KR987001200A - 사용수명이 긴 광도가변가능 램프의 전자 안정기용 다기능 필라멘트-히터 파워 서플라이(A Multi-Function Filament-Heater Power Supply for an Electronic Ballast for Long-Life, Dimmable Lamps) - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 필라멘트-히터 파워 서플라이는 결합형 포워드 및 플라이백 파워변환기를 포함하여, 안정기 제어 회로에 일정한 dc 출력 전압을 공급하면서 광도가변가능 방전 램프 필라멘트에 전기적으로 변경가능한 절연된 전압을 공급한다. 제어 회로는 광도가변 동작중에도 램프 필라멘트를 최적의 온도로 동작시키기 위한 필라멘트 전압 레벨을 제어하므로써, 실질적으로 램프 수명을 연장시킨다. 필라멘트-히터 파워 서플라이는 각 필라멘트에 걸리는 전압을 통제하고 추적하면서 고도의 절연된 필라멘트 전압을 제공한다. 필라멘트-히터 파워 서플라이는 램프가 동작개시하는 것을 돕기 위해 필라멘트를 사전가열할 수 있고, 이에 의해 램프의 사용 수명이 연장되며, 또한, 고전압 동작개시 펄스가 비어있는 설비내의 터미널에 인가되지 않도록 설비내에 램프가 존재하는지의 여부를 감지하도록 구성된다.

Description

사용수명이 긴 광도가변가능 램프의 전자 안정기용 다기능 필라멘트-히터 파워 서플라이(A Multi-Function Filament-Heater Power Supply for an Electronic Ballast for Long-Life, Dimmable Lamps)

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

형광 램프와 같은 방전 램프내 필라멘트로의 파워는 통상 필라멘트를 캐패시터와 직렬로 접속하므로써 공급되며, 이 때 이 직렬 회로는 램프와 병렬 접속된다. 불행히도, 광도가변가능 방전 램프의 수명은 통상의 안정기가 광도가변가능 램프가 동작하는 필라멘트 전압을 최적화하지 못하기 때문에 광도가변가능 기능에 의해 감소되는 것이 통상 알려진 사실이다. 더우기, 또 다른 단점으로서 광도가변가능 램프용 제어 파워는 통상 안정기 인버터용 파워 서플라이와 분리된 추가의 파워 서플라이로부터 공급된다.

따라서, 램프의 필라멘트에 전자적으로 변경가능하고 전기적으로 절여된 전압을 제공하는, 광도가변가능 램프의 전자 안정기용 파워 서플라이로서, 안정기 인버터 제어 회로에 고정된 전압을 또한 제공하는 파워 서플라이를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 파워 서플라이는 심지어 광도가변 동작중에도 필라멘트를 최적의 동작 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 파워 서플라이는 램프가 설비에 존재하지 않을 때를 감지하여 비어있는 설비의 터미널에 고전압의 개시 펄스가 인가되지 않도록 할 수 있는 능력을 갖는 것이 바람직하다.

발명의 개요

본 발명의 필라멘트-히터 파워 서플라이는 안정기 제어 회로에 고정된 dc 출력 전압을 공급하는 동안 광도가변가능 램프 필라멘트에 전자적으로 가변이고 전기적으로 절연된 전압을 공급하기 위한 결합 포워드 및 플라이백 파워 변환기를 포함한다. 그러므로, 유리하게도, 단일의 안정기 파워 서플라이만이 필요하다 (그러나 이와 달리, 원한다면, 다중 램프 시스템에서 각 램프가 분리된 필라멘트-히터 변환기에 의해 구동될 수 있다.) 제어 회로는 심지어 광도가변 동작중에도 램프의 필라멘트를 최적의 온도로 동작시키도록 필라멘트 전압의 레벨을 제어하며, 이에 의해 실질적으로 램프의 수명이 연장된다. 필라멘트-히터 파워 서플라이는 각 필라멘트를 횡단하는 전압을 조정하고 추적하면서 필라멘트 전압간에 고레벨의 절연성을 제공한다. 바람직하기로는, 필라멘트-히터 파워 서플라이는 램프 동작개시를 돕기 위해 필라멘트를 사전가열하며, 이에 의해 램프의 유용 수명이 연장된다. 필라멘트-히터 파워 서플라이는 또한 램프가 설비내에 존재하지 않거나 어떤 동작가능한 필라멘트도 구비하지 않은 때를 감지하여 고전압의 개시 펄스가 그의 터미널에 인가되지 않도록 구성된다.

본 발명은 전반적으로 파워 서플라이에 관한 것으로, 특히, 광도가변가능 램프의 전자 안정기(electronic ballastes for dimmable lamps)용 파워 서플라이에 관한 것이다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 이후의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다. 도 1은 본 발명에 따른 광도가변가능 방전 램프용 안정기 시스템을 도시한다, 도 2는 도 1에 도시된 필라멘트-히터 파워 서플라이의 일실시예를 개략적으로 도시한다, 도 3은 이중 램프 시스템내의 각 램프가 분리된 필라멘트-히터 파워 서플라이에 의해 구동되는 경우의 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 안정기 시스템을 도시한다. 단지 예로서, 도 1은 안정기 시스템은, 제각기 두 개의 램프 필라멘트(10a, 10b, 12a, 12b)를 갖는 직렬 접속된 두 개의 형광 램프(10, 12)를 공급하는 것으로서 도시된다. 한 램프는 개시 캐패시터(C_i)와 병령 접속되어 램프(12)를 순간적으로 쇼트시키므로써 보다 많은 전압이 개시를 위해 램프(10)에 인가되게 한다. 파워는, 부성 저항 특성을 갖는 직렬 접속된 램프를 구동하기에 적절한 어떤 잘 알려진 형태일 수도 있는 안정기 인버터(16)를 통해 두 개의 램프(10, 12)에 공급된다. 필라멘트-히터 파워 서플라이(18)는 1차 권선(Np) 및 2차 권선 N2, N1, N3 및 N4를 제각기 갖는 트랜스포머(20)를 통해 절연된 전압을 4개의 램프 필라멘트(10a, 10b, 12a, 12b)에 제각기 제공하기 위해 입력 dc 전압(예를 들어, 5V)을 변환한다. 팔라멘트-히터 파워 서플라이(18)는, 정류 후, 필라멘트-히터 파워 서플라이(18) 및 안정기 인버터(16)를 제어하는 제어 로직 회로(22)에 파워를 공급하기 위한 또 다른 권선(Ns)를 구비한다.

도 2는 본 발명에 따른 필라멘트-히터 파워 서플라이(18)를 도시하며, 조합 포워드 및 플라이백 변환기를 포함한다. 포워드/플라이백 변환기(18)는 제어 로직 회로(22)에 의해 커맨드된 경우 장치(Q1)에 게이팅 신호를 제공하는 플라이백 제어 회로(24)에 의해 제어되는 주 스위칭 장치(Q₁)를 포함한다. 연관된 다이오드(D1-D4) 및 필터 캐패시터(C1-C4)를 갖는 4개의 권선(N1-N4)은 플라이백모드로 동작하며, 즉, Q1이 온될 때 에너지가 트랜스포머(20)의 코어에 저장되고, Q1이 오프될 때 출력으로 전달된다. 램프의 필라멘트 전압 레벨은 Q1의 듀티 사이클에 의해 제어되며, 이것은 또한 플라이백 제어 회로(24)에 대한 입력으로서 제공되는 필라멘트 전압 커맨드에 의해 제어된다. 필라멘트 출력 전압의 피드백은 Q1이 오프되었을 때 트랜스포머의 1차 권선(Np) 양단의 전압을 감지하므로써 성취된다. 모든 트랜스포머 권선은 밀결합되므로, 1차 권선(Np)에 전류가 전혀 흐르지 않을 때 Np 양단의 전압은 직접 필라멘트 출력 전압에 비례하며, 이것은 또한 밀접한 자성 결합으로 인해 서로를 추적한다. 이와 같은 방식으로, 필라멘트 전압의 피드백은 모든 권선간에 갈바닉 절연을 유지하면서 성취된다.

제어 로직 회로(22)에 공급되는 파워는 권선(N1-N4)와 동일한 트랜스포머(20)의 코어에 대해 순방향 극성을 갖도록 접속된 추가의 권선(Ns)을 사용하므로써 동일한 변환기(18)에 의해 획득된다. Q1이 온일 때 입력 전압 Vdc는 직렬 접속된 권선(Ns) 및 다이오드(Ds)를 통해 트랜스포머에 의해 로직 버스(V로직)에 직접 결합된다. 결과적으로, 출력 로직 전압(V로직)은 입력 버스(Vdc)가 조정되는 것과 대략 동일한 정도로 조정된다. 그러므로 입력 버스(Vdc)가 조정되면, 즉, 다른 시스템에 의해 조정되는 버스로부터 획득되면, 전압(V로직)은 안정기 제어 회로에 의해 직접 사용가능하다.

유리하게도, 필라멘트 전압을 동시에 제어, 조정 및 추적하면서 그들간에 고급 절연이 유지된다. 이것은 램프가 광도가변됨에 따라, 즉, 램프 전류가 감소함에 따라 필라멘트가 보다 덜 가열되고 플라이백 변환기가 제어장치(22)로 부터의 제어 신호에 응답하여 필라멘트 전압을 증가시키므로써 최적의 필라멘트 온도를 유지하므로, 필요하다. 그리고 필라멘트는 램프 양단에 위치되므로 그들간에 실질적인 전압, 예를 들어, 동작개시 동안 수백 볼트가 걸릴 수 있다. 전압은 동작개시동안 저온, 예를 들어, -25℃에서 두 개의 직렬 접속된 램프를 가로질러 1000볼트 피크에 도달하여 필라멘트간에 필요한 고급의 전압 절연을 제공한다.

비어있는 설비(도시되지 않음)의 터미널에 고전압 동작개시 펄스가 인가되는 것을 방지하기 위해, 본 발명은 유리하게도 램프가 설비에 존재하지 않을 때를 감지한다. 구체적으로, 램프가 설비에 존재하지 않을 때를 감지하기 위해, V로직 버스의 레벨이 감지된다. 부하로서 어떤 필라멘트도 없는 경우, 플라이백 제어장치의 듀티 사이클은 필라멘트 전압 피드백 신호, 즉, Q1이 오프일 때 감지되는 1차 권선의 전압에 응답하여 작은 값으로 감소한다. 결과적으로, 권선(Ns)(도트 협약에 의해 도시된 바와 같이 순방향 극성으로 접속됨) 양단에 제공되는 전압은 감소한다. 이러한 전압의 감소는 비교기(C1)에 의해 감지되며, 이것은 또한 제어 회로(22)를 턴 오프시키도록 커맨드하여 어떤 램프 개시 펄스도 발생하지 않게 된다. 램프가 설비내에 존재할때 파워는 다시 한번 필라멘트에 공급되고, V로직은 그의 정규값을 복귀시키고 제어장치는 램프를 개시하도록 허용된다.

바람직하기로는, 필라멘트는, 아크가 발생하여 필라멘트를 손상시키는 것을 방지하기 위해 램프를 개시, 즉, 안정기 인버터(16)를 턴 온시키기 전에 사전가열된다. 이를 달성하기 위해 제어 회로(22)는 필라멘트-히터 변환기(18)와 안정기 인버터(16)를 개시하는 것 사이에 충분한 시간 지연(예를 들어, 0.5-2.5 초)을 제공한다.

도 3은 각각의 램프가 분리된 필라멘트-히터 파워 서플라이(18a, 18b)에 의해 구동되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 예를 들면, 리니어 테크놀리지사(Linear Technology Corporation)에 의해 제조된 LT1170 형태의 적절한 상용 직접 회로(IC1, IC2)가 사용될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 2개 V로직 서플라이의 출력은, 2개의 필라멘트-히터 파워 서플라이중 하나가 고장날 경우에도 계속해서 제어 로직 회로(22)(도 2 참조)가 파워를 수신하도록 다이오드(D3, D23)를 통해 다이오드-오어링(diode-ORed)된다. 또한, 도 3의 회로가 턴온되면, 이들 두 서플라이(18a, 18b)는, 하나의 램프용 필라멘트가 여기되어 다른 하나의 램프용 필라멘트가 여기되기 전 온도에 도달될 수 있도록 동작개시된다. 이를 달성하기 위해, 타이머 집적 회로(IC3)는 사전결정된 시간이 경과될 때까지 상위 회로(18a)가 동작개시되지 않게 한다. 따라서, 유리하게도 5볼트의 입력 서플라이(Vdc)로부터의 전이 전류는 냉각된 두 램프용 필라멘트(그들의 저 저항을 가짐)가 동시에 여기될 경우 필요하게 될 값의 대략 1/2이다.

다른 예로서, 다이오드-오어링 출력 구성을 제공하는 대신에, 각각의 출력 필라멘트 전압은 앞서 설명된 방식으로 감지되어, 단 하나의 램프만이 없거나 동작불가능한 필라멘트를 가질 경우 제어 회로가 램프에 동작개시 신호를 제공하지 않는다.

도 3의 시스템에서, 입력 전압(Vdc)은 조정된 5볼트 dc 전압이다. 하위 회로(18b)에서 트랜스포머 권선(N1)의 전압은 출력 피라멘트 전압을 조정하도록 측정되어 조정된다. 입력 전압(Vdc)과 권선(N1) 전압의 합은 조정되며, 따라서, 입력 전압(Vdc)이 조정되므로, 그 결과 출력 필라멘트 전압이 또한 조정된다. 상위 회로(18a)도 또한 그의 필라멘트 전압을 동일한 방식으로 통제한다. 예로서, 도 3은 3개의 레벨의 출력 필라멘트 전압(예를 들면, 최대 램프 파워에서 2.5V, 보통의 광도가변시에 3.6V, 최소 램프 파워에서 4V)을 갖는 제어장치를 예시한다. 각각의 대응하는 램프에서 바람직한 필라멘트 전압 레벨은 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4)를 제각기 온 또는 오프로 스위칭하여 대응하는 1차 권선(N1)으로부터 피드백되는 전압의 전압 분배 비율을 효율적으로 변화시키므로써 세트된다. 이와 달리, 불연속적인 수의 필라멘트 전압 레벨을 제공하는 대신에 연속적인 제어가 제공될 수 있다.

예시적인 도 3의 회로에 대한 투르스 테이블(truth table)은 다음 표 1과 같이 주어진다.

다른 예로서, 단일의 필라멘트-히터 서플라이 시스템(도 2 참조) 또는 이중 필라멘트-히터 서플라이 시스템(도 3 참조)에서 입력 dc 서플라이에 의해 제공되는 실제의 전류는 동작가능한 필라멘트가 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 감지(예를 들면, 도 3에 예시된 바와 같은 센서(Rs)에 의해)될 수 있다. 예를 들면, 2개 램프 시스템에서, 전류가 2개의 동작가능한 램프에 대한 값의 1/2인 경우, 하나의 램프가 존재하지 않거나 또는 동작가능한 필라멘트를 갖지 않으며, 제어 로직은 그 램프에 동작개시 신호가 제공되지 않게 한다. 입력전류를 감지하기 위해 센서(Rs)를 사용하는데 대한 다른 예로서, 별도의 센서(도시되지 않음)가 각각의 분리된 필라멘트로의 전류를 감지하는데 사용되어 필라멘트가 동작가능한지의 여부를 결정할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예는 단지 예로서 제공된 것임이 명백하다. 예를 들면, 2개 램프 시스템이 설명되고 도시되었지만, 본 발명의 원리는 단일 램프 시스템을 포함하여 임의 수의 램프에도 적용된다. 당분야에 숙련된 자라면, 본 명세서에 개시된 본 발명으로부터 벗어나지 않고 다수의 변형, 수정 및 대체가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 특허 청구 범위의 사상 및 범주에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (9)

1. 적어도 2개의 필라멘트를 갖는 적어도 하나의 광도가변가능 램프용 안정기 시스템에 있어서, 광 출력을 제공하기 위해 상기 램프 필라멘트를 구동하는 안정기 인버터와: 절연된 전압을 제공하기 위해 트랜스포머를 통해 상기 각 필라멘트에 결합된 팔라멘트-히터 파워 서플라이와: 광도가변가능 광 출력을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 램프를 동작시키도록 상기 안정기 인버터를 제어하고, 임의의 광 출력 레벨을 위해 최적의 출력 필라멘트 전압으로 동작하도록 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이를 제어하는 제어 회로를 포함하는 안정기 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 트랜스포머의 추가의 권선을 통해 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이에 결합되며, 램프 설비내에 동작가능한 램프가 존재하는지를 감지하기 위한 감지 회로를 또한 포함하되, 상기 감지 회로는 상기 추가의 권선에 걸리는 전압을 감지하기 위한 전압 감지 회로를 구비하여 상기 추가의 권선에 걸리는 전압이 임계치 이하인 경우 램프로 동작개시 신호가 발생되지 않게 하는 안정기 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 트랜스포머상의 추가의 권선을 통해 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이에 결합되며, 램프 설비내에 동작가능한 램프가 존재하는지를 감지하는 감지 회로를 또한 포함하되, 상기 감지 회로는 램프 필라멘트의 존재를 표시하는 전류를 감지하기 위한 전류 감지 회로를 구비하여 상기 전류가 임계치 이하인 경우 램프로 동작개시 신호가 발생되지 않게 하는 안정기 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 감지된 전류는 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이에 제공되는 전류를 포함하는 안정기 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 램프를 포함하되, 각각의 대응하는 램프에 대해 분리된 필라멘트-히터 파워 서플라이를 포함하는 안정기 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이는 함께 다이오드-오어링된 출력을 갖는 안정기 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 필라멘트로의 전압을 제공하는 것과 상기 안정기 인버터를 활성화시키는 것 사이에 시간 지연을 제공하여 아크를 일으키기 전에 상기 필라멘트를 사전가열하기 위한 타이밍 회로를 더 포함하는 안정기 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 램프를 포함하되, 상기 램프의 상기 램프 필라멘트들을 동작개시하는 사이에 시간 지연을 제공하는 타이밍 회로를 더 포함하는 안정기 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 필라멘트-히터 파워 서플라이는 결합형 포워드 및 플라이백 변환기를 포함하는 안정기 시스템.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.