KR100297232B1 - 노광용수은등의전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광용 수은등의 전원공급장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 수은등으로 공급되는 고압 정류된 신호를 인가받고, 수은등의 광량을 입력받아 수은등에 인가되는 전원이 일정하도록 하여 수은등의 광량이 항상 일정하도록 함으로써, 생산 품질을 향상시키고, 수은등의 수명을 연장시킨 수은등의 전원공급장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은, 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 제1 정류수단; 펄스폭변조를 통한 발진에 의해 상기 제1 정류수단에 의해 정류된 직류 전압을 온/오프하기 위한 고주파 스위칭수단; 상기 고주파 스위칭수단으로부터 인가된 신호와 변압된 출력을 절연하고, 인가된 전압을 고 전압으로 변환하는 변압수단; 상기 변압수단에 의해 변환된 고 전압을 직류 전압으로 정류하는 제2 정류수단; 소정의 주파수를 갖는 구형파를 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력을 인가받아 상기 제2 정류수단으로부터 인가된 고 전압을 일정한 전기가 통하지 않는 주기를 갖는 구형파로 변환시켜 출력하는 스위칭수단; 상기 제2 정류수단의 출력을 입력받아 입력된 전류값과 전압값과 전력값을 기준값과 각각 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교수단; 및 상기 비교수단으로부터 입력된 신호에 따라 상기 고주파 스위칭부의 온/오프를 제어하기 위한 펄스폭제어수단을 구비한다

Description

노광용 수은등의 전원공급장치

본 발명은 노광용 수은등의 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 모니터용 칼라 영상관(Color Display Tube)이나 텔레비젼용 칼라 영상관(Color Picture Tube)의 생산 공정 중 블랙 매트릭스(Black Metrix) 및 형광체를 생성시키는 공정에 사용되는 노광용 수은등 광원에 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다.

종래의 노광용 수은등의 전원공급장치는 누설 트랜스(Leakage Transformer)를 사용하고 있어, 이로 인해 수은등의 광량 조절 및 제어의 정밀도가 정확하지 못하고, 트랜스에 인가되는 구동 전압이 변화하면 수은등의 광량이 이에 대응하여 변하게 되며, 원하는 광량 조정이 쉽지 않아 칼라 영상관의 품질이 안정되지 못하였다.

즉, 종래의 수은등 전원공급장치로는 슬라이닥스(SLIDACS) 방식과 위상제어방식이 사용되고 있는데, 이는 입력 전원 전압의 변동율에 따라 수은등의 광량에 변화를 야기시키며, 슬라이닥스에 의해 수동으로 출력전압을 가변하므로 원하는 출력전압(광량)을 조정하기가 쉽지 않았고, 기계적으로 슬라이닥스를 제어하기 때문에 빠른 입력 전압의 변동에 대응할 수 없어, 수은등의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. 또한, 위상제어방식은 입력 전압의 변동에 대한 응답성은 빠르나, 위상 제어된 파형이 수은등의 수명을 단축시키고, 교류 전원에 의한 점등이므로 정현파 또는 위상 제어된 파형에 의한 광 리플(Ripple)이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수은등으로 공급되는 고압 정류된 신호를 인가받고, 수은등의 광량을 입력받아 수은등에 인가되는 전원이 일정하도록 하여 수은등의 광량이 항상 일정하도록 함으로써, 생산 품질을 향상시키고, 수은등의 수명을 연장시킨 수은등의 전원공급장치를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 주요부를 나타낸 블럭 구성도.

도2는 본 발명에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도.

도3은 본 발명에 따른 고주파 스위칭부의 세부 회로도.

도4는 본 발명에 따른 50Hz 스위칭부의 세부 회로도.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 PWM 제어부와 비교부의 세부 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 필터 12 : AC-DC 정류부

13 : 고주파 스위칭부 14 : 고압 트랜스

15 : 고압 정류부 16 : 발진부

17 : 스위칭부 18 : 광센서

19 : 비교부 20 : 펄스폭변조(PWM) 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 칼라 영상관을 생산하는 공정에 사용되는 노광용 수은등의 전원공급장치에 있어서, 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 제1 정류수단; 펄스폭변조를 통한 발진에 의해 상기 제1 정류수단에 의해 정류된 직류 전압을 온/오프하기 위한 고주파 스위칭수단; 상기 고주파 스위칭수단으로부터 인가된 신호와 변압된 출력을 절연하고, 인가된 전압을 고 전압으로 변환하는 변압수단; 상기 변압수단에 의해 변환된 고 전압을 직류 전압으로 정류하는 제2 정류수단; 소정의 주파수를 갖는 구형파를 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력을 인가받아 상기 제2 정류수단으로부터 인가된 고 전압을 일정한 전기가 통하지 않는 주기를 갖는 구형파로 변환시켜 출력하는 스위칭수단; 상기 제2 정류수단의 출력을 입력받아 입력된 전류값과 전압값과 전력값을 기준값과 각각 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교수단; 및 상기 비교수단으로부터 입력된 신호에 따라 상기 고주파 스위칭부의 온/오프를 제어하기 위한 펄스폭제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 노과용 수은등의 전원공급장치의 주요부를 나타낸 블럭 구성도로서, 도면에서 11은 필터, 12는 교류-직류(AC-DC) 정류부, 13은 고주파 스위칭부, 14는 고압 트랜스, 15는 고압 정류부, 16은 50Hz 발진부, 17은 50Hz 스위칭부, 18은 광센서, 19는 비교부, 20은 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부를 각각 나타낸다.

도1에 도시된 구성은 본 발명의 주요 구성 요소만을 나타낸 것으로, 본 발명은 이외에도, 수은등의 평균 수명을 알리기 위한 타이머와, 수은등에 공급되는 전류를 측정하기 위한 전류계, 수은등에 공급되는 전압을 측정하기 위한 전압계, 수동/자동 모드를 선택하기 위한 스위치, 외부 기기와 접속하기 위한 외부 인터페이스부, 조도/전력 제어모드를 선택하기 위한 스위치, 각 동작 상태를 나타내는 표시부, 전자부품을 냉각시키기 위한 냉각팬, 수은등을 점등하기 위해 고전압을 인가하기 위한 마그네틱 스위치, 경보음을 발생하는 부저, 노광부 문의 닫힘 상태를 나타내는 스위치, 원하는 조정 전압을 조절하기 위한 전압계기판, 그리고, 노광용 수은등의 전원공급 및 동작을 전체적으로 제어하는 프로그램 가능한 제어부를 구비한다.

도면에 도시되지 않은 이와 같은 구성은 일반적으로 용이하게 구성할 수 있는 기능으로 본 발명에서는 도2에 도시된 프로그램 가능한 제어부의 동작을 설명함으로써, 이들의 작용 설명을 대신하기로 한다.

먼저, 도1에 도시된 본 발명의 주요 구성부의 동작을 살펴본다.

전원 입력라인 필터(11)는 스위칭부에 의해 발생된 잡음(noise) 등이 외부로 방사되는 것을 방지하기 위해 전원 입력단에 설치된다.

교류-직류 정류기(12)는 일반적인 브리지(bridge) 다이오드로 구성된 회로로서, 이는 고주파 스위칭에 필요한 직류 전압을 공급하기 위해 필터(11)를 통해 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 변환시킨다.

고주파 스위칭부(13)는 반(half)-브리지 형태로, 스위칭 소자로 바이폴라 트랜지스터와 전계효과 트랜지스터의 결합 형태인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 트랜지스터를 사용하며, 다수개의 IGBT 트랜지스터를 병렬로 연결하여 구성하는데, 이의 상세한 회로는 도3에 도시되어 있다. 즉, 고주파 스위칭부는 고주파 스위칭 소자를 사용하여 펄스폭변조 제어부(20)로부터 입력된 신호에 따라 정류부(12)에 의해 정류된 직류 전압을 스위칭하여 펄스폭이 제어되도록 한다. 여기서, 스위칭 소자는 온(on)/오프(off) 동작만을 반복하므로 손실이 거의 발생되지 않는다.

고압트랜스(14)는 고주파 스위칭부(13)로부터의 입력과 출력을 절연하고, 2차 권선에서는 1KV 이상의 고압을 발생하며, 사용하는 주파수는 35KHz 이상의 고주파이기 때문에 고압트랜스를 소형 경량화 할 수 있다.

고압정류부(15)는 고압트랜스(14)에 의해 인가된 고주파 스위칭 전압을 정류하여 수은등을 점등하기 위한 회로구동용 직류 고압을 생성한다.

50Hz 발진부(16)는 수은등을 구동하기 위하여 조건에 맞는 대칭된 구형파 신호를 생성한다.

50Hz 스위칭부(17)는 전(full)-브리지 형태로, 다수개의 IGBT 트랜지스터를 브리지 형태로 연결한 구성으로, 이에 대한 상세한 회로는 도4에 도시되어 있다. 즉, 50Hz 스위칭부(17)는 발진부(16)에 의해 발진된 구형파를 입력받고, 고압 정류부(15)에 의해 정류된 직류 전압을 입력받아 초고압 수은등 구동시 아크에 의한 전극의 소손을 방지하기 위하여 정류된 전압을 50∼60Hz의 일정한 전류가 통하지 않는 주기(dead time)를 갖는 구형파로 변환 출력한다. 이에 의해 수은등은 점등된다.

광센서(18)는 수은등에 의해 발생된 광량의 크기를 검출하여 광량 제어를 위해 비교부(19)로 인가한다.

비교부(19)는 고압정류부(15)에 의해 정류된 신호를 입력받고, 광센서(18)에 의해 검출된 광량의 크기를 입력받아 소정의 기준값과 전류, 전압, 전력값, 그리고 광량 크기와 각각 비교하여 펄스폭변조 제어부(20)로 그 비교 결과를 출력한다.

비교부(19) 및 펄스폭변조 제어부(20)의 상세 회로도가 도5a 및 도5b에 도시되어 있는데, 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 고압정류부(15)로부터 출력된 전류와 전압 및 전력을 각각 차등 증폭기를 이용하여 소정의 기준값과 비교하고, 광센서(18)에 의해 검출된 광량의 크기를 차등 증폭기를 이용해 소정의 기준값과 비교하여 펄스폭변조 제어부(PWM)인 IC102로 그 비교 결과를 인가한다.

펄스폭변조 제어부(20)는 비교부(19)로부터 인가된 비교결과에 따라 고주파 스위칭부(13)의 온/오프 시간을 제어하기 위한 제어신호를 고주파 스위칭부(13)로 출력한다. 이것에 의해 고주파 스위칭부(13)로부터 출력되는 신호의 펄스폭이 제어된다. 이는 교류 입력라인 전압의 변동이나 수은등의 광량 변동에 따른 조절기능을 향상시키기 위해 구비된 것이며, 또한 펄스폭변조 제어부는 회로의 안정도와 신뢰도를 향상시키기 위해 출력 전류, 전압, 전력에 의한 제한(limit)회로를 내장하고 있다.

도2는 본 발명에 따른 전체적인 동작을 제어부의 동작을 설명하기 위한 회로도로서, 이는 프로그램 가능한 로직회로로, 설명의 편의를 위해 게이트 레벨의 회로로 표현하였다.

본 발명에서는 사용상의 편의를 위해 모두 전자적으로 제어되도록 하였다.

먼저, 본 발명에서는 전원공급 스위치를 켜면 모니터, 냉각팬, 제어부 등의 기기에 전원이 인가되며, 이때 수은등을 전등하기 위한 고전압을 발생하는 회로에는 전원이 인가되지 않도록 하였다. 그리고, 수은등을 점등하기 위한 스위치를 켜면 내부의 마그네틱 스위치가 켜지면서 도1에 도시된 주요부에 전원이 공급되고, 몇초가 지난 후에 인에이블 신호가 발생하면서 수은등이 점등되도록 한다.

도2에 도시된 바와 같이 전체 동작을 제어하는 제어부는 전압계에 의해 계측된 전압이 과전압이거나, 수은등의 평균 수명이 초과된 경우에는 부저를 구동시켜 경보음이 출력되도록 한다. 또한, 수은등 점등을 위한 고전압 인가 스위치가 온이되고, 노광부에 설치된 문이 닫히고(EXT LOCK), 전류계로부터 신호가 인가되면 수은등이 점등됨을 알리고, 마그네틱 스위치를 온시킨 다음, 몇초동안 지연된 후 인에이블 신호를 인가하여 수은등이 점등되도록 한다.

스위치가 오프되면 수은등이 안정된 상태에서 소등될 수 있도록 하기 위해 전력을 조절하기 위한 신호(POWER 1, 2)를 출력하고, 수초후에 수은등이 소등되도록 제어한다.

도3은 본 발명에 따른 고주파 스위칭부의 세부 회로도로서, 펄스폭변조 제어부(20)의 제어신호 D1, D2, DS1, DS2에 의해 IGBT 트랜지스터들의 게이트(gate)단이 조절되어 정류부(12)에 의해 정류된 직류 전압이 온/오프되도록 구성되어 있다.

즉, 고주파 스위칭부는 두 개의 트랜지스터를 반-브리지 형태로 연결하고, 이렇게 반-브리지 형태로 연결된 회로를 병렬로 연결하여 정류된 전압의 펄스폭이 제어되도록 하였다.

도4는 본 발명에 따른 50Hz 스위칭부의 세부 회로도로서, IGBT 트랜지스터 Q305 내지 Q308을 브리지 형태로 연결한 구성으로, 고압정류부(15)로부터 인가된 신호 +VCC가 IGBT 트랜지스터 Q305, Q306의 콜렉터 단으로 인가되도록 한다. 그러므로, 스위칭부는 고압 정류된 신호를 50∼60Hz의 일정한 전류가 통하지 않는 주기를 갖는 구형파로 변환시켜 출력한다.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 PWM 제어부와 비교부의 세부 회로도로서, 비교부는 전류, 전압, 전력, 광량을 기준값과 비교하기 위해 각각 차등 증폭기를 갖는 회로로 구성되며, 펄스폭변조 제어부는 IC102로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 수은등에 인가되는 전력이 일정하여 수은등의 광량이 항상 일정하도록 함으로써, 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있고, 수은등의 수명을 연장시킬 수 있으며, 가벼운 부품으로 회로를 구성하여 소형 경량화 하고, 구형파에 의해 수은등이 점등되도록 하여 광 리플이 극히 적은 효과가 있다.

Claims (8)

1. (정정)칼라 영상관을 생산하는 공정에 사용되는 노광용 수은등의 전원공급장치에 있어서, 상기 장치의 전원 입력단에 설치되어 스위칭 잡음 등이 외부로 방사되는 것을 차단하기 위한 필터링수단; 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 제1 정류수단; 펄스폭 빈조를 통한 발진에 의해 상기 제1 정류수단에 의해 정류된 직류 전압을 온/오프하기 위한 고주파 스위칭수단; 상기 고주파 스위칭수단으로부터 인가된 신호와 변압된 출력을 절연하고, 인가된 전압을 고 전압으로 변환하는 변압수단; 상기 변압수단에 의해 변환된 고 전압을 직류 전압으로 정류하는 제2 정류수단; 소정의 주파수를 갖는 구형파를 발진하는 발진수단; 상기 발진수단의 출력을 인가받아 상기 제2 정류수단으로부터 인가된 고 전압을 일정한 전기가 통하지 않는 주기를 갖는 구형파로 변환시켜 출력하는 스위칭 수단; 상기 제2 정류수단의 출력을 입력받아 입력된 전류값과 전압값과 전력값을 기준값과 각각 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교수단; 상기 수은등의 광량 크기를 검출하여 상기 비교수단으로 공급하는 광검출수단; 및 상기 비교수단으로부터 입력된 신호에 따라 상기 고주파 스위칭부의 온/오프를 제어하기 위한 펄스폭제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원공급장치.
2. (삭제)
3. (삭제)
4. (정정)제 1 항에 있어서, 상기 고주파 스위칭수단은 적어도 두개의 트랜지스터를 반(half)-브리지 형태로 연결하고, 상기 반-브리지 형태의 회로를 병렬로 연결한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원공급장치.
5. (정정)제 1 항에 있어서, 상기 변압수단은 약 35KHz 이상의 고주파를 사용하여 소형 경량화 한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원공급장치.
6. (정정)제 1 항에 있어서, 상기 스위칭수단은 적어도 4개의 트랜지스터를 전(full)-브리지 형태로 연결한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원공급장치.
7. (정정)제 1 항에 있어서, 상기 비교수단은 차등 증폭기를 포함한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원공급장치.
8. (정정)제 1 항에 있어서, 과전압이 인가되거나, 상기 수은등의 평균 수명이 초과된 경우에는 경보음이 출력되도록 하고, 상기 수은등의 점등을 위한 스위치의 동작을 제어하며, 상기 수은등 점등 전원공급 스위치가 오프되면 상기 수은등이 안정된 상태에서 소등될 수 있도록 제어하는 제어수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 노광용 수은등의 전원 공급장치.