단계적으로 조도 조절하는 형광등용 안정기{STEPPED DIMMING BALLAST FOR FLUORESCENT LAMPS}

도 1은 본 발명에 의한 일 실시예를 나타낸 회로도이다.

본 발명은 형광등용 조도 조절 안정기(dimming ballast)에 관한 것으로, 특히 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier, 이하 SCR이라 함) 디밍기 및/또는 일반 라이트 스위치에 관한 사용에 적용되어 단계적으로 조도 조절하는 형광등용 안정기에 관한 것이다.

조도 조절 가능한 형광등에 대한 수요가 오랫동안 있어 왔다. 조도 조절에 일반적인 SCR이 사용되는 백열등과 달리, 형광등은 비선형적인 부하이고 음저항 특성을 보이므로 같은 방식으로 유사하게 조도 조절을 달성할 수 없다. 사용 가능한 국내 상업용 디밍기에는 TRIAC이 보통 채용되며, 그것은 트리거된 후 그 상태를 유지하기 위해서는 일정한 전류 특성을 요구한다. 백열등과 같은 저항성 부하의 작동 모드는 그 특성에 적합하나, 형광등과 같은 용량성 부하에 의한 것은 깜박임이 발생하므로 바람직하지 않고, 그러한 디밍기가 채용되는 동안 그 적절한 작동 상태 는 조도 조절 중에 유지되지 아니하며, 형광등의 수명에 좋지 않은 영향을 갖는다.

일상 속의 다양한 환경 하의 다양한 장소에서 디밍기를 필요로 하고, 그 때문에 복수의 SCR 디밍기가 이미 서로 다른 장소에 설치되어 있다. 그러므로 그러한 디밍기가 적용된 형광등이 조도가 조절될 수 있어야 하고, 그러한 디밍기가 없는 경우에는 일반적인 라이트 스위치 수단에 의해 조도 조절을 달성하는 것 또한 바람직하다.

본 발명의 목적은 단계적으로 조도 조절하는 형광등용 안정기를 제공하여 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, SCR 디밍기 및/또는 일반 라이트 스위치와 사용되어 구성에 있어 신규하고 두 개의 미리 설정된 신뢰성 높은 동작 모드에서 조도 조절을 이룰 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 목적을 실현하기 위하여, 단계적으로 조도 조절하는 형광등용 안정기는:

필터 및 정류 회로(1);

주파수를 제어하고 스위치 구동 신호를 생성하며 조절 가능한 고전압을 램프 부하로 운반하는 주파수 제어 및 스위치 회로(3); 및

SCR 디밍기(dimmer)의 도통각(conduction angle)의 변화 또는 일반 라이트 스위치의 온/오프 상태를 전압 신호로 변환하고, 상기 전압 신호가 유효 변경으로 확인되어 상기 주파수 제어 및 스위치 회로(3)로 보내지는 동안 설정된 프로그램에 따라 디밍 제어 전압을 생성하는 전압 신호 처리 회로(6)로 상기 신호를 전달하여, 다단계 조도 조절을 달성하는 한 세트의 설정된 작동 상태의 변경을 주기적인 방식으로 제어하는 전압 신호 샘플링 회로(7)를 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 실시예는 부하 전류 피드백 회로(5); 및 상기 주파수 제어 및 스위치 회로(3)에 의한 고주파 에너지 출력을 에너지 저장 커패시터(C22)로 피드백할 수 있는 DC 고전압 안정화 회로(2)를 추가로 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면 상기 전압 신호 처리 회로(6)는 임계 전압을 가지고, 상기 전압 신호가 상기 임계 전압을 초과할 때마다 상기 전압 신호 샘플링 회로(7)에서 인가되는 전압 신호의 유효 변경이 확인되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전압 신호 처리 회로(6)에 제공되는 상기 임계 전압의 범위는 1V 에서 4.5V까지인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 신호 샘플링 회로(7)에서 생성되는 상기 전압 신호의 선단(leading edge)은 상기 신호의 전압이 상기 임계 전압을 초과하는지 여부 또는 조도 조절이 이루어지는 유효한 트리거인지의 여부를 결정하는데 사용할 수 있다. 한편, 전압 신호 샘플링 회로에 의해 인가되는 전압 신호의 후단 또한 같은 결정에 이용될 수 있다.

실시예에 의하면, 복수의 설정된 작동 상태의 범위는 2에서 10까지이고, 설정된 작동 상태의 변화는 가장 밝은 상태에서 일 이상의 단계적으로 조도 조절된 상태로 변화하되, 가장 어두운 상태 다음은 가장 밝은 상태로 돌아오는 사이클이 반복된다.

또한, 상기 설정된 작동 상태의 변화는 가장 어두운 상태에서 일 이상의 단계적으로 밝은 상태로 변화하되, 가장 밝은 상태 다음은 가장 어두운 상태로 돌아오는 사이클이 반복된다.

본 발명에 따르면, 다단계 조도 조절은 두개의 설정된 신뢰할 수 있는 동작 모드에서 이루어질 수 있다. 하나는 SCR 디밍기의 도통각의 변경에 기하거나 상기 일반 라이트 스위치의 순간적인 스위칭에 의한 것이다. SCR 디밍기의 도통각이 최대에서 적합한 레벨로 변화한 다음 초기값으로 돌아가는 동안 유효 변경이 확인된다. 또한, 상기 안정기가 상기 라이트 스위치의 사용에 의해 짧은 시간 이내에 스위치 오프되고 온 되는 동안 유효 변경이 확인될 것이다.

바람직하게, 상기 안정기는 장시간 동안 스위치 오프된 후 다시 온 하면 자동으로 이전의 안정기의 작동 상태와 관계없이 가장 밝은 상태가 다시 시작될 것이다.

실시예에 의하면, 상기 전압 신호 처리 회로(6)의 커패시터(C29)는 설정된 임계 기간에 따라 상기 안정기가 스위치 오프되어 지속되는 시간의 장단을 구별하기 위해 제공된다. 바람직하게 임계 기간의 범위는 0을 초과한 값으로부터 10초까지이고 커패시터 용량의 범위는 22μF에서 220μF까지이다.

본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 대표적인 실시예의 다음 설명을 기초로 보다 자세히 기술될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단계적으로 조도 조절하는 형광등용 안정기의 회로도가 도시된다. 단계적 디밍 안정기는 필터 및 정류 회로(1), DC 고전압 안정화 회로(2), 주파수 제어 및 스위치 회로(3), 부하 전류 피드백 회로(5), 전압 신호 처리 회로(6) 및 전압 신호 샘플링 회로(7)를 포함한다. 여기서 램프 부하(4)는 주파수 제어 및 스위치 회로(3)의 출력단에 연결된다.

실시예에 따르면, 필터 및 정류 회로(1)는 직렬로, π 필터, LC 필터, RC 필터 및 브리지 정류기를 포함하여 상기 연결된 AC 전원으로부터의 고주파 간섭파를 필터링하고 AC입력 전압을 DC 리플 전압으로 변환한다.

필터 및 정류 회로(1)의 출력단은 주파수 제어 및 스위치 회로(3)에 그 출력단이 연결된 DC 고전압 안정화 회로(2)의 입력단에 연결되어 안정된 DC 고전압을 거기에 공급한다. DC 고전압 안정화 회로(2)의 피드백 단부는 주파수 제어 및 스위치 회로(3)의 출력단에 연결되어 DC 고전압 안정화 회로(2)의 에너지 저장 커패시터(C22)로 그 고주파 에너지 출력을 피드백한다.

도시된 바와 같이, DC 고전압 안정화 회로(2)는 두 개의 직렬로 연결된 다이오드(D7,D8) 및 그 일단이 두 다이오드(D7,D8)의 연결점에 연결되고 타단은 램프 로드(4)와 주파수 제어 및 스위치 회로(3)의 출력단(C20) 사이의 연결점에 연결된 커패시터(C10)를 추가로 포함하여 그 고주파 에너지가 다이오드(D8)에 의해 1차 정류된 후 커패시터(C10)를 통해 에너지 저장 커패시터(C22)로 돌아간다.

주파수 제어 및 스위치 회로(3)는 작동 주파수를 제어하고 고주파 스위칭 신 호를 생성하기 위한 디밍기 집적회로 칩(IC1), 및 두 개의 스위치 트랜지스터 (Q1,Q2) 및 그들과 함께 연결된 각각의 저항과 커패시터로 구성된 그 외부 결합 컴포넌트를 포함한다. 주파수 제어 및 스위치 회로(3)의 입력단은 DC 고전압 안정화 회로(2)의 출력단에 연결되어서 조절 가능한 고주파 전압이 생성될 수 있고 램프 부하(4)의 안정적인 동작을 보강하기 위해 오실레이션 회로를 통과한다.

실시예에 도시된 바와 같이 부하 전류 피드백 회로(5)는 적응 방식으로 연결된 저항(R15,R18,R19), 커패시터(C5,26) 및 다이오드(D9,D10)를 포함한다.

실시예에서 전압 신호 샘플링 회로(7)는 저항(R3,R6,R9,R10,R11), 커패시터(C4,C6,C30) 및 다이오드(D5,D6)로 구성되어 SCR 디밍기의 도통각의 변화를 전압 신호로 변환하고 그러한 신호를 전압 신호 처리 회로(6)에 전달한다. 전압 신호 샘플링 회로(7)의 입력단은 필터 및 정류 회로(1)의 출력단에 연결되고 그 출력단은 전압신호 처리 회로(6)의 프로그래머블 IC칩(IC2)에 연결된다. 입력 전압은 저항(R3,R6)에 의해 분배된 다음 커패시터(C4)를 충전한다. 조도 조절을 위해 필요한 위상각 신호는 분배된 전압이 통과하여 회로 컴퍼넌트(D5,D6,R9,R10,C6) 각각에 의해 각각 처리된 후 커패시터(C30)에서 샘플링될 수 있으며, 이에 의해 전압신호 추가 처리를 위해 전압 신호 처리 회로(6)에 전달한다.

전압 신호 처리 회로(6)는 프로그래머블 IC 칩(IC2)과 적응 방식으로 연결된 그 외부 결합 컴퍼넌트(R5,R21,R22,R23,C27,C28,C29,Z3)로 구성되며, 컴퍼넌트(R5,C29,Z3)는 전원으로서 IC2에 작용한다. 전압 신호 처리 회로(6)의 입력단은 전압 신호 샘플링 회로(7)의 출력단에 연결되고 그 출력단은 주파수 제어 및 스위 치 회로(3)의 IC1의 제어단에 연결된다. 프로그래머블 IC2에 적합한 프로그램이 입력되어 전압 신호 샘플링 회로(7)에 의해 샘플링된 디밍기의 도통 위상각 변화 또는 라이트 스위치의 순간적인 스위칭에 의해 발생하는 온/오프 상태에 상응하는 전압신호가 IC1의 제어단에 디밍 제어 전압의 전달을 위해 추가로 처리될 수 있으므로 신뢰할 수 있는 방식으로 단계적 조도 조절이 이루어진다.

도시된 바와 같이 전압 신호 샘플링 회로(7)와 전압 신호 처리 회로(6)는 본 발명에 의해 제공되는 혁신적인 회로이다. 전압 신호 샘플링 회로(7)에 의해 샘플링된 DC 리플 전압은 리플 전압의 유효치와 SCR 디밍기의 도통 위상각 사이의 직접 비례 관계를 이용하여 추가로 처리되는데, 그러한 SCR 디밍기의 도통각의 변화에 의한 신호의 전압은 전압신호 처리 회로(6)에 제공된 임계 전압을 초과할 수 있다. 그 때문에 조도 조절하는 유효 트리거로서 작용한다. 또는, 일반 라이트 스위치가 조도 조절에 이용되는 동안, 전압 신호 샘플링 회로(7)에 의해 전달된 신호 전압은 스위치가 오프 되면 최대값에서 최소값으로 떨어지고 짧은 간격 이내에 스위치가 온 되면 최소값에서 최대값으로 오르는데, 그 때문에 전압 신호 처리 회로(6)에 제공된 임계 전압이 같은 방식으로 조도 조절하는 유효 트리거로써 확인될 수 있는 신호 전압에 의해 초과된다.

바람직하게, 전압 신호 처리 회로(6)에 제공된 임계 전압의 범위는 1V 에서 4.5V이다. 전압 신호 샘플링 회로(7)에 의해 인가되는 전압 신호의 전단과 후단 모두 그 신호의 전압이 임계 전압을 초과하는지 또는 조도 조절을 일으키는 유효 트리거 인지를 결정하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전압 신호의 유효 변경는 전압 신호 처리 회로(6)에 의한 조도 조절을 위한 트리거로써 확인될 것으로 그때마다 신호의 전압은 그 임계 전압을 초과한다. 따라서, 전압 신호 처리 회로(6)는 설정된 프로그램에 따라 주파수 제어 및 스위치 회로(3)의 IC1 제어단으로 디밍 제어 전압을 출력하여 다단계 조도 조절을 위한 주기적 방식으로 설정된 작동 상태 중 하나로 스위치 한다. 바람직하게, 복수의 설정된 작동 상태는 2에서 10까지의 범위가 실 사용시 요구된다. 설정된 작동 상태의 변화는 가장 밝은 상태에서 하나 이상의 단계적인 조도 조절된 상태로 주기적으로 반복되고, 가장 어두운 상태에서 가장 밝은 상태로 직접적으로 돌아간다. 또한, 설정된 작동 상태의 변화는 또한 가장 어두운된 상태에서 하나 이상 다단계 밝아진 단계로 주기적으로 반복하고 나서 가장 밝은 상태는 비슷한 방법으로 바로 가장 어두운 상태로 돌아간다.

바람직하게, 그 가장 밝은 상태는 본 발명에 의한 안정기가 긴 시간 동안 스위치 오프한 후 다시 스위치 온 되는 동안 자동으로 재시작되어야 하는데, 안정기가 이전의 어느 작동 상태더라도 그러한 작동 상태는 주위의 밝기에 따라 필요한 만큼 순차적으로 변경될 수 있다. 또한, DC 고전압 안정화 회로(2)는 보다 신뢰할 수 있는 방식으로 조도 조절하는 특정 범위의 주파수 변조 사이에 DC 고전압이 급격하게 떨어지지 않도록 고전압이 그 고주파 에너지를 에너지 저장 커패시터(C22)로 피드백한다.

마찬가지로, 부하 전류 피드백 회로(5)는 램프 부하(4)에서 디밍기 IC칩(IC1)으로 전류를 피드백하여 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 조도 조 절을 더욱 강화한다.

도시된 전압 신호 샘플링 회로(7)와 전압 신호 처리 회로(6)는 특히 형광등의 단계적인 조도 조절을 위해 설계된다. 상기 두 회로(6,7)는 전체로서 구동하고 서로에 보완적이며 그리하여 다단계 조도 조절은 프로그래머블 IC2에 적절하게 조절되어 저장되는 파라미터를 가지고 적절하게 프로그래밍된 프로그램에 의해 두 가지 다른 모드에서 이루어질 수 있다.

두 가지 모드 중 하나는 SCR 디밍기의 도통각이 최대값에서 적절한 레벨로 조절되고 나서 처음 값으로 돌아가는 동안 유효 트리거가 확인될 때마다, 한 세트의 설정된 작동 상태가 주기적 방식으로 변화되는 것에 의한 SCR 디밍기의 도통각의 변화에 의해 작동되는 것이다. 이 연결에서, 설정된 작동 상태의 변화는 디밍기의 도통각의 반복적인 변경에 의한 프로그램에 따르게 될 것이고, 바람직하게 최대 도통각은 램프 부하의 안정적 동작을 위해 각 변화 후에 자동으로 다시 시작된다. 바람직하게, 가장 밝은 상태는 본 발명에 따른 안정기가 그 전의 작동 상태일지라도 스위치 오프 된 후 긴 시간 후에 다시 온 되는 동안 반드시 자동으로 다시 시작한다.

한편, 다른 모드는 일반 라이트 스위치의 순간적인 스위칭에 의해 동작되는데, 설정된 작동 상태의 세트 또한 라이트 스위치가 스위치 오프되고 짧은 간격 이내에 다시 빠르게 스위치 온 되는 동안 유효 트리거가 확인될 때마다 주기적 방식으로 변화될 수 있다. 이 연결에서, 설정된 작동 상태의 변화는 순간적인 방식으로 라이트 스위치를 반복적으로 온 오프 스위칭하는 프로그램을 따를 것이다. 바 람직하게, 가장 밝은 상태는 본 발명에 따르는 안정기가 그 전의 작동 상태에도 불구하고 긴 시간 동안 스위칭 오프한 후 다시 스위칭 온 되는 동안 자동으로 다시 시작되어야 한다.

실시예에 따르면, 전압 신호 처리 회로(6)의 커패시터(C29)는 범위가 0을 초과한 값에서 10초가 될 수 있는 설정된 임계 시간 간격에 관하여 안정기가 스위치 오프되고 지속되는 시간 간격의 장단을 구분하기 위해 제공된다. 일반적으로, 임계 시간 간격은 사용시 5초로 설정될 수 있고 바람직한 시간 간격은 1 내지 3초이다. 또한, 커패시터(C29)의 용량은 전압 신호 샘플링 회로(6)에서 각각의 외부 컴퍼넌트의 파라미터와 임계 시간 간격의 값에 따라 적용되도록 조정될 수 있는, 22μF에서 220μF이다. 바람직하게, 단기와 장기는 오류 동작의 위험을 피하기 위해 임계 시간 간격 사이에 분명한 구분이 있어야 한다. 예를 들어, 임계 간격이 1.5초로 설정되면 장기는 2초 이상이고 단기는 1초 이하여야 한다.

디밍기의 도통각의 변화에 의한 유효 트리거의 확인 또는 라이트 스위치의 순간적인 스위칭에 의한 온/오프 상태의 변화는 프로그램 가능한 IC2에 의해 수행되어서 본 발명에 따른 단계적으로 조도 조절하는 안정기는 그 구조가 간단하고 작동에 신뢰성이 향상되며 안정기가 충분히 집적되어 형광등, 특히 컴팩트 타입 형광등에 적용되기 용이하다.

상기 실시예는 단지 대표적인 예에 불과하며 본 발명의 다른 많은 실시예를 제한하지 않고, 본 발명에서 벗어남 없이 변화와 함께 많은 상응하는 변형이 본 발명의 공개에 따라 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 그러한 변형과 변화는 본 발 명의 다음 청구범위의 범위 안에 포함된다.

본 발명에 의하면, 그 구조가 간단하고 작동에 신뢰성이 향상된 단계적으로 조도 조절하는 안정기를 제공할 수 있으며, 안정기가 충분히 집적되어 형광등, 특히 컴팩트 타입 형광등에 적용되기 용이하다.