KR810000566B1 - Stabilizer for electronic fluorescnet lamp - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 공지의, 직류로 형광등을 점등시키는 회로도.1 is a circuit diagram for lighting a fluorescent lamp with a known direct current.
제2도는 공지의, 인버어터 회로를 사용하여 형광등을 점등시키는 회로의 일례.2 is an example of a circuit for lighting a fluorescent lamp using a known inverter circuit.
제3도는 본 발명을 실시한 전자식 형광등 안정기의 기본회로.3 is a basic circuit of an electronic fluorescent ballast according to the present invention.
제4도는 제3도의 기본 동작원리를 설명키 위한 등가회로.4 is an equivalent circuit for explaining the basic operation principle of FIG.
제5도는 제3도의 스위칭(Switching)동작 파형도.5 is a waveform diagram showing the switching operation of FIG.
제6도는 본 발명의 기본회로를 풀·브릿지(Full Bridge)로 구성한 경우의 일례.6 is an example in which the basic circuit of the present invention is composed of a full bridge.
제7도는 본 발명의 기본회로에 1개의 형광등을 접속시키는 실시예.7 is an embodiment in which one fluorescent lamp is connected to the basic circuit of the present invention.
제8도는 본 발명의 기본회로에 2개의 형광등을 접속시키는 실시예.8 is an embodiment in which two fluorescent lamps are connected to the basic circuit of the present invention.
제9도는 본 발명의 기본회로에 3개의 형광등을 접속시키는 실시예.9 is an embodiment in which three fluorescent lamps are connected to the basic circuit of the present invention.
제10도는 본 발명의 기본회로에 여러개의 형광등을 병렬 접속시키는 실시예.10 is an embodiment in which several fluorescent lamps are connected in parallel to the basic circuit of the present invention.
본 발명은 방저램프용 동작회로, 특히 형광등의 점등회로 방식에 관한 것이다.The present invention relates to an operation circuit for an antistatic lamp, in particular a lighting circuit system of a fluorescent lamp.
본 발명의 일반 목적은 부하, 특히 여러종류의 일반 형광램프의 점등을 위한 새로운 방식의 트랜지스터인버어터 회로를 사용한 점등장치로써 형광등의 순간 점등 및 고효율 점등을 실현하는 것이다.A general object of the present invention is to realize instantaneous lighting and high efficiency lighting of fluorescent lamps as a lighting device using a novel inverter inverter circuit for lighting a load, in particular, various kinds of general fluorescent lamps.
본 발명은, 직류전원, 직류전원에 직렬로 연결된 스위칭 동작을 하는 두개의 트랜지스터, 이 두 트랜지스터의 발진동작을 유지시키기 위한 전류 트랜스포머(Currnt Transformer), 두 트랜지스터의 연결점에 연결되며 인덕터와 캐패시터로 구성되는 직렬공진회로, 및 공진회로의 캐패시터 양단과 전원에 연결된 다른 캐패시터 사이에 연결된 형광램프를 포함하는 형식을 기본으로 하는 동작회로에 관한 것으로써 특히 인버어터, 직렬공진회로 및 형광램프와의 연결을 위한 제구성 방식에 관한 것이다.The present invention is a direct current power supply, two transistors connected in series to a direct current power supply, a current transformer (Currnt Transformer) for maintaining the oscillation operation of the two transistors, is connected to the connection point of the two transistors composed of an inductor and a capacitor The present invention relates to an operation circuit based on a type including a series resonant circuit, and a fluorescent lamp connected between a capacitor of a resonant circuit and another capacitor connected to a power source, and in particular, a connection with an inverter, a series resonant circuit, and a fluorescent lamp. It relates to a reconstruction method for.
종래 형광등 점등장치에 관하여는, 가장 일반적으로 사용하고 있는 쵸크를 사용하는 기존방식을 제외하고는, (제1도)에 보인바와 같은 교류를 직류로 정류하여형광등을 점등시키는 방법(대한민국 특허공보 78-561)과 (제2도)에 보이는 바와 같은 트랜지스터 인버어터 방식이 공지로 되어 있다.Regarding the conventional fluorescent lamp lighting device, except for the conventional method of using the most commonly used choke, the method of lighting a fluorescent lamp by rectifying an alternating current as shown in FIG. 1 as a direct current (Korean Patent Publication 78) Transistor inverter systems as shown in (561) and (Fig. 2) are known.
(제1도)의 방식은 교류전원에 연결된 브릿지 다이오드(DF1-DF4)와 그 중의 다이오드(DF2,DF4)양단에 각각 캐패시터(CF1, CF2)를 연결하며, 상기 브릿지 다이오드 양단에 다른 하나의 캐패시터(CF3)를 접속하고 캐패시터, CF3양단에 저항 RF를 통하여 형광등을 접속하는 형식으로 되어 있다.The scheme of FIG. 1 connects capacitors CF1 and CF2 respectively across bridge diodes DF1-DF4 and diodes DF2 and DF4 connected to an AC power source, and another capacitor across the bridge diodes. (CF3) is connected, and a fluorescent lamp is connected to the capacitor and CF3 through resistor RF.
상기 방식은 다이오드 DF1, DF2 및 캐패시터 CF1, DF2의 역할에 의하여 초기에 전압을 체배하고, 체배된 전압에 의하여 형광등이 점등되면 주 전류는 다이오드 CF1-DF4를 통하여 흐르며 전력의 제한은 저항 RF에 의하여 조절될 수 있도록 되어 있다.The method initially multiplies the voltage by the role of diodes DF1, DF2 and capacitors CF1, DF2. When the fluorescent lamp is lit by the multiplied voltage, the main current flows through the diodes CF1-DF4, and the limit of power is controlled by the resistance RF. It can be adjusted.
이 방식의 장점은 스타터 램프가 필요없이 점등이 되며 기존 쵸크 안정기에 비해서 부피가 작고 가볍다는 점이다. 그러나 전력의 제한이 저항에 의해서 이루어지므로 전력손실이 크고, 형광등을 흐르는 전류가 직류이므로 같은 전력소모에도 빛으로 바뀌는 광전효율이 나쁘며, 장시간 점등시 형광등의 한쪽 필라멘트만 혹화될뿐 아니라, 입력전압 변동율에 대한 효율의 차이가 크며, 주어진 입력전압에 대하여 소모전력이 다른 여러종류의 형광등에 맞게 설계하기가 어렵다는 점이다.The advantage of this method is that it lights up without the need for a starter lamp and is smaller and lighter than conventional choke stabilizers. However, since the power is limited by the resistance, the power loss is large and the current flowing through the fluorescent lamp is direct current, so the photoelectric efficiency of changing to light is poor even at the same power consumption.In addition, only one filament of the fluorescent lamp is deteriorated when it is lit for a long time. The difference in efficiency is large, and it is difficult to design for various kinds of fluorescent lamps with different power consumption for a given input voltage.
이와 같은 안정기의 단점들은 트랜지스터 인버어터를 사용한 전자식 안정기를 사용함으로써 제거될 수 있다.The disadvantages of such ballasts can be eliminated by using electronic ballasts using transistor inverters.
공지된 전자식 안정기의 대표적인 예로써 (제2도)의 보이는 바와 같은 형식의 트랜지스터 인버어터 방식에 관해서 고찰해 보기로 한다. 상기 방식은 주 및 보조 페라이트 프랜스포머를 각각 하나씩 가지며, 주 트랜스포퍼(T1)의 1차측에 두개의 트랜지스터 Q.1, Q.2 및 직류전원을 도면과 같이 연결하고, 2차측(n2)에 인덕터(Ld1)를 거쳐 형광램프를 연결하되, 일부 권선을 더 감아서 형광램프의 필라멘트를 가열시킴과 동시에 보조트랜스포머(T2)의 1차에 연결하여, 이 보조 트랜스포머의 2차에서 상기 두 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스 전류를 공급할 수 있도록 구성된 방식이다. 상기 방식은 트랜스포터(T1)의 자기포화(Magnetic Saturation)특성에 의해서 주파수가 결정되는 자체 발진형(Self-osillasion type) 인버어터이며 일반적으로 20KHz-50KHz 정도의 범위에서 동작하는 고주파 트랜지스터 인버어터이다. 형광램르의 점등은 주 트랜지스포머 T1의 1차와 2차의 권선비의 조절에 의하여 2차에 높은 전압이 유기되도록 함으로써 가능하게 된다.As a representative example of a known electronic ballast, a transistor inverter method of the type shown in FIG. 2 will be considered. The method has one primary and one secondary ferrite transformer, respectively, and connects two transistors Q.1, Q.2, and a DC power supply to the primary side of the main transport T1 as shown in the drawing, and the secondary side n2. The fluorescent lamp is connected via an inductor Ld1 to the first winding of the auxiliary transformer T2 by simultaneously winding some windings to heat the filament of the fluorescent lamp and connecting the two transistors in the secondary of the auxiliary transformer. It is configured to supply the base current of (Q1, Q2). The method is a self-osillasion type inverter whose frequency is determined by the magnetic saturation characteristic of the transporter T1, and is a high frequency transistor inverter operating in the range of about 20KHz-50KHz. . Lighting of the fluorescent lamp is made possible by causing high voltage to be induced in the secondary by adjusting the primary and secondary turns ratios of the main transistor T1.
그러나 상기 방식은 2차 전압을 높일수록 쵸크 Ld1의 값이 증가하며 이로 인하여 트랜지스터 Q1과 Q2의 스위칭(Switching)시에 고전압의 스파이크(Spike)가 발생하게 되고, 부하전류보다 큰 전류가(n2>n1 일 경우)전원으로 부터 트랜지스터를 통해서 흘러나가고 또 거꾸로 흘러 들어오고 하는 동작을 반복하게 되므로 효율을 높이기가 무척 어렵게 된다.However, in the above scheme, as the secondary voltage is increased, the value of the choke Ld1 increases, which causes a spike of high voltage during switching of the transistors Q1 and Q2, and a current larger than the load current (n2>). In case of n1), it is very difficult to increase efficiency because it repeats the operation of flowing out and upside down from the power source through the transistor.
트랜지스터 Q1, Q2의 스위칭(Switching)동작은 가장 전류가 많이 흐르는 상태에서 일어나게 되므로 트랜지스터가 오프(off)되는 시간이 길어지게 되고 이에 따른 손실이 가중되게 된다. 캐패시터 Cd1을 도면과 같이 연결하여 쵸크(Choke) Ld1과 직렬공진을 일으키도록하면 조금은 개선될 수 있으나 어쨌든 고가의 페리이트(Ferrite) 트랜스포머를 사용하므로서 제조원가의 상승과 함께 고내압(High Voltge) 고속(High Speed)의 전력(Power)용 트랜지스터의 사용을 불가피하게 하는것만으로도 큰 단점이라 하겠다.Since the switching operation of the transistors Q1 and Q2 occurs in the state where the most current flows, the time for turning off the transistor becomes long and the loss is increased. Connecting capacitor Cd1 to make the series resonance with Choke Ld1 as shown in the drawing can be improved a little, but anyway, the high cost and high voltage (high voltge) It is a big disadvantage to make it inevitable to use high speed power transistor.
본 발명의 목적은 이와 같은 여러가지 단점들을 해결하면서 저렴한 가격, 고효율, 고신뢰도 및 순간점등의 특징을 지닌 새로운 방식의 트랜지스터 인버어터( Inverter)회로에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention relates to a novel type of inverter inverter circuit which is characterized by low cost, high efficiency, high reliability and instantaneous lighting while solving these various disadvantages.
본 발명의 기본 구성은(제3도)에 보여주는 바와 같다.The basic configuration of the present invention is as shown in FIG.
상기 기본회로의 구성은 직류전원에 직렬로 연결된 두개의 트지스터(Q1,Q2)와, "이 두 트랜지스터의 연결점에서 전류 트랜스포머(Current Transformer) To의 1차 (N1)권선 및 인덕터(Lo)를 통하여 직규전원 양단에 직렬로 연결된 두 캐패시터 (C1)의 연결점에 형광램프의 한끝과 함께 연결하고, 형광램프(7)의 다른 끝은 직류전원 양단에 직류로 연결된 또 다른 두 캐패시터(C0)의 연결점에 연결하되, 형광램프의 종류에 따라서 직류전원의 양단에 전원의 극성과 역방향으로 차단상태에 있도록 연결된 두 다이오드(10,11)의 연결점(e')에서 램프의 다른끝과 두 캐패시터(Co)의 연결점(e)사이를 접속 또는 개방할 수 있도록 하며, 상기 두 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스 전류는 상기 전류 트랜스포머(Curret Transfomer) To의 2차 권선에 의하여 공급될수 있도록 도면과 같은 극성으로 연결하고, 직류전원(12)에서 동작 스위치(So)를 거쳐 저항 (17) 및 캐패시터(16)을 거쳐 트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결된 형태로 되어있다.The basic circuit consists of two transistors (Q1, Q2) connected in series to a DC power supply, and a primary (N1) winding of the current transformer To and the inductor (Lo) at the connection points of the two transistors. Connect one end of the fluorescent lamp to the connection point of the two capacitors (C1) connected in series at both ends of the direct power, and the other end of the fluorescent lamp (7) is the connection point of the other two capacitors (C0) connected to the DC power supply at both ends The other end of the lamp and the two capacitors (Co) at the connection point (e ') of the two diodes (10, 11) connected to both ends of the DC power supply in the opposite direction to the polarity of the power supply depending on the type of fluorescent lamp. It is possible to connect or open between the connection point (e) of the, and the base current of the two transistors (Q1, Q2) to the polarity as shown in the figure so that can be supplied by the secondary winding of the current transformer (Curret Transfomer To) Results and is through the direct-
여기에서 C1은 점등용 캐패시터이며 Co는 전력제어용 캐패시터이다. 상기 기본회로의 구성이 하프 브릿시(Half Bridge) 방식인데 비하여(제6도)에 보이는 바와 같이 두개의 트랜지스터(14,15)를 더 첨가시켜 풀 브릿지(Full Bridged)형식의 구성으로 변형될 수도 있으며, 이 경우 전류 트랜스포머(Curret Transfomer) 3a는 상기 부가된 두 트랜지스터 (14,15)의 베이스 전류공급을 위한 두개의 2차 권선(N2)을 더 가진다.Where C1 is a lighting capacitor and Co is a power control capacitor. The basic circuit is a half bridge type, but as shown in FIG. 6, two
즉, 풀 브릿지(Full Bridge)형식에서는 도합 4개의 2차권선(N2)이 4개의 서로다른 트랜지스터(1,2,14,15)의 구동을 위하여 필요하게 되며, 이때 각 권선의 극성은 트랜지스터(1,15)와 (2,14)가 각각 같은 극성으로 연결되어 인버어터 동작중 서로 동기되어 온·오프(on/off)되도록 연결되어 있다.That is, in the full bridge type, a total of four secondary windings N2 are required for driving four
또한 이 경우 캐패시터(Cl,Co)의 연결방식은(제2도)와는 다른 형식으로 되어 있다. 이에 관한 자세한 구성은 (제7도)부터 (제10도)에 이르기까지 복수 형광램프의 직렬 및 병렬 연결방법을 포함하여 보여주는 바와 같다. 상기의 제구성 방식에서 캐패시터 Co은 형광램프의 필라멘트 가열 및 램프의 점등개시를 위한 것이며 캐패시터 Co는 램프의 전력을 제어하기 위함이 주 목적이 있다. 이에 관한 상세한 설명은 뒷 부분에서하기로 한다.In this case, the connection method of the capacitors Cl and Co is different from that of FIG. Detailed configuration of this is shown as including the series and parallel connection method of a plurality of fluorescent lamps from (Fig. 7) to (Fig. 10). In the above configuration, the capacitor Co is for filament heating of the fluorescent lamp and the start of lighting of the lamp, and the capacitor Co is for controlling the power of the lamp. A detailed description thereof will be provided later.
본 발명의 동작원리를 설명하기 위하여 (제3도)에 보이는 기본구성을 중심으로 고찰하여 보기로 하겠다. (제3도)는 원리적으로 볼 때 (제4도)와 등가이다. 즉 트랜지스터 Q1, Q2가 두개의 스위치 S1, S2로 각각 대치되었고, 캐패시터 (5,6)는 등가적으로 합성되어 있다.In order to explain the operation principle of the present invention will be considered with a focus on the basic configuration shown in (Fig. 3). (Figure 3) is, in principle, equivalent to (Figure 4). That is, transistors Q1 and Q2 are replaced by two switches S1 and S2, respectively, and
단, 이 경우(제3도)에서 점 e와 e'이 개방되어 있는 경우를 생각한 것이며, 이 두회로가 등가인 경우는 본 발명의 인버어터가 고주파로 동작하고 있을 때, 교류성분에 대해서는 전원(12)의 임피던스는 0이므로 캐패시터 Cl 및 Co는 각각 한쪽 방향으로 합하여 생각할 수 있으며, 따라서 2Cl, 2Co의 값을 가진 각각 하나의 캐패시터로 대체될 수 있기 때문이다.However, in this case (Fig. 3), the points e and e 'are considered to be open. When the two circuits are equivalent, when the inverter of the present invention is operating at a high frequency, the power supply is applied to the AC component. Since the impedance of (12) is 0, the capacitors Cl and Co can be considered to be summed in one direction, respectively, and thus can be replaced by one capacitor each having a value of 2Cl and 2Co.
또한 (제4도)에서 저항 ro는 인덕터 Lo 자체의 동선 저항을 분리시켜 표시한 것이다.Also, in Fig. 4, the resistance ro denotes the separation of the copper wire resistance of the inductor Lo itself.
즉 본 회로의 기본은 스위치 S1과 S2를 고속으로 번갈아 온.오프(on/off)시키면 그 주파수가 인덕터 Lo와 캐패시터 2Cl에 의한 공진주파수와 일치할 때 캐패시터 양단간에 직렬공진에 의해서 아주 큰 전압이 나타나게 된다.In other words, the basic principle of this circuit is to switch on and off the switches S1 and S2 at high speed alternately, and when the frequency matches the resonant frequency of the inductor Lo and the capacitor 2Cl, a very large voltage is generated by series resonance between the capacitors. Will appear.
(왜냐하면 램프가 아직 점등되지 않은 상태이므로 2Co는 영향이 없기 때문) 이 전압이 형광등의 방전개시 전압보다 높아지게 되면 방전이 일어나면서 램프 양단의 전압은 점점 낮아져서 일정전위까지 도달하게되고(이는 램프의 특성에 따라 각각 다름)램프에서 소모하는 전력은 캐패시터 2Co 에 의해서 제한되게 된다. 따라서(제3도)로 되돌아가서 보면 인버어터 회로의 동작개시는 외부 스위치 So (18)을 딛으면서 일어나며, 그 이유는 동작개시 전에는 트랜지스터 Q1,Q2 모두 오프 (off)상태에 있게되며 스위치 So(18)은 닫는 순간 짧은 펄스 전류가 캐패시터(16) 및 저항(17)을 통하여 트랜지스터 Q2의 베이스에 가해지기 때문이고 일단 동작이 일어난후 트랜지스터 Q1과 Q2의 상태는 (Q1 : Qn, Q2 : Off), (Q1 : Off, Q2 : On) 둘중의 어느 한 상태에 있게 되는데 이때 오프(Off)상태에 있는 트랜지스터에 걸리는 전압은 전원전압 Vs가 그대로 걸리고 또 전압 스파이크(Spike)도 존재하지 않아서 비교적 낮은 내압의 트랜지스터로도 안정된 동작을 기대할 수 있게 된다.(Because 2Co is not affected because the lamp is not lit yet.) When this voltage becomes higher than the discharge start voltage of the fluorescent lamp, the discharge occurs and the voltage across the lamp gradually decreases to reach a constant potential (this is a characteristic of the lamp. The power dissipated in the lamp is limited by the capacitor 2Co. Therefore, returning to (Fig. 3), the operation of the inverter circuit starts by stepping on the external switch So 18, because the transistors Q1 and Q2 are in the off state before the operation starts. 18) is because a short pulse current is applied to the base of the transistor Q2 through the
이때의 트랜지스터 Q1과 Q2의 동작상태를 (제5도)에 보여준다. 트랜지스터 (Q1이 온(On)상태에 있게 되면 b점의 전압 vb는The operating states of the transistors Q1 and Q2 at this time are shown in (Fig. 5). When the transistor (Q1 is in the ON state, the voltage vb at point b is
(왜냐하면이기 때문)가 되고(because Because)
트랜지스터 Q2가 온(On)상태에 있게되면When transistor Q2 is in the on state
가 되어 결국 b점의 전압 Vb는 (제4도)의 스위치 S1과 S2를 공진주파수에 맞춰 여닫는 것과 마찬가지로 상태를 유지하게 된다.Eventually, the voltage Vb at point b is maintained in the same state as opening and closing the switches S1 and S2 of FIG.
공진 주파수와 맞추어 트랜지스터 Q1, Q2를 온·오프(On/Off) 시키기 위해서 전류 트랜스포머 To가 필요하게 된다.Current transformer To is needed to turn transistors Q1 and Q2 on and off in accordance with the resonant frequency.
이 전류 트랜스포머 To의 역할에 의해서 어느한 순간에는 한개의 트랜지스터 만 온(On) 상태에 있게되며 이 트랜지스터의 콜렉터(Collector)에서 에이티(Emitter) 흐르는 전류의 N1/N2배 만큼의 전류가 온(On)상태의 트랜지스터의 베이스(base)에 흘러 들어가게 되므로 일단온 (On)된후 계속해서 온(On)상태를 유지하게 된다. 따라서 콜렉터(Collector)에서 에미터(Eitter)흐르는 전류(=인덕터 Lo를 흐르는 전류)가 0이 되면 트랜지스터도 자동적으로 오프(Off)되는데, 인덕터 Lo의 전류는 캐피시터(2 Cl+2Co)을 충전시킨후 자동적으로 0이 되며 이때 캐패시터 2Cl, 2Co의 전압은 인덕터 Lo의 역할에 의해 과충전 (Overcharge) 되게되며 이로 인하여 전류의 방향이 비뀌고 이것은 전류트랜스포머( Current Transformer) To의 자화(Magnetizing)와 함께 오프(Off)상태의 트랜지스터를 온(On)시키게되어, 재생작동(Regenerative Operation)이 일어나게 되므로 발진이 계속 유지되게 된다.Due to the role of the current transformer To, at any moment, only one transistor is in an on state, and a current equal to N1 / N2 times the current flowing through the emitter in the collector of this transistor is turned on. As it flows into the base of the transistor in the On state, it remains on after it is once turned on. Therefore, when the current flowing through the emitter from the collector (= current through inductor Lo) becomes zero, the transistor is automatically turned off, and the current of inductor Lo charges the capacitor (2 Cl + 2Co). After that, it automatically becomes 0. At this time, the voltages of the capacitors 2Cl and 2Co are overcharged by the role of the inductor Lo, which causes the current direction to change, which is off together with the magnetizing of the current transformer To. Since the transistor in the (Off) state is turned on, a regenerative operation occurs, so that oscillation is maintained.
(제5도)의 는동작파형에서 VBE의 파형에 부의 전압스파이크(Negative Volt age Spike)가 발생하는 이유는 바로 캐패시터의 과충전전압(Overcharge Voltarge)에 의해서 전류가 트랜스포머 To 및 트랜지스터 Q2(혹은 Q1)이 베이스-콜렉터 접합을 통하여 역으로 흐르기 때문이며 그 구간은 반대편 트랜지스터 Q1(혹은 Q2)이 턴·온(Turn-On)될 때까지의 길이가 되게 된다.Negative voltage spike occurs in the waveform of V BE in the operating waveform of (Fig. 5) because the overcharge voltage of the capacitor causes the current to flow from the transformer To and the transistor Q2 (or Q1). ) Flows backward through the base-collector junction, and the interval becomes the length until the opposite transistor Q1 (or Q2) is turned on.
이 과정에서 알수 있듯이 발진의 과정이 바로 인덕터 Lo와 캐패시티 2Cl의 공진의 메카니즘(Mechanism)과 연관되어 일어나게 되므로, 캐패시터(Cl : 5와 6) 양단간에 아주 큰 전압, 즉 인덕터 Lo의 퀄리티 펙터(Quality Factor)를 Qo라 할때, Qo. Vs가 발생하게 되며, 이 값이 램프의 방전개시 전압을 넘게되므로 방전이 개시되어 점등이 되게 된다.As can be seen from this process, the oscillation process is related to the mechanism of resonance of the inductor Lo and the capacitance 2Cl, so a very large voltage across the capacitor (Cl: 5 and 6), that is, the quality factor of the inductor Lo ( Qo, Qo. Vs is generated, and since this value exceeds the discharge start voltage of the lamp, the discharge is started and turned on.
점등이 일단 일어난 후에 램프의 흐르는 전류는 캐패시터 2CO에 의해서 제한되며, 전체 캐패시터의 값에 2Cl에서 (2Cl+2Co)로 증가하게 되므로 발진 주파수는 낮아지게 된다.After the lighting has occurred, the current flowing in the lamp is limited by the capacitor 2CO, and the oscillation frequency is lowered because the value of the entire capacitor increases from 2Cl to (2Cl + 2Co).
그러나 방전을 개시시키기 위한 캐패시터 2Cl가 (제3도)와 같이 형광등의 필라멘트를 거치지 않고 직접 인덕터 Lo에 연결되어 있을시에는 필라멘트의 저항이 Lo와 2Cl으로 구성되는 직렬공진 루프(Loop)에서 제외되어 있으므로 퀄리리 펙터(Quality Factor) Qo가 커서 캐패시터 Cl 양단에 큰전압을 발생시키는데 유리하지만, 항상 최악의 상태를 염두에 둘때 전원 스우치를 온(On) 시킨상태에서 램프를 제거하려 할 경우 고전압에 의한 위험성이 따르게 되며 램프를 제거한 후 새 램프를 끼우지 않은 상태에서도 발진은 계속되어 쓸데없는 전력소모를 가져오게 되고 공전전압 Qo Vs가 캐패시터 Cl의 내압을 넘게되는 경우 캐패시터 Cl은 파괴되게 된다.However, when the capacitor 2Cl for starting the discharge is directly connected to the inductor Lo without passing through the filament of the fluorescent lamp as shown in (Fig. 3), the resistance of the filament is excluded from the series resonant loop composed of Lo and 2Cl. As the quality factor Qo is large, it is advantageous to generate a large voltage across the capacitor Cl, but it is always necessary to remove the lamp with the power switch on when the worst condition is in mind. After the lamp is removed and the new lamp is not inserted, the oscillation continues, resulting in useless power consumption, and the capacitor Cl is destroyed when the idle voltage Qo Vs exceeds the internal voltage of the capacitor Cl.
따라서(제7도)에서와 같이 방전개시를 위한 캐패시터 Cl을 램프의 필라멘트를 거친후에 연결하게 되면 램프를 제거할 때 발진은 정지되며 동작중에는 필라멘트의 저항으로 인하여 공진회로의 퀄리티 펙터(Quality Factor)가 떨어지게 되므로 공전전압 Qo. Vs는 낮아기게 되나, 그 대신 필라멘트에 전류가 흘러가 열되게 되므로 열전자가 방출되어 실제로는 필라멘트를 거치지 않았을 경우보다 낮은 전압에서도 방전이 개시되게 된다.Therefore, as shown in (Fig. 7), when the capacitor Cl for starting the discharge is connected after passing through the lamp filament, the oscillation is stopped when the lamp is removed, and the quality factor of the resonant circuit is reduced due to the resistance of the filament during operation. Becomes the idle voltage Qo. Vs is lowered, but instead, current flows through the filament and heats it, causing hot electrons to be released and discharge starts even at a lower voltage than if the filament had not actually passed through.
도면의(제7도)는 1개의 램프를 접속한 경우를 예시한것인데 캐패시터의 용량을 등가적으로 보면(i)(ii)(iii)(iv) 모두 2Cl, 2CO이 되고, 인턱터의 용량은 모두 Lo가 되어 공진주파수 f는 일정하나, 등가 저항시는 필라멘트 하나의 저항을 r이라 하면 (i)은 r, (ii) (iii)은 r/2 그리고 (iv)는 2r이 되어 Qo가 각기 달라지게 된다.(Fig. 7) illustrates the case where one lamp is connected, and if the capacity of the capacitor is equivalent, (i) (ii) (iii) (iv) will be 2Cl and 2CO, and the inductor capacity will be Resonance frequency f is constant because all are Lo, but for equivalent resistance, if one resistance of filament is r, (i) is r, (ii) (iii) is r / 2 and (iv) is 2r, so Qo is Will be different.
따라서 (ii) (iii)의 경우를 분석해 보면 등가저항이 상대적으로 작으므로 Qo가 그만큼 커지고 또 공전전압 Qo, Vs도 적당히 높아질수 있어서, 낮은 입력전압에서도 방전이 개시되므로 실제사용에 가장 적합한 회로라 할 수 있겠다. (제8도) (제9도)의 경우도 여러개의 램프를 접속한 것만 다를뿐 등가적으로는(제7도)와 완전히 같으며 단지 필라멘트의 접속법이 약간씩 다를뿐인데 각각의 동가 저항을 보면Therefore, in the case of (ii) (iii), the equivalent resistance is relatively small, so Qo can be increased and idle voltage Qo, Vs can be moderately high, and discharge is started even at low input voltage. I can do it. In the case of (Fig. 8) and (Fig. 9), only different lamps are connected, but they are equivalent to (Fig. 7), and the filament connection method is slightly different.
(제8도)의 (i)는 4r, (ii)는 r, (iii) (iv)는 2r (v) (vi)은 r이 되고(I) in FIG. 8 is 4r, (ii) is r, (iii) (iv) is 2r (v) and (vi) is r
(제9도)의 (i)는 6r, (ii)는 4r/3, (iii) (iv)는 2r 그리고 (v) (vi)은 r이 되므로(I) in Figure 9 is 6r, (ii) is 4r / 3, (iii) (iv) is 2r and (v) (vi) is r.
(제8도)와 (제9도)의 경우 모두(v) (vi)의 경우의 접속이 가장 바람직한 것을 앞의 예에서 쉽게 알 수 있다.It is easy to see from the previous example that the connection in both (v) and (vi) is the most preferable in the case of (FIG. 8) and (FIG. 9).
그런데 실제의 경우 접속 램프들의 동작 특성이 조금씩 다르고 또한 캐패시터 Cl의 용량도 차이가 나게 되므로 모든 램프가 동시에 점등되지 않고 순서적으로 켜지게 되는데 인덕터 Lo에서 2차측 N2를 끄집어내서 (iii) (iv) (v) (vi)의 경우처럼 접속하면 필라멘트가 가열되면서 램프에 전류가 균일하게 흘러동시 점등이 가능하게 된다.In practice, however, the operating characteristics of the connecting lamps are slightly different, and the capacity of the capacitor Cl also differs, so that all the lamps are turned on in sequence instead of being turned on at the same time. By taking the secondary N2 out of the inductor Lo (iii) (iv) (v) When connected as in the case of (vi), the filament is heated and a current flows evenly through the lamp to enable the lighting.
그런데(제8도)와 (제9도)에서 처럼 램프를 직렬로 접속하는 경우는 접속램프 가운데서 하나만 제거해도 다른 램프가 점등되지 않는 단점이 생기게 되는데 (제10도) 처럼 램프를 병렬로 접속하면 이의 보완이 가능하게 된다.However, in case of connecting the lamps in series as in (Fig. 8) and (Fig. 9), if one of the lamps is removed, the other lamp will not be lit. This can be complemented.
즉 접속된 램프들이 모두 제각기의 공진 루프(Loop)를 형성하고 있기 때문에 다른 램프를 제거해도 동작에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 다시(제3도)에서 램프의 방전 유지전압 VF가 높을 경우(대개소모 전력이 클수록 방전유지전압이 높아짐)에는 다이오드 10, 11의 영향을 받지 않게 되며 실제에 있어서 거의 모든 경우에 다이오드 10, 11을 제거해도 램프의 동작에는 큰 지장이 없다.That is, since all of the connected lamps form their own resonant loops, removing other lamps does not affect the operation. Again (FIG. 3), when the discharge holding voltage V F of the lamp is high (usually, the larger the power consumption, the higher the discharge holding voltage is), the
여기에서 다이오드 10, 11의 영향이 없을 경우, 회로의 정수치를 근사적으로 구해보기로 하겠다. DC전원의 맥동전압이 첨두 전압에 비해서 충분히 작은경우 Vs를 평균 DC 전압이라 정의하고 이때 전원측에서 공급되는 평균부하 전류를 Is라 하면 부하에 공급되는 전력의 총량 Ps는 다음과 같이 근사적으로 표시될 수 있다. 즉If there is no influence of
이때 트랜지스터 Q1, Q2가 동기되어 온·오프(ON/OFF)되는 공진주파수를 f로 표시하면, 부하 전류는 캐패시터에 흐르는 전류와 같게될 것이므로, Is는In this case, if the resonant frequency at which the transistors Q1 and Q2 are synchronized on and off is represented by f, the load current will be equal to the current flowing through the capacitor.
로써 표시가 가능하며 여기에서Can be displayed as
이다. 이 경우 고주파 동작시 램프는 적당한 값을 가진 저항으로 근사적으로 생각될 수 있으며 이 값을 Ro로 정의하였다.to be. In this case, the lamp can be thought of as a resistor with an appropriate value during high frequency operation, and this value is defined as Ro.
따라서 이때 인버터의 동작 주파수는 회로의 공진 주파수와 일치하게 되며 다음과 같이 표시될 수 있다.Therefore, at this time, the operating frequency of the inverter coincides with the resonance frequency of the circuit and may be expressed as
즉 In other words
여기서 here
따라서 (2), (5)식 들로 부터 Is는Therefore, from the equations (2) and (5), Is is
여기에서 Z는Where Z is
와 같이 표시될 수 있으므로 (1), (7)식으로 부터 Z에 관한 다음과 같은 관계식이 얻어진다. 즉From the equations (1) and (7), the following relation regarding Z is obtained. In other words
인버터의 동작중 한주기 동안에 램프에서 소비되는 전력을 W1이라하면If the power consumed by the lamp during one cycle of inverter operation is W1
와 같이 표시될 수 있다.It may be displayed as follows.
이 경우 인버터의 효율이 매우 좋다고 할때 부하에 공급되는 전력 Ps는 바로 램프에서 소요하는 전력과 같아야 하므로 (5), (10)식으로 부터In this case, when the inverter's efficiency is very good, the power Ps supplied to the load should be the same as the power consumed by the lamp.
와 같이 되는데 (11)식을 다시 정리하면If you rearrange equation (11)
이 된다. 따라서(8), (12)로 부터Becomes So from (8), (12)
을 얻을 수 있다. 그런데 회로의 정수치는 (6), (8)식으로 부터Can be obtained. However, the integer value of the circuit is from (6), (8)
와 같이 주어지게 되며, 여기에서 Wo는 (5), (12)식으로 부터 주파수 f의 함수로 주어지게 되므로, 평균 전원전압(Vs)과 램프의 소비전력(Ps)이 주어지고, 인버터의 동작 주파수(f)가 선정되면, (13), (14), (15)식들로 부터 회로의 정수치 LO, 및 C값을 구할수 있게 된다.Where Wo is given as a function of frequency f from equations (5) and (12), and therefore the average supply voltage (Vs) and the power consumption of the lamp (Ps) are given, and the operation of the inverter When the frequency f is selected, the constants L 0 and C of the circuit can be obtained from the equations (13), (14) and (15).
이상과 같은 계산은 DC전원 전압의 맥동이 충분히 작아서 평균치와 실효치가 큰 차이가 없을 경우 근사적으로 성립하게되며, 맥동전압이 클 경우에는 상당한 오차를 가져오게 된다. 따라서 정확한 정수치는 실험에 의해서 조정될 필요가 있다.The above calculations are approximated when the pulsation of the DC power supply voltage is small enough so that there is no significant difference between the average value and the effective value, and when the pulsation voltage is large, a significant error is obtained. Therefore, the exact integer value needs to be adjusted by experiment.
(제6도)는 (제3도)가 하프·브릿지(Half Bridge)형식으로 구성되는데 반하여 풀·브릿지(Full bridge)형식으로 구성된 형태를 보인것으로 소모전력이 큰 100W급 이상의 램프에 사용하기 위한 것이다.(Fig. 6) shows the form of a full bridge type, whereas (Fig. 3) is made of a half bridge type. will be.
전류 트랜스포머(Current Transformer) 3a는 하나의 코어에 4개의 2차측 N2가 도면과 같은 극성으로 결합되어 있으며 4개의 트랜지스터(1,2,14,15)중 1과 15, 그리고 2와 14를 1쌍으로하여 구동시킨다. 따라서 동작원리는 지금까지의 설명으로부터 쉽게 알 수 있다.
본 발명의 효과에 있어서 40W×2형광등에 관하여 본 발명과 공지품과를 대비 시험한 성적은 다음과 같다.In the effect of the present invention, the test results of the present invention and known products with respect to the 40W × 2 fluorescent lamps are as follows.
1. 시험 성적서1. Test report
(공지 40W×2 래피드 스타트 안정기 경우와 본 발명 전자식 안정기 40W×2경우를 대비 시험한 것임)(Compared to the 40W × 2 rapid start ballast case and 40W × 2 case of the electronic ballast of the present invention)
[표 1]TABLE 1
(참고 : 공지품은 한국공업규격서(KSC) 7601 및 (KSC) 8109에 준하였음)(Note: Notices are in accordance with Korean Industrial Standards (KSC) 7601 and (KSC) 8109)
끝으로 본 발명의 특징을 간단히 정리해 보면 다음과 같다.Finally, briefly summarized the features of the present invention.
첫째, 전력효율이 좋다. 즉 전류가 0이 되면서 온·오프(ON/OFF)가 바뀌므로 바뀌는 순간에 무리가 없고, 따라서 스위칭(Switching) 특성이 과히 좋지 않은 트랜지스터를 사용해도 고효율을 얻을수 있다.First, power efficiency is good. That is, since the ON / OFF changes as the current goes to zero, there is no problem at the moment of change, and thus high efficiency can be obtained even by using a transistor having poor switching characteristics.
둘째, 트랜지스터의 콜렉터(Collector)에 전압 스파이크(Spike)가 생기지 않으며 입력전압(Vs)만 견딜수 있으면 비교적 저 내압의 트랜지스터라도 사용할 수 있다.Second, if a voltage spike does not occur in the collector of the transistor and only the input voltage Vs can be tolerated, a transistor having a relatively low breakdown voltage can be used.
셋째, 전렬용 페라이트(Ferrite)트랜스포머를 사용치 않으므로 생산원가를 크게 절감할수 있고, 또 트랜스 포머에 의한 전력손실이 없다.Third, the production cost can be greatly reduced because no ferrite transformer is used, and there is no power loss by the transformer.
넷째, 순간점등이 된다.Fourth, it is a momentary light.
다섯째, 저전압 지역에서도 쉽게 램프를 점등시킬 수 있고 넓은 범위의 전압변동(±30%)에도 무리없이 안정된 동각을 한다.Fifth, the lamp can be easily turned on even in the low voltage area, and stable angle is achieved without overwhelming voltage fluctuation (± 30%).
여섯째, 소형 경량화가 가능하다.Sixth, compact and light weight is possible.
일곱재, 열률이 현저히 개선되어 무효전류가 전원에 거의 흐르지 않는다.Seven, the heat rate is remarkably improved so that no reactive current flows to the power supply.
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