KR20050091349A - 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량자동제어장치 - Google Patents

전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량자동제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압점등장치와 절전장치를 일체로 구비하여 램프를 고주파 점등시켜 램프의 광효율을 증가시켜 전력소비를 줄이는 동시에 램프의 광도를 설치장소나 위치에 따라 시간대별로 밝기를 조절하여 소비전력을 줄일 수 있도록 한 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 적용되는 고압 방전등용 전력량 자동제어장치는, MOS FET(Q1)(Q2)가 턴온(turn-on)과 턴오프(turn-off)를 반복하는 과정에서 발진되는 주파수가 공진회로(T3,C7,C8,C9)의 공진주파수와 동일할 때 콘덴서(C7 ) 양단에 고전압을 발생하여 램프를 점등시키는 고주파 점등부(10);에 있어서, 제어스위치인 트랜지스터(Q5)가 베이스 구동 트랜스포머(T1-a,T1-b,T1-c)의 2차권선(T1-d)에 연결되고 제어회로(C12,VR1)가 상기 트랜지스터(Q5)에 연결되어 이루어져, 상기 제어스위치(Q5)의 베이스에 순방향 전압이 걸릴 때 밝기조절용 VR1의 시정수 값에 의해 램프의 밝기를 조절하는 제어부(20);를 부가하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치{electric energy auto control apparatus for high voltage discharge light in electronic type ballast}
본 발명은 전자식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압점등장치와 절전장치를 일체로 구비하여 램프를 고주파 점등시켜 램프의 광효율을 증가시켜 전력소비를 줄이는 동시에 램프의 광도를 설치장소나 위치에 따라 시간대별로 밝기를 조절하여 소비전력을 줄일 수 있도록 한 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치에 관한 것이다.
종래에는 가로등 조명에 많이 사용되는 고압방전등을 점등하기 위하여 램프에 높은 초기 시동전압을 공급하고 점등 후에 전류를 제어하기 위해 자기식 안정기 등을 사용하였다.
상기 종래의 자기식 안정기는 전원이 인가되어 스타터에 의해 램프가 점등되고, 또한 일정량의 전원이 인가되어 안정기가 예열되면 안정기는 램프에 안정된 전원을 공급하여 램프가 일정한 조도를 유지하며 동작하게 된다.
상기 종래의 자기식 안정기는 고조파 함유율이 높으므로 전원이 인가되어 안정기가 동작됨에 따라 필연적으로 고조파가 발생하게 된다. 이와같이 발생되는 고조파 성분에 의해 입력전류에 많은 고조파 성분이 함유되어 입력전류 파형은 입력전압 파형에 비해 왜곡된 형태를 가진다.
즉, 종래의 자기식 안정기는 발생하는 고조파 성분을 제거할 수 없었기 때문에 입력전류 파형이 매우 심하게 왜곡되어 역률개선에 한계가 있었고, 발생된 고조파가 주변 전자기기의 전자파 방해와 잡음을 발생시키거나 리모트 컨트롤 장비의 제어기능을 방해하였다. 또한 종래의 자기식 안정기는 고조파 함유율에 대한 규제가 엄격히 제한된 고효율 기자재 인증규격을 만족하기 어려웠고, 침수시 누전되었다.
그리고, 종래의 자기식 안정기는 램프의 광도를 설치장소나 위치에 따라 시간대별로 밝기를 조절하기가 용이하지 않아 소비전력이 많이 소모되고, 램프의 광효율이 적어 전력소비가 증가되며, 자기식 안정기의 회로가 복잡하여 제품원가가 증가되는 문제점이 발생하였다.
또한, 램프의 밝기를 조절하기 위해 종래에는 펄스폭 제어방식으로 이루어진 회로를 사용하였는데, 이 방식은 메탈램프와 같이 음향 공진현상이 심한 램프를 점등시키면서 펄스폭 제어를 하면 플리커 현상이 심해서 안정된 조명을 취할 수 없는 반면에, 또한 이러한 방식은 주파수 변화에 따라 노이즈가 심하게 발생함으로 타 전자기기에 심한 악영향을 끼쳐왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 고주파 공진회로를 채용한 안정기와 결부시켜 램프의 광도를 설치장소 또는 위치에 따라 시간대별로 밝기를 조절함으로써 소비전력을 줄일 수 있는 동시에, 램프를 고주파 점등시킴으로써 램프의 광효율을 증가시킬 수 있으므로 전력의 소비를 현저히 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회로를 간단히 구성함으로써 제품원가를 줄일 수 있어 상품화 할 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 타 전자기기에 영향을 주지 않으면서 조광이 이루어지도록 하는데 또다른 목적이 있다.
본 발명에 적용되는 고압 방전등용 전력량 자동제어장치는,
MOS FET(Q1)(Q2)가 턴온(turn-on)과 턴오프(turn-off)를 반복하는 과정에서 발진되는 주파수가 공진회로(T3,C7,C8,C9)의 공진주파수와 동일할 때 콘덴서(C7) 양단에 고전압을 발생하여 램프를 점등시키는 고주파 점등부(10);에 있어서, 제어스위치인 트랜지스터(Q5)가 베이스 구동 트랜스포머(T1-a,T1-b,T1-c)(가포화트랜스 또는 가포화코어)의 2차권선(T1-d)에 연결되고 제어회로(C12,VR1)가 상기 트랜지스터(Q 5)에 연결되어 이루어져, 상기 제어스위치(Q5)의 베이스에 순방향 전압이 걸릴 때 밝기조절용 VR1의 시정수 값에 의해 램프의 밝기를 조절하는 제어부(20);를 부가하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(20)의 제어스위치(Q5)는 npn형 바이폴라 트랜지스터로 이루어져 전압과 전류를 조절하고, 상기 제어부(20)의 회로를 구동시키기 위한 전압은 상기 고주파점등부(10)의 트랜스포머(T3)에서 2차권선(T1-c)된 고주파 전압을 사용함을 특징으로 한다.
상기 제어부(20)는 디밍(dimming)과 타이머(timer) 기능이 내장되어 절전 기능을 수행하고, 전자식 안정기에는 고주파점등부(10)와 제어부(20)가 일체로 구비됨을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명에 적용되는 전자식 안정기의 회로도이고, 도 2 는 본 발명에 적용되는 가포화코어에 코일이 감긴 상태도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
입력측으로부터 전원이 공급되면 일측은 휴즈(F)를 거쳐 노이즈 필터를 통과하기 전에 전원양단에 접속된 MOV(TNR(서지흡서버)과 동일한 의미를 가짐)에서 이상전압(서지)을 흡수하고, 입력된 50∼60Hz의 교류(AC 220V)를 고주파 제거용 노이즈 필터 T1과 C3를 통과시켜 고주파 성분을 제거한 후 고주파 성분이 제거된 교류는 노이즈 필터와 연결되어 있는 다이오드(BDI)를 통과하면서 전파 정류된다.
이러한 전압을 다시 C4와 T2에 의해 전압과 전류의 위상을 보정해서 역율을 개선한 후 고속정류 다이오드 D1을 거쳐 C5의 입력보다 높은 전압으로 충전된다.
전원부 C5양단에 파워 MOS FET(Q1)(Q2) 및 코일(T1-a)(T1 -b)로 이루어진 제1스위칭부(Q1) 및 제2스위칭부(Q2)가 직렬 연결되고, 상기 제2스위칭부(Q2)에는 저항 R1과 콘덴서 C3 및 다이악(DA)으로 이루어진 트리거 회로가 연결되어 있다.
이때, 트리거 회로의 콘덴서 C3가 일정시간 경과 후 C3의 충전전압으로 다이오드(D4)가 도통되며, MOS FET(Q2)가 턴온(turn-on)되는 순간 구동전류가 콘덴서(C8,C7)와 인덕터 T3 및 T1-c를 통해 흐르다가 콘덴서(C 8,C7)가 충전, 완료하게 되면 2차권선(T1-c)의 역기전력 발생으로 MOS FET(Q1)가 턴온(turn-on)되는 등 상기 MOS FET(Q1)(Q2)의 턴온(turn-on)과 턴오프(turn-off)가 반복되는 과정에서 발진되는 주파수가 공진회로(T3,C7,C8,C9)의 공진주파수와 같아지는 순간 콘덴서 C7 양단에 고전압이 발생함으로써 램프가 점등하게 된다.
또한, T2, D1으로 전압과 전류의 위상을 제어함으로써 무효전력의 손실이 적어져서 역율을 향상시킬 수 있는 동시에 Q1과 Q2 양단간에 연결된 C5가 큰 용량이 되어 평활한 직류전압이 얻어지므로 파고율을 개선하여 램프의 수명을 연장시킬 수 있다.
타 전자기기에 영향을 주지 않으면서 조광이 이루어지도록 하기위해, 고주파 점등부의 트랜스포머 T3의 2차측에 권선된 유기전압을 전류제한용 저항 R8을 통해서 전류를 제한 한 후 고주파 정류특성이 우수한 고속 정류다이오드로 정류함으로써 출력리플과 정류효율을 높이면서 안정된 정류가 행해진 후 C10에 전압이 충전하여 평활이 된 후 3단자 IC전압 레귤레이터 IC2를 통과하면서 안정된 전압이 출력점에 걸리게 된다.
이때, 디밍(dimming)용 IC1을 동작시키기 위해서 IC1에 정격전압이 공급되어야 하는데, 전압공급용 트랜지스터(Q3)의 베이스에 순방향전압이 걸려야 전류가 흐르기 시작하는데 순방향이 전압이 걸려 있지 않으므로 초기에 스타트(start)하기 위해서 릴레이(relay)를 사용해서 트랜지스터(Q3)의 베이스에 연결된 저항(R6)을 통해서 릴레이 접점부 a와 b가 연결되어 있어서 트랜지스터(Q3)의 베이스에 순방향 전압이 걸리면서 에미터에서 콜렉터로 전류가 흐르면서 시간설정용 IC1이 동작하게 되는데, 이때 릴레이 코일에 전류가 흐르면서 릴레이 접점부 a,b는 떨어지게 된다.
다시, 릴레이 접점부 a, b가 도통이 되게 하려면 전원전압이 차단되었다가 온(on)시에만 도통이 되도록 한다.
일단, IC1에 전압이 공급되면 시간설정용 볼륨 VR2로 설정한 시간만큼만 트랜지스터(Q3)의 베이스에 순바이어스가 걸려있어 D점과 E점 사이에는 일정한 전압이 걸리게 된다.
또한, 설정된 시간동안에는 D와 E점 사이에 전압이 걸려있어 이 전압이 제너다이오드(ZD5)와 저항(R9)에 전류가 흘러 제어스위치(Q5)의 베이스에 역방향 전압이 걸리게 되어 설정된 시간대에는 디밍이 되지 않는다.
또한, 설정된 시간 이후에는 제어스위치(Q5)의 베이스에 순방향 전압이 걸리게 되어 밝기조절용 VR1의 시정수 값에 밝기가 조절되어 전력량을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은, 종래의 자기식 안정기가 5∼6%의 절전효과를 갖는데 반하여 전자식 안정기에 디밍 및 타이머 기능이 내장됨으로써 7∼15%의 상승된 절전효과를 가지며, 종래의 자기식 안정기가 이그나이터 방식으로 안정기의 수명이 1∼2년인 데 반하여 본 발명은 반도체식(자기진단회로)으로 안정기의 수명이 5∼6년으로 3∼5배가 된다.
또한, 종래의 자기식은 램프 교체시 안정기도 같이 교체하여야 하는데 반하여 본 발명은 램프 교체시 안정기를 함께 교체할 필요없이 램프만 교체 가능하므로 유지, 보수비가 절감되고, 전자식 안정기에 디밍 및 타이머 기능이 일체로 형성되므로 누전이 방지되며, 디밍 및 타이머에 의한 자기진단 기능이 가능함으로써 램프의 수명이 연장되고 전압제어 상태에서의 절전율은 종래의 20%에서 30%로 상승되는 효과를 수반한다.
또한, 전자식 안정기에는 고주파점등부와 제어부가 일체로 구비됨으로써 누전이 방지되는 효과를 수반한다.
도 1 은 본 발명에 적용되는 전자식 안정기의 회로도.
도 2 는 본 발명에 적용되는 가포화코어에 코일이 감긴 상태도.
<도면의 주요부호의 설명>
Q1,Q2 : 바이폴라 트랜지스터(FET) Q3,Q4,Q5 : 트랜지스터
C5 : 평활 캐패시터 C7 : 캐패시터 C8,C9 : 공진 캐패시터
D1,D2,D3,D4,D5,D6 : 다이오드 BDI : 정류다이오드
T1-a,T1-b,T1-c : 베이스 구동 트랜스포머 T1 : 노이즈필터 인덕터
T3 : 유도코일 T : 코아 TNR : 서지흡서버
Z1,Z2,Z3,Z4,Z5 : 제너다이오드 IC1,IC 2 : 집적회로
VR1,VR2 : 반고정저항(볼륨) Ry : 릴레이 T1-c,T1-d : 2차권선

Claims (5)

  1. MOS FET(Q1)(Q2)가 턴온(turn-on)과 턴오프(turn-off)를 반복하는 과정에서 발진되는 주파수가 공진회로(T3,C7,C8,C9)의 공진주파수와 동일할 때 콘덴서(C7) 양단에 고전압을 발생하여 램프를 점등시키는 고주파 점등부(10);에 있어서,
    제어스위치인 트랜지스터(Q5)가 베이스 구동 트랜스포머(T1-a,T1-b,T 1-c)의 2차권선(T1-d)에 연결되고 제어회로(C12,VR1)가 상기 트랜지스터(Q5)에 연결되어 이루어져, 상기 제어스위치(Q5)의 베이스에 순방향 전압이 걸릴 때 밝기조절용 VR1의 시정수 값에 의해 램프의 밝기를 조절하는 제어부(20);를 부가하여 구성한 것을 특징으로 하는 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(20)의 제어스위치(Q5)는 npn형 바이폴라 트랜지스터로 이루어져 전압과 전류를 조절함을 특징으로 하는 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(20)의 회로를 구동시키기 위한 전압은 상기 고주파점등부(10)의 트랜스포머(T3)에서 2차권선(T1-c)된 고주파 전압을 사용함을 특징으로 하는 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부(20)는 디밍(dimming)과 타이머(timer) 기능이 내장되어 절전 기능을 수행함을 특징으로 하는 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 전자식 안정기에는 고주파점등부(10)와 제어부(20)가 일체로 구비됨을 특징으로 하는 전자식 안정기에 있어서의 고압 방전등용 전력량 자동제어장치.
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