KR940009513B1 - 자동 점멸 형광등 점등회로 - Google Patents

자동 점멸 형광등 점등회로 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

자동 점멸 형광등 점등회로
제 1 도는 본 발명의 블록도.
제 2 도는 본 발명의 동작 설명도.
제 3 도는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 회로도.
본 발명은 광고용 디스플레이 장치 같은 장비에 사용되는 점멸상태가 사용중에 계속 반복되는 형광등 점등회로에 관한 것이다.
종래의 스타트램프식, 래피드스타트식 및 전자식 등의 형광등 점등회로에서는, 백열전구보다 발광효율과 수명이 길어 조명용으로 유리한 지위에 있는 형광등이지만, 점등에 소요되는 시간이 길고 형광등을 계속 점멸시키면 형광등 수명이 급속히 감소하기 때문에 광고용 조명장치에 사용되는 것과 같은 자동점멸이 계속 반복되는 발광장치로서는 형광등을 사용할 수가 없었다.
형광등은 점등회로, 시동 스위치의 성능과 주위 온도의 영향에 의한 광속과 시동특성의 현저한 변화로 광속은 감소하고, 알곤에 대한 수은 증기의 분압이 감소하기 때문에 점등시 시동 전압과 전류의 변화가 형광등의 필라멘트에 충격 펄스로 작용되어 이로 인한 손상으로 인하여 에미션 감퇴와 함께 흑화현상이 발생되었으며 형광등의 수명은 점등횟수에 크게 좌우되었다.
이러한 문제점을 해결하려는 시도가 실용신안 공보, 공고번호 90-2834(1990년 4월 4일자)에 공개되어 있다.
이 공보에 공개된 내용은 일반조명등으로 사용할때는 DC전원에 의한 블로킹발진으로 스타트램프없이 점등하며, 그 순간의 형광등 히타에 AC 트랜스를 통한 저전압이 유기되게 하여 히타가 쉽게 손상되는 것을 방지하고 자동점멸 형광등으로 사용할 때는 항상 히타에 저전압이 유기됨으로써 역시 히타의 흑화현상과 수명단축을 방지시키는 점등회로에 관한 것이며, 형광등 히타의 극성을 계속 바꾸어줌으로서 "+", "-" 전자방출의 집중에 의한 히타 손상을 방지하도록 한 것이다.
이것은 형광등의 수명단축이 점등시 히타의 손상에 기인된다는 사실을 발견하고 점등시 같이 히타에 AC 저전압이 유기된 상태를 유지시켜줌과 동시에 그 극성을 계속 바꾸어줌으로서 히타를 보호하여 사용수명을 연장시킨 구조이다.
그러나 실용공고 제90-2834호에 제안된 점등회로는 다음과 같이 실용화하는데 많은 문제점이 야기되는 것이었다.
첫째 : 동작상태에서는 형광등 히타에 60Hz의 전력이 계속 공급되고 있으므로 전력소모가 클 뿐만 아니라 형광등 동작 온도상승을 초래하고 발광작용 및 수명에 좋지않은 영향을 가져온다.
둘째 : 발진기와 쵸크코일의 연격구성상 플리커현상이 야기된다.
셋째 : 초기 시동전류가 커야 하므로 시동이 불완전하여지고 따라서 수명단축의 원인이 된다.
넷째 : 형광등 자동점멸을 시키지 아니할 때도 AC 전원에 의한 트리거 펄스가 계속 발생되고 있어서 이에 연결된 트랜지스터의 열화를 초래하고 쉽게 고장을 일으킨다.
본 발명의 목적은 어떠한 온.오프 주기에도 무관하게 형광등의 수명을 길게 유지하면서 발광효율을 유지하는 자동점멸 형광등 점등회로를 제공하려는 것이다.
본 발명은 RAPID 점등식과 전자식 점등식의 단점을 상호 보완하여 안정되고 무리하지 않은 방법으로 방전등을 자동점멸시키며, 방전등의 발광작용 특성을 균일하게 유지하도록 한 것이다.
그리고, 일반 조명으로 사용시 정류된 직류전원을 이용한 발진회로로 순간 점등시키며, 발진출력은 형광등의 양단 전압과 전류의 파형을 거의 SINE WAVE에 가깝게 생성시켜 수명연장 및 고조파 방사를 최대한 억제시킨 것이다.
본 발명은 형광등의 까다로운 특성을 고려하여 순간적인 점등 및 점등시 전압과 전류의 파형을 거의 SINE WAVE에 가깝게 형성시킴과 동시에 온도 변화를 감소시키기 위해 별도의 예열전원이 인가한다.
본 발명의 자동점멸 형광등 점등회로는 형광등 양단 전극에 두 개의 전극이 각각 연결된 제 1 콘덴서와, 제 1 인덕터, 제 2 콘덴서, 제 1 스위치, 그리고 직류전원을 직렬로 연결하여서 되는 제 1 공진회로와 ; 제 2 스위치, 제 1 콘덴서, 제 1 인덕터, 제 3 콘덴서 및 직류전원을 직렬로 연결하여서 되는 제 2 공진회로와 ; 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 교대로 동작시키는 스위치제어히로를 구비하여 구성되어서, 형광등 점등전에는 제 1 및 제 2 공진회로가 공진상태로 되다가 형광등이 점등되면 공진이 벗어나게 되도록 동작하는 것이 특징인 자동점멸 형광등 점등회로이다.
구체적으로는, 제 1 및 제 2 스위치 회로는 제 1 FET 및 제 2 FET로 구성되고, 스위치제어회로는 FET들에 제어신호를 공급하는 신호트랜스와, 저항과 콘덴서의 적분기와 트리거다이오드로 된 트리거회로로 이루어지며, 트리거회로의 트리거신호를 두 개의 FET중 어느 하나의 게이트에 연결되고, 신호트랜스는 세 개의 코일을 가지는데, 첫째 코일은 제 1 코일과 직렬로 연결하고, 둘째 코일은 제 1 FET의 소오스와 게이트사이에 연결하며, 셋째 코일은 제 2 FET의 소오스와 게이트 사이에 연결되어서 이루어진다.
더 나아가서, 형광등을 예열하는 예열회로와, 정류기와 예열회로를 교대로 교류전원에 연결하는 제 3 스위치를 추가로 구비하여, 직류전원으로 형광등을 점등할 때는 예열회로가 동작되지 아니하도록 한 자동점멸 형광등 점등회로이다.
그리고, 제 3 스위치는 세 개의 접점을 가진 릴레이로 구성되고 제 1 접점은 전원단자에 연결되고 제 2 접점은 정류기에 연결되며 제 3 접점은 예열회로에 연결되어서 이루어진다.
도면을 참조하면서 본 발명을 자세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 기본이 되는 블록회로도이고, 제 2 도는 본 발명의 기본 동작을 설명하기 위한 도면이다.
기본적인 구성은 RLC 직렬 공진회로(이하 공진회로라고 한다.)을 이용한 것인데, 인덕터 및 콘덴서와 램프의 등가저항에 의해 공진회로가 구성되고, 스위칭소자를 공진주파수에 동조시켜 고속으로 ON, OFF시킴에 따라 램프에 사인파전압을 가하도록 구성한 것이다.
제 2a 도에서 먼저 직류전압이 인가되고 스위치 SW2이 ON되고 스위치 SW1가 OFF가 되면, 제 2b 도에 도시된 바와 같이, 인덕터(L1) 및 램프(FL)를 통해서 캐패시터(C3)를 충전시키는 직류전원(Vcc)에 의한 전류(Ia)가 흐름과 동시에, 캐패시터(C2)에 충전된 전하가 L1과 FL를 통하여 방전하며 흐르는 전류(Ib)의 흐름이 생성된다.
이러한 상태에서 주기가 바뀌어 SW2가 OFF되고 SW1이 ON 상태로 바꾸면, 제 2c 도와 같이, 전원(Vcc)에 의한 전류(Ic)는 캐패시터(C2)와 램프(FL), 인덕터(L1)를 통하여 흐르고, 캐패시터(C3)의 방전에 의해 전류(Id)가 생성된다.
이러한 원리로 형광등에 흘릴 전류를 양방향으로 균등히 하기 위해 램프(FL)에 La+Lb전류와 Ic+Id전류를 동일하게 쌍방향으로 흘려 필라멘트의 산화에 의한 흑화를 예방하여 수명을 연장시키며, 특히 방전이 개시되는 초기상태에서의 필라멘트 산화를 막기 위해 구동직전 저전압 AC에 의한 예열회로가 보강이 되어 빠른 주기의 점멸에도 아무런 문제없이 구동시킬 수 있게 된다.
제 1 도를 참조하면서 더욱 자세히 설명한다.
교류전압을 직류전압으로 바꾸는 정류기(BD) 양단에 직류전압이 인가되고, 이 직류전압과 양단에 제 1 스위치(SW1)가 제 1 콘덴서(C1), 제 1 인덕터(L1), 제 2 콘덴서(C2)가 직렬로 연결되어 제 1 공진회로를 구성한다.
그리고, 정류기(BD) 양단에 제 2 스위치(SW2), 제 1 콘덴서(C1), 제 1 인덕터(L1), 제 3 콘덴서(C3)가 직렬로 연결되어 제 2 공진회로를 구성한다.
형광등(FL)은 양쪽전극이 제 1 콘덴서 양단에 연결되어 있고, 제 1 및 제 2 스위치는 스위치제어(콘트롤)회로에 그 제어입력이 연결되어 있다.
스위치 콘트롤회로는 제 1 및 제 2 스위치를 교대로 온시키도록 구성되어 있다. 동시에 온되지 못하게 되어 있다. 제 2 및 제 3 콘덴서는 직렬로 연결되어 직류전원 양단에 연결되고, 제 1 및 스위치로 직렬로 연결되어 직류전원 양단에 연결되며, 제 1 콘덴서 및 제 1 인턱터는 직렬로 연결되어 제 1 및 제 2 스위치 접속점과 제 2 및 제 3 콘덴서 접속점에 연결되어 있다.
또한, 형광등 양단에 형광등 예열회로가 연결되고, 이 예열회로와 정류기(BD)를 교대로 온시키는 제 3 스위치(SW3)가 연결되어 있는데, 이 예열회로와 제 3 스위치의 연결은 일반 조명용으로 사용할때에는 필수적인 사항이 아니다.
이렇게 구성된 본 발명의 동작은, 먼저 제 1 공진 및 제 2 공진회로 양단에 직류전압이 인가되면 스위치콘트롤회로가 하나의 스위치(제 1 또는 제 2)를 온시킨다. 예로서, 제 1 스위치를 온시킨다고 가정하면, 제 1 공진회로에 연결된 제 1 콘덴서(C1) 및 제 2 콘덴서(C2)가 충전된다.
공진주파수의 반주기가 지나면 스위치제어회로는 제 1 스위치를 오프시키고 제 2 스위치를 온시킨다. 이렇게 되면, 제 1 및 제 2 콘덴서에 충전되었던 전하는 제 1 인덕터와 제 2 스위치를 통하여 방전하고, 제 3 콘덴서(C3)가 충전되며 제 1 콘덴서(C1)는 반대방향으로 충전된다.
다음에 공진주파수의 반주기 후에 스위치제어회로는 제 2 스위치를 오프시키고 다시금 제 1 스위치를 온시킨다. 그러면, 제 1 콘덴서 및 제 3 콘덴서가 제 1 인덕터 및 제 1 스위치를 통하여 방전하고, 제 1 및 제 2 콘덴서가 다시 충전된다. 이러한 동작이 반복된다.
제 1 콘덴서와 제 1 인덕터는 제 1 및 제 2 공진회로에 공통으로 접속되어 있고, 따라서 제 1 콘덴서 양단에는 직렬공진으로 인한 높은 공진전압이 발생되며, 이 전압에 의해 제 1 콘덴서 양단에 연결되어 있는 형광등이 점등된다. 형광등이 점등되면 전류가 형광등을 통하여 흐르므로 공진상태가 벗어나게 되고 제 1 콘덴서 양단의 전압이 하강한다.
공진전압의 감소이외에도 제 1 인덕터가 안정기 역할을 하여 무한정의 전류증가를 방지하며, 적정한 관전류와 관전압을 유지시키므로써 이상적인 상태로 형광등(FL)을 점등시킬 수 있게 된다.
형광등을 예열하는 예열회로는 제 3 스위치(SW3)에 의하여 정류기와 예열회로를 교대로 교류전원에 연결되는데, 직류전원으로 형광등을 점등할 때는 예열회로가 동작되지 아니한다. 예열회로에 의해 형광등에 가하여지는 예열전압은 필라멘트의 이온 방출을 유도하면서 AC 전압이므로 이온의 분극화를 예방하여 램프의 발광작용(등속운동)을 원활히 하도록 유지시킴으로써 뛰어난 발광작용을 보장하고 주위 온도에 의한 온도 변화율을 낮게 함으로써 램프의 수명을 극대화시킨다.
제 3 도는 본 발명의 상세회로도로서 릴레이 접점을 거쳐 점등장치와 예열 트랜스포머가 교번 동작이 가능하도록 접속하고, 휴즈(F)를 통하여 잡음 소거용 코일 L2과 L3를 거쳐 정류기(BD)에 접속, 그 출력측에 평활용 콘덴서(Cs)와 잡음 제거용 콘덴서(Cf)을 연결하고, 평활용 콘덴서에 스위칭 FET(Q1, Q2)를 병렬접속함과 아울러 공진용(C2, C3)를 병렬접속하고, 공진용 콘덴서(C2, C3)의 접속점을 램프의 전극(2a) 및 T2의 a권선과 방전 개시용 콘덴서(C1), 램프의 전극 2b, T2의 b권선과 공진 인덕터(L1), 전류제한 콘덴서(C7), T1을 거쳐 스위칭 FET Q1 소오스와 Q2 드레인 접속점에 연결한다.
램프의 전극 La와 T2의 a, 램프의 전극 Lb와 T2의 b권선이 병렬접속되어진 형태이며 T2의 a, b권선은 방전등의 동작 주파수와의 간섭을 배제하기 위하여 인덕턴스의 값을 충분히 크게 해주었다.
그래서 제 1 및 제 2 스위치회로는 제 1 FET(Q1) 및 제 2 FET(Q2)로 구성되고, 스위치제어회로는 상기 FET들에 제어신호를 공급하는 신호트랜스(T1)와, 저항(R1)가 콘덴서(C5)의 적분기와 트리거다이오드(D6)로 된 트리거회로로 이루어지며, 트리거회로의 트리거신호를 상기 두 개의 FET중 어느 하나의 게이트에 연결된다.
신호트랜스(T1)는 세 개의 코일을 가지는데, 첫째 코일(X)은 상기 제 코일과 직렬로 연결하고, 둘째(Z)은 제 1 FET의 소오스와 게이트 사이에 연결하며, 세째 코일(Y)은 제 2 FET의 소오스와 게이트 사이에 연결한다.
또 상기 제 3 스위치(SW3)는 세 개의 접점을 가진 릴레이로 구성되고 제 1 접점(10)은 전원단자에 연결되고 제 2 접점(20)은 정류기에 연결되며 제 3 접점(30)은 예열회로에 연결된다.
D1 및 D2는 역기전력에 대한 바란스용이고, D3 및 D4는 Q1 및 Q2의 보호용이다. 또 C7는 과대 직류방지용이고, D5는 C5의 방전통로를 열어주기 위한 것이며, D6는 다이액인데 다른 트리거다이오드라도 된다.
초기 동작은 전원이 인가된 상태에서 Vcc 단자에서, R2저항기를 거쳐 T1의 X 권선 1번(+)과 2번(-)핀을 통해 C7, L1, C1, C3 GR 단자로 미세 전류를 흘린다. C2와 C3도 충전된다.
이때, R1저항과 C5콘덴서로 구성된 적분기에 의해 콘덴서에 충전되는 전압이 일정 레벨이상으로 상승하면 다이액 D6를 도통시키며 이 도통전압은 Q2스위칭 FET(SW2)를 ON 시킴으로써 C3에 충전된 전압은 역으로 La, C1, Lb, L1, C7을 거쳐 T1의 X권선 2번을 (+), 1번 핀을 (-)로 하여 스위칭 FET Q2를 거쳐 방전된다. 그리고 제 2 콘덴서인 C2도 충전된다.
그후, L1 인덕터의 역기전력이 발생되고, T1의 Z권선에 유기되는 전압에 의하여 Q1(SW1)이 동작되며, T1의 Y권선에 유기되는 전압은 반대 극성이므로 Q2은 온되지 아니하여 Vcc는 스위칭 FET Q1, T1의 1번(+), T1의 2번 (-)로 C7, L1, Lb, La, C3, GR로 전류를 흘리며 자력발진을 시작한다.
램프가 방전을 개시하기 전 상태에서는 램프의 등가 저항값이 수백 MΩ 정도이므로 공진회로의 모든 전류는 방전 개시용 콘덴서(C1)를 통하게 되며 이때 공진용 회로의 전체 콘덴서 C의 값은 다음과 같이 하면 된다.
즉, 램프가 방전을 개시하기 전에는 방전개시용 콘덴서(C1)의 양단에 직렬공진에 의하여 방전개시에 필요한 높은 전압이 발생되어지며 램프는 약 360V∼400V의 전압이면 방전을 시작하며 이는 자력발진이 시작되면 축적되어진다.
이와같이, 램프가 방전을 개시하게 되면 램프의 등가저항이 낮아지므로 전류는 램프를 통하여 흐르게 되며 C1는 회로상 분리되어 구동 주파수를 변이시켜 직렬공진 전류를 낮게 유도한다.
릴레이(RY)와 그 접점 a, 그리고 T2는 일반 조명용으로 사용시 사용치 않아도 무방하며 잦은 ON/OFF가 필요할 시에만 형광등의 수명을 대폭 연장시키며 흑화를 방지하는 회로이다. 1초기 점등장치 작동개시전에 릴레이를 작동시켜 220V AC가 T2 1차측에 접속되면 T2의 2차측 권선 a,b는 램프의 La, Lb필라멘트에 작은 AC 전압으로 예열을 시킨다.
이때, 예열 전압은 필라멘트의 이온 방출을 유도하면서 AC 전압이므로 이온의 분극화를 예방하여 램프의 발광작용(등속운동)을 원활히 하도록 유지시킴으로써 뛰어난 발광작용을 보장하고 주위 온도에 의한 온도변화율을 낮게 함으로써 램프의 수명을 극대화시킨다.
따라서, 본 발명은 RAPID 방식의 예열시 문제점과 전자식 점등의 문제점을 상호보완하여 제한되었던 형광등의 사용 용도를 확대시켜 네온싸인, 광고거울, 일반조명용과 같은 모든 목적에 사용할 수 있게 하며 에너지 절감효과가 지대하게 된다.

Claims (4)

  1. 교류전력을 직류로 정류하는 정류기를 구비하여 직류전원을 전자제어스위치를 통하여 형광등 양단에 교대로 인가하므로서 형광등을 발광시키도록 구성된 자동점멸 형광등 점등회로로서, 형광등 양단 전극에 두 개의 전극이 각각 연결된 제 1 콘덴서와, 제 1 인덕터, 제 2 콘덴서, 제 1 스위치, 그리고 직류전원을 직렬로 연결하여서 되는 제 1 공진회로와 ; 제 2 스위치, 상기 제 1 콘덴서, 상기 제 1 인덕터, 제 3 콘덴서 및 직류전원을 직렬로 연결하여서 되는 제 2 공진회로와 ; 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 교대로 동작시키는 스위치 제어회로를 구비하여 구성되어서, 형광등 점등 전에는 상기 제 1 및 제 2 공진회로가 공진상태로 되다가 형광등이 점등되면 공진상태가 벗어나도록 동작하는 것이 특징인 자동점멸 형광등 점등회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 형광등을 예열하는 예열회로와 상기 정류기와 예열회로를 교대로 교류전원에 연결하는 제 3 스위치를 추가로 구비하여, 직류전원으로 형광등을 점등할 때는 예열회로가 동작되지 아니하도록 한 것이 특징인 자동점멸 형광등 점등회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스위치 회로는 제 1FET 및 제 2FET로 구성되고, 상기 스위치제어회로는 상기 FET들에 제어신호를 공급하는 신호트랜스와, 저항과 콘덴서의 적분기와 트리거다이오드로 된 트리거회로로 이루어지며, 상기 트리거회로의 트리거신호를 상기 두 개의 FET중 어느 하나의 게이트에 연결되고, 상기 신호트랜스는 세 개의 코일을 가지는데, 첫째 코일은 상기 제 1 코일과 직렬로 연결하고, 둘째 코일은 제 1FET의 소오스와 게이트 사이에 연결하며, 셋째 코일은 제 2 FET의 소오스와 게이트 사이에 연결 되어서 이루어지는 것이 특징인 자동점멸 형광등 점등회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 스위치는 세 개의 접점을 가진 릴레이로 구성되고 제 1 접점은 전원단자에 연결되고 제 2 접점은 정류기에 연결되며 제 3 접점은 예열회로에 연결되어서 이루어지는 것이 특징인 자동점멸 형광등 점등회로.
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