KR100308077B1 - 나트륨고압방전등으로부터방출된광의색온도를제어하는방법그방법을수행하는장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나트륨 고압방전 등으로 부터 방출된 광의 색온도를 제어하는 방법과 그 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
나트륨 고압 방전등으로 부터 방출된 광의 색온도를 제어하는 방법과 그 방법을 수행하기 위한 장치에서, 색온도는 등에 공급된 순시 고에너지 펄스를 변경시킴으로써 광속 및 연색성 지수의 실제적 변경없이 쉬프트된다. 바람직하게 펄스 동작에서, 순시 고에너지 펄스는 예정된 기본 주파수를 가진 고주파수 진동으로 이루어지며, 순시펄스 전력의 변경은 기본주파수를 변경시킴으로써 영향을 받는다.

Description

나트륨 고압방전램프로부터 방사된 광의 색온도를 제어하는 방법 및 그 방법을 수행하는 장치
제1도는 본 발명의 나트륨 고압방전램프의 펄스전력 동작에 대한 공급장치의 회로원리에 대한 도식도이며 ;
제2도는 정상 및 시간신장 형태에서, 제1도에 도시된 것과 같은 가로좌표에 도시된 시간 t에 상응하여, 사전설정된 색온도의 방사선을 얻기 위하여 공급장치로 부터 나트륨 고압방전램프에 인가되는 펄스전력 P를 도시하며 ;
제3도는 시간신장 형태에서, 각각 3000K 및 2600K의 색온도의 방사선을 얻기 위한, 시간 t(가로좌표)에 따른, 펄스전력레벨 P(세로좌표)를 도시한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 오실레이터 2 : LC 네트워크
3 : 방전램프 4 : 제어 유니트
본 발명은 펄스동작형 나트륨 증기고압 방전램프로부터 방사된 광의 색온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.
우수한 연색성(color rendition) 특성을 가진 경제적인 광소스는 장식장과 마찬가지로 장식공간, 특히 판매통로 및 판매점을 조명하기 위하여 이용된다. 상기 이용에 적합한 광소스는 약 3000K 이하의 색온도를 가진 에너지 효율적인 광소스이다. 원하는 색온도는, 무엇보다도, 조명하려하는 공간의 장식과 응용에 의존하며, 또한, 조명될 물품의 형태와 성질에 의존한다. 조명된 물체의 스펙트럼 재방사 특성의 결과를 예측하는 것은 거의 불가능하다.
감지색은 거의 예측될 수 없는데 왜냐하면 이것은 관측자의 심리적-생리적 인식내에 있기 때문이다. 따라서, 어떤 특별한 응용에 대한 특정 광소스의 적합성은 신뢰성있게 예측될 수 없으며 거의 경험에 의해 결정되어야 한다.
선행기술은 광출력의 색온도가 어떤 제한치내에서 변화될 수 있는 단지 하나의 광소스만 즉, 백열램프만을 제공했다. 여러가지 전력레벨에서 백열램프가 동작할때, 색온도는 변화하며 ; 불행하게, 광속(light flux) 및 광출력은 전력레벨의 변화로 더욱더 변화한다. 낮은 색온도를 가진 백열램프의 동작이 상당히 비효율적이고 경제적이지 못하다는 것과는 별개로, 전력레벨에 따른 변화때문에 조명되는 공간에서 광의 변화된 색온도의 영향에 대한 객관적인 비교가 매우 곤란하다. 여러가지 색온도를 가진 여러 가지 형태의 광소스의 이용은 어려운데, 왜냐하면 각각의 광소스는 단지 여러가지 방사 특성의 여러가지 광설치 장치(light fixture)와 함께 이용될 수 있기 때문이며, 상기 광설치장치는 조명된 물체로 부터 재방출되거나 또는 반사된 감지색의 주관적 인식에 영향을 줄 수 있다.
따라서 본 발명은 램프의 방사된 광속에 영향을 주지 않으며 그리고 방사된 광의 연색성지수를 변경시키지 않고 나트륨 고압 방전램프에서 여러가지 색온도를 제어하는 방법과, 나트륨 고압방전램프를 제어하기 위한 장치를 제공하는 것이 목적이다.
펄스전력 공급으로 부터 동작되는 나트륨 고압 방전램프는 이러한 목적을 얻기 위해 적합하다는 것은 알려져 있다. 상기와 같은 본 발명의 목적은 펄스동작형 나트륨 고압방전램프로부터 방사된 광의 색온도를 제어하기 위한 방법에 있어서, 제어 유니트(4)를 사용하여 오실레이터(1)의 기본 주파수를 제어하는 단계와; 상기 제어된 기본주파수에 기초하여 수동 LC 네트워크(2)의 임피던스를 변경하는 단계와; 상기 LC 네트워크(2)의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 램프(3)에 공급되는 순시 고에너지 펄스를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 색온도 제어방법에 의해 달성된다. 본 발명의 방법에 대한 다른 바람직한 특징은 종속항 제 2항 및 3항에서 알 수 있다. 제 4항은 상기 방법을 수행하는 전기 공급장치를 기술한다.
펄스형태의 에너지공급이 제공될때, 램프는 저에너지의 유지펄스(holding pulse)와 분리된 고에너지 펄스의 시퀀스에 의한 평균에너지에서 동작될 것이다. 이러한 유지 펄스는, 교번으로, 서브펄스로 형성된 고-에너지 펄스 사이의 휴지구간(pause)에 발생하는데, 휴지구간 동안 방전램프의 소등을 방지한다. 놀랍게도, 이러한 형태의 에너지 특성을 나트륨 고압방전램프에 제공하는 것은 색온도 및 연색성지수의 독립적인 제어를 가능하게 한다는 것을 알 수 있다. 색온도는 고에너지 펄스 휴지구간 동안 나트륨 고압방전램프에 공급된 순시에너지에 의해 결정된다는 것이 실험에 의해 나타났다. 그러나, 연색성 지수는 전극뒤의 무효공간에 의존하는 램프내의 증기압력에 의해 일차적으로 결정되며, 다음에 램프에 공급되는 전체 에너지에 의해 결정된다. 따라서, 램프에 의해 방사된 방사선의 색온도는 순시 고에너지 펄스의 순시에너지를 적합하게 제어함으로써 램프의 다른 특징과 실제적으로 독립되어 제어될 수 있으며, 램프에 공급된 전체 에너지는 서로 연속되는 고에너지 펄스의 주파수와 펄스폭을 적절하게 조절함으로써 제어될 수 있다.
따라서, 약 2500K와 3000K 이상 사이에서 방사된 광의 색온도를 시프트시키는 동안, 정격 광속 및 주어진 연색성으로 나트륨 고압 방전램프를 동작시키는 것이 가능하다.
바람직하게, 순시 고에너지 펄스는 미리 결정된 주파수와 진동수를 가진 고주파 기본 진동으로써 제공되어, 순시 고에너지 펄스는 기본 주파수를 변화시킴으로써 쉽게 제어될 수 있다.
고압 나트륨 방전램프의 색온도 제어를 위한 장치는 오실레이터와, 램프와 오실레이터 사이에 연결된 수동 LC 네트워크를 이용하여 쉽게 만들어질 수 있다. 오실레이터는 주파수 및 전력 제어가능하여야 한다. 기본 주파수를 시프트시킴으로써, 램프에 공급된 펄스에너지가 변경되는데, 왜냐하면 오실레이터와 램프 사이의 LC 네트워크의 임피던스가 기본 주파수에 의하여 변경되기 때문이다. 이런 형태의 제어, 즉 고에너지 펄스의 제어는 손실이 작고, 에너지 공급회로에서 직접간섭이 제거된다.
공개된 유럽 특허출원 제 0 504 967 A1호는 색온도의 변화를 허용하는 나트륨 고압램프의 펄스동작을 위한 회로장치를 기술한다. 상기 회로장치는 램프의 조광을 제공하는 것이 주목적이며 광속 및 연색성 지수를 일정하게 유지하려는 것이 아니다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.
제 1도는 개략적으로 도시되고 통상적인 구조를 가진 나트륨 고압방전램프(3)로부터 여러가지 색온도를 제어할 수 있게 하기 위한 회로장치를 도식적 형태로 도시한다. 회로장치는 제어유니트(4)에 의해 제어되는 에너지 공급 오실레이터 (1)와 수동 LC 네트워크(2)를 가진다. 원하는 색온도는 제어유니트(4)로부터 오실레이터(1)를 적절하게 제어함으로써 얻어진다. 일예로, 70W 정격의 나트륨 고압 방전램프는 수동 LC 네트워크(2)를 이용하며, 이 LC 네트워크(2)는 115μH의 인덕턴스 L와 470nF의 커패시터 C의 직렬회로를 포함한다. 오실레이터(1)는 소스(UN)로부터 전기에너지가 공급된다.
회로장치에 의해 공급되는 펄스에너지 P는 제 2도에서 세로좌표로 도시된다. 각각의 고에너지 펄스는 버스트 또는 서브펄스의 빠른 연속 시퀀스로 구성되며 100 및 600Hz 사이의 반복주파수와 100 및 500㎲ 사이의 펄스폭을 가진다. 고에너지 펄스 사이에서, 유지펄스가 램프의 소등을 방지하기 위하여 램프에 가해진다. 고에너지 펄스는, 시간 확장형태로 도시된 바와같이, LC 네트워크로부터 키로헤르츠 영역에서 기본 주파수로써, 램프에 인가된다.
제 3도는 각각 3000K 및 2600K의 색온도 Tc에 있어서 70W 정격의 나트륨 고압방전램프에 대한 에너지 공급을 시간 확장형태의 두 그래프로 도시한다.
3000K에서, 순시펄스전력은 1.35kW이며 유지전력은 22W이다. 전력 펄스는 160Hz의 반복주파수와 250㎲의 펄스폭을 가진다. 서브펄스의 기본 주파수는 24kHz이다. 이러한 동작 조건하에서, 램프는 76W의 평균전력에서 동작한다. 램프는 150mbar의 압력에서 순수 나트륨과 크세논으로 채워진다. 램프로부터 방사된 방사선은 80의 연색성 지수 Ra, 및 4200lm의 광속을 가진다.
2600K의 낮은 색온도에서 광을 방사시키기 위한 상기 램프의 동작이 제 3도의 두번째 그래프에 개략적으로 도시되어 있다. 서브펄스의 기본 주파수는 47kHz로 시프트된다. 고에너지 펄스의 전력은 0.36kW로 떨어진다.
고에너지 펄스의 반복주파수는 연색성 Ra=80이 변경되지 않도록 340㎲의 펄스폭을 가진 210Hz로 변경된다. 이러한 조건하에서, 램프는 79W의 평균전력에서 동작하며, 광속은 4500lm으로 약간 상승한다.
나트륨 고압방전램프의 펄스동작에 의하여, 실시예의 램프에서 처럼 수은을 채우지 않고 램프를 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 방법은 수은을 채운 나트륨 고압방전램프에서와 마찬가지로 응용될 수 있다. 그러나 광데이타는 이러한 조건에서 다소 변경 될 것이다.

Claims (5)

  1. 펄스동작형 나트륨 고압방전램프로부터 방사된 광의 색온도를 제어하기 위한 방법에 있어서, 제어 유니트(4)를 사용하여 오실레이터(1)의 기본 주파수를 제어하는 단계와; 상기 제어된 기본주파수에 기초하여 수동 LC 네트워크(2)의 임피던스를 변경하는 단계와; 상기 수동 LC 네트워크(2)의 임피던스의 변화에 기초하여 상기 램프(3)에 공급되는 순시 고에너지 펄스를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 색온도 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 램프에 공급된 에너지는 짧은 순시 고에너지 펄스의 빠른 연속 시퀀스와, 상기 고에너지 펄스의 시퀀스 사이의 저전력 유지 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 광의 색온도 제어방법.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 순시 고에너지 펄스는 미리 결정된 기본 주파수를 가진 고주파수 발진을 포함하며, 상기 펄스의 순시 전력의 변화는 상기 기본 주파수를 변경시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 광의 색온도 제어방법.
  4. 나트륨 고압 방전램프로부터 방사된 광의 색온도가 제어되도록 상기 나트륨 고압 방전램프에 전기 에너지를 펄스형태로 공급하는, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하는 장치에 있어서, 오실레이터(1)와; 상기 오실레이터(1) 및 상기 램프(3) 사이에 접속된 LC 네트워크(2)와; 상기 오실레이터(1)에 의해 공급된 펄스의 주파수를 제어하는 제어유니트(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 공급장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나트륨 고압 방전램프는 나트륨 및 크세논, 선택적으로 수은으로 채워지는 것을 특징으로 하는 에너지 공급장치.
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