KR100340915B1

KR100340915B1 - 고주파를 이용한 형광등 점등장치

Info

Publication number: KR100340915B1
Application number: KR1019990020210A
Authority: KR
Inventors: 최창근
Original assignee: 최창근
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2002-06-20
Also published as: KR20010001163A

Abstract

본 발명은 고주파 전력 증폭기를 사용하여 MHz급 주파수를 형광등에 접촉시킴으로써 점등되는 고주파 형광등 점등장치에 관한 것으로 입력된 AC 220V 60Hz 전원 전압을 225∼400MHz의 고주파로 발생시키기 위한 1단의 고주파 발진기(1)와 MHz 증폭이 가능한 2단의 RF 전력 증폭기(2)로 구성된다. 본 발명에 따른 고주파 형광등 점등장치가 형광등과 연결 될 때의 전선은 반드시 차폐전선(Shield Wire)을 사용하여야 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 형광등 점등장치는 기존의 스타터나 안정기가 불필요하며 형광등 자체도 기존의 32W, 20W 형광등을 그대로 사용할 수 있고 램프의 수명도 반영구적이다. 또한 종래의 사무실 형광등과 같이 여러 개의 조명기구가 필요한 환경에서 여러 개의 조명기구에 연결시켜서 한 개의 고효율 조명시스템으로 이용한다면 조명시스템의 전력소모를 감소시키면서 고효율 조명시스템으로 인한 가격상승요인을 최소한으로 줄일 수 있다.

Description

고주파를 이용한 형광등 점등장치{Lighting equipment for the fluorescent lamp using high frequency}

발명의 분야

본 발명은 고효율의 고주파(225∼400MHz급 이상)를 이용한 형광등 점등장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 기존의 일반 형광램프 및 전구식 삼파장 형광램프 보다 50% 이상 소모전력을 감소시키면서 빛 조도는 기존 방식과 같거나 또는 향상된 성능을 발휘하는 고주파 형광등 점등장치에 관한 것이다.

발명의 배경

형광등은 소비전력이 적고 에너지 절약과 밝기 빛깔이 점차 자연광에 가까운 등의 뛰어난 특징 때문에 어둠을 밝히는 조명기구로 가장 널리 사용되고 있어서 이 형광등을 점등하는 방법 또한 많이 개발되어 있다. 종래의 방식으로는 글로우 스타터(Glow Starter) 방식과 래피드 스타터(Rapid Starter) 방식이 있는데 글로우 스타터(Glow Starter) 방식의 잦은 고장과 보수의 어려움으로 인해 래피드 스타터(Rapid Starter) 방식이 널리 보급된 상황이다. 그러나 래피드 스타터(Rapid Starter) 방식도 단점이 없는 것은 아니었다. 값이 비싸고 부피가 크고 무거우며 전력소모가 많고 전용 형광구를 사용하여야 하는 단점이 있었다. 또한, 이러한 전기적이고 기계적 방식의 형광등 점등 장치는 형광등의 점등시간이 길고 부품소비가 많아 자주 보수하여야 하는 단점이 있어 이를 보완키 위하여 반도체를 이용해서 점등시간의 단축을 도모하는 방법이 개발되어 이 방법이 널리 사용되어 왔다. 나아가 상기 문제점 등을 해결하고 스타터 없이 안정기에 전구를 간편하게 직결 할 수 있으며 저렴한 가격으로 형광등 조명기구를 제작 구성 할 수 있는 고주파 점등장치가 개발되기도 하였다. 그러나 이러한 반도체를 이용한 점등장치나 고주파를 이용한 형광등 점등 장치도 여전히 안정기를 필요로 하는 단점이 있었다.

이러한 상황 속에서 본 발명자는 안정기를 필요로 하지 않고 기존의 형광등 점등방식에 비해 보다 효율적이고 향상된 성능을 발휘 할 수 있는 고주파 형광등 점등방식을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 지금까지 개발사용중인 것보다 훨씬 효율이 높은 형광등 점등장치(고주파 전력 증폭기)를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 일반 형광램프 및 전구식 삼파장 형광램프보다 50%이상 소모전력을 감소시키면서 빛 조도 또한 기존 방식과 같거나 향상된 성능을 발휘 할 수 있는 형광등 점등장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사무실과 같이 많은 숫자의 형광등이 필요한 환경에서 형광등을 고주파 전력 증폭기에 연결함으로써 적은 전력으로 점등시킬 수 있는 형광등 점등장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존 건물에서 사용되는 32W, 20W 형광등을 현 상태에서 안정기를 제거하고 고주파 회로만 추가시키면 그대로 사용할 수 있고 램프의 수명도 반영구적인 형광등 점등장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의해서 모두 달성될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 개략적인 블럭도 이다;

도2는 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 1단에 적용하는 콜피츠 발진기(Colpitts Oscillator)의 회로도이다;

도3은 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 2단에 제공하는 RF 공통 이미터 전력 증폭기(Common Emitter Power Amplifier)의 회로도이다;

도4는 종래의 사무실 형광등 조명 배선도의 한 예에 본 발명의 고주파 전력 증폭기를 연결한 고주파 형광등 점등 장치의 한 구체 예를 도시하는 개략적인 단면 구성 도이다.

*도면의 주요부호에 대한 간단한 설명*

1: 고주파 발진기(Oscillator)

2: RF 전력 증폭기(Power Amplifier)

3: 증폭부(Amplifier) 4: 피드백 회로부(Feedback circuit)

5: 공진회로(Resonant Circuit)

본 발명은 고주파 전력 증폭기를 사용하여 MHz급 주파수를 형광등에 접촉시킴으로써 점등되는 고주파 형광등 점등장치에 관한 것으로 입력된 AC 220V 60Hz 전원 전압을 225∼400MHz의 고주파로 발생시키기 위한 1단의 고주파 발진기(1)와 MHz 증폭이 가능한 2단의 RF 전력 증폭기(2)로 구성된다. 본 발명에 따른 고주파 형광등 점등장치가 형광등과 연결 될 때의 전선은 반드시 차폐전선(Shield Wire)을 사용하여 고주파의 외부방출을 막아야 한다.

본 발명의 형광등 점등장치는 기존의 스타터나 안정기가 불필요하며 형광등 자체도 기존의 32W, 20W 형광등을 그대로 사용할 수 있고 램프의 수명도 반영구적이다. 또한 종래의 사무실 형광등과 같이 여러 개의 조명시스템이 필요한 환경에서 여러 개의 조명시스템에 연결시켜서 한 개의 고효율 조명시스템으로 이용한다면 조명시스템의 전력소모를 감소시키면서 고효율 조명시스템으로 인한 가격상승요인을 최소한으로 줄일 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예를 하기에 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 개략적인 블록도로서 1단의 고주파 발진기(1)와 2단의 RF 전력 증폭기(2)로 구성된다. 도2는 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 1단에 적용하는 콜피츠 발진기(Colpitts Oscillator)의 회로도로서 교류 60Hz 전압을 고주파로 만들기 위한 증폭부(3)와 피드백 회로부(4)로 구성된다. 도3은 본 발명에 따른 고주파 출력 회로의 2단에 제공하는 RF 공통 에미터 전력 증폭기(Common Emitter Power Amplifier)의 회로도로서 1단에서 발생된 고주파를 높은 전력으로 출력하도록 하는 C급 증폭기로 구성된다. 도4는 종래의 사무실 형광등 조명 배선도의 한 예에 본 발명의 고주파 전력 증폭기를 연결한 고주파 형광등 점등 장치의 한 구체 예를 도시하는 개략적인 단면 구성도이다.

본 발명의 회로 동작을 상세히 설명하면 도2의 전원전압(+Vcc)은 콜피츠 발진기(Colpitts Oscillator)의 증폭부(3)로 입력되어 전압분배 바이어스(Voltage-divider bias)에 의해 초기의 베이스 전류(I_B), 콜렉터 전류(I_C), 콜렉터-이미터 전압(V_CE)값이 결정된다. 이렇게 결정된 초기값 들은 피드백 회로부(4)를 거치게 되고 다시 증폭부(3)의 입력으로 되돌아가 증폭회로를 거쳐 결합 콘덴서(C5)에 의해 2단으로 입력될 출력값(Vout)을 얻게 된다. 이때 증폭부(3)에서 출력되는 전압(Vout)은 피드백 회로부(4)에 있는 콘덴서(C2)에 나타나게 되며 피드백 전압은콘덴서(C1)에 나타나게 된다. 그리고 콘덴서(C1)와 콘덴서(C2)에서의 전압은 180˚위상변화가 나타나며 이에 따라 피드백 전압은 출력전압(Vout)과 180˚위상변화가 있게 된다. 결국 증폭부(3)의 공통 에미터 트랜지스터(Common Emitter Transistor)에서 180˚위상변화가 생긴 파형은 피드백 회로부(4)를 거치면서 원래 입력 파형과 동위상이 되는 것이다. 이러한 회로 동작을 거쳐 다음 단으로 출력되는 고주파전압의 동작 주파수는 피드백 회로부(4)의 공진 주파수와 거의 같은 것으로 볼 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이 콜피츠 발진기(Colpitts Oscillator)는 귀환루프에 위상지연을 시키거나 특정주파수 만을 통과시키는 공진 필터처럼 동작하기 위해 LC 회로를 이용한다. 근사적인 발진주파수는 LC회로의 공진 주파수이고 콘덴서(C1, C2) 와 인덕턴스(L)값에 따라 다음 공식으로 구한다.

: 공진 주파수

탱크회로 내의 캐패시터는 실제로 직렬결합이므로 전체 캐패시턴스는 다음과 같다.

: 전체 캐패시턴스

결합 콘덴서(C5)에 의해 2단으로 넘겨진 고주파 교류전압은 마이크로 스트립라인(Z1)을 통해 변압기(T1)를 거치게 되는데 이때, 전압은 낮추어 지고 전류는 높아지는 특성을 갖게된다. 이렇게 변화된 특성을 갖게된 고주파는 다시 마이크로스트립라인(Z2)을 거쳐 트랜지스터의 베이스로 입력된다. 이때 트랜지스터의 콜렉터에 연결되어 있는 공진회로(5)는 입력부(RF INPUT)에 양(Positive)의 입력이 가해지면 트랜지스터의 스위치가 ON 되어 출력 파형을 계속 내기 위해 필요한 전류 펄스(Pulse)를 얻게 된다. 또한 2단의 전력증폭기(2)가 적절히 동작하기 위해서 공진회로(5)내 주파수는 입력(RF INPUT)전압 주파수와 동일하게 하거나 조화를 이룰 수 있게 고조파로 조정되어 있다.

이렇게 증폭된 파형은 마이크로 스트립라인(Z3)을 거쳐 최종적으로 출력부(RF OUTPUT)를 통해 출력된다. 이때의 출력 파형은 입력부(RF INPUT)에서의 파형과 180˚위상차가 있게되며 결국 이 파형은 최초의 교류전압 파형과 동위상이 되는 것이다.

즉, 1단으로 입력되는 AC 220V 60Hz 의 전원전압 파형은 1단을 거치면서 고주파의 역위상으로 발진되었다가 2단에서 전력증폭이 되면서 원래의 위상으로 환원되고 성공적인 고주파 전력 증폭을 하게 된다.

본 발명에 의한 고주파 형광등 점등장치는 램프의 수명이 거의 반영구적일 뿐만 아니라 적은 전력으로 다수의 형광등을 점등시킬 수 있고 기존의 32W, 20W 형광등을 현상태에서 안정기만 제거하고 고주파회로만 추가시키면 그대로 사용가능 하므로 매우 효율적이며 경제적이 아닐 수 없다. 또한 종래의 사무실 형광등과 같이 여러 개의 조명시스템이 필요한 환경에서 여러 개의 조명시스템에 연결시켜서 한 개의 고효율 조명시스템으로 이용한다면 조명시스템의 전력소모를 감소시키면서 고효율 조명시스템으로 인한 가격상승요인을 최소한으로 줄일 수 있는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

입력된 AC 220V 60Hz 전원 전압을 225∼400MHz의 고주파로 발생시키기 위한 콜피츠 발진기와 상기 발진기를 통하여 발생한 고주파 신호를 증폭하기 위한 RF 전력증폭기로 이루어지는 점등장치; 및

상기 점등장치에 연결되고, 안정기를 제거한 적어도 하나의 형광등;

으로 이루어지고, 상기 점등장치를 통하여 증폭된 고주파를 상기 형광등의 형광 물질에 접촉함으로써 상기 형광등을 발광시키는 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 형광등 점등시스템.
제1항에 있어서, 상기 형광등은 32W 일반 형광등인 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 형광등 점등시스템.
제1항에 있어서, 상기 형광등은 20W 일반 형광등인 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 형광등 점등시스템.
제1항에 있어서, 상기 형광등은 복수개가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 고주파를 이용한 형광등 점등시스템.
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