 구성하는 모스에프이티(Q2,Q3)를 번갈아 온/오프(ON/OFF)하여 형광램프에 적정한 주파수를 인가하여 1차 점등을 완료함으로써, 소프트 스타트가 가능하게 하여, 형광램프의 수명을 연장할 수 있도록 한다.

전압/전류 검출부의 구성을 도 5를 참조하여 살펴보면, 형광램프(60)에 1차측이 직렬연결된 트랜스포머(TL2,TL3)와, 애노드가 상기한 트랜스포머(TL2,TL3)의 2차측을 향하여 직렬 연결되고 캐소드가 마이크로 컨트롤러(80)의 입력단과 접속된 다이오드(D13,D16)로 구성되어, 트랜스포머(TL2,TL3)에서 전압을 감지하여 다이오드(D13,D16)를 통해 DC전압 신호를 안정화하여 마이크로 컨트롤러(80)로 입력한다.

그리고, 상기한 마이크로 컨트롤러(80)는 전압/전류 검출부(70)로부터 입력된 전압을 기준으로 형광램프(60)의 종류를 판단하는데, 이는 마이크로 컨트롤러(80)에 구비된 메모리에 표 2와 같이 전압별 형광램프 종류 테이블이 기록되어 있어서 형광램프의 종류를 판단한다.

이와 같이 형광램프의 종류가 판단되면, 해당 형광램프별로 기 설정된 출력 주파수에 따른 PFM(Pulse Frequency Modulation) 신호를 마이크로 컨트롤러(80)가 인버터부(40)로 출력하여 형광램프(60)를 2차 점등시키는데, 그 예로서 20W 형광램프의 경우 50KHz주파수 대역으로 32W 램프의 경우 60KHz로 40W램프의 경우 70KHz로 주파수를 조정한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 의하면 램프전압/전류를 감지하고 감지 전압을 A/D변환하여 최초 설정된 램프의 종류에 맞는 값을 수 msec 안에 찾을 수 있어서, 램프의 종류를 빠르게 파악하여 램프를 안정하게 구동시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 램프의 종류별로 여러 가지 안정기들을 만들 필요 없이 사용이 가능하여 자원낭비 및 환경오염을 줄일 수 있으며, 생산자 측에서도 램프 종류별로 여러 가지 안정기들을 만들어야 하는 폐단을 없애고 범용적으로 램프를 수용하도록 안정기를 일원화 할 수 있어 원가 절감 효과가 크다.

더욱이, 전자식 안정기에서 마이크로 컨트롤러를 이용하게 됨에 따라 회로의 유연성 및 설계의 폭이 넓어지며, 다양한 기능을 별도의 회로를 구성하지 않고 프로그램에 의하여 제어가 가능하게 되었다.

Claims (5)

1. 전자파 장해를 억제하는 입력측 필터, 입력된 상용교류전압을 직류전압으로 변환시켜주는 정류부, 정류된 직류전압을 승압시키는 역률개선회로, 역률개선회로의 출력전압을 구형파로 변환시키는 인버터부, 구형파를 정현파로 변환시키는 공진부를 포함하여 구성되는 형광램프용 전자식 안정기에 있어서,

   상기한 형광램프에 인가되는 전압과 전류를 검출하는 전압/전류 검출부와,

   상기한 전압/전류 검출부로부터 출력되는 신호에 따라 메모리에 저장된 전압별 형광램프 종류 테이블에 따라서 형광램프의 종류를 판단하고, 해당 형광램프 종류에 따라 메모리에 기 설정된 주파수로 인버터부를 구동시키는 마이크로 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기.
2. 제 1항에 있어서, 상기한 전압/전류 검출부는 형광램프에 1차측이 직렬연결된 트랜스포머와, 애노드가 상기한 트랜스포머의 2차측을 향하여 직렬 연결되고 캐소드가 마이크로 컨트롤러와 접속된 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기.
3. 제 1항에 있어서, 상기한 마이크로 컨트롤러는 형광램프의 초기 점등시에 인버터부를 제어하여 공진부의 공진 주파수보다 높은 주파수로 스위칭시킨 후, 단계별로 낮은 주파수로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자 식 안정기.
4. 제 1항에 있어서, 상기한 마이크로 컨트롤러는 펄스주파수변조부를 통해서 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기.
5. 제 4항에 있어서, 상기한 펄스주파수변조부는 포토커플러를 사용하는 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기.

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