KR900008981B1 - 전자 밸러스트장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

전자 밸러스트장치
제1도는 다수의 가스방출관을 위한 본 발명의 전자 밸러스트장치를 나타내는 개략적인 회로도.
제2도는 하나의 가스방출관을 위한 본 발명의 전자 밸러스트장치를 나타내는 개략적인 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하나의 가스방출관용 전자 밸러스트장치
12 : 가스방출관 200 : 다수의 가스방출관용 전자 밸러스트장치
200, 202' : 가스방출관 210, 212 : 역전변압기
218 : 전파 브리지회로 228 : 필터콘덴서
238 : 제1변압기 252, 254 : 트랜지스터 회로
284, 286 : 가변저항 312, 314, 316, 318 : 동조콘덴서
T : 변압기
본 발명은 가스방출관용 전자 밸러스트(ballast)장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기적 에너지를 전자기 스펙트럼의 가시부분으로 변환시킴에 있어서의 효율이 높은 형광등용 전자 밸러스트장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하면, 본 발명은 형광등용의 트랜지스터화 전자 밸러스트장치에 관한 것이며, 특히 형광등을 단일 및 이중 형태로 작동시키기 위한 개량된 트랜지스터화 전자 밸러스트장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 최소 갯수의 전기부품을 사용함으로써 제한된 체적내에서의 낮은 열소산(撚撚消散)을 나타낼 수 있도록 하여주는 트랜지스터화 전자 밸러스트장치에 관한 것이다. 뿐만 아니라, 본 발명은 그 제조 및 사용에 있어서의 비용과 노력을 최소로 하여줄 수 있는 개량된 트랜지스터화 전자 밸러스트장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본질적으로 서로 이산(離散)되어 있는 다수의 역전 변압기를 사용함에 의해 동작중인 트랜지스터에 가하여지는 서어지(surge)를 방지함으로써 자기결합을 최소로 하여줄 수 있는, DC-AC변환방치를 사용하는 다수의 램프 동작을 위한 전자 밸러스트장치에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 형광등 중의 하나를 회로로부터 떼어내면 추가적인 에너지 소산이 없도록 되어있는 전자회로에 관한 것이다. 그리고, 또한 본 발명은 가시광선을 발생시키는 역할 뿐만 아니라, 트랜지스터가 "오프"로 스위칭되어서 그 전류가 차다되었을 경우에는 변압기의 1차 권선에 발생되는 발진 현상을 감쇄시키는 등의 2가지 역할을 수행할 수 있도록 회로내에 가스방출관을 결합시킨 독특한 회로망을 사용하는 하나의 형광등용 밸러스트장치를 제공함에 관한 것이다.
종래, 가스방출관용(특히, 형광등용)의 밸러스트장치는 널리 알려져 있다. 또한, 단일 및 다수의 형광등에 대해 모두 사용가능한 밸러스트장치도 알려져 있다. 그러나, 종래의 각종 전자 밸러스트장치에 있어서는 회로내에 포함되는 전기부품의 수효가 비교적 많았다. 즉, 종래의 밸러스트장치에서는 그 부품의 수효가 많았기 때문에 장치의 크기가 비교적 커질 수 밖에없었다. 이와같이 크기가 크다는 사실은, 많은 수효의 부품을 사용할 수 경우의 높은 열소산 인자에 의한 불리한 열적 영향때문에, 열을 소산시키기 위한 별도의 부품을 상기의 다수의 부품들과 결합시켜야 함에도 다소 기인하는 것이다.
다른 형태의 종래 밸러스터 장치는 일반적으로 비교적 낮은 주파수에서 작동하는데 이들은 작동효율이 매우 낮으며, 즉 동일한 전력을 가하였을 때의 가시광선 출력은 본 발명에 의한 전자 밸러스트장치의 경우에 비하여 약
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정도이다.
본 발명에 의한 전자 밸러스트장치는 전원에 연결되어서, 한쌍의 가스방출관중의 적어도 어느 하나를 작동시킬 수 있도록 되어 있다. 각각의 가스방출관에는 제1 및 제2필라멘트가 있다. 본 발명의 전자 밸러스트장치에는 전원에 연결된 제1변압기가 있으며, 이 제1변압기에는 1차 및 2차 권선에 있어서 발진신호를 만들어낸다. 제1변압기에는 제1 및 제2트랜지스터가 피이드백 연결됨으로써, 상기 발진신호에 응답하는 전류신호를 스위칭하여 준다. 또한, 본 발명의 밸러스트장치내에는 제1 및 제2역전변압기(inverter transformer)도 포함되는데, 이들 각각의 역전변압기에는 상기 전류신호에 응답하는유도전압신호를 만들어내기 위한 탭권선(tapped winding)이 있다. 이들 역전변압기에는 각각 한쌍의 2차 권선이 있다. 제1 및 제2결합콘덴서는 상기 역전변압기들의 탭권선 및 가스방출관용의 제1필라멘트에 연결되어서, 이 제1필라멘트에 유도전압신호를 방출한다. 제1 및 제2콘덴서 동조기구는 역전변압기들의 탭권선 및 2차 권선에 연결되어서, 역전변압기에서 발생되는 신호펄스의 듀터 사이클 및 공진 주파수를 개선하여 준다.
이하, 첨부도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에는, 전원(204)에 연결되어서 한쌍의 가스방출관(202), (202')중의 적어도 하나를 작동시키기 위한 전자 밸러스트장치(200)가 도시되어 있다. 가스방출관(202), (202')에는 각각 제1 및 제2필라멘트(206, 208), (206, 208')가 있다. 이들 가스방출관(202), (202')은 형광등 형태의 것이라도 좋으며, 이에 대하여서는 이후에 상세히 설명될 것이다. 전원(204)은 전자 밸러스트장치(200)에 대한 전력을 공급한다. 전원(204)은 120V, 240V, 277V의 교류 전원일 수도 있고, 혹은 기타의 적당한 표준 교류전압용 전원일 수도 있다. 일반적으로, 전원(204)은 직류전원이어도 상관없으며, 이 경우에는 이후에 설명될 바와같은 각종의 브리지요소 및 필터요소를 제거하기만 하는 방식에 의해 당업계에 공지된 방법으로 밸러스트장치(200)에 직접 가해질 수 있다.
전자 밸러스트장치(200)에 대한 전력은, 예컨대 단극 단투 스위치등과 같은 스위치(214)를 통해 전원(204)으로 부터 공급된다. 전력은 도선(216)을 통하여 전파(全波)브리지회로(218)에 가하여지는데, 이 전파 브리지회로는 당업계에서의 표준적인 것이다. 도시된 바와 같이, 전파 브리지회로(218)는 다이오우드(220), (222), (224), (226)로 구성되어 있으며, 이들 다이오우드는 도선(216)을 통해 가해진 전원(204)으로 부터의교류전압을 정류하는 역할을 한다. 표준형 전파 브리지회로(218)내의 다이오우드(220), (222), (224), (226)들은 직류의 맥동신호를 발생시키며, 이 맥동신호는 그후 필터 콘덴서(228)에 의해 여파된다. 필터 콘덴서(228)는 직류의 맥동신호를 평준화시켜서, 밸러스트장치(200)에 대한 매끄러운 신호를 제공한다. 전파 브리지회로(218)를 구성하는 다이오우드(220), (222), (234), (226)들은 1N 4005라는 표식으로 시판되고 있다. 도시된 바와같이, 이 브리지회로(218)의 한쪽 끝은 접지(230)에 연결되어서 직류 공급에 대한 복귀경로가 되고 있으며, 반면에 이 브리지회로(218)의 반대편 끝은 입력도선(232)을 통하여 밸러스트장치(200)내에 직류 전력을 입력시키고 있다. 필터콘덴서(228)는 도선(232)에 연결되어서 직류신호 구동장치(200)에 대한 여파를 제공한다. 필터콘덴서(228)는 시판되고 있는 200μF, 450V용 콘덴서이다.
입력도선(232)을 통과한 전압신호는 제2변압기저항(234)으로 전달되어서, 제1변압기(238)의 중앙 탭도선(236)에 연결되는데, 이 제1변압기(238)는 제1변압기 1차권선(240)과 제1변압기 2차권선(242)을 가지고 있으며, 이 2차권선(242)은 중앙 탭도선(236)에 의햐여 중앙에서 인출(引出)되어 있다. 즉, 도시된 바와같이 제1변압기(238)는 전원(204)에 연결되어 있으며, 1차권선(240)과 2차권선(242)에 의하여 전자 밸러스트장치(200)에 대한 발진신호를 형성시킨다. 제1변압기의 2차권선(242)은 중앙 인출에대해 반대 극성의 발진신호를 형성시킬 수 있도록 중앙 탭도선(236)에 의해 중앙에서 인출되어 있다. 제2변압기저항(234)은 단순한 전류제한용 저항기로서, 도시된 실시에서는 약 200,000Ω의 저항값을 갖는다. 제1변압기콘덴서(244)는 그 양쪽 끝이 접지(230)와 중앙 탭도선(236)에 각각 연결되어 있다. 제1변압기콘덴서(244)는 그 지점에서의 접지에 대한 교류기준치를 제공하는 것으로서, 단순한 교류 결합콘덴서이다. 본질적으로, 이러한 회로는 스위치(214)가 닫혔을 경우에 본 발명의 전자 밸러스트장치(200)의 작동을 개시시키는 역할을 한다.
제1변압기콘덴서(244)는 접지(230)에 대한 교류 기준치를 제공하며, 또한 이 제1변압기콘덴서(244)가 제2변압기저항(234)과 결합되면 가스방출관(202 혹은 202')의 점화시에 몇초 가량의 시간지연을 나타내게됨을 명심하기 바란다. 이와 같은 시간지연 동안에 제1변압기콘덴서(244)는 지수함수적으로 충전되며, 따라서 변압기(238), (210), (212)내에 발생된 전압펄스의 진폭이 거의 지수함수적으로 증가되고, 이에 의해 필라멘트(206, 208), (206', 208')는 가스방출관(202), (202')이 그 항복전압값에 도달하기 전에 점진적으로 가열됨으로써, 즉 가스방출관(202), (202')의 작동수명을 개선시키는 효과를 나타내게 되는 것이다. 첫번째 펄스가 가해지면 발진신호가 발생되며, 이때 제1변압기콘덴서(244)는 단지 접지(230)에 대한 교류 신호 기준치로서의 역활만을 수행하고, 이 변압기콘덴서(244)에 걸리는 직류전위는 무시할 정도로 된다.
또한, 제1변압기(238)에는, 예정된 저항값을 갖고 이 제1변압기(238)의 1차권선(240)에 직렬로 연결되어 있는 제1변압기 저항(246)이 더욱 포함되는데, 이 제1변압기저항(246)은 발진신호에 대한 예정된 주파수 값을 확립시킨다. 제1변압기저항(246)에 대하여서는, 이후에 밸러스트장치(200)의 전반적인 회로를 설명할 때에 더욱 상세히 설명하기로 한다. 설명 목적상, 제1변압기 1차권선(240)은 172회 권회된 권선이라고 하고, 제1변압기(238)는 밸러스트장치(200) 및 가스방출관(202), (202')작동시에 포화형태로 작동되는 페라이트 코어(ferrite core) 변압기라고 하기로 한다.
전자 밸러스트장치(200)에는 또한 제1 및 제2트랜지스터 회로(252), (254)가 있으며, 이들 각각의 트랜지스터 회로(252), (254)는 제1트랜지스터(238)에 피이드백 연결되어서, 발생된 발진신호에 응답하는 전류신호를 스위칭하는 역활을 수행한다. 제1변압기 2차권선(242)은 상술한 바와 같이 중앙에서 인출되어 있음을 상기하면, 전류는 이와같이 분할되어서 제1도선(248) 및 제2도선(250)을 통해 흐를 것이다. 제1 및 제2트랜지스터 회로(252), (254)에는 제1트랜지스터(256) 및 제2트랜지스터(258)가 각각 포함되어 있다. 제1트랜지스터(256)는 베이스(260)와 에미터(264)와 콜렉터(266)를 포함하며, 제2트랜지스터(258)는 베이스(262)와 에미터(264)와 콜렉터(266)를 포함하며, 제2트랜지스터(258)는 베이스(262)와 에미터(268)와 콜렉터(270)를 포함한다. 설명 목적상, 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)는 모두 시판되고 있는 형태의 NPN형인 것으로 도시되어 있다.
도선(248), (250)으로 부터의 전류는 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)의 각각의 베이스(260), (262)로 유입된다. 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)중의 어느 하나는 다른 하나보다도 약간 높은 이득을 갖도록 설계되어 있으며, 이러한 트랜지스터는 도통(道通) 상태로 된다. 제1트랜지스터(256) 혹은 제2트랜지스터(258)중의 어느 하나가 도통되면, 이와 같이 1개 트랜지스터가 도통상태(즉, "온"상태)에 있게 되는 동안의 예정된 시간 간격동안 나머지 하나의 트랜지스터는 비도통상태로 유지된다. 단지 설명 목적상, 제2트랜지스터(258)가 도통상태로 되었다고 가정하면, 이 제2트랜지스터의 콜렉터(270)의 전위는 약 1.0V내에서 인접한 에미터(268)로 전달된다. 도시된 회로도로 부터 명백한 바와 같이 에미터(268)은 접지(230)에 연결되어 있으므로, 콜렉터(270)도 역시 접지(230)에 연결되게 된다. 이와 마찬가지로, 제1트랜지스터의 에미터(264)도 접지(230)에 연결되어 있으며, 따라서 도통상태에서는 제1트랜지스터의 콜렉터(266)도 역시 접지(230)에 연결되게 된다. 도시된 바와 같이, 도선(232)으로 부터의 전류는 제1역전변압기(210) 및 제2역전변압기(212)로 유입된다. 또한, 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)의 각각의 콜렉터(266), (270)는 중앙으로 부터 벗어나 탭도선(272), (274)에 의하여 제1역전변압기(210) 및 제2역전변압기(212)에 각각 연결된다. 이와같이, 에미터(264), (268)는 필수적으로 접지(230)에 연결되어 있으며, 베이스(260), (262)는 제1변압기(238)의 2차권선(242)에 연결되어 있는 것이다.
제2트랜지스터(258)가 도통상태로 되면, 이 트랜지스터의 콜렉터(270)는 거의 접지전위로 되며, 따라서 전류는 이 콜렉터(270)로부터 제1변압기(238)의 1차권선(240)을 통해 흐르게 된다. 콜렉터(266)로부터의 전류는 콜렉터도선(320)을 통하여 제1변압기의 1차권선(240)으로 유입된 후에, 제1변압기저항(246)을 통하여 도선(278)으로 보내어진다. 제1변압기저항(246)은 발진이 이루어질 주파수를 결정하고 제어한다. 이러한 주파수의 제어는 도선(278), 1차권선(240), 콜렉터도선(276)을 통하여 제2트랜지스터(258)의 콜렉터(270) 및 에미터(268)도 보내어져서, 최종적으로는 접지(230)에 연결된다. 트랜지스터 다이오우드(280), (282)는 1N 156이라는 표식으로 시판되고 있는 것으로서, 베이스(262), (260)에 나타난 모든 부(負) 펄스에 대한 접지(230)로의 경로를 제공한다. 이에 의하면, 트랜지스터(258), (256)의 베이스-에미터 접합에 대한 전압보호가 가능하여 진다.
제1변압기(238), 전류가 제1트랜지스터(256)의 콜렉터(266)로부터 제1변압기(238)의 1차권선(240)을 통해 도선(276)을 거쳐서 제2트랜지스터(258)의 콜렉터(270)로 유입될 때, 2차권선(242)의 극성으로 인하여 제2트랜지스터(258)의 베이스(262)의 정(正)의 신호가 발생되도록 구성되어 있다. 각각의 트랜지스터 회로(252), (254)내에는 트랜지스터 베이스 가변저항(284), (286)이 각각 포함되어 있으며, 이들 각각의 가변저항(284), (286)의 양쪽 끝은 각각의 베이스(260), (262) 및 제1변압기(238)의 2차권선(242)에 연결되어 있다. 제1 및 제2트랜지스터 베이스 가변저항(284), (286)은 자신을 통과하는 발진신호의 진폭값을 제어한다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터 다이오우드(282), (280)들은 각각의 베이스(260), (262) 및 에미터(264), (268)에 병렬로 연결되어 있다. 도시된 바와 같이, 트랜지스터 다이오우드(282), (280)의 극성은 베이스-에미터(260, 264), (262, 268)의 접합부에서의 극성과 반대이다.
또한, 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)의 각각의 콜렉터(266), (270)는 제1트랜지스터(238)의 1차권선(240)에 연결되어 있을 뿐만아니라, 역전변압기(210), (212)의 1차권선(탭권선)에도 각각 연결되어 있다.
본 발명의 밸러스트장치(200)에는, 입력되는 전류신호의 변화에 반응하는 유도전압신호를 발생시키기 위한 탭권선(288), (290)을 각각 제1 및 제2역전변압기(210), (212)가 있다. 이들 제1 및 제2역전변압기(210), (212)는 각각에는 2차권선(292, 294), (296, 298)이 있다. 이때, 제1 및 제2역전변압기(210), (212)는 상호 이산(離散)되어 있고 분리되어 있는 것임을 명백히 이해할 수 있을 것이다. 종래에는 볼 수 없었던 이와 같은 이산성 및 분리성은 매우 중요한 의미를 갖는데, 왜냐하면 역전변압기(210), (212)들이 이와같이 이산되어 있으며 이들 역전변압기(210), (212)의 권선들 사이에서의 자기결합(磁氣結合)이 나타나지 않으므로 트랜지스터가 도시에 "온"으로 되어서 도통중첩을 발생시킬 가능성이 최소로 되기 때문이며, 또한 이에 의하면 역전변압기(210), (212)의 권선들내에 발생될 과도상태도 최소화하여 줄 수 있다. 제1 및 제2역전변압기(210), (212)의 탭권선(288), (290)들은 단권변압기(auto-transformer)의 형태를 제공할 수 있는 방식으로 인출되어 있다. 탭도선(272), (274)의 중앙으로 부터 벗어난 위치에서의 인출선이다.
즉, 탭권선(288), (290)은 탭도선(272), (274)에 의하여 1차권선부분(300), (302) 및 2차권선부분(304), (306)으로 각각 나뉘어진다. 따라서, 실제로는 각각의 역전변압기(210), (212)가 3개씩 2차권선(292, 294, 293), (296, 298, 306)와 하나의 1차권선부분(300), (302)을 가지고있는 것이다. 각각의 탭권선(288), (290)은 이와같이 그 1차권선(300), (302)이 제3의 2차권선(304), (306)과 직렬로 연결될 수 있도록 인출되어 있다. 이러한 형태에 있어서는, 1차권선부분(300), (302)내의 전압이 제3의 2차권선(304), (306)내의 전압 및 전류에 각각 합산된다. 제2역전변압기(212)에 대해 살펴보면, 전류는 1차권선부분(302)을 통해 도통상태의 제2트랜지스터(258)의 콜렉터(270)로 유입된다. 이때 스위치동작이 이루어지면, 이 트랜지스터(258)가 비도통상태로 됨으로써 전류가 급격히 변화하며, 1차권선부분(302)에는 약 400.0V, 그리고 2차권선부분(306)에는 약 200.0V의 높은 전압이 발생되고, 이들 전압은 서로 합산되어서 제2결합콘덴서(310)에 나타나게 된다.
제1 및 제2결합콘덴서(308), (310)는 제1 및 제2역전변압기(210), (212)의 탭권선(288), (290)과 가스방출관(202), (202')의 제1필라멘트(206), (206')에 각각 연결되어서, 유도된 전압신호를 제1필라멘트(206), (206')로 방출시킨다. 즉, 제3의 2차권선(304), (306)은 제1 및 제2결합콘덴서(308), (310)에 각각 직렬로 연결되어서, 각각의 1차권선(300), (302) 및 제3의 2차권선(304), (306)에서의 유도전압의 합계를 제1 및 제2결합콘덴서(308), (310)내에 각각 발생시킨다.
도시된 바와같은 전자 밸러스트장치(200)의 한가지 특수한 실시예에 있어서, 제1트랜지스터(238)의 1차권선(240)은 172회 권회된 28번선으로 되어 있고, 2차권선(240)은 172회 권회된 28번선으로 되어있고, 2차권선(240)은 중앙의 탭도선(236)의 양측으로 2.5회씩 26번선으로 되어 있다. 제1트랜지스터(238)는 시판되고 있는 코어(core)로 만들어져 있고, 페록스큐브(Ferroxcube) 2213L03C8이라고 표식되어 있다. 또한 제1 및 제2역전변압기(210), (212)의 각각의 탭권선(288), (290)은 각각 182회 권회됨 26번선으로 되어 있다. 이 탭권선(288), (290)들이 1차권선부분(300), (302)은 각각 122회 권회되어 있고, 2차권선부분(304), (306)은 각각 60회 권회되어 있다. 각각의 권선 (292), (294), (296), (298)은 2회 권회된 26번선으로 되어 있다. 이들 역전변압기(210), (212)는 페록스큐브 2616PA1703C8이라는 표식으로 시판되고 있는 코어상에 권회되어 있다.
밸러스트장치(200)에는 제1 및 제2콘덴서 동조회로가 또한 포함되며, 제1동조회로내에는 제1동조콘덴서(312)와 제2동조콘덴서(314)가, 그리고 제2동조회로내에는 제1동조콘덴서(316)와 제2동조회로(318)가 다음과 같은 방식으로 각각 연결되어 있다. 제1콘덴서 동조회로를 이루는 제1 및 제2동조콘덴서(312), (314)는 제1역전변압기(210)의 권선(292), (294) 및 탭권선(288)에 연결된다. 그리고, 제2콘덴서 동조회로의 제1동조콘덴서(316)는 제2역전변압기(212)의 2차권선(298), (296)의 사이에 연결되며, 제2동조콘덴서(318)는 탭권선(290)에 연결된다. 이와 같은 연결방식에 의하면, 역전변압기(210), (212)내에 발생된 신호펄스의 듀티사이클 및 공진주파수를 변화시킬 수 있다. 이에 의하면, 가스방출관(202), (202')중의 적어도 하나를 밸러스트장치(200)로부터 떼어낼 경우에 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)의 각각에 파괴 전압신호가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
제1역전변압기(210)의 2차권선(292), (294)은 가스방출관(202)의 필라멘트(206), (208)를 각각 가열시킨다. 이와 마찬가지로, 제2역전변압기(212)의 2차권선(296), (298)은 가스방출관(202')의 필라멘트(208'), (206')를 각각 가열시키기 위한 것이다.
이제 제1 및 제2콘덴서 동조회로를 다시 살펴보면, 제1콘덴서 동조회로의 제1동조콘덴서(312)는 가스방출관(202)의 제1 및 제2필라멘트(206), (208)와 병렬로 연결되어 있으며, 제2동조콘덴서(214)는 역전변압기(210)의 탭권선(288)에 병렬로 연결되어 있음을 알 수 있다. 마찬가지로, 제2콘덴서 동조회로의 제1동조콘덴서(316)는 가스방출관(202')의 필라멘트(206'), (208') 와 병렬로 연결되어 있으며, 제2동조콘덴서(318)는 제2역전변압기(212)의 탭권선(290)에 병렬로 연결되어 있다.
제1동조콘덴서(312), (316)들의 용량은, 가스방출관(202), (202')중의 어느 하나가 밸러스트장치(200)로부터 제거되었을 때에 제1 및 제2트랜지스터(256), (258)중의 적어도 하나의 트랜지스터의 비도통시간 간격에 대한 이들 트랜지스터의 도통시간 간격을 증가시킬수 있도록 예정된 값으로 되어 있다.
제2트랜지스터(258)가 비도통상태로 되었다고 가정하면, 제2결합콘덴서(310)에 높은 전압이 입력되므로, 이 결합콘덴서(310)가 거의 같은 전압값(즉, 약 600.0V의 전압값)으로 충전된다. 그러나, 상기 트랜지스터(258)가 도통상태로 되기전에 유도전압이 감소하며, 이전압이 상기 결합콘덴서(310)내의 충전값 이하로 강하되면이 결합콘덴서(310)는 전체 밸러스트장치(200)에 대한 부(負)전압원으로 된다. 이 트랜지스터(258)가 비도통상태로부터 도통상태로 바뀌면, 제1변압기(238의 1차권선(240)을 통해 전류 서어지(surge)가 유동되므로 2차권선(242)에 2차 전압이 발생된다. 이 변압기(238)는 짧은 포화주기를 갖도록 설계되어 있으므로 2차권선(242)상의 전압은 제한되며, 전류는 도선(250)과 가변저항(286)을 통해 트랜지스터(258)의 베이스(262)로 유입되어서 이 트랜지스터를 도통상태로 유지시킨다. 그러나, 상기의 전류 서어지가 일단 정상상태의 값으로 된 후에는 제1변압기(238)에 의한 2차전압이 더 이상 발생되지 않으며, 따라서 상기 트랜지스터(258)의 베이스(262)에 유입되는 전류값은 실질적으로 0로 강화되고, 이에 의해 이 트랜지스터(258)는 비도통상태로 변화하게 된다.
1차권선(240)내의 전류가 이와같이 변화하면 2차전압이 발생되며, 따라서 제1트랜지스터(256)가 도통상태가 된다. 상기와 마찬가지로, 이 트랜지스터(256)는 도선(320)상에 전류 서어지를 발생시켜서 2차 전압을 또다시 발생시키키며, 이에 의해 이 트랜지스터(256)는 도통상태을 유지하다가 전류 서어지가 정상상태의 값으로되면 비도통상태로 바뀌게 된다. 이와같이 트랜지스터(256), (258)는 반복 사이클을 계속한다. 이러한 사이클이 수행되는 주파수는 변압기(238)의 1차권선(240)의 인덕턴스 및 제1변압기저항(246)의 저항값에 따라 달라진다.
즉, 사이클 주파수는 제1변압기의 1차권선(240)의 권회수 및 이 제1변압기(238)내의 코어의 단면적의 함수이다. 반주기는 상기 인덕턴스 및 1차권선(240)에 걸리는 전압의 함수이다. 이 1차권선(240)에 걸리는 전압은 "오프"상태의 트랜지스터내의 콜렉터 전압으로부터 제1변압기저항(246)에 의한 전압강하, 그리고 "온"상태의 트랜지스터에서의 콜렉터-에미터 접합부에 걸리는 전압 강하를 모두 빼준 값과 같다. 즉, 2개 트랜지스터의 각각이 "온"상태에 있을 때에 이들 트랜지스터의 콜렉터-에미터 접합부에서의 전압강하가 서로 같은 것은 아니므로, 사이클 주파수를 구성하는 2개의 반주기는 서로 같지 않다.
본 발명의 전자 밸러스트장치(200)에는 상술한 바와같은 안전 설비가 포함되어 있다. 특히, 가스방출관(202), (202')중의 하나가 전기적으로 제거(혹은 단절)되면, 단권변압기(210), (212)가 매우 높은 전압을 발생시켜서 트랜지스터(256), (258)를 손상 혹은 파괴시킬 것이다. 가스방출관(202), (202')이 제거되더라도 균일한 부하가 유지될 수 있게 하기 위하여, 0.005μF의 용량을 갖는 제1동조콘덴(312)가 필라멘트(206), (208)들과 병렬로 되도록 가스방출관(202)에, 그리고 2차권선(292), (294)에 연결되어 있다. 이와 같은 제1동조콘덴서(312)는 전반적인 LC 회로망의 시정수에 있어서의 충분한 시간변화를 제공함으로써 듀티사이클의 길이를 증가시킨다. 이와 같은 사실은 LC 결합회로의 작동주파수(즉, 공진주파수)를 변환시키는 효과를 나타내며, 따라서 트랜지스터(256)에 상당히 낮은 전압이 가해지도록 하여준다. 제2트랜지스터(258)에 결합된 제2동조회로의 제1동조콘덴서(316)에도 동일한 개념이 적용될 수 있음은 명백하다. 제2동조콘덴서(314)는 0.006μF의 콘덴서로서, 역전변압기(210)의 권선(288)의 1차권선부분(300)에 병렬로 연결되어 있다. 제2동조회로에서의 제2동조콘덴서(318)도 마찬가지이다. 이것도 역시, 가스방출관(202), (202')중의 하나가 밸러스트장치로부터 제거되었을 경우에 있어서의 전체적인 밸러스트장치(200)에 대한 주파수 결정회로의 일부분으로 된다.
1차권선(300), (302)의 인덕턴스 값 및 제2동조콘덴서(314), (318)의 용량값은, 그들의 공진주파수가 상기 사이클 주파수와 실질적으로 같아지도록 선택된다. 제1동조콘덴서(312), (316)들의 용량리액턴스는 점화된 가스방출관(202), (202')의 리액턴스에 비하여 크기 때문에, 이들 동조콘덴서(312), (316)는 공진주파수에 영향을 미치지 못한다. 가스방출관(202), (202')의 낮은 저항값은 1차권선(300), (302)에 반영되며, 이것은 회로의 공진주파수 및 Q값을 낮추어줌으로써 1차권선(300), (302)내에 유도된 전압값을 낮추어 준다. 이러한 전압은 "오프"상태의 트랜지스터에 나타나는 것이므로, 이 전압은 사이클 주파수의 반주기를 결정하는데 도움이 된다.
하나의 가스방출관(202 혹은 202')가 제거되면, 결합된 회로소자(304, 312 혹은 306,316)의 직렬 공진은 이에 대응하는 동조된 회로소자(300, 314 혹인 302, 318)와 병렬관계로 되면, 따라서 결합된 회로소자들의 공진 주파수가 증가하게 되는데, 이것은 가스방출관이 회로내에 존재할 때와는 반대의 결과이다.
이하, 제2도에 도시된 회로를 설명하기로 한다. 제2도에는 1개의 가스방출관(12) (이후에 설명할 바와같은 표주형 형광등이어도 좋다)을 작동시키기 위한 전자 밸러스트장치(10)가 도시되어 있다.
후술할 바와 같이, 가스방출관(12)은 이 전자 밸러스트장치(10)의 회로와 일체로 된 부품이다. 이와 같은 본 발명의 전자 밸러스트장치(10)는 종래의 형광등용 장치에 비하여 매우 높은 주파수에서 작동한다. 즉, 종래의 형광등용 장치는 선주파수의 약 2배(즉, 약 120사이클)에서 작동하였었지만, 본 발명의 전자 밸러스트장치(10)는 약 20000사이클로 작동하기 때문에 모든 형태의 플리커(flicker)를 최소화시킬 수 있는 잇점이 있다. 또한, 이와 같이 주파수에서 작동되기 때문에, 이 가스방출관(12)의 평균적인 광(光)출력은 동일한 전원을 사용한 종래의 형광등용 장치에서 보다 더욱 크다. 뿐만 아니라 이 밸러스트장치(10)의 듀티사이클로 최소화되며(이에 대하여서는 후술하겠음), 따라서 장치내의 전자부품들에 대해 신뢰도가 더욱 증가된다. 그리고, 본 발명의 전자 밸러스트장치(10)에 있어서의 듀티사이클이 상기와 같이 낮기 때문에, 전자부품들의 온도 기울기 및 온도증가도 종래의 밸러스트장치에 비해서 최소화된다. 온도가 이와 같이 최소화되면 과열(過熱)될 우려가 거의 없기 때문에 밸러스트장치(10)에 대한 전반적인 신뢰도가 증가한다.
제2도를 참조하면, 교류전원(14)이 도선(18)을 거쳐 스위치(W)에 전기적으로 연결되어 있다. 설명 목적상, 교류전원(14)은 가정용으로 흔히 사용되는 120V 교류전원이라고 하자 그러나 이 교류전원(14)으로서 220V 교류전원 혹은 기타의 교류전원을 사용할 수 있음은 물론이며, 이와 같은 전원을 사용하면 전기 부품들의 변수가 바뀌기는 하지만 본 발명의 기본적인 개념에는 전혀 변화가 없다. 따라서, 본 명세서에서는 120V 교류전원을 예로 들어가며 설명하기로 한다. 스위치(W)는 도선(18)을 전기적으로 개폐시키는 역할만을 수행한다. 다이오우드 입력도선(16)은 다이오우드(D1)의 양극쪽에 연결되어 있다. 이 다이오우드(D1)는 예컨대 1N 4004라는 표식으로 시판되고 있는 것일 수도 있다. 다이오우드(D1)는 도선(16)을 통해 입력되는 교류신호를 반파(半破)정류하기 위한 통상의 반파정류기로서의 역할을 수행하며, 이와 같은 반파 정류는 다이오우드(D1)의 음극쪽에서 도선(20)을 통해 출력된다.
콘덴서(C1)의 양끝은 다이오우드(D1)의 출력측과 전원 귀환도선(34)에 각각 연결되어 있다. 즉 도시된 바와 같이 콘덴서(C1)는 다이오우드(D1)와 교류전원(14)에 병렬로 연결되어 있다. 설명 목적상, 콘덴서(C1)의 용량값을 약 100μF라고 하고, 다이오우드(D1)가 전류를 통과시키는 반사이클에서는 충전되며 나머지 반사이클에서는 방전되는 필터로서의 역활을 하는 것으로 간주하자 따라서, 도선(36)을 따라 변압기(T)로 입력되는 전압은 작은 맥동부분을 갖는 선주파수의 직류전압으로 된다.
이러한 직류의 맥동전류는 변압기 입력도선(36)을 통해 변압기(T)에 가하여진다. 변압기(T)는 페라이드코어 형태의 변압기로서, 이 코어는 1차권선(22)에 가해지는 각각의 펄스에 있어서의 전압상승구간 및 하강구간의 비교적 초기에 포화될 수 있는 특성을 가진다. 2차전압 펄스의 진폭은, 1차권선(22) 및 2차권선(24)의 권회비(比)를 적절히 결정함에 의해, 예정된 값으로 유지된다. 그러나, 트랜지스터(Tr)의 베이스(44)에 가해지는 에너지는 제2필라멘트(32)의 저항과 콘덴서(C3)의 변화율, 그리고 이들의 전압비의 함수이다. 1차권선(22)에는 단자(A), (B)가 있으며, 2차권선(24)에는 단자(C), (D)가 있다. 본 발명의 밸러스트장치(10)에 사용되는 변압기(T)는 그 본질에 있어서 공지된 형태의 것으로서, 설명 목적상 1차권선(22)은 페라이크코어의 주위로 AWG 28번선을 160회 권회시킨 것으로 하고, 2차권선(24)은 AWG 28번선을 약 18회 권회시킨 것이라고 정한다. 제2도의 회로도내에 도시된 바와 같이, 변압기(T)의 1차권선(22)의 단자(A)와 단자(B)사이에 전압변화가 발생되면, 이에 비례하는 전압변화가 이 변압기(T)의 2차권선(24)의 단자(C)와 단자(D)사이에 생성되도록 되어 있으며, 다만 이때의 비례적 전압변화는 도선(51)과 도선(34)에서 측정되었을때 반대 극성을 갖도록 되어 있다. 즉, 트랜지스터(Tr)의 콜렉터(38)에 전압증가가 나타나면, 이 트래지스터(Tr)의 베이스(44)에는 반대극성의 전압이 가해지는 것이다.
단자(B)를 통해 도선(40)상으로 가해지는 1차권선(22)의 출력은 도선(60)을 따라 트랜지스터(Tr)의 콜렉터(38)로 연결된다. 이 1차권선(22)은 또한 도선(40), (50)을 따라 콘덴서(C2)에도 연결된다. 이와 같이 연결방식에 의하면, 후술할 바와 같은 목적을 위하여 1차권선(22)으로부터 유출되는 전류에 대한 병렬 유동경로를 제공하게 된다.
트랜지스터(Tr)는 시판되고 있는 형식의 NPN형 트랜지스터이다. 이 트랜지스터(Tr)에는 콜렉터(38)와 베이스(44)와 에미터(42)가 있다. 본 발명의 전자 밸러스트장치(10)에서 성공적으로 사용할 수 있는 트랜지스터의 한가지 예로서는 모토롤라 반도체 주식회사(Motorola Semiconductor, Inc.)에서 제조하여 판매하는 MJE 13002 트랜지스터가 있다. 트랜지스터(Tr)는 밸러스트장치(10)내의 스위치로서 작용하며, 상술한 바와 같은 종류의 트랜지스터에 있어서는 베이스(44)와 에미터(42) 사이의 전압이 0.7V보다 클 경우에만 이 트랜지스터(Tr)를 통해 전류가 흐른다. 베이스(44)와 에미터(42)의 접합에서의 이와 같은 0.7V 전압강하는 실리콘 트랜지스터에 있어서의 전형적인 값이다.
1차권선(22)의 단자(B)로부터 제2의 유동경로를 통해 흐르는 전류는 도선(50)을 거쳐 제1콘덴서(C2)로 유입된다. 제1콘덴서(C2)는 약 0.050μF의 용량을 갖는 시판용 콘덴서이다. 통상의 경우에서와 마찬가지로, 전류가 변압기(T)의 1차권선(22)을 통해 유동하면, 제1콘덴서(C2)가 단자(B)에서의 전압과 같은 값으로 충전된다. 제1콘덴서(C2)의 출력은 도선(70)을 통하여 가스방출관의 제1필라멘트(30)의 한쪽 끝으로 전달된다. 제1필라멘트(30)가 제2필라멘트(32)에 비해 양(陽)의 값을 가지면 제1필라멘트(30)에 전자가 부착되며, 반대로 제1필라멘트(30)가 음의 값을 가지면 이와 같은 임의 필라멘트(30)가 이온 포격(ion bombardment)에 의해 가열될때 전자가 장출되리라는 것은 명백하다. 트랜지스터(Tr)가 "온"으로 되면 제1 및 제2필라멘트(30), (32)가 각각 음극 및 양극 역할을 하며, 트랜지스터(Tr)가 "오프"로 되면 제1필라멘트(30)가 양극으로, 그리고 제2필라멘트(32)가 음극으로 작동한다. 최초에는, 베이스(44)가 점점 양으로 됨에 따라서 전자가 에미터(42)로부터 콜렉터(38)로 유동한다. 이에 따라, 출력도선(40)은 단자(A)에서 보다 더욱 큰 음의 값을 갖는다. 이와 동시에, 전자 전류는 제1필라멘트(30)로부터 가스방출관(12), 제2필라멘트(32), 도선(80), 에미터(42), 콜렉터(C2)로 유입된다. 즉, 이와 같은 사이클 동안에 제1필라멘트(30)는 양극으로서의 역할을 하는 것이다.
가스방출관(12)은 시판되고 있는 형태의 표준형 형광등일 수도 있다. 이러한 형태의 예로서는 F20T12/CW라는 표식으로 판매되는 20W 형광등이 있다. 도시된 바와 같이, 이 가스방출관(12)은 전자 밸러스트장치(10)의 전체적인 회로에 대하여 일체화된 부품이다. 제2필라멘트(32)는 도선(80)을 통하여 교류전원(14)의 귀환도선(34)으로 연결된다. 따라서, 가스방출관(12)의 점화 사이클에 있어서는, 이 제2필라멘트(32)가 가스방출관(12)의 음극으로서의 역할을 한다. 명백한 바와 같이, 제1콘덴서(C2)의 방전전류는 점화사이클의 초기에 높은 저항값을 갖는 가스방출관(12)을 통해 유동하게 된다. 특히, 상술한 바와 같은 형태의 가스방출관(12)은 그 저항값이 약 1100Ω이다.
제1필라멘트(30)와 대향하는 제2필라멘트(32)를 통하여서는 측정가능한 전류가 유동하며, 이 전류는 주울(Joule)효과에 의하여 이 필라멘트(32)를 가열시킴과 동시에 가스방출관(12)내에 포함된 가스의 이온화를 가속화시킨다. 제2필라멘트(32)를 통하는 전류의 유동은 변압기(T)의 2차권선(24)에 의하여 제공된다. 본 명세서에서 사용된 특정한 변압기(T)에 있어서, 2차권선(24)은 상술한 바와 같이 페라이트 코어상에 28번선을 18회 군회한 것이다. 2차권선(24)의 단자(D)는 도선(46)에 의해 제2콘덴서(C3)에 연결되어 있다. 도시된 바와 같이, 도선(46)상의 전류는 제2콘덴서(C3)에 의해 미분화되어서 도선(48)으로 출력되며, 그후 이 도선(48)을 따라서 제2필라멘트(32)로 직접 전달된다. 제2콘덴서(C3)는 자신에 연결되어 있는 2차권선(24)의 인덕턴스의 공진 주파수에 의하여 소정의 듀티사이클을 확립시키는 역할도 또한 수행한다.
변압기(T)의 2차권선(24)에 대하여 잠시 설명하면, 1차권선(22)의 단자(A)로부터 단자(B)로의 전압이 증가함에 따라 2차권선(24)의 단자(D)에 대한 단자(C)의전압이 증가되도록 상기 2차권선(24)과 1차권선(22) 사이의 관계가 결정지워져 있음을 제2도로부터 알 수 있는 것이다.
앞서와 같이 제2필라멘트(32)를 통과한 전류는 제2필라멘트 출력도선(80)을 거쳐서 다이오우드(D2)를 통하거나 혹은 상기 출력도선(80)을 거친 후에 트랜지스터(Tr)의 베이스(44)와 에미터(42)에 의해 형성되는 베이스-에미터 접합부를 통한 다음, 도선(51)을 따라 2차권선(24)의 단자(C)로 되돌아온다. 다이오우드(D2)는 예컨대모델번호 IN 4001과 같은 시판되고 있는 공지의 것을 사용한다.
상기 전류가 다이오우드(D2)로 통과될 것인가 혹은 트랜지스터(Tr)로 통과될 것인가는 2차권선(24)에서의 2차전압의 극성에 따라 결정된다. 이와 같이, 발생되는 2차전압의 각각의 반사이클 동안에는 하나의 완전한 전류 유동경로가 존재하게 된다.
본 발명에 의한 전자 밸러스트장치(10)를 더욱 쉽게 이해하기 위하여, 전체적인 밸러스트장치가 제1회로망 및 제2회로망으로 구성되어 있다고 생각하여 보자 제1회로망은 가스방출관(12)을 통하여 제1 및 제2필라멘트(30), (32)의 사이에 전류를 부여하기 위한 것이다. 이와 같은 제1회로망은 양단부가 제1필라멘트(30)와 교류전원(14)에 전기적으로 연결되어 있는 변압기(T)의 1차권(22)을 포함한다. 더욱 상세히 말하면, 이 제1회로망은 제2도에서와 같이 교류전원(14)로부터 다이오우드(D1), 변압기(T)의 1차권선(22), 그리고 제1콘덴서(C2)로 이어지는 전류경로를 제공하는 것이다. 나아가, 이 제1콘덴서(C2)로부터의 전류경로는 제1필라멘트(30), 가스방출관(12)의 저항, 제2필라멘트(32)을 통하여 출력도선(80)으로 연결되고, 결국 도선(34)을 거쳐 교류전원(14)으로 되돌아온다. 이와 같은 제1회로망은 서로 다른 진폭을 갖는 양전압 및 음전압의교대펄스를 제공하기 위한 제공원(源)이 된다. 나머지 제2회망으로부터의 정(正)펄스가 트랜지스터(Tr)의 베이스(44)에 가하여지면, 이 트랜지스터(Tr)가 "온"으로 된다. 이때 콜렉터(38)는 에미터(42)의 전위와 즉시 같게 되고 또한 도선(34)의 전위와도 같게 되는데, 왜냐하면 에미터(42)와 도선(34)의 사이에는 저항이 거의 없기 때문이다. 그후, 전류는 트랜지스터(Tr)와 1차권선(22)을 통하여 도선(36)으로부터 도선(34)으로 유입된다. 이 전류는 1차권선(22)의 단자(A)로부터 가해진 전압에 대한 전압강하를 유발시킴으로써, 단자(B)는 단자(A)보다 더욱더 음의 값을 갖게 된다. 이러한 전류에 의해 생성된 자력선(磁力線)은 변압기(T)의 코어로부터 바깥쪽으로 향해 나아간다.
콜렉터(38)의 전위는 에미터(42)의 전위와 실질적으로 같기 때문에, 1차권선(22)에서 나타나는 전압강하량은 도선(36)과 도선(34)사이의 전위차와 같다.
트랜지스터(Tr)의 베이스(44)에 음전위가 가하여져서 이 트랜지스터(Tr)의 도통상태가 중단되면, 직류전류는 실질적은 0의 값으로 감소되고 음의 자력선은 코일을 향해 붕괴되며, 코일에서는 유도된다. 이 경우에 있어서, 상기와 같이 유도된 전압은 전류가 음으로부터 양으로 흐르도록 하여주는 전원으로서의 역할을 1차권선(22)에 부여하기 때문에, 상기 전압의 방향은 전류를 앞서와 같은 방향으로 흐르도록 유지시키려는 방향이다.
즉, 이제는 단자(B)가 단자(A)에서 보다 더욱 큰 양의 값을 갖게 된다. 일반적으로 유도된 전압값(즉,
Figure kpo00002
은 이 전압은 도선(34), (36)상의 전원에서 보다 크게 하여 주지만, 이때 제1 및 제2필라멘트(30), (32)사이의 가스방출관(12)이 2방향 전압제한기로 된다는 사실은 매우 중요하다. 다시 말해서, 이 가스방출관(12)은 마치 2개의 제너 다이오우드를 뒷면끼리(back-to-back)연결시킨 것과 같은 역할을 하게되며, 따라서 높은 전압의 피이크에 의해 야기되는 트랜지스터(Tr)상에서의 각종의 악영향이 배제된다. 이와 같이, 가스방출관(12)은 다른 방법에 의하였더라면 열로 소산되어 버렸을 에너지에 의한 빛을 발생시킨다.
트랜지스터(Tr)가 "오프"로 되면, 이때에는 단 하나의 전류 유동경로만이 존재하게 된다. 트랜지스터(Tr)는
Figure kpo00003
의 전압펄스를 갖는 콘덴서(C2)의 충전량으로부터, 그리고 전원도선(36)으로부터 전류를 받아 들이지 않는다. 도선(50)은 도선(70)에서 보다 더욱 큰 양의 값을 가지므로, 이 트랜지스터(Tr)가 다시 "온"으로 되어서 콘덴서(C2)가 가스방출관(12)내로 전류를 방출할 경우에는 제1필라멘트(30)가 음극으로, 그리고 제2필라멘트(32)가 양극으로 될 것이다.
제1회로망과 트랜지스터(Tr)를 활성화시킴과 동시에 가스방출관(12)내에서의 가스방출을 제어하기 위한 제2회로망은, 제2콘덴서(C3) 및 제2필라멘트(32)에 연결되어 있는 변압기(T)의 2차권선(24)을 포함한다. 이 제2회로망의 전류경로는 필라멘트 출력도선(80)으로부터 다이오우드(D2) 혹은 트랜지스터(Tr)를 거쳐서 도선(51)으로, 그리고 2차권선(24)의 단자(C)로 이어진다.
전반적인 작동에 있어서, 본 발명의 전자 밸러스트장치(10)는 가스방출관(12)내에서의 충분한 전기적 방출을 가능하게 함으로써, 전원(14)으로부터의 전기 에너지를 가시광(光)으로 변환시켜준다. 스위치(W)를 처음으로 닫기 전에는 밸러스트장치(10)내의 어떤 부분에서도 전압강하가 일어나지 않음은 당연하므로, 트랜지스터(Tr)의 양단에서의 전위차 및 도선(40)과 도선(70)사이의 전위차는 다른 모든 부분에서와 마찬가지로 0이다.
스위치(W)를 처음으로 닫으면, 교류전원(14)에 의한 전류가 밸러스트장치(10)내를 유동하게 되며, 이 전류는 제2도에 도시된 바와 같이 도선(16)과 도선(20)의 사이에 연결된 다이오우드(D1)에 의해 반파정류 된다. 필터콘덴서(C1)는 도선(20)과 전원 귀환도선(34)의 사이에 연결되어서 교류전원(14)과 병렬도 되어 있다. 이 필터콘덴서(C1)는 다이오우드(D1)가 전류를 통과시키는 반사이클 동안, 즉 도선(16)상에 양의 전류가 흐르는 반사이클 동안 충전되며, 나머지 반사이클 동안에서 역바이어스됨으로써 전원(14)으로의 역방전을 방지한다. 이와 같이, 변압기(T)의 1차권선(22)으로 입력되는 도선(36)상에는 직류의 맥동전류가 흐른다.
이때, 트랜지스터(Tr)는 바이어스되지 않았으므로, 이 트랜지스터(Tr)의 양단에는 가스방출관 12내에서의 방전을 발생시킬 만큼의 충분한 전위전차가 존재하지 못한다. 이 트랜지스터(Tr)의 에미터(42)에 대한 콜렉터(38)의 저항은 약간의 누설(leakage)을 제외하고는 대단히 크며, 실용적인 목적으로는 무한대이다. 모든 실용적인 목적에서, 이 트랜지스터(Tr)의 베이스(44)와 에미터(42)에는 전압이 존재하지 않으므로, 이 트랜지스터(Tr)는 "오프"상태에 있게 되며 에미터(42)로부터 콜렉터(38)로 흐르는 전류는 없다. 전류는 단지 도선(40)과 도선(50)으로만 유동되어서 콘덴서(C2)충전시킬 뿐이다. 이와 같이 도선(36)으로부터 1차권선(22) 및 콘덴서(C2)를 통해 도선(70)으로 흐르는 전류는 매우 작으므로, 변압기(T)의 2차권선(24)내에 전압을 유도시키기에는 불충분하다.
변압기(T)는 페라이트 코어형의 것으로서, 이러한 형태의 변압기는 가스방출관(12)을 여기(energizing)시키기에 필요한 전류의
Figure kpo00004
이하의 전류에 의하여서도 신속하게 코어를 포화시킬 수 있다는 사실때문에 사용되는 것이다. 즉, 이 코어는 1차권선(22)상의 전압이 그 피이크값에 도달하기 전에 최대의 자속(磁束)을 2차권선(24)으로 전달시킨다. 포화되기 전에는 1차전압이 연속적으로 증가하므로, 이때에는 서로다른 값의 2차전압이 얻어진다. 콘덴서(C2)의 충전속도는 이 콘덴서(C2)의 용량값 및 가스방출관(12)내의 저항값에 따라 결정되며, 본 명세서내에서 예시된 바와 같이 20W용 F20T12/CW 형광등 가스방출관(12)에 있어서의 저항은 가스방출시에 약 1100Ω이고가스방축 전에는 이보다 크다.
스위치(W)를 일단 열었다가 2번째로 다시 닫으면, 1차권선(22)을 통해 임펄스, 즉 부(副)펄스가 발생된다. 이러한 임펄스는 1차권선(22)상의 전류를 크게 변화시키며, 2차권선(24)은 전체 밸러스트장치(10)내의 전류의 최종 경로내에 충분한 전류를 발생시킴으로써 트랜지스터(Tr)를 "온"상태로 돌입시킨다. 트랜지스터(Tr)가 이와 같이, "온"상태로 되면 콜렉터(38)로부터 에미터(42)로의 전압강하가 매우 작게되며, 따라서 도선(50)상의 콘덴서(C2)는 도선(60) 및 트랜지스터(Tr)를 통하여 귀환도선(34)와 전기적으로 접속된다.
이 시점에서, 콘덴서(C2)는 도선(50)상에서는 양으로, 그리고 도선(70)상에서는 음으로 이미 충전되어 있다. 이 콘덴서(2)는 상기와 같이 도선(60) 및 트랜지스터(Tr)를 통하여 귀환도선(34)에 연결되어 있으므로, 이때에는 음전류가 출력된다. 또, 도선(70)상에는 음의 출력이 가하여지므로, 제1필라멘트(30)는 음극으로 된다. 따라서, 전원(14)의 귀환측의 전위에 연결된 제2필라멘트(32)는 양극으로 된다. 이때, 콘덴서(C2)의 한쪽 끝은 도선(50), (60)과 트랜지스터(Tr)를 통하여 귀환도선(34)에 연결되어 있고, 또한 이 콘덴서(C2)의 다른쪽 끝은 제1필라멘트(30)를 통해 가스방출관(12)에 연결되어서 이 가스방출관(12)의 제2필라멘트(32)로부터 귀환도선(34)으로 이어지는 귀환경로를 형성하므로, 콘덴서(C2)는 가스방출관(12)에 대한 전류원으로 된다.
도선(50)에 연결되어 있는 콘덴서(C2)의 단부는 양으로 충전되며, 이때에는 귀환도선(34)으로 접속된다. 가스방출관(12)으로는 도선(70)을 통해 음전류가 가해지며, 이때 발생된 전압은 본 명세서내에서 예시된 가스방출관(12)의 항복전압입 약 85.0V보다 큰 값이므로, 이때 통상의 광(光)출력이 나타난다. 명백한 바와 같이 가스방출관(12)내의 플라즈마(plasma)는 효과적인 전기저항이다. 가스방출관(12)내의 필라멘트(30), (32)들의 온도는, 콘덴서(C2)로부터의 전압펄스가 가하여지는 한, 전자가 확실히 방출될 수 있도록 하기에 충분히 높은 값으로 유지되어 있다. 본 명세서내에 기재된 바와 같은 20.0W용 가스방출관(12)에 있어서, 이 가스방출관(12)의 전기저항은 약 1100Ω이다. 즉, 이 가스방출관(12)과 직렬로 연결되어 있는 콘덴서(C2)의 시정수는 약 50.0μsec이다.
변압기(T)의 2차권선(24)은 콘덴서(C3)에 의해 미분화된 신호를 트랜지스터(Tr)의 베이스(44)에 가하여 진다. 즉, 트랜지스터(Tr)에는 좁은 펄스가 가하여지며, 이 트랜지스터(Tr)가 일단 "온"상태로 되면 2차권선(24)내의 전류가 실질적으로 1로 될 것이며, 따라서 트랜지서터(Tr)가 "오프"상태로 바꾸어진다. 이와같은 사이클은 반복적이므로, 콘덴서(C2)는 상술한 바와 같이 재차 충전된다.
이러한 사이클을 다시 살펴보면, 변압기(T)가 포화되어 있을때에 다이오우드(D2)에는 양의 전압펄스인 전위가 가하여지며, 이 전압펄스는 트랜지스터(Tr)의 베이스 에미터 접합부에도 또한 가하여진다. 이와같은 양의 펄스는, 변압기(T)로 향하는 도선(40)에서의 전압이 도선(36)에서 보다 낮음에 기인하는 것이다.
즉, 도선(51)상에는 2권차선(24)을부터 발생된 양의 신호펄스가 존재한다.
다이오우드(D2)는 역방향으로 바이어스되어 있기 때문에, 도선(51)상에 양의 펄스가 존재할 경우에는 이 다이오우드(D2)가 도통되지 못한다. 베이스-에미터 접합은 순방향 바이어스이므로 도통되며, 또한 도선(51)과 도선(62)사이의 전압강하(본 명세서에서 대해서는 약 1.0V)를 제한한다. 이때 트랜지스터(Tr)는 "온"상태로 되며, 이와 같은 트랜지스터(Tr)의 "온"상태가 지속되는 동안에는 2차권선(24)내에 전압이 유도됨과 동시에 도선(40)상의 전위가 거의 0로 된다.
트랜지스터(Tr)가 포화상태로부터 벗어나면, 도선(51)이 음으로 된다. 이때에는 다이오우드(D2)가 순방향으로 바이어스되고, 트랜지스터(Tr)의 베이스-에미터 접합이 역방향으로 바이어스된다. 다이오우드(D2)를 통하여서는 2차전류가 흐르고, 다이오우드(D2)에 걸리는 전압은 도선(51)상에서 도선(62)에 대해 -1.5V로 클램프된다. 도선(40)은 거의 0의 값으로부터 양의 값으로 변한다. 즉, 도선(40)과 도선(36)의 사이에는 또다시 전류가 흐르게 되며, 양의 극성을 갖는 펄스가 콘덴서(C2)를 거쳐 도선(70)상에 가해진다. 이와같은 양의 극성을 갖는 펄스는 가스방출관(12)의 제1필라멘트(30)에 가해지고, 따라서 플라즈마 점화가 계속유지된다.
제2도의 회로도로부터, 도선(40)과 도선(51)의 사이에 별도의 저항을 위치시킬 수도 있음이 이해될 것이다. 이와같은 저항을 위치시키면, 2차권선(24)에 입력되기에 필요한 펄스는 스위치(W)를 한번 닫기만 하여도 발생될 수 있다. 즉, 도선(40)과 도선(51)의 사이에 저항이 삽입되었을 경우, 변압기(T)가 일단 포화상태에 도달하면 밸러스트장치(10)의 전체사이클을 개시시키기 위한 펄스가 발생된다.

Claims (5)

  1. 발진신호를 발생시키기 위한 1차권선 및 2차권선이 있으며 전원에 연결되어 있는 제1변압기 수단과, 상기 발진신호에 응답하는 전류신호를 스위칭할 수 있도록 제1변압기 수단에 피이드백 연결되어 있는 제1 및 제2트랜지스터 수단과, 상기 전류신호에 응답하는 유도전압신호를 발생시키기 위한 탭권선(tapped winding) 및 한쌍의 2차권선을 가진 제1 및 제2역전변압기(inverter transformer)수단과, 이들 역전변압기 수단의 탭권선과 가스방출관의 제1필라멘트에 연결되어서 상기 유도전압신호를 이 제1필라멘트에 방전시키기 위한 제1 및 제2결합콘덴서와, 상기 역전변압기 수단들의 탭권선 및 2차권선에 연결되어서 이들 역전변압기 수단에서 발생된 신호펄스의 듀티사이클 및 공진주파수를 변화시키기 위한 제1 및 제2콘덴서 동조수단으로 구성되는, 각각 제1및 제2필라멘트를 가지고 있는 한쌍의 가스방출관의 적어도 하나를 위한 전원에 연결되는 전자 밸러스트 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2콘덴서 동조수단은 상기 가스방출관중의 적어도 하나를 밸러스트장치로부터 떼어냈을 때에 상기 제1 및 제2트랜지스터 수단에 파괴전압 신호가 발생되는 것을 방지하도록 되어 있는 전자 밸러스트 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2콘덴서 동조 수단에는, 상기 가스방출관중의 하나에 있어서의 제1 및 제2필라멘트와 병렬로 연결되어 있는 최소한 한개의 제1동조콘덴서와, 상기 역전변압기 수단들의 적어도 하나에 있어서의 1차 탭권선에 병렬로 연결되어 있는 최소한 한개의 제2동조콘덴서가 포함되는 전자 밸러스트장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1동조콘덴서는 상기 역전변압깅 수단들의 적어도 하나에 있어서의 2차권선과도 또한 병렬로 연결되어 있는 전자 밸러스트장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2동조 콘덴서는, 가스방출관중의 적어도 하나를 밸러스트장치로부터 전기적으로 떼어냈을때에 상기 제1 및 제2트랜지스터 수단들의 적어도 하나에 있어서의 도통시간 간격을 이들 제1 및 제2트랜지스터수단들의 비도통시간 간격에 비해 증가시키기 위한 예정된 용량값을 갖도록 되어 있는 전자 밸러스트장치.
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