KR890002731B1

KR890002731B1 - 방전등 점등장치

Info

Publication number: KR890002731B1
Application number: KR1019860009411A
Authority: KR
Inventors: 최영우; 박기택
Original assignee: 한국전자 주식회사; 유원영
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1989-07-25
Also published as: KR880006958A

Abstract

내용 없음.

Description

방전등 점등장치

제1도는 종래의 1트랜시스터 인버터 방식의 방전등 점등장치 회로도.

제2도는 제1도의 동작관계를 보인 전류파형도.

제3도는 본 발명의 방전등 점등장치 블록도.

제4도는 제3도의 일실시 상세회로도.

제5도는 제4도의 동작관계를 보인 각 부분파형도.

제6도는 제4도의 과전류 검출시 동작관계를 보인 각 부분 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 구형파발생부 2 : 전류증폭부

3 : 스위칭정지제어부 BD₁: 브리지다이오드

L₁: 인덕터코일 LP₁: 방전램프

TR₁-TR₉: 트랜지스터 OP₁: 연산증폭기

COM₁-COM₄: 비교기 C₁, C₂: 콘덴서

R₁-R₂₂: 저항 MV₁: 멀티바이브레이터

AND₁: 앤드게이트

본 발명은 메탈램프나 수은램프등과 같은 고압방전등에 사용되는 트랜지스터 인버터방식의 방전등 점등장치에 관한 것으로, 특히 방전램프 점등초기시에도 그 방전램프에 과전류가 흐르지 않게한 방전등 점등장치에 관한 것이다. 최근에는 에너지 절약을 고려하여 각종 고효율 광원이 개발되고 있고, 이에따라 전력소모량이 많은 방전등의 개발이 절실히 요구되고 있다. 그런데, 방전현상을 이용해서 전기에너지를 광에너지로 변환하는 방전등에 있어서는 그 방전등 점등시에 나타나는 부성(負性)저항 특성 때문에 반드시 점등제어회로를 필요로 한다.

종래의 1트랜지스터 인버터 방식의 방전등 점등장치는 제1도에 도시한 바와같이 구성된 것으로, 스위치(SW)를 단락함에 따라 직류전원전압(V)이 그 스위치(SW) 및 인덕터코일(L)을 통하여 방전램프(LP)에 인가되어 전등되게 되어있다. 여기서, 직류전원전압(V)의 전류파형은 제2(a)도에 도시한 바와같이 되고, 다이오드(D) 및 방전램프(LP)에 흐르는 전류파형은 제2(b)도, 제2(c)도에 각각 도시한 바와같이 된다.

그런데, 이러한 종래의 장치에 있어서는 방전램프(LP)의 방전이 개시되는 초기상태에서는 수초간 불안정한 방전을 일으키다가 안정된 방전상태로 되면서 그 방전램프(LP)의 등가저항값이 정상적인 고전압 방전상태에 비하여 1/10정도로 급격히 감소하게 되고, 이와같이 낮아진 방전램프(LP)의 등가저항값은 그 관내전압이 정상적인 고전압상태로 되면서 차츰 증가하게 된다. 따라서 상기 방전램프(LP)의 등가저항값이 낮아졌을 경우에 정상적인 고전압 방전시와 동일한 방식으로 방전램프(LP)의 온·오프를 제어하게 되면 정상적인 방전 상태에 비하여 10배 정도의 과전류가 그 방전램프(LP)에 흐르게 되어 방전램프(LP) 및 그의 주변회로를 파괴하게 되는 결점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 방전램프의 방전이 개시되는 초기 상태에서도 방전램프에 과전류가 흐르지 않게하여 그 방전램프 및 그의 주변회로를 과전류로부터 보호할 수 있고, 방전램프에서 항상 안정된 방전현상이 일어날 수 있는 방전등 점등장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명은 방전램프의 온·오프를 제어하기 위한 스위칭용 트랜지스터에 정상적인 고전압 방전시에 흐르는 피크(peak) 전류값보다 높은 전류가 흐를경우 그를 전압으로 검출하여 스위칭트랜지스터의 스위칭동작을 강제로 중지시킴과 동시에 그때의 입력전압을 기억시키고, 이후 입력전압이 상기 기억된 입력전압의 크기보다 낮아지게 될때 스위칭용 트랜지스터의 스위칭동작을 수행하게 함으로써 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 방전등 점등장치 블록도로서 이에 도시한 바와같이, 주전원스위치(SW₁)에 접속된 브리지다이오드(BD₁)의 출력측을 인덕터코일(L₁) 및 방전램프(LP₁)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 콜랙터에 접속함과 아울러 그 접속점을 다이오드(D₁)를 통하여 브리지다이오드(BD₁)의 출력측에 접속하고, 구형파를 발생하는 구형파발생부(1)의 출력측을 전류증폭부(2)를 통하여 상기 스위칭트랜지스터(TR₁)의 베이스에 접속하며, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 에미터에 과전류 흐름검출용 저항(R₁)을 접속한 후 그 접속점을 스위칭정지제어부(3)를 통하여 상기 구형파발생부(1)의 출력측 및 전류증폭부(2)의 입력측 접속점에 접속하여, 상기 저항(R₁)에 정상적인 고전압 방전시에 흐르는 피크 전류값보다 높은 전류가 흐를 경우 그를 스위칭정지제어부(3)에서 검출하여 상기 구형파발생부(1)의 출력신호를 접지로 흐르게 함과 동시에 이때의 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압을 충전시키며, 이후 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 상기 충전된 전압보다 낮아지게될때 구형파발생부(1)의 출력신호가 접지로 흐르는 것을 중단하게 구성한 것으로, 이의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

제3도에서 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압(V₃)에 의하여 흐르는 전류를 i₁, 방전램프(LP₁)를 통하는 전류를 i₂, 부하인 방전램프(LP₁)의 양단측에 걸리는 전압을 V₂라하면, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온기간 동안에 인덕터코일(L₁)의 양단에는 전류의 흐름을 감소시키는 방향으로 역기 전력

이 발생되므로 다음식(1)에서와 같이 출력전압에서 그 역기전력을 뺀 전압이 방전램프(LP₁)의 양단에 걸리게 된다.

한편, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 오프기간 동안은 방전램프(LP₁)를 통하는 전류 i₂가 점점 감소되므로 인덕터코일(L₁)에서 온기간 동안과는 반대방향으로 역기전력이 발생되어 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압(V₃)과는 무관하게 되며, 이에따라 방전램프(L₁)의 양단에 걸리는 전압은 다음식(2)과 같이된다.

따라서, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온-오프반복시간을 T, 온시간을 Ton, 오프시간을 Toff라고하고, 스위칭트랜지스터(TR₁)과 온에서 오프 또는 오프에서 온되는 시간을 무시하면, 방전램프(LP₁)가 순부하인 경우 그 방전램프(LP₁)의 양단전압은 다음식(3)과 같이된다.

결국, 상기 식(3)에서 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압(V₃)을 알고, 방전램프(LP₁)의 정격소모전력으로부터 그의 정격관내전압 및 관내전류를 알 수 있으므로 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온시간 Ton및 오프시간 Toff의 비율, 즉

의 비율을 구형파발생부(1)의 고전위신호 및 저전위신호 주기로 설정시켜 놓음으로써 방전램프(LP₁)의 정격관내전압 및 정격관내전류를 유지할 수 있게 된다.

그리고 스위칭트랜지스터(TR₁)에 정상적인 고전압 방전시에 흐르는 피크전류값보다 높은 전류가 흐를 경우 과전류 흐름 검출용저항(R₁)의 양단전압에 의해 그 과전류흐름을 스위칭정지제어부(3)에서 검출하여 구형파발생부(1)의 출력신호를 접지로 흐르게 함과 동시에 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압을 충전시키며, 이에 따라 스위칭트랜지스터(TR₁)가 오프되어 방전램프(LP₁)에 과전류가 흐르지 않게 된다. 이후 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 상기 스위칭제어부(3)에 충전되어 있는 전압보다 낮게될 때 스위칭정지제어부(3)의 제어에 의해 구형파발생부(1)의 출력신호가 접지로 흐르는 것이 중단됨과 동시에 그 출력신호가 전류증폭기(2)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온·오프를 다시 제어하게 된다.

제4도는 제3도의 일실시 상세회로도로서 이에 도시한 바와같이, 구형파발생부(1)는 연산증폭기(OP₁) 및 저항(R₂-R₈), 콘던서(C₁), 비교기(COM₁)로 구성되고, 전류증폭부(2)는 트랜지스터(TR₂-TR₅) 및 저항(R₉, R₁₀)으로 구성된다. 그리고, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 에미터와 과전류흐름검출용 저항(R₁)의 접속점을 저항(R₁₁, R₁₂)에 의한 기준전압(Vref₁)이 비반전입력단자에 인가되는 비교기(COM₂)의 반전입력단자에 접속하여 그의 출력단자를 멀티바이브레이터(MV₁)의 세트단자(SE)에 접속하고, 저항(R₁₅, R₁₆)에 의한 기준전압(Vref₂)이 비반전입력단자에 인가되는 비교기(COM₃)의 반전입력단자를 저항(R₁₄)에 접속함과 아울러 그 접속점을 저항(R₁₃)을 통하여 브리지다이오드(BD₁)의 출력측에 접속하여, 그 비교기(COM₃)의 출력단자를 트랜지스터(TR₆)의 베이스 및 멀티바이브레이터(MV₁)의 리세트단자(RES)에 접속하고, 그 멀티바이브레이터(MV₁)의 출력단자(Q)는 트랜지스터(TR₇)의 베이스에 접속하여 그의 콜랙터를 상기 트랜지스터(TR₈)의 베이스에 접속하며, 이 트랜지스터(Q₈)의 에미터는 브리지다이오드(BD₁)의 출력측에 접속된 저항(R₁₇) 및 저항(R₁₈)에 접속하고 콜랙터는 상기 트랜지스터(TR₆)의 콜랙터 및 콘덴서(C₆)에 접속함과 아울러 저항(R₁₉)을 통해 저항(R₂₀) 및 비교기(COM₄)의 반전입력단자에 접속하며 그 비교기(COM₄)의 비반전입력단자는 브리지다이오드(BD₁)의 출력측에 접속된 저항(R₂₁) 및 저항(R₂₂)에 접속하고 그의 출력단자와 멀트바이브레이터(MV₁)의 출력단자(Q)를 앤드게이트(AND₁)를 통하여 트랜지스터(TR₉)의 베이스에 접속하며, 이 트랜지스터(TR₉)의 콜렉터를 상기 구형파발생기(1)의 출력측과 전류증폭부(2)의 입력측의 접속점에 접속하여 스위칭정지제어부(3)를 구성한 것으로, 상기에서 기준전압(Vref₁)은 정상적인 고전압 방전시에 스위칭트랜지스터(TR₁)에 흐르는 피크전류값에 의해 과전류흐름검출용 저항(R₁)의 양단에 걸리는 전압보다 조금 낮게 설정되어 있고, 기준전압(Vref₂)은 영전위보다 조금높게 설정되어 있으며, 도면중 미설명부호 Vcc, VEE는 직류전원단자이다. 이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

주전원스위치(SW₁)를 단락하여 교류전원(AC)이 공급되며, 그 교류전원은 브리지다이오드(BD₁)에서 전파정류되어 그의 출력측에서 제5(a)도에 도시한 바와같이 맥류파형이 출력된다. 이와같이 출력된 맥류파형 전압은 인덕터코일(L₁) 및 방전램프(LP₁)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 콜랙터에 인가되므로 그 스위칭트랜지스터(TR₁)의 스위칭상태에 따라 방전램프(LP₁)를 통하는 전류의 흐름이 제어된다. 즉, 전류증폭부(2)에서 스위칭트랜지스터(TR₁)의 베이스에 인가되는 바이아스전압파형이 제5(b)도에 도시한 바와같이 되면, 스위칭트랜지스터(TR₁)의 콜렉터 전류파형은 제5(c)도에 도시한 바와같이 되고, 다이오드(D₁)를 통하는 전류파형은 제5(d)도에 도시한 바와같이 되므로 방전램프(LP₁)를 통하는 전류파형은 제5(e)도에 도시한 바와같이 된다.

따라서, 주전원스위치(SW₁)를 단락한 초기상태에서 스위칭트랜지스터(TR₁)가 온상태이고, 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 방전램프(LP₁)의 방전개시전압(수은등의 경우 180V 내지 250V 정도)에 이르게 될때 방전이 시작되어 수초간 불안정한 상태를 지속하게 되고, 이때 방전램프(LP₁)의 등가저항이 급격히 낮아지므로 그 방전램프(LP₁) 및 스위칭트랜지스터(TR₁)를 통하여 과전류가 흐르게 된다. 이와같이 정상적인 고전압 방전시에 스위칭트랜지스터(TR₁)를 통하는 피크전류값보다 높은 과전류가 흐르게 되면, 이때 과전류흐름검출용저항(R₁)의 양단전압이 기준전압(Vref₁)보다 높게되어 비교기(COM₂)의 출력측에 저전위 신호가 출력되고 이 저전위신호는 멀티바이브레이터(MV₁)의 세트단자(SE)에 인가되어 그를 세트상태로 만드므로 그의 출력단자(Q)에는 고전위 신호가 출력되고 출력단자(Q)에는 저전위 신호가 출력된다.

따라서, 이때 멀티바이브레이터(MV₁)의 출력단자(Q)에 출력된 저전위 신호에 의하여 트랜지스터(TR₇), (TR₈)가 오프되므로 콘덴서(C₂)에 충전전류가 더이상 흐르지 않게되어 그 콘덴서(C₂)의 충전전압은 제6(b)도에 도시한 바와같이 그 상태를 유지하게 되어, 이 콘덴서(C₂)의 충전전압은 저항(R₁₉), (R₂₀)을 통해 서서히 방전되면서 그 저항(R₁₉), (R₂₀)의 분할전압이 비교기(COM₄)의 반전입력단자에 인가되고, 이때 제6(a)도에 도시한 바와같은 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압은 저항(R₂₁), (R₂₂)에서 분할되어 비교기(COM₄)의 비반전입력단자에 인가된다.

그런데, 과전류 검지상태가 아닌 경우에는 트랜지스터(TR₇), (TR₈)가 온되어 콘덴서(C₂)의 충전전압은 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압에 비례하여 상승되므로, 이때 비교기(COM₄)의 반전입력단자에 인가되는 전압이 그의 비반전입력단자에 인가되는 전압보다 조금높게 저항(R₁₇-R₂₂)의 값을 설정시켜 놓음으로써 그의 출력단자에 저전위 신호가 출력된다.

따라서, 상기와 같이 과전류검지 상태가 되어 트랜지스터(TR₇), (TR₈)가 오프된 경우에는 콘덴서(C₂)의 충전전압상승이 중지되어 비교기(COM₄)의 반전입력단자에 인가되는 전압이 그의 비반전입력단자에 인가되는 전압보다 낮게되므로 그의 출력단자에 고전위 신호가 출력된다. 이 고전위 신호는 앤드게이트(AND₁)의 일측입력단자에 인가되고, 또한 상기 멀티바이브레이트(MV₁)의 출력단자(Q)에서 출력된 고전위 신호가 그 앤드게이트(AND₁)의 타측입력단자에 인가되므로 그의 출력단자에 고전위 신호가 출력되어 트랜지스터(TR₉)를 온시킨다.

이에따라, 구형파발생부(1)의 출력신호는 트랜지스터(TR₉)를 통하여 접지로 흘러 뮤팅되므로 전류증폭부(2)의 입력측인 트랜지스터(TR₂), (TR₅)의 베이스에는 제6(c)도에 도시한 바와같이 구형파발생부(1)의 출력신호가 인가되지 않고 접지전위가 인가된다. 따라서, 이때 전류증폭부(2)의 출력측에 전전위 신호가 출력되어 스위칭트랜지스터(TR₁)가 오프되므로 제6(d)도에 도시한 바와같이 과전류가 흐르지 않게 된다.

이와같은 상태는 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 피크치로 상승한 후 과전류가 발생했던 시점의 전압까지 하강하는 동안 계속되며, 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 과전류가 발생했던 시점의 전압보다 낮아질때 비로소 비교기(COM₄)의 반전입력단자에 인가되는 전압이 그의 비반전입력단자에 인가되는 전압보다 높게되어 그의 출력단자에 저전위 신호가 출력되고, 이에 따라 트랜지스터(TR₉)가 오프되므로 구형파발생부(1)의 출력신호가 제6(c)도에 도시한 바와같이 접지로 뮤팅되지 않고 전류증폭부(2)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온·오프를 정상적으로 제어하게 된다.

이후, 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 영전위 근방으로 떨어지게 될때 비교기(COM₃)의 비반전입력단자에 인가되는 기준전압(Vref₂)의 그의 반전입력단자에 인가되는 저항(R₁₃), (R₁₄)의 분할전압보다 높게되어 그의 출력단자에 고전위 신호가 출력되고, 이 고전위 신호는 트랜지스터(TR₆)를 온시키므로 콘덴서(C₂)의 충전전압을 그 트랜지스터(TR₆)를 통하여 방전되어 제6(b)도에 도시한 바와같이 되고, 또한 상기 고전위신호는 멀티바이브레이터(MV₁)의 리세트단자(RES)에 인가되어 그를 리세트시키므로 그의 출력단자(Q)에는 저전위 신호가 출력되고, 출력단자(Q)에는 고전위 신호가 출력된다. 이에따라 트랜지스터(TR₇), (TR₈)가 온되므로 콘덴서(C₂)의 충전전압은 제6(b)도에 도시한 바와같이 처음부터 다시 상승되고, 이후 과전류 흐름이 검출될때마다 상기 동작을 반복하게 된다.

한편, 방전램프(LP₁)에 과전류가 흐르지 않고 정상적인 고압방전 상태에서는 과전류흐름검출용 저항(R₁)의 양단전압이 기준전압(Vref₁)보다 낮게 되어 비교기(COM₂)의 출력신호가 계속 고전위 상태를 유지하므로 트랜지스터(TR₉)는 오프상태를 유지하고, 이에따라 구형파발생부(1)의 출력신호가 전류증폭부(2)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 스위칭동작을 정상적으로 제어하게 된다.

그리고, 구형파발생부(1)의 연산증폭기(OP₁)에서는 플러스전압과 마이너스전압이 동일한 삼각파형의 고주파가 출력되는데 그 고주파의 주파수(f₀)는 다음식(4)과 같이 된다.

이와같이 연산증폭기(OP)에서 출력된 삼각파형의 고주파는 비교기(COM₁)의 비반전입력단자에 인가되어 그의 반전입력단자에 인가되는 기준전압(Vref₃)과 전압비교된다.

즉 비교기(COM₁)의 비반전입력단자에 인가되는 고주파의 전압이 그의 반전입력단자에 인가되는 기준전압(Vref₃)보다 높은 경우에는 그의 출력단자에 고전위 신호가 출력되고, 낮은 경우에는 그의 출력단자에 저전위 신호가 출력되며, 이 비교기(COM₁)의 출력신호는 전류증폭부(2)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 베이스에 인가되므로 그 비교기(COM₁)에서 고전위 신호가 출력될 경우에는 스위칭트랜지스터(TR₁)가 온되고 저전위신호가 출력될 경우에는 스위칭트랜지스터(TR₁)가 오프된다. 따라서 저항(R₇), (R₈)의 값에 의해 기준전압(Vref₃)을 조절하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온시간(Ton) 및 오프시간(Toff)을 조절할 수 있게되고, 이에따라 상기 식(3)의 설명에서와 같이 방전램프(LP₁)의 정격관내전압 및 정격관내전류를 유지하게 스위칭트랜지스터(TR₁)의 스위칭동작을 제어할 수 있게 된다.

이상에서와 같이 동작되는 본 발명은 회로소자로만 구성되므로 소형경량화는 물론 소비전력을 절감할 수 있고, 방전램프의 방전이 개시되는 초기 상태에서 그 방전램프 관내전압이 상승중인 경우에도 정상적인 고전압 방전시보다 높은 과전류가 흐르지 않게되므로 그 방전램프 및 그의 주변회로를 과전류로부터 보호할 수 있게됨과 동시에 배선설비 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims

브리지다이오드(BD₁)의 출력측을 인덕터코일(L₁) 및 방전램프(LP₁)와, 다이오드(D₁)를 통하여 스위칭트랜지스터(TR₁)의 콜렉터에 접속하여된 방전등 점등장치에 있어서, 구형파의 고주파를 발생하는 구형파발생부(1)와, 그 구형파발생부(1)의 출력신호를 증폭하여 상기 스위칭트랜지스터(TR₁)의 온·오프를 제어하는 전류증폭부(2)와, 상기 방전램프(LP₁)의 정상적인 고전압 방전시보다 높은 과전류가 스위칭트랜지스터(TR₁)에 흐를때 그를 검출하여 상기 구형파발생부(1)의 출력신호를 뮤팅시킴과 동시에 이때의 상기 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압을 충전전압으로 기억한 후 브리지다이오드(BD₁)의 출력전압이 그 충전전압을 기억할때의 출력전압보다 낮게될때 상기 뮤팅을 중지하는 스위칭정지제어부(3)로 구성함을 특징으로 하는 방전 점등장치.
제1항에 있어서, 브리지다이오드(BD₁)의 출력측을 비반전입력단자에 기준전압(Vref₂)이 인가되는 비교기(COM₃)의 반전입력단자 및 트랜지스터(TR₈)의 에미터, 비교기(COM₄)의 비반전입력단자측에 접속함과 아울러 스위칭트랜지스터(TR₁)에 에미터에 접속된 저항(R₁)을 비반전입력단자에 기준전압(Vref₁)이 인가되는 비교기(COM₂)의 반전입력단자에 접속하여 비교기(COM₂)의 출력단자는 멀티바이브레이터(MV₁)의 세트단자(SE)에 접속하고 비교기(COM₃)의 출력단자는 멀티바이브레이터(MV₁)의 리세트단자(RES) 및 트랜지스터(TR₆)의 베이스에 접속하며,그 멀티바이브레이터(MV₁)의 출력단자(Q)는 트랜지스터(TR₇)의 베이스에 접속하여 그의 콜렉터를 상기 트랜지스터(TR₈)의 베이스에 접속하여 그의 콜렉터를 상기 트랜지스터(TR₆)의 콜렉터 및 콘덴서(C₂), 비교기(COM₄)의 반전입력단자측에 접속하고, 출력단자(Q)는 비교기(COM₄)의 출력단자와 함께 앤드게이트(AND₁)를 통하여 트랜지스터(TR₉)의 베이스에 접속한 후 그의 콜랙터를 상기 구형파발생기(1)의 출력측에 접속하여 스위칭정지제어부(3)를 구성함을 특징으로 하는 방전등 점등장치.