KR930011849B1 - 방전등 점등장치 - Google Patents

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KR930011849B1
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츠도무 카키타니
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도오시바 라이텍쿠 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

방전등 점등장치
제1도는 본 발명에 따른 방전등 점등장치의 개략을 나타낸 블록 구성도.
제2도는 제1도의 방전등 점등장치를 구체적으로 나타낸 회로 구성도.
제3도는 본 발명의 방전등 점등장치에 따라 실현하는 각종의 방전등에 대응한 부하특성을 나타낸 그래프.
제4a도 내지 제4c도는 상기 방전등 점등장치의 인버터회로의 2차전압, 램프전류 및 발진주파수의 경시(經時)변화를 나타내는 타이밍 챠아트.
제5도는 상기 방전등 점등장치의 시동시에 있어서의 방전등에 대응한 부하특성의 변화를 나타낸 도면.
제6도는 상기 방전등 점등장치의 작동을 설명하기 위한 플로우 챠아트.
제7a도 및 제7b도는 시동시 및 40W의 방전등의 점등시에 있어서의 메모리의 일람표 예를 표시한 도면.
제8도는 제1도의 방전등 점등장치의 별도의 구체예를 나타낸 회로 구성도.
제9도 내지 제13도는 제1도에 나타낸 방전등 점등장치의 각각 별도의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 교류전원 14 : 정류 평활회로,
16, 161~164: 인버어터 회로 18, 181, 182: 방전등
20, 20' : 발진회로 22, 22' : 제어부
24, 26, 27, 70, 72, 140 : 트랜지스터
28, 30, 36, 46, 54, 56, 58, 66, 68, 90, 92, 128 : 콘덴서
32, 32' : 인버어터 트랜스 34 : 전류 트랜스
38 : 메모리 40 : 연산회로(CPU)
42, 43 : 인터페이스 회로 44 : 반도체 스위치
50 : 초오크 52 : 정류회로
60, 62, 64, 114 : 다이오드
74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 100, 116, 118, 120, 122, 124, 126 : 저항
88 : 제너 다이오드 94, 96 : A/D 콘버어터
98 : D/A콘버어터 106 : V/F 콘버어터
108 : 비교기 110, 112 : 직류전원
132 : 반전회로 144 : 듀티콘트롤러
146 : 오어회로 PT : 전압검출코일
본 발명은 방전등 점등장치에 관한 것으로, 특히 고주파로 점등시키는 것으로써, 복수종류의 방전등의 점등이 가능하고, 각 방전등의 정격에 대응하여 자동적으로 적절한 구동을 행할 수 있는 방전등 점등장치에 관한 것이다.
일반적으로, 형광등과 같은 방전등은, 그의 시동방식에 따라서 예열형 램프, 래피드 스타트형 램프등이 있다.
이와 같은 방전등은, 출력별로 예를 들면 FL(예열형 램프) 20형(20W), FLR 40형(래피드 스타트형 램프)(40W), 그리고 FLR 110형(110W)등의, 여러종류의 정격을 가지고 있다.
이들의 각 정격의 방전등은, 각각 다른 전압-전류 특성의 커브(curve)를 가지고 있으며, 이 때문에, 각각의 방전등으로 다른 부하커브를 갖는 인버어터 장치에 의하여, 각각 구동되도록 되어 있다.
예를 들면, 110W용 방전등의 인버어터 장치는, 부하전류가 ＂0＂인 경우에 480V 정도의 시동전압을 발생하고, 방전등 시동후에는 0.6A 정도의 부하전류를 공급할 필요가 있는등, 각 정격 마다의 방전등에 따라서, 다른 시동전압 및 점등전류를 공급할 필요가 있다. 이 때문에, 종래에는 방전등 각각의 정격에 따라서, 각 방전등 전용의 인버어터 장치를 사용하고 있다.
그러나, 이와 같이 각종 방전등에 대응하여 다른 인버어터 장치를 사용하는 것은, 인버어터 장치의 종류도 많게 되어, 방전등을 사용하는데에 복잡하게 되는 점이 있었다.
또, 소량 다품종 생산에 의해 인버터 장치를 제조할 필요가 있고, 장치의 가격 상승 및 설계상의 복잡등의 면에서 불합리한 점이 발생하였다.
본 발명이 목적은, 여러종류의 정격을 갖는 복수 방전등의 공용이 가능하고, 저가격으로 또한 설계상의 곤란함을 해소하여 신뢰성이 높은 방전등 점등장치를 제공하는 것에있다.
본 발명은 복수종류의 정격을 갖고 점등되는 방전등에 고주파 전원을 공급하기 위한 인버어터 수단과, 상기 인버어터 수단부터 상기 방전등에 인가되는 부하전압을 검출하는 전압검출 수단과, 상기 인버어터 수단부터 상기 방전등에 공급되는 부하전류를 검출하는 전류검출 수단과, 상기 전압검출수단과 및 상기 전류검출 수단의 검출출력에 의하여 상기 인버어터 수단의 상기 방전등에 대한 전류공급동작을 제어하는 제어수단과, 상기 제어수단을 포함하는 상기 방전등에 시동시에 상기 인버어터 수단의 출력을 상승시키는 시동전압 변화수단과, 상기 방전등의 점등시에 있어서의 시동전압에 대응하여 상기 방전등의 종류의 구별을 식별하는 방전등 식별수단과, 상기 방전등 식별수단의 출력에 의하여 식별된 상기 방전등의 종류의 구별에 대응하여 해당 방전등의 점등전압 및 전류를 제어하는 점등제어 수단으로 구성되는 방전등 점등장치를 제공하는데 있다.
[실시예]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도는, 본 발명의 실시예로서, 방전등 점등장치의 개략 구성을 나타낸 것이다.
동도면에 있어서, 방전등 점등장치는, 교류전원(12)과, 이 교류전원(12)에 접속되어 교류전원을 직류화하는 정류평활회로(14)와, 이 정류평활회로(14)에 접속된 인버어터 회로(16)와, 이 인버어터 회로(16)에 접속된 것으로 예를 들면 형광등 등의 조명부하로서의 방전등(18)과, 상기 인버어터 회로(16)에 접속된 발진회로(20)와, 이 발진회로(20)를 제어하는 제어부(22)로 구성되어 있다.
상기 인버어터 회로(16)는, 정류평활회로(14)의 직류출력 단자 사이에 직렬로 접속된 스위칭 트랜지스터(24) 및 (26)과, 콘덴서(28) 및 (30)을 가지고 있다.
또한, 인버어터 회로(16)는, 상기 스위칭 트랜지스터(24) 및 (26)의 접속점과 콘덴서(28) 및 (30)의 접속점 사이에 1차 코일이 예를 들된 인버어터 트랜스(32)와, 전류 트랜스(CT)(34)와, 시동용 트랜스(36)등으로 구성된다.
또한, 제어부(22)는, 마이크로 센서등으로 구성되는 연산회로(CPU)(40), 메모리(38), 인터페이스 회로(42)등을 갖는 구성으로 된다.
제2도는, 제1도의 방전등 점등장치를 구체적으로 나타낸 회로구성도이다.
동도면에 있어서, 정류평활회로(14)는, 반도체 스위치(44), 콘덴서(46)가 병렬로 접속된 교류전원(12)의 양단 사이에, 트랜스(48), 초오크(50)를 개재하여 접속한 정류회로(52)와, 이 정류회로(52)에 병렬로 접속된 트랜스(54),(56),(58)를 가지고 있다.
또한, 정류평활회로(14)는, 전류회로(52)의 출력을 평활하기 위한, 도시한 극성의 다이오드(60),(62),(64)와 콘덴서(66),(68)와를 갖는 구성으로 되어있다.
상기 인버어터 회로(16)는, 제1도에 나타낸 트랜지스터(24),(26) 및 콘덴서(28),(30)의 다른쪽에, 발진회로(20)로부터의 출력에 의하여 제어되는 트랜지스터(70),(72)와, 저항(74),(76),(78),(80),(82),(84),(86), 제너다이오드(88) 및 콘덴서(90),(92)를 갖고 구성된다.
상기 제어부(22)는, 상기 메모리(38), CPU(40), 인터페이스 회로(42)를 가짐과 동시에, 인버어트 트랜스(32)의 전압검출 코일(PT) 및 전류 트랜스(34)로부터의 신호를 A/D 변환하는 A/D 콘버어터(94),(96), CPU(40)의 출력을 D/A 변환하는 D/A 콘버어터(98)와, 저항(100), 콘덴서(102),(104)등으로 구성된다.
상기 발진회로(20)는, 예를 들면 전압-주파수 변환을 행하는 V/F 컨버어터(106)를 가지고 있다.
또, 발진회로(20)는 비교기(108), 직류전원(110),(112), 다이오드(114), 저항(116),(118),(120),(122),(124),(126)과, 콘덴서(128)등을 가지고 도시한 바와 같이 구성되어 있다. 제2도의 장치에 있어서, 교류전원(12)이 온되면, 교류전원이 정류평활회로(14)에 의해 직류로 되고, 인버어터 회로(16)에 인가된다.
인버어터 회로(16)에 있어서는, 발진회로(20)부터 공급된 고주파 신호에 의하여, 스위칭 트랜지스터(24),(26)가 교호로 온,오프된다.
그렇게 하면, 인버어터 트랜스(32)의 1차 코일에 고주파 전원의 전압이 인가된다.
이것에 의해, 주지한 바와 같이, 콘덴서(36)의 작동에 의해, 방전등(18)의 예열이 행하여 진다. 그후, 방전등(18)이 양전극 사이의 전압이, 시동전압 이상으로 도달되면, 방전등(18)이 점등된다.
방전등(18)의 점등에 의해, 이 방전등(18)에 흐르는 전류 및 인가되는 전압에 대응하는 신호가, 전류 트랜스(34) 및 인버어터 트랜스(32)의 전압검출 코일(PT)에 의해, 각각 취출되고, 인터페이스(42)를 통하여 CPU(40)에 입력된다.
CPU(40)는, 상세히 후술하는 바와 같이, 방전등(18)의 시동전압부터 이 방전등(18)의 정격을 검출한다.
그리고, 이 방전등(18)의 정격에 대응하는 전원전압을, 인버어터 회로(16)부터 출력시켜, 그 이후의 제어를 행하도록 되어 있다. 이 경우, 인버어터 회로(16)의 출력조정은, 발진회로(20)의 발진주파수, 즉, 입력전압에 따라서 출력주파수를 변화시키는 V/F 콘버어터(106)의 출력주파수를 조정함으로써 행하여진다.
여기서, 상기 발진 주파수가 높게 되면, 인버어터 회로(16)의 출력이 낮게 되고, 역으로 발진 주파수가 낮게되면 인버어터 회로(16)의 출력이 상승된다.
이와 같은 성질을 이용하여, 제어부(22)는, 방전등(18)의 정격에 적응하도록, 인버어터 회로(16)의 부하커브를 제어한다.
제3도는, 예를 들면 20W형,40W형, 110W형의 각종 방전등에 대응한 부하특성을 나타낸 그래프를 표시한 것으로, 상기 방전등(18)의 종별에 따라서, 인버어터 회로(16)의 출력전압, 및 전류가 CPU(40)에 의해 제어된다.
다음에, 제3도의 부하특성을 나타낸 그래프, 제4a도 내지 제4c도의 타이밍 챠아트, 제5도의 시동시에 있어서의 방전등에 대응한 부하특성도 및, 제6도의 플로우 챠아트를 참조하여, 본 발명의 동작을 설명한다.
즉, 제1도의 장치에 있어서, 예를 들면 40W(FLR 40형)의 방전등(18)이 장착되어 있는 것으로 한다.
이 경우, 교류전원(12)이 온되면, 제어부(22)의 CPU(40)는, 먼저 스텝(ST1)에 있어서, 인버어터 회로(16)의 출력전압, 즉 인버어터 트랜스(32)의 2차전압(V20)의 초기치를 설정한다. 예를 들면 이 초기치는, 시간(t0)으로 제4a도에 나타낸 바와 같이 100V로 설정된다.
다음에 스텝(ST2)에 의하여, 상기 2차전압을 상기 초기치의 100V로부터 10V씩 상승시킨다.
그리고, 스텝(ST3)에 있어서, 이 2차전압(V20)이 예를 들면 600V 보다 작은지 여부가 판정된다.
여기서, 상기 2차전압(V20)이 600V 이상되면, 이것은 이상으로 판단되어, 스텝(ST4)으로 이행되고, 인버어터 트랜스(32)의 1차측의 발진을 정지시킨다.
한편, 스텝(ST3)에서 상기 2차전압(V20)이 600V 보다 작은 것이 되면, 스텝(ST5)으로 진행하여 램프전류의 유무를, 전류 트랜스(34)의 출력으로부터 검출한다.
다음에, 스템(ST6)은, 상기 램프전류의 검출에 의해 방전등(18)이 점등하였는지 여부를 판정한다. 이 스텝(ST6)으로, 방전등(18)이 점등되었으면, 스텝(ST12)으로 되돌아서 상기 2차전압(V20)을 10V 상승시킨다.
이와 같이하여, 제4a도에 나타낸 바와 같이, 인버어트 트랜스(32)의 2차전압(V20)을, 예를 들면 10V씩 상승시켜 방전등(18)의 점등을 감시한다(시간 t0-t1).
그리고, 예로는 제4b도에 나타낸 바와 같이, 시간(t1)에 있어서, 스텝(ST5)으로 램프전류가 검출되고(0.1A), 스텝(ST6)으로 방전등(18)이 점등되면, 스텝(ST7)으로 진행하여 방전등(18)의 점등시의 시동전압(V20)의 값을 판정한다. 이 경우, FLR 40형(40W)의 방전등이 장착되어 있으므로, 시간(t1)에 있어서의 2차전압(V20)은, FLR 40형의 시동전압의 개략 평균 전압인 300V에 도달한다.
스텝(ST7)으로 판정된 시동전압(V20)이, 200V 보다 낮으면, FL 20형, 즉 20W의 방전등이 장착되는 것으로 판단하고, 대응하는 FL 20용의 점등 루틴을 실행하여 이 방전등(18)의 동작조건을 적절한 범위로 유지한다.
또한, 상기 스텝(ST7)으로, 시동전압(V20)이 200V 이상이면, 스텝(ST8)로 진행되고, 시동전압(V20)이 350V 보다 낮은지 여부를 판정한다.
이 스텝(ST8)으로, 시동전압(V20)이 200V 이상이고 또한 350V 보다 낮으면, FLR 40형, 즉 40W의 방전등이 장착되어 있는 것으로 판정하여, 대응하는 FLR 40용의 점등 루틴을 실행한다(시간 t2이후).
상기 스텝(st8)에 있어서, 시동전압(V20)이 350V 이상이면, 이경우 FLR 110형, 즉 110W의 방전등이 장착되어 있는 것으로 판정된다.
따라서, 대응하는 FLR 110W용의 점등 루틴을 실행한다. 각 점등 루틴은, 방전등의 종류별에 따라서, 미리 제어부(22)내의 메모리(38)에 기억시키고 있는 램프 전류치에 대응한 전류를 공급하고, 점등상태를 유지하는 것이다.
제7a도 및 제7b도는 시동시 및 40W의 방전등의 점등시에 있어서의 메모리의 일람표예를 나타낸 도면이다.
이것에 의하면, 예를 들면 제7a도에 나타낸 시동시에서는, 램프전류(IR)이 0.01A 마다로, 시동전압(V20)이 10V 마다로, 그리고 발진 주파수(f)가 0.5KHz 마다로, 각각의 수치의 경우에 대응한 값이 기억되어 있다.
동일하게, 제7b도에 나타낸 점등시에도, 램프전류(IR)가 0.01A 마다로, 시동전압(V20)이 10V 마다로, 그리고 발진주파수(f)가 0.5KHz 마다로, 각각의 수치의경우에 대응한 값이 기억되어 있다.
이와 같이, 메모리(38)에는, 각 정격의 램프에 적합한 부하 커브 특성데이타가 기억되어 있다.
그리고 방전등(18)의 점등후에는, 이들의 데이타에 의하여 인버어터 회로(15)의 출력을 적절한 동작점으로 유지하는 것이다.
더우기, 상술한 방전등 점등장치는, 하프 브리지형의 것으로 설명하였지만, 본 형식에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 폴브리지형이나 그와 다른형의 것이어도 좋다.
또한, 방전등은 형광등으로서 FL 20형, FLR 40형, FLR 110형으로 하였지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
램프정격은, 물론 이들 이외의 것이예를 들 좋고, 예를 들면 링형상의 FCL형 램프나, U자형의 FPL형 램프라도 좋은 것이다.
또한, 방전등은 1개의 방전등 점등장치에 1개를 장착한 예를 나타내었지만, 복수개를 직렬로 접속한것, 또한 병렬접속한 것도 좋다.
제8도는, 제1도의 방전등 점등장치의 별도의 구체예를 나타낸 회로 구성도이다. 더우기, 제8도에 있어서, 제3도와 동일부분에는 동일의 참조부호를 부여한 것으로 하고, 제3도의 회로구성도와 다른 부분의 구성을 설명한다.
즉, 정류평활회로(14) 및 인버어터 회로(16)는 공통의 구성이다.
그리고, 제어부(22')는 제3도의 제어부(22)로부터 A/D 콘버어터(98)를 제거한 구성으로 되어있다.
또한, 발진회로(20')는 CPU(40)의 출력을 인터페이스 회로(43)로 받은 후, 반전회로(132) 및 버퍼 회로(134)을 통하여 인버어터 회로(16)로 보내도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 방전등 점등장치에 의하면, CPU(40)내의 클럭수를 변화시킴으로써, 발진회로(20')의 출력주파수를 조정한다. 그리고, 이와 같은 성질을 이용하여, 제어부(22')가 방전등(18)의 정격에 적응하도록, 인버어터 회로(16)의 부하 커브를 제어한다.
제9도 내지 제13도는, 제1도에 나타낸 인버어터 회로의 각각 별도의 회로 구성예를 나타낸 도면이다.
더우기, 제9도 내지 제13도에 나타내는 회로 구성도에 있어서, 상술한 실시예와 동일부분에는 동일의 참조부호를 부여하고, 다른 부분의 구성만 설명한다.
제9도는, 폴브리지형의 방전등 점등장치의 예를 나타낸 것으로, 스위칭 트랜지스터(24),(26)이외에 또 2개의 스위칭 트랜지스터(25),(27)를, 인버어터 회로(161)내에 갖춘 구성이다.
또한, 이들의 스위칭 트랜지스터(24),(25),(26),(27)는, 제어부(22)의 인터페이스회로(42)로부터의 신호를 받는 구동회로(21)에 의하여 제어되도록 되어있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제1도에 나타낸 하프브리지형의 방전등 점등장치에 비하여, 스위칭 트랜지스터의 부담을 경감할 수 있다.
따라서, 대용량 부하에 적합한 것으로 된다.
제10도는, 하프브리지형을 변형한 방전등 점등장치의 예를 나타낸 것으로, 제1도에 나타낸 방전등 점등장치의 인버어터 회로(16)로부터, 전압분할용의 콘덴서(28),(30)를 제거하고, 스위칭 트랜지스터(24),(26)의 접속전과 인버어터 트랜스(32)의 1차코일과의 사이에 콘덴서(29)를 추가하고 있다.
또한, 상기 스위칭 트랜지스터(24),(26)는, 구동회로(21)에 의해 제어하도록 되어있다.
제11도는, 1석식 인버어터 회로(163)의 예를 나타낸 것으로, 인버어터 트랜스(32)의 1차코일과 병렬로 공진용의 콘덴서(136)가 접속되어 있음과 동시에, 방전등(18)의 양단사이에 시동용의 콘덴서(138)가 접속된다.
또한, 상기 인버어터 트랜스(32)의 1차 코일과 직렬로, 스위치 트랜지스터(140)와 다이오드(142)의 병렬회로가 접속된다. 상기 스위칭 트랜지스터(140)는, 듀티 콘트롤러(144)에 의하여 제어된다.
이 듀티 콘트롤러(144)는, 전류 트랜스(CT)(34) 및 인버어터 트랜스(32)의 전압검출 코일의 출력이 입력되는 오어회로(146)의 출력에 대하여 상기 스위칭 트랜지스터(140)를 제어하는 것이다.
또한, 제12도는, 소위직결형 하드브리지 인버어터 회로(164)를 사용한 예를 나타낸 것으로, 스위칭 트랜지스터(24),(26)의 접속점에는, 초우크 코일(148)을 개재하여 전류 트랜스(34)가 접속된다.
또한, 방전등(18)의 양단사이에 시동용 콘덴서(138)가 접속된다. 이와 같이, 이 인버어터 회로(164)로는, 전술한 실시예와 같이 인버어터 트랜스(32)를 사용하지 않음으로, 장치의 소형화를 도모할 수가 있다.
제13도는 인버어터 회로내에 발라스트를 사용한 것으로, 방전등을 2개 직렬로 접속한 예를 나타낸 것이다.
동도면에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터(24),(26)의 접속접과 인버어터 트랜스(32')의 1차코일과의 사이에, 별도의 인덕턴스 와로 발라스트(150)를 접속함과 동시에, 상기 1차코일에 병렬로 콘덴서(152)를 접촉한다.
또한, 인버어터 트랜스(32')의 2차코일측에는, 2개의 방전등(181), 및 (182)이 직렬로 접속된다.
이와 같은 구성에 의하면, 방전등 1개에 대하는 방전등 점등장치의 소형화가 가능하고, 인버어터 트랜스의 설계도 용이하다.

Claims (1)

  1. 복수종류의 정격을 갖고 점등되어야 하는 방전등에 고주파 전원을 공급하기 위한 인버어터 수단과, 상기 인버어터 수단부터 상기 방전등에 인가되는 부하전압을 검출하는 전압검출 수단과, 상기 전압검출 수단의 검출출력에 기초하여 상기 인버어터 수단의 상기 방전등에 대한 전원공급 동작을 제어하는 제어수단으로서, 상기 방전등의 시동시에 상기 인버어터 수단의 출력을 상승시키는 시동전압 변화수단과, 상기 방전등의 시동전압에 따라서 상기 방전등의 종류를 식별하는 방전등 식별수단과, 상기 방전등 식별수단의 출력에 기초하여 식별된 상기 방전등의 종류에 따라서 이 방전등의 점등전압 및 전류를 제어하는 점등제어수단으로 구성되는 제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 방전등 점등장치.
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