KR950006605B1

KR950006605B1 - 전류원 방식 형광등의 안정기

Info

Publication number: KR950006605B1
Application number: KR1019920025273A
Authority: KR
Inventors: 조규형; 박종영
Original assignee: 이수세라믹주식회사; 김찬욱
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1995-06-19
Also published as: KR940017964A

Abstract

내용 없음.

Description

전류원 방식 형광등의 안정기

제1도는 본 발명에 따른 상세 회로도.

제2도는 본 발명에 의한 요부 동작 파형도.

제3도는 본 발명의 형광등 안정기 회로도에 따른 다른 실시예.

제4도는 종래의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

C₁∼C₄: 콘덴서 D₁: 다이오드

L₁: 인덕터 LP₁, LP₂: 형광등

N₁∼N₇: 권선 Q₁∼Q₅: 트랜지스터

R₁∼R₆: 저항 T₁: 절연트랜스포머

T₂: 단권트랜스포머

본 발명은 형광등의 안정기에 관한 것으로, 특히 전류원 방식으로 안정기용 인버터를 구성하되, 인버터의 손실을 크게 줄여 안정기의 효율을 높이고 형광등을 병렬 구동할 수 있도록 하여 평균전력소모를 현저히 절감시킨 전류원 방식 형광등의 안정기에 관한 것이다.

일반적으로 형광등의 전자식 안정기용 인버터는 크게 전압원 방식과 전류원 방식으로 나눌수 있는데, 먼저 전압원 방식은 형광등 부하단을 병렬로 접속하기가 용이하고 후자의 전류원 방식은 형과등 부하단을 직렬로 접속하기가 용이하다.

또한, 전압원 방식의 안정기는 형광등 부하가 단락되었을때 스위칭 소자에 과전류가 흐리지 못하도록 하는 보호회로를 필히 구비하여야 됨에 따라 전류원 방식에 비하여 회로가 다소 복잡하고 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전류원 방식 안정기용 인버터 회로에 역점을 두었다. 우선, 종래의 전류원 방식 안정기를 제4도를 참조하여 알아본다.

도시된 바와같이 종래의 전류원 방식 안정기는 입력교류전원(AC)을 전(全)파 정류하여 일정직류전압을 형성하는 직류전원공급원(PS)와, 인버터회로에 전류를 공급하는 인덕터(L)와, 병렬공진회로를 구성하는 공진 콘덴서(C₁), 트랜스포머(T)의 권선(N₁)과 권선(N₂), 스위칭 소자인 트랜지스터(Q₁)(Q₂)에 베이스 전류를 공급하는 저항(R₁)(R₂)(R₃)과, 상기 트랜지스터(Q₁)(Q₂)에 양궤환을 걸어 발진을 유지시키기 위한 권선(N₃)과, 상기 병렬공진회로와 등가적으로 병렬접속되는 트랜스포머(T)의 이차측 권선(N₄)(N₅)(N₆)과, 형광등(LP)의 전류를 안정화시키기 위한 콘덴서(C₂)와, 형광등(LP)으로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 종래의 전류원 방식 인버터 회로에 전원(AC)이 인가되면, 직류전원 공급부(PS)는 인가된 교류전원(AC)을 정류하여 일정직류전압으로 변환한다. 이때의 직류전압을 편의상 V_DC라 한다. 따라서, 이 V_DC에 의해 인덕터(L)를 통과한 일정전류가 저항(R₁), 저항(R₂) 및 저항(R₃)을 통해 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스에 일정전류를 공급하게 되고, 동시에 트랜스포머(T)의 권선(N₁)(N₄) 및 콘덴서(C₁)에 인가된다. 이때 잡음(NOISE)에 의하여 상기 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 발진이 개시된다.

또한, 이때 발생되는 발진주파수는 이 회로의 공진주파수와 같게 되며 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 컬렉터-에미터간에 걸리는 전압(V_CE)은 직류전압(V_DC)의 배가 된다. 따라서 트랜스포머(T)의 이차측권선(N₄)에 걸리는 전압은π가 된다.

이와같이 트랜스포머(T)의 이차측에 유기전압이 인가되고, 권선(N₅)(N₆)에 의하여 형광등(LP)의 필라멘트가 가열되어 형광등(LP)의 방전개시 전압이 낮아지게 되고, 결국 권선(N₄)에 걸리는 전압보다 상기 형광등(LP)의 방전개시 전압이 낮아지면 형광등(LP)은 방전을 개시한다.

또한, 형광등(LP)이 방전을 개시하면 형광등(LP)에 직렬로 연결된 콘덴서(C₂)의 리액틴스 성분에 의해 형광등(LP)의 전류가 제한된다.

이와같이 구성되고 작용되는 종래의 전류원 방식 인버터는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 첫째, 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 전류를 직류전원공급부(PS)에서 발생되는 고압을 직접 저항(R₁∼R₃)을 통하여 공급하므로 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 손실이 크게 된다. 둘째, 트랜스포머(T)의 권선(N₃)에 병렬로 저항(R₂)(R₃)이 연결되어 있어 불필요한 열손실이 발생한다. 셋째, 저항(R₁∼R₃)을 통하여 공급되는 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 전류가 불충분할 때에는 상기 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 컬렉터 전압이 급상승하게 되어 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 손실이 커지며, 베이스 전류가 과다할 경우에는 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 전하 축적시간(storage time)이 커지게 되어 스위칭 손실이 발생한다.

따라서 본 발명은 상기 한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 전류원 방식 인버터 회로에 있어서, 스위칭 소자의 베이스 전류를 저전압으로 공급하도록 하여 손실을 크게 줄이며, 양궤환용 권선에 저항루프를 없애 순환전류에 의한 손실을 배제하고, 스위칭 소자의 베이스 전류를 스위칭 바로전에 차단함으로써 베이스 축적 전하에 의한 턴오프 손실을 적게하여, 전력효율을 크게 높이고, 수명을 연장함은 물론, 비교적 단순구성에 따른 가격절감의 효과를 누리도록 한 전류원 방식 형광등의 안정기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전류원 방식으로 안정기용 인버터를 구현하되, 형광등을 병렬로 구동할 수 있도록 하여 평균 전력의 소모를 현저히 감소시키도록 한 전류원 방식 형광등의 안정기를 제공하는 것에 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 설명한다.

제1도는 본 발명의 상세회로도를 나타낸 것으로, 본 발명은 입력교류전원(AC)을 전파 정류하여 일정 직류전압(V_DC)으로 변환하는 직류전원공급부(PS)의 양극(+) 출력단이 인덕터(L₁)의 권선(n₁)을 거쳐 절연트랜스포머(T₁)의 일차측 권선(N₁)과 권선(N₂)의 중앙탭에 접속되고, 아울러 직렬연결된 저항(R₅)과 저항(R₆)의 일단에 접속되며, 이 저항(R₅)과 저항(R₆)의 접속점이 소신호 트랜지스터(Q₅)의 베이스에 연결되며, 상기 절연트랜스포머(T₁)의 권선(N₁)과 권선(N₂)의 일단이 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)에 컬렉터에 연결되고 동시에 권선(N₁)(N₂)의 양단에 공진 콘덴서(C₁)가 병렬접속되어 병렬공진회로를 이루며, 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 전류를 제공하기 위하여 상기 인덕터(L₁)에 부가권선(n₂)을 마련하고, 다이오드(D₁), 저항(R₁) 및 콘덴서(C₂)를 통하고, 저항(R₂)(R₃)(R₄)을 거쳐 소신호 트랜지스터(Q₃)(Q₅)(Q₄)의 컬렉터에 연결하며, 상기 트랜지스터(Q₅)의 에미터가 트랜지스터(Q₃)(Q₄)의 베이스에 접속되고, 이 트랜지스터(Q₃)(Q₄)의 에미터가 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스에 연결되어 베이스 전류를 인가하도록 하였으며, 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스간에 궤환용 권선(N₃)을 개재 접속하여 궤환이 이루어지도록 하고, 절연트랜스포머(T₁)이 이차측에는 형광등(LP₁)(LP₂)의 필라멘트 가열용 권선(N₅∼N₇)과 주권선(N₄)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 절연트랜스포머(T₁)는 누설 리액턴스에 의해 형광등(LP₁)(LP₂) 전류를 제한한다.

미설명 부호 SW는 전원 스위치이다.

제2도는 상기와 같은 본 회로의 요부전압 및 전류 파형도를 도시한 것으로, 제2도의 a는 공진 콘덴서(C₁)의 양단에 걸리는 전압파형을, b는 인덕터(L₁)의 트랜스포머(T₁)측 전압 파형을, c는 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 컬렉터-에미터간의 전압파형을, d는 스위칭 트랜지스터(Q₂)의 컬렉터-에미터간의 전압파형을, e는 트랜지스터(Q₁)의 컬렉터 전류파형을, f는 트랜지스터(Q₂)의 컬렉터 전류파형을 나타낸 것이다.

이와같이 구성시켜서 된 본 발명의 작용 및 효과를 이하 설명한다.

먼저, 본 회로에 전원(AC)이 인가되고, 전원 스위치(SW)를 온하면, 직류전원공급부(PS)를 통해 생성된 직류전압은 인덕터(L₁)의 권선(n₁)을 통해 절연트랜스포머(T₁)의 권선(N₁)(N₂)과 공진 콘덴서(C₁)에 인가되어 상기 권선(N₁)(N₂)에 의한 자화 인덕터와 공진 콘덱서(C₁)에 의해 공진하게 되고, 이때 콘덴서(C₁) 전압의 극성은 양(스위칭 트랜지스터(Q₁)이 먼저 턴온되었다고 가정했을 경우)이 된다.

또한, 인덕터(L₁)의 부가권선(n₂)을 통하고 다이오드(D₁), 콘덴서(C₂) 및 저항(R₁)을 통한 일정 직류전압이 저항(R₄)에 인가되어 그 일정전류가 저항(R₄) 및 트랜지스터(Q₄)이 컬렉터-에미터를 통하고 궤환용권선(N₃)을 통해 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 베이스로 흐르게 되어 트랜지스터(Q₁)는 턴온을 유지한다. 따라서 전술한 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 턴온시의 각부의 동작파형은 제2도의 시간(t₁)의 구간에 해당된다.

제2도의 (2-1)과 같이 공진에 의해 콘덴서(C₁)의 전압이 2V_a이하가 되면 트랜지스터(Q₄)가 차단되어 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 전류공급이 중단된다.

상기 전압(V_a)는이며, 트랜지스터(Q₅)를 도통시키는 직류전압(V_DC)의 최소전압이다. 여기서 V_BE.ON은 트랜지스터(Q₅) 온시 베이스-에미터간의 전압이다.

그러나 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 축적된 전하에 의하여 트랜지스터(Q₁)는 계속 턴온상태를 유지하게된다. 상기 공진 콘덴서(C₁)의 전압이 더욱 내려와서 극성이 바뀌게 되면 스위칭 트랜지스터(Q₂)의 컬렉터접합이 도통되어 전류는 권선(N₂)→트랜지스터(Q₂)의 컬렉터→트랜지스터(R₂)의 베이스→권선(N₃)→트랜지스터(Q₁)의 베이스로 흐르게 되며, 이때에는 트랜지스터(Q₁)와 트랜지스터(Q₂)가 도통된 상태이므로 절연트랜스포머(T₁)의 권선(N₁)(N₂)의 전류가 공진 콘덴서(C₁)로 흐르지 않고 트랜지스터(Q₁)(Q₂)로 흐르게 된다. 이와같은 상태는 제2도의 시간(t₂)의 구간과 같은 것이다. 따라서 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 컬렉터 전류가 제2도의 (2-5)와 같이 급격히 변화하게 된다.

또한, 공진이 계속 진행되어 트랜지스터(Q₁)가 턴오프 되면 트랜지스터(Q₂)는 턴온되어 이때의 트랜지스터(Q₂)의 베이스 전류는 콘덴서(C₂)→저항(R₂)→트랜지스터(Q₃)의 컬렉터→트랜지스터(Q₃)의 에미터→권선(N₃)→트랜지스터(Q₂)의 베이스로 흐르며 이러한 상태는 제2도의 시간(t₃)구간에 해당하고 공진 콘덴서(C₁)는 음의 극성을 띠고 공진한다.

또한, 콘덴서(C1)의 전압이 공진하여 -2V_a보다 커지면 트랜지스터(Q₂)의 베이스 전류는 더이상 공급되지 않는다. 이때 트랜지스터(Q₂)는 베이스에 축적된 전하에 이해 도통된 상태를 유지하고, 더욱 공진이 진행하여 공진 콘덴서(C₁)가 양의 극성을 갖게 되면 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터 접합이 도통되어 전류는 권선(N₁)→트랜지스터(Q₁)의 컬렉터→트랜지스터(Q₁)의 베이스→권선(N₃)→트랜지스터(Q₂)의 베이스로 흐르고, 또한 권선(N₂)→트랜지스터(Q₂)의 컬렉터→ 트랜지스터(Q₂)의 에미터로 흐르게 되며, 콘덴서(C₁)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 이러한 상태는 제2도 시간(t₄)의 구간으로 설명되어진다.

따라서, 이러한 전류원 인버터 구동방식에 의해 절연트랜스포머(T₁)의 2차측에 고전압이 유기되고, 주권선(N₄) 및 필라멘트 권선(N₅∼N₇)에 소정전입이 인가되어 직렬 연결된 형광등(LP₁)(LP₂)은 신속히 점등되어진다.

이상에서와 같이 본 발명은 절연트랜스포머(T₁)의 궤환용 권선(N₃)에 저항루프가 없으므로 순환전류에 의한 손실이 적으며, 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 구동전류를 인덕터(L₁)의 부가권선(n₂)을 이용하여 낮은 전압으로 공급하므로 베이스 구동손실이 적으며, 이 베이스 전류를 스위칭 바로전에 차단함으로써 베이스 축적전하에 의한 턴오프 손실이 적은 장점이 있어 결과적으로 전력효율이 높고, 베이스 구동회로에 소신호 범용 트랜지스터를 사용함으로써, 비용을 크게 절감시킨 신규 유용한 발명인 것이다.

제3도는 본 발명의 또다른 실시예로 형광등(LP₁)(LP₂)을 병렬접속하여 구동할 수 있도록 한 것으로, 스위칭 소자인 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 구동회로의 동작은 전술한 제1도 및 제2도와 같으며, 다만 형광등(LP₁)(LP₂)을 병렬구동하기 위하여 제1도의 절연트랜스포머(T₁) 대신 단권트랜스포머(T₂)를 사용한 것이 다르다. 이 방식도 절연트랜스포머(T₁)를 사용할 수 있으나, 그보다 작은 단권트랜스포머(T₂)를 사용함으로써 부피와 비용을 크게 줄인 것이다.

우선, 그 구성은 단권트랜스포머(T₂)의 권선(N₄)과 권선(N₁)의 합이 권선(N₂)과 같도록 하고, 권선(N₅)(N₆)(N₇)은 형광등(LP₁)(LP₂)의 필라멘트 가열용으로 각각 같은 권수를 갖는다. 직류전원공급부(PS)에서 형성되는 직류전압을 V_DC라 하면 공진회로 전압은πㆍV_DC가 되고, 이 전압이 필요한 형광등(LP₁)(LP₂)의 방전개시 전압보다 크면, 단권트랜스포머(T₂)의 탭의 위치를 적절히 선정하여 전압을 맞추고, 형광등(LP₁)(LP₂)의 전류는 형광등에 직렬로 연결된 콘덴서(C₃)(C₄)로 제한한다.

이 회로에서 Q가 충분히 크면 형광등이 하나일 경우나 두개인 경우에 형광등의 평균전력은 같아진다. Q가 충분히 크지 않을 경우에는 형광등이 두개일 때 보다 하나일 때 공진주파수가 올라가므로 형광등의 평균 전력소모는 공진주파수의 변화에 비례하여 커지게 된다.

그러나, 형광등이 두개 모두 커질때에는 형광등의 고주파 특성에 의한 효율의 증가분 만큼 낮은 전력으로 구동하고, 형광등의 하나만 켜질때는 한등용 재래식 안정기 경우보다 낮은 전력으로 구동할 수 있도록 구현할 수 있다. 또한, 단권트랜스포머(T₂)를 사용함에 따라 트랜스포머의 크기가 상당히 줄고 형광등 출력단의 보호회로가 불필요하며 제품단가가 저렴한 장점이 있다.

Claims

전류전원공급부(SP), 인덕터(L₁), 공진 콘덴서(C₁) 및 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂) 등을 구비하여 전류원방식으로 구동되는 형광등용 안정기에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 베이스 전류구동을 위하여, 상기 인덕터(L₁)에 부가권선(n₂)을 마련하고, 저항(R₁), 다이오드(D₁) 및 콘덴서(C₂)를 통해 일정 직류전압을 생성하여 저항(R₂∼R₄)을 통해 소신호용 트랜지스터(Q₃)(Q₅)(Q₄)의 컬렉터에 인가되도록 접속하며, 상기 트랜지스터(Q₅)의 에미터가 트랜지스터(Q₃)(Q₄)의 베이스에 접속되고, 이 트랜지스터(Q₃)(Q₄)의 에미터가 스위칭 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 각각의 베이스에 접속되도록 하고, 상기 인덕터(L₁)의 출력단이 저항(R₅)(R₆)과 직렬 접속되되, 저항(R₅)과 저항(R₆)에 의한 분배전압이 트랜지스터(Q₅)의 베이스에 걸리도록 접속하고, 절연 트랜스포머(T₁) 일차측의 권선(N₃)을 트랜지스터(Q₁)와 트랜지스터(Q₂) 사이에 개재 접속하여 그 베이스에 양궤환이 걸리도록 구성한 것을 특징으로 하는 전류원 방식 형광등의 안정기.
제1항에 있어서, 상기 절연트랜스포머(T₁)를 단권트랜스포머(T₂)로 대체하고, 일차측 권선(N₄)를 마련하여 형광등(LP₁)(LP₂)의 주권선으로 사용하며, 일차측 권선(N₅) 및 이차측 권선(N₆)(N₇)을 형광등(LP₁)(LP₂)의 필라멘트 전극권선으로 접속하고, 각 형광등(LP₁)(LP₂)에 콘덴서(C₃)(C₄)를 직렬로 연결하여 전류를 제한하도록 하여 형광등(LP₁)(LP₂)이 병렬구동하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 전류원 방식 형광등의 안정기.