JP2005100923A - 低出力マイクロウェーブ照明装置及びそれを利用したフリッカー除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 力率補償回路及びインバータ用トランスを利用して、低出力時に発生するフリッカー現象を除去することで、システムの安全性を改善し得る低出力マイクロウェーブ照明装置及びこれを利用したフリッカー除去方法を提供する。
【解決手段】 低出力マイクロウェーブ照明装置は、電源部100を通して入力される常用交流電源を整流して直流電圧に出力する整流部200と、整流部200を通して入力される直流電圧の力率を補償する力率補償部300と、力率補償された直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するインバータ回路部410と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロウエーブ照明システムに係るもので、詳しくは、低出力時に発生するフリッカー現象を除去して、システムの安全性を改善し得る低出力マイクロウェーブ照明装置及びそれを利用したフリッカー除去方法に関するものである。

最近、マイクロウェーブを利用した照明システムが開発されているが、このような照明システムは、長寿で発光効率や特性が良好であるため、使用が漸次増加されつつある。

図4は従来のマイクロウェーブを利用した照明装置を示したブロック図で、図示されたように、マイクロウェーブを利用した照明装置は、マイクロウエーブを発生するマグネトロン10と、内部に無電極電球20を有して、前記マグネトロン10から供給されるマイクロウエーブを共振させ、前記無電極電球20でマイクロウエーブエネルギーを光に変換するとき、該変換された光を最大限外部に排出させるメッシュ(mesh)状に構成された共振器30と、前記マグネトロン10から発生されたマイクロウエーブを前記共振器30に案内するウェーブガイド40と、外部から電源を受けて高圧に昇圧させた後、前記マグネトロン10に供給する高圧発生部50と、前記マグネトロン10及び高圧発生部50から自体的に発生する熱による過熱現象を防止するために冷却させる冷却部70と、前記マグネトロン10に高圧を印加する高圧発生部50及び前記冷却部70の動作を制御する制御部60と、冷却終了可否を記憶する冷却終了記憶部80と、を含んで構成されている。

以下、このように構成された従来マイクロウェーブを利用した照明装置の動作について説明する。

まず、高圧発生部50は、制御部60から出力される駆動信号によって外部から入力された交流電源を昇圧させた後、該昇圧された高圧の交流電源をマグネトロン10に供給する。

次いで、前記マグネトロン10は、前記高圧発生部50から出力される高圧により発振し、非常に高い周波数のマイクロウエーブをウェーブガイド40を通して共振器30の内部の無電極電球20に集中させる。これによって、前記無電極電球20は、マイクロウェーブエネルギーを吸収して光を発生するようになる。このとき、前記制御部60は、前記高圧発生部50の駆動時、該高圧発生部50及びマグネトロン10自体の発熱による過熱現象を防止するために、冷却部70を駆動させることで、前記高圧発生部50、マグネトロン10及び無電極電球20を冷却する。

一方、ランプをオフにした後、再び稼動するためには、無電極電球20を充分冷却させて再発光する必要があるため、前記ランプをオフにした後、所定時間の間冷却部70を稼動して充分に冷却し、冷却終了記憶部80に冷却終了状態を記録した後、冷却部70の駆動を停止する。

次いで、再起動時、前記制御部60は、冷却終了記憶部80の内容を読み出して、冷却が終了すると直ちに再起動し、そうでない場合、所定時間の間冷却部70を駆動した後、再び起動させる。

一方、前記マイクロウエーブ照明装置は、前記マグネトロンを駆動するためにリニア高電圧トランスを利用する。

図5は従来リニア高電圧トランスを利用した高圧発生部の回路図で、図6は従来マイクロウエーブ照明装置の出力波形を示した説明図である。

図示されたように、従来のマイクロウエーブ照明装置は、前記リニア高電圧トランスの1次側電圧により誘起される２次側電圧を通して無電極電球の点灯を行う。

然るに、従来のマイクロウエーブ照明装置においては、常用交流電源が所定値以上変動すると、力率が悪化してノイズ及び回路の負荷量が増加されることで、システムの安全性が低下する現象が発生する。即ち、図6に示したように、低出力ランプを放電管内のプラズマ状態で120Hzの正弦低周波入力電流により点灯するとき、ランプ電力の瞬時値が周期的に変化することで、放電管内の温度変化に波動が引き起こされ、光源の震え現象であるフリッカー現象が発生するという不都合な点があった。

よって、照明装置の寿命が短縮され、リップルにより不安定な点灯作用が発生することで、照明装置の効率が低下されるという不都合な点があった。

又、前記リニア高電圧トランスは、設備構成時、容積及び重さによって原価が上昇するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、力率補償回路及びインバータ用トランスを利用して、低出力時に発生するフリッカー現象を除去することで、システムの安全性を改善し得る低出力マイクロウェーブ照明装置及びこれを利用したフリッカー除去方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る低出力マイクロウェーブ照明装置は、電源部を通して入力される常用交流電源を整流して直流電圧に出力する整流部と、整流部を通して入力される直流電圧の力率を補償する力率補償部と、力率補償された直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するインバータ回路部と、を有することを特徴とする。

又、本発明に係る低出力マイクロウェーブ照明装置を利用したフリッカー除去方法は、常用交流電源を整流して直流電圧を出力する段階と、力率改善のためのPFC回路を通して直流電圧を昇圧させることでリップルを減少する段階と、直流電圧を受けてハーフブリッジを通して周波数を可変した後、交流電圧を出力する段階と、交流電圧を受けてマグネトロンを駆動する段階と、を順次行うことを特徴とする。

本発明に係る低出力マイクロウエーブ照明装置は、PFC回路を利用して120Hzのリップルを減少し、ハーフブリッジ型インバータを利用して20KHz以上で駆動することで、フリッカー現象を除去し得るという効果がある。又、半導体素子を利用したPFC回路及びハーフブリッジ回路を利用することで、従来のリニア高電圧トランスより容積及び重さを減少し得るという効果がある。

以下、本発明に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。

図1は本発明に係るマイクロウエーブ照明装置を示したブロック図で、図示されたように、本発明に係る低出力マイクロウエーブ照明装置は、電源部100を通して入力される常用交流電源を整流することで直流電圧に出力する整流部200と、該整流部200を通して入力される直流電圧の力率を補償する力率補償部300と、該力率補償された直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するインバータ回路部400と、該インバータ回路部400から入力される交流電圧を変圧させて、マグネトロンフィラメント電流及び高圧の電圧を発生するマグネトロン駆動部500と、該マグネトロン駆動部500から出力される高圧の電圧及び電流により点灯されるマグネトロン600と、を含んで構成されている。

このとき、前記力率補償部300は、前記整流部200を通して入力される整流信号により力率補償のための制御信号を出力するPFC制御部320と、前記制御信号を受けて、前記整流部200を通して入力される直流電圧の力率を補償するPFC回路部310と、から構成される。又、前記インバータ回路部400は、前記力率補償部300から出力される直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するハーフブリッジ型インバータ410と、該ハーフブリッジ型インバータ410のスイッチングを制御するためのスイッチング制御信号を出力するインバータ駆動部420と、から構成される。

図2は本発明に係るマイクロウエーブ照明装置の回路図で、前記力率補償部300及びインバータ回路部400を含むマイクロウエーブ照明装置の構成を、図面に基づいて説明すると、まず、前記力率補償部300は、前記整流された直流電圧をPFC出力電圧に変換するコイルL1、整流用ダイオードD1及び平滑用コンデンサC2と、前記PFC出力電圧を二つの抵抗R2、R3に分配してフィードバック電圧を出力するフィードバック検出部340と、前記二つの抵抗R2、R3の接続点からフィードバック電圧を受けて、前記PFC出力電圧の力率を調整するための制御信号を出力するPFC制御部320と、該PFC制御部320から出力される制御信号をゲート端から受けてオン/オフにし、ドレイン端が前記コイルL1及び整流用ダイオードD1の接続点に連結されたMOSFET部330と、を含んで構成される。又、前記入力された直流電圧に応じてフィードバック電圧の相違した回路を構成すると、PFC制御部320により他の制御信号を前記MOSFET部に印加することができる。よって、前記力率補償部300は、多様なPFC出力電圧が出力されるように構成することができる。

一方、前記インバータ回路部400は二つのMOSFETを含み、それらMOSFETのドレインとソース間にダイオードが内蔵されたハーフブリッジ型インバータ410と、該ハーフブリッジ型インバータ部410のスイッチングを制御するためのスイッチング制御信号を出力するインバータ駆動部420と、から構成される。このとき、前記ハーフブリッジ型インバータ410は、スイッチング素子のMOSFETがQ2、Q3の二つであるが、MOSFETのドレイン・ソース間にダイオードが内蔵されているので、電力半導体スイッチは四つになる。よって、交流出力電圧は、MOSFETのQ2、Q3の制御方法によって決定される。

以下、このように構成された本発明に係るマイクロウェーブ照明装置の動作について説明する。

まず、整流部200は、前記電源部100を通して入力される常用交流電源を整流し、それに対応する直流電圧をPFC回路部310に印加する。

次いで、前記整流された直流電圧は、PFC回路部310のコイルL1を通してMOSFET部330及び整流用ダイオードD1に印加され、よって、前記整流用ダイオードD1の出力電源は、平滑用コンデンサC2により平滑されて直流出力電圧VoutのPFC出力電圧に変換される。このとき、PFC制御部320は、前記整流部200を通して入力される整流信号により直流電圧の力率を補償するための制御信号をPFC回路部310のMOSFET部330に印加する。

よって、MOSFET部330がオンになると、前記入力直流電圧のエネルギーがコイルL1に蓄積され、MOSFET部330がオフになると、前記コイルL1に蓄積されたエネルギーが前記入力直流電圧に重なった後、整流用ダイオードD1により整流され、平滑用コンデンサC2により直流出力電圧に出力されることで、入力直流電圧より高いレベルの直流出力電圧を得ることができる。

次いで、前記PFC回路部310は、力率の補償された高いレベルの直流出力電圧をハーフブリッジ型インバータ410に印加し、該ハーフブリッジ型インバータ410は、前記PFC回路部310から直流電圧を受けて周波数を可変し、それに対応する交流電圧を出力する。即ち、ハーフブリッジ型インバータ410は、矩形低周波と高周波数帯域の正弦高周波成分とを加算した波形をランプに供給するために、インバータ駆動部420のスイッチング制御信号によりPFC出力電圧から交流出力電圧を発生してマグネトロン駆動部500に供給する。又、ハーフブリッジ型インバータ410は、LCC共振ネットワークを使用して、カップリング及び共振の役割又は点灯前後の役割をし、20KHz以上の所定周波数で駆動することでリップルが除去される。

最後に、マグネトロン駆動部500は、前記ハーフブリッジ型インバータ410から入力される交流電圧を変圧させて、２次マグネトロンフィラメント電流及び高圧の電圧をマグネトロン600に印加してランプを点灯させる。このとき、図3に示したように、マイクロウエーブ照明装置の駆動部の出力値は、従来よりリップルを顕著に減らすことで高電圧を発生させる。

即ち、矩形低周波と高周波数帯域の正弦高周波成分とを加算した波形で印加すると、表皮効果(skin effect)によって温度分布及び放電管内の圧力が一定になり、フリッカー現象が除去されるため、ランプの効率を高めて寿命の短縮を防止することができる。

本発明は、具体的な例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明白であり、このような変形及び修正が、添付された特許請求の範囲に属することは当然なことである。

本発明に係るマイクロウエーブ照明装置を示したブロック図である。 本発明に係るマイクロウエーブ照明装置の回路図である。 本発明に係るマイクロウエーブ照明装置の駆動部の出力波形を示した説明図である。 従来のマイクロウェーブを利用した照明装置を示したブロック図である。 従来のリニア高電圧トランスを利用した高圧発生部の回路図である。 従来のマイクロウエーブ照明装置の出力波形を示した説明図である。

符号の説明

10…マグネトロン
20…無電極電球
30…共振器
40…ウェーブガイド
50…高圧発生部
60…制御部
70…冷却部
80…冷却終了記憶部
100…電源部
200…整流部
300…力率補償部
310…PFC回路部
320…PFC制御部
330…MOSFET部
340…フィードバック検出部
400…インバータ回路部
410…ハーフブリッジ型インバータ
420…インバータ駆動部
500…マグネトロン駆動部
600…マグネトロン

Claims (11)

1. 電源部を通して入力される常用交流電源を整流して直流電圧に出力する整流部と、
   前記整流部を通して入力される直流電圧の力率を補償する力率補償部と、
   力率補償された直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するインバータ回路部と、を有することを特徴とする低出力マイクロウエーブ照明装置。
2. 前記インバータ回路部から入力される交流電圧を変圧させて、マグネトロンフィラメント電流及び高圧の電圧を発生するマグネトロン駆動部と、
   前記マグネトロン駆動部から出力される高圧の電圧及び電流により点灯されるマグネトロンと、を更に有する請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
3. 前記力率補償部は、
   前記整流部を通して入力される整流信号により力率補償のための制御信号を出力するPFC制御部と、
   前記制御信号を受けて、前記整流部を通して入力される直流電圧の力率を補償するPFC回路部と、を有する請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
4. 前記インバータ回路部は、
   前記力率補償部から出力される直流電圧を受けて、周波数を可変することで交流電圧を出力するハーフブリッジ型インバータ部と、
   前記ハーフブリッジ型インバータ部のスイッチングを制御するためのスイッチング制御信号を出力するインバータ駆動部と、を有する請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
5. 前記力率補償部は、
   前記整流された直流電圧をPFC出力電圧に変換するコイル、整流用ダイオード及び平滑用コンデンサと、
   前記PFC出力電圧を二つの抵抗に分配してフィードバック電圧を出力するフィードバック検出部と、
   前記二つの抵抗の接続点からフィードバック電圧を受けて、前記PFC出力電圧の力率を調整する制御信号を出力するPFC制御部と、
   該PFC制御部から出力される制御信号をゲートから受けてオン/オフにするMOSFET部と、を有する請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
6. 前記インバータ回路部は、二つのMOSFETを含み、それらMOSFETのドレインとソース間には、ダイオードが内蔵されたハーフブリッジ型インバータが含まれる請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
7. 前記インバータ回路部は、所定周波数で駆動してリップルを除去する請求項１に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
8. 前記所定周波数は、20KHz以上を言う請求項７に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置。
9. 常用交流電源を整流して直流電圧を出力する段階と、
   力率改善のためのPFC回路を通して前記直流電圧を昇圧させてリップルを減少する段階と、
   前記直流電圧を受けて、ハーフブリッジ型インバータを通して周波数を可変した後、交流電圧を出力する段階と、
   前記交流電圧を受けてマグネトロンを駆動する段階と、を有することを特徴とする低出力マイクロウェーブ照明装置を利用したフリッカー除去方法。
10. 前記PFC回路により120Hzのリップルを減少させ、前記ハーフブリッジ型インバータを20KHz以上で駆動させる請求項９に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置を利用したフリッカー除去方法。
11. 前記マグネトロンに入力される波形は、矩形低周波と高周波数帯域の正弦高周波成分とを加算した波形である請求項９に記載の低出力マイクロウェーブ照明装置を利用したフリッカー除去方法。

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