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KR100611334B1 - 형광등용 스타터 회로 - Google Patents

형광등용 스타터 회로 Download PDF

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KR100611334B1
KR100611334B1 KR1020040093215A KR20040093215A KR100611334B1 KR 100611334 B1 KR100611334 B1 KR 100611334B1 KR 1020040093215 A KR1020040093215 A KR 1020040093215A KR 20040093215 A KR20040093215 A KR 20040093215A KR 100611334 B1 KR100611334 B1 KR 100611334B1
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KR
South Korea
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fluorescent lamp
starter circuit
resistor
switching
transistor
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조영창
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조영창
에이스전자 기술(주)
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Abstract

가열 방전식 형광등에서 종래의 전자식 스타터의 동작 불안을 해소시켜 형광등의 수명을 연장시키고, 절전능력 및 효율을 증진시키기 위한 형광등용 스타터 회로가 개시된다. 본 발명은 형광등을 점등시키기 위한 스타터 회로에 있어서, 다이오드(D1 - D4)로 이루어져 상용교류전원을 인가받아 이를 전파 정류하기 위한 정류부; 정류부의 출력단에 접속되어 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안 및 형광등의 점등 이후에는 스위칭 동작이 정지되도록 구성되는 구동제어부; 구동제어부와 접속되어 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안에 스위칭 동작하여 형광등에 전원을 공급하기 위한 전류증폭부; 및 전류증폭부의 출력신호에 따라 형광등에 공급되는 전원을 스위칭하기 위한 스위칭 소자를 포함한다.

Description

형광등용 스타터 회로{a starter circuit for a fluorescent lighting}
도 1은 일반적으로 사용되는 형광등의 점등방식을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 종래의 전자식 스타터 회로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스타터 회로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스타터 회로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스타터회로의 동작파형을 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 형광램프 110 : 정류부
120 : 구동제어부 130 : 전류증폭부
140 : 스위칭소자
본 발명은 형광등용 스타터 회로에 관한 것으로, 특히 가열 방전식 형광등에서 종래의 전자식 스타터의 동작 불안을 해소시켜 형광등의 수명을 연장시키고, 절전능력 및 효율을 증진시키기 위한 형광등용 스타터 회로에 관한 것이다.
형광등은 전력소모가 일반 백열등에 비해 적고 밝기도 훨씬 밝기 때문에 가정과 기업에서 가장 보편화된 조명기구이다. 형광등은 방전등의 일종이며, 형광램프의 내부의 전극(필라멘트)에 고압의 전압을 걸어 방전시키면 다량의 전자가 방출되고, 이것이 형광램프 내부표면에 도포된 형광물질에 흡수되면 형광물질이 발광하여 형광등 고유의 빛을 발하게 된다.
일반적인 예열 점등식 형광등은 도 1에서 보는 바와 같이 초크트랜스(10), 글로우 스타트 램프(glow start lamp; 이하 스타터 램프라고함)(20) 및 형광램프(30)로 이루어진다. 형광램프(30)의 전극인 필라멘트(32)에는 전자방출물질이 도포되어 있으며, 도포된 전자방출물질이 원활해질 때까지 예열을 하여야 한다. 스타터(20)는 전원 스위치를 온 시키면 방전에 의해 램프가 발광하기 전까지 필라멘트(32)를 예열하여 점등이 이루어지도록 하는 것이다. 초크트랜스(10)는 방전이 이루어지기 위해 필요한 고전압을 발생하키는 장치이다.
일반전인 형광등의 점등방법은 사용자가 조명 스위치를 온 시키면 전원선중 한선은 쵸코 트랜스(10)를 통하여 스타터 램프(20)에 연결되고, 다른 한선은 형광램프(30)의 양단에 형성된 필라멘트(32)를 통하여 스타터 램프(20)에 연결되기 때문에 전원이 인가되면 스타터 램프(20)의 양단에는 전압이 인가된다. 스타터램프(20)에 전압이 인가되면 스타터 램프(20)는 점등되고, 점등에 따라 발생된 열에 의 하여 내부에 형성된 바이메탈리드(22)가 물리적으로 변형되어 스타터 램프(20)의 양단은 회로적으로 단락된다. 스타터 램프(20)의 양단이 회로적으로 단락되면 형광램프(30)의 양단의 필라멘트(32)에 쵸코 트랜스(10)를 통하여 전압이 인가된다. 형광램프(30)의 양단에 전압이 인가되면 형광램프(30)의 양단에 형성된 필라멘트(32)가 발열되면서 스타터 램프(20)에 공급되던 전원이 낮아지게 되면서 스타터 램프(20)는 방전되지 못하여 소등되고, 소등에 따라 발열도 정지되어 내부에 형성된 바이메탈리드(22)가 물리적으로 변형되어 스타터 램프(20)의 양단은 회로적으로 단선상태가 된다. 스타터 램프(20)의 양단이 회로적으로 단선상태가 되면, 필라멘트(32)를 통하여 스타터 램프(20)에 인가되던 전류의 공급이 정지되어 필라멘트(32)의 양단에는 높은 전압이 유기된다. 형광램프(30)의 필라멘트(32)의 양단에 유기된 전압에 의하여 형광램프(30)는 방전을 시작하여 다량의 전자가 방출하고, 이것이 형광램프 내부표면에 도포된 형광물질에 흡수되면 형광램프(30)가 빛을 발생하게 된다.
형광램프(30)가 발광하면 스타터 램프(20)에 공급되던 전원이 낮아지게 되면서 스타터 램프(20)는 방전되지 못하여 초기 상태를 유지한다.
이러한 방전식 스타터 램프(20)를 통하여 형광등을 점등하는 방식은 온도 변화나 입력전압에 따라 동작이 불안한 단점이 있었다. 즉, 주위 온도가 낮거나 입력전압이 정격전압 이하인 경우에는 점등이 원활하지 않고 점멸을 반복하는 현상이 발생하고, 이러한 현상에 의하여 형광램프의 흑화 현상 및 형광램프의 수명단축을 초래하는 문제점이 발생하였다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 전자식 스타터 회로를 통하여 형광등을 점등하는 방법이 발명되었다. 일반적인 전자식 스타터 회로의 구조는 도 2에서 보는 바와 같이 입력되는 전원을 다이오드 D1 - D4로 이루어진 정류부(40), 정류부(40)에서 정류된 전압으로 전원을 스위칭하기 위한 스위칭 소자(60) 및 스위칭 소자(60)의 동작을 제어하기 위한 구동제어부(50)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래의 전자식 스타터 회로의 동작은, 사용자가 점등스위치를 온 시키면 전원이 형광램프(30)에 인가되어 형광램프(30)가 예열된다. 동시에, 정류부(40)에서 정류된 전원은 저항(R1) 및 콘덴서(C)를 통하여 구동제어부(50)에 인가된다. 구동제어부(50)에 인가된 전원에 의하여 콘덴서(C)가 충전되고 콘덴서(C)가 충전되는 시간동안에 트랜지스터(Q1)가 온 되어 스위칭 소자(60)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)등에 게이트에 바이어스 전압을 인가하여 형광램프(30)의 양단에 전류를 공급하는 회로의 단락상태가 된다.
이후 콘덴서(C)가 완전히 충전되면 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 전원의 공급이 차단되며 트랜지스터(Q1)가 오프 되고, 스위칭 소자(60)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)등에 게이트에 인가되던 바이어스 전압이 차단되어 형광램프(30)의 양단에 흐르던 전류의 공급이 차단되는 스타터 회로는 단선상태가 된다. 스타터 회로의 단선상태로 인하여 형광램프(30)의 내부 필라멘트(32)의 양단에는 높은 전압이 유기된다. 형광램프(30)의 필라멘트(32)의 양단에 유기된 전압에 의하여 형광램프(30)는 방전을 시작하여 다량의 전자가 방출하고, 이것이 형광램프 내부표면에 도포된 형광물질에 흡수되면 형광램프(30)가 빛을 발생하게 된다.
즉, 형광램프(30)의 초기 예열시간은 구동제어부(50)의 저항(R1)과 콘덴서(C)에 의하여 결정되도록 회로가 구현되는 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 전자식 스타터 회로에서는 구동제어부(50)의 저항(R1)과 콘덴서(C)에 의하여 결정된 예열시간 후 스위칭소자(60)를 동작시켜 스타터회로를 단선상태로 변화시키게 되더라도 형광램프(30)의 양단에 유기된 높은 전압이 다시 구동제어부(50)에 인가된다. 즉, 스위칭소자(60)의 동작에 의하여 스타터회로가 회로적인 단선상태에 이르더라도 형광램프(30)의 양단에 유기된 높은 전압이 스타터회로 인가되어 콘덴서(C)가 충전이 이루어지고, 콘덴서(C)가 충진되는 동안에 다시 스타터회로가 동작하는 불안정한 동작이 반복되어, 안정적인 형광램프의 점등제어가 불가능한 단점과 함께 형광등의 점등 제어시에 스타터 회로가 온/오프를 반복하여 불필요한 전력소모가 발생하게 되는 문제점이 있다.
즉, 구동제어부(50)의 저항(R1)과 콘덴서(C)에 의하여 형광램프(30)의 예열시간이 종료되어 스타터회로가 회로적으로 단선상태가 되면, 형광램프(30)의 양단에 유기된 전압 또는 다름 잡음이 스타터 회로에 인가되더라도 다시 스타터회로가 동작되지 않아야 하는 데, 종래의 전자식 스타터 회로에서는 이러한 문제점이 해결되지 않는다.
이러한 문제점으로 인하여 종래의 전자식 스타터 회로에서는 도2의 기본적인 회로에 유기된 전압 및 잡음으로부터 동작을 안정화시키기 위한 전기적인 소자(저항, 다이오드, 각종 스위칭소자)들을 부가적으로 사용하였으나, 회로의 안정적인 동작은 달성할 수 있을 지 몰라도, 부가적인 소자들로 인하여 불필요한 전력소모가 가중되고 스타터 회로의 제작비용이 높아지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 스타터회로의 구동제어부와 스위칭 소자 사이에 스위칭 트랜지스터를 이용한 하나 이상의 전류 증폭부를 더 형성하여, 스타터 회로가 단선상태가 되면 형광램프의 양단에 유기된 전압 또는 다름 잡음이 스타터 회로에 인가되더라도 다시 스타터회로를 동작시키지 않아 안정적인 동작을 물론 불필요한 전력소모를 획기적으로 감소시킬 수 있는 형광등용 스타터회로를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
형광등을 점등시키기 위한 스타터 회로에 있어서,
다이오드(D1 - D4)로 이루어져 상용교류전원을 인가받아 이를 전파 정류하기 위한 정류부;
정류부의 출력단에 접속되어 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안 및 형광등의 점등 이후에는 스위칭 동작이 정지되도록 구성되는 구동제어부;
구동제어부와 접속되어 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안에 스위칭 동작하여 형광등에 전원을 공급하기 위한 전류증폭부; 및
전류증폭부의 출력신호에 따라 형광등에 공급되는 전원을 스위칭하기 위한 스위칭 소자를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 구동제어부는 정류부의 출력측으로 접속된 저항(R1)과 콘덴서(C)의 사이에서 분기되어 평활을 위한 저항(R2)을 통하여 베이스단이 접속되며, 콜렉터단은 저항(R4)를 통하여 정류부에 접속되고, 에미터단은 정류부(110)에 접속되어 스위칭 동작하는 제 1 트랜지스터(Q1)로 구성된다.
전류증폭부는 구동제어부의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에 베이스단이 접속되며, 콜렉터단과 에미터단은 각각 저항(R5, R6)를 통하여 정류부에 접속되어 스위칭 전류의 증폭을 위한 제 2 트랜지스터(Q2)로 구성된다.
그리고, 스위칭 소자(140)는 SCR, FET, BJT 및 트라이액중 어느 하나이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스타터 회로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스타터 회로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 회로도이며, 도 5는 본 발명에 따른 스타터회로의 동작파형을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 스타터회로는 도 3 및 도4에서 보는 바와 같이, 전원부(도시되지 않음)와 형광램프(100)의 사이에 형성되어 형광램프(100)에 인가되는 전원을 스위칭한다. 다이오드(D1 - D4)로 이루어진 정류부(110)는 전원부에서 인가되는 상용교류전원을 인가받아 이를 전파 정류한다. 다이오드(D1~D4)로 구성된 정류부(110)의 출력측에는 구동 제어부(120)가 접속된다. 구 동 제어부(120)는 다이오드(D1~D4)로 구성된 정류부(110)의 출력측으로 저항(R1)과 콘덴서(C)가 직렬 접속되며, 저항(R1)과 콘덴서(C)의 사이에서 분기되어 평활을 위한 저항(R2)을 통하여 스위칭 동작하는 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단이 접속된다. 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단은 비교적 저항값이 높은 저항(R4)를 통하여 정류부(110)에 접속되고, 에미터단 역시 정류부(110)와 접속되어 구성된다.
구동제어부(120)의 저항(R1)과 콘덴서(C)는 정류부(110)에 접속되어 R*C 정수에 의한 제 1 트랜지스터(Q1)의 스위칭 주기를 결정한다.
구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에는 스위칭 전류를 증폭하기 위한 전류증폭부(130)가 접속된다. 전류증폭부(130)는 구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에 스위칭 전류의 증폭을 위한 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 접속되고, 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단과 에미터단은 각각 저항(R5, R6)를 통하여 정류부(110)와 접속된다. 제 2 트랜지스터(Q2)이 콜렉터단에는 형광램프(100)에 인가되는 전원을 단속하기 위한 스위칭소자(140)가 접속된다. 스위칭 소자(140)는 도 3에서 보는 바와 같이 정류된 전원으로 동작하는 SCR(silicon controlled rectifier), FET(field-effect transistor; 전계효과 트랜지스터), BJT(bipor junction transistor)등이 있으며, 도 4에서 보는 바와 같이 트라이액(triac)을 이용하여 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 스타터회로는 사용자가 형광램프(100)를 점등하기 위하여 점등 스위치를 온 시키면, 전원이 형광램프(100)에 인가되어 형광램프(100)가 예열된다. 이와 동시에, 전원부(도시되지 않음)에서 인가된 전원은 정류부(110)의 다이오드(D1~D4)를 통하여 정류된 전원은 구동제어부(120) 및 전류증폭부(130)에 인가된다.
저항(R4)를 통하여 전류증폭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 입력된 전원에 의하여 제2 트랜지스터(Q2)는 온 되고, 이에 따라 스위칭 소자(140)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), TRIAC등의 게이트에 바이어스 전압을 인가하여 형광램프(100)의 양단에 전류를 공급하는 회로의 단락상태가 된다.
동시에, 정류부(1100)에서 정류된 전원은 저항(R1)을 통하여 구동제어부(120)에 인가된다. 구동제어부(120)에 인가된 전원에 의하여 콘덴서(C)가 충전되고 콘덴서(C)가 충전되는 시간동안에 제 1 트랜지스터(Q1)는 오프 상태를 유지하다가 콘덴서(C)가 충전되면 제 2 트랜지스터(Q1)는 턴 온 된다.
구동제어부(120)의 콘덴서(C)가 완전히 충전되어 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 전원이 공급되면 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온 되고, 이에 따라 저항(R4)를 통하여 전류증폭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 입력되는 전원이 차단되어 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프 되고, 이에 따라 스위칭 소자(140)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), TRIAC등의 게이트에 인가되던 바이어스 전압이 차단하여 형광램프(100)의 양단에 전류를 공급이 정지되는 스타터 회로의 단선상태가 된다.
스타터 회로의 단선상태로 인하여 형광램프(100)의 내부 필라멘트의 양단에는 높은 전압이 유기된다. 형광램프(100)의 필라멘트의 양단에 유기된 전압에 의하여 형광램프(100)는 방전을 시작하여 다량의 전자가 방출하고, 이것이 형광램프 내부표면에 도포된 형광물질에 흡수되면 형광램프(100)가 빛을 발생하게 된다.
형광램프(100)의 초기 예열시간이 약 1초 정도가 되도록 구동제어부(120)의 저항(R1)과 콘덴서(C)의 값이 결정되는 데, 본 발명에 따른 스타터 회로에서는 종래의 스타터 회로와는 달리 콘덴서의 충전시간동안에 구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)가 오프상태를 유지하도록 함으로서 동작의 안정성 및 절전효과를 증진시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 스타터 회로에서는 구동제어부(120)의 저항(R1)과 콘덴서(C)에 의하여 결정된 예열시간 후 스위칭소자(140)의 동작에 의하여 스타터 회로가 회로적인 단선상태인 동안에 형광램프(100)의 양단에는 유기된 높은 전압이 다시 스타터회로에 인가되더라도 구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)가 오프상태를 유지하도록 함으로서 일단 스타터회로가 회로적인 단선상태에 이르면 다시 스타터회로가 동작되지 않는다.
도 5를 참조하여 이를 다시 설명하면, 저항(R1)과 콘덴서(C)에 의하여 결정된 시정수 동안에는 전류증폭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)가 온 되어, 스위칭 소자(140)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), TRIAC등의 게이트에 바이어스 전압이 인가되어 형광램프(100)의 양단에 일정 전압의 전원이 공급된다. 그러나 구동제어부(120)의 콘덴서(C)가 완전히 충전되어 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 전원이 공급되면 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온 되고, 이에 따라 저항(R4)를 통하여 전류증폭부(130)의 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프 되고, 이에 따라 스위칭 소자(140)를 구성하는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), TRIAC등의 게이트에 인 가되던 바이어스 전압이 차단하여 형광램프(100)의 양단에 전류를 공급이 완전히 정지되고, 이후 형광등(100)의 점등시간후에도 스타터 회로의 출력 전원은 없게 된다.
형광램프(100)의 예열이 종료되고, 스타터회로가 단선상태가 되면(구동제어부(120)의 저항(R1)과 콘덴서(C)의 값에 의하여 결정된 시간 이후) 어떠한 전압 및 잡음이 스타터 회로에 인가되더라도, 구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)가 오프상태를 유지하도록 함으로서 점등 제어시에 스타터 회로가 온/오프를 반복하지 않아 안정적인 형광램프의 점등제어가 가능하고 불필요한 전력소모를 방지한다.
또한, 구동제어부(120)의 저항(R4)값을 크게 할 수 있어서, 스타터회로가 회로적으로 단선상태가 되면, 스타터 회로의 양단에 전압 또는 다름 잡음이 인가되더라도 저항만 동작하여 전력소모를 확실하게 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광등용 스타터회로에서는 콘덴서의 충전시간동안에 제 1 트랜지스터를 오프상태로 유지하고, 제 1 트랜지스터의 콜렉터 단에 형성된 제 2 트랜지스터를 통하여 스위칭 소자를 도통시키도록 함으로서 스타터 회로가 단선상태가 되면 형광램프의 양단에 유기된 전압 또는 다름 잡음이 스타터 회로에 인가되더라도 다시 스타터회로를 동작시키지 않아 안정적인 동작을 물론 불필요한 전력소모를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내 에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

  1. 형광등(100)을 점등시키기 위한 스타터 회로에 있어서,
    다이오드(D1 - D4)로 이루어져 상용교류전원을 인가받아 이를 전파 정류하기 위한 정류부(110);
    상기 정류부(110)의 출력단에 접속되어 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안 및 형광등(100)의 점등 이후에는 스위칭 동작이 정지되도록 구성되는 구동제어부(120);
    상기 구동제어부(120)와 접속되어 상기 저항(R1) 및 콘덴서(C)의 시정수에 의하여 결정된 시간 동안에 스위칭 동작하여 상기 형광등(100)에 전원을 공급하기 위한 전류증폭부(130); 및
    상기 전류증폭부(130)의 출력신호에 따라 상기 형광등(100)에 공급되는 전원을 스위칭하기 위한 스위칭 소자(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등용 스타터 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동제어부(120)는 상기 정류부(110)의 출력측으로 접속된 저항(R1)과 콘덴서(C)의 사이에서 분기되어 평활을 위한 저항(R2)을 통하여 베이스단이 접속되며, 콜렉터단은 저항(R4)를 통하여 상기 정류부(110)에 접속되고, 에미터단은 상기 정류부(110)에 접속되어 스위칭 동작하는 제 1 트랜지스터(Q1)로 구성됨을 특징으로 하는 형광등용 스타터 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류증폭부(130)는 상기 구동제어부(120)의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에 베이스단이 접속되며, 콜렉터단과 에미터단은 각각 저항(R5, R6)를 통하여 상기 정류부(110)에 접속되어 스위칭 전류의 증폭을 위한 제 2 트랜지스터(Q2)로 구성됨을 특징으로 하는 형광등용 스타터 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자(140)는 SCR, FET, BJT 및 트라이액중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광등용 스타터 회로.
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