KR20100063510A

KR20100063510A - 무전극 형광 램프용 점등장치

Info

Publication number: KR20100063510A
Application number: KR1020080122064A
Authority: KR
Inventors: 김성철; 맹충용; 김달식
Original assignee: 일진전기 주식회사
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-11

Abstract

본 발명은 램프 자체의 공진주파수에 적합하도록 기동시와 점등시의 발진주파수를 달리할 수 있는 무전극 형광 램프용 점등장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 무전극 형광 램프용 점등장치는, 기동시 및 점등시에 각기 상이한 시정수를 제공할 수 있는 주파수변동부; 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 포함한다.

무전극, 형광, 램프, 점등, 기동

Description

무전극 형광 램프용 점등장치{LIGHTING DEVICE FOR ELECTRODELESS FLUORESCENT LAMP}

본 발명은 전극이 없는 형광 램프를 점등시키기 위한 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 무전극 형광 램프용 점등장치에 관한 것이다.

종래의 무전극 형광 램프는 크게 벌브형 무전극 형광 램프와 폐루프 관형 형광 램프로 구별된다. 그리고, 벌브형 무전극 형광 램프용 점등장치는 주로 2.65MHz 대역의 구동주파수를 사용한다.

도 1은 종래기술에 따른 벌브형 무전극 방전 램프용 점등장치 회로도이다. 종래기술에 따른 벌브형 무전극 방전 램프용 점등장치는, 발진회로부(110), 교번전압발생부(120), 스위칭부(130), 및 램프부(140)를 포함한다.

발진회로부(110)는 고압의 직류전압을 인가받아 두개의 트랜지스터(Q1, Q2)가 교대로 턴온되면서 노드1(N1)에 구형파전압이 인가된다. 즉, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴온되는 동안, 노드1(N1)에는 소정의 양전압(HB+)이 인가되고, 제2 트랜지스터(Q2)가 턴온되는 동안, 노드1(N1)은 접지전위에 머물게 된다. 여기서, 발진회로부(110) 내 저항 및 커패시터의 공진주파수는 2.65MHz이다.

교번전압발생부(120)은 노드1(N1)에 인가되는 구형파전압에 따라 동작하여 구형파전압과 교번적으로 노드2(N2)에 정현파전압을 발생시킨다.

스위칭부(130) 내 제3 트랜지스터(Q3)는 구형파전압에 따라 턴온되고, 제4 트랜지스터(Q4)는 정현파전압에 따라 턴온되어 출력단자(N3)에는 2.65MHz 주파수를 갖는 정현파 전압이 출력되고, 정현파 전압은 램프부(140) 내 페라이트 코어(도시되지 않음)에 감긴 1차측 유도코일에 인가되어 램프를 점등시킨다.

그런데, 페라이트 코어에서 발생하는 열은 무전극 형광 램프를 낮은 구동주파수로 구동하는 경우에 비하여 높은 구동주파수로 구동하는 경우에 훨씬 많이 발생한다. 이로 인해 낮은 구동주파수로 구동하는 경우에 비하여 높은 구동주파수로 구동하는 경우에 코어 손실 전력이 훨씬 크다. 그리고, 코어 손실 전력의 증가는 입력 전력 대비 출력 전력, 즉, 방전 전력을 감소시키는 원인이 된다.

따라서, 가능한 한, 구동주파수의 크기를 낮게 설정하는 것이 요구된다. 그러나, 무전극 형광 램프의 특성상 구동주파수를 낮게 설정하는 것이 용이하지 않다. 구체적으로, 무전극 형광 램프는 기동시(기동상태)와 점등시(정상상태)의 공진주파수가 달라지게 되는데, 구동주파수를 2.65MHz와 같이 높게 설정하는 경우에는 기동시 공진주파수와 점등시 공진주파수의 차이가 미미하여 램프의 구동에 별다른 영향을 주지 않지만, 예컨대, 구동주파수를 250KHz와 같이 낮게 설정하는 경우, 기동시 공진주파수와 점등시 공진주파수의 차이는 램프의 구동에 영향을 줄만큼 크고, 실제로 250KHz로 구동하는 경우 램프에 플리커링(flickering) 현상을 유발시킨 다.

또한, 무전극 형광 램프는 유도 결합의 원리에 의해서 에너지가 전달되므로, 도 1에서와 같이, 자려식 점등장치의 경우에는, 1차측 유도코일의 무부하특성을 정확하게 이해하는 것이 중요하나, 무전극 형광 램프가 발광된 후에는 램프 내부의 부하 특성이 1차측 유도코일에 영향을 주어 1차측 유도코일의 임피던스 및 인덕턴스 성분을 변화시키고 전원장치에서 공급되는 전력의 변화를 야기한다. 결국 최대 전력 전송을 위한 임피던스 매칭이 변화하게 되어 램프의 점등이 어렵게 된다. 따라서, 주어진 램프의 형상과 봉입가스의 종류 및 봉입가스의 압력에 대한 2차측의 부성 저항특성인 플라즈마 임피던스와 플라즈마 인덕턴스 특성을 정확하게 이해하는 것이 중요하나, 점등 상태에서 램프 내부의 동작을 정확하게 이해하는 것은 결코 용이하지 않다. 그리고, 램프의 점등이 이루어지면서 램프 내부의 온도가 상승하게 되고 코어의 온도 특성이 변화함에 따라 자성특성 역시 변화하여 결국 1차측 유도코일의 특성이 변화하므로 무부하특성을 측정을 통하여 분석하기는 용이하지 않다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 램프 자체의 공진주파수에 적합하도록 기동시와 점등시의 발진주파수를 달리할 수 있는 무전극 형광 램프용 점등장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 간단한 회로 구성을 이용하여 기동시와 점등시의 발진주파수를 달리할 수 있는 무전극 형광 램프용 점등장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

바람직하게는, 가변저항을 포함하는 주파수가변부를 더 포함하고, 상기 주파수가변부 내 상기 가변저항의 저항값을 조정함으로써 상기 기동시 및 점등시의 발진주파수 범위를 조정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 주파수변동부는, 상기 기동시 제1 발진주파수용 제1 시정수를 제공하기 위한 제1 시정수발생부; 및 상기 점등시 제2 발진주파수용 제2 시 정수를 제공하기 위한 제2 시정수발생부를 포함하고, 상기 제2 발진주파수는 상기 제1 발진주파수에 비해 4 내지 8% 더 높게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 램프의 구동에 따라 코어에 발생하는 열로 인하여 램프 자체의 공진주파수가 변화하게 되는데, 변화하는 공진주파수에 적합하도록 기동시와 점등시의 발진주파수를 달리함으로써 무전극 형광 램프를 안정적으로 점등할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성을 이용하여 기동시와 점등시의 발진주파수를 달리할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설 명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무전극 형광 램프용 점등장치 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무전극 형광 램프용 점등장치는 전압발진부(210), 주파수변동부(220), 주파수가변부(230), 트랜스포머(240), 스위칭부(250), 및 램프부(260)를 포함한다.

전압발진부(210)는 소정의 발진주파수를 갖는 구형파 전압을 출력하고, 트랜스포머(240)의 1차 코일(L11)은 구형파 전압에 따라 스위칭되어 2차 코일(L21, L22)에 교번 전압을 유기한다. 2차 코일의 각각에 유기된 교번 전압은 스위칭부(250)의 트랜지스터(Q6, Q7)를 교대로 스위칭하여 램프부(260)의 1차측 유도코일을 교류전압을 인가한다.

주파수변동부(220)는 기동시와 점등시에 각각 다른 시정수를 전압발생부로 출력하는데, 구체적인 동작은 다음과 같다.

1) 기동시

커패시터(C3)에 전하가 충전되는 동안, 저항(R6)에 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 저항(R6)에는 트랜지스터(Q5)를 턴온시킬 수 있는 전압(VR6)이 걸려 트랜지스터(Q5)가 턴온된다. 트랜지스터(Q5)가 턴온되면 노드3(N3)과 접지 사이의 전체 커패시턴스(Ctotal)는 Ctotal=CT1 이다.

2) 점등시

커패시터(C3)가 만충전되면, 저항(R6)에는 더 이상 전류가 흐르지 않게 되고, 이에 따라 트랜지스터(Q5)는 턴오프된다. 트랜지스터(Q5)가 턴오프되면, 노드3(N3)과 접지 사이의 전체 커패시턴스(Ctotal)는 Ctotal=(CT1*CT2)/(CT1+CT2)이다.

즉, 기동시에 비하여 점등시의 전체 커패시턴스가 감소하므로 시정수가 줄게 되고, 따라서 발진주파수가 높아지게 된다.

예컨대, 기동시의 발진주파수는 약 250KHz인데 반해, 점등시의 발진주파수는 약 260 내지 270KHz로 상승하게 된다.

한편, 가변저항(VR1)을 포함하는 주파수가변부(230)는 가변저항(VR1)의 저항값을 조정함으로써 기동시 및 점등시의 발진주파수 범위를 조정할 수 있으며, 주파수가변부(230)는 필요에 따라 제거될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 벌브형 무전극 방전 램프용 점등장치 회로도, 및

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무전극 형광 램프용 점등장치 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

210: 전압발진부 220: 주파수변동부

230: 주파수가변부 240: 트랜스포머

250: 스위칭부 260: 램프부

Claims

기동시 및 점등시에 각기 상이한 시정수를 제공할 수 있는 주파수변동부;

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 스위칭부

를 포함하는 무전극 형광 램프용 점등장치.
제1항에 있어서,

가변저항을 포함하는 주파수가변부를 더 포함하고,

상기 주파수가변부 내 상기 가변저항의 저항값을 조정함으로써 상기 기동시 및 점등시의 발진주파수 범위를 조정하는 것을 특징으로 하는 무전극 형광 램프용 점등장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주파수변동부는,

상기 기동시 제1 발진주파수용 제1 시정수를 제공하기 위한 제1 시정수발생 부; 및

상기 점등시 제2 발진주파수용 제2 시정수를 제공하기 위한 제2 시정수발생부를 포함하고,

상기 제2 발진주파수는 상기 제1 발진주파수에 비해 4 내지 8% 더 높은 것을 특징으로 하는 무전극 형광 램프용 점등장치.