KR20090096689A - Power supply and electronic ballast with auxiliary protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 방전 램프들에 전력을 공급하기 위한 회로들 및 전원들의 일반 주제에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 특정 AC 라인 결함 조건들에 대해 전원 또는 안정기를 보호하기 위한, 그리고 전원 또는 안정기로 AC 전력의 처음 인가에 따른 피크 돌입 전류(peak inrush current)를 제한하기 위한 보조 보호 회로를 포함하는 전원 및 전자식 안정기에 관한 것이다. The present invention relates to the general subject of circuits and power supplies for powering gas discharge lamps. More specifically, the present invention provides an auxiliary protection circuit for protecting the power supply or ballast against specific AC line fault conditions and for limiting the peak inrush current upon initial application of AC power to the power supply or ballast. It relates to a power supply and an electronic ballast comprising a.
다수의 기존 전원들 및 전자식 안정기들(하나 이상의 가스 방전 램프에 전력을 공급하기 위한 전자식 안정기들)은 전형적으로 전기 설비 회사에 의해 제공되는 교류(AC) 전압(예를 들어, 60 헤르쯔에서의 277 볼트 rms)의 소스에 연결된다. 실제로, 전원들 및 전자식 안정기들은 AC 전압 소스와 관련한 다수의 동작 중 난점들에 직면한다. 이러한 문제점들은 AC 라인 드롭-아웃 조건들("라인-새그(line-sag)" 조건들로도 언급됨), 상간 오배선 조건(phase-to-phase miswiring condition)들 및 높은 돌입 전류를 포함한다. Many existing power sources and electronic ballasts (electronic ballasts for powering one or more gas discharge lamps) typically provide alternating current (AC) voltage (eg, 277 at 60 hertz) provided by an electrical utility company. Is connected to the source of volts rms). Indeed, power supplies and electronic ballasts face many of the operational difficulties associated with AC voltage sources. These problems include AC line drop-out conditions (also referred to as "line-sag" conditions), phase-to-phase miswiring conditions and high inrush currents.
AC 라인 드롭-아웃 조건들(여기서, AC 소스에 의해 제공되는 전압은 일시적으로 공칭값보다 현저히 낮은 레벨로 감소함)은 전원들 및 전자식 안정기들에 문제 점들을 야기하는 것으로 관찰되어 왔다. 다수의 전원들 및 안정기들은 역률 교정 및 다른 특징들을 제공할 목적으로 DC-대-DC 컨버터(예를 들어, 부스트 컨버터(boost converter))를 포함한다. 그러한 전원들 및 안정기들에 대하여, AC 라인 드롭-아웃 조건("라인 새그" 조건으로도 언급됨)은 때때로 DC-대-DC 컨버터가 "폐쇄(lock-out)" 모드로 진입하게 만들고, 여기서 상기 컨버터는 AC 라인 드롭-아웃 조건이 중단된 이후조차 정상 방식으로 동작하지 못하고, 그러한 경우에, DC-대-DC 컨버터가 그것의 의도된 정상 방식으로 동작하도록 하기 위하여 AC 입력 전력을 안정기 또는 전원에 순환시키는 것이 필요하다. 부가적으로, 적어도 소정의 DC-대-DC 컨버터들에 대하여, AC 라인 드롭-아웃 조건은 종종 DC-대-DC 컨버터의 출력에 제공된 전압의 현저한 오버슈트를 야기하고, 그에 의하여, DC-대-DC 컨버터의 신뢰성을 위태롭게 한다.AC line drop-out conditions, where the voltage provided by the AC source temporarily decreases to a level significantly below the nominal value, have been observed to cause problems for power supplies and electronic ballasts. Many power supplies and ballasts include a DC-to-DC converter (eg, a boost converter) for the purpose of providing power factor correction and other features. For such power supplies and ballasts, the AC line drop-out condition (also referred to as the "line sag" condition) sometimes causes the DC-to-DC converter to enter a "lock-out" mode, where The converter does not operate in a normal manner even after the AC line drop-out condition is interrupted, in which case the AC input power is stabilized or powered to allow the DC-to-DC converter to operate in its intended normal manner. It is necessary to circulate in. Additionally, for at least certain DC-to-DC converters, the AC line drop-out condition often results in a significant overshoot of the voltage provided at the output of the DC-to-DC converter, whereby -Jeopardize the reliability of the DC converter.
전원들 및 전자식 안정기들의 설치 동안에, 통상적인 배선 에러는 ("열" 선("hot" wire)을 AC 전압 소스의 하나의 상(phase)으로, 그리고 "중성" 선("neutral" wire)을 AC 전압 소스의 중성 연결로 정확히 연결하는 것 대신에) 전원 또는 안정기의 입력 배선들을 AC 전압 소스의 2가지 상이한 상들에 잘못 연결하는 것과 관련한다. 그러한 오배선은 때때로 "상간(phase-to-phase)" 배선 결함 조건으로 언급되는데, 전원 또는 안정기 내에서 정상보다 현저히 더 높은 전압들을 생성할 수 있고, 이것은 따라서 전원 또는 안정기 내에서 특정 부품들의 결함을 야기할 수 있다. During the installation of power supplies and electronic ballasts, typical wiring errors (such as the "hot" wire to one phase of the AC voltage source and the "neutral" wire to Instead of correctly connecting the neutral connection of the AC voltage source), the input wiring of the power or ballast is incorrectly connected to two different phases of the AC voltage source. Such miswiring is sometimes referred to as a "phase-to-phase" wiring fault condition, which can produce significantly higher voltages than normal in a power supply or ballast, which is therefore a failure of certain components in the power supply or ballast. May cause.
AC 전력의 처음 인가 시 발생하는 돌입 전류는 전원들 및 전자식 안정기들에 현저한 문제점으로 널리 인정되고 있고, AC 전압 소스와 직렬로 동작가능하게 결합된 대형 벌크 커패시턴스(bulk capacitance)를 포함하는 다수의 AC-라인 전력 공급된 회로들에 내재해 있다(보호/보상 수단 부재 시). 높은 피크 돌입 전류들은 차단기(circuit breaker)들의 번거로운 트리핑, 전기 부품들의 열화 등을 포함한 다수의 문제들과 연관되어 있다.Inrush currents occurring upon initial application of AC power are widely recognized as a significant problem for power supplies and electronic ballasts, and include a large number of ACs with large bulk capacitance operably coupled in series with the AC voltage source. -Inherent in line powered circuits (without protection / compensation means). High peak inrush currents are associated with a number of problems including cumbersome tripping of circuit breakers, degradation of electrical components, and the like.
그리하여, 라인 드롭-아웃 및 상간 배선 결함 조건들에 대한 보호를 위하여, 그리고 피크 돌입 전류를 줄이기 위하여 보조 보호 회로를 포함하는 전원들 및 전자식 안정기들에 대한 필요성이 존재한다. 그러한 보조 보호 회로를 갖는 전원 또는 전자식 안정기는 선행기술에 비해 현저한 진전을 나타낸다. Thus, there is a need for power supplies and electronic ballasts that include auxiliary protection circuitry for protection against line drop-out and interphase wiring fault conditions, and to reduce peak inrush current. Power supplies or electronic ballasts with such auxiliary protection circuits show significant progress compared to the prior art.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 보조 보호 회로를 포함하는 장치의 전기 다이어그램이다.1 is an electrical diagram of a device including an auxiliary protection circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 프론트-엔드 회로(front-end circuit)(100), 백-엔드 회로(back-end circuit)(200) 및 보조 보호 회로(300)를 포함하는 장치(10)를 도시한다. 전형적으로 전자기 간섭(EMI) 필터 및 정류기 회로소자(circuitry)를 포함하는 프론트-엔드 회로(100)는 통상의 교류(AC) 전압(예를 들어, 60 헤르쯔에서 277 볼트 rms)의 소스(20)를 받아들이기 위한 제 1 및 제 2 입력 연결부들(12, 14)을 포함한다. AC 전압 소스(20)는 제 1 및 제 2 입력 연결부들(12, 14) 사이에 전압(VAC)을 제공한 다. 전형적으로 역률 교정(예를 들어, 부스트 컨버터) 및 인버터 회로소자를 포함하는 백-엔드 회로(200)는 프론트-엔드 회로(100)에 동작가능하게 결합된다(즉, 반드시 직접 결합되는 것은 아님). 장치(10)의 동작 동안에, 백-엔드 회로(200)는 제 1 및 제 2 출력 연결부들(16, 18)에 의해 전력을 부하(30)에 전달한다. 보조 보호 회로(300)는 프론트-엔드 회로(100)와 백-엔드 회로(200) 사이에 결합된다. 동작 동안에, 보조 보호 회로는 이하의 기능들을 제공한다.1 shows an
(1) 상간 오배선 조건(즉, 여기서 제 1 입력 연결부(12)는 AC 소스(20)의 제 1 상에 연결되고, 제 2 입력 연결부(14)는 AC 소스(20)의 중성 선 대신에 AC 소스(20)의 제 2 상에 연결됨)에 응답하여, 백-엔드 회로(200)를 AC 소스(20)로부터 전기적으로 분리한다.(1) interphase miswiring conditions (ie, where the
(2) 라인-새그 조건(즉, 여기서, AC 소스(20)에 의해 제공되는 AC 전압의 크기(VAC)는 그것의 공칭값보다 상당히 작음)에 응답하여, 백-엔드 회로(200)를 AC 소스(20)로부터 전기적으로 분리한다.(2) in response to the line-sag condition (ie, where the magnitude of the AC voltage (V AC ) provided by the
(3) 피크 돌입 전류(전력을 장치(10)에 처음 인가 시 발생)를 제한한다.(3) Limit peak inrush current (occurs when power is first applied to device 10).
본 발명의 바람직한 실시예에서, 도 1에 예시된 바와 같이, 보조 보호 회로(300)는 제 1 및 제 2 입력 단자들(302, 304), 제 1 및 제 2 출력 단자들(306, 308), 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 노드들(310, 312, 314, 316, 318), 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 전자 스위치들(M1, M2, M3, M4), 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5, 제 6, 제 7, 제 8 저항기들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8) 및 제 1 및 제 2 커패시 터들(C1, C2)을 포함한다.In a preferred embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 1, the
제 1 및 제 2 단자들(302, 304)은 프론트-엔드 회로(100)에 결합된다. 제 1 및 제 2 출력 단자들(306, 308)은 백-엔드 회로(200)에 결합된다. 제 1 전자 스위치(M1)는 제 2 입력 단자(304)와 제 2 출력 단자(308) 사이에 동작가능하게 결합되고, 제 1 전자 스위치(M1)는 제 1 노드(310)에 결합된 제어 단자(332)를 갖는다. 제 2 전자 스위치(M2)는 제 1 노드(310)와 회로 접지(320)(회로 접지(320)는 제 2 입력 단자(304)에 결합됨) 사이에 동작가능하게 결합되고, 제 2 전자 스위치(M2)는 제 5 노드(318)에 결합된 제어 단자(342)를 갖는다. 라인-새그 조건에 응답하여, M2는 턴온되고 그에 의해 M1을 턴오프시킨다. 제 3 전자 스위치(M3)는 제 2 노드(312)와 회로 접지(320) 사이에 동작가능하게 결합되고, 제 3 전자 스위치(M3)는 제 4 노드(316)에 결합된 제어 단자(352)를 갖는다. 라인-새그 조건에 응답하여, M3은 턴오프되고, 그에 의해 M2가 턴온되게 한다(이것은 차례로 M1이 턴오프되게 만든다). 제 4 전자 스위치(M4)는 제 1 노드(310)와 회로 접지(320) 사이에 동작가능하게 결합되고, 제 4 전자 스위치(M4)는 제 3 노드(314)에 결합된 제어 단자(362)를 갖는다. 상간 오배선 조건에 응답하여, M4는 턴온되고, 그에 의해 M1을 턴오프시킨다.The first and
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 전자 스위치들(M1, M2, M3, M4)은 바람직하게 N-채널 전계-효과 트랜지스터(FET)에 의해 구현된다. 보다 특별히, 제 1 전자 스위치(M1)는 제 1 노드(310)에 결합된 게이트 단자(즉, 제어 단자)(332), 제 2 출력 단자(308)에 결합된 드레인 단자(334), 및 제 2 입력 단자(304)에 결합된 소 스 단자(336)를 갖는다. 제 2 전자 스위치(M2)는 제 5 노드(318)에 결합된 게이트 단자(즉, 제어 단자)(342), 제 1 노드(310)에 결합된 드레인 단자(344), 및 회로 접지(320)에 결합된 소스 단자(346)를 갖는다. 제 3 전자 스위치는 제 4 노드(316)에 결합된 게이트 단자(즉, 제어 단자)(352), 제 5 노드(318)에 결합된 드레인 단자(354), 및 회로 접지(320)에 결합된 소스 단자(356)를 포함한다. 마지막으로, 제 4 전자 스위치(M4)는 제 3 노드(314)에 결합된 게이트 단자(즉, 제어 단자(362), 제 1 노드(310)에 결합된 드레인 단자(364), 및 회로 접지(320)에 결합된 소스 단자(366)를 갖는다.As shown in FIG. 1, each of the electronic switches M1, M2, M3, M4 is preferably implemented by an N-channel field-effect transistor (FET). More specifically, the first electronic switch M1 includes a gate terminal (ie, a control terminal) 332 coupled to the
도 1에 예시된 바와 같이, 제 1 저항기(R1)는 제 1 입력 단자(302)와 제 1 노드(310) 사이에 결합된다. 제 2 저항기(R2)는 제 1 노드(310)와 회로 접지(320) 사이에 결합된다. 제 1 커패시터(C1)는 제 1 노드(310)와 회로 접지(320) 사이에 결합된다. 제 3 저항기(R3)는 제 1 입력 단자(302)와 제 2 노드(312) 사이에 결합된다. 제 4 저항기(R4)는 제 2 노드(312)와 제 3 노드(314) 사이에 결합된다. 제 2 커패시터(C2)는 제 2 노드(312)와 회로 접지(320) 사이에 결합된다. 제 5 저항기(R5)는 제 3 노드(314)와 회로 접지(320) 사이에 결합된다. 제 6 저항기(R6)는 제 2 노드(312)와 제 4 노드(316) 사이에 결합된다. 제 7 저항기(R7)는 제 4 노드(316)와 회로 접지(320) 사이에 결합된다. 마지막으로, 제 8 저항기(R8)는 제 2 노드(312)와 제 5 노드(318) 사이에 결합된다.As illustrated in FIG. 1, the first resistor R1 is coupled between the
장치(10)의 정상 동작 동안에(즉, 어떠한 라인-새그 또는 상간 오배선 조건이 존재하지 않을 때), 전자 스위치(M1)는 온(on)되고, 프론트-엔드 회로(100)의 출력이 백-엔드 회로(200)에 제공되며, 즉, 보조 보호 회로(300)는 장치(10)의 정상 동작에 아무런 영향도 주지 않는다.During normal operation of the device 10 (ie when no line-sag or interphase miswiring conditions exist), the electronic switch M1 is turned on and the output of the front-
상간 오배선 조건이 일어난다면, 입력 단자들(302, 304) 양단의 전압은 정상보다 상당히 더 높을 것이다. 저항기들(R1, R2) 및 커패시터(C1)는 이러한 조건 하에서, 노드(310)에서의 전압(Va)이 M1에 대한 턴온 임계치에 도달하기 이전에 노드(314)에서의 전압(Vc)이 M4에 대한 턴온 임계치를 충분히 초과하도록 하는 크기를 갖는다. 따라서, M4는 M1이 턴온될 기회를 갖기 훨씬 이전에 턴온될 것이다. M4가 턴온될 때, 노드(310)에서의 전압(Va)은 약 제로로 하락될 것이고(그 이유는 M4가 턴온될 때, 노드(310)가 회로 접지(320)에 유효하게 연결되기 때문), 그에의해 M1이 턴온되지 않음을 보장한다. M1이 오프일 때, 백-엔드 회로(200)가 임의의 과도한(그리고 잠재적으로 파괴적인) 전압으로부터 보호되고, 그렇지 않으면(즉, 보조 보호 회로(300)가 없다면) 상기 과도한 전압이 상간 오배선 조건을 따라 출력 단자들(306, 308) 양단에 나타날 것이다. M4는 적어도 상간 오배선 조건으로 인한 과도한 전압(입력 단자들(302, 304) 양단에 존재)이 치유되는 시간까지 온(ON)으로 남아있을 것이다(그리고, 대응하여, M1는 오프(OFF)로 남아있을 것임).If a phase miswiring condition occurs, the voltage across the
만약 라인-새그 조건이 일어난다면, 입력 단자들(302, 304) 양단의 전압이 정상보다 상당히 작을 것이다. 저항기(R3, R6, R7)는 이러한 조건 하에서, 노드(316)에서의 전압(Vd)이 M3을 온(ON)으로 유지하는데 필요한 턴온 임계치 아래로 떨어지도록 하는 크기를 갖는다. 따라서, M3이 턴오프될 것이다. M3가 턴오프될 때, 노드(318)에서의 전압(Ve)은 M2의 턴온 임계치를 초과하는 레벨(M3이 턴온될 때는 대략 제로 볼트에 있었음)을 취하도록 허용된다. 따라서 M2는 턴온될 것이다. M2가 턴온될 때, 노드(310)에서의 전압(Va)은 대략 제로로 하강될 것이고(그 이유는 M2가 턴온될 때, 노드(310)가 회로 접지(320)에 유효하게 연결되기 때문), 그에 의하여 M1을 턴오프시킨다. M1이 턴오프될 때, 백-엔드 회로(200)는 라인-새그 조건으로부터 효과적으로 분리되고, 따라서 라인-새그 조건의 결과로서 임의의 바람직스럽지 못한 "폐쇄" 모드로 진입하는 것을 방지한다. M2는 적어도 라인-새그 조건이 치유되어 입력 단자들(302, 304) 양단의 전압이 거의 정상 레벨(이 지점에서 전압(Vd)은 M3에 대한 턴온 임계치보다 더 높을 것이고, 이것은 M3이 턴온되게 하여, Ve가 거의 제로로 되게 하고, 그에 의해 M2를 턴오프시켜 M1이 턴온되게함)로 돌아오는 시간까지 온(ON)으로 남아있을 것이다(그리고, 대응하여 M1은 오프(OFF)로 남아있을 것임).If a line-sag condition occurs, the voltage across the
장치(10)에 대한 AC 전력의 처음 인가 바로 이후에, FET M1은 도전성이 된다(즉, 일단 노드(310)에서의 전압(Va)이 M1에 대한 턴온 임계치에 도달하면). 실질적으로 도 1에 도시된 것으로 구성된 프로토타입 장치에서, 보조 보호 회로(300)의 존재 시, 피크 돌입 전류(제 1 입력 연결부(12) 안으로 흐름)가 50 암페어를 넘는 값(보조 보호 회로(300) 없는 경우)으로부터 단지 몇 암페어 정도의 값(보조 보호 회로가 있는 경우)으로 감소되었음이 관찰되었다. 그리하여, 보조 보호 회로(300)는 피크 돌입 전류를 상당히 감소시키는 추가 이점을 제공한다.Immediately after the initial application of AC power to
장치(10)는 가스 방전 램프들을 위한 다수의 전원 회로들 중 임의의 전원 회로 내부에 또는 가스 방전 램프들을 위한 전자식 안정기들 내부에 유리하게 채택될 수 있다(후자의 응용예를 위하여, 부하(30)는 하나 이상의 가스 방전 램프들로 구성됨). The
비록 본 발명은 특정 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 다수의 수정예들 및 변형예들이 본 발명의 신규한 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 구성될 수 있다.Although the invention has been described with reference to certain preferred embodiments, many modifications and variations can be made by those skilled in the art without departing from the novel spirit and scope of the invention.
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N231 | Notification of change of applicant | ||
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |