KR20200007451A

KR20200007451A - 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치

Info

Publication number: KR20200007451A
Application number: KR1020180081586A
Authority: KR
Inventors: 이종선
Original assignee: 이종선
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-22

Abstract

하나의 안정기를 사용하여 다수의 형광램프를 직렬 결선으로 순간 점등을 가능하게 하는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 관한 것으로, 공진탱크부는 트랜스포머를 포함하고, 상기 트랜스포머의 제1 일차측 권선 전원 입력단은 저항과 기생 커패시터를 통해 상기 제3 트랜지스터의 컬렉터 측에 연결되고, 상기 트랜스포머의 제2 일차측 권선 전원 입력단은 저항과 기생 커패시터를 통해 제4 트랜지스터의 컬렉터 측에 연결되고, 상기 트랜스포머 일차측 권선 턴 수 방향에 각각 정역 턴수를 갖는 피드백 권선을 갖고, 제3 트랜지스터와 제4 트랜지스터를 사용하여 상기 트랜스포머의 피드백 권선의 인덕턴스와 저항 및 기생 커패시터의 설정으로 PWM 주파수를 발생하며, 제1 스위치 소자가 턴온될 때, 제2 스위치 소자는 오프되고, 제1 스위치 소자가 오프될 때 제2 스위치 소자는 온 상태로 되어 정류부에서 정류된 DC를 AC로 변환하여 트랜스포머의 일차측 권선에 공급하여 트랜스포머의 이차측 권선에 병렬로 연결되는 복수개의 형광등에 전원을 공급하도록 되는 구성을 마련하여, 예열(Preheat)에 의한 흑화 현상을 방지할 수 있다는 것에 그 특징이 있다.

Description

형광램프의 냉음극 무전극 점등장치{An Apparatus For Lighting Electroless And Cold Cathode Fluorescent Lamps}

본 발명은 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 관한 것으로, 특히 하나의 안정기를 사용하여 다수의 형광램프를 직렬 결선으로 순간 점등을 가능하게 하는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 관한 것이다.

전기와 백열전구가 발견, 발명된 후 지속적으로 발전해온 조명기구에서 현대에 들어 형광등의 밝기와 에너지를 대적할만한 조명기구는 흔치 않다.

백열등을 대체하여 발달해온 형광등은 흔히 삼파장 램프라는 굴곡형 형광등으로 발전하여 현재 가장 널리 사용되고 있으며, 근래에 와서 반도체 소자의 개발 등에 따른 기술의 개발로 LED (발광다이오드)를 조명에 많이 사용하고 있다.

상기한 LED는 밝기에 대비하여 기존의 백열전구나 형광등에 비해 낮은 에너지 소모를 가지나 LED는 그 소자의 성질에 의해 청색 광이라는 빛의 파장으로 발산하기 때문에 그 빛이 넓고 멀리 가지 못하는 단점이 있으며, LED 빛의 직진성에 의한 사용자의 눈이 부시는 등의 문제점들이 나타나고 있다.

또한, 빛의 파장의 굴절에 의하여 물체의 색깔이 변질되어 보이는 등의 문제와 더불어 많은 발열에 의한 방열구조 등에 의하여 그 적용범위가 형광등만큼 넓지 못하다.

그리고 종래의 형광등은 하나의 안정기로 하나의 형광등을 활성화하는데 국한되고 근래에는 하나의 회로에서 다수개의 형광등을 활성화 시키는 회로도 출시되고 있지만 실제로는 하나의 기판에 하나의 입력 장치와 다수개의 출력장치를 구비한 회로로서 입력장치의 단일화로 원가를 절감할 수 있게 만든 제품이다.

이러한 종래의 형광등에 대하여 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; 이하, 'CCFL'이라 함)가 개발되었으며, 냉음극 형광램프는 낮은 전류로 동작하여 저소비 전력, 저발열, 고휘도 및 수명이 긴 장점이 있으며, 액정 디스플레이(TFT-LCD) 등과 같은 모니터의 백라이트, 복사기, 팩스, 스캐너, 각종 시험/검사 장치 등에 응용되고 있다. 또한, CCFL은 냉음극 방출 현상을 이용한 광원 관으로서 풀컬러화(Full color)가 용이한 장점이 있어 이의 사용이 점증되고 있다.

그러나 상기와 같은 냉음극(CCFL)의 장점에도 불구하고 종래의 전원출력 특성으로 흑화 현상에 의한 수명 단축과 부품 구성의 복잡성으로 고장률이 높아 LED 등의 수명에 대응 못하는 문제가 있었다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 문헌 6 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 최소한 한 쌍의 냉음극 형광등(CCFL)을 동시에 활성화시키기 위한 전기회로로서, 각각 항복 전압을 갖는, 직렬로 연결된 제1 CCFL 및 제2 CCFL, 교류 전류를 받아들이도록 된 1차 권선 및 상기 직렬 연결된 CCFL들과 결합되어 그 직렬 연결된 CCFL들 둘 모두의 동작을 활성화시키는 전류를 제공하도록 된 2차 권선을 구비하는 변압기, 상기 제1 CCFL에 병렬로 연결된 분로 콘덴서를 포함하는데, 2차 권선에 의해 발생되어 상기 직렬 연결된 제1 및 제2 CCFL들에 인가되는 전압이 그 제1 및 제2 CCFL들의 각 항복 전압들의 합보다 훨씬 작은 전기 회로에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 내벽에 형광 물질이 도포되는 형광 튜브, 상기 형광 튜브 내에 봉입되는 방전 기체, 상기 형광 튜브의 양측 단부에 설치되는 제1 및 제2 베이스, 상기 제1 베이스에 인접하여 상기 형광 튜브 내에 배치되는 제1 전극, 상기 제2 베이스에 인접하여 상기 형광 튜브 내에 배치되는 제2 전극, 상기 제1 전극에 고정되는 제1 전자 방출 수단 및 상기 제2 전극에 고정되는 제2 전자 방출 수단을 포함하는 냉음극형 형광 램프에 대해 개시되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 3에는 각 채널별로 설치되며 상기 버스트 MCU에서 출력되는 채널별 구동펄스에 대응하여 점등주파수 구간과 비점등주파수 구간을 갖는 인버터 구동주파수를 출력하는 스캐닝 MCU, 상기 스캐닝 MCU에서 출력되는 주파수와 동일한 스위칭 주파수를 발생시켜 구형파로 전환 출력하는 인버터 드라이버, 상기 인버터 드라이버에서 출력되는 구형파를 공진시켜 정현파로 변환 출력하는 LC 공진탱크, 상기 LC 공진 탱크의 출력에 의해 점등 구동되는 HCFL을 포함하는 액정디스플레이장치용 백라이트유닛에 대해 개시되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 4에는 제1 보디 다이오드가 형성되어 있는 제1 스위치, 제2 보디 다이오드가 형성되어 있는 제2 스위치, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 따라 제1 전류 및 제1 전압이 발생하는 1차측 코일 및 상기 1차측 코일에 대해 소정의 권선비를 가지는 2차측 코일을 포함하는 트랜스포머를 포함하는 인버터에 대해 개시되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 5에는 평활수단에서 직류전원에 포함되어 있는 맥류성분을 제거하여 평활화된 직류전원을 받아서 고압 방전등에 필요한 구형파 신호로 발진제어하는 발진컨트롤러, 상기 발진컨트롤러에서 출력되는 고압 방전등 점등제어신호(구형파신호)를 받아 증폭해서 LC 공진회로에서 LC 공진하여 고압 방전등을 점등시키는 고압 방전등 구동회로를 구비한 고압 방전등 점등용 전자안정기에 대해 개시되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 6에는 기동시 및 점등시에 각기 상이한 시정수를 제공할 수 있는 주파수 변동부, 상기 상이한 시정수에 따라 상기 기동시 및 점등시에 각기 상이한 발진주파수의 전압을 출력하는 전압발진부, 상기 상이한 발진주파수의 전압에 따라 스위칭되는 1차 코일과, 1차 코일의 스위칭에 따라 교번전압이 유기되는 2차 코일을 포함하는 트랜스포머 및 상기 유기된 교번 전압에 대응하여 교번적으로 스위칭되는 스위칭부를 포함하는 무전극 형광 램프용 점등장치에 대해 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제1999-0088532(1999.12.27. 공개) 대한민국 공개특허공보 제2003-0057323(2003.07.04. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0806851(2008.02.18. 등록) 대한민국 공개특허공보 제2010-0012322(2010.02.08. 공개) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0215723(2000.12.22. 등록) 대한민국 공개특허공보 제2010-0063510(2010.06.22. 공개)

상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 한 쌍의 냉음극 형광등(CCFL)을 동시에 활성화시키는 기술에 대해 개시되어 있지만, 과방전을 방지하는 구성 및 램프들을 균일하게 활성화 시켜 같은 밝기로 제공하는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않았다.

또 상기 특허문헌 등에 개시된 기술에서는 예열(Preheat)에 의한 흑화 현상이 발생하고 이에 따라 냉음극 형광등(CCFL)의 수명이 저하된다는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 예열(Preheat)에 의한 흑화 현상이 없어 LED등 이상의 장수명으로 사용을 할 수 있는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 부품 수를 최소화하여 고장률을 대폭 개선할 수 있는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고전압 출력에 의한 고효율 조명 및 고역률 안정기로써 절전 효과뿐만 아니라 램프의 수명이 길어져 내구성을 향상시키는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치는 회로 보호부(1), 서지 전류와 과전류 보호부(2), EMI 필터부(3), 정류 및 역률 보상부(4), 인버터부(5) 및 공진탱크부(6)를 구비하는 형광등의 냉음극 무전극 점등장치로서, 상기 인버터부(5)는 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단에 분압저항기(R1, R2)와 다이오드(D9)를 통해 접속되어 분압저 항기의 출력 전압이 인가되고, 제1 출력단은 상기 정류 및 역률 보상부(4)의 출력단에 접속된 제1 스위치 소자(Q1), 상기 분압저항기(R1,R2)와 다이오드(D9)의 출력단에 컬렉터 측이 연결되고, 베이스 측은 분압 라인에 접속되어 저항(R4)을 통해 상기 제1 스위치 소자(Q1)의 제2 출력단이 연결되고, 이미터 측은 상기 분압라인에 접속된 제3 트랜지스터(Q3), 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단이 상기 분압저항기(R1,R2)의 출력단에 접속되고, 제1 출력단은 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터 측과 분압저항기의 분압라인과 접속된 라인에 블럭킹 다이오드(BD1)를 통해 연결된 제2 스위치 소자(Q2), 상기 분압라인이 다이오드(D10)와 저항(R8)을 통해 이미터 측에 접속되며, 상기 이미터 측은 정류 및 역률 보상부(4)의 출력단에 접속되고, 베이스 측은 직렬로 연결된 저항(R10)을 통해 상기 제2 스위치 소자(Q2)의 제2 출력단에 접속되고, 컬렉터 측은 상기 분압라인에 접속된 제4 트랜지스터(Q4)를 포함하고, 상기 공진 탱크부(6)는 트랜스포머(T2)를 포함하고, 상기 트랜스포머(T2)의 제1 일차측 권선 전원 입력단은 저항(R6)과 기생 커패시터(C10)를 통해 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터 측에 연결되고, 상기 트랜스포머(T2)의 제2 일차측 권선 전원 입력단은 저항(R12)과 기생 커패시터(C11)를 통해 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 컬렉터 측에 연결되고, 상기 트랜스포머(T2) 일차측 권선 턴 수 방향에 각각 정역 턴 수를 갖는 피드백 권선을 갖고, 상기 제3 트랜지스터(Q3)와 제4 트랜지스터(Q4)를 사용하여 상기 트랜스포머(T2)의 피드백 권선의 인덕턴스와 상기 저항 및 기생 커패시터(R6, C10, R12, C11)의 설정으로 PWM 주파수를 발생하며, 상기 제1 스위치 소자(Q1)가 턴온될 때, 상기 제2 스위치 소자(Q2)는 오프되고, 제1 스위치 소자(Q1)가 오프될 때 제2 스위치 소자(Q2)는 온 상태로 되어 정류부에서 정류된 DC를 AC로 변환하여 트랜스포머(T2)의 일차측 권선에 공급하여 트랜스포머의 이차측 권선에 병렬로 연결되는 복수개의 형광등에 전원을 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에서, 상기 정류 및 역률 보상(PFC)부(4)는 브리지 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 콘덴서(C5)를 포함한 회로에서 상용 교류를 입력받아 정류하여 직류 전류를 출력하고, 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전류를 입력받아 역률 보상부에서 역률을 보정하도록 상기 역률 보상부는 단자(111)에 연결된 라인에 직렬로 연결된 코일(L1), 병렬 연결된 다이오드(D5,D6), 순차적으로 병렬 연결되며 전류 평활을 위한 링크 커패시터인 커패시터(C6,C7)와 커패시터(C15, C16) 및 커패시터(C8, C9)를 포함하여 정류 전압의 중간 전압점을 갖는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에서, 형광 램프와 상기 공진 탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 2차 권선 사이에 직렬로 연결된 분로 콘덴서(C14)를 더 포함하며, 상기 형광 램프와 분로 콘덴서의 단자들 간의 접합부가 회로의 접지에 연결된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 의하면, 하나의 회로에서 최소한 한 개 이상의 형광 램프를 활성화하도록 개선하여 하나의 안정기를 사용하여 다수의 형광램프를 냉음극 무전극으로 용이하게 점등하여 예열(Preheat)에 의한 흑화 현상을 없게 하며 고주파수의 고전압을 발생시켜 예열이 없는 형광 램프를 순간 점등 방전시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 의하면, 하나의 안정기를 사용하여 다수의 형광램프를 용이하게 점등시킬 수 있어 절전 효과뿐만 아니라 예열(Preheat)을 하지 않는 방식으로 램프의 수명이 길어져 내구성이 향상되는 효과가 얻어진다.

또 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 의하면, 단일 변압기로부터 제공된 전기 에너지로 최소한 한 개 이상의 형광 램프들을 동시에 활성화시키기 위한 개선된 전기 회로를 마련하여 기존의 회로에 비해 램프들을 균일하게 활성화시켜 같은 밝기로 제공할 뿐만 아니라, 더욱 간단해진 변압기 및 보다 작은 전원으로 제품의 생산 비용을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치에 의하면, 종래의 장수명 부품사용 및 단순화한 부품 회로 구성과 부스타 타입(Boost Type)의 역률 보상회로를 적용하며 트랜스포머의 피드백 2차 권선을 사용한 발진회로 사용으로 고장률을 대폭 감소시키는 고역률의 안정기로써 절전 효과뿐만 아니라, 램프의 수명이 길어져 내구성이 향상되고, 안정기의 원가를 절감하고 회로가 소모하는 에너지를 최소화하여 소모 전력을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 일반적인 냉음극 형광 램프들의 동작을 활성화하기 위한 점등장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 회로 보호부, 서지 전류와 과전류 보호부, EMI 필터 부, 정류부 및 PFC부, 인버터 및 발진부, 2차측 권선부분의 구체적인 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 인버터 및 발진부와 공진 탱크의 확대 회로도.
도 4는 1차 권선부, 2차 권선부, 2차 피드백 권선 및 RC 스위칭 주파수에 의한 1차 권선부 전원 측정파형을 나타낸 도면.
도 5는 냉음극 형광 램프에서 냉열 음극관의 예열(Preheat) 코일의 일점만을 사용한 직렬 결선 구조의 사용 예를 나타낸 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.

본 발명은 통상적으로 냉음극 형광 램프(Cold-Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)들을 활성화 시키기 위해 전기 에너지를 제공하는 전기 장치로서, 단일 변압기로부터 제공된 전기 에너지로 최소한 한 쌍 이상의 CCFL을 동시에 활성화 시키기 위한 점등장치를 마련한다.

도 1은 일반적인 냉음극 형광 램프들의 동작을 활성화하기 위한 점등장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 회로 보호부, 서지 전류와 과전류 보호부, EMI 필터부, 정류부 및 PFC부, 인버터 및 발진부, 2차측 권선부분의 구체적인 회로도이며, 도 3은 도 2에 도시된 인버터 및 발진부와 공진탱크의 확대 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치는 노이즈 필터부(EMI Filter), 정류부 및 역률 보상부(Rectifier+PFC), 인버터부(Inverter), 공진 탱크부(Resonant Tank), 램프부(Lamp)를 포함하며, 역률 보상을 위한 능동형 역률보상 승압형 소자를 사용하여 안정된 고전압을 생성한다. 입력 전압이 교류 220V일 때 직류 300V~385V 출력 전압을 갖게 된다.

즉 본 발명에서는 정류부 및 역률 보상부(4)와 같이 전압 중간 탭을 갖는 DC 링크부를 구성하여 냉음극 형광램프 구동에 필요한 고주파 교류 전압을 생성하기 위한 직류 전원을 생성한다.

역률 보상부는 IC를 이용한 타려식 방식을 적용할 수 있으며, 램프에 공급되는 출력 교류 전원을 생성하는 인버터부에서는 자려식 방식을 적용한다.

이를 위해 본 발명에서는 공진 탱크부(6)의 트랜스포머와 같이 인버터(5)의 스위칭 주파수로 입력되는 1차 권선과 스위칭 주파수를 생성하기 위한 주파수 발진부를 위한 상호 반대 극성을 갖는 피드백 2차 권선부와 램프에 고전압 전원 공급하는 2차 권선부를 갖는 트랜스포머 및 형광램프에 병렬로 연결된 분로 콘덴서를 포함하되, 상기 2차 권선에 의해 발생되어 직렬로 연결된 상기 한 개 이상의 형광 램프들에 인가되는 전압이 상기 한 개 이상의 형광 램프들의 각 항복 전압들의 합보다 훨씬 작은 것을 특징으로 하여 구성된다.

도 2에서 본 발명에 따른 냉음극 무전극 형광램프의 점등장치는 회로 보호부(1), 서지 전류와 과전류 보호부(2), EMI 필터부(3), 정류 및 역률 보상(PFC)부(4), 인버터부(5) 및 공진탱크부(6)를 포함한다.

각각의 회로의 연결 상태 및 동작에 대해 도 2 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

상기 회로 보호부(1)는 회로 보호를 위해 일반적으로 사용되는 퓨즈로 구성되며, 상기 서지 전류와 과전류 보호부(2)는 미리 설정된 낮은 전압에서는 전류가 흐르지 않다가 설정된 전압 이상에서 전류가 급격히 흐르게 하여 번개 등의 외부 서지 전류가 들어오면 250V 이상 부분을 클리핑시켜 서지 노이즈를 방지하도록 AC 전원입력단의 단자(111)와 단자(112)에 병렬 연결되는 바리스터(VARISTOR)와 돌입 전류를 낮추어주도록 단자(112)에 연결되는 서미스터(THERMISTOR)(22)를 포함하여 구성된다.

상기 EMI 필터부(3)는 저주파 대역의 공통 모드(Common Mode)의 노이즈를 억제하는 제1 코일(LF1)과 AC 전원 입력단의 단자(111,112)들에 각각 병렬로 연결되어 저주파 대역의 차동 모드(Differential Mode)의 노이즈를 억제하는 제1 콘덴서(C1)를 포함하며, 또한, 고주파 대역의 노이즈를 제거하도록 전원 입력단의 단자들에 순차적으로 병렬 연결되고, 고주파 대역의 공통 모드(Common Mode)의 노이즈를 억제하도록 제2 콘덴서(C2)와 제3 콘덴서(C3), 전원 입력단의 단자들에 병렬로 연결된 제4 콘덴서(C4) 및 전원 입력단의 단자(111,112)에 병렬로 연결되어 고주파 대역의 차동 모드(Differential Mode)의 노이즈를 억제하는 제2 코일(LF2)을 포함한 구성으로, 고주파 영역과 저주파 영역의 커먼모드 노이즈를 각각 효과적으로 저감시킬 수 있게 됨으로써 교류 전원에 의한 전자파(노이즈)를 감쇄시키며 서지 전압으로부터 회로를 보호할 수 있게 된다.

정류 및 역률 보상(PFC)부(4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 브리지 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 콘덴서(C5)를 포함한 회로에서 상용 교류를 입력받아 정류하여 직류 전압을 출력하고, 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전압을 입력받아 PFC부에서 역률을 보정한다. 상기 PFC부는 단자(111)에 연결된 라인에 직렬로 연결된 코일(L1)과, 병렬 연결된 다이오드(D5,D6)들과, 순차적으로 병렬 연결되며 전류 평활을 위한 링크 커패시터인 커패시터(C6,C7)와 커패시터(C15,C16) 및 커패시터(C8,C9)를 포함한다. 또한, 상기 PFC부는 상용 IC에 의한 PFC회로로 동일하게 기능 구현이 포함될 수 있다.

상기 PFC부에 의해 전압에 대한 역률을 개선하여 입력전압을 소정의 높은 전압으로 변환하고, 공진 탱크부(6)의 피드백 인덕턴스(L)와 제3 트랜지스터(Q3)의 C10, R6, 제4 트랜지스터(Q4)의 C11, R12 설정으로 주파수 및 고정 듀티로 동작하는 DC/DC 변환을 구현할 수 있게 하며, 전류 스트레스가 높지 않고, 동특성(Dynamics)이 우수하며, 또한 최적 동작점에서 동작을 수행할 수 있게 되어 효율 및 성능이 향상된다.

또한, 상기 PFC부의 단자들 사이에는 코일(L1)과 상기 커패시터들이 전류를 축전하거나 방전하면서 입력전압과 입력전류의 위상을 일치시키기 위하여 분압저항기(R1,R2)를 이용하여 PFC부의 출력전압을 저항비율로 분할하여 피드백 받고, 다이오드(D7,D8)들이 상기 분압저항기(R1, R2)의 접속점으로부터 피드백 전압을 인가받아 PFC부의 출력단의 실제 출력전압과 목표전압의 오차를 검출하는 한편, 스위칭전류를 피드백하여 소정의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 신호를 생성한다.

상기 PFC부에는 인버터부(5)가 연결되어, 정류회로에서 나오는 DC 전원을 인버터를 통하여 램프를 구동하기 위한 고주파 AC 전원을 발생한다. 이를 위하여, 상기 인버터부(5)는 하프 브리지 방식으로 구현된 인버터 시스템으로서 CCFL 램프를 구동하기 위해 입력 직류 전압을 수백 V 이상의 교류 전압으로 변환하면서 램프 전류를 원하는 값으로 제어하기 위한 방법으로 PWM(Pulse Width Modulation) 제어방식을 사용한다.

상기 인버터(5)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단에 분압저항기(R1,R2)와 다이오드(D9)를 통해 접속되어 분압저항기의 출력 전압이 인가되고, 제1출력단은 상기 정류 및 PFC부(4)의 출력단에 접속된 제1 스위치 소자(Q1), 상기 분압저항기(R1,R2)와 다이오드(D9)의 출력단에 컬렉터 측이 연결되고, 베이스 측은 분압 라인에 접속되어 저항(R4)을 통해 상기 제1 스위치 소자(Q1)의 제2출력단이 연결되고, 이미터 측은 상기 분압라인에 접속되며, 상기 컬렉터 측은 저항(R6)과 기생 커패시터(C10)를 통해 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 1차측 권선에 연결된 제3 트랜지스터(Q3), 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단이 상기 분압저항기(R1,R2)의 출력단에 접속되고, 제1출력단은 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터 측과 분압저항기의 분압라인과 접속된 라인에 블럭킹 다이오드(BD1)를 통해 연결된 제2 스위치 소자(Q2), 상기 분압라인이 다이오드(D10)와 저항(R8)을 통해 이미터 측에 접속되며, 상기 이미터 측은 정류 및 PFC부(4)의 출력단에 접속되고, 베이스 측은 직렬로 연결된 저항(R10)을 통해 상기 제2 스위치 소자(Q2)의 제2출력단에 접속되고, 컬렉터 측은 상기 분압라인에 접속되고 저항(R12)과 기생 커패시터(C11)를 통해 상기 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 1차 권선에 연결된 제4 트랜지스터(Q4)를 포함한다.

상기 제1 스위치 소자(Q1)와 제2 스위치 소자(Q2)들은 N-type MOSFET으로 구성된다.

즉 상기 제1 스위치 소자(Q1)는 그 입력단에 상기 분압저항기(R1,R2)와 다이오드(D9)를 통해 접속되어 분압저항기의 출력 전압이 인가되고, 제1 출력단은 상기 PFC부의 출력단에 접속된다.

또한, 상기 분압저항기(R1,R2)와 다이오드(D9)의 출력단에는 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터 측이 연결되고 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스 측은 분압 라인에 접속되어 저항을 통해 연결되며, 이미터 측은 분압라인에 접속되어 있다. 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스 측이 분압라인과 연결된 라인에는 상기 제1 스위치 소자(Q1)의 제2 출력단이 연결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분압저항기의 출력단에는 또한 제2 스위치 소자(Q2)의 입력단이 접속되고, 상기 제2 스위치 소자(Q2)의 제1 출력단은 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터 측과 분압저항기의 분압라인과 접속된 라인에 블럭킹 다이오드(BD1)를 통해 연결되고, 제2 출력단은 직렬로 연결된 저항(R10)을 통해 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스 측에 접속되고, 상기 분압라인은 또한 다이오드(D10)와 저항(R8)을 통해 제4 트랜지스터(Q4)의 이미터 측에 접속되며, 상기 이미터 측은 또한, 정류 및 PFC부(4)의 출력단에 접속되고, 컬렉터 측은 상기 분압기의 분압라인에 접속되고 저항(R12)과 기생 커패시터(C11)를 통해 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 1차 권선(5,6)에 연결된다. 또한, 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터 측은 저항(R6)과 기생 커패시터(C10)를 통해 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 1차측 권선(1,3)에 연결된다. 상기 트랜스포머(T2)의 권선(2,4)의 권선(2)은 블럭킹 다이오드(BD2)를 통해 커패시터(C6,C7)와 커패시터(C15,C16)의 출력 측에 접속되어 있다. 상기 블럭킹 다이오드(BD1,BD2)들은 소정 전압 이하로 되면 전류 흐름을 연결하지만 소정 전압보다 큰 경우에는 전류 흐름을 차단하여 과방전을 방지한다.

상기 제1 스위치 소자(Q1)가 턴온되면 제2 스위치 소자(Q2)가 오프된 상태로 되고, 제1 스위치 소자(Q1)가 오프되면 제2 스위치 소자(Q2)가 턴온되는 식으로 됨으로써, 정류부에서 정류되어 공급되는 DC를 AC로 변환시켜 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)로 전류를 공급하고, 트랜스포머의 1차측 권선에 비하여 미리 소정의 비율로 증가되게 설정되어 감겨진 2차측 권선(7,8,9,10)에서 증폭된 전압으로 출력됨으로써 고출력의 전압이 출력측 단자(211,212)로 공급된다.

상기 공진탱크부(6)의 트랜스포머(T2)의 2차측 권선은 출력측 단자(211,212) 에 연결되며, 상기 출력측 단자들에는 적어도 하나 이상인 복수개 냉음극 형광등들이 병렬로 연결된다.

본 발명에서는 단일 형광 램프의 동작을 활성화시키기 위해, 그 램프는 트랜스포머의 2차 권선 및 분리 콘덴서 둘 모두와 직렬로 연결되며 그 분리 콘덴서는 직류 전류를 차단하고, 제2 권선과 램프 사이를 전기적으로 분리시킨다.

본 발명에 따라 하나의 인버터를 사용하여 다수의 형광램프를 용이하게 점등시킬 수 있으며, 특히 단일 변압기로부터 제공된 전기 에너지로 최소한 한 개 이상의 형광 램프들을 동시에 활성화시키기 위한 개선된 전기 회로를 제공할 수 있게 되므로 절전 효과뿐만 아니라 예열(Preheat) 코일을 단순 통전 경로로써만 사용하여 순간 점등하는 방식을 적용함으로써 흑화 현상을 제어하여 램프의 수명이 길어져 내구성이 향상되고, 점등장치의 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

배경 조명 컴퓨터 LCD에 사용되는 통상적인 냉음극 램프에서, 상기 분리 콘덴서는 통상적으로 약 10피코패럿 내지 68피코패럿의 커패시턴스를 갖는다. 램프가 꺼질 때, 즉 아무런 빛도 방출하지 않을 때, 냉음극 램프에 인가된 AC 전압은 초기에 약 1,000볼트 내지 1,600 볼트의 항복 전압(break-down voltage)까지 상승한다. 이에 따라, 램프 양단의 전압이 항복 전압에 이르기 전에, 램프는 비전도성 상태, 즉 램프에 흐르는 전류가 본질적으로 0이고 누설 전류만이 2차 권선 및 분리 콘덴서를 흐르는 상태가 된다. 램프가 항복될 때, 램프에는 상당한 전류가 흐르게 되어 전도성 상태가 되며, 램프는 빛을 방출하기 시작하고, 램프 양단의 전압은 약 350볼트 내지 600 볼트의 유지 전압으로 떨어진다.

램프가 전도성이 되어 빛을 방출하기 시작한 후, 분리 콘덴서 양단의 전압은 2차 권선 양단의 AC 전압이 일부 시간 간격 동안 유지 전압 이하로 떨어질 때까지 지속되는 간격 동안 본질적으로 일정하게 유지된다.

비교적 높은 주파수의 AC 에너지가 변압기의 1차 권선에 제공되기 때문에, 램프를 비전도성 상태로 복귀시키기 위해서는 램프 양단의 전압을 램프 양단의 AC 전압의 한 주기보다 훨씬 더 긴 시간 간격 동안 유지 전압 이하로 감소시켜야 한다.

2차 권선 양단의 AC 전압이 충분히 긴 시간 간격 동안에 유지 전압 아래로 강하할 때, 램프는 다시 비전도성으로 되어 광방출을 멈춘다.

항복이 처음 발생한 후 AC 전압의 각 주기 동안, 램프는 램프를 통하여 흐르는 전류의 방향을 처음에는 첫 번째 유지 전압 간격 동안 한 방향으로, 그 다음에는 두 번째 유지 전압 간격 동안 반대 방향으로 두 번 전도시킨다.

또한, 본 발명에 따른 전기 회로는 제1 램프에 병렬로 연결된 분로 콘덴서를 포함하며, 그 분로 콘덴서를 연결함으로써, 2차 권선이 직렬로 연결된 제1 및 제N개의 램프들을 통해 인가하여야 하는 전압이 상당히 감소된다. 즉, 그 전압은 제1 및 제N 형광램프들의 항복 전압의 합보다 상당히 작다.

또한, 본 발명에 따른 전기 회로의 특히 바람직한 실시 예는 직렬 연결된 제1 및 제N 개의 형광 램프들과 변압기의 2차 권선 사이에 직렬로 연결된 분리 콘덴서를 포함하며, 전기 회로 내의 분리 콘덴서는 변압기의 2차 권선 및 램프들 사이의 DC를 차단하고 그것들 사이를 전기적으로 분리시킨다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 형광 램프와 그 변압기의 2차 권선 사이에 직렬로 연결된 분로 콘덴서(C14)를 더 포함하며, 상기 형광 램프와 분로 콘덴서의 단자들 간의 접합부가 회로의 접지에 연결된다.

그리고 상기 변압기의 1차 권선에 전기 에너지를 제공하는 에너지 제공 수단을 더 포함하되 이러한 에너지 제공 수단은 20 KHz 내지 150 KHz 주파수와, 200 내지 수천볼트의 전압으로 변환된 전기 에너지를 인가할 수 있다.

다음에 본 발명에 따른 동작 및 램프의 결선에 관해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 1차 권선부, 2차 권선부, 2차 피드백 권선 및 RC 스위칭 주파수에 의한 1차 권선부 전원 측정 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 냉음극 형광 램프에서 냉열 음극관의 예열(Preheat) 코일의 일점만을 사용한 직렬 결선 구조의 사용 예를 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉음극 무전극 형광램프 점등장치에서, 상기 인버터부(5)는 도 3에 도시된 바와 같이, 정류회로에서 나오는 DC 전원을 램프구동을 위한 고주파 AC 전원을 발생하도록 하프 브리지 방식의 제1 스위치 소자(Q1)와 제2 스위치 소자(Q2)를 포함하며, 상기 제1, 2 스위치 소자들은 각각 보디 다이오드를 포함하고, 공진탱크부(6)에서의 피드백 2차 권선의 L 값과 인버터부(5)에서 피드백 2차 권선과 MOSFET와 직렬로 연결된 C와 R 값으로 정하여지는 스위칭 주파수로 도 4의 측정 파형처럼 제1 스위치 소자(Q1)가 턴온될 때, 제2 스위치 소자(Q2)는 오프되고, 제1 스위치 소자(Q1)가 오프될 때 제2 스위치 소자(Q2)는 온 상태로 되어 정류부에서 정류된 DC를 스위칭 주파수의 AC로 변환하여 트랜스포머(T2)의 일차측 권선에 공급하여 트랜스포머의 2차측 권선에 병렬로 연결되는 C와 2차측 권선의 L과 냉음극 형광등의 R 값으로 고전압을 생성하여 도 5에 도시된 바와 같은 복수개의 냉음극 형광등에 전원을 공급하도록 구성된다.

또한, 도 5의 일 예로 예열(Preheat) 코일을 음극관의 일점 단자로 하여 다수개의 음극관을 일 예처럼 직렬 연결하여 사용함으로써 예열에 의한 흑화 현상을 발생시키지 않으며 고주파의 고전압을 지속적으로 음극관에 통전하게 하여 고휘도의 발광을 할 수 있게 한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치를 사용하는 것에 의해 예열(Preheat)에 의한 흑화 현상을 없게 하며 고주파수의 고전압을 발생시켜 예열이 없는 형광 램프를 순간 점등 방전시킬 수 있다.

1 : 회로 보호부 2 : 서지 전류와 과전류 보호부
3 : EMI 필터 4 : 정류 및 PFC부
5 : 인버터부 6 : 공진탱크
111, 112 : (전원입력단) 단자
211, 212 : (출력측) 단자

Claims

회로 보호부, 서지 전류와 과전류 보호부, EMI 필터부, 정류 및 역률 보상부, 인버터부 및 공진탱크부를 구비하는 형광등의 냉음극 무전극 점등장치로서,
상기 인버터부는 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단에 분압저항기와 다이오드를 통해 접속되어 분압저항기의 출력 전압이 인가되고, 제1 출력단은 상기 정류 및 역률 보상부의 출력단에 접속된 제1 스위치 소자, 상기 분압저항기와 다이오드의 출력단에 컬렉터 측이 연결되고, 베이스 측은 분압 라인에 접속되어 저항을 통해 상기 제1 스위치 소자의 제2 출력단이 연결되고, 이미터 측은 상기 분압라인에 접속된 제3 트랜지스터, 보디 다이오드를 포함하고, 그 입력단이 상기 분압저항기의 출력단에 접속되고, 제1 출력단은 상기 제3 트랜지스터의 이 미터 측과 분압저항기의 분압라인과 접속된 라인에 블럭킹 다이오드를 통해 연결된 제2 스위치 소자, 상기 분압라인이 다이오드와 저항을 통해 이미터 측에 접속되며, 상기 이미터 측은 정류 및 역률 보상부의 출력단에 접속되고, 베이스 측은 직렬로 연결된 저항을 통해 상기 제2 스위치 소자의 제2 출력단에 접속되고, 컬렉터 측은 상기 분압라인에 접속된 제4 트랜지스터를 포함하고,
상기 공진 탱크부는 트랜스포머를 포함하고,
상기 트랜스포머의 제1 일차측 권선 전원 입력단은 저항과 기생 커패시터를 통해 상기 제3 트랜지스터의 컬렉터측에 연결되고,
상기 트랜스포머의 제2 일차측 권선 전원 입력단은 저항과 기생 커패시터를 통해 상기 제4 트랜지스터의 컬렉터 측에 연결되고,
상기 트랜스포머 일차측 권선 턴 수 방향에 각각 정역 턴수를 갖는 피드백 권선을 갖고, 상기 제3 트랜지스터와 제4 트랜지스터를 사용하여 상기 트랜스포머의 피드백 권선의 인덕턴스와 상기 저항 및 기생 커패시터의 설정으로 PWM 주파수를 발생하며,
상기 제1 스위치 소자가 턴온될 때, 상기 제2 스위치 소자는 오프되고, 제1 스위치 소자가 오프될 때 제2 스위치 소자는 온 상태로 되어 정류부에서 정류된 DC를 AC로 변환하여 트랜스포머의 일차측 권선에 공급하여 트랜스포머의 이차측 권선에 병렬로 연결되는 복수개의 형광등에 전원을 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치.
제1항에서,
상기 정류 및 역률 보상부는 브리지 다이오드와 콘덴서를 포함한 회로에서 상용 교류를 입력받아 정류하여 직류 전류를 출력하고, 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전류를 입력받아 역률 보상부에서 역률을 보정하도록 상기 역률 보상부는 단자에 연결된 라인에 직렬로 연결된 코일, 병렬 연결된 다이오드, 순차적으로 병렬 연결되며 전류 평활을 위한 링크 커패시터인 커패시터와 커패시터 및 커패시터를 포함하여 정류 전압의 중간 전압점을 갖는 것을 특징으로 하는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치.
제1항에서,
형광 램프와 상기 공진탱크부의 트랜스포머의 2차 권선 사이에 직렬로 연결된 분로 콘덴서를 더 포함하며, 상기 형광 램프와 분로 콘덴서의 단자들 간의 접합부가 회로의 접지에 연결된 것을 특징으로 하는 형광램프의 냉음극 무전극 점등장치.