KR20090007209A

KR20090007209A - 토로이드 자기 코어가 제거된 안정기 및 이를 구비한형광램프

Info

Publication number: KR20090007209A
Application number: KR1020080055044A
Authority: KR
Inventors: 온 파 푸
Original assignee: 매스 테크놀러지 (홍콩) 리미티드
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-01-16
Also published as: AU2008202614A1; CN101346027A; EP2015617A2; CA2634321A1; SG149750A1; US20090015173A1

Abstract

토로이드-프리 안정기는 AC 전원과 결합된 필터 및 정류회로(10), 상기 필터 및 정류회로(10)와 결합된 스위치 및 공진회로(20)를 포함하며, 상기 스위치 및 공진회로(20)는 두 개의 트랜지스터로 구성된 반파 발진 브리지 회로(half oscillating bridge circuit)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전자식 안정기의 구성에 있어서 상대적으로 작고 경제적이며, 비용이 절감되며 바람직하게는 소형화될 뿐 아니라, 토로이드가 없는 장점을 가진다.

안정기, 토로이드, 램프, 회로, 변압기, 정류, 브리지 정류

Description

토로이드 자기 코어가 제거된 안정기 및 이를 구비한 형광램프{ELECTRONIC BALLASTS WITHOUT TOROIDAL-MAGNETIC-CORE AND FLUORESCENT LAMPS EMPLOY THE SAME}

본 발명은 안정기 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토로이드-프리(toroid-free) 안정기와 이를 구비한 형광 램프에 관한 것이다.

전자식 안정기에서 토로이드의 역효과를 최소화시키기 위하여, 중국 실용신안등록 제99211363.6 호에는 토로이드-프리 안정기(도 1 참조)를 구비한 에너지 절약형 램프가 게재되어 있고, 하프 브리지 전력 증폭기(30)는 FET 소자(M1, M2)로 구현되었으나, FET 소자는 제조 과정이 상대적으로 복잡하고 이의 선택도(selectivity)는 다소 낮다. 게다가, 구동 전류 제한기(40)는 부하 변압기로 구현되므로 구동 전류 제한기는 인턱터(L1, L2)와 커페시터(C1)와의 연결이 요구되며, 이는 복잡한 회로와 증가된 비용이라는 결과를 가져오고 전자식 안정기의 소형화에 역효과를 가져온다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자식 안정기의 구성에 있어서 상대적으로 작고 경제적이며, 비용이 절감되며 바람직하게는 소형화될 뿐 아니라, 토로이드가 없는 장점을 가지며 개선된 토로이드-프리 안정기를 제공하는 데 있다.

따라서, 상기한 목적을 위하여 제공된 본 발명의 기술적 해결 방법은 토로이드-프리 안정기를 교류 전원과 연결된 필터 및 정류회로, 상기 필터 및 정류회로와 연결된 스위치 및 공진회로로 구성하며, 상기 스위치 및 공진회로는 두 개의 트랜지스터로 형성된 반파 브리지 공진회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스위치 및 공진회로는 제1 및 제2 트랜지스터를 포함함에 있어서, 상기 제1 트랜지스터의 에미터는 접점에서 제5 저항을 통해 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터와 결합되고, 제2 커페시터는 제1 트랜지스터의 콜렉터와 상기 접점 사이에 연결되며, 제1 저항은 제1 트랜지스터의 콜렉터와 베이스 사이에 연결되고, 제7 저항은 그 일측이 제1 트랜지스터의 베이스와 연결되고 그 타측이 제5 다이오드의 음극과 결합되는 한편, 상기 제5 다이오드의 양극은 접점과 연결되며, 제3 저항, 제7 커페시터, 제1 인덕터 및 변압기의 제1의 2차 권선은 제1 트랜지스터의 베이스와 접점 사이에 직렬로 연결되며 상기 접점은 제1의 2 차 권선의 음극과 연결되고, 제2 저항은 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터와 베이스 사이에 연결되며, 제8 저항은 그 일측이 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결되고 그 타측이 제6 다이오드의 음극과 결합되는 한편, 제6 다이오드의 양극은 제6 저항을 거쳐 제2 트랜지스터의 에미터와 결합되며, 제4 저항, 제8 커페시터, 제2 인덕터 및 변압기의 제2의 2차 권선은 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 상기 제6 다이오드의 양극 사이에 직렬로 연결됨에 있어서, 상기 제6 다이오드의 상기 양극은 제2의 2차 권선의 음극과 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선의 양극 단자는 상기 접점과 연결된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 스위치 및 공진회로는 상기 1차 권선의 음극 단자와 상기 제2의 2차 권선의 양극 단자 사이에 연결되는 공진 커페시터를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 필터 및 정류 회로와 상기 스위치 및 공진회로 사이에 결합된 역률보상회로를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 역률보상회로는 MOS 스위치 트랜지스터, 부스터 인덕터, 부스터 다이오드, 출력단 커페시터 및 역률보상제어기를 포함함에 있어서, 상기 부스터 다이오드의 양극 및 음극은 상기 부스터 인덕터 및 상기 출력단 커페시터의 양극과 각각 연결되는 한편, MOS 스위치 트랜지스터는 그의 게이트, 소스, 드레인에서 상기 역률보상제어기, 상기 부스터 다이오드의 양극, 상기 출력단 커페시터와 각각 연결된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 필터 및 정류회로는 병렬로 연결된 인덕터와 저항으로 구성된 필터, 브리지 정류기 및 상기 브리지 정류기의 제1 및 제3 단자 사이에 연결된 전해 커페시터를 포함하는 전파 브리지 정류회로이고, 상기 필터는 그 일측이 퓨즈를 통하여 상기 교류 전원과 연결되는 한편, 그 타측이 상기 브리지 정류기의 제2 단자와 연결된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 변압기의 상기 1차 권선과 상기 2차 권선 간의 권선비는 30:1 내지 400:1 이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제5 저항 및 제6 저항은 저항값이 동일하다.

본 발명에 따르면, 상기 실시예 중 어느 하나에 따른 토로이드-프리 안정기를 구비한 형광램프에 있어서, 형광 램프는 상기 스위치 및 공진회로와 결합된 램프 부하부를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 램프 부하부는 램프 튜브, 제4 커페시터 및 제5 커페시터를 포함하고, 두 개의 연결점은 상기 램프 튜브의 양단에 각각 위치함에 있어서, 상기 제4 커페시터는 상기 연결점 중 한 점과 연결되는 한편, 제5 커페시터는 상기 램프 튜브의 양끝에서 대응되는 두 개의 연결 점 사이에 연결되고, 상기 램프 부하부는 상기 제5 커페시터에 병렬 연결된 예열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 예열 장치는 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor)이다.

종래기술과 비교하면(종래기술에 대하여), 본 발명은 전계효과트랜지스터가 아닌 트랜지스터를 적용시키며, 이에 따라 전자식 안정기의 구성에 있어서 상대적으로 작고 경제적이며, 비용이 절감되며 바람직하게는 소형화될 뿐 아니라, 토로이드가 없는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 토로이드-프리 안정기는 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기는 필터 및 정류회로(10), 스위치 및 공진회로(20)와 주지의 램프 부하부(30)를 포함한다.

상기 필터 및 정류회로(10)는 그 출력단이 스위치 및 공진회로(20)의 입력단과 연결되고, 또 AC 전원과 연결되며 입력된 AC 전압의 전자파 잡음을 필터링한 후 DC 전압으로 변환한다. 본 실시예에서 상기 필터 및 정류회로(10)는 브리지 정류기(D1-D4)를 포함하는 전파 브리지 정류회로이며, 필터는 병렬로 연결된 인덕터(L0)와 저항(R0) 및 상기 브리지 정류기의 제1 단자와 제3 단자 사이에 병렬로 연결된 전해 커페시터(C1)를 포함한다. 상기 필터는 그 일측이 퓨즈(FU)를 통해 AC 전원과 결합되는 한편 타측에서 상기 브리지 정류기의 제2 단자가 AC 전원에 결합된다.

상기 스위치 및 공진회로(20)는 그 출력단이 램프 부하부(30)와 결합되고, 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함함에 있어서, 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터는 저항(R5)을 통해 트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 연결되고, 접점(S)은 상기 저항(R5)과 상기 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 사이에 위치하며, 커페시터(C2)는 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 상기 접점(S) 사이에 연결되며, 저항(R1)은 그 일측이 상기 필터 및 정류회로(10)의 단자(3)와 결합되고 그 타측이 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스와 결합되고, 저항(R7)은 그 일측이 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스와 결합되고, 그 타측이 직렬로 연결된 다이오드(D5)를 통해 상기 접점(S)과 결합되며, 저항(R3)은 그 일측이 상기 트랜지스터(Q1)의 베이스와 결합되는 한편, 그 타측이 커페시터(C7), 변압기(T)의 2차 권선(T2)의 단자(3)와 결합을 위한 인덕터(LB1)와 직렬로 연결되고, 상기 트랜지스터(Q2)의 에미터는 저항(R6)을 통해 상기 변압기(T)의 2차 권선(T2) 단자(6)와 연결되는 한편, 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스는 저항(R2)을 통해 상기 접점(S)과 연결되고, 저항(R8)은 그 일측이 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스와 결합되는 한편, 그 타측이 상기 변압기(T)의 2차 권선(T2)의 단자(6)와 결합되기 위한 다이오드(D6)와 직렬로 연결되며, 저항(R4)은 그 일측이 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스와 결합되는 한편, 그 타측이 커페시터(C8), 상기 변압기(T)의 상기 2차 권선(T2)의 단자(5)와 결합된 인덕터(LB2)에 직렬로 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선(T3)은 그 단자(2)가 상기 램프 부하부(30)의 램프 튜브와 결합되는 한편, 그 단자(1)와 상기 2차 권선(T1)의 단자(4)는 상기 접점(S)에서 연결되고, 상기 2차 권선(T1, T2)은 상기 회로의 트랜지스터(Q1, Q2)로 구동 전류를 제공하며, 상기 1차 권선(T3)의 상기 단자(2)는 램프 튜브와 커페시터(C5)에 연결되고, 이에 의해 상기 1차 권선(T3)과 상기 커페시터(C5)가 공진회로를 형성할 수 있게 한다.

상기 램프 부하부(30)는 램프 튜브와 커페시터(C4, C5)를 포함함에 있어서, 상기 커페시터(C4)는 DC 제거용(DC blocking)으로 이용되며, 두 개의 연결점(a, b, a', b')은 램프 튜브의 양측에 각각 마련되고, 상기 램프 튜브에 병렬로 연결된 상기 커페시터(C5)는 상기 램프 튜브의 양측에서 한 연결점(b, b')을 거쳐 연결되고, 다른 연결점(a)은 상기 램프 튜브의 일측에서 상기 1차 권선(T3)의 단자(2)와 연결되는 한편, 다른 연결점(a')은 상기 램프 튜브의 타측에서 상기 커페시터(C4)를 통해 상기 트랜지스터(Q1)의 상기 콜렉터와 결합된다. 상술한 일 실시예에 따르면, 상기 커페시터(C5)는 예열장치, 바람직하게는 PTC 서미스터와 같은 PTC 예열장치와 병렬로 더 연결된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기가 도시되며, 이는 도 2에 대하여 선택적으로 역률보상회로(40)를 더 포함한다. 상기 역률보상회로(40)가 토로이드-프리 안정기에 의해 얻어지는 전력에 의존한다는 점에서 선택적인 장착의 필요성이 중요해진다. 상기 회로(40)는 그 입력단이 상기 필터 및 정류회로(10)의 출력단과 결합되고, 그 출력단은 상기 스위치 및 공진회로(20)의 입력단과 결합된다. 상기 역률보상회로(40)는 MOS 스위치 트랜지스터(VT1), 부스터 인덕터(L), 부스터 다이오드(VD), 출력단 커페시터(C0) 및 입력된 DC 전압을 조정하여 출력된 DC 전압이 안정된 역률을 유지하면서 부하의 변동에도 영향을 받지 않도록 연결된 역률보상제어기(APFC controller) 집적 회로를 포함함에 있어서, 상기 부스터 인덕터(L)는 그 일측이 브리지 정류기의 단자(3)와 결합되고, 그 타측 이 상기 부스터 다이오드(VD)를 통해 상기 트랜지스터(Q1)의 상기 콜렉터와 결합되며, 상기 부스터 다이오드(VD)는 그 음극에서 상기 출력단 커페시터(C0)를 통해 상기 브리지 정류기의 단자(1)와 결합되며, 상기 MOS 스위치 트랜지스터(VT1)를 통해 상기 브리지 정류기의 단자(1)와 결합되는 한편, 상기 MOS 스위치 트랜지스터(VT1)의 상기 게이트는 역률보상제어기(APFC controller)와 결합된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기가 도시됨에 있어서, 상기 스위치 및 공진회로(20)는 도 3에 도시된 상기 실시예에 대해 공진 커페시터(C6)를 더 포함한다.

본 발명의 작동 원리는 하기와 같다. 본 발명의 필터 및 정류회로(10)의 상기 인덕터(L0)와 저항(R0)은 전원 내의 클러터(Clutter) 잡음을 제거하고 안정기 내로 입력되는 클러터 신호를 제거하거나 안정기 내로 입력되는 전원의 고주파 신호를 제거하기 위해 구비된다. 상기 정류 다이오드(D1-D4)는 입력된 AC 전류를 DC 전류로 변환시켜 안정된 DC 전류가 상기 전해 커페시터(C1)의 양단자에서 얻어진다. 상기 MOS 스위치 트랜지스터(VT1), 부스터 인덕터(L), 부스터 다이오드(VD), 출력단 커페시터(C0) 및 역률보상제어기(APFC controller) 집적 회로는 0.9 보다 큰 역률을 가능케하는 피드백 타입의 역률보상회로를 형성한다. 트랜지스터(Q1, Q2)는 반파 브리지 공진회로를 형성한다. 상기 트랜지스터(Q2)가 동작할 때, 폐쇄회로를 형성하도록 전류가 상기 커페시터(C4), 상기 램프 튜브의 두 세트의 필라멘트, 커페시터(C5), 상기 변압기(T)의 1차 권선(T3) 및 상기 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르는 것에 의해 변압기의 1차 권선(T3) 및 상기 변압기의 2차 권선(T1, T2)에도 유도된 전기역장이 발생하며, 단부가 양의 극성을 나타내고, 에너지 저장 인덕터의 전압 극성, 즉 상기 2차 권선(T1, T2)은 충전하는 과정 중에 전류의 변동에 의해 달라질 것이며, 이러한 방법으로 상기 트랜지스터(Q1, Q2)가 교대로 동작되고 차단되는 방법에 의해 상기 램프 튜브의 여기를 위한 고주파 신호를 형성함으로써 대체적인 방법으로 차단한다. 이러한 회로에서, 커페시터(C7), 인덕터(LB1), 커페시터(C8) 및 인덕터(LB2)는 2차 루프 내에서 발진회로를 형성하며, 발진 주파수는 상기 인덕턴스와 커페시턴스의 값에 따라 변화될 수 있다. 상기 변압기(T)의 1차 권선(T3)과 커페시터(C5)가 형성한 주 공진회로의 파라미터들은 서로 매칭될 수 있는 한편, 전체적인 회로는 안정된 상태에서 동작될 것이다. 상기 회로 내의 공진 커페시터(C6)는 상기 램프 튜브의 최적 점화를 용이하게 이용한다.

상술한 내용은 본 발명을 예시적으로 설명하였으나 이에 제한되지는 않는다. 본 발명은 상술한 실시예를 참조하여 상세하게 기술되었으나, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 필요에 의해 이의 구성 요소를 대체할 수 있고, 본 발명의 상술한 대체 및/또는 변경은 하기의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 안정기의 회로 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기의 회로 구성블록도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기의 회로 구성블록도.

도 4는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 토로이드-프리 안정기의 회로 구성블록도.

Claims

교류 전원과 결합된 필터 및 정류 회로(10), 상기 필터 및 정류 회로(10)와 결합된 스위치 및 공진회로(20)를 포함하며,

상기 스위치 및 공진회로(20)는 두 개의 트랜지스터로 구성된 반파 발진 브리지 회로(half oscillating bridge circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 토로이드-프리 안정기.
청구항 1에 있어서,

상기 스위치 및 공진회로(20)는 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2),

를 포함하고,

상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터는 접점(S)에서 제5 저항(R5)을 통해 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 결합되고, 제2 커페시터(C2)는 제1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 상기 접점(S) 사이에 연결되며, 제1 저항(R1)은 제1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 베이스 사이에 연결되고, 제7 저항(R7)은 그 일측이 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스와 연결되고 그 타측이 제5 다이오드(D5)의 음극과 결합되는 한편, 상기 제5 다이오드(D5)의 양극은 접점(S)과 결합되며, 제3 저항(R3), 제7 커페시터(C7), 제1 인덕터(LB1) 및 변압기(T)의 제1의 2차 권선(T1)은 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스와 접점(S) 사이에 직렬로 연결되며, 상기 접점(S)은 제1의 2차 권선(T1)의 음극과 연결되고, 제2 저항(R2)은 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 베이스 사이에 연결되며, 제8 저항(R8)은 그 일측이 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스와 연결되고 그 타측이 제6 다이오드(D6)의 음극과 결합되는 한편, 제6 다이오드(D6)의 양극은 제6 저항(R6)을 거쳐 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 에미터와 결합되며, 제4 저항(R4), 제8 커페시터(C8), 제2 인덕터(LB2) 및 변압기(T)의 제2의 2차 권선(T2)은 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스와 상기 제6 다이오드(D6)의 양극 사이에 직렬로 연결되며,

상기 제6 다이오드(D6)의 상기 양극은 제2의 2차 권선(T2)의 음극과 연결되고, 상기 변압기(T)의 1차 권선의 양극 단자는 상기 접점(S)과 연결되는 토로이드-프리 안정기.
청구항 2에 있어서,

상기 스위치 및 공진회로(20)는

상기 1차 권선(T3)의 음극 단자와 상기 제2의 2차 권선(T2)의 양극 단자 사이에 연결되는 공진 커페시터(C6)

를 더 포함하는 토로이드-프리 안정기.
청구항 1에 있어서,

상기 토로이드-프리 안정기는

상기 필터 및 정류 회로(10)와 상기 스위치 및 공진회로(20) 사이에 결합된 역률보상회로(40)

를 더 포함하는 토로이드-프리 안정기.
청구항 4에 있어서,

상기 역률보상회로(40)는

MOS 스위치 트랜지스터(VT1), 부스터 인덕터(L), 부스터 다이오드(VD), 출력단 커페시터(C0) 및 역률보상제어기(APFC controller),

를 포함하고,

상기 부스터 다이오드(VD)의 양극 및 음극은 상기 부스터 인덕터(L)와 상기 출력단 커페시터(CO)의 음극과 각각 연결되는 한편, 상기 MOS 스위치 트랜지스터(VT1)는 상기 역률보상제어기(APFC controller), 상기 부스터 다이오드(VD)의 음극 및 상기 출력단 커페시터(CO)의 음극과 그의 게이트, 소스 및 드레인에서 각각 결합되는 토로이드-프리 안정기.
청구항 1에 있어서,

상기 필터 및 정류회로(10)는 병렬로 연결된 인덕터(LO)와 저항(R0)으로 구 성된 필터, 브리지 정류기(D1-D4) 및 상기 브리지 정류기(D1-D4)의 제1 및 제3 단자 사이에 연결된 전해 커페시터(C1)를 포함하는 전파 브리지 정류회로이고, 상기 필터는 그 일측에서 퓨즈를 통해 AC 전원과 결합되는 한편 그 타측에서 상기 브리지 정류기(D1-D4)의 제2 단자와 결합되는 토로이드-프리 안정기.
청구항 2에 있어서,

상기 변압기(T)의 상기 1차 권선(T3)과 상기 2차 권선(T1, T2) 간의 권선비는 30:1 내지 400:1 인 토로이드-프리 안정기.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나에 따른 토로이드-프리 안정기를 구비한 형광램프에 있어서,

상기 형광램프는

상기 스위치 및 공진회로(20)와 결합된 램프 부하부(30)

를 더 포함하는 형광램프.
청구항 8에 있어서,

상기 램프 부하부(30)는 램프 튜브, 제4 커페시터(C4) 및 제5 커페시터(C5),

를 포함하고,

두 개의 연결점(a,b, a', b')은 상기 램프 튜브의 양단에 각각 위치됨에 있어서, 상기 제4 커페시터(C4)는 상기 연결점 중 한 점(a)과 연결되는 한편, 제5 커페시터(C5)는 상기 램프 튜브의 양끝에서 대응되는 두 개의 연결점(b, b') 사이에 연결되고,

상기 램프 부하부(30)는 상기 제5 커페시터(C5)와 병렬 연결된 예열장치(PTC)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프.
청구항 9에 있어서,

상기 예열 장치(PTC)는 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor)인 형광램프.