KR100754337B1 - 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인버터의 출력선이 단선되거나 단락되는 경우 또는 출력선이 외부에 노출되어 누전이 발생하는 경우에 출력전압이 발생하지 않도록 제어하여 각종 위험요소로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있도록 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터는, 입력 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 정류부 및 평활부와, 상기 정류부 및 평활부를 거쳐 변환된 직류전압으로 스위칭 소자를 구동시켜 펄스를 발생시키는 스위칭부와, 상기 스위칭부를 통해 발생된 펄스를 이용하여 전압을 증폭시키는 공진부 및 램프에 연결되어 상기 공진부를 통해 증폭된 전압을 램프 점등에 필요한 소정의 고전압으로 출력시키는 출력부로 이루어지는 외부전극형광램프 점등용 인버터에 있어서, 상기 스위칭부와 상기 공진부 사이에 구비되어 출력선의 단락 또는 단선에 의한 이상을 감지하여 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 안전보호회로부와; 상기 출력부에 구비되어 출력선의 외부노출에 의한 누전 발생 시 누전차단기를 동작시키고, 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 누전차단용 회로부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

외부전극형광램프, EEFL, 인버터, 보호회로, 누전, 단락, 단선

Description

보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터{An inverter for turning on EEFL having a protective circuit}

도 1은 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 구성을 보여주는 블록도.

도 2는 인버터를 구동시키는 타이머 IC의 동작 전압을 유도하기 위한 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 보호회로의 구성을 보여주는 회로도.

본 발명은 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인버터의 출력선이 단선되거나 단락되는 경우 또는 출력선이 외부에 노출되어 누전이 발생하는 경우에 출력전압이 발생하지 않도록 제어하여 각종 위험요소로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있도록 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 대형 간판의 조명 수단으로는 가정에서 사용되고 있는 형광등이 사용되었으나, 이러한 형광등은 직경이 크고, 각각의 형광등마다 안정기를 부착해야 하기 때문에 구성이 복잡해지고, 부피가 증가한다는 문제점이 있었다. 게다가 일반 형광등은 장시간 사용시 많은 열이 발생하기 때문에 형광등 간의 간격이 넓어 외부에서 보았을 때 형광램프의 줄감 현상이 발생하고, 형광등 자체의 휘도도 낮아 시각적 효과가 떨어지는 등의 문제점도 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 액정표시장치에 사용되는 백라이트 유닛과 같은 구조의 조명 방식이 채택되어 사용되고 있다. 이러한 조명방식은 기존에 형광등을 사용하던 조명방식에 비하여 간판의 두께를 획기적으로 감소시키고, 무게가 가벼워져 설치가 용이하고, 램프의 발열이 30℃ 이하로 낮으며, 램프의 줄감 현상이 없어지고, 램프 자체의 휘도가 높아 시각적 효과가 증가되었다.

상기와 같은 조명 방식에 사용되는 광원으로는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 전자발광(EL), 발광다이오드(LED), 할로겐램프 등이 채용되지만 휘도, 색재현성의 점에서 유리한 냉음극형광램프가 많이 사용되고 있으나, 점차 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)로 대체되어 가고 있다.

한편, 대형 간판의 조명방식은 여러 개의 램프를 간판의 전체면적에 걸쳐 위치시키는 직하방식이 사용되고 있으며, 직하방식에서 광원으로 사용되는 각각의 형광램프들은 램프의 고장 및 수명이 다하여 점등이 되지 않는 램프가 나타날 가능성이 많아 직하방식에서는 램프의 교체가 빈번하게 이루어지므로 램프 유닛을 분해하 고 조립하는데 용이한 구조를 가져야 한다. 따라서, 직하방식에서는 복수 개의 램프들의 양단에 램프들을 고정시키는 램프 홀더들을 구비하여 램프의 교체를 용이하게 하며, 광원으로 사용되는 각각의 램프를 점등하기 위해서 고전압의 교류를 필요로 하기 때문에 직류전압을 고전압의 교류로 변환해주는 인버터를 필요로 한다.

따라서 광원으로 사용되는 외부전극형광램프는 전극이 외부에 있어 여러 개의 램프를 병렬로 연결한 직하형 방식으로 구성하기 용이하고, 그 특성 때문에 면 광원을 쉽게 제작할 수 있으며, 램프 간의 전압 편차를 줄여 고른 휘도를 구현할 수 있다. 밝기도 400nit 이상으로, 기존 냉음극형광램프에 비해 60% 이상 뛰어난 것으로 알려져 고휘도를 요구하는 TV 등의 애플리케이션에 적합한 기술로 평가받고 있다.

특히, 외부전극형광램프는 수십 개의 램프를 병렬로 연결하고 한 개의 인버터로 제어할 수 있어 백라이트유닛에 들어가는 부품 수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있어 무게를 가볍게 할 뿐만 아니라, 재료비를 줄일 수 있다는 장점도 있지만, 냉음극형광램프에 비해 노이즈(noise)가 높아진다는 단점이 있다.

이러한 특성을 갖는 외부전극형광램프를 광원으로 사용하는 경우, 램프 양단에 약 1500V의 고전압을 유기시키기 위한 인버터가 사용되고 있다. 그러나, 인버터의 출력단은 절연방식의 트랜스가 사용되고 있지만, 출력선의 단락, 단선 등에 의한 이상이 발생하여도 계속적으로 고전압을 발생시켜 감전 사고의 위험성을 가지고 있으며, 또한 출력선이 외부에 노출되어 누전이 발생하더라도 누전차단기가 동작하지 않아 누전, 감전, 화재 등의 문제를 발생시킬 수 있는데, 실제로 이러한 위험 요소는 현재 사용되고 있는 모든 인버터에서 해결되지 못한 문제점으로 남아있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인버터의 내부에 출력선의 단선 또는 단락 시 출력전압이 발생하지 않도록 제어하고, 출력선의 외부노출에 의한 누전 발생 시 누전차단기를 동작시키며 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력 전압이 발생하지 않도록 제어하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터는,

입력 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 정류부 및 평활부와, 상기 정류부 및 평활부를 거쳐 변환된 직류전압으로 스위칭 소자를 구동시켜 펄스를 발생시키는 스위칭부와, 상기 스위칭부를 통해 발생된 펄스를 이용하여 전압을 증폭시키는 공진부 및 램프에 연결되어 상기 공진부를 통해 증폭된 전압을 램프 점등에 필요한 소정의 고전압으로 출력시키는 출력부로 이루어지는 외부전극형광램프 점등용 인버터에 있어서,

상기 스위칭부와 상기 공진부 사이에 구비되어 출력선의 단락 또는 단선에 의한 이상을 감지하여 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 안전보호회로부와;

상기 출력부에 구비되어 출력선의 외부노출에 의한 누전 발생 시 누전차단기 를 동작시키고, 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 누전차단용 회로부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터는, 전원 입력부에 연결되어 입력부로부터 인입되는 교류전압을 일정한 직류전압으로 변화시키는 정류부 및 평활부와, 정류부 및 평활부를 통과한 직류전압으로 스위칭소자를 동작시켜 펄스를 생성하는 스위칭부와, 스위칭부에서 생성된 펄스를 이용하여 높은 교류전압을 얻는 공진부 및 공진부에서 얻어진 높은 교류전압을 램프 점등에 필요한 소정의 고전압으로 출력시키는 출력부를 포함하여 구성되며, 스위칭부와 공진부 사이에 구비되어 출력부의 출력선 단선 시 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 안전보호회로부와, 출력부의 출력트랜스에 연결되어 출력선이 외부에 노출되어 누전이 발생하는 경우 누전차단기를 동작시키며 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 누전차단용 회로부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터는 사용전압 220V가 입력부로 인입되면, 정류다이오드를 통해 약 318V의 직류전압을 얻고, 이를 타이머 IC를 포함하는 스위칭부에서 스위칭소자(Q1, Q2)를 온/오프 제어하여 구형파를 얻은 후, 공진부에서 공진시킴으로써 높은 교류전압을 얻는다. 이때, 공진부에서 얻어진 교류전압은 출력부의 절연 트랜스를 통해 약 1500V의 높은 전압으로 승압되어 램프의 양단에 고전압을 전달함으로써 램프를 점등하게 된다. 이때, 램프는 외부전극형광램프로서 다수 개의 램프를 병렬로 연결되어 구비되며, 인버터 출력트랜스의 용량에 따라 램프의 개수를 다르게 연결하여 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 안전보호회로 및 누전차단회로의 구성 및 동작에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 인버터를 구동시키는 타이머 IC의 동작 전압을 유도하기 위한 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 보호회로의 구성을 보여주는 회로도이다.

우선, 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터를 구동시키기 위한 타이머 IC의 동작에 대하여 설명한다.

인버터는 타이머 IC의 완전한 동작으로 얻어진 동작 주파수에 의해 스위칭소자(Q1, Q2)를 동작시킴으로써 높은 전압을 발생시켜 램프를 동작시키는 원리를 이용한다. 따라서, 인버터는 타이머 IC의 안전한 동작이 일차적으로 요구되는데 타이머 IC를 동작시키기 위한 최소 전압은 약 5V이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 타이머 IC의 동작 전압을 얻기 위해서 콘덴서의 충방전을 이용한다.

입력전원의 한쪽 인입선에 필름 콘덴서(C1)를 직렬로 연결하여 WHT로 인입되 는 입력 정현파의 한쪽 부분을 필름 콘덴서(C1)을 통해 타이머 IC로 전달한다. 이때 충전된 C1은 무한대의 저항을 가지게 되어 더 이상 전압을 운반하지 않게 된다.

그러나 BLK로 인입되는 입력전압의 정현파의 한쪽 부분이 D6를 통해 다시 타이머 IC로 인가되게 된다. 이때, C1은 방전하게 되며 다시 반주기의 정현파에 의한 전압을 충전할 준비를 하게 된다.

C1을 통해 얻어진 전압은 제너다이오드(ZD1)에 의해 타이머 IC에 필요한 약 12V의 전압으로 고정된다.

위와 같은 방식으로 C1은 계속적으로 충방전을 하게 되며, 그로 인해 타이머 IC로 전압이 유도된다. 또한 C1은 220V의 사용전압을 소정의 전압(예를 들어 12V)으로 전압강하를 시키기 위한 임피던스의 역할을 병행하게 되며, 적절한 전류제한의 용도로도 사용된다.

C1에 병렬로 연결된 R1은 좀 더 정확한 전압제어를 위해 설치되었으며, R2는 초기 전압유입 시 발생되는 돌입전류를 제어하는 역할을 수행한다.

또한, D5, D7은 타이머 IC로부터 역류하는 전압을 차단하여 ZD1의 파손을 방지한다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본원발명에 따른 안전보호회로부와 누전차단용 회로부에 대하여 설명한다.

일반적으로 보호회로가 구비되지 않은 인버터에서는, 램프에 연결되는 출력선에 단선 현상 발생 시 공진콘덴서(C5)와 출력부 트랜스(T2, T3)의 출력트랜스의 1차 권선에 유도되는 전압이 낮아지게 되고 전류가 상승하게 된다. 이로 인해 부품 의 소손이 발생되어 인버터의 동작이 중지된다. 또한, 출력부의 양 출력선이 합선될 경우 출력 트랜스의 2차 권선에 과열에 의한 화재 등이 발생할 가능성이 있다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 안전보호회로부는 공진부로부터 인입되는 이상전류를 통과시키는 다이오드(D8)와, 다이오드(D8)를 통과한 전류를 RC 공진을 이용하여 전압을 승압시키는 RC 공진부(C6, R6, R7)와, RC공진부로부터 승압된 전압에 의해 도통되는 제너다이오드(ZD2) 및 제너다이오드(ZD2)에 의해 턴온되는 사이리스터(Q3)를 포함하여 구성된다.

상기한 구성을 갖는 안전보호회로부는 램프가 없는 상태와 출력선의 합선, 단선 등에 대응하여 공진부에서 상승하는 전류를 감지하여 높아지는 전류를 D8을 통해 흐르게 하고, 이를 C6, R6 및 R7의 RC 공진부에서 전압을 승압시켜 ZD2의 제너항복전압을 일으키고, Q3의 게이트에 신호를 발생시켜 Q3를 턴온시킴으로써 타이머 IC의 동작을 멈추게 하여 전체 회로의 동작을 중지시킨다.

다시 말해서, 공진부에서 D8로 유도된 전압이 C6로 급격하게 흐르게 하여 R6 및 R7으로 유도되도록 하였으며, 이때 높아진 전압이 ZD2를 자극하여 제너항복현상을 일으키게 구성되었다. 제너항복현상을 일으킨 ZD2는 극성을 잃어버리게 되고, C7에 충전된 전압이 Q3의 게이트에 동작에 필요한 전압을 유도시켜 Q3는 양극이 단락되게 된다. 양극이 단락된 Q3는 타이머 IC의 동작을 중지시키고, 이로 인하여 스위칭소자의 동작이 중지되어 더 이상 출력트랜스(T2, T3)에 전압을 유도하지 못하게 되기 때문에 출력전압이 발생하지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 누전차단용 회로부는 출력트랜스 1차와 2차 사이에 고속다이오드(D9, D10, D11, D12) 네 개를 직렬로 연결함으로써 구성되는데, 누전 발생 시 1차측 전압이 2차 권선으로 유입되어 입력단의 누전차단기가 동작하도록 구성되었다. 이때, 정상적인 동작 시 출력 트랜스의 2차측의 높은 전압이 1차 권선으로 유입되지 않도록 1차 권선에서 2차 권선 사이에 역방향으로 배치한다.

여기에서 누전차단용 회로부는, 램프의 동작 전압이 1000V 이상이며 램프 점등 시 요구되는 전압이 3000V 이상이므로, 출력선이 단락되는 경우 안전을 고려하여 고속다이오드 1개당 약 1000V, 따라서 총 4000V 이상의 역방향 내압을 견딜 수 있도록 설계되었다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 외부전극형광램프 점등용 인버터의 보호회로는, 인버터의 내부에 출력선이 단선 또는 단락되는 경우 출력전압이 발생하지 않도록 제어하고, 출력선이 외부에 노출되어 누전이 발생하는 경우 누전차단기를 동작시키며 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력 전압이 발생하지 않도록 제어하는 보호회로를 구비함으로써 출력선의 단락, 누전 등의 위험요소로부터 발생할 수 있는 감전이나 화재 등의 안전사고로부터 사용자를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 입력 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 정류부 및 평활부와, 상기 정류부 및 평활부를 거쳐 변환된 직류전압으로 스위칭 소자를 구동시켜 펄스를 발생시키는 스위칭부와, 상기 스위칭부를 통해 발생된 펄스를 이용하여 전압을 증폭시키는 공진부 및 램프에 연결되어 상기 공진부를 통해 증폭된 전압을 램프 점등에 필요한 소정의 고전압으로 출력시키는 출력부로 이루어지는 외부전극형광램프 점등용 인버터에 있어서,

   상기 스위칭부와 상기 공진부 사이에 구비되어 출력선의 단락 또는 단선에 의한 이상을 감지하여 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 안전보호회로부와;

   상기 출력부에 구비되어 출력선의 외부노출에 의한 누전 발생 시 누전차단기를 동작시키고, 부하 램프가 연결되지 않은 상태에서도 출력전압이 발생하지 않도록 제어하는 누전차단용 회로부;를 포함하고,

   상기에서 안전보호회로부는 공진부로부터 인입되는 전류를 통과시키는 다이오드(D8)와, 상기 다이오드(D8)를 통과한 전류를 RC 공진을 이용하여 전압을 승압시키는 RC 공진부(C6, R6, R7)와, 상기 RC공진부로부터 승압된 전압에 의해 도통되는 제너다이오드(ZD2)와, 상기 제너다이오드(ZD2)에 의해 턴온되는 사이리스터(Q3);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 안전보호회로부는 상기 제너다이오드(ZD2)의 제너항복전압을 일으켜 사이리스터(Q3)의 게이트에 신호를 발생시켜 사이리스터(Q3)를 턴온시킴으로써 상기 스위칭부의 타이머 IC의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 누전차단용 회로부는 상기 출력부의 메인 트랜스의 1차와 2차 사이에 다수 개의 고속다이오드를 직렬로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 스위칭부는 스위칭소자를 구동하는 타이머 IC의 구동전압을 유도하기 위하여 직병렬로 연결된 필름콘덴서(C1)와 다이오드(D6)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 필름콘덴서에는 전압을 정밀하게 제어하는 제1저항(R1)이 병렬로 연결되고, 초기 전압유입 시 발생되는 돌입전류를 제어하는 제2저항(R2)이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 구비된 외부전극형광램프 점등용 인버터.

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