KR20090001124A - 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력손실이 작고 빛의 떨림이 발생되지 않고, 램프의 수명이 연장되는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상용교류전원이 인가되는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20)의 후단에 접속되며 입력된 직류를 제1발진기(IC1)의 고주파 펄스신호에 따라 교류로 변환시키도록 직렬 접속되는 한 쌍의 트랜지스터(Q1,Q2) 및 충방전 컨덴서(C6,C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 나오는 전류제어된 교류를 직류로 변환하도록 상기 인버터(31)의 두 트랜지스터(Q1,Q2)간의 접속점 및 두 컨덴서(C6,C7)간의 접속점 사이에 순차적으로 직렬 접속되는 쵸크트랜스(32) 및 브리지정류부(34)와, 상기 쵸크트랜스(32)와 브리지정류부(34) 사이에 접속되어 상기 브리지정류부(34)를 전파배전압정류회로 또는 전파정류회로로 상호 절환시키는 절환스위치(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 제2발진기(IC2)의 저주파펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀브리지인버터부(40)와, 상기 풀브리지인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기가 제공된다.

메탈할라이드, 전자식 안정기, 하프브리지, 쵸크트랜스

Description

메탈할라이드 램프용 전자식 안정기 {Electronic ballast for metal halide lamp}

도 1은 본 발명의 일 실시예의 회로구성도

도 2는 본 발명에 따른 전파배압 정류회로의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 전원공급부 20. 역률조정부

31. 하프브리지 인버터부 32, 쵸크트랜스

34. 브리지정류부 40. 풀브리지 인버터부

50. 이그나이터부 70. 전압강하회로부

80. 안정기제어부

본 발명은 상용 전원에 사용되는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 부피가 작고 전력손실이 작으면서도 빛의 떨림이 발생되지 않고, 램프의 손상발생이 억제되고 램프의 수명이 연장되도록 램프를 안정적으로 점등시킬 수 있는 새로운 구조의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것이다.

메탈할라이드 램프는 그 빛이 온화한 백색으로서 연색성이 우수하여 물체를 선명하게 식별할 수 있고, 백열전구나 할로겐램프에 비해 우수한 효율을 지니므로 근래에 실외 또는 실내조명용 램프로 널리 사용되고 있다. 종래의 메탈할라이드 램프의 안정기에 사용된 자기누설형 트랜스는 부피가 크고 무거우며, 자기손실, 철손 또는 동손으로 인해 안정기의 전력손실이 크고 발열이 심한 단점이 있어서, 근래에 부피가 작고 가벼우며 전력손실이 상대적으로 낮은 전자식 안정기가 개발되어 사용되고 있다.

한편, 고주파 방식의 매탈램프 안정기는 램프 점등시에 발생되는 음향공명 현상에 의한 빛의 떨림현상이 발생되고, 또한 재점등시 방전관(뇌관) 외부로 유도되어 타 접점(뇌관 지지대)과 아크를 일으키는 현상으로 인하여 고주파를 사용하여 램프를 점등하기에는 많은 애로가 따르며 출력선이 길어질 경우 고주파 손실이 발 생되어 부하의 출력이 감소되는 현상이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 인가되는 전류를 저주파로 변환시켜야 한다. 또한 메탈할라이드 램프는 점등 직후에 급격히 최대 전력치에 도달되면 차가운 유리관이 방전에 따른 부하열에 의해 쉽게 크랙이 발생되거나 손상될 수 있기 때문에 램프의 점등 직후에는 램프의 전력은 점등유지에 필요한 최소 전력으로부터 서서히 정격에 도달 하는 것이 바람직하다. 그런데 종래의 메탈할라이드 램프용 안정기는 이러한 점등조건을 만족시키기 위해, 별도의 프로세서를 필요로 하거나, 다수의 부품수를 사용하는 등, 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 메탈할라이드 램프의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 부피가 작고 전력손실이 작으면서도 램프의 점등시에 빛의 떨림이 발생되지 않고, 램프의 손상이 억제되고 램프의 수명이 연장되도록 램프를 안정적으로 점등시킬 수 있도록 전류를 제어할 수 있는 새로운 구조의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 상용교류전원이 인가되며 필터부(12)와 정류부(14)를 포함하는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되며 정류된 직류를 일정 전압의 직류로 출력하는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20) 의 후단에 접속되며 입력된 직류를 제1발진기(IC1)의 고주파 펄스신호에 따라 교류로 변환시키도록 직렬 접속되는 한 쌍의 트랜지스터(Q1,Q2) 및 충방전 컨덴서(C6,C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 나오는 전류제어된 교류를

직류로 변환하도록 상기 인버터(31)의 두 트랜지스터(Q1,Q2)간의 접속점 및 두 컨덴서(C6,C7)간의 접속점 사이에 순차적으로 직렬 접속되는 쵸크트랜스(32) 및 브리지정류부(34)와, 상기 쵸크트랜스(32)와 브리지정류부(34) 사이에 접속되어 상기 브리지정류부(34)를 전파배전압정류회로 또는 전파정류회로로 상호 절환시키는 절환스위치(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 제2발진기(IC2)의 저주파펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀브리지인버터부(40)와, 상기 풀브리지인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 쵸크트랜스(32)의 이차측에는 릴레이구동부(36)가 접속되어 이 릴레이구동부(36)는 상기 절환스위치(35)에 인접배치된 릴레이(37)를 구동하여 절환스위치(35)를 자동절환하는 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기가 제공된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 회로구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 안정기회로는 크게 교류전원이 입력되어 직류로 정류되는 전원공급부(10)와, 직류를 일정한 전압의 정전류로 변환하는 역률조정부(20)와, 직류를 전류제어된 직류로 변환하기 위한 인버터(31)와 쵸크트랜스(32) 및 브리지정류부(34)로 이루어진 하프브리지 DC-DC 컨버터부와, 램프구동용 저주파 교류를 발생시키는 풀브리지인버터부(40)와, 이그나이터부(50)로 구성된다.

상기 전원공급부(10)는 220V 60Hz의 상용전원이 인가되며 노이즈를 제거하는 필터부(12)와 교류를 직류로 변환하는 전파브리지 정류부(14)로 구성된다. 한편, 전원공급부(10)와 병렬적으로 안정기 제어부(80)에 저전압의 전류를 공급하기 위한 전압강하회로부(70)가 배치된다.

상기 전원공급부의 후단에는 전용IC를 사용한 역률조정부(20)가 접속되어 입력전압의 변동에도 불구하고 DC 400V의 안정된 전압을 얻을 수 있다.

역률조정부(20)의 후단에는 상기 안정기 제어부(80)의 제1발진기(IC1)의 두 출력단에서 교호로 출력되는 고주파 펄스 제어신호가 각각 일차측에 인가되며 이차측은 각각의 게이트단에 접속되도록 서로 직렬 접속되는 한 쌍의 스위칭소자(Q1,Q2)와, 이 스위칭소자(Q1,Q2)의 후단에 직렬 접속되는 한 쌍의 충방전 컨덴서(C6,C7)을 포함하는 인버터부(31)가 배치된다. 그리고 이 인버터부(31)의 트랜지스터(Q1,Q2)간의 접속점과 충방전 컨덴서(C6,C7)의 접속점 사이에는 쵸크트랜스(32)와 브리지정류뷰(34)가 순차적으로 직렬 접속된다.

그리고 상기 쵸크트랜스(32) 내에는 고주파용 페라이트코어가 내장되며, 브 리지정류부(34)의 일측 교류입력단 사이에는 절환스위치(35)가 접속된다. 이 절환스위치(35)의 A접점은 쵸크트랜스(32)와 브리지정류부(34)를 직렬 연결함으로써 브리지정류부(34)가 전파정류회로로 기능하도록 하는 접점이고, B접점은 쵸크트랜스(32)와 브리지정류부(34)를 차단하여 브리지정류부(34)가 도 2에 도시된 바와 같은 전파배압정류회로로 기능하도록 하는 접점이다. 상기 절환스위치(35)는 릴레이(37)에 의해 작동되는데, 이 릴레이(37)는 상기 쵸크트랜스(32)의 이차측에 접속되는 릴레이구동부(36)에 의해 작동된다. 이에 따라, 램프의 점등 초기에는 인버터부(31)로 입력된 DC400V 전류가 제1발진기(IC1)의 고주파펄스신호에 의해 교류로 변환된 후 쵸크트랜스(32)를 지나면서 쵸크코일의 인덕턴스용량과 주파수에 따라 램프(60)의 구동에 적합한 전류로 제어되고, 이어서 절환스위치(35)의 B접점을 통해 브리지정류부(34)의 두 개의 다이오드로 구성되는 전파배전압 정류회로를 거쳐서 DC400V의 상대적으로 높은 직류를 얻게 된다. 이러한 400V는 램프의 점등 초기에 풀브리지 인버터부(40)에 인가된다.

그러나 램프(60)의 점등이 정상적으로 이루어지면 쵸크트랜스(34)의 이차측에 접속된 릴레이구동부(36)가 릴레이(37)를 구동하여 절환스위치(35)를 A접점으로 자동절환하여 상기 브리지정류부(34)를 전파정류회로로 변환시킴으로써 DC200V의 상대적으로 낮은 직류를 풀브리지 인버터부(40)에 인가함으로써 램프의 관전압에 가까운 전압을 공급하므로써 안정된 램프방전을 유지할 수 있는 최소한의 전압크기로 변환하게 된다.

상기 브리지정류부(34)의 후단에는 풀브리지인버터부(40)가 접속되어, 안정 기 제어부(80)의 제2발진기(IC2)에서 나오는 저주파 펄스신호, 구체적으로는 램프의 음향공명(빛의 떨림)현상을 일으키지 않는 약 60Hz 내지 400Hz의 펄스신호에 따라 전단에서 인가된 직류를 램프구동용 저주파 교류로 전환시켜서 램프(60)에 인가시킨다. 이를 위해 제2발진기(IC2)의 출력펄스가 일차측에 인가되는 한 쌍의 저주파트랜스(LT1,LT2)와, 이 저주파트랜스(LT1,LT2)의 이차측에 브리지형태로 접속되는 네 개의 트랜지스터(Q3,Q4,Q5,Q6)로 이루어진 풀브리지회로가 구비된다.

또한, 풀브리지인버터부(40)와 램프(60) 사이에는 램프의 초기점등시 순간적으로 고전압을 인가하기 위한 이그나이터부(50)가 배치된다. 이 이그나이터부(50)는 저항(R19)과 컨덴서(C21) 및 SCR이 일차측에 접속되고 이차측에는 램프(60)가 접속된 고압트랜스(52)를 포함한다. 이에 따라 저항(R19)를 통해 컨덴서(C21)에 충전된 전압을 고압트랜스(52)의 일차측을 통해 SCR로 급격히 방전시켜면 상대적으로 많은 권선비를 가진 이차측에 고압이 유도되어 램프(60)에 인가된다. SCR의 방전주기는 트리거용 DIAC를 사용해서 R16을 통해 C22에 충전된 전압이 DIAC의 브레이크오버전압(예를들면 36V) 이상이 되면 SCR의 게이트를 트리거한다. 따라서, 램프(60)의 점등 후에 전압이 200V이하로 저하되면, R16과 R17의 분압비에 의해 C22의 양단전압이 DIAC의 브레이크오버전압 이하로 되면 SCR은 트리거를 못하게 되어 이그나이터의 동작은 차단된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 메탈할라이드램프 구동 전류를 제어함에 있어서, 하프브리지 인버터부(31) 내에 쵸크32) 및 브리지정류부(34)를 직렬접속하고, 브리지정류부(34)를 절환스위치(35)에 의해 간단하게 전파배압정류회로와 전파정류회로로 절환시킴으로써, 간단한 회로구성으로 메탈할라이드 램프 구동에 적합하게 전류제어 및 전압제어를 달성할 수 있다. 또한, 상용 교류전원을 사용하는 기존 자기식 안정기는 철심코어에 갭을 주어 발생되는 자기누설에 의해 전류가 제어되는 방식이므로 안정적인 전류제어가 이루어진다는 장점이 있는데, 본 발명의 전자식 안정기에서도 이와 같은 원리를 이용하여 하프브리지 스위칭회로에 의해 고주파로 변환된 전압을 부하측과 직렬 연결된 고주파용 쵸크코일을 통과하도록 하여 기존 철심형 자기식 안정기와 같은 안정적인 전류제어가 가능하도록 하였다.

또한, 한 쌍의 트랜지스터(Q1,Q2) 및 컨덴서(C6,C7)를 이용한 고속 스위칭을 통해 컨덴서(C6,C7)에 충전된 전압을 쵸크트랜스(32)를 통해 부하에 공급함으로써, 쵸크트랜스(32)의 인덕턴스 용량 값과 컨덴서(C6,C7)의 캐퍼시턴스 값 그리고 스위칭 주파수에 따라 출력전력이 결정되므로, 종래와 같은 트랜스를 이용한 2차 유도방식이나, PWM 제어방식에 비해 전류를 제어하는 회로의 구성이 단순하고, 부하조건에 대응하도록 프로세서를 사용하여 펄스폭을 제어하기 위한 별도의 제어부를 필요로 하지 않는다. 그리고 쵸크트랜스(32)에 고주파용 페라이트 코어를 사용하므로써 기존의 자기식 안정기의 문제점인 철손, 동손으로 인한 손실이 극히 적으므로 발열이 작고 안정기의 효율이 높아진다는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 상용교류전원이 인가되며 필터부(12)와 정류부(14)를 포함하는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되며 정류된 직류를 일정 전압의 직류로 출력하는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20)의 후단에 접속되며 입력된 직류를 제1발진기(IC1)의 고주파 펄스신호에 따라 교류로 변환시키도록 직렬 접속되는 한 쌍의 트랜지스터(Q1,Q2) 및 충방전 컨덴서(C6,C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 나오는 교류를 전류제어된 직류로 변환하도록 상기 인버터(31)의 두 트랜지스터(Q1,Q2)간의 접속점 및 두 컨덴서(C6,C7)간의 접속점 사이에 순차적으로 직렬 접속되는 쵸크트랜스(32) 및 브리지정류부(34)와, 상기 쵸크트랜스(32)와 브리지정류부(34) 사이에 접속되어 상기 브리지정류부(34)를 전파배전압정류회로 또는 전파정류회로로 상호 절환시키는 절환스위치(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 제2발진기(IC2)의 저주파펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀브리지인버터부(40)와, 상기 풀브리지인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 쵸크트랜스(32)의 이차측에는 릴레이구동부(36)가 접속되어 이 릴레이구동부(36)는 상기 절환스위치(35)에 인접배치된 릴레이(37)를 구동하여 절환스위치(35)를 자동절환하는 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기.

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