전자식 안정기 일반사항

전자식 안정기 일반사항(AC supplied electronic ballasts for fluorescent lamps)

가. 개요

전자식 안정기는 고효율을 목표로 안정기의 자체손실은 최소로 하고 고주파(20~50㎑) 점등으로 발광효율을 상용주파수 점등과 비교하여 약 10% 향상시킨 형광등용 안정기로서 반도체부품 사용으로 절전은 물론 안정기의 수명연장에 따른 유지비 절감, 안정기 자체온도가 자기회로식 안정기에 비해 현저히 낮아 냉방유지비도 절감된다.

나. 구성

전원입력 → 서지 및 노이즈 방지회로 → 전원변환회로(정류회로) → 평활회로 → 발진회로 → 증폭회로 → 공진회로 → 형광램프

전력변환회로에는 램프수명 종료후 관전류 증대 방지회로 구성.

1. 특징

장점	단점
고주파 점등으로 깜박임 최소. 저소음, 저전압, 저온시동. 램프 사용에 제한이 없다. 에너지 절약효과(래피드 비 26%)	고주파 장해 Line Noise 순간점등에 따른 램프수명 단축. 불량율 과다.

1. 자력식

트랜지스터가 발진작용과 전력 스위칭의 두 가지 동작을 하며 회로가 간단하고 부품 수가 적으나 동작이 트랜지스터의 특성에 좌우되며 저온시기 등에 문제가 된다.

2. 타력식

전자회로 내부에 독립된 발진회로를 가지며 이 발진 전압에 동ㅇ한 신호로 스위칭 트랜지스터로 구동하는 회로로 PWM방식은 펄스 폭을 임의의 크기로 변화시킬 수 있으며 소 전력에서 대전력에 이르기까지 사용 가능하다.

3. KSC-8100 형광램프용 전자식 안정기에 의한 종류

안정기시동방식에 따른 분류		적용램프	사용장소에 따른 구분	물에 대한 보호에 따른 구분	역률에 따른 구분	보호기능의 최고 표면온도에 따른 구분
비예열방식		FL, FLR, FHF, FSL, FCL, CF	옥내용 기구내용	없는 것 방말형(SP) 방침형(WT)	저역률 고역률	100℃이하의 것 100℃ 초과 150℃ 이하인 것(¹)
예열방식	음극전류예열방식	FL, FLR, FHF, FCL, CF
	음극전압예열방식

주(¹) : 보호기능의 최고 표면온도에 따른 구분은 ▽ 내에 100℃ 이하인 것은 TAB, 100℃를 초과하는 것은 ▽ 내에 최고표면온도값을 표기한다.
[비고] 비예열방식의 적용램프는 참고로 규정한다.

1. 자력식과 타력식의 특성비교

구분	자력식	타력식
회로부품수	적다	많다
출력잡음	저감이 어렵다	저감이 가능하다
온도안정성	저온시 기동에 문제가 된다.	문제가 없다
출력전압 제어방법	Rcc회로, 자기 증폭기, 초퍼제어회로를 조합	펄스 제어가 용이하다 PWM, PFM 조합이 가능하다.
설계용이도	용이
설계신뢰도	보증이 곤란하다
과부하 보호	완전단락시 보호가 어렵다. 출력조정폭이 좁다.	단락시에도 쉽게 보호가 가능하다. 출력제어폭이 넓다.

2. 전자식안정기와 래피드 안정기의 특성비교(220/40W 기준)

구분		래피드	전자식
일 반 적	소음	발생	거의 없음
	무게	500~1,000g	200~250g
	플리커	발생	없음
	램프구분	래피드형광등만 사용	구분없음
	전력절감	-	약 26% 절감
전 기 적	입력전압	220V	220V
	입력전류 40W기준	0.21 ~ 0.25 A	0.165 ~ 0.18 A
	입력전력	-	약 26% 절감
	역율	89~96%	90% 이상
	고조파 함유율	28~36%	36%
	정격주파수	60㎐	20~50㎑
	플리커	발생	없음
	점등방식	필라멘트 예열방식	Soft-Start, 순간점등

3. 형광램프용 전자식 안정기의 성능(KCC-8100)

2차전압
무부하시의 2차전압을 정격 2차전압으로 하는 것에서는 정격2차 전압값의 90~110 범위내이어야 한다.
시동성
램프의 시동은 KSC-7601(일반조명용 형광램프) 및 KSC-7615에 따라 시험했을 때 다음에 적합하여햐 한다.
(1) 주위온도 20~27℃에서 정격입력전압으로 3초 이내에 시동되어야 한다. 또 동일 주위온도에서 정격입혁전압의 94% 전압에서는 확실하게 시동되어야 한다.
(2) KSC-7601의 9.3.4(2) a~c 저온시동시험 주위온도에서 정격입력전압으로 확실하게 시동되어야 한다.
램프전류 및 광출력변화
램프전류 및 광출력은 램프전류 정격2차 전류값의 115% 이하, 광출력은 시험용 안정기 점등시에 대하여 90% 이상이어야 한다. 또한 고출력형 안정기의 광출력비 값은 안정기에 표시된 정격 광출력비의 0.9 이상이어야 한다.
광출력 변동률

안정기의 종류	시험용 안정기 점등시에 대한 광출력비
	정격입력전압의 90%일 때	정격입력전압의 110%일 때
적합램프의 정격램프 전력이 10W 이하인 것	85% 이상	130% 이하
적합램프의 정격램프 전력이 10W를 넘는 것		115% 이하
슬림라인형 램프를 사용하는 것.
고출력형 안정기
고주파 점등 전용형

[비고] 고출력형 안정기의 광출력 기준은 시험용 안정기의 시험용 기준 전압의 90% 및 110%로 점등했을 때의 광출력에(정격 광출력비/100)을 곱한 값으로 한다.

램프전류 파형
(1) 입력전압(60Hz)의 연속된 正負의 半사이클에 대응하는 램프전류(고주파)의 포락파형(그림1)은 거의 같아야 한다.
(2) 파고율(최대값/실효값)은 2.1 이하이어야 한다.
입력전류 및 입력전력
표시된 값의 90~110% 범위 내이어야 한다.
다만, 적합 램프의 정격램프전력이 10W 이하인 안정기에서는80~120% 범위 내이어야 한다.
역률은 0.9 이상이어야 한다.
자기영향에 의한 전류값의 변동률은 자기의 영향에 대하여 적절하게 보호되는 것으로 하고, 전류값의 변동률은 2% 이하이어야 한다.
소음은 30dB 이하이어야 한다.
내습성은 안정기를 주위온도 25±5℃, 상대습도 90~95%의 분위기중에 48시간 둔 후 500V 메거로 측정하였을 때 절연저항은 2㏁ 이상이어야 한다.
온도상승
[표] 허용온도 상승값

측정위치		평상온도상승 ℃		이상온도상승 ℃
측정위치		정격입력전압의 100%일 때	정격입력전압의 106%일 때	정격입력전압의 100%일 때
권선	A종 절연인 것	60 이하	70 이하	125
	E종 절연인 것	75 이하	85 이하	140
	B종 절연인 것	85 이하	95 이하	150
외곽		50 이하	60 이하	105
정류체(전원회로에 사용하는 물체)
실리콘제인 것		90 이하	-	-

절연저항은 평상온도상승 시험을 한 직후에 5㏁ 이상이어야 한다. 다만, 온도상승을 하지 않을 경우의 냉간 절연저항값은 30㏁ 이상이어야 한다.
[비고] 냉간 절연저항이란 안정기의 온도가 주위온도와 평형한 상태의 절연저항을 말한다, 이평형상태란 통상 사용 후 12시간 이상 방치한 상태이다.
방수성은 방말형 및 방침형안정기에 대항 방수성시험을 한 직후에 절연저항이 2㏁ 이상이고 또한, 다음표의 값에 견디어야 한다.
[표] 내전압시험의 가하는 전압

정격입력전압 또는 정격2차전압[E]	가하는 전압[V]
30 이하	500
30초과 150이하	1000
150초과 300이하	1500
300초과 1000이하	2E + 1000

보호기능
(1) 부동작 특성
안정기의 입력단자사이에 정격주파수의 정격입력전압을 가하여 램프를 접속하고 각 부의 온도가 일정해질 때까지 이 상태를 계속하는 상태 및 이상온도상승시험중 가장 온도가 높아지는 상태로 하고, 안정기의 입력단자 사이에 정격 주파수에서 정격 입력전압의 106% 전압을 가하여 램프를 점등하고, 각부의 온도가 일정해질 때까지 상태를 계속하는 시험을 했을 때 보호기구가작동하지 않아야 한다. 또 시험전후의 일반전기특성(입력전류,입력전력 및 램프전류 등)의 변화가 없어야 한다. 단, 자동복귀형 보호기구를 사용하는 경우에는 후자의 시험에서는 보호기구가 작동하여도 좋다.
(2) 최고표면온도가 100℃이하인 안정기의 동작특성
동작특성은 시험시 안정기의 표면온도가 105℃ 이하이어야 한다. 또한 자동복귀형 보호기구가 작동하는 경우에는 보호기구 자동복귀(on)시의 안정기 표면온도는 85℃ 이하이어야 한다.
(3) 최고표면온도가 100℃를 초과 150℃ 이하인 안정기의 동작특성
동작특성은 시험시 아정기의 표면온도가 최고표면온도를 초과하지 않아야 한다.다만, 보호기구가 작동한 후 15분 이내에는 표시온도 10% 이하의 온도상승은 허용된다.
내전원 충격파 특성
입력단자사이 및 입력단자의 한 끝과 외곽 상이의 내전원 충격파 특성은 다음표의 안정기의 입력단자사이 및 입력단자의 한 끝과 외곽사이에 전압극성의 정부를 각각 3회 반복하여 가한후 안정기는 정상적으로 작동되어야 한다.
[표] 충격파전압의 특성

	입력단자간	입력단자의 한 끝과 외곽간
무부하전압 첨두값	1000V±3%	2500V±3%
파두길이	1.2㎲±30%	1.2㎲±30%
파미길이	50㎲±20%	50㎲±20%

전류 고조파 함유율은 저고조파 함유형의 경우 20% 이하, 고고조파함유형은 30% 이하이어야 한다.
전자파장해
잡음전계강도는 다음표의 값 이하이어야 한다.
[표] 잡음전계강도

주파수범위 ㎒	잡음전계강도 dB
30 이상 88 이하	40(39)
88 초과 216 이하	43.5(43.5)
216 초과 960 이하	46(46.5)
960 초과	54(49.5)

[비고]
1. ( )안의 수치는 10m 떨어진 점에 안테나를 설치하여 측정한 것으로 일반 가정에서는 사용되지 않고 상공지역에서만 사용할 수 있는 취지의 표시를 부착한 것에 적용한다.
2. dB은 1㎶/m를 0dB로 하여 산출한 값이다.

잡음 단자전압의 허용값은 다음 표의 값 이하이어야 한다.
[표] 잡음단자전압

주파수범위 ㎒	잡음전계강도 dB
0.45 이상 1.705 이하	48(60)
1.705 초과 30 이하	48(69.5)

[비고]
1. ( )안의 수치는 일반가정에서 사용되지 않고 상곡지역에서만 사용할 수 있는 취지의 표시를 부착한 것에 적용한다.
2. dB는 1㎶/m를 0dB로 하여 산출한 값이다.

내열성
합성수지 외곽인 경우에 한하며, 시험시 변형이 없어야 한다.
난연성
합성수지 외곽인 경우에 한하며 시험에 불꽃이 자연히 꺼져야 한다.

마. 전자식 안정기의 문제점

전압변동 및 서지전압에 약하다.
고조파 함유율이 높다.
고조파 장해(가전제품, 통신기기, 자동화기기).
순간점등으로 피크전압에 의한 램프 흑화현상 발생.

모든 기기에 전류가 급격히 변화하면 이에 따른 전자노이즈가 발생하게 되며 재래식 조명기기의 경우에는 주로 기동시 과도현상에 의한 장해였으나 최근의 전자식 기기는 반도체 스위칭 소자를 사용하여 고주파를 이용하게 된다.그러나 이러한 종류의 전원은 많은 장점을 가지지만 동작하는 동안 중대한 전자 노이즈의 발생원인이 된다.
{전자파 장해(EMI : Electromagnetic Interference)란 희망하는 수신신호에 간섭을 일으켜 손상을 주는 현상이다.}

1. 전자노이즈의 영향

기기의 오 동작 유발로 품질저하.
설비손상.
종업원의 안정상의 불안 및 담당자의 불안가중.
생산효율저하.
다른 전자기기에의 영향.
통신에 장해

2. 형광등 전자노이즈의 특성 및 대책

2-1. 글로우 스타터를 사용하는 경우

원인 : 스타터 접점의 on/off시 발생
대책 : 스타터에 병렬 커패시터를 부착하여 순간적인 전압의 변화를 흡수하여 제거한다.

2-2. 전자식 안정기의 경우

전도노이즈와 방사노이즈 발생(전도노이즈가 주성분)
대책 : 필터회로를 사용하여 감소.
필터 사용상 주의 사항
- 차단주파수와 감쇄량 : 전원용 LC, 신호용 RC 필터 사용.
- 응답특성 : 필터의 사용으로 인한 본래신호의 응답특성 변화.
- 소자의 내압 : 서지전압에 대한 보호회로가 필요하다.
- 누설전류 : 접지 파손을 고려하여 최대 3.5㎃이하까지 허용.
- 인덕턴스 L로부터의 복사 노이즈 : L을 사용한 필터는 노이즈가 L의 양단에 나타난다.

3. 노이즈의 종류

3-1. 복사 또는 반사 노이즈(Radiative EMI) : 30㎒ 초과

전도성 노이즈가 자유공간을 통해 정전결합과 전자결합을 일으켜 2차유도 되는 노이즈.

3-1-1. 방지대책

차폐 : 정전차폐, 전자차폐, 자기차폐
(전자식 안정기의 경우 철제기구에 쉴드)
차폐재료
- 금속 : 철판, 알루미늄판 등.
- 플라스틱 : 표면에 도전층 또는 도전성 충진제를 혼입한 것.

3-2. 전도성 노이즈(Conductive 또는 Line Noise): 30㎒ 이하

전원선과 접지선을 통해 유기되는 노이즈를 말한다.

3-2-1. 방지대책

차폐 : 정전차폐, 전자차폐, 자기차폐
라인을 통해 들어오는 일시적인 과전압은 과전압 보호소자 설치.(바리스터, ZNR, SA)
라인 필터의 설치 : 입력단자 가까운 곳에 설치한다.
제품설계시 불필요한 스위치 소자 사용을 줄인다.
과도현상 억제 다이오드 사용.
최단거리 배선.

3-3. 주파수 대역으로 본 대책방법

10~30㎑의 경우 : 노멀모드 대책강구
30㎑~10㎒의 경우 : 코먼보드대책 강구
10~30㎒의 경우 : 주변과의 결합에 주의(어스인덕터)
30㎒ 초과의 경우 : 방사노이즈에 대한 대책을 강구 한다.

사. 전자식 안정기 채택시 검토사항

타력식의 안정기 일 것.
고유주파수 대역이 40~50㎑일 것.
고조파 함유율이 35% 이하일 것.
파고율이 1.7 이하일 것.
조광이 가능할 것.(PWM,PFM)
노이즈방지 및 서지방지회로를 가질 것.
케이스가 난연성일 것.

고역율일 것.
오 결선에 대비한 보호회로를 가질 것.
관전류 증대로 인한 안정기 파괴 방지회로 구성.

신 기 술

형광등 밝기조절 디지털 안정기 개발