KR950004807Y1 - 전자식 형광등용 안정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전자식 형광등용 안정기

제1도는 본 고안의 전자식 형광등용 안정기 블록도.

제2도는 본 고안의 전자식 형광등 안정기 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 브리지정류회로 2 : 부스터콘버터

3 : 충전회로 4 : 인버터부

5 : 전압공진부 6 : 램프

7 : 펄스폭제어부 전압검출회로

9 : 제어전원발생회로 10 : 램프전류검출부

PWM : 펄스폭변조회로

본 고안은 전자식 형광등용 안정기에 관한 것으로서, 특히 인버터 구동전압을 일정하게 유지시켜서 입력전압의 변화시에도 출력램프의 전력을 일정하게 유지되도록 하여 안정된 점등이 가능하도록 하고, 전류의 왜곡현상이나 역률의 저하가 발생되지 않게 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 전자식 형광등용 안정기는 고주파스위칭을 하는 인버터부를 구성하여야 하므로 인버터구동전압이 필요하게 되는데, AC전압을 전파나 브리지정류회로를 응용하여 DC전압으로 변환시켜서 상기 인버터 구동전압을 얻게 한다.

상기 전파나 브리지정류회로의 출력은 맥류를 DC로 변환하기 위해서는 대용량의 콘덴서에 맥류전류를 충전하므로서 이루어지고 상기 대용량의 콘덴서에 맥류전류를 충전할 때 상용 AC입력전압에 전압과 전류의 위상차를 발생시켜 입력역률의 저하와 전류의 왜곡현상이 발생되게 된다. 이 전류의 왜곡현상이나 역률의 저하는 입력전원라인에 많은 량의 무효전력을 발생시켜 중성라인에 부하를 일으키게 된다.

더욱이 전자식 형광등용 안정기는 입력 A. C 전압을 그대로 정류하여 인버터부를 동작시키므로 입력 AC전압의 변화는 인버터 구동전압을 변화시키며 이에 따라 램프출력도 변화되어 안정기 동작상태를 안정화하기 어렵고 전류의 왜곡현상이나 역률의 저하는 많은 량의 무효전력을 발생시킨다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하고자 종래의 전자식 형광등용 안정기는 역률을 향상시키고 전류의 왜곡현상을 줄이기 위해 부분평활형 정류회로나, 수동필터를 사용한 정류회로를 사용한 정류회로를 채택하였다.

상기 부분평활형 정류회로는 인버터 구동전압에 맥류전압을 포함하게 되어 인버터부의 동작상태를 원화하게 이루지 못하며 형광램프의 전류파형에 높은 파고율을 발생시켜 형광램프의 수명을 단축시키고 이 또한 입력 AC전압에 다소의 전압과 전류의 위상차를 발생시켜 역률의 저하와 전류의 왜곡현상을 발생시키며 입력전압의 변화에 출력램프전력의 변화를 일으키게 된다.

또한 수동필터를 사용한 정류회로는 캐패시터와 인덕턴스의 서로 상반되는 전압, 전류의 특성으로 위상차를 서로 상쇄시켜 역률의 향상과 전류의 왜곡 현상은 줄일 수 있으나 코아의 철손과 동손으로 인한 전력손실과 코아의 자기특성으로 소음을 발생시켜 전력변화율이 감소하게 된다.

상기와 같이 부분평활형 정류회로나, 수동필터를 사용한 정류회로를 이용할 지라도 맥류전류를 대용량의 콘덴서에 충전시킬 때 AC전압과 전류에 위상차가 발생되어 역률의 저하와 전류의 왜곡현상으로 전원계통에 많은 양의 무효전력이 발생되어 중성라인에 과부하를 일으키고 전원계통의 다른 전기, 전자기기의 입력 트랜스포머나 콘덴서에서 왜곡전류에 의해 공진현상을 발생하게 되고, 오동작의 원인이 되며, 더욱이 심할 경에는 캐패시터와 인덕턴스가 파손되는 경우가 발생할 수도 있게 된다.

또한 입력전압의 변화에 따라서 인버터 구동전압이 변화하게 되고 출력램프 전력도 변화하게 되어 과전압상태에서는 안정기를 파괴시키는 문제점을 가지게 된다.

그러므로 상기와 같은 역률의 저하와 전류의 왜곡현상은 전원계통에 많은 문제점을 발생시키므로 구미의 선진국등에서 전류의 왜곡(고조파 하모닉)이나 역률을 점차 강화하여 규제하고 있는 실정이지만 입력전원전압의 변화에 다른 램프출력의 변화는 램프수명을 단축시키는 요인이 되고 초기램프 점등시 순간 점등으로 인해 필라멘트코일의 열전자 방출이 심해 램프의 조기 흑화현상을 가져오게 되는 문제점을 가지게 되었다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자, 능동필터인 부스트콘버터를 사용하여 각종 제어기능을 갖게 한서 인버터 구동전압을 일정하게 유지시켜 입력전압의 변화시에도 출력램프출력을 일정하게 유지시키며 초기램프 점등시 인버터 구동전압을 서서히 상승시키므로 인하여 형광등램프를 점차적으로 밝아지도록 한다. 또한 인버터 구동전압을 형성하는 과정에서 입력 전압, 전류의 위상차를 발생시키지 않으므로 전류의 왜곡현상이나 역률의 저하는 발생되지 않게 한 것에 목적을 둔 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 AC 입력전압으로 맥류전압을 발생시키는 브리지정류회로와, 펄스폭제어신호에 따라 상기 브리지정류회로로부터 공급되는 맥류전압을 고주파로 쵸핑하는 부스트콘버터부와, 인버터구동전압을 검출하는 인버터구동전압검출부와, 형광램프에 흐르는 램프전류를 감지하는 램프전류검출부와, 상기 부스트콘버터의 펄스폭을 제어하여 인버터 구동전압을 일정하게 유지시키는 소프트스타터 및 펄스폭 제어부와, 상기 부스트콘버터의 고주파 쵸핑전압을 직류전압으로 변환시키는 인버터구동 전압충전회로와, 형광램프를 방전시키기 위한 고주파고전압을 발생시키는 인버터부와, 상기 인버터부의 고주파전압을 공진시키는 전압공진부와, 상기 펄스폭제어부의 제어전압을 발생하는 제어전압발생부로서 구성함을 특징으로 한다.

이를 본 고안의 실시예의 첨부도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 고안의 전자식 형광등용 안정기 블록도이고, 제2도는 본 고안의 전자식 형광등회로도로서 이에 따라서 설명하기로 한다.

AC전압은 라인필터(LF)를 거쳐 다이오드(D1-D4)로 구성된 브리지정류회로(1)를 통해 맥류전압을 출력시킨다. 상기 브리지정류회로(1)의 맥류전압은 펄스폭제어부(7)의 제어신호에 의해 트랜스(T1)와 MOSFET 트랜지스터(FET)와 저항(R3,R4)과 다이오드(D5) 및 콘덴서(C5)로 구성한 부스트콘버터에 의해 고주파 쵸핑이 이루어지는데, 이때 트랜지(T1)에 걸리는 쵸핑전압(V₁)은을 발생시킨다.

상기 부스트콘버터(2)에 의해서 발생되는 쵸핑전압(V_L)은 다이오드(D6)와 콘덴서(C6)로 연결된 충전회로(3)에 의해 직류전압을 충전시킨다.

상기 충전전압은 트랜스(T2)를 거쳐 인버터(4)에 인가되고, 상기 인버터(4)는 트랜지스터(TR1,TR2)와 저항(R5,R6,R7,R8)과 콘덴서(C8)로 연결되어 구성되고, 초기 인버터(4)의 동작은 저항(R5)과 다이오드(D7)로 트랜지스터(TR1,TR2)의 베이스전압을 인가하여 트랜스(T3)의 코일(a,b,c)의 권선방향에 의해서 주파수발진이 이루어진다.

트랜지스터(TR1,TR2)의 고주파수 스위칭은 트랜스(T3)의 권선(b)과 콘덴서(C7)에서 전압공진을 하여 트랜스(T3)의 권선(b)에 공진전압을 여자시켜서 형광램프(6) 방전전압을 얻게 된다.

트랜스(T3)의 권선(c)는 공진전압을 피드백(Feed back)시켜 트랜지스터(TR1,TR2)의 고주파수 스위칭동작을 원활히 이루어지게 한다.

그리고 상기 트랜스(T3)의 2차 권선 공진전압발생부(5)에 의하여 형광램프(6)가 방전이 되면 트랜스(T4)에서 형광램프(6)의 저류에 의한 유도전압을 다이오드(D9)로 검파하여 저항(R10)을 거쳐 콘덴서(C10)에서 펄스폭제어회로(7)에 제어전압을 인가시키게 된다.

상기 펄스폭제어회로(7)는 펄스폭변조회로(Pulse-Width Modulation; PWM)과 저항(R11~R23) 및 콘덴서(C11~C16)로 구성된 것으로, 이를 설명하기로 한다.

펄스폭변조회로(PWM)의 단자(M11)의 펄스폭제어신호는 단자(M8)에 연결된 콘덴서(C12)와 단자(M1)에 연결된 저항(R12,R13)에 의해서 펄스폭변조회로는 초기펄스폭제어신호의 펄스폭을 서서히 증가시켜 쵸핑전압(V_L)을 서서히 증가하도록 한다.

상기 단자(11)의 펄스폭제어신호는 MOSFET 트랜지스터(FET)와 트랜스(T)에 의한 쵸핑전압(V_L)을 충진시키는 충전회로(3)의 충전전압검출은 저항(R1,R2)과 직렬로 연결된 펄스폭제어회로(7)의 저항(R20)에 의해서 검출되고, 상기 저항(R20)에서 검출된 전압은 저항(R17)을 거쳐 펄스폭변조회로(PWM)의 단자(M2)에 입력된다.

펄스폭변조회로(PWM)는 단자(M1,M2)에 걸리는 전압을 상호 비교하여 단자(M1)의 기준전압보다 단자(M2)의 비교입력전압이 상승하게 되면 단자(M11)에 출력되는 펄스폭을 감소시키며, 단자(M2)의 비교입력전압이 단자(M1)의 기준전압보다 낮으면 출력되는 펄스폭을 상승시켜서 인버터구동 충전전압을 일정하게 유지시킨다.

또한 인버터(4)의 전류는 저항(R19)에서 검출되면 저항(R19)을 거쳐 콘덴서(C15,C16)에서 파형을 정형하여 저항(R18)으로 펄스폭변조회로(PWM)의 단자(M2)에 입력되고 형광램프(6)의 과전류는 트랜스(T4)에 유도전압을 상승시켜 저항(R22,R23)에 의해 검출되어 다이오드(D10)를 통해 단자(M2)에 입력되어 펄스폭변조회로(PWM)의 제어동작을 멈추게 한다.

펄스폭제어부(7)가 제어동작을 멈추게 되면 인버터구동전압(Vo) 충전회로(3)의 충전전압을 1/2Vo로 되며 안정기의 램프(LP) 출력 또한 1/2 이하로 떨어지게 되어 과전류의 흐름을 억제시킨다.

상기에서 펄스폭제어부(7)의 제어동작이 멈추게 될 때 인버터구동전압 1/2로 되는 것은 부스트콘버터(2)의 동작은 입력 AC 전압을 고주파수 쵸핑으로 쵸핑전압(Vo)을 상승시켜 인버터 구동전압이 상승하므로 이루어지는 것이다.

상기와 같이 본 고안은 쇼프트스타터 및 펄스폭제어부(7)와, 능동필터인 부스터콘버터(2)를 사용하여 입력전원전압의 변동이 발생되더라도 펄스폭제어부(7)의 제어신호에 의한 부스트콘버터의 고주파수 쵸핑작용으로 인버터구동전압을 일정하게 유지시켜 출력램프(6) 전력을 일정하게 유지시키게 되며, 초기 램프방전시 쇼프트 스타터부의 기능으로 서서히 방전시키며 부스트콘버터의 맥류전압을 쵸핑하므로 입력전압의 전류와 전압의 위상차를 발생시키지 않으므로서 역률을 향상시키고 입력전류의 왜곡현상을 발생시키지 않아 고조파하모닉의 발생요인을 제거할 수 있고, 또한 펄스폭제어부에 입력되는 제반제어신호에 의하여 인버터부(4)와 형광램프(6)에 과전류의 흐름을 방지하고 안정된 전압을 인버터부(4)에 공급하므로서 안정기의 동작을 안정화할 수 있고 역률의 향상과 전류왜곡현상을 일으키지 않아 길은 전원계통의 다른 전기, 전자기기의 오동작을 발생시키지 않게 되며, 높은 전원 변환 효율로 인하여 전반적인 전자식 형광등용 안정기의 효율을 높일 수 있게 된 것이다.

Claims (4)

1. 맥류전압을 출력하는 정류회로(1)와, 상기 정류회로로 부터 공급되는 맥류전압을 펄스폭제어신호에 의해 고주파로 쵸핑하는 부스트콘버터부(2)와, 인버구동전압을 검출한 인버터구동전압검출부(8)와, 형광램프에 흐르는 램프전류를 감지하는 램프전류감지부(10)와, 상기 부스트콘버터부의 펄스폭을 제어하여 인버터구동전압을 일정하게 유지시키는 소프트스타터 및 펄스폭제어부(7)와, 상기 부스터콘버터의 고주파 쵸핑작업을 직류전압으로 변환시키는 충전회로(3)와, 상기 인버터부의 고주파전압을 공진시키는 전압공진부(5)와, 상기 펄스폭 제어부에 제어전압을 입력시키는 제어전압발생부(9)로서 구성함을 특징으로 하는 전자식 형광등용 안정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 쇼프트스타터 및 펄스폭제어부는, 분압저항(R12,R13)에 의해 기준전압을 설정한 펄스폭변조회로(PWM)를 포함하도록 한 것을 특징으로 하는 전자식 형광등용 안정기.
3. 제1항에 있어서, 상기 펄스폭변조회로(PWM)에는 쇼프트스타터용으로 저항(R16)과 콘덴서(C12,C13,C14)를 연결하고, 콘덴서(C11)와 저항(R14)을 연결하여 펄스폭주기를 설정하도록 하며, 펄스폭변조회로(PWM)의 출력을 부스트콘버터의 제어신호로 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 전자식 형광등용 안정기.
4. 제1항에 있어서, 제어전압발생부는, 트랜스(T4)의 2차 권선에 유도되는 램프전류에 의한 유도전압을 다이오드(D9)와 저항(R10) 및 콘덴서(C10)으로 검출하여 상기 펄스폭제어신호로 연결하도록 함을 특징으로 하는 전자식 형광등용 안정기.