KR940001701Y1 - 형광등용 안정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

형광등용 안정기

제1도는 종래의 형광등 안정기의 기본회로도.

제2도 (a)는 제1도의 입력 파형도.

제2도 (b)는 제1도의 평활용 콘덴서가 없을때의 전압 파형도.

제2도 (c)는 제1도의 평활용 콘덴서 양단의 전압 파형도.

제2도 (d)는 입력 전류 파형도.

제3도는 본 고안에 따른 형광등 안정기의 블럭 다이어그램.

제4도는 제3도의 상세 회로도.

제5도 (a)는 제4도의 입력 전압 파형도.

제5도 (b)는 제4도의 코일(10)이 없을시 평활용 콘덴서 양단의 전압 파형도.

제5도 (c)는 제4도에서 코일(10)이 있을 경우의 평활용 콘덴서 양단의 전압 파형도.

제6도 (a)는 역율 개선용 콘덴서(27)에 정현파가 인가 되었을 경우의 입력 파형도.

제6도 (b)는 역율 개선용 콘덴서(27)에 정현파가 인가 되었을 경우의 출력 파형도.

제7도 (a)는 제4도에서 코일(10)이 없을시의 입력 전압과 DC맥류 출력과의 전압 위상차를 도시한 파형도.

제7도 (b)는 제4도에서 코일(10)이 있을시의 입력 전압과 DC맥류 출력과의 위상차를 도시한 파형도.

제7도 (c)는 제4도에서 코일(10)과 역율 개선용 콘덴서(27)가 있을시의 입력전압과 DC맥류 출력과의 전압위상차를 도시한 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 노이즈 필터 2 : 정류 및 역률 개선회로

3 : 스타트 회로 4 : 인버터

5 : 발진회로 6 : 필터

7 : 부하 8 : 경보회로

27 : 전압 퀘환용 콘덴서 42,43 : 인버터용 트랜지스터

51 : 트랜스 포머

본 고안은 형광등용 안정기에 관한 것으로서 특히 입력 전압이 변동하더라고 부하의 안정화를 도모할 수 있는 형광등용 안정기에 관한 것이다.

철심형 쵸크 코일을 사용한 재래식 형광등용 안정기는 전원 전압의 변동에 따라 점등 개시 상태가 고르지 못하고, 자체 전력 손실이 크며, 중량이 매우 무거울 뿐만 아니라 소음 역시 크게 발생하게 되는바, 이를 개선 하기 위해서 종래의 형광등용 안정기는 제1도에 도시한 바와 같이 구성 되었던바, 이러한 안정기는 상용의 교류 전원을 브릿지 다이오드(BD)를 사용하여 정류한 뒤 대용량의 평활용 캐패시터(C1)를 통과함으로써 리플성분을 거의 포함하지 않은 직류 전원을 인버터에 공급하고 있다. 그런데 제2도(d)와 같이 정류후에 전류는 아주 작은 구간 동안만 흐르게 되는바, 이것은 전해 콘덴서(C1)의 용량이 매우 크기 때문에 입력 전압의 변화량 만큼 입력 전류의 변화량을 대응해 주지 못하게 되므로 전류가 흐르는 구간이 작기 때문에 다시 말하면 제2도(d)의 전류파형은 제2도(a)에서 보인 정현파 특성의 전압 파형과는 달리 일부 구간에서만 순간적인 펄스 형태로 나타나기 때문에 역률이 매우 낮게 되는 경향이 있다. 따라서, 부하에 공급되는 평균 전력을 Pave, 입력 전압의 실효치를 Vrms, 입력 전류의 실효치를 Irms라고 가정할 경우 역률 PF(Power Factor)=Pave/Vrms X Irms에서 Pave=VXI가 최대일 때 역률도 최대가 되는바, 전압에 대한 전류가 좁은 구간에서만 존재하므로 동일한 출력을 얻기 위해서는 전압 변화량의 비율만큼 전류도 비례하여 변해야만 한다.

따라서, 본 고안은 이러한 사정을 감안하여 전류와 전압의 위상차를 줄임으로써 역률을 개선시키고, 입력 전압의 변동에 의한 부하의 안정화를 도모하기 위한 형광등용 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 교류 입력 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 정류회로와, 이렇게 발생된 직류전압을 입력받아 형광등의 점등을 개시하기 위한 신호를 발생하는 스타트 회로와, 이 스타트 회로에서 생성된 신호에 의해 온/오프동작을 반복하는 인버터 회로와, 이 인버터 회로의 작동시 형광등의 쵸코코일에 발진 전압을 인가하여 형광등을 점등 시키기 위한 발진 회로를 구비한 통상의 형광등용 안정기에 있어서, 정류회로의 전단에 설치되어 입력 전류의 흐름구간을 넓혀 전류와 전압의 위상차를 작게 하기 위한 노이즈 필터와, 입력전압의 변동에 대한 부하(형광등)의 안정화를 도모하도록 부하단에서의 발진 전압을 교류 입력단으로 궤환시키기 위한 역률 개선회로 및, 부하의 단선과 발진 정지시 이를 시각적으로 경보하기 위한 경보회로로 구성시켜서 된 것이다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 고안에 따른 형광등용 안정기의 블럭 다이어 그램인바, 교류 전압 입력은 노이즈 필터(1)에 인가되는데, 이 노이즈 필터(1)는 교류 전압 입력 파형의 상승 및 하강구간에서 그의 전체 구간폭을 넓혀 제1도에 도시한 브릿지 방식보다도 많은 시간동안 전류가 흐를 수 있도록 한다. 즉, 이노이즈 필터(1)는 전류와 전압의 위상차를 좁혀 효율을 증가시킨다.

이렇게 위상차가 좁혀진 교류 전압 신호는 정류 및 역률 개선회로(2)에 제공되어 직류 전압으로 변환되 뒤 그의 일부는 스타트 회로(3)에 인가되어 형광등의 스타트 타임을 결정하게되고, 정류된 신호의 다른 일부는 인버터(4)에 제공된다.

그런데, 이 인버터(4)가 작동됨에 따라 발진회로(5)가 작동되어 필터(6)를 통해 형광등으로된 부하(7)가 점등하게 된다.

한편, 경보 회로(7)는 부하(형광등)의 코일이 단선 되었을 경우 이를 경보하기 위한 신호(시각적 또는 청각적)를 발생시키게 되는바, 제4도를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

제4도는 제3도에 도시한 본 고안에 따른 형광등용 안정기의 상세 회로도인바, 우선 교류 입력 전압은 노이즈 필터(1)를 구성하는 코일(10)과 콘덴서(11, 12, 13)를 거쳐 다수의 다이오드(21, 22, 23, 24) 및 전해 콘덴서(25)와 평활용 콘덴서(26)로된 정류 및 역률 개선회로(2)에 인가되어 직류 전압으로 변환된다.

전원 투입후 직류 전압은 스타트 회로(3)의 저항(30)과 콘덴서(31)에 인가되어 이들에 의한 시정수에 의해 스타팅 타임을 결정하게 된다. 이때 저항(30)을 통과한 전압은 인버터 회로(4)내에 있는 저항(40)과 다이오드(41)를 경유하여 트랜지스터(42)의 콜렉테터에 인가된다.

또한, 다이액(32)을 경유한 스타트 전압은 트랜지스터(42)의 베이스에 제공됨과 동시에 발진회로(5)내의 콘덴서(50)에 충전되었던 전류가 방전하게 된다.

콘덴서(50)가 방전하게 되면, 트랜스 포머(51)의 1차측 권선(N1)에는 역기 전력이 발생하여 콘덴서(52)를 통해 전류가 충전하게되면서 인버터 회로(4)내의 트랜지스터(43)가 턴온된다.

트랜지스터(43)가 서서히 증가하여 포화 상태로 되면, 트랜지스터(43)의 베이스 전류는 급격히 작아지게 되고, 콘덴서(52)는 충전을 중단하고 방전을 하게된다.

콘덴서(52)의 방전이 완료되면, 콘덴서(50)가 충전하게 된다.

이렇게, 트랜지스터(42)와 (43)이 온/오프(발진)할 경우, 트랜스 포머(51)의 N3측 코일을 통해 쵸크 코일(9A,9B)에 발진 전압이 인가된다. 그리고, 쵸크 코일(9A,9B)에 연결된 필터(6)는 고압에서 발생된 전자파 방사를 규제하기 위한 것이다. 이렇게 필터(6)를 통과한 발진 신호는 형광 램프(70,71)에 인가되어 형광램프(70, 71)를 점등 시키게 된다.

한편, 이러한 형광램프(70, 71)의 작동시 형광램프(70,71)의 히터코일 단선이나 발진정지시에 경보회로(8)의 동작을 살펴보면, 형광등(70, 71)이 정상적으로 점등되어있을 경우 경보회로(8)내의 저항(80, 81)에 의해 트랜지스터(82)는 턴온상태를 유지하므로 다이오드(83)와 저항(84)을 경유한 전류는 트랜지스터(82)의 콜렉터-에미터를 통해 접지로 바이패스되어 발광 다이오드(85)는 오프된다. 그러나 형광등(70, 71)의 히터 코일이 끊어졌거나, 발진 정지등의 요인으로 인해 형광등이 정상동작을 하지 못할 경우 저항(80, 81)에는 기준전압이 인가되지 못하므로 트랜지스터(82)는 턴오프된다. 따라서, 다이오드(83)와 저항(84)을 통과한 전류는 발광 다이오드(85)를 점등하게 되므로 사용자는 발광 다이오드(85)의 점등 상태를 보고서 형광램프(70, 71)가 끊어졌는지 정전이 되었는지를 용이 하게 알 수 있다. 제4도에는 형광램프(70, 71)의 정상유무를 확인하기 위해 발광다이오드(85)를 부착하였으나 이는 청각적인 경보를 제공하는 부져로 대치될 수도 있고, 발광 다이오드(85)와 부져를 병렬로 연결하여 발광 다이오드에 의한 시각적인 경보와 부져에 의한 청각적인 경보를 동시에 제공할 수 도 있다.

한편, 본 고안에서 어떻게 해서 역률을 개선할 수 있는가에 대해 언급하기로 한다. 전술한 바와 같이 PF=Pave/Vrms x Irms에서 Pave=VXI가 최대일 때 역률도 최대가 되므로 전압에 대한 전류가 좁은 구간에서 동일한 출력을 얻기 위해서는 전압 변화량의 비율만큼 전류도 비례하여 변해야 하는데 P=EXI에서 전력(P)과 전압(E)이 일정할 경우에는 전류(I)가 변해야 한다.

따라서, 본 고안에서는 제4도에 도시한 바와같이 입력단에 코일(10)을 추가하였는바, 제5도의 (a)는 교류 입력전압 파형이고, (b)는 제4도에서 코일(10)이 없을시의 전파 출력이며 (c)는 코일(10)이 있을시의 전파 정류된 출력이다.

주지하는 바와 같이 XL=WL=21π fL 관계식으로부터 평활된 A, B구간에서 주기(T)는 거의 일정하므로 X의 변화는 없다. 따라서 상승 및 하강 구간에서 VL=T의 함수에 의하여 변동하게 되므로 전체 구간 폭은 넓어져 종래의 브릿지 다이오드 방식보다는 많은 시간동안 전류가 흐를 수 있게 된다. 즉, 코일(10)을 직렬로 연결함으로써 전류와 전압의 위상차는 작게된다. 따라서 효율은 기존방식보다 월등히 상승하게 된다.

한편, 브리지 회로 입력에 교류 전압을 직접 연결한 종래의 방식은 약 52%정도의 효율을 갖고, 본 고안과 같이 코일(10)을 연결했을 경우 효율은 약 73%정도 였다. 그러나 이것만으로는 고역률화를 실현시킬 수 없으므로 직렬저항을 추가하거나 맥류 또는 코일(10)의 인덕턴스를 대단히 높게하여 역률을 개선할 수 도 있으나, 전체의 소비전류가 작을 경우에는 역률이 어느정도 증가 하지만 소비 전류가 클때에는 높은 효율을 발휘하지 못하는 결점이 있게된다.

따라서, 이를 위해 본 고안자는 부하(71)에서 교류 입력단으로 전압을 궤환시켜 역률을 개선토록하였다.

즉, 부하(7)와 교류 입력단 사이에 콘덴서(27)를 설치하여 부하측에서 120V이상의 발진전압을 교류입력에 궤한시킴으로써 입력 전압이 변동하더라도 이를 보상시켜주므로 입력측에서의 변동은 없는것과 같으므로 전류의 변화는 거의 없게된다. 따라서, 입력 전압의 변동에 의한 부하의 안정화를 꾀할 수 있는 바, 실제로는 입력 전압 220V 기준시 약75%전압이 감소하여도 형광등을 점등시킬 수 가 있다.

이를 제6도에 표시하였는바, 궤환용 콘덴서(27)에 의해 입력단에 정현파를 인가할 경우 제6도(a)와 같이 입력 파형은 정현파에 가깝게 보상된다. 또한, 제6도(b)에서 출력파형은 입력 전주기에 대하여 거의 모두 흐르고 있는바, 전류의 전압의 위상은 T만큼 미소하게 차이가 나므로 실제 역률은 95%정도의 고효율을 발휘할 수 가 있게된다.

제7도는 종래기술과 본 고안에 따른 입력전압(A)과 직류 맥류 출력(a')(b')(c')과의 전압 위상차를 비교한것으로서, 제7도(a)는 종래기술의 회로도이고, 제7도(나)는 제4도에서 코일(10)만 연결했을때의 회로도이고, 제7도(c)는 제4도에서 코일(10)과 콘덴서(27)를 동시에 연결했을 때를 도시한 것이다.

제7도에서 알 수 있는 바와 같이 직류 맥류파의 전압위상이 입력 위상과 거의 동일하다는 것은 입력 전압 위상과 입력 전류의 위상이 거의 동일하다는 것을 의미한다. 결국, 본 고안에 따르면, 교류 입력에 궤환용콘덴서(27)를 추가함으로써 전압과 전류의 위상차를 줄여 역률을 현저하게 높일 수가 있다.

이와같이 동작하는 본 고안은 교류 입력단에 코일을 연결하고, 교류 입력단과 부하단 사이에는 궤한용 콘덴서를 연결시켜 입력 전압의 변동에 무관하게 안정된 부하 출력을 얻을 수 있는 특징으로 지닌 것이다.

Claims (3)

1. 교류 입력 전압을 직류 전압으로 정류하기 위한 정류 회로와, 상기의 직류 전압을 입력받아 형광등의 점등을 개시하기 위한 신호를 발생하는 스타트 회로와, 상기 스타트 회로에서 발생된 신호에 의해 온/오프 동작을 반복하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로의 작동시 형광등의 쵸크코일에 발진 전압을 인가하여 형광등을 점등시키기 위한 발진회로를 구비한 형광등용 안정기에 있어서, 상기 정류 회로의 전단에 설치되어 입력 전류의 흐름 구간을 넓혀 전류와 전압의 위상차를 작게하기 위한 노이즈 필터와, 입력 전압의 변동에 대한 부하의 안정화를 도모하도록 부하단에서의 발진전압을 교류 입력단으로 궤환시키기 위한 역률개선 회로 및 부하의 단선 및 발진정지시 이를 시각적으로 경보하기 위한 경보회로로 구성시켜서됨을 특징으로 하는 형광등용 안정기.
2. 제1항에 있어서, 상기의 노이즈 필터는 교류 입력 전압단자에 직렬로 연결된 코일(10)과, 배전선간을 전파하며 노멀모드시 잡음 성분을 제거하는 캐패시터(11) 및, 배전선로와 지표면간을 전파하며 컴먼모드시 잡음 성분을 제거하는 캐패시터(12, 13)로 구성시켜서 전류와 전압의 위상차를 작게하여 효율을 개선시킴을 특징으로 하는 형광등용 안정기.
3. 제1항에 있어서, 상기의 역률 개선 회로는 부하측에서의 소정 전압 이상의 발진 전압을 교류 입력단으로 궤환시켜 입력 전압의 변동에 대한 부하의 안정화를 도모하기 위한 캐패시터(27)로 구성시켜서됨을 특징으로 하는 형광등용 안정기.