KR970002285B1 - 입력 교류 흐름을 제어하므로써 고전력 요소를 구비하는 전원장치 - Google Patents

입력 교류 흐름을 제어하므로써 고전력 요소를 구비하는 전원장치 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]
입력 교류 흐름을 제어하므로써 고전력 요소를 구비하는 전원장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 형광 램프 구동 회로의 부분 블럭 개략회로도.
제2도는 상기 회로에 적용된 공급 선 전압의 파형도.
제3도는 상기 회로에 도시된 선전류의 파형도.
제4도는 본 발명을 설명한 것이 아니고 회로의 변형된 형태에 의해 도시된 선전류의 파형도.
[발명의 상세한 설명]
[본 발명의 분야]
본 발명은 전원 장치(power supply)에 관한 것이며, 특히 형광 램프와 같은 가스 방전 램프 구동에 이용하는 전압 부스트 전원 장치에 관한 것이다.
[본 발명의 배경]
가스 방전 램프는 비선형이고 부성 저항 단자가 있으므로 안정 저항(ballast)회로로부터 구동되는 것이 필요하다. 상기 안정 저항회로에 통상적으로 저주파 전원(즉, 60Hz 이용 수단)으로부터 공급되는 전원 장치를 포함한다.
상기 안정저항 회로는 높은 전력 요소(power factor)(출력 전원과 입력 전원의 비율, 즉, 램프에 운반된 전원과 중심수단으로부터 손실된 전원) 및 낮은 고조파 왜곡(중심 주파수와 다른 주파수의 중심으로 진입)을 이상적으로 나타내어야 한다.
상기 안정 저항 회로에서는 펄스폭 변조(PWM)신호에 의해 차례로 제어된 스위치(즉, 전계효과 트랜지스터)에 의해서 제어되는 부스트 인덕터의 전류를 사용함으로써 램프를 걸때 주전압을 부스트하는 전원 장치를 이용하는 것은 공지되어 있다. 각 PWM 펄스의 끝에서, 상기 스위치가 턴 오프일때, 상기 부스트 인덕터의 유도 전류는 증가된 전압을 발생한다. 상기 PWM 신호는 통상적으로 전류-모드 제어 집적 회로(IC)에서 발생된다. 상기 전류-모드 제어 IC는 종래 기술에 잘 공지되어 있다.
상기 전원 장치 안에서, 출력 전압, 인덕터 전류 및 선전류를 감지하여, 상기 회로의 전력 요소를 향상시키기 위하여 상기 PWM 신호를 제어하도록(즉, 증폭기 회로를 경유하여)제어 신호를 발생히키는 것은 공지되어 있다. 그러나, 상기 공지된 장치는 통상적으로 이러한 부가 제어 기능을 성취하기 위해 특정한 IC가 필요하다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 제1사상에 따라서, 교류 공급 전압을 받기 위한 입력과, 상기 공급 전압으로부터 전달된 전압을 발생시키기 위한 출력과, 전류를 전달하므로써 전압을 발생시키기 위하여 입력과 출력사이에 결합된 전압 발생 수단과, 전압 발생 수단에 의해 전달된 전류를 제어하기 위한 스위치 수단과, 전압 발생 수단에 의해 전달된 전류와 그것에 의해 발생된 전압을 제어하기 위해서 상기 스위치 수단을 제어하여 펄스로된 제어 신호를 발생시키는 제어 신호 발생 수단을 포함하는 전원 장치에 있어서, 상기 입력과 제어 신호 발생 수단 사이에 결합되어 교류 공급 전압에 따른 제어 신호의 주파수를 변조하는 변조 수단을 구비하며, 상기 전압 신호 발생 수단에 의해 전달된 전류가 교류 공급 전압의 파형에 근접한 파형을 갖도록 교류 공급 전압의 크기가 최대가 될때, 제어 신호의 주파수는 최대 값을 갖는 전원 장치를 기술한다.
전압 발생 수단에 의해 발생된 전류가 이러한 경우 교류 공급이 전압에 따라서 변하는 것에 의하여 전압 발생 수단이 교류 공급이 전압에 따라서 변하는 부하를 표시하고, 상기 전원 장치는 낮은 고조파 왜곡을 발생하며 높은 전력 요소를 발생시킨다.
본 발명의 제2사상에 따라서, 전원 장치는 AC 전압을 DC 전압으로 바꾸어 제공하며, 상기 전원 장치는, 상기 AC 전압에 결합된 전파 정류기와, 펄스 폭 변조 신호를 발생시키고 제어 압력을 가지는 수단과, 상기 DC 전압을 발생시키기 위하여 펄스폭 변조 신호에 의해 제어되는 수단을 구비하여, 상기 수단의 개선점은 상기 펄스폭 변조 신호의 주파수가 AC 전압의 크기에 따라서 변화하는 전파 정류기에 제어 입력 신호를 결합하는 수단을 포함하며, 이것은 펄스폭 변조신호의 주파수가 최대치를 가질때 AC 전압의 크기는 최대이므로 높은 전력 요소 및 낮은 고조파 왜곡을 얻는다.
[양호한 실시예에 대한 기술]
제1도에 대해서 언급하면, 회로(100)는 3개의 형광 램프(102,104,106)를 구동하고, 2개 입력 단자(108,110)를 가지며, 입력 단자는 60Hz의 주파수에서 거의 277V의 AC공급전압을 받는다. 전파 정류 브리지 회로(112)는 2개 입력 노드(node)(114,116)을 가지고, 입력 노드는 각각 입력 단자(108,110)에 접속되고, 2개의 출력 노드(118,120)를 가진다. 상기 브리지(112)의 출력 노드(118)는 접지(ground)전압 레일(rail)(122)에 접속된다.
철심이든 인덕터(124)(거의 4.5mH의 유도용량)는 브리지(112)의 출력 노드(120)의 한쪽이 접속되고, 다른 쪽의 노드(126)에 접속된다. 전계 효과트랜지스터(FET)(128)(BUZ 90 타입)는 노드(126)에 드레인 단자를 접속한다. 상기 전계 효과 트랜지스터(FET)(128)는 저항(130)(거의 1.6Ω)을 경유하여 접지 전압 레일(122)에 소오스 단자를 접속한다. 다이오드(132)(MUR 160 타입)는 노드(126)에 애노드를 접속하고 출력 단자(134)에 캐소드를 접속한다. 접지 전압 레일(122)은 출력 단자(136)에 접속된다. 집적 캐패시터(137)는 출력 단자(134)와 (136)사이에 접속된다.
저항(138)(거의 2MΩ)은 브리지(112)의 출력 노드(120)와 노드(140) 사이에 접속된다. 캐패시터(142)(거의 0.039μF의 정전용량)는 노드(140)와 접지 전압 레일(122)사이에 접속된다. 전류-모드 제어 집적 회로(IC)(144)(ASTEC 반도체로부터 이용 가능한 AS 3845 타입)는 노드(140)에 접속된 RT/CT입력(핀 4)을 가진다. 상기 전류 모드 제어 IC(144)는 저항(146)(거의 10kΩ)을 경유하여 노드(140)에 접속되고, 캐패시터(148)(거의 0.22μF)를 경유하여 접지 전압 레일(122)에 접속된다. 전류 모드 제어 IC(144)는 저항(150)(거의 20Ω)을 경유하여 FET(128)의 게이트 단자에 접속된 제어 신호 출력(핀 6)을 가진다. FET(128)의 게이트 단자는 저항(152)(거의 22KΩ)을 경유하여 접지 전압 레일(122)에 또한 접속된다.
2개의 저항(154,156)(거의 974KΩ 및 5.36KΩ)은 중간 노드(158)를 거쳐 출력 단자(134)와 접지 전압 레일(122) 사이에 직렬로 접속된다. 전류 또는 모드 제어 IC(144)는 저항(160)(거의 47KΩ)을 거쳐 노드(158)에 접속된 VFB입력(핀 2)을 가진다. 상기 전류 모드 제어 IC(144)는 직렬 접속된 저항(162)(거의 100KΩ) 및 캐패시터(164)(거의 0.1μF)을 거쳐 VFB입력(핀 2)에 접속된 COMP출력(핀 1)을 가진다. 상기 전류 모드 제어 IC(144)는 캐패시터(166)(거의 470pE)를 걸쳐 접지 전압 레일(122)에 접속되고, 저항(168)(거의 1KΩ)을 거쳐 FET(128)의 소오스 단자에 접속된 전류 감지 입력(핀 3)을 가진다.
상기 전류 모드 제어 IC(144)는 저항(170)(거의 240KΩ)을 거쳐 브리지 정류가 출력 노드(120)와 캐패시터(172)(거의 100μF)를 걸쳐 접지 전압 레일(122)에 접속된 Vcc 입력(핀 7)을 가진다. 상기 전류 모드 제어 IC(144)는 접지 전압 레일(122)에 접속된 GND 입력(핀 5)을 가진다.
상기 전원의 출력 단자(134,136)는 반파 브리지 인버터(174)에 접속되고, 인버터의 출력은 직렬 공진(series-resonant) 공진 회로(176)에 접속된다. 상기 공진 회로의 출력은 변압기(178)를 걸쳐 직렬로 접속된 3개의 형광 램프에 접속된다. 안정기 보충 소자(ballast sub-components)(174,176 및 178)의 구성 및 작동은 종래 기술에 잘 공지되어 있으므로 본원의 명세서에서는 생략하기로 한다. 상기 보충 소자는 더욱 충분히 설명되어졌으며 예컨대 미국 특허 출원 제07/636,833호에 설명되었고, 이것은 본 출원과 동일한 양도인에게 양도되었다.
제1도의 회로의 작동에 있어서, 입력 단자(108 및 110)를 걸쳐 인가된 전압 277V, 60Hz(제2도에 도시)를 가지고서, 상기 브리지(112)는 노드(120)와 접지 전압 레일(122)사이에서 유니폴라, 전파 전류, 120Hz의 주파수를 가지는 DC전압을 발생시킨다. 상기 FET(128)가 전도 가능할때 상기 유니폴라의 전체 DC 전압은 인덕터(124)를 가로질러 나타나므로 전류가 인덕터를 통하여 흐른다. 상기 FET(128)가 전도할 수 없을때, 상기 전도 전류는 상기 인덕터를 통과한 전압이 증가한다. 상기 증가된 전압은 다이오드(132)를 통하여 출력단자(134)에 인가된다. 출력 단자(134) 및 (136)사이에 증가된 전압은 인버터(174), 직렬 공진 회로(176) 및 변압기(178)에 동력을 공급하는 캐패시터(137)를 충전하며, 상기 변압기(178)는 3개의 직렬 접속된 형광 램프(102,104,106)를 구동하기 위한 것이다.
상기 FET(128)의 활성과 비활성 사이의 스위칭은 전류 모드 제어 IC(144)의 제어 신호(핀 6으로부터 출력)의 제어 신호에 의해 제어된다. 상기 IC의 제어 신호 출력은 펄스폭 변조 신호를 형성하고, 마크(mark)간격동안 상기 FET는 전류를 전도할 수 있게 스위치 온 되며, 스페이스(space)인터벌동안 상기 FET는 전류 전도가 불가능하게 스위치 오프된다. 핀 6에서 IC의 펄스 폭 변조 제어 신호는 1에 대해 정상적인 마크/스페이스 비율을 가지며, 정상의 50% 듀티 사이클(duty cycle)을 발생시킨다. 상기 IC의 펄스폭 변조 제어 신호와 노드(120)에서 전압의 주파수는 공급 라인으로부터 전달된 전류를 결정한다.
상기 회로(100)에 있어서, IC(144)의 핀 6에서 발생된 상기 PWM 제어 신호의 정상 주파수는 저항(146) 및 캐패시터(142)의 값을 발생하는 것에 의해 결정되며, 거의 23KHz이다.
그러나, 저항(138)을 통과하는 브리지(112)로부터 전류 모드 제어 IC(144)의 핀 4에서 입력까지 상기 120Hz 유니폴라 파형 출력을 인가하는 것에 의해서, 상기 IC의 핀 6에서 발생된 펄스폭 변조 제어 신호의 주파수는 AC 라인 전압(파형이 제2도에 도시)에 응답하여 변화되며, AC 라인 전압은 입력 단자(108,110)을 걸쳐 인가된다. 유니폴라 브리지 출력 전압 증가에 대해서 유니폴라 브리지 출력과 동시에 발생하는 값으로써, 상기 IC 144의 핀 4에 인가된 전류를 상기 IC의 핀 6에서 PWM 제어 신호 출력의 주파수가 증가한다. 이렇게 IC의 핀 6에 PWM 제어 신호 출력의 주파수는 출력 주파수의 최소화, 상기 브리지 출력 전압이 최소값을 가질때 거의 23KHz의 정상값과, 제로값을 가지며, 상기 브리지 출력 전압이 피크 값을 가질 때 거의 43KHz의 최대값을 가진다. 브리지 출력 전압의 중간값에서, 상기 IC의 PWM 제어 신호의 주파수는 비례적으로 줄어든다.
상기 IC 144의 핀 6에서 발생된 펄스폭 변조 신호의 주파수는 브리지(112) 및 AC 공급 라인으로부터 전달된 전류를 결정한다.
상기 선전류(제3도에 도시된 파형)가 상기 방법으로 인가된 선전압에 따라 변하는 것에 의해서, 상기 선전류는 사인파형이 되며, 상기 회로(100)가 1전원 요소 및 낮은 고조파 왜곡을 나타낸다.
상기 언급된 것처럼, 상기 선전류는 저항(138)에 의해 노드(120)와 노드(140)사이에 접속에 의해서 변화를 일으키고, 이것은 정류기 브리지(112)의 출력으로부터 변조 신호와 상기 IC(144)의 핀 4에서 주파수 결정 입력 RT/CT에 인가된다. 만약 상기 저항(138)이 제거된다면, 상기 IC(144)의 핀 6에서 발생된 상기 PWM 출력 신호의 주파수는 거의 23KHz에서 일정하게 남아 있으며, 회로에 의해 전달된 선전류는 제4도에 도시된 형태가 될 것이다.
제3도 및 4도의 파형을 비교하여 볼 때, 제4도의 파형은 제3도의 파형보다 비사인파형이며, 특히 파형의 제로를 가로지르는 주위에 표시한 영역(180)에서 두드러진다. 제4도의 파형이 사인파형으로부터 이탈은 증가된 THD와 감소된 전력 요소로 표시하고, 이 두가지 요인은 제3도에 도시된 상기 회로(100)의 선전류 파형에서 상당히 벗어난다.
계산 및 측정은 제4도의 파형과 관련된 전력 요소 및 THD 특성은 각각 거의 0.95 및 15%이며, 이러한 결과로써 회로(100)에 의해 발생된 전력 요소 및 THD 특성은 각각 거의 0.99 및 5%이다.
상기 IC(144)의 상기 PWM 출력 신호에 인가된 변조의 정도가 저항(138)의 크기를 변화시키는 것에 의해 변화될 수 있고, 노드(140) 및 접지 전압 레일 사이에 캐패시터(142)와 병렬로 저항(도시 않됨)을 삽입시키는 것에 의해서 부가하거나 바꿀 수 있다. 상기 변하는 제4도에 도시된 비사인파형 영역(180)에 대해 보다 크거나 작은편의 보상을 제공하기 위하여 이용될 수 있다.
비록 본 발명이 부스트 인덕터를 갖춘 전원 장치에 대하여 설명되거나, 형광 램프를 구동하기 위하여 안정기 회로를 구비할지라도, 본 발명은 THD 및 전력 요소가 전원 장치 실행에 중요한 요소인 어떤 장치에 이용에 있어서 다른 종류의 전원 장치보다 유효하게 이용될 수 없다고 평가될 것이다.
상기 기술된 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정을 수정하므로써 본 발명의 개념에 벗어남이 없이, 인가된 공급 전압에 따라서, 전원 장치에 의해 인가되는 선전류를 결정하는 제어 신호에 의하여 통상의 지식을 가지고 있는 사람에 의하여 분명히 될 것이며, 이러한 것에 의해 고조파왜곡 및 증가하는 전력 요소를 줄일 수 있다고 또한 평가될 것이다.

Claims (9)

  1. 고류 공급 전압을 받는 입력과, 상기 공급 전압으로부터 유도된 전압을 발생하는 출력과, 전류를 전달하여 전압을 발생시키기 위하여 입력과 출력 사이에 결합된 전압 발생 수단과, 상기 전압 발생 수단에 의해 전달된 전류를 제어하기 위한 스위치 수단과, 전압 발생 수단에 의해 전달된 전류를 제어하고 그 결과 발생된 전류를 제어하기 위해 상기 스위치 수단을 제어하여 펄스 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 신호 발생 수단을 구비하는 전원 장치에 있어서, 상기 입력과 상기 제어 신호 발생 수단 사이에 결합된 교류 공급 전압에 따른 제어 신호의 주파수를 변조하는 변조 수단을 구비하며, 상기 전압 발생 수단에 의해 전달된 전류가 교류 공급전압의 파형에 근접한 파형을 갖도록 교류 공급 전압의 크기가 최대가 될때, 제어 신호의 주파수는 최대 값을 갖는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 발생 수단이 유도용량을 구비하는 전원 장치.
  3. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 스위치 수단이 전계 효과 트랜지스터를 구비하는 전원 장치.
  4. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 제어 신호가 펄스폭 변조 신호인 전원 장치.
  5. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 수단이 전류-모드 제어 집적 회로를 구비하는 전원 장치.
  6. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 변조 수단이 상기 입력 및 제어 신호 발생 수단 사이에 결합된 임피던스를 구비하는 전원 장치.
  7. 전파 정류기가 상기 AC전압에 결합되어 AC전압을 DC전압으로 바꾸는 수단과, 제어 입력을 가지고 펄스폭 변조신호를 발생시키는 수단과, 상기 DC전압을 발생시키기 위하여 상기 신호에 의해 제어되는 수단을 포함하는 전원 장치에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호의 주파수가 상기 AC전압의 크기에 따라서 변하도록 상기 제어 입력이 전파 정류기에 결합하는 수단을 구비하며, 상기 펄스폭 변조 신호의 주파수는 AC전압의 크기가 최대일때 최대 값을 가지며, 그결과 높은 전력요소와 낮은 고조파 왜곡을 얻는 전원 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 펄스폭 변조 신호를 발생시키는 수단이 전파 정류기로부터 전원이 공급된 전원 장치.
  9. 제7 또는 8항에 있어서, 상기 DC 신호를 발생시키는 상기 수단이 전압 부스트 회로를 구비하는 전원 장치.
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