KR890000574B1 - 방전램프용 전자안정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

방전램프용 전자안정기

제1도는 본 발명에 따른 안정기의 회로도.

제2도는 광도조절을 위하여 본 발명의 제1실시형태에 따라 별도회로를 갖는 제1도 안정기의 회로도.

제3도는 광도조절을 위하여 본 발명의 제2실시형태에 따라 별도회로를 갖는 제1도 안정기의 회로도.

제4도는 안정기의 필터쵸크의 연결을 보인 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 트랜지스터 3 : 베이스구동 트랜스포머

4 : 1차측권선 7 : 유도코일

8 : 램프 8 : 전극

9 : 캐패시터 10, 11 : 공진캐패시터

12, 13 : 다이오드 16 : 코아

17 : 2차측권선 19 : 다이리스터

20 : 포텐셔미터 22 : 단일접합 트랜지스터

23, 24 : 다이오드 25 : 필터인덕터

방전램프용 전자안정기는 다수의 여러회로를 이용하여 구성될 수 있다. 이러한 모든 회로의 특성은 하나 또는 그 이상의 가스 방전램프에 관련하여 선간전압의 주파수보다 높은 주파수의 전기를 생성하는 것이다. 실제로 상기 주파수는 20-120KHz이고 이는 트랜지스터에 의한 전자적인 스위치에 의하여 생성된다. 고주파를 이용하므로서 안정기자체에서 소비되는 전력을 줄임과 동시에 고주파에서 램프의 광효율을 개선할 수 있으므로 전력의 소비를 줄일 수 있는 잇점이 있다.

본 발명은 D.C전원에 연결된 고주파발전기로 구성되는 전류제한 및 안정화를 위한 방전램프용 전자안정기에 관한 것이다. 상기 발진기는 교번위상에서 작동되도록 베이스구동 트랜스포머와 직렬로 연결된 두개의 트랜지스터와, 트랜스포머의 1차측권선과 직렬로 연결되고 램프와 병렬연결된 캐패시터와 함께 인덕터와 공진캐패시터로 구성된 공진회로로 구성되고, 램프가 공진회로에 직렬로 연결된다. 또한 용량이 큰 필터캐시터가 D.C전원의 단자사이에 연결된다.

이러한 형태 것으로 공지된 안정기는 제1반-싸이클에서 충전되는 공진캐패시터를 이용하고 있는 반면에 램프의 전류는 캐패시터가 제2반-싸이클에서 방전할때에 얻어진다. 따라서 필터캐패시터는 매번 다른 반-싸이클에서만 충전될 뿐이다. 이는 충전전류를 위한 진폭이 크고, 고조파성분에 의한 간섭이 현저하며 필터캐패시터에서의 전력손실이 큰 결과를 가져온다.

본 발명의 목적은 즉 고주파 간섭을 억제하고 필터캐패시터에서의 전력손실을 줄이므로서 종래 기술결점을 피할 수 있는 상기 언급된 형태의 안정기를 제공하는데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 안정기는 공진캐패시터가 D.C. 전원의 단자사이에 직렬로 연결되고, 다이오드가 이들에 병렬로 연결되며, 공진회로의 최종부분이 캐패시터와 다이오드의 공통점, 예를들어 램프의 전극에 연결됨을 특징으로 한다.

이와같이 연결함으로서 필터캐패시터 부하전류의 주파수는 두배가 되고 진폭이 반으로 줄어든다. 실제로 진폭을 줄이므로서 고조파 성분에서의 무선주파수 간섭을 줄일 수 있다. 회로는 항시 동일한 평균 전류를 필요로하므로 필터캐패시터를 충전시키는 전류의 RMS값을 줄일 수 있다.

트랜지스터의 한 특성은 트랜지스터가 도통시 전류의 상승시간이 트랜지스터가 도통되지 않을때 하강시간보다 빠른 점이다. 이러한 현상을 저장시간이라 한다.

이러한 저장시간을 고려하여, 상기 언급된 연결에 있어서 트랜지스터의 제어전압이 반대위상이고 동시에 변경 방향인 경우, 양 트랜지스터는 동시에 동작한다. 즉 베이스전압이 턴-오프된 트랜지스터는 다른 트랜지스터가 턴-온중에도 전도되는 것이다.

상기 언급된 형태의 안정기는 미국특허 제4,075,476호로부터 공지된 바 있으며, 여기에서는 저장시간으로부터 야기는 문제점이 회로의 배열에 의하여 피할 수 있고 트랜지스터 저장시간을 위한 충분한 보상이 분리된 필터회로의 사용으로 성취된다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 언급된 기술수준이 제공하는 것보다 현저히 간단하고 저렴한 회로의 사용으로 관련된 저장시간의 충분한 제한을 가져올 수 있도록 하는데 있다.

이러한 목적을 위하여 본 발명에 따른 안정기에 있어서는 양 트랜지스터가 동시에 전도되는 시간을 줄이기 위하여 스위치트랜지스터에 병렬로 연결된다.

이러한 회로배열이 따라서 트랜지스터의 전류작동은 다이오드의 순방향 전압강하 후에 시작하고 베이스-에미터 접합의 역방향 전압을 능가하게 된다.

본 발명의 또다른 목적은 전자가스 방전램프의 안정기를 위한 필터쵸크를 제공하는데 있으며 이로서 종래보다 저렴한 비용으로 고주파간섭을 억제할 수 있다.

본 발명에 따라서 이러한 목적은 양 도선에 연결된 두개의 별도 인덕터장치로 구성된 필터쵸크를 이용하므로서 달성된다.

또다른 본 발명의 목적은 종래 고주파공진회로에 기초를 둔 안정기에 연결하여 램프의 광도를 제어하는데 있다. 이러한 목적은 발진기의 트랜지스터 베이스구동 트랜스포머에 부가적인 권선을 이용하여 설치할 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도의 실시형태에 있어서, 안정기는 고주파필터 F, 주변류기 M 및 정류기 R에 의하여 A.C전원에 연결된다. (+)(-)D.C단자와 램프(8)사이에 직렬연결의 두 트랜지스터(1)(2)로 구성된 고주파발진기가 회로를 구성한다. 두 트랜지스터는 교번위상에서 동작토록 배열되어 있다. 다이오드(12)(13)는 트랜지스터(1)(2)의 에미터에 직렬로 연결된다. 트랜지스터(1)(2)의 베이스구동 트랜스포머(3)에서 1차측권선(4)의 일측단자는 트랜지스터(1)(2) 사이에 연결되고, 타측단자는 인덕터코일(쵸크)(7)에 의하여 램프(8)의 일측전극에 연결된다.

램프의 타측전극(8a)는 공진캐패시터(10)(11)과, 이들에 병렬로 이루는 전압제한 다이오드(23)(24)에 의하여 전원의 반대극성에 연결된다. (+)(-)전원단자 사이에서 전해캐패시터 C는 필터캐패시터로서 작용한다. 또한 램프(8)의 병렬캐패시터(9)는 램프가 점등되기 직전에 램프전압과 함께 작동주파수를 결정한다. 그러나, 작동중에는 캐패시터(10)(11)가 부가적으로 코일(7)형태의 인덕턴스를 포함하는 자유진동 직렬공진회로의 주요 공진용량을 형성한다. 만약 램프(8)에 필라멘트 캐소우드가 사용되었다면 캐패시터(9)의 전류는 이 캐소우드를 통하여 흘러 캐소우드를 가열시킬 것이다. 그러나 소위 냉음극램프의 경우에는 캐소우드의 예열없이 점등이 시작되므로 캐패시터(9)를 직접 인덕터코일(7)과 전극(8a) 사이에 연결할 수 있다.

베이스구동 트랜스포머(3)의 2차측권선(5)(60는 반대위상의 제어전압을 얻기위하여 트랜지스터(1)(2)의 베어스단자에 연결된다. 그러면 두 트랜지스터중의 하나가 다른 트랜지스터가 전도되지 않을때에 전도되거나 그 반대가 된다.

상기 언급된 회로의 작동에 있어서 한가지 문제점은 전도트랜지스터 전류에서 전류의 상승시간이 트랜지스터의 전환시 하강시간보다 빠른 점이다. 온도상승에 비례하는 이러한 저장시간은 트랜지스터의 동시 전도의 원인에 있다. 본 발명에 있어서는 트랜지스터에 직렬로 연결된 다이오드(12)(13)의 순방향 전압강하가 트랜스포머(3)의 2차측 베이스구동전압이 전환될때에 표유용량과 트랜스포머의 인덕턴스에 의하여 결정된 제한범위내에서 2차측권선(5)(6)의 단자에서 잔압변화는 다이오드(12)(13)의 순방향전압 강하범위에 의하여 증가한다. 또한 이와같이 증가된 전압변환은 전도토록 트리거된 트랜지스터의 베이스회로에 전류가 흐르기 시작하기전의 시간을 연장하는 것을 의미한다. 양 트랜지스터가 전도되는 총시간에 따라 실제로 각 전도된 총 전류는 감소한다. 그러나 실제에 있어서는 대부분의 저장시간이 트랜스포머에서 형성된 베이스와 콜렉터 전류사이에서의 위상변위에 의하여 제어되는 것이다. 따라서 저장손실에 의한 전력손실을 피할 수 있으며 이러한 전력손실은 근본적으로 간단한 회로에 의하여 완전히 제거될 수도 있다. 보호다이도드(14)(15)는 양 트랜지스터(1)(2)가 비전도상태에 있을때에 인지턴스(7)의 전류를 위한 통로를 제공한다.

회로의 작동은 다음과 같다. 필터캐패시터 C는 정류기 R를 통하여 회로의 공급전압을 형성하는 전압으로 충전된다. 자유발진 공진회로에서 전류는 양 캐패시터(10)(11)에 의하여 램프(8)의 전극(8a)으로 흐르고 이로부터 램프(8)의 필라멘트와 캐패시터(9)에 의하여 인덕턴스와 트랜스포머(3)의 1차측권선을 흐르며, 회로가 폐쇄되었을때에 전도트랜스터(2)로 흐른다. 발진회로에서 캐패시터(10)(11)는 병렬로 연결되어 있으며, 캐패시터(9)는 이들 병렬연결에 직렬로 연결되어 있다. 캐패시터(9)를 작동주파수보다 높은 램프(8)의 점등개시 주파수로 고정하기 위하여 캐패시터(9)의 용량은 캐패시터(10)(11)의 병렬연결에 따른 용량, 즉 이들 캐패시터 용량의 합에 대하여 약 1/2-1/4, 종기로는 1/3이 되게하는 것이 좋다. 상기 언급된 공진회로에서의 전류가 감소되기 시작할때에 캐패시터(9)의 충분한 상승 역방향전압에서 트랜스포머(3)의 2차측권선(5)(6)에 유도된 제어전압 트랜지스터(2)가 비전도상태가 되게하는 동시에 트랜지스터(1)가 전도되게할 것이다. 이때 전류는 다시 캐패시터(9)에 형성된 역방향전압이 방향변화를 위한 전류의 흐름을 제한할때까지 권선(4) 및 코일(7), 캐패시터(9), 그리고 캐패시터(10)(11)의 병렬연결을 통하여 반대방향으로 흐르기 시작한다. 이와같이 하여 회로에서의 전류곡선은 싸인곡선을 이루고 전환순간 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류는 제로에 가깝게 한다. 상기 상황하에서 전환손실은 최소가 된다. 캐패시터(9)를 통하여 흐르는 전류는 램프(8)의 캐소우드 필라멘트를 가열한다.

물론 냉음극방전램프 그 자체는 캐패시터(9)와 직접병렬연결이 가능하다. 램프(8)가 점등기 램프(8)에 발생된 저항성의 임피던스는 캐패시터(9)와 병렬연결된다. 공진주파수가 주로 캐패시터(10)(11)의 병렬연결을 고정하므로 작동주파수는 점등개시주파수에 대하여 감소한다. 그러나 램프(8)의 필라멘트를 가열하는 전류가 그때까지는 캐패시터(9)를 통하여 흐르게 된다.

램프(8)에 의한 저항의 부특성에 의하여 전극단자(8a)의 전압은 다이오드(23)(24)가 캐패시터(10)(11)와 병렬로 연결되지 않는한 안정되지 않는다. 하나의 다이오드(23) 또는 (24)만이라도 안정의 목적으로는 충분하다. 만약 예를들어 단자(8a)의 전압이 램프(8)의 감소저항에 따라서 또는 램프전류의 증가에 따라 증가하려한다면 과잉전압은 캐패시터 C로의 복귀를 위하여 다이오드(23) 또는 (24)를 통하여 공진회로를 떠난다. 모든 반-싸이클에서 캐패시터(10)(11)에 충전되는 전압은 정확히 분배되어 단자(8a)에서의 전압이 안정화될 것이다.

본 발명의 주목할 만한 부가적인 잇점은 캐패시터(9)와 각 캐패시터(10)(11) 사이의 상호관계가 점등개시 전압을 제한하여 램프의 수명을 연장시키는 것이다. A.C.부품의 RMS값이 지나치게 캐패시터 C를 가열시키므로 고주파간섭과 캐패시터 C의 부하의 관점하에서 최적한 상태가 되도록 양 반-싸이클에서 캐패시터의 부하 또는 소위 잔결전류가 동일하게 되도록 하기위하여 캐패시터(10)(11)는 동일한 크기로하는 것이 바람직하다. 만약 램프(8)의 광도를 트랜지스터(1)(2)의 스위칭주파수를 증가시켜 줄이도록 조절한다면 캐패시터(9)를 통하여 흐르는 필라멘트 전류는증가하고 램프(8)는 비록 광도조절의 하위치에서도 소등되지 않는다. 안정화 다이오드(23)(24)는 램프(8)의 저항이 심하게 변화할때에 램프(8)의 광도조절에 대하여 매우 중요한 것이다.

제2도는 본 발명에 따라서 램프(8)의 광도를 제어하기 위하여 베이스구동 트랜스포머(3)의 코아(16)에 권취된 별도의 2차측권선(17)을 보이고 있으며 다이리스터(19)와 다이오드(18)의 직렬회로가 상기 2차측권선(17)에 병렬로 연결된 것을 보이고 있다. 제어회로(20)-(22)는 요구된 위상의 매범 다른 반-싸이클에서 다이리스터(19)를 절환하고 권선(17)의 회로를 단락시키기 위하여 다이리스터(19)의 제어전극에 연결된다. 제어회로의 작동중은 다음과 같다. 다이오드(18)와 제어포텐셔미터(20)에 의하여 캐패시터(21)는 매번 다른반-싸이클중에 충전되고 그 시정수는 포텐셔미터(20)의 조절치에 따라 좌우된다. 캐패시터(21)이 충분히 충전되었을때에 단일접합 트랜지스터(22)는 다이리스터(19)를 전도상태가 되도록 트리거하기 위한 구동전압을 얻기 위하여 전도상태로 된다. 2차측권선(17)이 단락되어 있으므로 권선(5)(6)의 베이스구동 전압이 감소되고 이때 매반-싸이클에서 전도되는 트랜지스터(1) 또는 (2)의 구동전압도 순간적으로 역전된다. 이는 상기 언급된 낮은 베이스전압때문에 콜렉터 전류가 에미터를 통하여 보다 잘 흐를 수 있기 때문이다. 그리고 각 트랜지스터는 신속히 비전도상태로 전환된다. 일측 트랜지스터의 베이스전류가 흐르는 동안의 이와같은 단락은 공진회로에서 동일한 작동주파수가 발진된다. 이와같은 성장주파수는 인덕턴스(7)가 전류의 흐름에 대하여 보다 저항적이 되게하는 것을 의미한다. 주파수의 증가시 캐패시터(9)의 전류도 증가한다. 상기와 같은 이유로 형광램프(8)의 전류는 감소되고 동시에 램프의 광도와 램프전극의 필라멘트 전압이 증가하여 광도의 동일 조절값에서도 램프가 소동되는 것을 방지한다.

이러한 작동에서 베이스구동 트랜스포머코아(16)의 바이어스가 포화되기 시작할때에 다른 반싸이클에서 전류가 차단되는데 이는 코아의 히스테리시스 곡선상의 작동점이 권선(17)의 전류의 영향하에 곡선의 다른 포화 가장자리로 이동하기 때문이다.

상기 언급된 조절원리의 결점은 광도가 감소될때에 효율이 저하되는 것이다. 그러나 제3도에 따른 조절원리에 의하여 광도저하기 제2도의 작동실시예에 비하여 보다 양호한 효율을 얻을 수 있다.

제3도의 실시형태는 베이스구동 트랜스포머(3)에 관한한 제2도의 실시형태와는 상이하다. 그 밖에는 제2도에서 사용된 동일부호가 사용된 반면에 제2도의 응용형태의 설명은 그대로 인용되었다.

양 트랜지스터(1)(2)는 그들 자신의 분리된 베이스구동 트랜스포머(3a)(3b)를 가지며 그 1차측권선(4a)(4b)는 이미 언급된 직렬공진회로와 직렬로 연결된다. 트랜스포머(3a)의 2차측권선(5)는 트랜지스터(1)를 제어하며 트랜스포머(3b)의 2차측권선(6)은 트랜지스터(2)를 제어한다. 회로(19)-(22)에 의하여 회로가 구성되는 별도 2차측권선(17)은 트랜스포머(3a)의 코아(16b)에만 배설된다. 조절되지 않는 트랜지스터(2)는 스위치-오프의 순간에 전류값이 작기때문에 공진회로에 의하여 충분한 베이스전류를 얻는다. 트랜지스터에 제어된 베이스전류는 스위치-오프의 순간 강한 부성을 나타내며 이때에 절환손실이 감소된다. 그리고 트랜지스터 손실도 하나의 베이스구동 트랜스포머를 이용한 것에 비하여 낮아진다. 제3도의 형태에 있어서도 작동주파수가 작게 성장되므로 절환손실이 감소된다.

상기 언급된 양 실시형태의 잇점은 조절회로가 전자안정기로부터 전기적으로 절연되는 것이다. 고주파간섭필터회로 F에 의하여 전자안정기에 의한 고주파간섭이 여파되므로 이들이 도선으로 파생되지 않는다. 주 변류가(조주파필터)는 전자적인 것이거나 필터구성에 의하여 선간전류가 충분히 싸인곡선을 이루도록한다. 국제규격(IEC publ 82와 VDE Q712)은 안정기의 신간전류곡선의 형태에 대한 조항이 포함되어 있으며 전류의 곡선형태가 초고조파 성분에 의하여 결정되도록 되어있다. 전류를 필터캐패시터로 유도하는 브릿지 정류기 R은 이러한 조건을 만족시키지 못한다.

전자적인 전류의 곡선형태를 위한 상기 언급된 조건이 별도의 변환기회로에 의하여 또는 고주파발진기를 구동시킴으로서 충족될 수 있음이 잘 알려져 있으므로 매 순간마다 선간전류는 선간전압과 충분히 일치하고 위상과 형상까지도 관계된다. 전자의 결점은 비교적 복잡하고 비용이 많이드는 구조이며, 후자의 결점은 램프 전류에 통상의 안정기와 같이 점멸신호성분을 포함하고 있는 점이다. 따라서 램프가 점멸함이 없이 D.C.전류에 의하여 점등될때에 전자안정기에 의하여 얻을 수 있는 효율의 증가가 그다지 높지않다.

또한 선간전류의 변류에 있어서 인덕터와 캐패시터에 의하여 구성되는 구동회로를 이용하는 것이 알려진 바 있다. 따라서 동시에 고주파간섭이 억제될 수 있다. 동일코아에 두개의 권선을 갖는 인덕터구조, 소위 대칭형쵸크의 사용은 이미 공지된 바 있다. 이러한 형태의 인덕터를 이용함에 있어 고주파간섭을 위하여 마련된 국제규격의 조건을 충족시키기 위하여 회로내에 포함된 별도 고주파간섭인덕터 없이는 충분하다할 수 없으나 고주파간섭을 어느정도 억제할 수 있다. 별도의 고주파간섭인덕터를 전자안정기에 부가하므로서 비용이 조명기구산업에 사용된 통상의 방전램프인덕터의 제조비용에 거의 동일하거나 보다 좋게 되는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 필터인덕터가 제4도에 도시되어 있으며 제1도에 따른 고주파발진기가 블럭(0)로 표시되어 있다.

본 발명에 따라서 하나의 단일코아상에 구성된 대칭형 필터인덕터는 다른 도선에 연결된 두개의 소형이고 분리형인 인덕터(25)로 대치되어 있다. 인덕터(25)와 필터캐패시터 C는 필터회로를 구성하며 이에 의하여 선간전류의 곡선형태가 조건에 부합되게 변류된다. 따라서 고주파간섭이 억제되며 그 크기는 전혀 별도의 고주파간섭인덕터를 필요로 하지 않는 정도이다.

이와같이 하므로서 표준형 방전램프의 인덕터와 같이 구성된 필터인덕터(25)를 이용하는 것이 가능하고 자동적으로 제조될 수 있으며 별도의 고주파간섭인덕터의 제조비용 이하로 그 비용을 낮출 수 있다. 또한 두개의 별도 인덕터(25)의 제조비용도 단일 대칭형 이중권선인덕터의 비용보다 현저히 낮출 수 있다. 총제조 경비면에서 필터인덕터와 고주파간섭인덕터의 경비는 50-60%정도 줄일 수 있다. 고주파간섭필터회로에 속하는 간섭억제캐패시터는 부호(27)로 표시되어 있다.

Claims (7)

1. 전류의 제한과 안정화를 위하여 D.C.전원에 연결된 고주파발진기로 구성되고, 이 발진기는 직렬로 연결된 두개의 트랜지스터(1)(2)로 구성되고, 이들사이에 베이스구동 트랜스포머(3)가 트랜지스터(10(2)를 교번위상에서 작동토록 연결되어 있으며, 공진회로가 트랜스포머의 1차측권선(4)에 직렬고 연결되고, 차례로 인덕터(7), 공진캐패시터(10)(11)와 램프(8)가 병렬연결된 캐패시터(9)로 구성되고 다시 램프(8)가 공진회로에 직렬로 연결되면 고충전도의 필터캐패시터(C)가 D.C.전원의 단자사이에 연결된 방전램프용 전자안정기에 있어서, 램프(8)와 직렬로 연결된 공진캐패시터(10)(11)가 D.C.전원의 단자사이에 직렬로 연결되고, 다이오드 (23)(24)가 공진캐패시터(10)(11)에 병렬로 연결되며, 공진회로의 나머지부분이 램프(8)의 전극(8a)에 의하여 캐패시터와 다이오드의 공통단자에 연결됨을 특징으로 하는 방전램프용 전자안정기.
2. 청구번위 1항에 있어서, 스위칭 캐패시터(9)가 필라멘트 전극의 양단사이의 램프(8)에 병렬로 연결되고 공진캐패시터(10)(11)의 용량합에 대하여 약 1/2-1/4의 용량을 가짐을 특징으로 하는 전자안정기.
3. 청구범위 1항 또는 2항에 있어서, 다이오드(23)(24)가 단하나의 공진캐패시터(10)(11)에만 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 전자안정기.
4. 청구범위 1항에 있어서, 다른 쌍의 다이오드(12)(13)가 스위칭 트랜지스 (1)(2)에 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 전자안정기.
5. 청구범위 1항에 있어서, 전자스위치(19)가 베이스구동 트랜스포머(3)의 2차권선(17)의 단자사이에 연결되고 제어회로(20)(22)가 상기 전자스위치(19)의 제어전극에 연결됨을 특징으로 하는 전자안정기.
6. 청구범위 1항에 있어서 두 베이스구동 트랜스포머(3a)(3b)가 각각 트랜지스터(1)(2)에 연결되고 전자스위치(19)가 일측 베이스구동 트랜스포머(3a)의 2차권선(17)의 단자사이에 연결되며, 제어회로(20)(22)가 상기 전자스위치(19)의 제어전극에 연결됨을 특징으로 하는 전자안정기.
7. 청구범위 5항과 6항에 있어서, 상기 전자스위치가 다이리스터(19)이고, 상기 제어회로가 단일접합 트랜지스터(22)에 의하여 다이리스터의 그리드에 연결된 포텐셔미터(20)임을 특징으로 하는 전자안정기.

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