KR100712641B1 - 음극예열전류 제어회로를 갖는 전자식 안정기 - Google Patents

음극예열전류 제어회로를 갖는 전자식 안정기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전자식 안정기는, 회로가 간단하고 단가가 저렴하면서도 음극예열전류를 확실하게 제어할 수 있는 형광램프용 전자식 안정기를 제공하기 위해, 인버터부(400)의 트리거 소자(Q1)(Q2)의 어느 하나에 접속되는 스위칭 소자(SCR1)와, 스위칭 소자(SCR1)의 제어단에 접속되는 정전압 다이오드(ZD3)와, 점등부(600)의 공진용 인덕터(CHOKE)에 접속되며 그 접속점이 정전압 다이오드(ZD3)에 접속되는 RC병렬회로(R5, EC2)로 구성되는 음극예열전류 제어회로부(500)를 포함함으로써, 램프출력단에서 검출되는 출력측 전압이 정전압 다이오드(ZD3)의 브레이크 다운 전압 이상의 과전압일 경우, 스위칭 소자(SCR1)를 동작시켜 어느 하나의 트리거 소자(Q1, Q2)의 게이트 공급전압을 제어하게 되고, 램프에 접속된 공진용 콘덴서(C7) 양단의 공진전압을 낮춰 형광램프의 필라멘트의 음극예열전류를 제어하며 램프를 소프트 스타트시키는 것을 특징으로 한다.
음극예열전류, 전자식 안정기, 소프트 스타트, RC병렬회로

Description

음극예열전류 제어회로를 갖는 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST HAVING A CONTROL CIRCUIT OF CATHODE PRE-HEATING CURRENT}
도 1은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 회로도.
도 2는 도1의 안정기 회로의 전압 파형도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 입력전원 공급부 200 : 정류 및 평활화부
300 : 시동회로부 400 : 인버터부
500 : 음극예열전류 제어회로부 600 : 점등부
본 발명은 형광등용 전자식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광램프의 음극예열전류 제어회로를 갖는 전자식 안정기에 관한 것이다.
전자식 안정기는 안정기에 시동용 소자를 포함시킨 것으로, 그 스위칭 작용이나 전극 가열용 권선으로 전극을 예열하고 스위칭 회로의 스위칭 작용으로 램프 를 시동시키며, 점등 중에는 램프 전류 및 전극 가열용 권선에 의해 전극이 가열되는 회로방식에 사용되는 안정기로서, 자체의 LC 공진회로에 의해 발진되는 자려식과, 별도의 발진기를 사용하는 본 발명에 관한 타려식이 있다.
전자식 안정기는 재래식 안정기보다 여러 가지 장점이 있으나, 전압변동 및 서지 전압에 약하다는 문제점이 있어 보호회로를 내장하게 되어 있으나, 그럼에도 불구하고 점등시의 높은 전압으로 인하여 시동시에 대한 특별한 대책이 필요하다.
또한 형광램프는 자주 점멸할 경우 램프수명이 짧아진다. 이는 점등 초기에 필라멘트의 전자물질이 충분히 (예를들어 110℃까지) 가열되지 못하는 상태에서 방전을 하게 되므로 전자 물질이 비산되어 램프가 빨리 흑화되고 수명이 짧아지게 되는 것이다.
그러나 KSC 8100에 규정한 램프 전류 및 음극예열전류가 규정치 이내일 경우에는 현저한 램프 수명 변화 및 단시간 흑화는 발생하지 않는다. 음극예열전류를 규정치 이내로 제어하기 위해서는 IC를 이용한 제어방식이 사용되고 있으나, 이는 회로가 복잡하고 단가가 비싸다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 회로가 간단하고 단가가 저렴하면서도 음극예열전류를 확실하게 제어할 수 있는 형광램프용 전자식 안정기를 제공하는 것이다.
즉, 전자식 안정기는 전선 단락이나 램프 이상과 같은 이상상태에서의 출력고전압으로부터 소자들을 보호하기 위한 보호회로를 일반적으로 두게 되는 바, 본 발명은 이러한 보호회로를 약간만 변경함으로써 추가의 복잡하고도 많은 비용이 소요되는 회로를 추가하지 않고도, 간단히 효과적인 음극예열전류 제어회로를 구현하는 것이 가능한 전자식 안정기에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자식 안정기는, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류 및 평활화부(200)와, 상기 정류 및 평활화부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 점등부(600)와, 상기 정류 및 평활화부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 점등부의 공진을 일으키는 인버터부(400)와, 상기 인버터부의 초기 시동을 행하는 시동회로부(300)를 포함하되, 상기 점등부(600)는, 공진용 커패시터(C7, C4, C5)와 인덕터(CHOKE)로 이루어지는 공진회로를 포함하며, 상기 인버터부(400)는, 1차측 권선이 상기 점등부(600)의 공진회로에 접속되는 드라이브 트랜스(OSC N1, OSC N2, OSC N3)와, 상기 드라이브 트랜스의 2차측이나 3차측 권선들의 통전 여부에 의해 온/오프되며 상기 점등부의 공진회로를 트리거링하여 고주파 출력을 생성하도록 하는 트리거소자(Q1, Q2)를 포함하며, 상기 시동회로부(300)는, 상기 램프의 시동시에 상기 트리거 소자의 어느 하나를 동작시키기 위한 시동회로(C8, R1, DIAC) 및 램프 점등 후에 상기 시동회로의 동작을 정지시키기 위한 회로(D7)를 포함하며, 상기 전자식 안정기는, 상기 인버터부(400)의 트리거 소자(Q1)(Q2)의 어느 하나에 접속되어 상기 접속된 트리거 소자의 온/오프를 결정하는 스위칭 소자(SCR1)와, 상기 스위칭 소자(SCR1)의 제어단에 접속되는 정전압 다이오드(ZD3)와, 상기 점등부(600)의 공진용 인덕터(CHOKE)에 유도결합되는 전류 검출용 코일과, 상기 전류 검출용 코일에 접속되며 그 접속점이 상기 정전압 다이오드(ZD3)에 접속되는 저항(R5)과 전해콘덴서(EC2)의 RC병렬회로(R5, EC2)로 구성되는 음극예열전류 제어회로부(500)를 더 포함함으로써, 상기 램프출력단에서의 상기 공진용 인덕터(CHOKE)의 전류에 해당하는 검출 전압인 상기 전류 검출용 코일을 통해 검출되는 검출 전압을 상기 RC병렬회로(R5, EC2)의 전해콘덴서(EC2)로 충전하고, 상기 전해콘덴서(EC2)에 충전된 전압이 상기 정전압 다이오드(ZD3)의 브레이크 다운 전압 이상의 과전압일 경우, 상기 스위칭 소자(SCR1)를 동작시켜 상기 트리거 소자(Q1, Q2) 중의 상기 스위칭 소자(SCR1)와 접속된 트리거 소자의 게이트 공급전압을 제어하게 되고, 상기 램프에 접속된 상기 공진용 콘덴서(C7) 양단의 공진전압을 낮춰 형광램프의 필라멘트의 음극예열전류를 제어하며 램프를 소프트 스타트시키며, 상기 램프의 음극예열전류가 충분히 램프 전극을 예열시킴과 병행하여 상기 전해콘덴서(EC2)가 서서히 방전되도록 하고, 상기 전해콘덴서(EC2)가 방전된 후, 상기 스위칭 소자(SCR1)를 오픈시켜 상기 트리거 소자(Q1, Q2)가 정상상태로 트리거됨으로써 상기 램프가 점등되도록 하며, 일단 점등된 후에는 상기 음극예열전류 제어회로부(500)의 영향을 받지 않고 안정기가 정상동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 상기 음극예열전류 제어회로부(500)의 상기 스위칭 소자(SCR1)의 게이트 단에는 상기 정전압 다이오드(ZD3)와 병렬로 상기 스위칭 소자(SCR1)의 오동작을 방지하기 위한 콘덴서(C10)가 접속되며, 상기 오동작 방지 콘덴서의 용량은 수십 나노패럿 정도에 불과한 것을 특징으로 한다.
삭제
이하, 본 발명에 관한 전자식 안정기를 도1을 들어 설명한다.
본 발명에 관한 전자식 안정기는, 도1에 도시된 바와 같이, 전압안정화부(100), 정류 및 평활화부(200), 시동회로부(300), 인버터부(400) 및 점등부(600)를 포함하되, 상기 시동회로부(400)와 점등부(600)에 음극예열전류 제어회로부(500)가 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명에 관한 음극예열전류 제어회로부(500)를 갖지 않는 일반적인 안정기 회로에 대하여 설명한다.
전압안정화부(100)는, 일반적인 교류전원 형태인 2상 교류 전원을 두 개의 단자(A, B)를 통해 공급받는다. 교류전류는 퓨즈(FUSE)를 통해 필터로서 기능하는 바리스터(TNR) 및 트랜스포머(LF1)의 병렬회로를 통해 다시 세 개의 콘덴서들(C1 -C3)로 이루어지는 필터회로에 의해 필터링되어 안정화된다. 필터회로에 의해 안정화된 전원은 다음 단인 정류 및 평활화부(200)로 인가된다.
정류 및 평활화부(200)는, 브리지 다이오드(D1-D4)에 의해 전파정류되며, 초크코일(L1) 및 콘덴서(C6) 그리고 다이오드(D5, D6) 및 평활용 콘덴서(EC1)에 의해 에 의해 평활화 및 필터링되는 바, 상기 정류 및 평활화된 전압은 다음 단인 시동회로부(300) 및 인버터부(400)로 인가된다.
인버터부(400)는, 정류된 DC전원이 인가되며 트리거 소자로서 작용하는 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q2), 상기 각 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 접속되는 저항(R4, R2) 및 상기 각 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 접속되는 2차측 및 3차측 변압기회로(OSC N2)(OSC N3), 그리고 정전압을 유지시키기 위한 다이오드(D10, ZD1)(D11, ZD2)로 구성된다. 상기 변압기 회로(OSC N2)(OSC N3)의 1차측(OSC N1)은 램프의 출력을 검출하기 위해 점등부(600)의 램프(LAMP)의 일측에 접속되어 있다.
즉, 인버터부(400)의 접점 P1 및 P2는 각각 인버터부의 트리거소자로서 작용하는 MOSFET(Q1, Q2)의 소스 및 드레인에 접속되는 바, 양 트리거 소자(Q1, Q2)의 다른 입력단자는 접점 P4에서 만나며, 동시에 상기 접점 P4에는 드라이브 트랜스의 일차측 권선(OSC N1)이 접속된다. 또한, 상기 트리거소자의 게이트에는 저항(R4)(R2)를 통해 상기 드라이브 트랜스의 2차측 및 3차측 권선들(OSC N2)(OSC N3)이 접속된다. 도면 부호 D10 및 D11은 역류방지용 다이오드이고, ZD1 및 ZD2는 정전압 다이오드이다.
한편, 상기 정류 및 평활화부(200)의 평활용 콘덴서(EC1)의 양단은 동시에 시동회로부(300)에 접속된다. 즉, 상기 시동회로부의 저항(R3, R1) 및 콘덴서(C8)의 직렬회로가 상기 단자 P1 및 P2에 접속되며, 다이악(DIAC)이 상기 저항(R1)과 콘덴서(C8)의 접속점(P3) 및 트리거소자(Q2)의 게이트에 접속된다. 또한, 상기 단자 P3 및 P4 간에는 상기 시동회로의 동작을 정지시키기 위한 다이오드(D7)가 접속된다.
또한 점등부(600)는 램프(LAMP)의 일측 전극에 접속되는 공진회로용 인덕터(CHOKE)가 상기 인버터부(400)의 구동트랜스의 1차측 권선(OSC N1)에 접속되며, 램프의 타측 단자는 출력 전압분배용 콘덴서(C4, C5)의 접속단자에 접속된다. 즉, 램프(LAMP)의 타측은 콘덴서(C4, C5)를 통해 정류 및 평활화부(200)의 출력단자 및 그라운드 단자에 각각 접속되며, 램프의 양 전극 간에는 임피던스 및 공진 조절용 콘덴서(C7)가 삽입된다.
이하, 이상의 전압안정화부(100) 내지 인버터부(400)의 동작을 설명한다.
상기 전압안정화부(100)에 의해 안정화된 공급전압이 정류 및 평활화부(200)에 의해 직류전원으로 변환되어 인버터부(400) 및 시동회로부(300)에 인가되는 바, 시동회로부에 인가된 전압은 충전용 콘덴서(C8)에 충전되며, 충전된 전압이 소정치를 넘어설 때에 RC회로(R1, R3, C8)의 시정수에 의해 트리거 다이오드(DIAC)를 도통시켜 결국 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)를 동작시키게 됨으로써, 점등부의 LC 공진회로(CHOKE, C7, C4, C5)의 공진에 의해 자려 시동을 하게 된다.
상기 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 동작에 의해 점등이 이루어지면, 자려식 발진코일(OSC N1, OSC N2, OSC N3)에 유기된 전압이 그 권선의 시정수에 의해 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)에 구동전압이 공급되어 발진을 지속하게 되며, 일단 시동후에는 C8 양단의 충전 전압은 방전회로부(D7)에 의해 방전되어 더 이상의 시동 동작은 금지된다.
이때 초기 발진시, LC 공진전압이 콘덴서(C7) 양단에 높게 걸리게 되며, 필 라멘트를 예열하는데 형광램프의 방전개시 전압 이상의 공진전압이 발생하게 되면, 형광등이 점등되는 바, 필요 이상의 공진전력이 발생하여 형광램프의 필라멘트를 손상시켜 빠른 흑화와 램프수명의 단축을 가져오게 된다.
따라서, 본 발명에서는, 인버터부(400)에, 즉 예를들어 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 게이트 단에 음극예열전류 제어회로(500)를 접속하게 된다. 이는, 상기 제1 스위칭 트랜시스터(Q1)의 게이트 제어 전압을 생성하는 제3 스위칭 소자인 사이리스터(SCR1)를 통해 이루어지는 바, 상기 사이리스터의 게이트 단에는 콘덴서(C10)와 병렬로 저항(R6)을 통해 정전압 다이오드(ZD3)가 접속되며, 이는 다시 역류방지용 다이오드(D18)을 통해 쵸크코일(CHOKE)의 2차측에 접속된다. 상기 정전압 다이오드(ZD3)와 역류방지용 다이오드(D18)의 접속점에는 RC병렬회로(R5, EC2)가 접속된다.
상기 음극예열전류 제어회로(500)의 동작을 종래의 출력고전압 보호회로와 비교하여 설명하면, 종래의 출력고전압 보호회로에서는, 다이오드(D10)를 통해 저항(R5)과 콘덴서(EC2)가 직렬로 접속되어 있어, 램프 불능의 문제와 같은 이상상태에서 안정기의 출력측에 고전압이 유기되는 경우, EC2가 서서히 충전되어 소정 전압 이상이 되면 제3 스위칭 소자(SCR1)를 턴온시킴으로써 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트단을 접지단자화하여, 안정기의 동작을 정지시키며, 역으로 상기 콘덴서(EC2)가 서서히 방전이 되면 다시 안정기가 동작하게 됨으로 인하여, 결국 램프 불능과 같은 이상상태에서 램프가 0.5∼1 초 간격으로 깜박거리게 된다.
이에 반해, 본원발명의 음극예열전류 제어회로에서는, 상기 다이오드(D10)를 통해 저항(R5)과 콘덴서(EC2)가 병렬로 접속되어 있어, 램프 시동시 상기 쵸크코일(CHOKE)에서 검출되는 램프 출력단의 전압이 고전압일 경우, 상기 전해콘덴서(EC2)가 순간적으로 충전되며, 바로 상기 제3 스위칭소자인 사이리스터(SCR1)를 턴온상태로 잡고 있기 때문에, 안정기가 동작하지 않고 초기 불안정한 상태에서 램프 점등을 시키지 않으면서 램프 음극을 예열하게 되는 것이다.
이후, 상기 램프의 음극전극이 예열이 되면서 상기 전해콘덴서(EC2)가 서서히 방전되는 바, 결국 상기 사이리스터를 오픈시키게 되면, 비로소 정상적인 안정기의 동작상태로 돌아가서 안정기의 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 동작에 의한 램프 점등이 소프트하게 이루어지는 것이다.
참고로, 상기 사이리스터의 게이트단에 정전압 다이오드(ZD3) 및 저항(6)과 병렬로 접속되는 콘덴서(C10)는 없어도 되나, 사이리스터의 오동작을 방지하기 위하여 필요하며, 매우 작은 커패시턴스 값(일례로 0.01∼0.02μF)을 갖도록 하는 것이 바람직한 바, 거의 오픈에 가까운 소자로 되어야 한다. 만약 상기 콘덴서(C10)의 용량값이 큰 전해콘덴서인 경우에는 상기 사이리스터의 게이트 단이 서서히 충전되므로, 본 발명에서 원하는 음극예열전류 제어회로의 기능을 발휘할 수 없게 된다.
결국, 본 발명의 음극예열전류 제어회로부(500)의 동작을 정리하면, 초기 시동시 제3 스위칭소자인 사이리스터(SCR1)를 동작시켜 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트 공급전압을 제어하게 되고, 램프에 접속된 콘덴서(C7) 양단의 공진전압을 낮춰 형광램프의 필라멘트의 음극예열전류를 제어하며 서서히 점등(소프트 스타트)되어 램프의 흑화 현상을 방지하며 램프의 수명을 연장시켜 준다.
도 2는 도1의 안정기 회로의 전압 파형도로서, 도 2의 (a)는 사이리스터(SCR1)의 게이트 단의 전압(Vs) 파형을 나타내고, (b)는 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트의 전압(Vf) 파형을 나타낸다.
이상 본 발명을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 안정기에 의하면, 램프 시동시에 램프에 접속된 콘덴서(C7) 양단의 공진전압을 낮춰 형광램프의 필라멘트의 음극예열전류를 제어하며 서서히 점등(소프트 스타트)되어 램프의 흑화 현상을 방지하며 램프의 수명을 연장시켜 주는 음극예열전류 제어회로 및 과전압 보호회로를 갖는 전자식 안정기를, 기존의 과전압 보호회로를 갖는 안정기 회로에 약간의 변화만 주어서 구현가능하므로, 저렴한 추가 비용으로 구현이 가능하다는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류 및 평활화부(200)와, 상기 정류 및 평활화부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 점등부(600)와, 상기 정류 및 평활화부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 점등부의 공진을 일으키는 인버터부(400)와, 상기 인버터부의 초기 시동을 행하는 시동회로부(300)를 포함하는 전자식 안정기에 있어서,
    상기 점등부(600)는, 공진용 커패시터(C7, C4, C5)와 인덕터(CHOKE)로 이루어지는 공진회로를 포함하며,
    상기 인버터부(400)는, 1차측 권선이 상기 점등부(600)의 공진회로에 접속되는 드라이브 트랜스(OSC N1, OSC N2, OSC N3)와, 상기 드라이브 트랜스의 2차측이나 3차측 권선들의 통전 여부에 의해 온/오프되며 상기 점등부의 공진회로를 트리거링하여 고주파 출력을 생성하도록 하는 트리거소자(Q1, Q2)를 포함하며,
    상기 시동회로부(300)는, 상기 램프의 시동시에 상기 트리거 소자의 어느 하나를 동작시키기 위한 시동회로(C8, R1, DIAC) 및 램프 점등 후에 상기 시동회로의 동작을 정지시키기 위한 회로(D7)를 포함하며,
    상기 전자식 안정기는, 상기 인버터부(400)의 트리거 소자(Q1)(Q2)의 어느 하나에 접속되어 상기 접속된 트리거 소자의 온/오프를 결정하는 스위칭 소자(SCR1)와, 상기 스위칭 소자(SCR1)의 제어단에 접속되는 정전압 다이오드(ZD3)와, 상기 점등부(600)의 공진용 인덕터(CHOKE)에 유도결합되는 전류 검출용 코일과, 상기 전류 검출용 코일에 접속되며 그 접속점이 상기 정전압 다이오드(ZD3)에 접속되는 저항(R5)과 전해콘덴서(EC2)의 RC병렬회로(R5, EC2)로 구성되는 음극예열전류 제어회로부(500)를 더 포함함으로써,
    상기 램프출력단에서의 상기 공진용 인덕터(CHOKE)의 전류에 해당하는 검출 전압인 상기 전류 검출용 코일을 통해 검출되는 검출 전압을 상기 RC병렬회로(R5, EC2)의 전해콘덴서(EC2)로 충전하고, 상기 전해콘덴서(EC2)에 충전된 전압이 상기 정전압 다이오드(ZD3)의 브레이크 다운 전압 이상의 과전압일 경우, 상기 스위칭 소자(SCR1)를 동작시켜 상기 트리거 소자(Q1, Q2) 중의 상기 스위칭 소자(SCR1)와 접속된 트리거 소자의 게이트 공급전압을 제어하게 되고, 상기 램프에 접속된 상기 공진용 콘덴서(C7) 양단의 공진전압을 낮춰 형광램프의 필라멘트의 음극예열전류를 제어하며 램프를 소프트 스타트시키며,
    상기 램프의 음극예열전류가 충분히 램프 전극을 예열시킴과 병행하여 상기 전해콘덴서(EC2)가 서서히 방전되도록 하고, 상기 전해콘덴서(EC2)가 방전된 후, 상기 스위칭 소자(SCR1)를 오픈시켜 상기 트리거 소자(Q1, Q2)가 정상상태로 트리거됨으로써 상기 램프가 점등되도록 하며, 일단 점등된 후에는 상기 음극예열전류 제어회로부(500)의 영향을 받지 않고 안정기가 정상동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극예열전류 제어회로부(500)의 상기 스위칭 소자(SCR1)의 게이트 단에는 상기 정전압 다이오드(ZD3)와 병렬로 상기 스위칭 소자(SCR1)의 오동작을 방지하기 위한 콘덴서(C10)가 접속되며, 상기 오동작 방지 콘덴서의 용량은 수십 나노패럿 정도에 불과한 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  3. 삭제
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KR20010088753A (ko) * 2001-08-31 2001-09-28 최성택 음극예열전류 제어회로를 내장한 전자식 안정기

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