KR970005104B1 - 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로 - Google Patents

부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로 Download PDF

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KR970005104B1 KR1019940004005A KR19940004005A KR970005104B1 KR 970005104 B1 KR970005104 B1 KR 970005104B1 KR 1019940004005 A KR1019940004005 A KR 1019940004005A KR 19940004005 A KR19940004005 A KR 19940004005A KR 970005104 B1 KR970005104 B1 KR 970005104B1
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전달영
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삼성전자 주식회사
김광호
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Description

부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 구성 블록도이고,
제2도는 상기 제1도의 구동신호 제어부를 도시한 회로도이고,
제3도는 상기 제2도의 주파수 신호 발생부 및 구동신호 생성부의 상세 회로도이고,
제4도는 상기 제1도의 전력 스위칭부에 대한 신호 표시도이고,
제5도는 상기 제1도의 무부하 검출부를 도시한 상세 회로도이고,
제6도는 상기 제1도의 무부하 보호부를 도시한 상세 회로도이고,
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 구동신호 제어부 및 트랜스포머 각부의 파형도이고,
제8도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 전력 스위칭부의 각부 파형도이고,
제9도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 무부하시 무부하 보호부의 동작을 설명하는 각부 파형도이고,
제10도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 부하장착시 무부하 보호부의 동작을 설명하는 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 구동신호 제어부 2 : 전력 스위칭부
3 : 전력 구동부 4 : 무부하 검출부
5 : 무부하 보호부 TF : 트랜스포머
이 발명은 형광등 또는 액정표시장치의 백라이트등으로 사용되는 방전등(Discharge lamp) 점등회로에 관한 것으로서, 부하검출 기능을 구비하여 부하의 결함, 부하의 미장착 등에 의해 부하가 검출되지 않을 경우에는 점등회로의 동작을 중지시켜 전력소비를 중단시키고, 공진형 인버터 회로에 영전압 스위칭방식을 조합하여 낮은 고조파 함유율, 넓은 영역에서 고효율의 저항성 부하를 제공하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로에 관한 것이다.
통상, 형광 등을 비롯한 방전 등에 있어서 방전후의 전류를 제한해주기 위한 목적으로 안정기가 사용되고 있으며, 상기 안정기로는 초크코일(Choke coil)을 이용한 방식 대신에 스위칭 IC(Integrated Circuit)에 의해 인버터 회로가 구동되도록 하는 스위칭방식의 전자식 안정기가 급속히 보급 및 확산되는 추세이다.
상기 스위칭 방식으로는 영전류 스위칭 방식과 영전압 스위칭 방식이 있는데, 영전류 스위칭방식에 관해서는 IEEE TES Annual Meeting Conf.Rec.의 pp,149-154, 1989에 High frequency resonant inverter for group dimming control of fluorescent lamp lighting system에 소개되어 있다.
그러나, 상기 영전류 스위칭 방식은 방전등에서 발산하는 가시광선과 함께 고조파 노이즈가 발생되어 주변 통신기기와, 원격제어시스템, 컴퓨터 및 의료장비 등에 전자기간섭을 일으켜 오동작을 야기시키는 문제점이 있다.
또한, 방전 등에 공급되는 전력이 입력전압의 변동에 매우 민감한 단점이 있을 뿐만 아니라 방전 등의 수명과 밀접한 관계가 있는 필라멘트 예열전력 역시 입력전압이 변동되는 경우에는 일정값으로 제어할 수 없어 방전등의 수명이 감소되는 문제점을 내포하고 있다.
또다른 스위칭 방식으로서, 영전압 스위칭 방식에 관해서는 대한민국 특허출원 공고번호 제92-4995호(공고일자 : 1992년 6월 22일)에 고주파 영전압 스위칭 방식의 전류제어형 인버터회로를 갖춘 전자식 안정기가 제시되어 있다.
상기 고주파 영전압스위칭 방식의 전류제어형 인버터회로를 갖춘 전자식 안정기는 스위칭소자 양단의 전압기울기를 감소시킴으로써 고조파 노이즈가 대폭 감소되는 장점이 있다.
한편, 부하가 일이상인 종래의 방전등 점등회로에서는 부하의 미장착, 부하의 결함 등에 의해 부하가 검출되지 않을 경우에도 트랜스포머에서 고압이 생성되어 전력소비가 많을 뿐 아니라, 상기 트랜스포머의 고압에 의해 동작하는 스위칭 소자를 과열시키는 문제점이 있다.
그러므로, 상술한 종래의 기술을 바탕으로 문제점을 해결하고자 하는 이 발명의 목적은 낮은 고조파 함유율, 넓은 영역에서 고효율의 저항성 부하를 제공할 수 있는 공진형 인버터 회로에 고조파 노이즈를 대폭 감소시킬 수 있는 영전압 스위칭 방식을 적용시킨 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로를 제공하고자 하는데 있다.
이 발명의 또다른 목적은 부하검출 기능을 구비하여 부하가 검출되지 않을 경우에는 트랜스포머의 고압생성이 중단되게 함으로써 스위칭 소자 및 인버터 회로를 보호하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로를 제공하고자 하는데 있다.
상기의 목적을 달성하고자 하는 이 발명의 구성은, 직류전원이 기준전압 발생부, 주파수 신호 발생부, 구동신호 생성부, 구동회로에 인가되어 제로 레벨 구간을 갖는 양,부로 교번하는 스위칭 펄스의 제어신호를 생성하는 구동신호 제어부와; 1차측에 인가된 상기 구동신호 제어부의 제어신호를 권선비에 따라 레벨 시프트하여 2차측에 인가되도록 하는 트랜스포머와; 상기 트랜스포머에서 출력되는 제어신호에 의해 교번하여 스위칭하는 전력 스위칭부와; 인가된 직류전원으로부터 공진전류를 생성하며, 상기 전력 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 결정되는 공진방향으로 상기 공진전류가 흐르게 함으로써 일이상의 방전 등을 구동하는 전력 구동부와; 일이상의 방전등 각각에 흐르는 전류에 의해 유도되는 자계를 전압치로 검출하는 무부하 검출부와; 상기 무부하 검출부에서 검출된 전압치로부터 부하의 유무를 판정하며, 부하가 없을 경우에는 상기 구동신호 제어부의 제어신호 생성을 중단시키는 무부하 보호부로 이루어진다.
상기 구성에 의하여, 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 구성 블록도이고, 제2도는 상기 제1도의 구동신호 제어부를 도시한 회로도이고, 제3도는 상기 제2도의 주파수 신호 발생부 및 구동신호 생성부의 상세 회로도이고, 제5도는 상기 제1도의 무부하 검출부를 도시한 상세 회로도이고, 제6도는 상기 제1도의 무부하 보호부를 도시한 상세 회로도이다.
또한, 제7도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 구동신호 제어부 및 트랜스포머 각부의 파형도이고, 제8도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 전력 스위칭부의 각부 파형도이고, 제9도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 무부하시 무부하 보호부의 동작을 설명하는 각부 파형도이고, 제10도는 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 부하장착시 무부하 보호부의 동작을 설명하는 파형도이다.
상기 제1도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로는, 직렬 연결된 저항(R) 및 콘덴서(C)에 직류전원(E)이 병렬로 연결되며, 저항(R)과 콘덴서(C)의 접점에서 형성된 전압 공급라인(a)이 구동신호 제어부(1)의 입력단에 연결되고 상기 구동신호 제어부(1)의 출력단(A,B)은 트랜스포머(TF)의 1차측(TF11) 양단에 연결되며, 트랜스포머(TF)의 2차측(TF21,TF22) 양단에 연결된 저항(R21,R22)에는 다이오드(D21)와 콘덴서(C21)가 드레인-소스 양단에 병렬로 연결된 스위칭 소자(FET1)와 다이오드(D22)가 드레인-소스 양단에 병렬로 연결된 스위칭 소자(FET2)가 연결되며, 상기 두 스위칭 소자(FET1,FET2)의 접점에 콘덴서(C31,C32) 및 인덕터(L31,L32)가 차례로 연결되어 방전등(LP1,LP2)의 일단에 연결되며, 상기 각 방전등(LP1,LP2)의 타단은 무부하 검출부(4)에 연결되며, 상기 각 방전등(LP1,LP2)의 병렬로 연결된 콘덴서(C35,C36)에는 직류전원(E)이 인가된 콘덴서(C33,C34)가 각각 연결되며, 상기 무부하 검출부(4)의 출력단은 무부하 보호부(5)의 입력단과 연결되며, 구동신호 제어부(1)의 일단(z)과 연결되는 상기 무부하 보호부(5)의 출력단(v,w,x,y)은 구동신호 제어부(1)와 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 제2도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 구동신호 제어부(1)는, 전압 공급라인(a)과 접지단(G)이 기준전압 발생부(11), 주파수 신호 발생부(12), 구동신호 생성부(13), 구동회로(14)에 각각 연결되며, 상기 기준전압 발생부(11)의 출력단(z)은 주파수 신호 발생부(12)에 연결되는 동시에 무부하 보호부(5)에 연결되고, 상기 주파수 신호 발생부(12)의 두 출력단(α,β)은 구동신호 생성부(13)에 연결되고, 상기 구동신호 생성부(13)의 일 출력단(O1)에는 트랜지스터(Q142)의 베이스단과 반전기(I141)를 거친 트랜지스터(Q141)의 베이스단이 연결되며, 상기 각 트랜지스터(Q141,Q142)의 컬렉터-에미터 양단에는 다이오드(D141,D142)가 각각 연결되며, 상기 두 트랜지스터(Q141,Q142)의 접점은 트랜스포머(TF)의 일차측(TF11) 일단(A)과 연결되며, 상기 구동신호 생성부(13)의 타 출력단(O2)에는 트랜지스터(Q144)의 베이스단과 반전기(I141)를 거친 트랜지스터(Q143)의 베이스단이 연결되며, 상기 각 트랜지스터(Q143,Q144)의 컬렉터-에미터 양단에는 다이오드(D143,D144)가 각각 연결되며, 상기 두 트랜지스터(Q143,Q144)의 접점은 트랜스포머(TF)의 일차측(TF11) 타단(B)에 연결되며, 상기 각 트랜지스터(Q141,Q142,Q143,Q144)의 베이스단은 무부하 보호부(5)의 출력단(v,w,x,y)과 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 제3도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 부하검출기능을 구비한 방전등 점등회로의 구동신호 제어부(1)에서 주파수 신호 발생부(12)와 구동신호 생성부(13)는, 기준전압 발생부(11)의 출력단을 입력으로 하는 톱니파 발생회로(121)의 출력단(m)에 두 연산 증폭기(OP1,(OP2)의 비반전 입력단이 연결되고, 상기 각 연산 증폭기(OP1,OP2)의 두 출력단(α,β)은 플립플롭(FF1,FF2)의 클럭 입력단(CLK)에 각각 연결되며, 전압 공급라인(a)과 접지단(G) 사이에 세 저항(R121,R122,R123)이 직렬 연결되고 상기 각 저항(R121,R122,R123)간의 접점은 각 연산 증폭기(OP1,OP2)의 반전 입력단에 연결되며, 플립플롭(FF1)의 데이타 입력단(D)은 플립플롭(FF2)의 출력단(Q)에 연결되고 플립플롭(FF1)의 반전 출력단(/Q)은 플립플롭(FF2)의 데이타 입력단(D)에 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 무부하 검출부(4)는, 각 방전등(LP1,LP2)의 출력단(e,f)이 원형 철심(41)의 일측에 감긴후 접지단(G)에 연결되며, 접지단(G)에서 출발한 도선이 다이오드(D41)를 거쳐 원형 철심(41)에 감진 후 출력단(b)에 연결되며, 상기 출력단(b)과 접지단(G) 사이에는 정향(R41) 및 콘덴서(C41)가 병렬로 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 제6도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 무부하 보호부(5)는, 구동신호 제어부(1)의 기준전압 발생부(11) 출력단(z)에 두 저항(R52,R54)이 직렬로 연결되며, 상기 두 저항(R52,R54)의 접점에 연산 증폭기(OP51)의 반전 입력단이 연결되며, 상기 기준전압 발생부(11)의 출력단(z)에 저항(R51) 및 콘덴서(C51)가 직렬로 연결되며, 상기 저항(R51) 및 콘덴서(C51)의 접점에 연산 증폭기(OP51)의 비반전 입력단이 연결되며, 상기 연산 증폭기(OP51)의 출력단과 기준전압 발생부(11)의 출력단(z) 사이에 저항(R53)이 연결되고, 상기 연산 증폭기(OP51)의 출력단에 트래지스터(Q55)의 베이스단이 연결되고 컬렉터단은 연산 증폭기(OP51)의 비반전 입력단에 연결되며 에미터단은 접지단(G)에 연결되며, 무부하 검출부(4)의 출력단(b)이 다이오드(D51)를 거쳐 연산 증폭기(OP52)의 반전 입력단에 연결되며, 트랜지스터(Q56)의 베이스단은 상기 연산 증폭기(OP51)의 출력단에 연결되고 컬렉터단은 상기 연산 증폭기(OP52)의 비반전 입력단에 연결되고 에미터단은 접지단(G)에 연결되며, 기준전압 발생부(11)의 출력단(z)과 접지단(G) 사이에 저항(R55) 및 병렬 연결된 저항(R58) 및 콘덴서(C52)가 연결되며, 기준전압 발생부(11)의 출력단(z)과 연산 증폭기(OP52)의 반전 입력단 사이에 저항(R56)이 연결되고, 상기 저항(R56)과 접지단(G) 사이에 저항(R59)이 연결되며, 기준전압 발생부(11)의 출력단(z)과 연산 증폭기(OP52)의 출력단 사이에 저항(R57)이 연결되며, 상기 연산 증폭기(OP52)의 출력단에 각 트랜지스터(Q51,Q52,Q53,Q54)의 베이스단이 공통으로 연결되며, 각 트랜지스터(Q51,Q52,Q53,Q54)의 에미터단은 접지단(G)에 연결되며, 각 트랜지스터(Q51,Q52,Q53,Q54)의 컬렉터단은 무부하 보호부(5)의 출력단(v,w,x,y)으로 되는 구조로 이루어진다.
상술한 이 발명의 실시예의 구성에서 두개의 방전등이 부하(load)로 사용되었지만, 이 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않으며, 전력 구동부(3) 및 무부하 검출부(4)의 수정설계에 희해 일 이상의 방전등이 추가 장착 가능하다.
상기 구성에 의한 이 발명의 실시예에 따른 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 작용은 다음과 같다.
상기 제1도에 도시되어 있는 직류전원(E)은 상용교류전원을 정류하여 평활화시켜 얻어진 것으로서, 전원 공급라인(a)과 접지단(G)을 통해 각종 기능의 회로 블록에 공급되고 있다.
즉, 직류전원(E)은 본 발명의 구성에 따라서 제1도의 각종 회로 블록에 공급되고 있다. 특히 구동신호 제어부(1)는 전원 공급라인(a)과 접지단(G)에 직렬 연결된 저항(R)과 콘덴서(C)에서 상기 직류전원(E)을 받아 얻어지는 콘덴서(C)의 전압을 사용하고 있다.
구동신호 제어부(1)에 대한 내부 구성의 설명을 제외하고 먼저 제1도의 회로구성 및 작용을 설명한다.
상기 구동신호 제어부(1)의 출력단(A,B)을 통해 트랜스포머(TF)의 1차측 코일(TF11)에 인가되는 스위칭 제어신호(Vt)는 제8도(a)에 도시되어 있으며, 상기 스위칭 제어신호(Vt)는 영전압 구간을 갖고 교번하는 구형파 펄스로서 트랜스포머(TF)의 2차측 코일(TF21,TF22)에서는 제8도 (b),(c)와 같이 'Vgs1'과 'Vgs2'신호가 생성된다.
제4도는 제1도의 트랜스포머(TF)와 트랜스포머(TF)의 출력에 연결된 전력스위칭부(2)를 설명하기 위해서 다시 도시한 것으로 이에 대해 제8도의 파형도를 참조하여 설명한다.
언급하였듯이 트랜스포머(TF)의 1차측 전압에 의해서 2차측의 출력은 제8도 (b) 및 (c)와 같으나, 제1 출력(Vgs1)이 정(+) 레벨의 온 구간에 대해서 제2 출력(Vgs2)은 부(-) 레벨의 오프 구간이 되고 공히 제로레벨 구간을 가진 후에 상기 상태는 반대로 나타나며 따라서 스위칭 소자(FET1)과 (FET2)은 동시에 턴-온 되는 경우는 없다.
상기 트랜스포머(TF) 2차측에 2개의 번갈아 나타나는 펄스는 스위칭 소자(320),(360)을 교대로 온/오프 시키는데 적합하다.
먼저, 스위칭 소자(FET1)가 시간구간(t1~t2)에서 온상태에 있다고 할 때, 공진전류(ir)는 제8도(j)와 같이 계속 증가한다. 이때의 전류 흐름도를 보면 스위칭 소자(FET1), 전력 구동부(3)의 콘덴서(C31)와 (C32), 인덕터(L31)와 (L32), 부하인 방전등(LP1)와 (LP2)을 거쳐서 다시 직류전원(E)으로 되돌아가는 경로를 갖게 된다. 그리고, 이 동작모드에서 전원 공급라인(G)과 부하(LP1,LP2)간에 각각 연결된 콘덴서(C33,C34)는 방전하여 그 양단전압은 감소하게 되며, 상기 부하(LP1,LP2)에 병렬로 연결된 콘덴서(C35,C36)는 충전하게 되어 전압이 점차 상승하게 된다.
시간 t2에서 스위칭 소자(FET1)는 제8도(b)와 같이 스위칭 신호(Vgs1)가 제로레벨이 되어 턴-오프된다. 그러면 이 소자(FET1)에 병렬로 연결된 콘덴서(C21)는 전원공급 및 콘덴서(C33,C34)를 통해 스위칭 소자(FET1)로 흐르던 전류성분에 의해서 충전하게 되고 여전히 공진은 계속된다. 충전은 시간(t3)까지 계속되어 제8도(d)에 도시되어 있듯이 콘덴서(C21) 전압(Vs1)이 직류전원(E)의 전압과 같아지는 시간(t3)에서 충전 완료된다.
상기 콘덴서(C21)가 충전 완료되면 콘덴서(C21)의 전압이 직류전원(E)의 전압과 같아지게 되어 스위칭 소자(FET2)의 드레인-소오스 양단 전압은 영전압이 되고, 이 소자(FET2)의 드레인-소오스간에 연결된 다이오드(D22)는 턴-온 모드에 돌입하게 된다. 그러나, 공전은 인덕터(L31,L32)가 전류원 역할을 하므로 여전히 같은 방향으로 계속된다.
상기 다이오드(D22)가 턴온 모드에 있을 때 제8도(c)와 같이 스위칭 소자(FET2)에는 턴온레벨의 신호가 인가된다. 따라서 상기 스위칭 소자(FET2)는 턴온 상태에 놓이지만, 공진 전류(ir)가 다이오드(D22)에 계속해서 흐르고 있으므로 스위칭 소자(FET2)의 드레인에는 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 공진 전류(ir)가 영(zero)이 되면서부터 공진 전류(ir)의 나머지 반 주기는 스위칭 소자(FET2)의 드레인을 통해 소오스 쪽으로 흐르면서 공진은 계속된다.
이때의 전류 흐름로는 콘덴서(C33)와 (C34), 인덕터(L31), 콘덴서(C31)와 (C32), 스위칭 소자(FET2)로 되고 이때의 콘덴서(C35)와 (C36)는 방전을 하게 된다.
이와같이 구동신호 제어부(1)의 출력에 의해서 트랜스포머(TF) 및 전력 스위칭부(2) 그리고 2개의 부하(LP1,LP2)를 갖는 전력 구동부(3)는 상기한 바와같이 동작한다.
본 발명의 목적에 따라서 부하 또는 방전등의 갯수 또는 무부하 상태를 검출하기 위해서 본 발명은 제1도와 같이 무부하 검출회로(4)를 방전등(LP1,LP2)의 각 단자에 연결하고 있다. 그러므로 본 발명은 부하의 상태를 감지하여, 무부하일 때 무부하 보호부(5)가 동작되게 하여 구동신호 제어부(1)의 동작이 중단되게 함으로써 전력 스위칭부(2)의 온/오프 스위칭 작용을 멈추게 한다. 이런 동작에 대하여 제5도의 구체화된 무부하 검출부(4)에 대하여 상세히 설명한다.
제5도에 도시된 무부하 검출부(4)는 입력단(e,f)을 통해 부하인 방전등(LP1,LP2)과 이것에 병렬 연결된 콘덴서(C35,C36)를 통해 흐르는 전류를 검출하며, 전압으로 검출된 신호는 출력단(b)을 통해 무부하 보호부(5)에 인가된다.
상기 두 방전등(LP1,LP2)이 모두 정상 점등인 경우 입력단(e,f)에 전류가 흐르게 되며, 제5도와 같이 원형 철심(41)에 도선을 감게 되면 철심(41)에 두 입력단(e,f) 전류에 의한 자계가 발생된다. 상기 발생된 자계에 의해 다아오드(D41)가 연결된 도선에는 전류가 유도되고 콘덴서(C41)에는 상기 유도전류에 의한 전압이 발생된다. 상기 콘덴서(C41)에 발생되는 전압은 입력단(e,f)에 흐르는 전류의 양에 비례하며, 방전등(LP1,LP2)이 모두 없거나 작동하지 않을 경우에는 콘덴서(C14)에서 영전압이 발생된다.
다음으로, 구동신호 제어부(1)에 대해서 제2도를 참조하여 설명한다.
전원 투입에 의해서 전원 공급라인(a)과 접지단(G)간의 직렬 연결된 저항(R)과, 콘덴서(C)에서 콘덴서(C)전압이 구동신호 제어부(1)의 기준전압 발생부(11)에 인가되어 회로동작에 적합한 전원이 생성된다. 이 전원은 각 블록에 인가되며, 상기 기준전압 발생부(11)는 통상적인 전압 레귤레이터(voltage regulator)와 동일한 동작을 수행한다.
상기 기준전압 발생부(125)의 출력전압에 의해 동작하며, 제3도에 상세하게 도시된 주파수 신호 발생부(12)는 톱니파 발생회로(121)와 구형파 발생회로로 구성되는 것으로, 상기 톱니파 발생회로(121)는 잘 알려진 회로 구성으로부터 구현될 수 있다.
제7도(a)와 같은 톱니파를 발생하는 톱니파 발생회로(121)의 출력은 저항(R123) 및 저항(R123)과 저항(R122)의 합에 의해 형성되는 레퍼런스전압(Vref1,Vref2)을 가지는 연산증포기(OP1,OP2)에 각각 인가되며, 상기 각 연산증폭기(OP1,OP2)에서는 제7도(b),(c)와 같은 2개의 서로다른 펄스폭을 갖는 구형파가 출력단(α,β)을 통해 생성된다.
제7도(b)에 도시된 Vα는 연산 증폭기(OP1)의 출력파형이며, 제7도(c)에 도시된 Vβ는 연산 증폭기(OP2)의 출력파형이다. 또한, 상기 각 연산 증폭기(OP1,OP2)의 레퍼런스 전압(Vref1,Vref2)의 크기에 의해 생성되는 구형파의 발생싯점이 결정된다.
상기 구형파(Vα,Vβ)는 제3도에 도시된 구동신호 생생부(13)에 가해져 각 플립플롭(FF1,FF2)에 의해 제7도(d),(e)와 같은 구동신호(V1,V2)가 생성된다. 상기 구동신호 생성부에서 생성되는 구동신호(V1,V2)는 제2도의 구동회로(14)에 인가된다.
상기 제7도(d),(e)와 같은 구동신호 생성부(13)의 출력신호(V1,V2)는 구동회로(14)에 인가되어, 구동회로(14)의 출력단(A,B)을 통해 제어신호(Vt)가 생성 및 출력되고, 제7도(f)와 제8도(a)에 상기 제어신호가 도시되어 있다. 상기 제어신호(Vt)의 파형은 양(+)전위레벨과 음(-)저위레벨이 교번하여 나타나며, 상기 양(+)전위와 음(-)전위레벨 사이에는 제로 레벨 구간이 삽입되는 형태이다.
상기 구동회로(14)는 구동신호 생성부(13)의 각 출력신호(V1,V2)에 대해 푸쉬-풀 회로를 구성하고 있으며, 상기 구동회로(14)는 4개의 트랜지스터(Q141,Q142,Q143,Q144) 및 트랜지스터(Q141,Q142,Q143,Q144)의 에미터와 콜렉터를 잇는 4개의 다이오드(D141,D142,D143,D144)를 갖는다.
제2도에 상세하게 도시된 상기 구동회로(14)에서는 트랜지스터(Q141)의 베이스단에 반전기(I141)가 연결되어 있어 각 트랜지스터(Q141,Q142)는 서로 정반대의 위상을 나타내고 있으며, 반대편 트랜지스터(Q143,Q144)도 동일하게 구성되어 있다. 상기와 같이 구성한 것은 상측 트랜지스터(Q141,Q143)와 하측 트랜지스터(Q142,Q144)가 동시에 턴온되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기에서 구동신호 생성부(13)의 구동신호(V1,V2)는 제7도(d),(e)에 도시되어 있듯이 서로 일정구간 시프트되어 있고, 구동회로(14)의 두 출력단(A,B)에서 생성되는 전압은 상기 구동신호(V1,V2)에 역사이므로, 트랜스포머(TF)의 일차측 코일(TF11)에 형성되는 제어신호(Vt)는 제7도(f)와 같이 양부로 교번하며 영전압 구간을 가지게 된다. 상기 구동신호(V1,V2)와 구동회로(14)의 출력단(A,B) 전압과 제어신호(Vt)의 관계를 도표로 제시하면 아래와 같다.
이와 같이 구동회로에 의해 제어신호(V)가 생성되며, 동시에 무부하 검출부(4)의 출력(b)을 받는 무부하 보호부(5)에 의해 구동신호 생성부(13)의 출력단에 연결된 구동 트랜지스터(Q141,Q142,Q143,Q144)가 제어된다.
이하, 제6도를 참조하여 무부하 보호부(5)의 동작에 대해 설명한다.
연산 증폭기(OP52)의 비반전 입력단에 병렬로 연결된 저항(R58) 및 콘덴서(C52)는 연산증폭기(OP52)의 레퍼런스 전압을 결정하기 위한 것이며, 상기 콘덴서(C52)의 양단 전압(V)은 레퍼런스 전압이며, 제9도의 (c)에 도시되어 있다.
방전등(LP1,LP2)이 장착되어 있지 않은 무부하시인 다이오드(D51)를 거쳐 연산 증폭기(OP52)의 반전 입력단에 인가되는 제9도의 (c)의 점선으로 도시된 무부하 검출부(4)의 출력단(b) 전압(V)이 상기 레퍼런스 전압(V)보다 작을 경우에는 제9도의 (d)에 도시된 연산 증폭기(OP52)의 출력단 전압(V)이 하이레벨이 되어 각 트랜지스터(Q51,Q52,Q53,Q54)는 턴온됨으로써 구동회로(14)에서 출력되는 제어신호(V)는 영전압이 된다. 상기 구동회로(14)의 제어신호(V)가 영전압이 되면 전력 스위칭부(2)의 스위칭 동작은 중단된다. 따라서, 무부하시의 스위칭 동작에 스위칭 소자(FET1,FET2)가 과열되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 콘덴서(C52)에 병렬 연결된 저항(R58)의 저항값은 상기 콘덴서(C52)의 충전전압을 결정하며, 방전등이 하나만 있는 경우에도 구동회로(14)가 동작하도록 하기 위하여 상기 저항(R58)의 저항값은 제10도에 도시되어 있는 방전등이 하나만 있을 경우의 무부하 검출부(4) 출력단(b) 전압보다 저항(R58)의 양단전압이 더 작도록 설정된다. 상기 저항(R58)은 가변저항으로 대치될 수 있다.
한편, 연산 증폭기(OP51) 및 두 트랜지스터(Q55,Q56)는 무부하 상태에서 방전등이 장차될 경우에 구동회로(14)가 정상모드로 동작하도록 하기 위한 것이다. 연산 증폭기(OP51)의 비반전 입력단에 연결된 콘덴서(C51)는 충방전을 반복하며, 제9도의 (a)에 상기 콘덴서(C51)의 양단전압(V)파형이 도시되어 있다. 상기 콘덴서(C51)의 양단전압(V)이, 제9도의 (a)에 점선으로 도시되어 있는, 저항(R54)에 의해 결정되는 레퍼런스 전압(V)보다 크면 연산 증폭기(OP51)의 출력단에서는 하이레벨의 전압이 출력된다.
상기 연산증폭기(OP51)의 출력단 전압(V)의 파형은 제9도의 (b)에 도시되어 있다. 상기 연산 증폭기(OP51)의 하이레벨의 추력전압에 의해 각 트랜지스터(Q55,Q56)는 턴온되며, 상기 트랜지스터(Q55,Q56)의 턴온 동작에 의해 각 콘덴서(C51,C52)의 양단전압은 제9도의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이 급속히 방전된다.
제10도는 일 이상의 부하가 장착될 경우와 파형도를 도시한 것으로서, 일 이상의 부하가 장착된 경우에도 콘덴서(C51)의 양단 전압(V), 연산 증폭기(OP51)의 출력전압(V), 콘덴서(C52)의 양단전압(V)은 제9도의 무부하시와 동일한 파형을 가진다.
제10도에 도시된 바와 같이 부하가 장착될 때마다 무부하 검출부(4)의 출력단(b) 전압(V)은 증가하며, 연산 증폭기(OP52)의 레퍼런스 전압으로 동작하는 트랜지스터(C52)의 양단 전압(V)보다 무부하 검출부(4)의 출력단(b) 전압(V)이 항상 크게 되어, 일 이상의 부하 장착시에는 연산 증폭기(OP52)의 출력단 전압(V)이 로레벨이 된다. 제10도의 구간 b는 a에 비해 길며, 무부하시에는 t1시점에 연산 증폭기(op52)의 하이레벨의 출력신호에 의해 구동회로(14)의 동작이 차단된다.
상술한 바와 같이 콘덴서(C51)의 주기적인 충방전에 의해 무부하 검출부(4)의 출력단(b)의 전압(V)을 주기적으로 검사하게 되어 무부하 상태에서 세로 부하가 장착될 경우에도 구동회로(14)의 정상적인 동작이 가능해진다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 공진형 인버터 회로에 영전압 스위칭 방식을 적용하여 고조파의 발생을 억제하며, 방전등이 미장착시에는 무부하 보호부가 동작하며 제어신호의 생성을 중단함으로써 무부하시의 스위칭 소자의 과열을 방지할 수 있는 효과를 가진 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 직류전원(E)이 기준전압 발생부(11), 주파수 신호 발생부(12), 구동신호 생성부(13), 구동회로(14)에 인가되어 제로 레벨 구간을 갖는 양,부로 교번하는 스위칭 펄스의 제어신호를 생성하는 구동신호 제어부(1)와; 1차측에 인가된 상기 구동신호 제어부(1)의 제어신호를 권선비에 따라 레벨시프트하여 2차측에 인가되도록 하는 트랜스포머(TF)와, 상기 트랜스포머(TF)에서 출력되는 제어신호에 의해 교번하여 스위칭하는 전력 스위칭부(2)와; 인가된 진류전원(E)으로부터 공진류를 생성하며, 상기 전력스위칭부(2)의 스위칭 동작에 의해 결정되는 공진방향으로 상기 공진전류가 흐르게 함으로써 일 이상의 방전등(LP1,LP2)을 구동하는 전력 구동부(3)와; 일이상의 방전등(LP1,LP2) 각각에 흐르는 전류에 의해 유도되는 자계를 전압치로 검출하는 무부하 검출부(4)와; 상기 무부하 검출부(4)에서 검출된 전압치로부터 부하의 유무를 판정하며, 부하가 없을 경우에는 상기 구동신호 제어부(1)의 제어신호(Vt) 생성을 중단시키는 무부하 보호부(4)로 구성됨을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 전력 스위칭부(2)는 트랜스포머(TF) 2차측 코일(TF21,TF22)에서 전달된 스위칭신호(Vgs1,Vgs2)에 의해 교번하는 스위칭하는 스위칭 소자(FET1,FET2)와; 상기 스위칭 소자(FET1)에 병렬 연결되어 충반전 동작에 의해 공진방향을 결정하는 콘덴서(C21)와; 상기 스위칭 소자(FET2)가 영전압상태에서 스위칭되도록 하기 위한 다이오드(D22)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  3. 제2항에 있어서, 있어서, 상기 스위칭 소자(FET2)가 턴온되고 스위칭 소자(FET2) 양단이 영전압인 경우에 스위칭 소자(FET2)에 병렬 연결된 다이오드(D22)의 턴온동작에 의해 공진전류가 흐르도록 함으로써 영전압 스위칭동작을 수행하도록 함을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스위칭 소자(FET) 및 다이오드(D22)의 영전압 스위칭동작에 의해 고조파 발생을 억제함을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 전력 구동부(3)는 상기 전력 스위칭부(2)의 스위칭소자에 의해 생성되는 공진전류를 일이상의 방전등(LP1, LP2)에 공급하기 위한 콘덴서(C31,C32) 및 인덕터(L31,L32)와; 스위칭 소자(FET1)가 턴온될 경우에 방전하고 스위칭 소자(FET2)가 턴온될 경우에는 충전하여 공진동작을 수행하는 콘덴서(C33,C34)와; 스위칭 소자(FET1)가 턴온될 경우에 방전하고 스위칭 소자(FET2)가 턴온될 경우에 방전하는 콘덴서(C35,C36)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  6. 제2항 또는 5항에 있어서, 스위칭 소자(FET1)가 턴온될 경우에는 스위칭 소자(FET1), 콘덴서(C31,C32), 인덕터(L31,L32), 방전등(LP1,LP2)의 순서로 전류경로가 선택되고, 스위칭 소자(FET2)가 턴온될 경우에는 콘덴서(C33,C34), 인덕터(L31,L32), 콘덴서(L31,L32), 스위칭 소자(FET2)로 전류경로가 선택됨을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  7. 제2항 또는 5항에 있어서, 스위칭 소자(FET2)가 턴온될 경우에는 콘덴서(C35,C36)의 방전에 의해 방전등(LP1,LP2)에 공진전류가 공급됨을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  8. 제1항에 있서, 상기한 구동신호 제어부(1)는 회로 각부에 공급하기 위한 기준전압을 생성하기 위하여, 전압 레귤레이터로 등장하는 기준전압 발생부(11)와, 제어신호(Vt)의 기준파 신호(Vα,Vβ)를 생성하기 위한 주파수 신호 발생부(12)와; 상기 주파수 신호 발생부(12)의 기준 주파수 신호(Vα,Vβ)로부터 서로 일정 구간 시프트된 구동신호(V1,V2)를 생성하기 위한 구동신호 생성부(13)와; 상기 구동신호(V1,V|2)로부터 양부로 교번하며, 상기 구동신호(V1,V2)가 서로 동일한 레벨일 경우에는 영레벨을 갖는 제어신호(Vt)를 생성하기 위한 구동회로(14)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 주파수 신호 발생부(12)는 톱니파 신호를 발생하기 위한 회로(12)와; 상기 톱니파 신호를 레퍼런스 전압과 비교함으로써 서로 다른 펄스폭을 가진 기준 주파수 신호(Vα,Vβ)를 생성하는 비교기(OP1,OP2)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기한 구동신호 생성부(13)는 상기 각 비교기(OP1,OP2)의 출력신호(V1,V2)가 각 플립플롭(FF1,FF2)의 클럭 입력단에 인가되고, 상기 플립플롭(FF1)의 데이타 입력단(D)은 플립플롭(FF2)의 출력단(Q)에 연결되고, 상기 플립플롭(FF1)의 반전 출력단(/Q)은 플립플롭(FF2)의 데이타 입력단(D)에 연결되게 하여, 상기 플립플롭(FF1)의 출력단(Q)과 플립플롭(FF2)의 반전 출력단(/Q)에서 구동신호(V1,V2)가 생성되도록 함을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  11. 제8항에 있어서, 상기한 구동회로(14)는 상기 구동신호(V1)만 하이레벨일 경우에는 음레벨을 가지며, 상기 구동신호(V2)만 하이레벨일 경우에는 양레벨을 가지며, 상기 구동신호(V1,V2)가 모두 동일한 레벨일 경우에는 영전압을 갖도록 하는 제어신호(Vt)를 생성하기 위한 트랜지스터(Q141,Q142,Q143,Q144)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  12. 제1항에 있어서, 상기 무부하 보호부(5)는 턴온동작에 의해 구동회로(14)의 동작을 중지하기 위한 스위칭 소자(Q51,Q52,Q53,Q54)와; 무부하 검출부(4)의 출력단(b) 전압을 판정하여 무부하시에는 상기 스위칭 소자(Q51,Q52,Q53,Q54)를 턴온시키는 비교기(OP52)와; 상기 비교기(OP52)에 레퍼런스 전압을 공급하기 위한 저항 및 콘덴서(R58,C52)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  13. 제1항 또는 12항에 있어서, 상기한 무부하 보호기(5)는 무부하 상태에서 새로 부하가 장착될 경우를 대비하여 턴온동작에 의해 상기 콘덴서(C52)를 방전시키기 위한 스위칭 소자(Q56)와; 상기 스위칭 소자(Q56)를 주기적으로 턴온/턴오프시키기 위한 비교기(OP51)와; 상기 비교기(OP51)에 레퍼런스 전압을 공급하며, 상기 레퍼런스 전압이 주기적으로 증가/감소하게 하는 콘덴서(C51) 및 스위칭 소자(Q55)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로.
  14. 방전등(LP1,LP2)의 출력단(e,f)을 통해 공급되는 전류에 대응하는 자계가 발생되도록 하는 트랜스(51)와; 상기 트랜스(41)에서 발생된 자계에 의해 도선에 유도된 전류가 흐르도록 하고, 상기 전류는 충전동작에 의해 전압 형태로 검출되도록 하는 검출수단(R41,C41)으로 구성되어짐을 특징으로 하는 방전등 점등회로의 부하검출장치.
  15. 제14항에 있어서, 각 방전등(LP1,LP2)의 출력단(e,f) 도선과 검출수단(R41,C41)에 연결되는 도선 트랜스(41)의 일측과 타측에 동일한 방향으로 감기게 함으로써 상기 트랜스(41)의 타측에 유도되는 자계는 각 방전등(LP1,LP2)의 출력단(e,f)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계의 합으로 이루어지도록 함을 특징으로 하는 부하검출 기능을 구비한 방전등 점등회로의 부하검출장치.
  16. 방전등(LP1,LP2)의 출력단(e,f)을 통해 공급되는 전류에 대응하는 자계가 발생되도록 하는 트랜스(41)와; 상기 트랜스(41)에서 발생된 자계에 의해 도선에 유도된 전류가 흐르도록 하고, 상기 전류는 충전동작에 의해 전압 형태로 검출되도록 하는 검출수단(R41,C41)과; 턴온동작에 의해 구동회로(14)의 동작을 중지하기 위한 스위칭 소자(Q51,Q52,Q53,Q54)와; 상기 검출수단(R41,C41)의 출력단(b) 전압을 판정하여 무부하시에는 상기 스위칭 소자(Q51,Q52,Q53,Q54)를 턴온시키는 비교기(OP52)와; 상기 비교기(OP52)에 레퍼런스 전압을 공급하기 위한 저항 및 콘덴서(R58,C52)로 구성되어짐 특징으로 하는 방전등 점등회로의 부하검출장치.
  17. 제16항에 있어서, 무부하 상태에서 새로 부하가 장착될 경우를 대비하여 턴온동작에 의해 상기 콘덴서(C52)를 방전시키기 위한 스위칭 소자(Q56)와; 상기 스위칭 소자(Q56)를 주기적으로 턴온/턴오프시키기 위한 비교기(OP51)와; 상기 비교기(OP51)에 레퍼런스 전압을 공급하며, 상기 레퍼런스 전압이 주기적으로 증가/감소하게 하는 콘덴서(C51) 및 스위칭 소자(Q55)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등 점등회로의 부하검출장치.
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