KR20090077939A - 개선된 인버터 시동 회로를 가진 전자식 안정기 - Google Patents

개선된 인버터 시동 회로를 가진 전자식 안정기 Download PDF

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KR20090077939A
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Abstract

적어도 하나의 가스 방전 램프(30)에 전력을 공급하기 위한 전자식 안정기(20)는 다이액과 같은 전압 항복 장치를 요구하지 않는 인버터 시동 회로(286, 288, 290)를 갖는 자가-발진 하프-브리지 인버터(200')를 포함한다. 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 제 1 저항기(286), 제 2 저항기(288) 및 커패시터(290)를 포함한다.

Description

개선된 인버터 시동 회로를 가진 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST WITH IMPROVED INVERTER STARTUP CIRCUIT}
본 발명은 가스 방전 램프들에 전력을 공급하기 위한 회로들의 일반 주제에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 개선된 인버터 시동 회로(inverter startup circuit)를 갖는 전자식 안정기에 관한 것이다.
가스 방전 램프들에 전력을 공급하기 위한 다수의 기존 전자식 안정기들은 자가-발진 하프-브리지 타입 인버터(self-oscillating half-bridge type inverter)를 포함한다. 자가-발진 하프-브리지 인버터의 필수적인 부분은 인버터의 자가-발진 동작을 개시하는 인버터 시동 회로이다.
도 1은 프론트-엔드 회로(100), 자가-발진 하프-브리지 인버터(200), 및 직렬 공진 출력 회로(300)를 포함하는 통상의 선행기술 안정기(10)를 도시한다. 프론트-엔드 회로는 실질적으로 직류(DC)인 전압(VRAIL)을 공급하기 위하여, 그리고 (선택적으로) 역률 교정(power factor correction)을 제공하기 위하여, 전형적으로 적절한 회로(예를 들어, 부스트 컨버터, 밸리-필 회로(valley-fill circuit), 등)가 뒤따르는 전파 정류기 회로(full-wave rectifier circuit)로 구성된다. 자가- 발진 하프-브리지 인버터(200)는 인버터 입력 단자들을 경유하여 실질적으로 DC인 전압(VRAIL)을 받아들이고, 인버터 출력 단자들(206, 208)을 경유하여 직렬 공진 출력 회로(300)에 고주파수 출력 전압을 제공한다. 직렬 공진 출력 회로(300)는 램프(30)를 점화하기 위하여 고전압을 제공하고, 목적하는 전류에서 램프(30)를 동작시키기 위하여 크기-제한된 전류를 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자가-발진 하프-브리지 인버터(200)는 인버터 트랜지스터(240)를 처음 작동시키기 위한 다이액(diac)-기반 인버터 시동 회로(270, 274, 276, 280)를 포함한다. 다이액-기반 인버터 시동 회로는 저항기(270), 커패시터(274), 다이액(276) 및 다이오드(280)로 구성된다. 다이액-기반 시동 회로의 구조 및 동작은 전원들 및 전자식 안정기들에 관련된 당업자들에게 잘 알려져 있다.
일단 인버터 트랜지스터(240)가 인버터 시동 회로(270, 274, 276, 280)에 의해 처음 턴온되면, 인버터 트랜지스터들(220, 240)은 1차 권선(340) 및 2개의 2차 권선들(342, 344)을 포함하는 베이스-구동 트랜스포머(base-drive transformer)에 의해 제공된 구동 신호들에 의해 상보적으로 전환된다(즉, 트랜지스터(220)가 온(on)일 때, 트랜지스터(240)가 오프(off)되도록 또는 그 역이 되도록 스위치 온 및 스위치 오프됨).
다이액과 같은 전압 항복 장치(voltage breakdown device)들을 요구하는 인버터 시동 회로들은 비용 및 신뢰성과 관련된 문제들로 인해 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 다이액과 같은 전압 항복 장치를 요구하지 않는 개선된 인버터 시동 회로에 대한 필요성이 존재한다. 부가하여, 다이액-기반 인버터 시동 회로보다 비용이 덜 들고 더 신뢰성이 있는 개선된 인버터 시동 회로에 대한 필요성이 존재한다. 따라서, 그러한 개선된 인버터 시동 회로를 구비한 전자식 안정기는 선행기술에 비해 현저한 진전을 나타낼 것이다.
도 1은 선행기술에 따라, 다이액-기반 시동 회로를 포함하는 자가-발진 하프-브리지 인버터를 구비한 전자식 안정기의 전기 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 개선된 인버터 시동 회로를 포함하는 자가-발진 하프-브리지 인버터를 구비한 전자식 안정기의 전기 다이어그램이다.
도 2는 가스 방전 램프(30)에 전력을 공급하기 위한 안정기(20)를 도시한다. 안정기(20)는 하프-브리지 인버터(200')를 포함하고, 하프-브리지 인버터(200')는 제 1 및 제 2 인버터 입력 단자들(202, 204), 제 1 및 제 2 인버터 출력 단자들(206, 208), 제 1 인버터 스위치(220), 제 2 인버터 스위치(240), 제 1 베이스-구동 회로(230, 342), 제 2 베이스-구동 회로(250, 344), 및 인버터 시동 회로(286, 288, 290)를 포함한다. 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 선행기술 안정기(10)에 비해 안정기(20)에 현저한 동작 및 비용 이점을 제공한다.
제 1 및 제 2 인버터 입력 단자들(202, 204)은 프론트-엔드 회로(100)에 의해 제공되는 바와 같이, 실질적으로 직류(DC)인 전압(VRAIL)의 소스를 받아들이도록 적응된다. 프론트-엔드 회로는 전형적으로 소정 형태의 역률 교정 회로(예를 들어, 부스트 컨버터(boost converter), 밸리-필 회로, 등)와 결합하여 정류기 회로를 포함한다. 인버터 출력 단자들(206, 208)은 출력 회로(300)에 연결되도록 의도되고, 상기 출력 회로(300)를 경유하여 점화 전압 및 안정-상태(steady-state) 동작 전력이 램프(30)로 전달된다. 제 1 인버터 출력 단자(206)는 제 1 인버터 입력 단자(202)에 결합된다.
제 1 및 제 2 인버터 스위치들(220, 240)은 NPN 타입 바이폴라 접합 트랜지스터들(도 2에 도시된 바와 같이)과 같은 적절한 전력 스위칭 장치들에 의해 구현된다. 제 1 인버터 스위치(220)는 베이스 단자(222), 에미터 단자(224), 콜렉터 단자(226)를 갖는데, 상기 제 1 인버터 스위치(220)는 제 1 인버터 입력 단자(202)와 제 2 인버터 출력 단자(208) 사이에 결합되고, 보다 상세히, 콜렉터 단자(226)는 제 1 인버터 출력 단자(206)에 결합되고, 에미터 단자(224)는 제 2 인버터 출력 단자(208)에 결합된다. 제 2 인버터 스위치(240)는 베이스 단자(242), 에미터 단자(244), 콜렉터 단자(246)를 갖는데, 상기 제 2 인버터 스위치(240)는 제 2 인버터 출력 단자(208)와 회로 접지(60) 사이에 결합되고, 보다 상세히, 콜렉터 단자(246)는 제 2 인버터 출력 단자(208)에 결합되고, 에미터 단자(244)는 회로 접지(60)에 결합된다. 회로 접지(60)는 제 2 인버터 입력 단자(204)에 결합된다.
제 1 베이스-구동 회로(230, 342)는 제 1 인버터 스위치(220)에 결합되고, 제 1 베이스-구동 권선(342) 및 제 1 베이스-구동 저항기(230)의 직렬 결합을 포함하며, 제 1 베이스-구동 권선(342) 및 제 1 베이스-구동 저항기(230)의 직렬 결합은 제 1 인버터 스위치(220)의 베이스 단자(222)와 제 2 인버터 출력 단자(208) 사이에 결합된다. 제 2 베이스-구동 회로(250, 344)는 제 2 인버터 스위치(240)에 결합되고, 제 2 베이스-구동 권선(344) 및 제 2 베이스-구동 저항기(250)의 직렬 결합을 포함하며, 제 2 베이스-구동 권선(344) 및 제 2 베이스-구동 저항기(250)의 직렬 결합은 제 2 인버터 스위치(240)의 베이스 단자(242)와 회로 접지 사이에 결합된다.
인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 제 1 인버터 출력 단자(206), 제 2 베이스-구동 회로(250, 344), 및 제 2 인버터 스위치(240)의 베이스 단자(242)에 동작가능하게 결합된다. 동작 동안에, 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 제 2 인버터 스위치(240)를 처음 작동시키기 위한 시동 전압을 제공하고, 그에 의해 인버터(200')의 자가-발진 동작을 개시한다. 중요하게, 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 다이액과 같은 전압 항복 장치를 요구하지 않으면서 인버터(200')의 시동을 제공한다. 결과적으로, 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 도 1에 예시된 선행기술의 접근법보다 현저히 더 낮은 재료 비용을 갖고, 잠재적으로 더 높은 신뢰성을 갖는 안정기(20)를 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인버터 시동 회로(286, 288, 290)는 바람직하게 제 1 저항기(286), 제 2 저항기(288), 및 커패시터(290)를 포함한다. 제 1 저항 기(286)는 제 1 인버터 출력 단자(206)와 제 2 인버터 출력 단자(208) 사이에 결합된다. 제 2 저항기(288)는 제 2 인버터 출력 단자(208)와 제 2 인버터 스위치(240)의 베이스 단자(242) 사이에 결합된다. 커패시터(290)는 바람직하게 약 1 마이크로패럿 정도의 커패시턴스 및 약 25 볼트의 전압 정격을 갖는 전해질 커패시터에 의해 구현되는데, 상기 커패시터(290)는 제 2 베이스-구동 권선(344)과 회로 접지(60) 사이에 결합된다.
안정기(20)의 동작 동안에, AC 전력이 처음 입력 연결부들(102, 104)에 인가된 바로 이후에, 프론트-엔드 회로(100)의 출력 전압(VRAIL)은 AC 전압 소스(40)(예를 들어, 60 헤르쯔에서 277 볼트 rms, 약 390 볼트의 피크 크기에 대응)에 의해 제공되는 전압의 피크 크기와 거의 동일한 값(예를 들어, 390 볼트)을 취한다. 인버터 시동 회로(286, 288, 290) 내에서, 실질적인 DC 전류는 저항기들(286, 288) 및 커패시터(290)를 포함하는 회로 경로를 통해 흐르고, 그에 의해 커패시터(290)를 충전한다. 커패시터(290) 양단의 전압이 충분한 레벨에 도달할 때, 제 2 인버터 트랜지스터(240)가 턴온되고, 그에 의해 인버터(200')가 자가-발진의 프로세스를 시작하게 한다. 이어서, 인버터 트랜지스터들(220, 240)은 베이스-구동 권선들(342, 344)에 의해 제공된 전압 신호들에 의해 턴온 및 턴오프되고, 상기 베이스-구동 권선들(342, 344)은 출력 회로(300) 내에서 1차 권선(340)에 자기적으로 결합된다.
다시 도 2를 참조하면, 인버터 시동 회로는 또한 바람직하게 회로 접지(60) 에 결합된 애노드(294) 및 제 2 인버터 스위치(240)의 베이스 단자(242)에 결합된 캐소드(296)를 갖는 다이오드(292)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안정기(20)는 바람직하게 프론트-엔드 회로(100) 및 공진 출력 회로(300)를 포함한다.
프론트-엔드 회로(100)는 한 쌍의 입력 연결부들(102, 104) 및 한 쌍의 출력 연결부들(106, 108)을 포함한다. 입력 연결부들(102, 104)은 교류(AC) 전압(40)(예를 들어, 60 헤르쯔에서 277 볼트)의 소스를 받아들이도록 적응된다. 출력 연결부들(106, 108)은 인버터(200')의 제 1 및 제 2 입력 단자들(202, 204)에 결합된다. 동작 동안에, 프론트-엔드 회로(100)는 AC 전압 소스(40)를 받아들이고 출력 연결부들(106, 108) 사이에 실질적인 DC 전압(VRAIL)을 제공한다.
공진 출력 회로(300)는 바람직하게 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 출력 연결부들(302, 304, 306, 308), 공진 인덕터(310)와 베이스-구동 트랜스포머의 1차 권선(340)의 직렬 결합, 공진 커패시터(320), 및 직류(DC) 차단 커패시터(DC blocking capacitor)(330)를 포함한다. 출력 연결부들(302, 304, 306, 308)은 가스 방전 램프(30)에 결합되도록 의도된다. 공진 인덕터(310)와 베이스-구동 트랜스포머의 1차 권선(340)(여기서, 1차 권선(340)은 제 1 및 제 2 베이스-구동 권선들(342, 344)에 자기적으로 결합되고, 제 1 및 제 2 베이스-구동 권선들(342, 344)은 베이스-구동 트랜스포머의 2차 권선을 구성함)의 직렬 결합은 제 2 인버터 출력 단자(208)와 제 4 출력 연결부(308) 사이에 결합된다. 공진 커패시터(320)는 제 2 및 제 3 출력 연결부들(304, 306) 사이에 결합된다. DC 차단 커패시터(330)는 제 1 인버터 출력 단자(206)와 제 1 출력 연결부(302) 사이에 결합된다.
비록 본 발명은 특정 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 다수의 수정예 및 변형예들이 본 발명의 신규한 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 구성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 가스 방전 램프에 전력을 공급하기 위한 전자식 안정기로서,
    하프-브리지 인버터를 포함하고,
    상기 하프-브리지 인버터는,
    실질적으로 직류(DC)인 전압의 소스를 받아들이도록 적응된 제 1 및 제 2 인버터 입력 단자들;
    제 1 및 제 2 인버터 출력 단자들 - 여기서, 상기 제 1 인버터 출력 단자는 상기 제 1 인버터 입력 단자에 결합됨 -;
    상기 제 1 인버터 입력 단자와 상기 제 2 인버터 출력 단자 사이에 결합되고, 베이스 단자를 갖는 제 1 인버터 스위치;
    상기 제 2 인버터 출력 단자와 회로 접지 사이에 결합되고, 베이스 단자를 가진 제 2 인버터 스위치 - 여기서, 회로 접지는 상기 제 2 인버터 입력 단자에 결합됨 -;
    제 1 베이스-구동 권선 및 제 1 베이스-구동 저항기의 직렬 결합을 포함하는 제 1 베이스-구동 회로 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 1 인버터 스위치의 상기 베이스 단자와 상기 제 2 인버터 출력 단자 사이에 결합됨 -;
    제 2 베이스-구동 권선 및 제 2 베이스-구동 저항기의 직렬 결합을 포함하는 제 2 베이스-구동 회로 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 2 인버터 스위치의 상기 베이스 단자와 회로 접지 사이에 결합됨 -; 및
    상기 제 1 인버터 출력 단자, 상기 제 2 베이스-구동 회로, 및 상기 제 2 인버터 스위치의 상기 베이스 단자에 동작가능하게 결합되어, 상기 제 2 인버터 스위치를 처음 작동시키기 위한 시동 전압을 제공하도록 동작하며, 전압 항복 장치를 포함하지 않는 인버터 시동 회로;
    를 포함하는,
    전자식 안정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 시동 회로는,
    상기 제 1 및 제 2 인버터 출력 단자들 사이에 결합된 제 1 저항기;
    상기 제 2 인버터 출력 단자와 상기 제 2 인버터 스위치의 상기 베이스 단자 사이에 결합된 제 2 저항기; 및
    상기 제 2 베이스-구동 회로와 회로 접지 사이에 결합된 커패시터;
    를 포함하는,
    전자식 안정기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커패시터는 약 1 마이크로패럿 정도의 커패시턴스를 갖는,
    전자식 안정기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 인버터 시동 회로는 회로 접지에 결합된 애노드 및 상기 제 2 인버터 트랜지스터의 상기 베이스 단자에 결합된 캐소드를 갖는 다이오드를 더 포함하는,
    전자식 안정기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 인버터 스위치들 각각은 NPN-타입 바이폴라 접합 트랜지스터인,
    전자식 안정기.
  6. 제2항에 있어서,
    공진 출력 회로를 더 포함하고,
    상기 공진 출력 회로는:
    상기 적어도 하나의 가스 방전 램프로의 결합을 위해 적응된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 출력 연결부들;
    공진 인덕터 및 베이스-구동 트랜스포머의 1차 권선의 직렬 결합 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 2 인버터 출력 단자와 상기 제 4 출력 연결부 사이에 결합되고, 상기 베이스-구동 트랜스포머의 상기 1차 권선은 상기 인버터의 상기 제 1 및 제 2 베이스-구동 권선들에 자기적으로 결합됨 -;
    상기 제 2 및 제 3 출력 연결부들 사이에 결합된 공진 커패시터; 및
    상기 제 1 인버터 출력 단자와 상기 제 1 출력 연결부 사이에 결합된 직류(DC) 차단 커패시터;
    를 포함하는,
    전자식 안정기.
  7. 제2항에 있어서,
    한 쌍의 입력 연결부들 및 한 쌍의 출력 연결부들을 갖는 프론트-엔드 회로를 더 포함하고,
    상기 입력 연결부들은 교류(AC) 전압 소스를 받아들이도록 적응되고,
    상기 출력 연결부들은 상기 인버터의 상기 제 1 및 제 2 입력 단자들에 결합되며,
    상기 프론트-엔드 회로는 상기 출력 연결부들 사이에서 상기 실질적으로 DC인 전압의 소스를 제공하도록 동작하는,
    전자식 안정기.
  8. 적어도 하나의 가스 방전 램프에 전력을 공급하기 위한 전자식 안정기로서,
    하프-브리지 인버터 및 출력 회로를 포함하고,
    상기 하프-브리지 인버터는,
    실질적으로 직류(DC)인 전압의 소스를 받아들이도록 적응된 제 1 및 제 2 인버터 입력 단자들;
    제 1 및 제 2 인버터 출력 단자들 - 여기서, 상기 제 1 인버터 출력 단자는 상기 제 1 인버터 입력 단자에 결합됨 -;
    상기 제 1 인버터 입력 단자와 상기 제 2 인버터 출력 단자 사이에 결합되고, 베이스 단자를 갖는 제 1 인버터 스위치;
    상기 제 2 인버터 출력 단자와 회로 접지 사이에 결합되고, 베이스 단자를 가진 제 2 인버터 스위치 - 여기서, 회로 접지는 상기 제 2 인버터 입력 단자에 결합됨 -;
    제 1 베이스-구동 권선 및 제 1 베이스-구동 저항기의 직렬 결합을 포함하는 제 1 베이스-구동 회로 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 1 인버터 스위치의 상기 베이스 단자와 상기 제 2 인버터 출력 단자 사이에 결합됨 -;
    제 2 베이스-구동 권선 및 제 2 베이스-구동 저항기의 직렬 결합을 포함하는 제 2 베이스-구동 회로 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 2 인버터 스위치의 상기 베이스 단자와 회로 접지 사이에 결합됨 -; 및
    인버터 시동 회로;
    를 포함하며,
    상기 인버터 시동 회로는,
    상기 제 1 및 제 2 인버터 출력 단자들 사이에 결합된 제 1 저항기;
    상기 제 2 인버터 출력 단자와 상기 제 2 인버터 스위치의 상기 베이스 단자 사이에 결합된 제 2 저항기;
    상기 제 2 베이스-구동 회로와 회로 접지 사이에 결합된 커패시터; 및
    회로 접지에 결합된 애노드 및 상기 제 2 인버터 트랜지스터의 상기 베이스 단자에 결합된 캐소드를 갖는 다이오드;
    를 포함하며,
    상기 출력 회로는,
    상기 적어도 하나의 가스 방전 램프로의 결합을 위해 적응된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 출력 연결부들;
    공진 인덕터 및 베이스-구동 트랜스포머의 1차 권선의 직렬 결합 - 여기서, 상기 직렬 결합은 상기 제 2 인버터 출력 단자와 상기 제 4 출력 연결부 사이에 결합되고, 상기 베이스-구동 트랜스포머의 상기 1차 권선은 상기 인버터의 상기 제 1 및 제 2 베이스-구동 권선들에 자기적으로 결합됨 -;
    상기 제 2 및 제 3 출력 연결부들 사이에 결합된 공진 커패시터; 및
    상기 제 1 인버터 출력 단자와 상기 제 1 출력 연결부 사이에 결합된 직류(DC) 차단 커패시터;
    를 포함하는,
    전자식 안정기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커패시터는 약 1 마이크로패럿 정도의 커패시턴스를 갖는,
    전자식 안정기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 인버터 스위치들 각각은 NPN-타입 바이폴라 접합 트랜지스터인,
    전자식 안정기.
  11. 제10항에 있어서,
    한 쌍의 입력 연결부들 및 한 쌍의 출력 연결부들을 갖는 프론트-엔드 회로를 더 포함하고,
    상기 입력 연결부들은 교류(AC) 전압 소스를 받아들이도록 적응되고,
    상기 출력 연결부들은 상기 인버터의 상기 제 1 및 제 2 입력 단자들에 결합되며,
    상기 프론트-엔드 회로는 상기 출력 연결부들 사이에서 상기 실질적으로 DC인 전압의 소스를 제공하도록 동작하는,
    전자식 안정기.
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