KR880000509B1

KR880000509B1 - 정출력 특성의 전자식 방전등 점등 장치

Info

Publication number: KR880000509B1
Application number: KR1019840007490A
Authority: KR
Inventors: 박명구; 신동희
Original assignee: 엘바산업 주식회사; 박명구
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1988-04-08
Also published as: KR860004561A

Abstract

내용 없음.

Description

정출력 특성의 전자식 방전등 점등 장치

제1도는 공지의 인버터형 형광등 점등 장치이고,

제2도는 본 발명의 전체 구성도 이며,

제3도는 턴 온(Turn-on)구간의 결정에 관한 설명도이고,

제4도는 각 부의 파형도로써, (i)은 전파 정류 파형도이고, (ii)는 트랜지스터 Q1의 콜렉터 파형도이며, (iii)은 트랜지스터 Q1의 베이스 파형도이다.

본 발명은 형광등과 같은 방전등 점등 장치에 관한 것으로 종래에도 방전등을 켜기 위한 여러가지 점등 장치가 고안되어 왔으나 실제적으로 사용 하는데 여러가지 결점을 내포하고 있었다. 그 예를 들면, 일반 철심형 쵸크 안정기는 전원 전압의 변동에 따라 점등 개시 상태가 고르지 못하고, 자체에서의 전력 손실이 크며, 철심 코아의 사용에 따른 무게가 무겁다는 등의 단점이 있고, 또 교류를 직류로 체배 정류하여 고전압을 얻어 초기점등을 실시한 후 저항으로써 전류를 제어하는 방식은 값은 싸지만 저항소자를 사용함으로써 자체 전력 손실이 너무 크고 또 직류로써 방전등을 점등시킴으로써 램프의 수명을 현저히 감소 시킨다는 단점이 있다. 또한 1980년대 들어 개발된 고주파 인버터를 채용한 전자식 안정기들은 성전력이라는 측면에서는 상당한 효과를 거두었으나 가격적인 측면에서 볼때 기존의 쵸크형 안정기에 비해 상당히 비싸 실제 사용에 있어서 아직까지 그 보급이 미미한 실정이다. 즉 대한민국 특허 공고번호 84-854호 "형광등 점등장치"의 예에서는 푸슈.풀(Push-pull) 방식의 인버터를 채용하고 있으며 또 포화(Saturation) 영역에서 동작하는 주 트랜스포머(Maintransformer)를 사용 함으로써 인버터의 효율이 떨어져 자체 전력 손실이 커지고 또 저렴한 가격에 이를 실현할 수 없다는 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 전자식 안정기가 지니고 있는 장점을 극대화 시키기 위하여, 자체 전력 손실을 최소화 하면서 간단하고 또 저렴한 가격에 구성 할수 있도록 주 트랜스포머가 비포화(Non-Saturation)영역에서 동작하면서, 일반적인 전압원(Vlotage source)방식의 인버터가 공진 전류의 궤환에 의해 발진이 지속되는 것과 달리, RC시정수에 의해 발진의 유지가 가능한 아주 새롭고 간단한 형태의 안정기를 고안하였다.

본 발명의 회로 구성을 (제2도)에 보인다.

(제1도)에 보인 바와 같이 전류원(Current source) 방식의 인버터를 사용한 종래의 전자식 안정기는 퓨슈.풀 방식으로 구성되어 있어 최소 2개이 고가 스위칭용 파워 트랜지스터를 사용해야 하나 본 발명에서는 (제2도)에서 보인 바와 같이 1개의 스위칭용 파워 트랜지스터 Q1과 저가의 소신호용 트랜지스터 Q2로써 구성되어 있으며 그 기본 동작은 다음과 같다. 상용 교류전원을 브릿지 다이오드 D1과 소용량 필터용 캐패시터 C1으로 구성된 양파 정류 회로로써 정류하여 직류 맥류전원(Pulsating DC Portential)을 얻은 후 이것이 주 트랜스포머 T1과 트랜지스터 Q1으로 이루어지는 주 전류통로(Main Current Path)에 인가 되게 된다.

주 스위칭 트랜지스터 Q1의 초기 동작은 R1, R2로 구성된 바이어스 회로에 의해 이루어지게 되며 Q1에 전류가 흐르게 되면 트랜스포머 T1의 피이드.백(Feed back) 권선 N3의 기전력이 캐패시터 C3, 저항 R3를 통해 Q1에 인가되어 Q1은 완전히 턴.온(Turn-on)되게 된다. 트랜지스터 Q1이 터.온 되면 턴. 온 구간동안 트랜스포머 T1에는 전기에너지가 자기(Magnetic)에너지로써 저장되게 되는데 이때 저장되는 에너지의 량을 Em이라하면 Em은,

과 같이 나타 낼 수 있고 (제1식)에서 L은 트랜스포머 T1의 권선 N1과 N2의 인덕턴스 값의 합을 타나내고, Vdc는 맥류 전원의 순시치이며, ton은 트랜지스터 Q1의 턴.온구간을 나타낸다. 트랜지스터 Q1이 턴.온되는 구간인 ton은 저항 R4, 캐패시퍼 C4의 시정수 및 제너다이오드 ZD1의 제너전압에 의해 결정되게 되며 캐패시터 C4에 충전된 전압이 제너다이오드 ZD1의 제너전압과 소신호용 트랜지스터 Q2의 베이스-에미터 전압(VBE2)보다 크게 되면 Q2가 턴.온되게 되고 따라서 Q1은 턴.오프(Turn-off)되게 된다. 이 순간 T1에 저장된 자기에너지는 권선 N2에 유기되는 전압에 의해 램프부하에로 전달되며 이때 램프부하의 전류를 IL이라 놓으면 IL은,

과 같이 나타낼수 있게 된다.

여기서 Ic는 Q1의 콜렉터 전류의 최종치를 나타내며, T1에 저장된 자기에너지 Em이 램프부하에로 완전히 전달되면 Q1은 다시 턴.온 되게 되어 처음과 같은 동작을 반복하게 되며 발진을 지속하게 된다. 위와 같은 원리로써 동작하는 본 발명의 특징은 다음과 같이 요약 될 수 있다.

첫째, 본 발명은 직류 맥류전원에서 동작하므로 1주기의 거의 전 구간에서 전류가 흘러 입력전원 측에서의 역률이 0.9이상의 값을 갖는 고역률 특성을 실현할수 있다.

둘째, 주 트랜스포머 T1이 포화 영역에 들어가기 전에 스위칭 트랜지스터 Q1이 독립적으로 턴. 오프 되게 함으로써 T1에서의 손실을 극소화 시킬 수 있다.

세째, 램프부하의 전류는 주 트랜스포머 T1의 디마그네타이징전류(Demagnetizing current)가 되므로 전류원 인버터(Current source inverter) 처럼 동작 하게 된다.

네째, 주 트랜지스터 Q1의 턴.온 구간인 ton이 주 트랜스포머 T1의 권선 N3에 유기되는 전압에 따라 달라지므로 램프 부하에 전달되는 출력전력은, 전원전압의 리플(Ripple) 및 변동에 대하여 그 변화량이 매우 작은 거의 정출력이 특성을 나타내게 된다. 여기에서 네번째에 설명한 정출력 특성은 본 발명의 가장 중요한 특징이므로 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

직류 맥류 전압의 순시치를 Vdc라 놓으면, Q1의 턴.온 구간에 N3에 유기되는 전압 VN3는 부하 램프의 필라멘트에서의 전압 강하를 무시할 경우,

와 같이 나타낼수 있다.

그리고 (제3도)에서와 같이 C4의 전압 Vc4는 지수적으로 충전 되게 되며 초기치를 0으로 놓으면,

와 같은 특성을 나타내게 된다.

따라서 Vc4가 ZD1의 제너전압 Vz와 Q2의 베이스-에미터 전압(VBE2)의 합보다 더 커지게 되면, Q2가 턴. 온 되게 되어 Q1이 턴. 오프 되게 되므로 Q1이 턴.온되는 구간인 ton은,

와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이다.

와 같이 나타낼수 있다.

따라서 직류 맥류 전압의 순시치 Vdc가 증가하게 되면 Q1이 턴.온 되는 시구간인 ton이 감소하게 되고, Vdc감소하게 ton이 증가 하게 되어 결과적으로 (제5식)에서의 변수 R4, C4, VZ, N1, N2 그리고 N3의 값을 적절히 조정함으로써 Vdc의 변화가 Em에 미치는 영향을 최소화 시킬 수 있다. 즉 본 발명의 회로는 종래의 인버터형 전자식 안정기에 있어서 그 출력이 입력전압에 따라 변동하는 것과 달리 입력 전압의 변동에 대해서도 그 출력을 안정화(Regulation) 시킬 수 있다는 것이 또 하나의 큰 특징이라 할 수 있다.

본 발명의 효과에 있어서 30Watt 1등용의 기존 전자식 안정기와 비교 시험한 성적은 다음과 같다.

1.정격 입력 특성 성적서

2. 전압 변동 대비 출력 전력 특성 성적서

이와 같이 본 발명은 종래의 전류원형 또는 전압원형 방식의 회로를 채용한 전자식 안정기와는 달리 하나의 스위칭용 파워 트랜지스터를 사용하여 직류 맥류 전원에서 동작 시킴으로써 입력 전원 측에서의 역률을 높이고, 안정기 자체에서의 소비전력을 가능한 한 낮출수 있으며, 입력 전압의 변동에 따른 램프 부하에서의 정출력 특성을 저렴한 가격에 실현 할 수 있도록 한 새로운 고안이다.

Claims

도면에 예시하고 본문에서 상술한 바과 같이 제1트랜스포머(T1)의 제1권선(N1), 제1트랜스포머의 제2권선(N2), 그리고 제1트랜지스터(Q1)의 직렬 접속 구성체를 직류 맥류 전원 양단 (a, e)에 접속하고 제1트랜지스터(Q1)의 스위칭 동작에 의해 제1트랜스포머(T1)의 제2권선(N2)에 유기된 고전압으로 램프 부하를 점등시키는 전자식 안정기에 있어서, 초기 동작은 직류 맥류 전원 전압을 분리할 바이어스 회로에 의해 이루어지고 이후에 발진 동작은, 제1트랜스포머(T1)의 제3권선(N3)에 유기된 신호를 제3 캐패시터(C3)와 제3저항(R3)를 통하여 제1트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가 함으로써 행해지되, 제1트랜스포머(T1)의 제3권선(N3)에 직렬 연결 접속된 제4저항 (R4)와 제4 캐패시터(C4)의 시정수 및 제1제너다이오드(ZD1)의 제너전압을 적절히 설정하여 제2 트랜지스터(Q2)이 온·오프를 제어함으로써 제1 트랜지스터(Q1)의 턴·온구간을 직류 맥류전원의 순시치에 따라 변동시켜 안정된 출력 전력을 얻을 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 방전등용 점등장치.