(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力の蛍光灯に駆動電源を供給する高出力用蛍光灯安定器において、
低周波交流電源を直流に変換する整流回路部と、
他励式力率改善駆動ドライバ(IC)を具備して前記整流回路部から出力される直流電源の力率を補償してレベルを昇圧させる力率補償回路部と、
前記力率補償回路部から印加される直流電源を設定された高周波交流電源に変換して出力するインバータ回路部とを含み、
前記インバータ回路部はa)インバータ、b)前記インバータに連結される共振回路部、及びc)前記共振回路部に接続される入力電極及び前記蛍光灯に接続される出力電極とを備えて前記蛍光灯に駆動電源を印加する高出力用圧電トランスから成り、
前記高出力圧電トランスは次の化１
【化１】
0003665279.tif 000008
から組成され、前記化１においてaは0〜0.06mol％、bは0.01〜0.05mol％、cは0.01〜0.09mol％、xは0.47〜0.53mol％、kは0.1〜0.7wt％とすることを特徴とする高出力用蛍光灯安定器。
【請求項２】
前記高出力圧電トランスは、
略六面体形状に形成される圧電体ブロックと、
前記圧電体ブロックの上下面中央部に略菱形状又はダイヤモンド形状に形成される入力電極と、
前記圧電体ブロックの上下面周辺部に入力電極と所定間隙程隔てて形成される出力電極と、
から構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力用蛍光灯安定器。
【請求項３】
前記高出力用圧電トランスの動作周波数は66kHzであることを特徴とする請求項１に記載の高出力用蛍光灯安定器。
【請求項４】
前記高出力用蛍光灯安定器はその入力電圧が110〜220Vのフリーボルトであることを特徴とする請求項１に記載の高出力用蛍光灯安定器。
【請求項５】
前記高出力用蛍光灯安定器はその出力電力が14〜28ワットのフリーワットであることを特徴とする請求項１に記載の高出力用蛍光灯安定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電素子を用いて具現した蛍光灯の安定器に関するものとして、より詳細には28ワット級の高出力圧電トランスを用いて具現し、28ワット級の一般蛍光灯に適用可能な高出力用蛍光灯安定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械的振動を利用して電圧変換及び電力伝達機能を働く圧電トランスは既存の巻線型トランスに比して、小型化し易く磁気遮蔽が不要であるという長所を有することから電源回路によく用いられる。
【０００３】
最近は、かかる圧電トランスを冷陰極管用インバータにまでも適用しており、低出力の蛍光灯用安定器にまで適用範囲が拡大されている。更に、蛍光灯は放電管の一種として放電に要する熱電子を放出するには初期に高電圧が必要で、放電後に蛍光灯に印加された電圧は蛍光灯電流が高くなると逆に低くなる負性抵抗特性を有する。
【０００４】
ここで、蛍光灯安定器は初期には点灯に要する高電圧を供給して蛍光灯を点灯させ、点灯後には蛍光灯の電流を制御して一定照度を保たせる役目を果たすのである。従って、蛍光灯安定器は蛍光灯の効率と寿命に直接影響を及ぼすものとして、通常、50Hz/60Hzの交流電源を高周波(20kHz〜100kHz)に変換してから蛍光灯電源に用いて蛍光灯を点灯させ、蛍光灯の効率向上を図るように構成せねばならない。
【０００５】
図４は従来の圧電素子を用いた蛍光灯安定器を示した回路図として、蛍光灯(311)にバラスト(ballast)キャパシター(Cext)を並列連結し、前記蛍光灯(311)を圧電トランス(312)の出力端に連結し、前記圧電トランス(312)の入力端をトランジスタ(S1、S2)を通じて整流端に連結し、前記圧電トランス(312)の入力側に力率改善のためクランピングダイオード(D21)、(D22)とチャージポンプキャパシター(Cin)を連結して構成する。
【０００６】
前記具備された圧電トランス(312)はPbTi03系やPb(Zr、Ti)03系の圧電素子として、最大出力18ワット級の低出力用で、前記においては力率補償のため安定器駆動回路内にチャージポンプキャパシター(charge pump capacitor)(Cin)を具備する。更に、バラストキャパシター(Cext)は、一般に点灯前には負荷特性の高いインピーダンス(例えば、数ＭΩ)を有し、点灯後は比較的低いインピーダンス(例えば、数ＫΩ以下)を有する蛍光灯の特性に因り、蛍光灯の初期印加電圧は高く、点灯後には低くするよう具備されるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の如き構成を用いて最大出力18Watt以上を得ようとすると、圧電トランスの圧電体を並列連結するか、又は積層型を用いなければならない。かくして、従来の高出力用安定器駆動回路の具現にあたって、部品数が増加したり製造工程が複雑になり、結果として価格が上昇するという問題が起こった。また、前記力率補償のために用いたチャージポンプキャパシター(Cin)は、一般に力率(power factor)値が低い為に所望の規格を満足できないという問題を抱えている。更に、従来の安定器の具現にバラストキャパシター(Cext)が必需的に具備せざる負えなかった為、多灯用安定器の設計時にバラストキャパシターの数量の増加により費用が増加して設計が複雑になる等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上述した従来の諸問題を解決しようと案出されたものとして、その目的は、部品の増加や製造工程の複雑化をもたらすことなく具現可能な18ワット級以上最大28ワット級迄の高出力用蛍光灯安定器を提供することである。
【０００９】
更に、本発明の異なる目的は、バラストキャパシターを具備せずとも安定した点灯/消灯動作の可能な高出力用安定器駆動回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による蛍光灯用安定器は、上述の目的を成し遂げる構成手段として、交流電源を直流に変換出力する整流回路部と、他励式力率改善駆動ドライバ(IC)を具備して前記整流回路部から出力された直流電源の力率を補償してレベルを昇圧させる力率補償回路部と、前記力率補償回路部から出力された直流電圧を設定周波数の交流電圧に変換出力するインバータ回路部とを含み、前記インバータ回路部がa)直流電圧を所定交流電圧に変換するインバータ、b)前記インバータの出力に連結される共振回路部、c)前記共振回路部に入力電極が連結されて蛍光灯に出力電極が連結される高出力圧電トランスから成ることを要旨とする。前記高出力圧電トランスは次の化２
【化２】
0003665279.tif 000002
から組成されることを要旨とする。前記化２においてaは0〜0.06mol％、bは0.01〜0.05mol％、cは0.01〜0.09mol％、xは0.47〜0.53mol％、kは0.1〜0.7wt％とすることを要旨とする。前記高出力圧電トランスは、略六面体形状に形成される圧電体ブロックと、前記圧電体ブロックの上下面中央部に略菱形状又はダイヤモンド形状に形成される入力電極と、前記圧電体ブロックの上下面周辺部に入力電極と所定間隙程隔てて形成される出力電極とから構成されることを要旨とする。前記高出力用圧電トランスの動作周波数は66kHzであることを要旨とする。前記高出力用蛍光灯安定器はその入力電圧が110〜220Vのフリーボルトであることを要旨とする。前記高出力用蛍光灯安定器はその出力電力が14〜28ワットのフリーワットであることを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は本発明の出願人により既出願された韓国特許出願番号第2000-23901号、同2000-23902号、同2000-23903号に係り、前記特許出願に開示された内容を参照する。図１は本発明による高出力用蛍光灯安定器を示したブロック構成図で、図２は前記高出力用蛍光灯安定器の一実施の形態を示した詳細回路図であり、50Hz/60Hzの常用交流電源(AC100〜220V)を所定レベルの直流電源に変換する整流回路部(21)と、前記整流回路部(21)から出力される直流電源が入力交流電源の変化に係らず一定になるよう交流電源に対する力率を補償する力率補償回路部(22)と、前記力率補償回路部(22)から出力された直流電圧を設定周波数の交流電圧に変換出力するものとしてインバータ(231)と共振回路部(232)と高出力圧電トランス(23b)とから成るインバータ回路部(23)と、前記インバータ回路部(23)の高出力用圧電トランス(23b)の出力端に連結されて圧電トランス(23b)から出力された高周波交流電源により点灯される蛍光灯(24a)から成るランプ部(24)とから成る。
【００１２】
前記安定器駆動回路に具備された高出力用圧電トランス(23b)は
【化３】
0003665279.tif 000003
から組成されたものとして、前記においてaは0〜0.06mol％、bは0.01〜0.05mol％、cは0.01〜0.09mol％、xは0.47〜0.53mol％、kは0.1〜0.7wt％となる。
【００１３】
前記高出力用圧電トランス(23b)はPb(Zr、Ti)03の2成分系に機械的品質係数(Qm)と電気機械結合係数(Kp)を増加させようと
【化４】
0003665279.tif 000004
を添加し、焼結温度を下げながら誘電率を高めようと
【化５】
0003665279.tif 000005
を添加して4成分系にすることにより、28ワット級の高出力に適合するよう具現したもので、更に、
【化６】
0003665279.tif 000006
が共振周波数の温度特性を劣らせることを防ぎながら誘電率を高め、高電圧の印加時に物性の劣化を防ぐためにPbー定量の代わりにSrを添加したりもする。
【００１４】
前記の如く本発明による高出力用蛍光灯安定器に具備される圧電トランス(23b)を具現する組成物に対する説明は、本発明の出願人により韓国に既出願された特許出願第2000-23901号及び同特許出願第2000-23902号に詳細に記載されている。更に、前記高出力用圧電トランス(23b)は圧電体ブロックに印加される応力が最小化されて圧電体ブロックに熱が発生するのを防ぎ、圧電体ブロックの破損や効率低下を防ぐために、入力電極を圧電体ブロック中央部にダイヤモンド形又は菱形又は略十字形等に形成して該周辺に出力電極を入力電極と所定間隙程隔てて形成する。
【００１５】
図３は本発明による高出力用圧電トランス(23b)の実施の形態を示した平面図(Ａ)及び断面図(Ｂ)である。前記高出力用圧電トランスは図示のとおり、略六面体形状に形成された圧電体ブロック(101)と、前記圧電体ブロック(101)の上下面中央部に略菱形状又はダイヤモンド形状に形成される入力電極(103)と、前記圧電体ブロック(101)の上下面に入力電極(103)と所定距離程隔てて形成される出力電極(105)とから成る。
【００１６】
前記図３(Ａ)、(Ｂ)に示した圧電トランスは通常中央側で応力が大きく、更に電気的信号が入力されて機械的振動が起こる場合、振動が主に入力電極(103)と出力電極(105)側で強く生じる点を利用して、中央領域の電極大を小さくすることで応力を抑え、その結果熱の発生を減少せしめる。
【００１７】
以上の如き圧電トランスの構造及びその作用は本発明の出願人により既出願された韓国特許出願番号第2000-23903号に詳細に記載されている。本発明による蛍光灯安定器において前記高出力用圧電トランス(23b)の動作周波数は66KHzとする。
【００１８】
上述した構成の安定器駆動回路は整流回路部(21)で低周波交流電源を所定レベルの直流に変換させ、力率補償回路部(22)で力率を補償すると、インバータ回路部(23)ではインバータ(231)が直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧は共振回路部(231)及び高出力圧電トランス(23b)により蛍光灯(24a)に伝わる。
【００１９】
前記において、インバータ回路部(23)の動作を図２の詳細回路図に基づいてより具体的に説明すれば、インバータ駆動ドライバ(23a)がスイッチングトランジスタ(T1、T2)を設定周波数によりスイッチング動作させ、前記直流に対して設定高周波信号を発生させ、前記高周波交流電圧によりインダクタ(L)と圧電トランス(23b)のキャパシタンスにより形成される直列共振回路が共振される。即ち、前記インダクタ(L)及び圧電トランス(23b)のキャパシタンス成分から成る直列共振回路が前記インバータ部から提供される高周波により共振すると、前記高出力用圧電トランス(23b)の出力端に連結された蛍光灯(24a)に一定の高周波電源が印加され、前記蛍光灯(24a)が点灯される。
【００２０】
前記において、力率補償回路部(22)はチャージポンプを用いた自励式(passive type)でなくドライブICを用いた他励式(active type)に具現する。何故ならば、自励式の場合はスイッチングトランジスタとコイルの偏差が甚だしい為、品質を保証し難く製造時の歩留りが低いが、他励式は設計偏差が無く品質が均一という長所がある為、前記において他励式ドライバを用いる。
【００２１】
前記の如く構成された安定器駆動回路は従来の安定器とは異なり、高出力用圧電トランス(23b)の出力特性が28ワット級蛍光灯の負荷特性とよくマッチする為、初期点灯のためにバラストキャパシターを必要としない。即ち、点灯前に蛍光灯が高いインピーダンス、即ち数ＭΩのインピーダンスを有しても、前記圧電トランス(23b)の機械的品質係数(Qm)が充分なので出力特性の充分に高い電圧を有して始動可能になり、点灯後に相対的に低いインピーダンス、例えば950Ωのインピーダンス(28ワット級蛍光灯)を有しても安定した電圧状態を呈する為にバラストキャパシターが無くとも回路駆動が可能になる。
【００２２】
従って、価格面において従来の安定器より可成り有利になり、殊に巻線型多灯用安定器の設計時(例えば、2灯用4個、3灯用6個等)、従来にはバラストキャパシターの数量が増加したが、本発明の圧電トランスを採用する場合はバラストキャパシターが不要になるので、原価節減及び小型軽量化を図り設計の自由が幅広くなる。
【００２３】
更に、本発明による安定器駆動回路は入力側の電源を110〜220Vの間で変化させたり、蛍光灯をフリーボルト(14〜28ワット)に変換させても、格別な回路変化なしで安定した蛍光灯出力の具現を可能にする。これは、入力側の電圧が変化したり、出力負荷が変わっても高出力用圧電トランス(23b)の蛍光灯との符合性が優れてL、C共振が円滑に行われる為である。
【００２４】
下記表１は本発明による安定器駆動回路の特性値を他社製品と比較したテーブルである。
【００２５】
【表１】
0003665279.tif 000007
前記表１に示した如く、本発明による圧電トランスを採用した安定器を提供した場合は、優れた力率及び電流の高調波含有率を呈することが判り、蛍光灯の寿命に係るクレストファクター(crest factor)の場合も1.7未満の優れた特性を呈することが判る。
【００２６】
【発明の効果】
上述したとおり、本発明は圧電素子、即ち高出力圧電体を用いた圧電トランスを採用した28ワット級蛍光灯の安定器及び力率補償回路を提供することにより、バラストキャパシターが不要になり、その結果小型軽量化の為の設計自由度の向上及び多灯用設計時の原価節減効果を奏し、更に圧電トランスの圧電特性が蛍光灯との符合性に優れた為に110〜220Vのフリーボルト、14〜28ワットのフリーワットが可能になり、これと共に安定器の設置が容易になり在庫減少効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高出力用蛍光灯安定器を示したブロック構成図である。
【図２】本発明による高出力用蛍光灯安定器の一実施の形態を示した詳細回路図である。
【図３】本発明による蛍光灯安定器に具備した圧電トランスの構成を示した斜視図である。
【図４】従来の圧電素子を用いた蛍光灯安定器を示した回路図である。
【符号の説明】
21  整流回路部
22  力率補償回路部
23  インバータ回路部
23a  インバータ駆動ドライバ
24  ランプ部
231  インバータ
232  共振回路部
233  圧電トランス
【図１】
0003665279.tif 000009
【図２】
0003665279.tif 000010
【図３】
0003665279.tif 000011
【図４】
0003665279.tif 000012