KR100370230B1 - 고효율 조광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 프로세서(Microprocessor)를 채용하여 공급전압과 전류를 안정하게 유지시켜 램프의 수명을 연장시키고 돌입전류를 조절하여 에너지를 절감시키며 유도부하 또는 저항부하 등에 따라 조광장치의 출력을 자동으로 조절할 수 있게 하고 램프나 조광장치의 고장을 경보시킬 수 있게하여 조광장치가 다량으로 설치되는 장소와 빌딩의 지능화(Intelligent Buildng System)에 대응할 수 있는 고효율 조광장치에 관한 것으로 램프나 기타 광원의 조도나 색채를 연속적으로 변화시키는 조광장치에 있어서, 상호 직렬로 접속된 FET1 소자(S1)와 FET2 소자(S2)를 램프(L)와 직렬로 연결시키고 FET소자(S1)(S2)와 다이오드(D1)(D2)를 병렬로 연결하며 상기 FET 소자(S1)(S2)의 게이트에 미리 특정 파형이 나오도록 프로그래밍된 마이크로프로세서로부터의 제어신호(A)로 입력되게 한 것을 특징으로 하는 고효율 조광장치.

Description

고효율 조광장치{High efficiency dimmer}

본 발명은 마이크로 프로세서(Microprocessor)를 채용하여 공급전압과 전류를 안정하게 유지시켜 램프의 수명을 연장시키고 돌입전류를 조절하여 에너지를 절감시키며 유도부하 또는 저항부하 등에 따라 조광장치의 출력을 자동으로 조절할 수 있게 하고 램프나 조광장치의 고장을 경보시킬 수 있게하여 조광장치가 다량으로 설치되는 장소와 빌딩의 지능화(Intelligent Buildng System)에 대응할 수 있는 고효율 조광장치에 관한 것이다.

일반적으로 조광장치(Dimmer)는 램프나 기타 광원의 조도나 색채를 연속적으로 변화시키는 것이며 조도를 변화시키기 위해서는 단권 변압기에 다수의 인출선을 부착하고 이것을 변환시키거나 사이리스터(Thyrister) 등을 이용하여 전자적으로 하는 방법 등이 있다.

그리고 조광장치의 개발은 1962년 새로운 형태의 조광장치가 런던에서 공개되었으나 SCR 또는 사이리스터가 사용되는 조광장치는 정현파의 반 사이클을 잘라 내면서 램프에 흐르는 부하전류를 연속적으로 변화시키는 것으로 당시 새로운 기술은 아니고 열음극 방전관을 사용했던 이전의 제품에도 사용되었던 원리를 이용한 것으로 실험적으로 만들어 졌을 뿐 실용화되지는 못하였다.

사이리스터가 조명기기에 적합한 전력등급으로 개발되면서 실용화되기 시작하였으며 반 사이클마다 전류를 제어하여 1초에 100회 정도 부하전류를 스위칭 할 수 있기에 이르렀다.

ON 되는 주기를 늘이게 되면 빛이 밝아지고 줄이면 빛이 어두워지는 원리를 이용한 것이다.

사이리스터 조광장치는 기존 저항 조광장치,오토 트랜스 및 마그네틱 조광장치보다 더 작고, 밝고, 빨랐으며 안정성과 온도에 영향을 받지않는 높은 에너지 효율을 가진 것으로 당시로서는 광범위한 영역의 램프 소비전력의 제어와 원격제어에 아주 적합한 장치로 인정되었다.

종래의 사이리스터 조광장치의 기본구조는 도 3 에 도시된 바와같이 스위칭 소자를 SCR(G1)(G2)를 사용하고 소음과 고주파를 저감시키기 위하여 초크〔Choke(I)〕를 사용한 것으로 동작원리는 사이리스터의 게이트단자(G1)(G2)에 게이트 펄스 시그널〔Gate Pulse Signal(S)〕이 입력되면 도통되어 전원의 극성이 반대가 될 때까지 유지되는 특성을 이용하여 교류전원(E)의 위상각을 제어하여 조명(R)을 통제하는 것이다.

a의 교류전원(E)에 b의 게이트 펄스(G1)과 (G2)에 입력 되었을 경우 부하에 흐르는 전압과 전류는 (G1)의 게이트 펄스와 (G2)를 대비하여 전력을 부하에 크거나 작게 공급하여 조광조건을 얻게 되는데 이와같이 게이트 펄스에 전자회로를 이용하여 임의의 각도에서 출력시킴으로써 조광제어가 가능케 한 것이다.

상기와 같이 사이리스터(Triac) 조광장치의 소자들은 램프의 전류가 상승하는 시점(트리거 포인트)에서 동시에, 제어신호에 의한 램프의 전력 제어기로 동작하게 되며 주전력 파형의 반 사이클니 끝날 때까지 계속 전류를 흘리게 되며 연속적으로 적정한 광도를 만들어 내기 위해 도 4 에 도시된 바와같이 매 주기마다 스위칭 한다.

상기와 같이 파형과 램프의 광도는 트리거 포인트를 감지하고 제어가 가능할 때만 출력되고 약간의 오차나 실수로 인한 소자의 파괴는 설치된 전체 시스템의 안정성을 위협하는 문제가 있다.

상기한 바와같이 사이리스터 조광장치는 상당히 성공적으로 AC전력을 제어할 수 있지만 SCR이 스위칭하는 반주기 사이클 동안에 일으키는 전기적 간섭으로 인해 주변의 기기들이 손상을 입고 심지어 심할 경우에는 전원측에도 다량의 고주파를 발생시키며 이로 인한 소음이나 고주파를 저감시키기 위하여 초크를 장치하지만 초크로 인한 전력손실,가청주파수대의 노이즈등으로 조광장치가 다량으로 설치되는 공연장 및 스튜디오에서는 심각한 문제점이 있었다.

그리고 도 5 는 사이리스터 조광장치의 위상각 90°에서 스위칭했을 때 파형도를 도시한 것으로 전원전압이 400일 때 스위칭으로 인한 전압상승이 약 25%이상 발생되고 초기의 돌입전류는 정격의 약 16배 정도에 이르는 것을 알수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 목적으로 창출된 것으로 조광장치의 커브를 곡선화 시킴으로 필라멘트의 공진을 줄여 램프의 수명을 연장시키고 FET 게이트 단자로 전류의 제어가 가능케하고 초크코일을 적용시킬 필요가 없으며 접합부의 전압강하로 인한 열손실을 줄일수 있으며 소음이 적은 고효율 조광장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1 은 본 발명 조광장치의 다이아그램도

도 2 는 본 발명 조광장치의 파형도

도 3 은 종래 조광장치(Thyrister,Triac)의 다이아그램도

도 4A 는 종래 조광장치의 높은 광도일 때의 스위칭된 파형도

도 4B 는 종래 조광장치의 낮은 광도일 때의 스위칭된 파형도

도 5 는 종래 조광장치의 위상각 90°에서 스위칭시 파형도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(S1)(S2) FET 소자

(D1)(D2) 다이오드

(L) 램프

(A) 제어신호

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 그 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명 조광장치의 다이아그램도로서 FET 소자를 서로 직렬로 접속시켜 램프와 결합시키고 각각 FET에 다이오드를 연결,사용하는 것을 도시한 것이고, 도 2 는 본 발명 조광장치의 파형도로서 스위칭시 돌입전류(서지 전류)를 게이트 제어신호에 의하여 제어하여 전압상승도를 줄이는 것을 도시한 것이다.

본 발명은 상호 직렬로 접속된 복수개의 스위칭소자를 램프와 직렬로 연결시키고 스위칭소자와 다이오드를 병렬로 연결하며 상기 스위칭소자의 게이트에 제어신호를 입력하여 램프나 기타 광원의 조도나 색채를 연속적으로 변화시키는 조광장치에 있어서,상호 직렬로 접속된 FET1 소자(S1)와 FET2 소자(S2)를 램프(L)와 직렬로 연결시키고, FET 소자(S1)(S2)와 다이오드(D1)(D2)를 병렬로 연결하되, 상기 FET소자(S1)(S2)의 게이트에 입력되는 신호를"" 와 같은 파형을 가지도록 프로그래밍된 마이크로프로세서(도시없음)의 제어신호(A)를 입력받아 off신호 조절에 따라 램프의 밝기가 조절되도록 FET소자(S1)(S2)를 스위칭하여 돌입전류(서지전류)에 의한 조광장치의 충격을 저감토록 구성한 구조를 특징으로 한다.

도면중 미설명 부호 (P)는 위상측정부이고,(N)은 접지부이다.

이와같이된 본 발명은 공급전압과 전류를 안정하게 유지시켜 램프의 수명을 연장시키고 돌입전류를 조절하여 에너지를 절감시키기 위한 조광장치로서 제어신호(A)에 의하여 각각의 FET 소자(S1)(S2)를 제어하는 것으로 상기한 회로에서 FET 소자(S1)(S2)는 전류를 차단하는 스위칭 소자로서 사용되며 램프(L)가 일정치의 광량에 도달할 때 램프(L)에 흐르는 전류를 차단하기 위하여 스위칭 한다.

즉 도 2 에 도시된 바와같이 제어신호(A)는 상위 반주기 동안 램프(L)에 전류를 흘려 주기 위하여 FET1 소자(S1)를 ON시키고 다시 하위 반주기 동안 램프(L)에 전류를 공급하기 위하여 FET2 소자(S2)를 ON 시키도록 동작하는 것이다.

그리고 소음이나 고주파를 저감시키기 위하여 종래에 사용하던 초크를 대신하여 다이오드(D1)(D2)를 각각의 FET 소자(S1)(S2)에 사용함으로써 FET 소자(S1)(S2)에 역방향 전류를 방지할 수 있는 것이다.상기 도 2에 도시된 바와 같이 off 점 직전에서 전류가 최대로 되어 조광장치의 밝기가 제일 밝게 된다.즉, 본 발명 장치에 의한 조광장치는 제어신호중 Off신호를 언제 주느냐에 따라 조명의 밝기가 변화되는데, 처음 본 발명의 장치가 작동되면 돌입전류(서지전류)가 작동시작점인 on에서부터 서서히 전류공급량이 많아지고, 동시에 램프의 밝기가 서서히 밝아 지다가 off신호점 직전에 이르면 램프(L)에 공급되는 전류량이 최대로 된다.따라서 조광장치 작동시 순간적인 전류량이 많아지지 않아 돌입전류(서지전류)에 의한 조광장치의 피해를 줄일수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 본 발명은 종래의 사이리스터 조광장치와 비교하면 접합부의 전압강하는 동급의 소자를 비교하였을 때 약 7-8V의 차이를 나타내며 전압강하로 인한 전력손실을 줄일 수 있으며 그에 따른 결과로 그만큼의 방열판 소모를 줄일 수 있고 램프의 수명을 연장시킬 수 있으며 에너지를 효율적으로 사용하여 에너지를 절감시키고 배선과 접속을 줄임으로 설치비용을 절감시키는 효과가 있고 노이즈와 소음에 대한 대책이 필요 없으며 냉방장치가 불필요한 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 상호 직렬로 접속된 복수개의 스위칭소자를 램프와 직렬로 연결시키고 스위칭소자와 다이오드를 병렬로 연결하며 상기 스위칭소자의 게이트에 제어신호를 입력하여 램프나 기타 광원의 조도나 색채를 연속적으로 변화시키는 조광장치에 있어서,

   상호 직렬로 접속된 FET1 소자(S1)와 FET2 소자(S2)를 램프(L)와 직렬로 연결시키고, FET 소자(S1)(S2)와 다이오드(D1)(D2)를 병렬로 연결하되, 상기 FET소자(S1)(S2)의 게이트에 입력되는 신호를

   "" 와 같은 파형을 가지도록 프로그래밍된 마이크로프로세서(도시없음)의 제어신호(A)를 입력받아 off신호 조절에 따라 램프의 밝기가 조절되도록 FET소자(S1)(S2)를 스위칭하여 돌입전류(서지전류)에 의한 조광장치의 충격을 저감토록 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 조광장치.