KR0151539B1

KR0151539B1 - 형광등용 전자식 스타터

Info

Publication number: KR0151539B1
Application number: KR1019950000495A
Authority: KR
Inventors: 정영춘
Original assignee: 정영춘
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR950026318A

Abstract

본 발명은 마그네틱 코일형 안정기와 스타터로 구성된 형광등의 점등장치에 있어서의 스타터에 관한 것으로, 정류회로의 출력에 전계효과트랜지스터(FET,IGBT)(6)를 설치하여, 점등스위치를 도통시키면 형광등이 예열되다가, 충분한 예열이 이루어지면 게이트 전원 차단회로에 의하여 전계효과트랜지스터(6)를 차단시키므로서 안정기(2)에 의하여 형광등이 점등되게 하여, 형광등의 예열시간을 조정할 수 있게 하며, 예열전류를 점진적으로 높여 인가하므로서 필라멘트가 예열되는 과정에서 충격이 발생치 아니하게하여 필라멘트의 열전자 방출 수명이 단축되지 아니하게 하고, 교류전원의 전위가 가장 높은 첨두점(Peak point)에 이르는 순간에 비로서 점등스위칭을 수행케하므로서 스위칭시 최대의 점등전압(Strike voltage)이 발생하게하여 단발 점등이 가능한 형광등의 전자식 스타터를 제공하기 위한 것임.

Description

형광등용 전자식 스타터

제1도는 본 발명의 전체 회로도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 동작 특성도로서,

(a)는 필라멘트 양단 전압특성도.

(b)는 정류전압 특성도.

(c)는 스트라이킹(stricking) 타임콘덴서 전압특성도임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 안정기 5 : 정류회로

6 : 전계효과 트랜지스터(F.E.T IGBT) 8 : 제너다이오드

10 : S.C.R. 11 : 콘덴서

12,16 : 써어미스터 161 : 열전도판

본 발명은 마그네틱 코일형 안정기와 스타터로 구성된 형광등의 점등장치에 있어서의 스타터에 관한 것으로, 특히 형광등의 점등시 필라멘트를 예열시키되 주위 온도에 따라 예열시간을 조정할 수 있게하며, 예열전류를 점진적으로 높여 인가하므로서 필라멘트가 예열되는 과정에서 충격이 발생치 아니하게하여 필라멘트의 열전자 방출 수명이 단축되지 아니하게 하고, 교류전원의 전위가 가장 높은 첨두점(Peak point)에 이르는 순간에 비로서 점등스위칭을 수행케하므로서 스위칭시 최대의 점등전압(Strike voltage)이 발생하게하여 단발 점등이 가능한 형광등의 전자식 스타터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명자는 형광램프용 전자식 스타터의 개발에 있어서 미국특허제4,513,227호, 동제 4,749,909호, 일본특허공고소 52-4672호, 동소52-18078호, 동소52-19481호, 동소 54-0584호 및 영국특허 159225호 등과 이에 관련된 기술을 검토하고 그 문제점을 연구한바 있다. 상기 선행 기술들의 주요기술요지 또는 구성상의 특징은, C.R공진 또는 시정수 타임 회로에 의해 점등발생 신호를 얻고 스위칭 파워 소자로서 트랜지스터, S.C.R 또는 트라이액을 사용하는데 있음을 알았다.

그런데 상기와 같은 종래의 기술들은, 형광램프의 필라멘트에 흐르는 교류 전압의 위상중 첨두점(Peak point)에서 점등전압(Strike voltage)을 발생시킬 수 있도록 하는 조절수단이 결여되어 있어, 교류전압의 위상중 첨두점이 아닌 위상에서 점등스위칭이 이루어지는 일이 있어 항상 단발 점등을 기대할 수 없는 결점이 있으며, 전압변동과 주위온도 환경에 따른 적절한 예열시간 확보가 곤란하여 형광등 램프의 수명연장 효과가 적고 형광등의 조기 흑화 현상이 일어나는 결점이 있음을 알았다.

또한 트랜지스터나 SCR을 사용한 종래의 스타터는 일반적으로 반파 정류방식이어서 점등작용이 불안정하고, 트라이액은 반도체 고유의 쌍방향 정류 및 전기적 특성이 균일치 않아 이러한 트라이액을 사용한 스타터는 점등기능이 불안정하게 되는 경향이 있음을 알았다. 더욱이 이러한 반도체들을 이용한 스타터는 스위칭 시간이 길고 게이트나 베이스가 전류형 ON-OFF방식이어서 스위칭 임피던스가 낮아 점등회로의 점등전압(Strike voltage)을 감소시키는 경향이 있었다.

상술한 종래의 스타터 회로나 장치들은 위와같은 특성 때문에 메탈접점식 스타터에 비해 주위의 온도나 전압 변동 특성에 따르는 적응폭이 좁았고 따라서 각종 규격의 형광등 램프에 두루 사용될 수가 없으며 특정의 규격과 특성에 따르는 제한적인 사용이 불가피하였으며, 회로의 이상으로 인한 스타터의 과열시 이에 대비하기위한 안전장치나 제어수단이 결여되어 있는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 최소의 회로 구성에 의해 형광등이 점등과정에서 교류전원의 전원가 가장높은 첨두점(Peak point)에 이르는 순간에 비로서 점등스위칭을 수행케 하여 항상 단발 점등이 가능케하여 형광램프의 수명을 최대한 연장할 수 있게 하고, 주위의 온도 변화 및 전압변동에 대한 예열시간 자동조정이 가능한 기술을 제공하는데 있다. 특히 본 발명은 스위칭 소자로서 전계효과 트랜지스터(F.E.T 또는 I.G.B.T)와 같은 전력 반도체 소자를 사용하므로서, 스위칭 회로 임피던스를 높여 점등전압(Strike voltage) 발생효율을 높였으며, 소자 양단(A,K 또는 C,E)의 고저항 도통 특성을 이용하므로서 소자가 도통되어 필라멘트가 예열되는 도중에도 게이트 구동 전압을 얻을수 있고, 교류위상의 최대의 첨두점에서 유도전압이 발생할 수 있게 하는 점등 타이밍 기능을 부여하여 항상 형광등의 단발점등이 가능하도록 하며, 스타터가 과열될 경우 이를 보호할 수 있는 수단을 제공하는데 있다. 이와같은 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와 같이, 교류전원 입력에 마그네트 코일형 안정기(2)를 개재시켜 형광등의 각 필라멘트(3,31)의 일단을 연결하고, 각 필라멘트(3,31)의 타단에 스타터를 설치하여서 된 것에 있어서, 정류회로의 출력에 설치한 스위칭 소자인 전계효과 트랜지스터(FET, IGBT)(6)와, 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 전원회로와, 게이트 전원차단회로 및 과열 보호장치로 스타터를 구성시키되, 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 전원회로를 저항(7)과 제너다이오드(8) 및 콘덴서(9)로 구성시키며, 게이트 전원 차단회로를 전계효과트랜지스터(6)의 게이트와 음극단자 사이에 설치한 SCR(10)과 그 게이트에 설치한 SCR(10)의 트리거 회로로 구성시키고, SCR(10)의 트리거 회로는 저항(13)과 써어미스터(12)와 콘덴서(11) 및 저항(14)으로 된 타이밍(시정수)회로로 구성시키고, 과열보호장치를 전체효과 트랜지스터(6)의 게이트와 음극단자(-)사이에 설치한 써어미스터(16)와 전계효과트랜지스터(6)와 써어미스터(16)사이에 설치한 열전도판(161)으로 구성시킨다.

즉, 제1도에 도시된 바와 같이 형광등 필라멘트 양단(3,31)을 정류회로(5)의 교류입력에 연결하고 정류회로(5)의 정류 출력(+,-)과 병렬로 전계효과 트랜지스터(6)(F,E,T 또는 I.G.B.T)을 연결하되, 이 소자의 콜렉터를 플러스측에 연결하고 에미터를 마이너스 측에 연결한다. 전계효과트랜지스터(6)의 콜렉터와 게이트사이에 저항(7)을 설치하고, 게이트와 에미터 사이에 제너다이오드(8)와 평활용 콘덴서(9)를 병렬로 설치한다.

평활용 콘덴서(9)나 제너다이오드(8)에 써어미스터(16)를 병렬로 연결하고 또 이에 S.C.R(10)을 병렬로 연결하되, S.C.R(10)의 애노드측을 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트에 연결하고 캐소드측을 직류전원 마이너스측에 연결한다. S.C.R(10)의 게이트는 써어미스터(12)의 일측에 연결하고, 써어미스터(12)의 타측은 저항(13)과 직렬로 연결하고, S.C.R의 게이트와 캐소드 사이에 타이밍콘덴서(11)와 저항(14)을 병렬로 연결한다.

이와같은 본 발명의 예열기능을 첨부된 도면 제1도에 따라 설명하면 다음과 같다. A.C교류전원 입력 (1)에 전원이 인가되면 안정기(2)와 필라멘트(3)를 통해 정류회로(5)에 전원이 공급되고 정류회로(5)에 의해 정류된 플러스 맥류 전압이 저항(7)을 통해 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트에 인가된다. 이때 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트에 인가되는 전압은 제너다이오드(8)에 의해 결정되는바, 실제로 10-15V정도에서 결정된다. 전계효과트랜지스터(6)의 게이트에 인가되는 전압은 맥류이나 평활 콘덴서(9)에 의해 평활화된 직류전압이 만들어지고, 이 평활화된 전압에 의해 전계효과 트랜지스터(6)가 도통되므로 정류회로(5)의 플러스전원이 마이너스로 연결되는 폐회로가 되며 따라서 형광등의 필라멘트(3)에는 제2도의 (a)로 표현된 예열시간(Hf)동안 교류(15)가 흘러 형광등이 예열된다. 이때 전계효과 트랜지스터(6)의 콜렉터와 에미터사이에는 1.5Ω 내지 2.5Ω 정도의 높은 반도체 접합저항이 발생되므로, 저항(13)과 써어미스터(12), 콘덴서(11) 저항(14)으로 구성된 게이트전원 차단회로가 콜렉터와 에미터에 병렬로 연결되어 있어도, 저항(7)과 제너다이오드(8)에 의해 전계효과 트랜지스터(6)를 도통 시킬수 있는 게이트 인가전압이 계속 유지되고 따라서 예열 기간(Hf)동안 도통상태를 계속 유지할 수 있다.

전계효과 트랜지스터(6)의 게이트에 전압이 인가되어 전계효과 트랜지스터(6)가 도통되어 있는 동안에는 제2도의 (b)와 같은 맥류가 저항(13)과 써어미스터(12)를 통하여 타이밍 콘덴서(11)에 흐른다. 저항(13)과 써어미스터(12)의 저항값과 타이밍 콘덴서(11)의 시정수에 의해 결정되는 일정 시간동안 타이밍 콘덴서(11)가 충전 되지만, 타이밍 콘덴서(11)의 출력에는 방전 저항(14)의 작용에 의해 제2도(c)와 같은 맥동성 리플을 함유한 충전전압이 나타난다. 이 충전전압이 S.C.R(10)을 트리거시킬 수 있는 일정한 전압(Tv)에 이르게 되면 S,C.R(10)은 도통이 되고, 전계효과 트랜지스터(6) 게이트에 인가되고 있던 플러스 전하를 모두 방전시켜 버리므로 전계효과 트랜지스터(6)은 차단되고 따라서 제2도(a)와 같이 형광램프 필라멘트 양극에는 점등전압(Vst)이 발생되고, 이 전압에 의해 형광램프가 점등(L on)되어, 제1도에 도시된 바와 같이 형광램프에 관전류(4)가 흐르고 필라멘트 양극 전압은 1/2이하로 떨어진다.

점등전압(Vst)발생 순간을 보면 타이밍 콘덴서(11)의 트리거 전압(Tv) 도달점이 항상 교류전원의 피크치(Peak point)에 동기되므로 가장 강력하고 효과적인 자기 유도전압을 안정기(2)로부터 유도할 수 있는 것이다. 다라서 충분한 예열뒤에 단발 점등이 가능하게 된다.

한편 S.C.R(10)은 일단 트리거되어 도통되면, 직류전류가 유지되는 한 계속 도통상태를 유지하므로 전계효과 트랜지스터(6)는 계속 차단상태를 유지한다. 형광등의 예열시간은, 램프의 종류마다 조금씩 다르지만, 정격전압 인가시 상온(섭씨 25도)에서 보통 0.8초 내지 2.4초 정도 걸린다. 일정한 규격의 램프용으로 설계될 경우 본 발명의 스타터는 상온과 정격 전압일 때의 최적 예열시간을 기준으로하여, 주위온도가 내려가면 써어미스터가 부성 저항을 갖고 있으므로 써어미스터(12)의 저항값이 높아져서 타이밍 콘덴서(11)의 충전 시정수가 길어져서 예열시간이 늘어나고 온도가 올라가면 써어미스터(12)의 저항값이 낮아져서 충전 시정수가 짧아지고 예열시간은 짧아진다. 이것은 형광등의 필라멘트 열 음극 전자 방출을 온도에 따라 보상해 주는 역할을 하므로 매우 이상적이 점등조건을 제공하게 된다. 또한 전압이 높으면 필라멘트(3) 전류도 증가하므로 예열시간을 짧게 해도 되고 전압이 낮으면 예열시간을 길게 해야 하는데 전압이 높으면 타이밍 콘덴서(11)에 출전되는 시간이 짧아져서 예열시간이 짧게 되며 전압이 낮으면 타이밍 콘덴서(11)에 충전되는 시간이 길어져서 예열시간이 길어지게 되는 것이다. 그리고 써어미스터(16)는 부저항특성(NTC)을 갖고 있으며, 상온이상 일정온도까지는 고저항을 유지하지만 전계효과 트랜지스터(6)가 발열하여 대략 60℃이상으로 과열될 경우 열전도판(161)을 통하여 써어미스터(16)에 열이 전달되면 써어미스터(16)의 저항값이 급격히 낮아져서 전계효과 트랜지스터(6)를 차단시켜 버리므로 더 이상 전계효과 트랜지스터(6)를 통하여 전류가 흐르지 않게 된다. 그러므로 전계효과 트랜지스터에는 과전류가 흐르지 않게 되거나 매우 약한 전류만 흐르도록 제어 되는 것이다. 이와같은 기능은 과열시 회로가 끊어질수 있도록 퓨즈를 내장하는 종래의 기술에 비할 때, 회로가 파괴되기전에 보호역활을 하게 되므로 더 효과적이며, 점등회로 등에 발생한 이상 원인을 제거했을 경우에는 전자스타터의 정상적인 기능을 자동적으로 회복 할 수 있으므로 경제적이고 신뢰성을 높일수 있는 것이다.

이와같이 본 발명은 온도와 전압변동에 대해 자동적으로 이상적인 예열시간을 조정하는 기능을 갖게 되며, ON-OFF스위칭소자를 전계효과 트랜지스터(6)로 구성시키고 그 게이트를 제너다이오드(8)와 콘덴서(9)로 트리거시키되 예열시간 설정용 타이밍 콘덴서(11)에는 정류회로(5)에 의하여 브릿지 정류된 양파 맥류를 흐르게 하므로써 제2도 (c)와 같은 교류 점호 위상이 항상 최대점에서 이루어지도록하여 일발점등이 가능한 기능을 제공할 수 있는 것이다. 만일 이러한 기능이 없을 경우에는 필라멘트(3)에 인가되는 교류의 제로 크로스 지점에서 점호될 수도 있고 이 경우 일발점등이 불가능해진다.

본 발명은 상술한 바와같이 전계효과 트랜지스터의 특성과 기능을 중심으로 구성된 수개의 각 부품특성을 조화시킴으로써 형광등 점등에 가장 이상적인 기능을 발휘케하는 기술을 제공하였고 무접점 전자식 스타터를 제공할 수 있는 것이다.

Claims

정류회로의 출력에 설치한 전계효과트랜지스터(FET, IGBT)(6)와, 전계효과트랜지스터(6)의 게이트전원회로와 게이트전원차단회로 및 과열 보호장치로 구성시켜서 된것임을 특징으로 하는 형광등용 전자식 스타터.
제1항에 있어서, 게이트전원회로는 저항(7)과 제너다이오드(8) 및 콘덴서(9)로 구성시켜서 된 것임을 특징으로 하는 형광등용 전자식 스타터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 게이트전원차단회로는 전계효과트랜지스터(6)의 게이트와 음극단자 사이에 설치한 SCR(10)과 게이트에 설치한 SCR(10)의 트리거회로로 구성시키고, SCR(10)의 트리거 회로는 저항(13)과 써어미스터(12)와 콘덴서(11) 및 저항(14) 으로 된 타이밍(시정수)회로로 구성시켜서 된 것임을 특징으로하는 형광등용 전자식 스타터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 과열보호장치는, 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트와 음극단자(-)사이에 설치한 써어미스터(16)와, 전계효과트랜지스터(6)와 써어미스터(16)사이에 설치한 열전도판(161)으로 구성시켜서 된 것을 특징으로 하는 형광등용 전자식 스타터.