KR100366997B1

KR100366997B1 - 형광조광기

Info

Publication number: KR100366997B1
Application number: KR10-1998-0706061A
Authority: KR
Inventors: 조 에프. 테베레스; 바나 샤바도스; 유세프 에이치. 댑레이
Original assignee: 조 에프. 테베레스
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2003-03-15
Also published as: CA2168941A1; DE69702046D1; AU1538197A; EP0879549B1; EP0879549A1; ES2150214T3; KR19990082331A; DK0879549T3; WO1997029618A1; AU709399B2; DE69702046T2; ATE193175T1; PT879549E; US6133696A

Abstract

조광기는 자기 안정기로 동작되는 형광 램프를 포함한 조명 어셈블리에 위상 제어형 AC 전압을 인가한다. 마이크로프로세서는 위상 제어에 사용된 위상각이 0도에서 180도까지 증가하는 측정 루틴을 수행한다. 상기 마이크로프로세서는 각각의 증가에 응답하여 조명 어셈블리에 의해 도전된 전류를 모니터하고, 플리커링 또는 드롭 아웃이 없는 위상각의 동작 범위를 효과적으로 결정한다. 안정 상태 동작동안에, 상기 마이크로프로세서는 공칭 전력 셋팅을 상기 동작 범위내의 대응 위상각 셋팅으로 전환하고, 원하지 않은 상태의 동작을 방지한다

Description

형광 조광기{DIMMER FOR FLUORESCENT LIGHTING}

여러 형광 조광기가 제안되었다. 예를 들어 Stauverman의 미국 특허 3,264,5 18; Wirtz의 미국 특허 3,614,527; Nelson의 미국 특허 3,819,982; Spiteri의 미국 특허 3,935,505; Alley의 미국 특허 4,096,4113; Smith의 미국 특허 4,172,981 ;Spira et al의 미국 특허 4,207,498; Stevens의 미국 특허 4,277,728; Jungreis et al의 미국 특허 4,894,587; Nerone의 미국 특허 4,928,038; Grissom의 미국 특허 5,175,477; Konopka의 미국 특허 5,194,781; 및 Murayama의 미국 특허 5,208, 513 이다.

다양한 조광기가 제안되었지만, 종래의 조광기는 두 가지 이론적인 범주:가변 진폭의 연속 AC 전압을 형광등에 인가하는데 알맞은 전자 안정기; 및 기구에 전압을 인가하는 데 사용된 AC 라인 전압을 위상 제어하여 자기 안정기로 작동하는 조광기;로 분류한다. 전자 안정기는 형광등에 분명한 손실없이 형광등을 저소비전력 레벨로 확장된 시간동안 작동할 수 있다. 그러나, 구형 장치를 개장한 현재의 형광 기구는 매우 고가이다.

위상 제어한 조광기는 자기 안정기로 동작하는 형광 기구에 편리하게 연결될 수 있다. 이러한 조광기는 전형적으로 상기 기구와 직렬인 제어가능 스위치(종종 트라이액 또는 쌍으로된 실리콘 제어형 정류기), 사용자가 소망의 위상각(전력 셋팅)을 지정할 수 있는 전위차계 또는 다른 디바이스, 및 특정된 위상각에서 인가 AC 전압의 각각의 1/2 주기에서 스위치를 동작시키는 트리거 회로를 포함한다. 이 명세서에 사용된 용어 "위상 제어" 와 "위상 제어를 AC 전압에 적용"은 AC 전압에 응답하여 도전을 제어하고 그 결과 도전이 특정 위상각 다음에만 AC 전압의 각각의 반 사이클에 일어나는 것으로서 이해할 수 있다. 다소의 위상 제어를 AC 전압에 적용함을 표시하는 용어는 소비 전력을 감소시키거나 증가시키는데 위상 제어에 사용된 위상각을 각각 증가시키거나 감소시키는 것으로서 이해할 수 있다. 용어 " 무 위상 제어"는 AC 전압에 0 위상각을 적용하는 것으로서 이해할 수 있다.

종래의 형광 기구의 소비 전력을 변화시키기 위해 위상 제어를 사용하는 것과 관련되어 일부 문제가 있었다. 형광등은 본질적으로 맥동 디바이스이지만, 사람의 눈에는 일정한 밝기로 보인다. 그러나 최대 전력의 70%와 90%사이의 전력 셋팅의 범위에서 기구는 플리커링(깜박거림)되기 쉽다. 이 명세서에 사용된 용어 "플리커"와 "플리커링"은 인간의 눈으로 인식할 수 있는 빛의 맥동으로서 이해될 수 있다. 본 발명가의 실험은 플리커링은 80%과 85%사이의 전력 셋팅(더 낮은 위상각)에서 대부분 일어나는 것으로 나타났다. 50% 전력 셋팅(더 큰 위상각)아래에서 전형적으로 일어나는 전력 셋팅의 범위에서, 형광등은 회색으로 변하고, 위상 제어가 증가함과 동시에 점점 어두워진다. 본 발명가는 회색 상태에서의 연속된 작동은 램프의 매우 빠른 번-아웃(burn-out)을 초래한다는 것과 램프는 정확한 전력 셋팅에 의존하여 48시간내에 멈출 수 있다는 것을 확인하였다. 이러한 영향은 안정기의 특성, 램프의 특성, 및 소자의 노화에 매우 의존한다. 플리커링에 걸리기 쉬운 전력 셋팅의 범위는 노화에 따라 확대되는 것 같고, 회색 상태가 일어나는 전력 셋팅은 노화에 따라 증가하는 것 같다. 주변 온도 또한 이러한 조건에 영향을 받는 것 같다.

발명의 개요

일측면에서, 본 발명은 형광등과 자기 안정기로 구성된 조명 어셈블리에 AC 전압을 인가하는데 적합한 조광기를 제공한다. 상기 조광기는 조명 어셈블리에 대한 공칭 전력을 설정한 셋팅 수단, 및 인가된 전압의 각각의 반 사이클마다 상기 인가된 전압을 위상제어하는 제어 수단으로 구성되어 있다. 본 발명은 제어 수단이 상기 인가된 전압에 응답하여 어셈블리에 의해 도전된 전류를 감지하는 감지 수단, 및 상기 감지 수단에 그리고 상기 인가된 전압의 위상 제어에 대해 위상각을 나타내는 셋팅 수단에 응답하는 프로세서 수단으로 구성되어 있다는 점이 특징으로 되어 있다. 상기 프로세서 수단은, 상기 프로세서 수단이 상기 인가된 전압에 대해 상이한 위상각을 나타내고 설정된 위상각 각각에서의 전류를 모니터링하여, 플리커링 또는 드롭 아웃(drop-out)을 초래하지 않는 위상각의 동작 범위를 결정하는 동작의 교정(calibration) 모드로 구성되어 있다. 프로세스 수단은 프로세서 수단이 공칭전력 세트를 동작 범위내의 대응 위상각으로 전환하는 동작의 정상 상태 모드로 구성되어 있고, 상기 제어 수단은 상기 전압의 위상 제어에 대해 이러한 대응위상각을 나타낸다. 본 발명은 램프 또는 안정기에 손실을 주는 조명 어셈블리의 동작을 피하고자 한다.

본 발명의 다양한 측면이 간략하게 요약되었다. 다른 것은 명세서 아래의 바람직한 실시예에서 분명해질 것이고 첨부된 청구 범위에 더 상세하게 정의될 것이다.

본 발명은 형광 조광기에 관한 것이고, 더 상세하게 종래의 자기 안정기로 동작하고 AC 전압을 위상제어하여 소비 전력을 변화시키는 조광기에 관한 것이다.

도 1은 한 쌍의 형광등과 포화 자기 안정기로 구성된 기구에 결합된 조광기의 개략적인 도면;

도 2는 상기 조광기에 관련된 제어 블록과 여러 감지 및 신호 프로세싱 블록을 개략적으로 도시하는 도면;

도 3은 플리커링하는 기구에서 라인 전압에 관련하여 전류의 오실로스코프 트레이스로부터 유출된 그래프;

도 4는 형광등의 드롭 아웃시의 인덕터의 영향을 설명하는 도면;

도 5a 및 도 5b는 조광기와 관련된 마이크로프로세서에 의해 구현된 시동 과정을 설명하는 흐름도; 및

도 6은 상기 마이크로프로세서에 의해 구현된 안정 상태의 동작 과정을 설명하는 흐름도이다.

자기 안정기(14)와 한 쌍의 형광등(16)으로 구성된 조명 어셈블리(12)에 결합된 조광기(10)를 개략적으로 설명한 도 1을 참조한다. 그러나, 상기어셈블리(12)는 복수의 램프와 복수의 안정기로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 조광기(10)는, 명목상 120 볼트 RMS 일 수 있는 AC 라인 전압을 받아들이는 살아 있는 중성의 단자(18,20)로 구성되어 있다. AC 전압은, 양방향으로 전류를 흐르게 하기 위해 일정 방향으로 병렬 접속된 한 쌍의 메인 실리콘 제어형 정류기("SCR")(22), 그리고 한 쌍의 메인 SCR(22)과 직렬 접속된 인덕터(24)를 통해 어셈블리(12)에 인가된다. 제어 블록(26)은, 그중에서 특히 라인 전압의 제로 크로스 오버를 식별하는 라인 전압 감지 블록(28)에 응답하여, 그리고 위상 제어에 대해 공칭 전력 셋팅을 지정하는 설정값 블록(30)에 응답하여 메인 SCR(22)이 AC 전압을 위상제어하도록 작동한다. 설정값 블록(30)은 종래의 위상 제어 방식으로 사용자가 소망의 전력 셋팅을 지정할 수 있는 전위차계를 포함할 수 있다. 그러나, 설정값 블록(30)은 제거될 수 있고, 소망의 전력 셋팅은 빌딩 전체의 조명을 제어하도록 프로그램된 중앙 컴퓨터에 의해 지정될 수 있다.

제어 블록(26)은 또한 인덕터(24)와 메인 SCR(22)를 우회하는 한 쌍의 보조 SCR(32)를 작동시킨다. 제어 블록(26)은 두 가지 환경: 첫번째, 공칭전력 셋팅이 전력 손실을 줄인 100% (0 위상각)일 때; 두 번째, 전력 공급 실패 또는 램프 드롭 아웃후;에서 보조 SCR(32)를 작동시킨다. 그 다음, AC 라인 전압은 인덕터(24)가 효과적으로 단락된 상태로 그리고, 무 위상 제어가 램프(16)의 적당한 점등을 가능하게 한 상태로 조명 어셈블리(12)에 인가된다. 다른 한 쌍의 SCR(36,38)은 용량성 전압을 충전하기 위해 램프(16)의 양 끝부사이에 충전 전류 경로를 효과적으로 정의하여, 조명 어셈블리(12)를 분로시킨다. 분로 SCR(36,38)은 양방향으로 전류가흐르도록 일정 방향으로 병렬 접속되어 있다. 메인 SCR(22) 또는 보조 SCR(32)에 의한 전류 흐름이 저부하 전류에 응답하여 끊어질 때 분로 SCR(36,38)이 전류를 흐르게 할 수 있도록, 메인 SCR(22) 또는 보조 SCR(32)의 유지 전류보다 낮은 유지 전류를 갖는 분로 SCR(36,38)이 선택된다. 제어 블록(26)은 라인 전압 감지 블록(28)(특히,라인 전압의 극성에 응답)과 부하 전압 감지 블록(42)(특히 어셈블리(12)를 가로지르는 전압의 극성에 응답)에 응답하여, 그리고 전류 감지 블록(44)(특히 무부하 전류에 응답)에 응답하여, 따로따로 분로 SCR(36,38)을 트리거한다. 도 1의 아랫방향의 전류는 양이다고 가정하면, SCR(36)은 "양의 전류 SCR"로서 아래에서 식별되고, SCR(38)은 "음의 전류 SCR"로서 식별되고, 각각은 전류가 흐르는 방향을 나타낸다. AC 라인 전압으로부터 작동하는 전원 공급 장치(40)는 제어 블록(26)과 다른 소자에 전원을 공급한다.

어셈블리(12)는, 인가된 AC 전압의 위상 제어에 응답하여 종래의 자기 안정기와 형광 램프에 나타나는 문제에 종속된다. 새로운 어셈블리에서, 플리커링은 대략 85%와 70%사이의 좁은 범위의 전력 셋팅에 대응하는 상대적으로 좁고 낮은 범위의 위상각에서 예상될 수 있다. 실험에서, 100% 전력 셋팅에서 만들어진 전류를 넘어서, 플리커링은 부하 전류의 증가에 의해 수반됨과 안정기는 플리커링동안에 과열되는 경향이 있음을 알게 되었다. 이러한 플리커링은 부하 전류의 파형에서 분명해진다는 것을 알게 된다. 예시적인 파형은 AC 라인 전압(46)과 전류(48) 모두가 시간의 함수로서 표시된 도 3에 예시되어 있다. 부하 전류(48)에 DC 오프셋이 있다는 것을 알 수 있고, 이것은 플리커링의 특성이다. 특히, 양의 반 사이클 피크 전류(50에서)는 음의 반 사이클 피크 전류(52에서)보다 적게 표시되어 있다. 그러나, 이 현상은 특정 극성에 제한되지만, 라인 전압의 양의 사이클 또는 음의 사이클에서 전류에 주기적으로 영향을 준다. 이러한 DC 오프셋은 플리커가 인간의 눈에 인식되기 전에 전류에서 검출될 수 있다.

인덕터(24)는 실질적으로 고 전력 범위에서 플리커링을 제거한다. 래피트 스타트 안정기(14)로 작동되는 단일 34 와트 램프(16)에 있어서, 적당한 인덕턴스 값은 전형적으로 12 밀리헨리(MH)일 수 있다. 최적의 인덕턴스 값은 여러 기구에 경험으로부터 일부 각에서 예측될 수 있지만, 특정 유형의 응용에 대해 경험적으로 결정될 수 있다. 최적의 값은 특정 안정기, 특정 램프, 이러한 소자의 수, 소자의 수명, 및 주위 온도에 의존한다. 다음은 인덕터(24)의 값을 선택하는데 도움이 될 것이다. 타입 17A240T의 두 개의 래피드 스타트 안정기로 동작되는 타입 F40CW의 4개의 34와트 램프로 구성된 한 쌍의 형광 조명 기구에 있어서, 8.2MH, 12.7MH, 18.7MH, 28.4MH, 47.7MH, 59.2MH의 인덕턴스가 조명 기구의 병렬 세트와 직렬로 배치되었다. 그 다음, 상기 기구는 100%에서 아래로 약 30%까지의 범위의 전력 셋팅에서 상이한 인덕터로 동작되었다. 모든 인덕턴스 값은 플리커링을 줄였고, 이것은 70-85%의 전력 셋팅 범위에서 일어났다. 플리커는 12.74MH와 59.2MH 사이의 공칭 인덕턴스 값으로 실질적으로 제거되었다. 다른 요인이 특정 응용에서 인덕턴스 값을 선택하는데 영향을 줄 수 있다. 더 큰 인덕턴스 값은 라인 전압과 부하 전류내의 고조파의 발생을 감소시키는 경향이 있다. 그러나, 더 큰 인덕턴스 값은 또한 전력 손실을 가져 오고, 이른 드롭 아웃을 유도할 수 있고, 이것은 복수의 기구가조광기(10)으로부터 가능성 있게 동작되면 특히 치명적이다.

어셈블리(12)와 직렬로 인덕터(24)를 연결하는 것의 또다른 효과를 정량 예시한 도 4를 참조하면, 90도에서 180도까지의 위상각은 수평축을 따라 표시되고, 어셈블리(12)를 관통한 전류는 수직축을 따라 표시된다. 상부의 곡선(54)은, 램프(16)가 회색 상태로 동작하고 있는 동안에 직렬 인덕터(24)없이 점점 더 큰 위상 제어에 응답하여, 형광 어셈블리(12)를 관통하는 평균 전류(RMS)의 변화를 나타낸다. 하부의 곡선(56)은 인덕터가 어셈블리(12)와 직렬인 상태에서 점진적으로 더 큰 위상 제어에 응답하여 평균 전류내의 변화를 나타낸다. 곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 회로내의 인덕터가 있을 때, 램프(16)가 끌어당기는 전류는 현저하게 떨어지고, 그 다음 단계적으로 떨어지기 보다는 상대적으로 일정하게 유지된다. 전류의 급락은 램프(16)의 드롭 아웃에 대응한다. 드롭 아웃은 플리커링의 억제보다 인덕턴스값에 덜 의존한다. 실질적으로, 플리커를 억제하는 인덕턴스 값은, 램프가 막 드롭 아웃하려는 것을 표시하는 전류 급락을 또한 유도할 것이다. 더 큰 인덕턴스 값은 더 작은 위상각에서 드롭 아웃을 야기하고, 램프가 딴 방법으로는 적당하게 작동할 수 있었던 위상값에서 드롭 아웃을 잠재적으로 유도할 수 있다. 실질적으로, 특정 범위의 응용에서, 적당한 인덕턴스 값을 부과하도록 시험될 수 있다.

제어 블록(26), 라인 전압 감지 블록(28), 부하 전압 감지 블록(42), 및 전류 감지 블록(44)를 더 상세하게 예시한 도 2를 참조하면, 부하 전압 감지 블록(42)이 도 1의 회로의 다른 소자에 연결된 점(58,60)은 참조 부호(58,60)로 표시되었다.

위상제어는 반드시 다음 소자들과 함께 실행된다. 라인 전압 감지 블록(28)은 AC 라인 전압을 감소시키는 강압 변압기(62)를 포함하고 있다. 비교기(64)는 트리거 신호(T)(도 2에 그래프적으로 표시)를 감소된 AC 전압으로부터 발생시키며, 트리거신호의 펄스는 라인 전압의 제로 크로스 오버와 동기화된다. (신호(T)는 마이크로프로세서(64)에 인가되어 라인 전압과 그 동작을 동기화한다.) 트리거 신호(T)는 하나의 래치(68)를 설정하고, 다른 래치(70)를 소거한다. 설정된 래치(68)는 톱니파 발생기(74)를 작동시키고, 이것은 램프(ramp) 신호(R)(도 2에 그래픽적으로 표시)를 만든다. 마이크로프로세서(64)는 설정값 블록(30)에 의해 지정된 전력 셋팅에 대응하는 위상각을 표시하는 위상 신호를 만든다. 비교기(78)는 램프 신호와 위상 신호를 비교하고, 램프 신호가 위상 신호의 전압에 나타날 때, 하나의 래치(68)를 재설정(reset)하고 다른 래치(70)를 설정한다. 이것은 종래의 구동기 회로(도시 생략)를 통해 메인 SCR(22)의 제어 단자에 연결된 AND 게이트(78)를 인에이블시키고, 이것은 주파수가 10 킬로헤르쯔(KHz)인 발진기(80)를 메인 SCR(22)의 제어 단자에 연결시킨다. 따라서, AC 라인 전압의 각각의 반 사이클에서, 메인 SCR은 마이크로프로세서(64)에 의해 지정된 위상각에서의 도전에 대해 작동된다.

어셈블리(12)에서의 AC 전압 위상 제어의 응용은 부하 전류와 전압 모두에서 상당한 울림(ringing)을 초래한다. 이러한 울림은 때 이르게 메인 SCR(22)의 도전을 끊을 수도 있다. 발진기(80)로부터의 10KHz 신호는 이러한 문제에 역점을 두고 있다. 메인SCR(22)는, 이러한 도전이 부하 전류를 떨어뜨림과 동시에 끊어질 때,반 사이클의 끝에서 실질적으로 마이크로프로세서(64)에 의해 지정된 위상각의 발생으로부터 라인 전압의 각각의 반 사이클에서 주기적으로 트리거된다. 트리거 신호의 주파수는 인가된 AC 전압, 일반적으로 약 50-60 Hz의 주파수에 대하여, 적당한 것이상의 크기차만큼 "하이" 될 수 있다.

마이크로프로세서(64)는 종래의 구동기 회로(도시 생략)에 의해 그 제어 단자에 연결된 또 다른 AND 게이트(82)를 통해 보조 SCR를 작동시킨다. 100% 전력 셋팅의 지정에 응답하여, 또는 추가로 요구되는 어셈블리(12)(아래에 설명)의 재시작에 응답하여, 마이크로프로세서(64)는 하이 값을 AND 게이트(82)에 인가하고, 발진기(80)에 의해 발생된 고주파 신호를 보조 SCR의 제어 단자에 효과적으로 전송한다. 보조 SCR는 그 다음, 연속적으로 트리거되고, 인덕터(24)를 효과적으로 바이패스하고, 무 위상 제어(0 위상각)로 어셈블리(12)를 동작시킨다.

분로 SCR(36,38)은 마이크로프로세서(64)와 독립하여 동작한다. 상기된 바와 같이, 분로 SCR은 부하 전류, 부하 전압의 극성, 및 라인 전압의 극성에 응답하여 작동된다. 그 점에서, 전류 감지 블록(44)은 부하 전류가 실질적으로 0(메인 SCR(22) 또는 보조 SCR(32)의 유지 전류이하, 전형적으로 약 50 밀리암페어)일 때를 표시하는 신호(Z)를 만드는데 적합하다. 이것은 크기에서 부하 전류의 크기에 대응하는 전압 신호를 만드는 어셈블리(12)와 직렬인, 저 임피던스의 전류 감지 저항기(84)를 포함하지만, 부하 전류의 크기를 감지하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 차동 증폭기(88)은 전압 신호를 증폭하고, 정밀 정류기(90)는 전압 신호의 절대값에 대응하는 신호를 만든다. 그 신호는 고 이득 증폭기(92)에 의해 측정되고,비교기(94)는 부하 전류가 실질적으로 0일 때 하이 값을 가지는 신호(Z)를 만든다. 전류 감지 블록(44)은 차동 증폭기(88)에 연결된 가변 이득 증폭기(96)를 포함하고, 증폭기(96)의 이득을 제어하는 마이크로프로세서(64)에 제공되는 전류 신호를 만든다.

부하 전압 감지 블록(42)은 어셈블리(12)를 지나는 전압을 감지하는 고 임피던스 저항 디바이더(100)를 포함하고 있다. 한 쌍의 비교기(102,104)는 저항 디바이더(100)에 연결되어 있고, 비교기(102)는 부하 전압이 양일 때 하이인 신호(VP)를 만들고, 다른 비교기(104)는 부하 전압이 음일 때 하이인 신호(VN)를 만들고, 그 반대면, 신호(VP,VN)모두 로우가 된다. 변압기(62)에 연결된 비교기(106)는 라인 전압이 음일 때 하이이고 그 반대면 로우인 신호(VL)를 만든다.

분로 SCR(36,38)는 하드-와이어드 논리 회로에 의해 신호(Z,VP,VN,VL)에 응답하여 제어된다. 발진기(80)는 위에서 설명된 이유로 고주파 트리거 신호를 분로 SCR(36,38)에 제공하는데 사용된다. 고주파 신호와 제로 전류 신호는 종래의 구동기 회로를 통해 분로 SCR(36,38)의 제어 단자에 각각 연결된 한 쌍의 AND 게이트(106,108)에 인가된다. 양의 부하 전압 신호(VP)와 부하 전압 극성 신호는 AND 게이트(106)를 제어하는 AND 게이트(110)에 인가되고, 음의 부하 전압 신호(VN)와 인버터(114)에 의해 만들어진 부하 전압 극성 신호의 역은 다른 AND 게이트(112)에 인가된다. 따라서, AND 게이트(106)는 세가지 조건:실질적으로 무부하 전류, 양의 잔류 부하 전압, 및 음의 라인 전압에 응답하여 양의 전류 SCR(36)를 작동시킨다. 유사하게, AND 게이트(108)는 세가지 조건: 실질적으로 무부하 전압,음의 잔류 부하 전압 신호, 양의 라인 전압에 응답하여 음의 전류 SCR(36)을 작동시킨다. 따라서, 단지 하나의 분로 SCR(36 또는 38)만이 부하 전압 극성에 따라 작동된다. 작동된 분로 SCR(36 또는 38)는 단지 순간적으로만 도전하고, 방전이 완료될 때 턴오프한다. 부하 및 라인 전압의 극성에 응답한 트리거는 메인 SCR(22) 또는 보조 SCR(32)이 SCR(36,38)를 통해 전원 단자(18,20)를 실수로 분로하지 않게 한다.

마이크로프로세서(64)는 회로 동작에 관한 여러 데이터를 저장한다. 이것은 감지 저항기(84)를 통하는 부하 전류를 모니터하고, 동작의 각각의 반 사이클에서 최대 전류를 검출하고, 라인 전압의 최종 8 사이클동안의 양과 음의 피크 전류값을 저장한다. 이 값은 DC 오프셋의 존재와 부재 그리고 그 결과로 플리커링을 나타낸다. 마이크로프로세서(64)는 라인 전압의 최종 8 사이클동안의 평균 전류, RMS 값 또는 양과 음의 반 사이클이 적당하게 효과적으로 소거하지 않은 다른 측정치를 또한 계산한다.

마이크로프로세서(64)에 의해 구현되는 개시 교정 과정(start-up calibration procedure)을 설명하는 도 5a와 도 5b를 참조하면, 동작의 교정 모드동안에, 마이크로프로세서(64)는 진단 과정을 개시하고 어셈블리(12)의 특성을 결정한다. 더 상세하게, 마이크로프로세서(64)는 플리커 존의 위치를 결정하고, 인덕터(24)에 의해 적당하게 억제되지 않으면, 이것은 0-90도의 위상각에 대응하여, 100%-50% 전력 범위에서 예상된다. 이것은 또한 드롭 아웃값을 결정하고, 이것은 90-180도의 위상각에 대응하여, 50%-0% 전력 범위에서 예상된다. 도 8의 흐름도에서, 플리커 존과 드롭 아웃값의 한계는 위상각의 용어로 표현되지만, 이러한 값은 전력 셋팅의 용어로 대체 표현될 수 있다.

마이크로프로세서(64)는 메인 SCR(22)를 작동시키고, 인덕터(24)를 분로시키고, 100% 전력 셋팅(제로 위상각)에서 어셈블리(12)를 재시작시킨다. 어셈블리(12)는 대략 7-10초동안에 무 위상 제어와 무 직렬 인덕터에서 동작되고, 램프(16)를 가열하게 한다. 그 다음, 마이크로프로세서964)는 보조 SCR(32)을 디스에이블하고, 메인 SCR(22)을 인에이블하고, 어셈블리(12)를 구비한 회로내에 인덕터(24)를 설치하고, 메인 SCR(22)을 0 위상각(무 위상제어)으로 동작시킨다. 그 다음, 마이크로프로세서(64)는 위상 제어에 사용된 위상각을 90도의 위상각까지 1도씩 계속해서 증가시킨다. 각각의 증가후, 마이크로프로세서(64)는 부하 전류를 샘플링하고, 라인 전압의 8개의 완전 사이클동안 동작의 각각의 반 사이클에 일어나는 최대 부하 전류를 기록한다. 마이크로프로세서(64)는 기록한 값을 조사하여, 전류 불균형이, 플리커를 나타내는 교대 반 사이클(DC 전류 오프셋)사이에 존재하는지를 결정한다. 예를 들어, 두 개의 인접한 반 사이클(양과 음)사이의 최대 전류의 20% 차이는 플리커로서 해석될 수 있다. 대안으로, 양과 음의 사이클에서의 평균 피크값은 평균 피크 전력과 바람직하게 비교되는 평균 오프셋을 만들도록 공제될 수 있고, 상당한 오프셋과 플리커가 존재하는지를 평가한다. 이러한 전류 불균형이 먼저 검출될 때, 마이크로프로세서(64)는 관련 위상각을 기구의 플리커 존의 하한으로서 기록한다. 위상각의 증가는 전류 불균형이 더 이상 검출되지 않을 때까지 계속된다. 마이크로프로세서(64)는 플리커 존의 상한으로서 관련 위상각 셋팅을 기록한다. 인덕터(24)가 상당한 플리커를 억제했다면, 확인되는 플리커 존은 없다.

그 후 마이크로프로세서(64)는 위상각 셋팅을 계속해서 증가시켜 드롭 아웃값을 확인한다. 각각의 증가후, 마이크로프로세서(64)는 8 사이클동안 부하 전류를 샘플링하고, 특정 위상각에서 전류의 평균 크기를 계산하여 저장한다. 마이크로프로세서(64)는 최종 위상각 셋팅에 대해 기록된 평균 전류와 새롭게 계산된 평균치를 비교하여 어느 램프(16)가 드롭 아웃되었는지를 결정한다. 전형적인 응용에서, 복수의 램프는 조광기(10)에 의해 동시에 동작될 것이다. N개의 램프가 동작될 때, 램프(16)는 두 번의 증가분사이의 드롭 인 평균 전류가 1/N 의 인자에 의해 스케일된 최종 평균 전류를 초과하면 드롭 아웃된다고 가정된다. 드롭 아웃이 검출되면, 마이크로프로세서(64)는 관련 위상각을 어셈블리(12)에 대한 드롭 아웃값으로서 저장한다. 이러한 접근법은 마이크로프로세서(64)가 램프 수를 통지받아야 함을 필요로 하고, 이러한 정보는 빌딩 전체의 기구가 일부 비교가능한 조광기에 의해 제어되는 중앙 컴퓨터에 의해 또는 조광기(10)와 관련된 수동 스위치에 제공될 수 있다. 대안으로, 마이크로프로세서(64)는 증가분사이의 전류의 평균 변화를 계산할 수 있고, 평균 변화치와 전류의 하강을 비교할 수 있다. 상당한 수의 램프가 동시에 동작되는 곳을 제외하고, 증가분사이의 전류의 평균 변화는 단일 램프가 드롭 아웃할 때 일어나는 변화보다 더 적을 수 있다.

일단 드롭 아웃값이 결정되면, 인덕터(24)가 바이-패스된 상태로(전형적으로 약 3초) 마이크로프로세서(64)는 어셈블리(12)의 전 전력 재시작을 개시하고 램프(16)를 재가열한다. 사용자에 의해 설정된 공칭 전력 셋팅은 검색되어 공칭 위상각셋팅으로 전환된다. 그 공칭 위상각이 플리커 존내에 있다면, 마이크로프로세서(64)는 위상 제어에 사용된 실제 위상각을 플리커 존 외부의 값으로 설정한다. 공칭 전력 셋팅을 작동 범위내의 적당한 위상각으로 전환하는 상이한 접근법이 취해질 수 있다. 예를 들어, 어떤 조정된 값이 공칭 위상각에 더 근접하는가에 따라서, 위상각은 1도 적은 플리커 존의 하한 또는 1도 많은 플리커 존의 상한에 설정될 수 있다. 안정 상태 동작(아래에 설명)은 최종 위상각 셋팅에서 평균 전류에 대한 기준값을 필요로 하기 때문에, 마이크로프로세서(64)는 현재의 위상각 셋팅을 위해 진단 과정동안 계산되고 저장된 값을 검색한다. 개시 교정 과정의 진단 방향은 30초내에 완료될 수 있고, 상당한 불편함을 초래할 것으로 예상되지 않는다.

개시 및 교정을 후속하는 안정 상태 동작이 도 6에 예시되어 있다. 마이크로프로세서(64)는 효과적으로 사이클링하고, 부하 전류를 모니터하고, 상이한 이벤트: 플리커를 나타내는 부하 전류내의 DC 오프셋, 드롭 아웃 상태를 나타내는 부하 전류내의 강하, 및 사용자 설정의 셋팅 변화에 대해 체크한다. 플리커와 드롭 아웃값은 동작동안, 특히 램프가 연속적으로 작동되면, 변할 수 있다. 이 작동의 각각의 사이클에서, 마이크로프로세서(64)는 8 사이클동안의 부하 전류를 모니터하고, 부하 전류내의 DC 오프셋과 부하 전류의 평균값을 계산한다. 어떠한 이벤트도 검출되지 않으면, 마이크로프로세서(64)는 새롭게 계산된 평균치를 차후의 드롭 아웃이 일어나는지를 평가하는데 사용될 기준값으로서 단순히 기록한다.

플리커를 나타내는 DC 오프셋이 검출되면, 마이크로프로세서(64)는 플리커 존의 기록된 한계를 조정하고, 현재의 위상각을 포함하도록 기록된 플리커 존을 확대시킨다. 플리커 존이 개시 동안에 기록되지 않았으면, 현재의 위상각이 존의 하한의 역할을 할 수 있다. 마이크로프로세서(64)는 조정된 플리커 존 외부의 값으로 상기 위상각을 조정한다. 상기 위상각 셋팅이 플리커 존의 처음 기록된 상한을 넘으면, 마이크로프로세서(64)는 1도 만큼 실제 위상각을 증가시키고, 그렇지 않으면, 1도 만큼 위상각을 감소시킨다. 위상 제어에 사용된 위상각과 플리커 존의 한계는 플리커링이 제거될 때까지 프로세서의 동작의 연속 사이클에서 추가 조정될 수 있다. 위상각은 단지 1도 만큼만 변하기 때문에, 드롭 아웃 검출에 사용된 기준값은 새롭게 계산된 평균값으로 갱신될 필요가 없다.

프로세서 동작의 임의의 사이클에서의 평균 전류가 바로 앞의 사이클에서 기록된 기준값보다 현저히 낮다면, 드롭 아웃 상태가 예상된다. 마이크로프로세서(64)는 약 3초 동안 인덕터(24)가 단락 그리고 무 위상 제어 상태로 어셈블리(12)를 재작동시켜 램프(16)를 따뜻하게 한다. 마이크로프로세서(64)는 1도를 공제함으로써 그 기록된 드롭 아웃값을 조정하고, 인덕터(24)를 재설치하고, 위상각을 1도 적은 새로운 드롭 아웃값으로 설정한다. 드롭 아웃 계산을 위한 기준값은 변하지 않는다. 이러한 단계는 어셈블리(12)가 드롭 아웃이 없도록 위상각 셋팅이 얻어질 때까지 차후 프로세서 사이클에서 반복될 것이다.

무 플리커 또는 드롭 아웃이 검출되었다면, 마이크로프로세서(64)는 사용자 셋팅 변화에 대해 체크한다. 변화가 일어났다면, 마이크로프로세서(64)는 새로운 전력 셋팅을 대응하는 공칭 위상각으로 전환시킨다. 위상각이 기록된 플리커 존내에 또는 기록한 드롭 아웃값아래에 있다면, 상기된 바와 같이, 공칭 위상각은 위상제어에 사용되기 전에 조정된다. 새로운 위상각이 이전의 위상각보다 상당히 크거나 작을 수 있기 때문에, 개시동안의 진단 과정에서 기록된 새로운 위상각에 대한 예상 평균 전류는 검색되고, 드롭 아웃이 프로세서 동작의 다음 사이클에서 일어나는지를 평가하기 위해 기준값으로서 사용된다.

마이크로프로세서(64)의 개시 루틴은 전력 손실을 조정한다. 이것은 셋팅 회로(30)가 수동 동작되면 특히 중요하다. AC 라인 전압이 재저장되면, 전원 공급 장치는 마이크로프로세서(64)를 재동작시키고, 이것은 교정 과정을 시작시킨다. 개시 과정은 인덕터(24)가 분로된 상태에서 100% 전력 셋팅에서 7-10 초 동안 어셈블리(12)를 동작시키는 단계를 포함하며, 이것은 램프(16)의 냉각을 조정한다.

상기된 과정에서, 교정동안 예상 평균 전류값을 저장하는 것은 동작하는 위상각은 즉시 변화하도록 하며, 그 동안에, 그 변화가 한 개이상의 램프의 드롭 아웃을 초래하는지를 평가하는 기준값을 제공한다. 증가 전후에 바로 측정된 전류 레벨이 드롭 아웃을 검출하는데 사용될 수 있도록, 대체 접근법은 1도와 같은 적은 증가의 셋팅 변화를 구현하는 것을 포함한다. 그러나, 큰 위상각 변화는 구현하는데 몇 초가 필요하고, 위상각 셋팅사이의 변화동안 플리커 존을 통과할 필요가 있다.

상기 명세서에서, 마이크로프로세서(64)는 램프 드롭 아웃을 검출하는데 전류 측정법에 오로지 의존한다. 마이크로프로세서(64)는 부하 전압을 모니터하는부하 전압 감지 블록(42)에 연결될 수 있다. 8 사이클의 동작동안 평균 전류를 계산하는 대신에, 마이크로프로세서(64)는 순시 전력(순시 부하 전류×순시 부하 전압)과 평균 전력을 계산할 수 있다. 개시동안, 어셈블리의 드롭 아웃 특성을 결정할 때, 또는 안정 상태 동작동안 드롭 아웃 발생을 체크할 때, 평균 전력값이 비교되어 드롭 아웃이 일어났는지를 결정할 수 있다. 라인 전압의 변동은 적고 늦려서 전력 소비의 차이는 작동 전류의 차에 대응한다. 그러나, 라인 전압의 변동은, 드롭 아웃 상태를 암시할 수도 있었던 피상 전류 또는 전력 강하를 보상하도록 검출되어 사용될 수 있다.

여러 수정이 고려될 수 있다. 마이크로프로세서(64)와 적당한 소프트웨어 루틴은 다른 방법으로 회로 형태로 구현된 여러 방법을 제공할 수 있다. 마이크로프로세서(64)는 반 사이클을 확인하고 현재의 계산을 수행하기 위해, 언제 라인 전압의 제로 크로스 오버가 발생했는지를 식별하는 신호(T)를 수신한다. 루틴을 프로그램한 상태로, 마이크로프로세서(64)는 특정 위상각이 라인 전압의 각각의 반 사이클에서 일어날 때 계산할 수 있고, 메인 SCR(22)의 트리거를 개시할 수 있다. 마이크로프로세서(64)는 샘플된 전압과 전류 신호에 응답하여 어셈블리(12)의 분로를 제어할 수 있다. 억제되지 않은 플리커 존과 드롭 아웃의 회피와 진단 과정이 필요하지 않으면, 마이크로프로세서(64)는 제거될 수 있다. 프로세서를 토대로 하지 않은 조광기에서, AC 라인 전압의 정전을 조정하는 재시작 기능은 저항-용량성 충전 네트워크와 같은 타이밍 회로로 구현될 수 있다. 상기 네트워크는 조광기 전원 공급 장치의 우발적인 동작과 AC 라인 전압의 회복에 응답하여 충전할 수 있고, 적당한 딜레이 주기후 소정 전압으로 충전될 때까지 위상각 제어를 억제할 수 있다. SCR이 바람직하지만, 전력 트랜지스터와 같은 다른 디바이스가 사용될 수 있다.

상기 설명과 도 5a, 도 5b, 및 도 6의 흐름도의 진단 및 안정 상태 프로세스는 유도성 부하의 존재를 가정하였다. 몇가지 점에 주의해야 한다. 아날로그 회로를 포함하는 조광기에서, 드롭 아웃 문제점을 나타내는 즉시 검출가능한 신호를 만들기 때문에 유도성 부하는 중요하다. 그러나, 유도성 부하는 급격한 드롭 아웃을 사실상 유도하고, 이것은 재시작을 필요로 할 수 있다. 주로 마이크로프로세서에 의존하는 조광기에서, 드롭 아웃 상태가 일어나고 있는지를 평가하는 계산이 수행될 수 있고, 인덕터는 이러한 목적으로 필요하지 않다. 마이크로프로세서는, 램프가 실제로 드롭 아웃하기 전의 증가에서 위상각을 단순히 감소시킴으로써, 검출된 드롭 아웃 상태에 응답할 수 있다. 인덕터가 제거된 상태로, 플리커 존을 피하기 위해 전력 레벨을 70%아래로 제한되게 조광할 수 있다. 이러한 접근법은 에너지 절약을 위해 실용적이고, 부품을 제거하고, 동작을 간략하게 하고, 그 결과 바람직하게 된다. 고속 마이크로프로세서가 제공되면, 인덕터는 플리커를 억제하는데 사용될 수 있고, 조광기는 고 전력 재작동을 필요로 하지 않고 드롭 아웃 상태로부터 회복할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 설명되었고, 첨부된 청구 범위를 벗어나지 않고 이미 제안된 것을 넘어서 수정될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims

형광 램프와 자기 안정기로 구성된 조명 어셈블리에 AC 전압을 인가하는데 적합한 조광기로서, 조명 어셈블리에 대해 공칭 전력을 설정하는 셋팅 수단과 인가된 전압의 각각의 반 사이클마다 상기 인가된 전압을 위상 제어하는 제어 수단으로 구성된 상기 조광기에 있어서, 상기 제어 수단은:

상기 인가된 전압에 응답하여 상기 어셈블리에 의해 도전된 전류를 감지하는 감지 수단; 및

상기 인가된 전압의 위상 제어에 대해 위상각을 설정하기위해 상기 감지 수단에 그리고 상기 셋팅 수단에 응답하는 프로세서 수단을 포함하며,

상기 프로세서 수단은, 상기 프로세서 수단이 상기 인가된 전압의 위상 제어에 대해 상이한 위상각을 설정하고 각각의 상기 설정된 위상각에서의 전류를 모니터하여 위상각의 동작 범위를 결정하는 동작의 교정 모드 및, 상기 프로세서 수단이 상기 셋팅 수단으로 설정된 공칭 전력 셋팅을 상기 동작 범위내의 대응 위상각으로 전환시키는 동작의 안정 상태 모드를 포함하며,

상기 제어 수단은 상기 전압의 위상 제어에 대해 이러한 대응 위상각을 설정하는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 1 항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 동작의 교정 모드동안에 대략 0도에서 90도로 점점 위상각을 증가시키고, DC 오프셋의 존재에 대해 위상각을 각각증가시킬때의 전류를 모니터하여 조명 어셈블리와 관련된 플리커 존을 검출하고, 그리고 동작 범위의 하한으로서 작용하는 플리커 존위의 위상각을 저장하도록 프로그램화되어 있는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 2 항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 동작의 교정 모드동안에 180도쪽으로 상기 위상각을 증가시키고, 상기 위상각을 각각 증가시킬때의 전류를 모니터하여 램프의 드롭 아웃과 관련된 전류 강하를 만드는 위상각을 검출하고, 그리고 동작 범위의 상한으로서 작용하는 상기 검출된 위상각에 대응하는 위상각을 저장하도록 프로그램화되어 있는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 1 항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 동작의 안정 상태 모드에서 상기 어셈블리에 의해 도전된 전류를 모니터하여 상기 램프의 드롭 아웃에 관련된 전류 강하를 검출하도록, 그리고 위상 제어된 상기 위상각을 감소시킴으로써 및 상기 동작 범위의 상한에 대응하는 상기 저장 위상각을 감소시킴으로써 이러한 검출 전류 강하에 응답하도록 프로그램화되어 있는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 4 항에 있어서, 상기 프로세서 수단은 동작의 안정 상태 모드에서 상기 어셈블리에 의해 도전된 전류를 모니터하여 상기 램프의 플리커링에 대응하는 DC 오프셋을 검출하도록, 그리고 위상 제어된 위상각을 증가시킴으로써 및 상기 동작 범위의 하한에 대응하는 상기 저장 위상각을 증가시킴으로써 이러한 검출 DC 오프셋에 응답하도록 프로그램화되어 있는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 1 항에 있어서, AC 전압의 장애와 차후 회복에 응답하는 것에 적합하고, 상기 제어 수단은, 상기 전압의 회복에 응답하며, 실질적으로 0 위상 제어로서 상기 전압을 상기 조명 어셈블리에 인가하여 상기 조명 어셈블리를 재작동시키고, 상기 조명 어셈블리를 재작동시킨 후 상기 셋팅 수단에 의해 설정된 전력셋팅에 대응하는 위상각으로 상기 전압을 위상 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 조명 어셈블리에 직렬인 스위칭 수단과 상기 스위칭 수단에 직렬인 유도성 부하를 포함하며, 상기 부하의 인덕턴스는 저 위상각에서 AC 전압의 위상 제어에 응답하여 상기 램프의 플리커링을 감쇄하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 7 항에 있어서, 상기 제어 수단은 유도성 부하를 우회하여 상기 어셈블리에 AC 전압을 직접 인가하는 보조 스위칭 수단을 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 제어 수단이 상기 보조 스위칭 수단을 일시적으로 작동시켜 상기 유도성 부하를 우회하도록 하는 작동의 재시작 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 1 항에 있어서, 상기 전압의 위상 제어에 응답하여 상기 램프에서 발달된용량성 전압을 방전하는데 적합하고, 상기 제어 수단은 상기 어셈블리를 흐르는 전류의 제로 크로스 오버를 검출하는 수단과 상기 램프를 분로하여 상기 용량성 전압에 응답하여 전류를 방전하게 하는 제어가능 분로 수단을 포함하며, 상기 제어 수단은 적어도 상기 검출된 제로 크로스 오버의 일부에서의 방전 전류의 순간 도전을 위해 상기 분로 수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 5 항에 있어서,

상기 제어 수단은 상기 전압의 극성을 검출하는 수단과 상기 어셈블리를 지나는 전압의 극성을 검출하는 수단을 포함하며; 및

상기 제어 수단은 상기 제로 크로스 오버에서 상기 어셈블리를 지나는 전압의 극성이 AC 전압의 극성과 반대인 경우에만, 상기 제로 크로스 오버 각각에서의 도전을 위해 상기 분로 수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 조광기.
제 6 항에 있어서,

상기 분로 수단은 실리콘 제어형 정류기 각각이 상이한 방향으로 전류를 도전하도록 하는 방향으로 병렬 배치된 한 쌍의 실리콘 제어형 정류기를 포함하며; 및

상기 제어 수단은 상기 어셈블리를 지나는 전압의 극성에 따라서 상기 크로스 오버 각각에서의 작동을 위해 상기 실리콘 제어형 정류기중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 조광기.