KR900006801B1 - 방전등용 전자안정기 회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

방전등용 전자안정기 회로

제1도는 종래의 안정기 회로도.

제2도는 제1도의 스위치동작파형도.

제3도는 제2도에서 동작구간(to-tl)동안의 등가회로도.

제4도는 형광방전등의 방산전파전계강도 및 대지궤환전류측정예시도.

제5도는 제4도에 의거한 종래 안정기의 방사전파전계강도.

제6도는 제4도에 의거한 종래 안정기의 대지 궤환전류파형도.

제7도는 본 발명의 전자안전기회로도.

제8도는 제7도의 스위칭동작파형도.

제9도는 제7도의 등가회로도.

제10도는 제7도에서 콘덴서(C)의 크기를 변화하였을때의 전압(VCD)파형도.

제11도는 제7도에서 접지단에 흐르는 스위칭 노이즈의 파형도.

제12도는 제4도에 의거한 본 발명안정기의 방사전파전계강도.

제13도는 제4도에 의거한 본 발명안정기의 대지궤환전류파형도.

제14도는 종래 안정기로부터 영향받는 AM라디오중간주파수(455KHZ)대의 전파장해파형도.

제15도는 본 발명의 안정기로부터 영향받는 AM라디오중간주파수(455KHZ)대의 감쇄된 전파장해파형도.

제16도는 방전등의 이상점등시 본 발명에 의한 에너지회생작용파형도.

제17도는 본 발명의 전자안정기회로도에 따른 실시예.

제18도는 본 발명의 전자안정회로도에 따른 다른 실시예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1스위칭부 2 : 제2스위칭부

3 : 공진회로 4 : 에너지회생회로부

본 발명은 방전등용 전자안정기회로에 관한 것으로, 특히 부하단에 흐르는 형광등구동전류가 항상 인덕터와 콘덴서를 통해 흐르게 됨으로써 그 전류의 파형이 정현파를 이루게 되어 고조가성분발생을 근본적으로 제거해 줄 수가 있고, 또 부하단에는 다이오드를 통해 전원양단에 연결되는 에너지회생회로부가 구성되어 형광등의 상태불량 또는 파손등으로 전원단전원보다 높은 공진전압이 발생하게 될때 연로 소모되지 않고 전원단으로 되돌려보내져 활용될 수 있게 됨으로써 트랜지스터인버터의 특성열화가 방지되고 전력소모 또한 현저히 줄여질 수 있도록 된 방전등용 전자안정기회로에 관한 것이다.

최근 들어 반도체를 이용한 여러종류의 전자식안정기가 개발되고 있으나, 지금까지 개발되어져 있는 안정기기는 모두가 주변기기에 대해 전파장해를 일으키거나 감전사고등을 유발하는등 안전도면에서 많은 문제점을 노출시키고 있다.

즉, 안정기의 무게를 줄이고 점등효율을 높여 주기 위한 방안으로 고주파인버터로 구성된 전자안정기가 개발되어져 있었으나, 이러한 종래의 전자안정기는 소자의 스위칭동작을 이룸에 있어 정수배의 고조파성분으로 이루어지는 전자방해파를 발생시켜 통신장비나 컴퓨터주변기기 또는 의료장비등에 전파유도장해를 주게되고, 또 방전등을 방전시켜주기 위해 초기에 공진회로로부터 고전압을 발생시켜주게 되면 이 고전압 때문에 비접지된 등기구나 그 주변기기에 유도전압을 발생시켜 전파유도장해를 일으킨다거나 심지어는 감전사고까지 야기케 하는 문제점을 갖고 있는바, 이를 예시된 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와같이 구성된 종래의 전자안정기는, 트랜지스터(Q11)가 턴-온되는 순간 형광등구동 전류가 콘덴서(C11,C12)와 인덕터(L10) 및 1차권선(n11)을 통해 흐르다가 콘덴서(C11)가 충전완료되게 되면 2차권선(n12)의 역기전력발생으로 트랜지스터(Q12)가 턴-온되면서 구동전류가 1차권선(n11)과 인덕터(L10) 및 콘덴서(C12, C13)를 통해 흐르게 되는바, 여기서 콘덴서(C13)의 충전이 완료되게 되면 2차권선(n12')의 역기전력발생으로 트랜지스터(Q11)가 다시 턴온되는 등 상기 트랜지스터(Q11,Q12)의 턴-온과 턴-오프가 반복하게 되고, 이런 과정에서 발진되는 주파수가 L10C12 공진회로의 공진주파수와 같아지는순간 콘덴서(C12) 양단에 고전압이 발생하게 됨으로써 비로소 형광등이 점등되게 된다.

그러나 상기 트랜지스터(Q11)가 턴-온 되는 과정에 있어서, 인버터방식으로 연결된 트랜지스터(Q11,Q12)와 방전등이 비절연상태로 접속되어 있고 방전등을 포함한 공진회로내의 공진전압을 제한해주기 위해 콘덴서(C11,C13) 양단에다 다이오드(D11,D12)를 병렬로 접속시켜 높은 구조로 되어 있기 때문에, 이와같은 구조에서, 콘덴서(C11)양단의 충전완료로 인덕터(L10)양단에 역기전력이 발생하게 되면 이 역기전력에 따른 유도전류가 상기 다이오드(D11,D12)를 통해 형광등공진전류와 반대방향으로 흘러 서로 상쇄되게 되는바, 이때의 공진전류(Io)파형은 제2도에 도시된 바와같이 왜곡된 형태를 이루게 되고, 그에따른 정수배의 고조파 특히 전파장해를 일으키는 제3, 제5고조파성분이 발생되면서 이 잡음성분이 형광등에서 불빛과 함께 방사되어져 라디오와 같은 수신기나 의료기기등에 전파장해를 일으키게 된다. 이러한 현상은 제2도에서 도시한 바와같이 방전램프에 흐르는 공진전류가 동작구간(0∼to)까지는 정현파가 되다가 인덕터(L10)에 역기전력이 발생되는 구간(t0∼t1)에서는 지수함수적으로 감소되는 전류파헝으로 되고, 이때 각종 고조파성분이 발생하게 됨을 알 수 있다.

즉, 구간(t0∼t1)에 대한 등가회로를 제3도에 도시한 바와같이 표현할 수 있는데, 여기서 방전등에 흐르는 방전전류(i)는

(여기서 Ro는 형광램프의 등가저항)로 표현할 수가 있다.

그리고 이때 방전등에서 빛에너지와 함께 방사되는 전파장해(Noise) 강도를 제4도에 도시한 방법으로 측정하게 되면, 제5도에 도시된 바와같이 AM 라디오주파수 대역에서 수신한 신호로부터 약 200∼300(HZ) 정도의 가정주파수를 포함한 스위칭노이즈가 발산되고 있음을 알 수가 있다. 또 비접지등기구 즉 케이스(Case)를 대지에 접촉시켰을 경우 흐르게 되는 대지접지전류(ILG)는 제6도에 도시된 파형과 같게 되는바, 이 접지전류는 신체에 접촉되었을 경우 사람에서 큰 충격을 줄 수 있는 약 20mA이상의 크기가 되어 매우 위험하고, 더우기 방전등의 노화 또는 고장으로 이상 점등이 되게 되면 방전등양단에 매우 높은 전압(약 1200V이상)이 유기되어져 감전사고를 유발시키게 된다고 하는 문제점이 있었다.

상기와 같이 공지의 안정기에 의해 점등되는 방전등에서는 빛에너지와 함께 방사되는 스위칭노이즈 즉 방해전파의 전계강도가 매우 크므로, 통신장비라던가 컴퓨터주변기기 및 의료장비등에 악영향을 끼치게 될 뿐만 아니라 방전등이 비절연된 상태하에서는 비접지등기구 및 주변기기등에 큰 유도기전력을 발생시켜주게 되므로 여기에 신체가 접촉될때 위험이 초래되게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결해서 방전등의 순간점등은 주변기기의 전파장해를 최소화하고, 또 방전등을 전원단과 절연시켜 전기적으로 안전한 전자안정기를 실현하며, 특히 방전등의 노화 또는 고장시에도 항시 고효율을 유지할 수 있도록 된 방전등용 전자안정기회로를 제공함에 그 목적이 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용, 효과를 예시된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명은 스위칭동작을 하는 2개의 트랜지스터(Q1,Q2)와 이 트랜지스터의 발진동작을 지속시켜주는 구동용트랜스포머(CT)를 사용해서 방전등을 점등시켜 주도록 된 전자안정기회로에 있어서, 전원단(Vs)에 두개의 트랜지스터(Q1,Q2)로서 구성된 제1 및 제2스위칭 부(1,2)와, LoCo 공진회로(3) 및 에너지회생회로부(4)가 직렬로 구성된 부하단이 절연트랜스포머(PT)에 의해 자기적연결을 이루면서 이 절연트랜스포머(PT)의 1차측코일(L1)일단이 전원단(Vs)사이에 직렬로 연결된 콘덴서(C1,C2)의 연결점(J)에 연결되고, 부하단의 다이오드(D3∼D6) 및 콘덴서(CL)로 이루어진 에너지회생회로부(4)는 다이오드(D3∼D6)를 통해 전원단(Vs)에 연결된 구조로 되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명은, 부하단에 흐르는 구동전류(io)가 항상 인덕터(Lo)와 콘덴서(C0,C1)를 통해 흐르게 됨으로서 그 전류(io)의 파형이 정현파를 이루게 되어 고조파성분발생을 근본적으로 제거해 줄 수가 있게 되고, 또 부하단에는 다이오드(D3∼D6)를 통해, 전원단양단에 연결되는 에너지회생회로부(4)가 구성되어 형광등의 상태불량으로 전원단전압보다 높은 공진전압이 발생하게 되더라도 이것이 종래와 같이 구동트랜지스터(Q1,Q2) 및 인덕터(Lo)에서 열로 소모되지 않고 다이오드(D3∼D6)를 통해 전원단 또는 스위칭부로 되돌려보내져 활용되어 지게 됨으로써, 트랜지스터(Q1,Q2)가 과열되는 것을 방지해 줌과 더불어 전력의 소모를 현저히 줄여줄 수 있게 된다.

이는 제1스위칭부(1)와 제2스위칭부(2)로 고주파 인버터가 구성되어진 전원단과, LoCo 공진회로(3) 및 에너지회생회로부(4)로 이루어진 부하단이 절연트랜스포머(PT)에 의해 전기적으로는 절연되면서 자기적으로 연결된 구조를 갖게 됨으로써 가능해지게 되고, 또 절연트랜스포머(PT)의 절연격판단자(TG)이 도선(l)으로 접지단에 연결시켜져 전원단스위칭부(1,2)의 스의칭노이즈가 1차측 및 2차측코일(L1,L2)양단간에 형성되는 부유용량(CT)을 타고 부하단에 흐르는 것이 방지되게 됨으로써 컴퓨터나 의료기기와 같은 주변기기에 영향을 주는 통신장해요소를 근본적으로 제거할 수 있게 되는 것이다.

여기서 전파장해강도(VRNO)를 스코프를 통해 좀 더 자세히 고찰해 보면, 안정기로 부터 1.5m 이격된 중단파(AM)라디오의 스피커를 통해 발생되는 잡음성분을 측정한 결과 종래에는 제14도에 도시한 바와같이 발생하던 잠음성분이 제15도에서와 같이 거의 미비하게 나타나게 됨을 알 수 있는바, 다음에는 본 발명 전자식 안정기의 기본 동작을 설명한다.

본 회로의 기본동작은 트랜지스터 (Q1,Q2)를 고속으로 번갈아 턴-온 턴-오프시켜주게 되면, 절연트랜스포머(PT)의 1차측코일(L1)에 교번전류가 흐르게 됨과 동시에 2차측코일(L2)에는 헝광등구동전류(io)가 흐르게 되는데, 이러한 구동전류(io)가 유기되는 과정에서 이 구동전류(io)의 주파수가 인덕터(Lo)와 콘덴서(CO,CL)에 의한 공진주파수가 일치되는 순간 콘덴서(Co) 양단간에 직렬공진에 따른 아주 큰전압 즉 공진회로내의 퀼리티팩더(Quality Factor)를 Qo할 할때 Qo×Vs에 해당하는 전압이 발생하게 되고, 이때 이전압치가 램프의 방전개시전압을 넘게 되면 방전이 개시되면서 형광등이 점등되게 되는바, 여기서 형광등구동전류(io)는 인덕터(Lo)와 콘덴서(COCL)를 통해 항상 흐르게 되어 그 전류파형이 정현파를 이루게 되므로써 고조파성분의 발생이 근본적으로 게거될 수 있게 된다. 이에 대해서는 본 발명의 동작을 설명하면서 상술하기로 한다.

제7도에서 인버터회로의 동작개시는 외부스위치(SW)를 닫음과 동시에 일어나게 되고, 또 RC 직렬회로(5)의 콘덴서(C3)양단에는 트리거소자(6)가 도통될 때까지 전하가 충전되게 되는데, 이때의 전하가 층전되는 시간은 저항(R1)과 콘덴서(C3)의 시정수관계에 의해 결정되게 된다. 한편 콘덴서(C3)양단의 충전전압으로 트리거소자(6)가 도통되게 되면, 콘덴서(C3)는 방전하면서 그 방전전류가 저항(R2) 및 권선(n1)을 통해 흐르게 되어 트랜지스터(Q1)이 베이스단에는 저항(R3)의 전압강하로 바이어스전압이 걸리게 되는데, 이때 트랜지스터(Q1)가 턴-온 되면서 콘덴서(C1)와 절연트랜스포머(PT)의 1차측코일(L1)을 통해 콜렉터전류가 흐르게 된다.

이와같이 제1스위칭부(1)의 턴-온과정에서 콘덴서 (C1)양단간에 충전이 완료되면 1차권선(n1)의 역기전력발생으로 제2스위칭부(2)의 트랜지스터(Q2)가 턴온되면서 콜렉터전류가 콘덴서(C2)를 통해 흐르게 되는바, 이 콘덴서(C2) 양단간의 충전이 완료되게 되면 제2스위칭부(2)의 2차권선(n2)에 역기전력이 발생하게 되면서 제1스위칭부(1)의 1차권선(nl)에는 역기전력이 발생해서 제1스위칭부(1)의 트랜지스터(Q1)가 턴-온되어져 상기와 같은 동작을 반복하게 된다. 이때 절연트랜스포머(PT)의 1차측코일(L1)에는 스위칭전류가 흐르게 됨과 동시에 그 2차측코일(L2)에는형광등 구동전류(io)가 흐르게 된다.

한편, 전원단의 스위칭전류와 동위상을 갖게 되는 형광등구동전류(io)의 주파수가 인덕터(Lo)과 콘덴서(Co,CL)로 구성된 공진회로(3)의 공진주파수와 일치될 때 비로서 콘덴서(Co)양단에는 높은 전압이 유기되어 형광등(7)을 방전시켜 주게 되는데, 여기서 형광등구동전류(io)는 항시 인덕터(Lo)와 콘덴서(Co,CL)를 통해 흐르게 되므로 그 전류치가 제8도에 도시된 바와같이 상승시와 하강시에 관게없이 정현파를 이룰 수 있어 제1도에 도시된 종래 회로에서와 같은 정수배의 여러가지 고주파성분발생이 근본적으로 제거될 수 있게 된다.

여기서 절연트랜스포머(PT)의 2차측에 인가되는 입력전력(pin)의 크기를 설정하기 위해서는, 본 발명에 따른 안정기의 등가회로를 나타낸 제9도에서와 같이 콘덴서(C1,C2)의 크기를 조정해 주게 되는데, 이때 변환되는 2차측코일(L2)의 양단전압(VCD)은 제10도에 도시된 바와같다.

이때 2차측에 공급되는 전력(Pin)은

으로 표시할 수 있는바, 즉 부하의 크기에 따라 콘덴서 (C1,C2)값을 조정해서 임의의 전력을 설정해 줄 수 있다.

상기 제10도에서 점선(b)의 경우는 콘덴서(C1,C2)의 크기를 실선(a)의 경우보다 크게 설정해 줌으로써 전달전력을 크게 할 수 있음을 나타내고 있다.

한편, 부하단에는 절연트랜스포머(PT)의 2차측코일(L2) 및 LoCo 공진회로(3)와 함께 에너지회생회로부(4)가 직렬로 연결되어 있고, 이 에너지회생회로부(4)는 다이오드(D3∼D6)들을 통해 전원단(Vs)에 연결되어져 있는바, 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

즉, 형광등(7)의 상태불량이나 파손등으로 인한 방전등의 이상점등현상으로 과전압이 발생하게 되면, 종래에는 제1도에 도시된 바와같이 트랜지스터(Q1,Q2)와 인덕터(Lo)에서 발열이 일어나게 되어 이들 소자의 특성을 열화시키고 또한 전력소모를 증대시켜 왔으나, 본 발명에서는 방전등의 이상점등시 발생하게 되는 과전압을 에너지회생회로부(4)내의 콘덴서(CL)에 충전시켜 놓음으로써, 이에대한 영향을 제14도에 도시한 바와같이 효과적으로 제한하면서 이와같이 충전된 잉여에너지(PR)를 전원단측 또는 스위칭부로 방전시켜 재활용할 수 있게 되는바, 이는 전원단과 부하단을 전기적으로 절연시켜 주면서 자기적으로 연결시켜줌으로써 가능해지게 된다.

한편, 상기 절연트랜스포머(PT)에 구성된 절연격판단자(TG)와 접지단사이에 도선(l)를 연결시켜 주어 1차측 및 2차측코일(L1,L2)사이의 부유용량(CT)을 통해 전원단의 스위칭노이즈가 부하단으로 넘어가는 것을 방지해 주게 되는바, 이는 스위칭노이즈를 접지단으로 바이패스시켜줌으로써 방전등에서 방사되는 전파장해를 최소화시켜 줄 수 있는 특징이 있다.

이때 방전등에서 방사되는 노이즈를 제4도의 방법법으로 측정한 결과 제12도에 도시된 바와같이 방사노이즈(Vno)가 매우 적음을 알 수 있는데, 이와함께 비접지등기구의 접지전류(Ig) 또는 제13도에서 알 수 있듯이 약 3mA이하로 매우 적으므로 비접지등기구등 주변기기에 인체가 접촉하여도 종래 20mA를 초과할 때보다 안전함이 나타내어져 있다.

다음은 상기와 같은 작용을 갖는 본 발명의 전자안정기에 있어서 2개의 형광등(7,7')을 접속시켜 이를 점등시키는 실시예에 대해 설명한다.

부하단에는 T형 중간탭전류밸런스(Balance) 트랜스포머(Tc)를 매개로 2개의 형광등(7,7')이 병렬로 연결되고 이들 형광등(7,7')의 타단에는 본 발명에 따른 에너지회생회로부(4)가 각각 연결되어져 있어 상기트랜스포머(TC)로 부터는 각 형광등(7,7')에 흐르는 방전전류를 균등하게 분배하게 되고 상기 에너지회생회로부(4)로 부터는 형광등(7,7') 각각에서 발생되는 전압을 전원단(Vs)으로 휘드백(feed-back) 시켜주게 된다.

이와 더불어 제18도에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 설명하게 되면 부하단에는 2개의 형광등(7,7')이 병렬로 연결되되 이 현광등(7,7') 각각에는 인덕터(Lo')가 연결되고 이들 형광등(7,7')의 타단에는 본 발명에 따른 에너지회생회로부(4)가 각각 연결되어져 있어 상기한 바와같이 고전압을 전원단(Vs)으로 휘드-백시켜 주게 된다.

본 발명에 의한 전자식안정기회로의 특징적 효과를 들면 다음과 같다.

첫째, 제8도 및 제10도에서 도시한 바와같이 콘덴서(C)값의 설정에 따라 방전부하에 공급되는 전력(Pin)을 임의로 제어할 수 있는 특징이 있다.

둘째, 방전전력을 전달함에 있어서 절연트랜스포머(PT)를 채택하고 절연격판단자(TG)를 이용해서 트랜지스터인버터의 스위칭노이즈를 바이패스(by-Pass)시키므로서 방전등에서 방사되는 방해전파전계강도를 최소화할 수 있는 특징이 있다.

셋째, 방전등부하를 포함하는 공진회로내에 전압제한콘덴서(CL)와 다이오드(D3∼D6)로 이루어진 에너지회생회로부를 구성하여 방전등의 노화 또는 고장에 의한 과전압을 제한하면서 잉여에너지(PR)를 전원측으로 회생시켜 주게 됨으로서 비접지등기구 및 주변기기의 유도기전력을 최소화할 수 있게 될 뿐만 아니라 방전등과 같은 비정상상태에서도 보다 안전한 전자장치를 구현할 수 있는 특징이 있다.

Claims (2)

1. 스위칭동작을 하는 2개의 트랜지스터와 이 트랜지스터의 발진동작을 지속시켜 주는 구동용트랜스포머(CT)를 사용해서 방전등을 점등시켜 주도록 된 전자안정기회로에 있어서, 두개의 트랜지스터(Q1,Q2)로 선원단(Vs)에 구성된 제1 및 제2스위칭부(1,2)와, LoCo 공진회로(3) 및 에너지회생회로부(4)가 직렬로 구성된 부하단이 절연트랜스포머(PT)에 의해 자기적연결을 이루면서, 절연트랜스포머(PT)의 1차측코일(L1) 일단이 전원단(Vs)사이에 직렬로 연결된 콘덴서(C1,C2)의 연결점(J)에 연결되고, 부하단에 다이오드(D3∼D6)와 전압 제한콘덴서(CL)로 이루어진 에너지회생회로부(4)가 다이오드(D3∼D6)를 통해 전원잔(Vs)에 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 전자안정기회로.
2. 제1항에 있어서, 절연트랜스포머(CT)에 구성된 절연격판단자(TG)와 접지단사이에 도선(l)이 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기 회로.

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