KR20010059071A - Improvement Circuit for Discharge Lamp Current in Electronic Ballast - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 상용 교류전압을 인가 받아 직류전압으로 정류한 다음 고 주파수의 교류전압으로 변환하는 인버터를 갖는 방전등용 또는 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 기존의 평활 커패시터를 없애고 커패시터 2개를 직렬로 브릿지 형태로 연결하여 공진 부하 전류의 통로를 제공함으로서 전해 커패시터의 내압을 낮추고, 공진 부하에 직렬로 공진 커패시터를 추가하여 완전한 공진 회로로 구성해서 관전류의 파형을 개선하며, 안전성과 효율이 향상되도록 고안한 전자식안정기의 관전류 파형 개선 회로에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to an electronic ballast for a discharge lamp or a fluorescent lamp having an inverter which is applied to a commercial AC voltage and rectified to a DC voltage and then converted to an AC voltage of a high frequency. Low bridge voltage of the electrolytic capacitor is provided by connecting in the form of a low bridge, and by adding a resonant capacitor in series with the resonant load to form a complete resonant circuit to improve the waveform of the tube current and to improve safety and efficiency. The present invention relates to a tube current waveform improvement circuit of the designed electronic ballast.
본 발명은 전자식 안정기의 전파 정류된 전압을 평활하는 고내압, 대용량의 평활 커패시터를 없애고, 저 내압의 전해 커패시터 2개로 브릿지를 만들어 평활 기능을 수행하며 동시에 공진 부하전류의 통로를 제공하도록 개선하여 원가를 절감하고, 부품의 수를 줄여 작업성을 개선하고, 방전등 전류의 파형이 정현파의 완전 공진전류가 되도록 개선하여, 영 전압 스위칭(Z.V.S)과 영 전류 스위칭(Z.C.S)을 구현할 수 있게 함으로서 스위칭 손실을 줄이고, 전자식안정기의 효율을 향상시킬 수 있도록 상용 교류 전원 입력단에 필터(1)와, 전파 정류회로(2)와, 정류된 직류 전압을 고 주파수의 교류 전압으로 변환하는 인버터와, 이 인버터 출력에 공진 회로를 형성하여 방전등(7)을 결합하여 이루되, 상기 정류된 직류 전압을 평활 하는 고 내압의 전해 커패시터를 없애고 저 내압의 전해 콘덴서(8,9) 2개를 직렬 브릿지로 연결하고 방전관과 상기 직렬 브릿지 커패시터 사이에 공진 커패시터(10)를 직렬로구성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention eliminates the high breakdown voltage and the large capacity smoothing capacitor to smooth the full-wave rectified voltage of the electronic ballast, and bridges with two low voltage breakdown electrolytic capacitors to perform the smoothing function and at the same time improve the cost of the resonant load current. Switching loss by reducing the number of parts, improving the workability by reducing the number of parts, and improving the discharge lamp current waveform to become the sine wave fully resonant current, thereby realizing zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS). A filter (1), a full-wave rectifier circuit (2), an inverter for converting the rectified DC voltage into a high frequency AC voltage at a commercial AC power input terminal so as to improve the efficiency of the electronic ballast, and the inverter output. A high voltage resistance electrolytic capacitor is formed by forming a resonant circuit in and coupling a discharge lamp (7) to smooth the rectified DC voltage. Diego to connect two electrolytic capacitors (8, 9) of the low-breakdown-voltage in series, the bridge constitutes a resonant capacitor (10) between the discharge tube and the serial bridge capacitors in series, characterized in that formed.
Description
본 발명은 특히 상용 교류전압을 인가 받아 직류전압으로 정류한 다음 고 주파수의 교류전압으로 변환하는 인버터를 갖는 방전등용 또는 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 기존의 평활 커패시터를 없애고 커패시터 2개를 직렬로 브릿지 형태로 연결하여 공진 부하 전류의 통로를 제공함으로서 전해 커패시터의 내압을 낮추고, 공진 부하에 소용량의 직렬 커패시터를 추가하여 완전한 공진 회로로 구성해서 관전류의 파형을 개선하며, 안전성과 효율이 향상되도록 고안한 전자식안정기의 관전류 파형 개선 회로에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to an electronic ballast for a discharge lamp or a fluorescent lamp having an inverter which is applied to a commercial AC voltage and rectified to a DC voltage and then converted to an AC voltage of a high frequency. The low bridge voltage of the electrolytic capacitor is reduced by connecting the bridge in the form of a low bridge, and a small series capacitor is added to the resonant load to form a complete resonant circuit to improve the waveform of the tube current and to improve safety and efficiency. The present invention relates to a tube current waveform improvement circuit of the designed electronic ballast.
종래 전자식안정기에 대하여 살펴보면 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 상용 교류 입력단에 필터(1)와 정류부(2)를 형성하고 정류된 전압의 평활을 위해서 내압이 높고 용량이 큰 전해커패시터(15)를 구성하고 있다. 이러한 내압이 높은 전해 커패시터는 가격이 비싸서 원가상승의 요인으로 작용한다.Referring to the conventional electronic ballast, as shown in FIGS. 4 to 6, a filter 1 and a rectifier 2 are formed at a commercial AC input terminal, and an electrolytic capacitor 15 having a high breakdown voltage and a large capacity for smoothing the rectified voltage is provided. Consists of. These high voltage resistance electrolytic capacitors are expensive and act as a factor of cost increase.
또한 작은 용량의 커패시터(13,14) 브릿지를 사용하여 공진 회로를 구성하는것에 의하여 노드(16)의 전압 변동이 커 공진 전류가 완전한 정현파가 되지 못하는 문제가 있다.In addition, by configuring the resonant circuit using the bridge of the capacitor (13,14) of the small capacity, there is a problem that the voltage variation of the node 16 is large, the resonance current is not a complete sine wave.
한편 상기 평활을 위한 전해 커패시턴스(15)로 인하여 공진 부하에 높은 전압이 걸리므로 완전한 공진 특성을 이용할 수 없으므로 스위칭 손실이 크고, 전자식안정기의 효율이 낮아지는 문제가 발생되고 있다.On the other hand, due to the electrolytic capacitance 15 for smoothing, a high voltage is applied to the resonant load, and thus a full resonant characteristic cannot be used, resulting in a large switching loss and a low efficiency of the electronic ballast.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 다음과 같은 목적을 갖는다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, has the following object.
본 발명은 전자식 안정기의 전파 정류된 전압을 평활하는 고내압, 대용량의 평활 커패시터를 없애고, 저 내압의 전해 커패시터 2개로 브릿지를 만들어 평활 기능을 수행하며 동시에 공진 부하전류의 통로를 제공하도록 개선하는 것이다.The present invention eliminates the high withstand voltage and the large capacity smoothing capacitor to smooth the full-wave rectified voltage of the electronic ballast, and bridges the two low-voltage electrolytic capacitors to perform the smoothing function and at the same time to provide a path for the resonant load current. .
본 발명은 방전등 전류의 파형이 정현파의 완전 공진전류가 되도록 개선하여, 영전압 스위칭(Z.V.S)과 영전류 스위칭(Z.C.S)을 구현할 수 있게 함으로서 스위칭 손실을 줄이고, 전자식안정기의 효율을 향상하게 한다.The present invention improves the waveform of the discharge lamp current to be the sine wave fully resonant current, thereby realizing zero voltage switching (Z.V.S) and zero current switching (Z.C.S), thereby reducing switching loss and improving the efficiency of the electronic ballast.
상기 목적을 구현하기 위하여 이루어지는 본 발명은 상용 교류 전원 입력단에 필터와, 전파 정류회로와, 정류된 직류 전압을 고 주파수의 교류 전압으로 변환하는 인버터와, 이 인버터 출력에 공진 회로를 형성하여 방전등을 결합하여 이루되, 상기 정류된 직류 전압을 평활 하는 대 용량의 커패시터를 없애고 저 내압의 전해 콘덴서 2개를 직렬 브릿지로 연결하고 방전관과 상기 직렬 브릿지 커패시터 사이에 공진 커패시터를 직렬로 구성하여 이루어지는 것에 의한다.The present invention made to achieve the above object is a filter, a full-wave rectifier circuit, an inverter for converting the rectified DC voltage into a high frequency AC voltage at the commercial AC power input terminal, and a resonant circuit is formed on the inverter output to discharge By removing a large capacitor to smooth the rectified DC voltage, connecting two low-voltage electrolytic capacitors by a series bridge, and forming a resonance capacitor in series between a discharge tube and the series bridge capacitor. All.
도 1 은 본 발명에 의한 하프 브릿지 인버터를 사용한 형광램프용 전자식 안정기의 관전류 파형 개선 회로.1 is a tube current waveform improvement circuit of an electronic ballast for a fluorescent lamp using a half-bridge inverter according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 의한 하프 브릿지 인버터를 사용한 방전등용 전자식 안정기의 관전류 파형 개선 회로.2 is a tube current waveform improvement circuit of an electronic ballast for a discharge lamp using a half-bridge inverter according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 의한 하프 브릿지 인버터를 사용한 전자식 안정기의 파형 개선 회로의 주요 부분에 대한 파형도.3 is a waveform diagram of a main part of a waveform improvement circuit of an electronic ballast using a half bridge inverter according to the present invention;
도 4 은 종래의 하프 브릿지 인버터를 사용한 형광램프용 전자식안정기의 관전류 파형 개선 회로.4 is a tube current waveform improvement circuit of an electronic ballast for a fluorescent lamp using a conventional half bridge inverter.
도 5 는 종래의 하프 브릿지 인버터를 사용한 방전등용 전자식안정기의 관전류 파형 개선 회로.5 is a tube current waveform improvement circuit of an electronic ballast for a discharge lamp using a conventional half-bridge inverter.
도 6 은 종래의 하프 브릿지 인버터를 사용한 전자식안정기의 주요 부분에 대한 파형도.6 is a waveform diagram of a main part of an electronic ballast using a conventional half bridge inverter.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
1 : 노이즈 필터 2 : 브리지 정류다이오드1: Noise Filter 2: Bridge Rectifier Diode
3 : 하프브릿지 제어구동부 4, 5 : FET3: half-bridge control driver 4, 5: FET
6 : 쵸우크코일 7 : 형광램프 또는 방전등6: choke coil 7: fluorescent lamp or discharge lamp
8, 9 : 전해 커패시터 10 : 공진 커패시터8, 9: electrolytic capacitor 10: resonant capacitor
11 : 하프브릿지 인버터의출력 12 : 음극예열 커패시터11: output of half-bridge inverter 12: cathode preheating capacitor
13, 14 : 공진 부하부 커패시터 15 : 전해 커패시터13, 14: resonant load capacitor 15: electrolytic capacitor
16 : 브릿지부의 중성점16: neutral point of the bridge portion
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술 구성에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the technical configuration of the present invention.
본 발명은 상용 교류전압을 인가받아 직류전압으로 정류한 다음 고주파수의 교류전압으로 변환하는 인버터를 갖는 방전등용 또는 형광램프용 전자식안정기에 있어, 전파 정류된 전압을 대용량의 평활 커패시터로 평활 하여 하프 브릿지 인버터에 인가하는 종래의 기술과는 차별화 된다.The present invention is an electronic ballast for a discharge lamp or a fluorescent lamp having an inverter that is applied to a commercial AC voltage and rectified to a DC voltage, and then converted to a high-frequency AC voltage, the half-bridge by smoothing the full-wave rectified voltage with a large capacity smoothing capacitor Different from the conventional technology applied to the inverter.
즉, 상용 교류 입력단에 브릿지 정류 다이오드(2)를 통하여 정류된 직류 출력단에 평활 커패시터를 없애고 공진 부하에 공급되는 정류된 직류 전압을 평활 시키고 분압 하는 전해 커패시터 2개를 직렬 브릿지로 연결하여 공진부하의 일부로 형성하고, 공진 부하에 소용량의 공진 커패시터를 추가하여 완전한 공진회로를 이루도록 하는 것이다.In other words, by eliminating the smoothing capacitor at the DC output terminal rectified through the bridge rectifier diode (2) at the commercial AC input terminal, and connecting two electrolytic capacitors for smoothing the rectified DC voltage supplied to the resonant load and dividing them by a series bridge, It is formed as a part, and a small resonant capacitor is added to the resonant load to form a complete resonant circuit.
첨부 도 1에는 형광 램프를 결합한 전자식 안정기의 회로가 도시되어 있고, 도 2에는 방전등용을 결합한 전자식 안정기 회로가 도시되어 있다.1 shows a circuit of an electronic ballast incorporating a fluorescent lamp, and FIG. 2 shows an electronic ballast circuit incorporating a discharge lamp.
상용교류 전압이 입력단에 노이즈 필터(1)를 통하여 브릿지 정류 다이오드(2)로서 전파 정류된 후 하프브릿지 제어 구동부(3)에 입력하여 출력 FET(4)에 접속한다.The commercial AC voltage is full-wave rectified as a bridge rectifying diode 2 through the noise filter 1 at the input terminal, and then input to the half-bridge control driver 3 to be connected to the output FET 4.
상기 하프 브릿지 제어 구동부(3)의 출력 FET(4)에 의하여 고 주파수로 변환된 출력단에는 방전관과 공진 회로가 구성된다.A discharge tube and a resonant circuit are configured at an output end of the half bridge control driver 3 that is converted to high frequency by the output FET 4.
공진회로는 정류된 직류 전원에 2개의 전해 커패시터(8,9)를 형성한다. 상기전해 커패시터 브릿지는 직류 전압의 평활과 동시에 커패시터 브릿지부 중성점(16) 노드를 통해 공진 부하부에 공진 전류를 공급하는 통로가 된다.The resonant circuit forms two electrolytic capacitors 8, 9 in the rectified DC power supply. The electrolytic capacitor bridge becomes a passage for supplying a resonance current to the resonant load through the node of the capacitor bridge part neutral point 16 at the same time as the DC voltage is smoothed.
한편, 상기 두 개의 출력 FET(4,5)는 상기에서 공급된 직류전압을 하프브릿지 제어 구동부(3)의 게이트 제어 신호에 의해 교번 스위칭하여 고 주파수의 교류로 변환된 후, 노드(11)로 출력되어 공진 부하부로 인가되도록 이룬다.Meanwhile, the two output FETs 4 and 5 alternately switch the DC voltage supplied above by the gate control signal of the half-bridge control driver 3 to convert to a high frequency alternating current, and then to the node 11. The output is applied to the resonant load.
상기 고주파로 변환된 교류 단에는 쵸우크 코일(6)과, 방전등(7)및 공진 커패시터(10)로서 직렬 공진 회로를 형성하여 공진 부하부를 이루는 것이다.The high frequency-converted AC stage forms a resonant load by forming a series resonant circuit as the choke coil 6, the discharge lamp 7, and the resonant capacitor 10.
도면 부호 중 12는 음극 예열 커패시터로서 방전등(7)에 병렬로 연결되어 방전등의 음극필라멘트에 전류를 흘려 시동과 방전특성을 원활하게 하는 작용을 한다.A reference numeral 12 denotes a negative electrode preheating capacitor, which is connected in parallel to the discharge lamp 7 to flow a current through the negative electrode filament of the discharge lamp to smoothly start and discharge characteristics.
상기 직렬 공진 부하부는 하프 브릿지 인버터의 출력인 노드(11)와 커패시터 브릿지부 중성점인 노드(16) 사이에 연결되어 상기의 고 주파수의 교류를 인가 받아 램프에 공진 전류를 흐르게 한다.The series resonant load unit is connected between the node 11, which is the output of the half bridge inverter, and the node 16, which is the neutral point of the capacitor bridge unit, to receive the alternating current of the high frequency to flow a resonant current through the lamp.
본 발명에서는 직류 평활 커패시터를 없애고, 저 내압의 전해커패시터 2개를 사용하여 커패시터 브릿지로 사용함으로서 평활 기능을 그대로 수행한다.In the present invention, the smoothing function is performed by eliminating the DC smoothing capacitor and using it as a capacitor bridge using two electrolytic capacitors of low breakdown voltage.
한편, 상기 노드(16)에는 전압변동을 거의 없도록 직류 인가전압을 반(1/2)으로 나누어 공진 부하에 인가하는 역할을 함으로서 높은 직류 인가전압에 대해서도 방전등(관)에 완전 공진 전류를 흘릴 수 있게 이루어진다.On the other hand, the node 16 serves to apply a DC load to the resonant load by dividing the DC applied voltage in half (1/2) so that there is almost no voltage fluctuation. It is done.
결국, 하프 브릿지 인버터의 스위칭주파수(fs)가 직렬공진회로의 고유진동주파수(f0)와 같게하여 영전압 스위칭(Z.V.S)과 영전류 스위칭(Z.C.S)을 구현할 수있게 함으로서 스위칭 손실을 줄이고, 전자식안정기의 효율을 향상하게 되는 것이다.As a result, the switching frequency (fs) of the half-bridge inverter is the same as the natural vibration frequency (f0) of the series resonant circuit, so that zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS) can be realized, thereby reducing switching losses. To improve the efficiency.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 종래 기술에서와 같이 직류 로 정류된 전압을 평활시키고자 대 용량, 고 내압의 커패시터를 구성하지 아니하고도 직류 전압을 평활시키는 커패시터(8,9)를 마련하되 이 커패시터는 종래 기술에 의한 커패시터(13,14)가 0,1 ~ 0.4 F의 마일러 콘덴서로 이루어지므로 공진 전류에 대하여 병렬로 작용하고 공진 회로의 일부로 구성되므로 중성점 노드(16)의 전압 변동이 클 수 밖에 없는 제한이 있었다.According to the present invention as described above, in order to smooth the voltage rectified by direct current as in the prior art, there is provided a capacitor (8, 9) for smoothing the direct current voltage without configuring a capacitor having a large capacity and a high withstand voltage. Since the capacitors 13 and 14 according to the prior art are made of Mylar capacitors of 0,1 to 0.4 F, the voltages of the neutral point node 16 may be large since they operate in parallel with the resonant current and are configured as part of the resonant circuit. There was only a limit.
그러나 본 발명은 상술한 바와 같이 대 용량, 고 내압의 커패시터를 배제하고 상기 마일러 콘덴서를 전해 콘덴서로 구성하여 직류 전원을 평활하는 동시에 전해 콘덴서의 용량성 리액턴스에 의하여 상기 정류된 직류 전압을 중성점 노드(16)에서 1/2로 나누는 작용을 한다.However, in the present invention, as described above, the Mylar capacitor is configured as an electrolytic capacitor, excluding the capacitor having a high capacity and a high breakdown voltage, thereby smoothing the DC power and simultaneously converting the rectified DC voltage by the capacitive reactance of the electrolytic capacitor. Divide by half at (16).
따라서 노드(11)의 스위칭 전압은 "0"에서 정류전압(V) 까지 스윙하게 되지만 공진 회로 양단은 -V/2 ~ +V/2까지 스윙하게 된다. 동시에 커패시터 브릿지와 방전관 사이에 구성된 마일러 콘덴서(10)를 공진회로에 직렬로 삽입하므로 방전관(7)-쵸우크 코일(6)-콘덴서(10)가 R-L-C의 완전한 직렬 공진회로를 형성하게 되므로 도 3에 도시한 바와 같이 관전류는 정현파에 가까운 개선된 파형을 이루게 되는 것이다.Therefore, the switching voltage of the node 11 swings from "0" to the rectified voltage (V), but both ends of the resonant circuit swing from -V / 2 to + V / 2. At the same time, since the mylar capacitor 10 formed between the capacitor bridge and the discharge tube is inserted in series into the resonant circuit, the discharge tube 7-choke coil 6-capacitor 10 forms a complete series resonant circuit of the RLC. As shown in Fig. 3, the tube current results in an improved waveform close to the sine wave.
이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면 전자식 안정기에서전파 정류된 전압을 고가의 큰 용량을 갖는 평활 커패시터로 평활하는 방식과 탈피하여 내압과 용량이 큰 평활커패시터를 없애고, 작은 용량의 전해 커패시터 2개를 사용하여 브릿지를 만들고 공진 부하의 공진 전류의 통로를 제공함으로서 전해커패시터의 내압을 낮추어 원가를 절감하는 효과가 있다.According to the present invention as described in detail above, the electric wave rectified voltage in the electronic ballast is eliminated from the smoothing method of the smoothing capacitor having a large expensive capacity, thereby eliminating the smoothing capacitor having a high breakdown voltage and a large capacity, and having a small capacity electrolytic capacitor 2 By using a dog to make a bridge and providing a passage for the resonant current of the resonant load, it is possible to reduce the cost by lowering the internal pressure of the electrolytic capacitor.
또한, 종래의 하프 브릿지 인버터에서 2개의 커패시터로 구성된 브릿지를 제거하고 직렬로 한개의 커패시터를 추가하여 직렬공진회로를 구성함으로서 방전등(관) 전류의 파형이 정현파의 완전 공진전류가 되어 영전압 스위칭(Z.V.S)과 영전류 스위칭(Z.C.S)을 구현할 수 있게 함으로서 스위칭 손실을 줄이고, 고효율의 전자식안정기를 설계하여 조명효율 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 에너지의 절약의 효과등을 갖는 매우 우수한 발명인 것이다.In addition, in the conventional half-bridge inverter, the bridge consisting of two capacitors is removed, and one capacitor is added in series to form a series resonant circuit, so that the waveform of the discharge lamp (tube) current becomes a sine wave fully resonant current, and thus zero voltage switching ( ZVS) and zero current switching (ZCS) can be implemented to reduce switching losses, design an electronic ballast with high efficiency, and improve lighting efficiency, and it is a very excellent invention having the effect of saving energy.
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| JPH0869889A (en) * | 1994-08-30 | 1996-03-12 | Hitachi Lighting Ltd | Discharge lamp lighting device |
-
1999
- 1999-12-30 KR KR1019990066451A patent/KR20010059071A/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19991230 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20020129 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20020417 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20020129 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |