KR100489287B1

KR100489287B1 - 저항 부하에 대한 ａｃ 주 전압의 보상 회로

Info

Publication number: KR100489287B1
Application number: KR10-1999-7003133A
Authority: KR
Inventors: 루시오 팔레이스; 로자리오 토토라
Original assignee: 로자리오 토토라; 루시오 팔레이스
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2005-05-11
Also published as: EP0836267A1; DE69602531T2; BR9711900A; CN1237285A; US6118222A; AU4945397A; GR3030866T3; ES2133920T3; DE69602531D1; WO1998016991A1; EP0836267B1; KR20000049060A; JP2001502158A

Abstract

저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 회로는, AC 전원과 저항 부하(8) 사이에 위치하고 있으며 처리된 AC 공급 전압의 일부가 AC 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 수단(3), 및 저항 부하(8)의 앞에 배치된 하나 이상의 용량성 수단(3;4a-4g)을 포함하며, 이 회로는, 표 2에 의해, 충분히 상기 AC 전압의 AC 특성을 유지하고 저항 부하(8)에 의하여 방전하는 동안 희망하는 값에 도달할 때까지 AC 공급 전압을 보상할 수 있는 낮은 값으로 하나 이상의 용량성 수단을 선택하는 특성을 가진다.

Description

저항 부하에 대한 ＡＣ 주 전압의 보상 회로{CIRCUIT FOR COMPLEMENTING AN AC MAINS VOLTAGE, PARTICULARLY FOR RESISTIVE LOADS}

본 발명은 저항 부하에 대한 공급 전압을 보상하는 회로에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 백열등과 같은 광원 앞에 사용하기에 적당한 공급 전압을 보상하는 회로에 관한 것이다.

현재 사용되고 있는 최상의 광원은 최적의 상태(예를 들어, 220V 공급 전압)에서 가장 저렴한 가격으로 상업적으로 획득가능한 광원을 구성하고 최상의 색도율(chromatic yield)(RA=100)을 제공하는 필라멘트 램프로 구성된다.

그러나 50 또는 60 Hz 주파수의 정현파 AC 전압(주 전압의 표준치)이 공급되는 이들 램프를 사용하는 경우 문제가 발생하는데, 이는 이들 램프가 모든 전압 강하(voltage decrease)에 의해 매우 부정적인 영향을 받기 때문이다.

분포 지점(distribution point)과의 거리에 따라 라인 상의 전압 손실과 이와 유사한 원인에 의해 전압 강하가 발생하기 때문에, 주 전압(유럽에서는 220V이며, 이는 가정용 주 전압의 정격 값임)을 거의 사용할 수 없다는 것은 공지된 사실이다. 이러한 이유로, 종종 실제로는 확실하게 낮은 전압이 이상적인 주 전압과 동등한 정격 전압(예를 들어 220 V)에서 동작하도록 설계된 램프에 공급된다.

이러한 문제점은 주 전압이 전압 강하에 의해 영향을 받아 주 전압이 사용 시에 거의 170 V에 도달하며 따라서 거의 4.5 루멘/와트와 동등한 높은 효율 손실을 가져올 가능성이 있는 기술 후진국에서는 더 심하게 나타난다.

이러한 경우에, 백열등은 최적의 상태에서 사용되지 않으며, 발생된 광의 양 및 질은 램프의 전위에 비해 상당히 낮다.

텅스텐 필라멘트를 가지는 백열등의 경우, 이러한 필라멘트는 정격 주 전압에서 동작하도록 설계되어 있지만, 이러한 동작은 단지 매우 짧은 구간 동안에만 발생하며, 따라서 광자(photon)로 방사되는 주파수는 스펙트럼 범위 내에서 자외선보다는 적외선을 향하여 천이(shift)된다는 사실이 실험에 의해 증명되었다. 이러한 점에서 공지된 방법으로 사용되는 백열등은 소비된 에너지의 일부를 사용하여, 인간 눈의 가시적 스펙트럼을 초과하는 범위의 방사를 발생시키며, 그리하여 발광 효율(luminous efficiency)을 손상시키는 열을 발생시킨다.

최적의 동작 조건(예를 들어 220 V AC)에서의 예를 들어 40 와트의 램프와 같은 백열등의 발광 효율은 약 8.5 루멘/와트이다. 전압이 예를 들어 210 V로 강하되면, 발광 효율은 약 7.35 루멘/와트로 떨어진다. 실제적으로 10 V의 주 전압마다 약 1 루멘/와트의 손실이 발생한다는 것이 관찰된다.

공급 전압 강하에 의해 야기되는 발광 효율의 저하는 AC 전력이 공급된 모든 장치에서 공통적으로 발생한다. 예를 들어, 미리 설정된 동작 전압에서 동작하여 물을 비등 온도(boiling temperature; 약 100 ℃)로 가열하도록 설계된 물 가열기(water heater)의 경우, 정격 전압보다 낮은 전압이 공급되면 가열기의 효율이 저하되어 물의 비등점에 도달할 수 없기 때문에, 이 가열기는 더 이상 예정된 임무를 수행할 수 없다.

백열등에 대하여 다시 설명하면, 이들 램프를 완전히 사용하기 위하여, 변압기(transformer) 또는 전압 부스터(voltage booster)를 사용하여 주 전압을 램프에서 요구하는 정격 전압 값까지 증가시킬 수 있다. 이러한 해결 방법에 있어서의 문제점은 가정 환경에서 이들 장치를 사용하는 경우에 발생하는 어려움 이외에도 이들 장치의 경비, 부피 및 소비 전력의 문제이다.

종래 형태의 백열등 램프가 가지는 다른 문제점은 램프가 파워 온(power-on)되는 시간 동안 높은 피크 전류(peak current)를 견뎌야 한다는 것이다. 최적의 정격 전압 레벨(예를 들어 220 V)을 가정한 상태에서 램프가 AC 전압의 정현파 곡선의 피크 지점에서 스위치 온되면, 램프의 필라멘트를 흐르는 전류는 램프가 이미 스위치 온된 경우에 흐르는 전류에 비해 매우 높다.

따라서 피크 전압 220 V가 인가된다고 가정하면, 유효 전압이 정확하게 220.√2 V로 증가되며, 다시 말하면 약 310.2 V가 된다. 백열등이 상온에서 매우 낮은 저항을 제공하기 때문에, 이러한 전압에서는 약 7-10 A의 전류가 필라멘트에 흐르게 되며, 이는 필라멘트 조각의 파손 및 돌출(projection)과 함께 필라멘트의 자기화(magnetization) 및 이들의 극단적인 수축(violent contraction)을 야기한다.

따라서 백열등에 전기적 주 전원으로부터 직접 유도할 수 없는 것으로 알려져 있는 DC 전류를 인가하는 방법이 제안되었다.

이러한 목적을 위해, 부하 앞에 배열된 종래의 정류기(current rectifier)(예를 들어 완전한 전류 정류를 구현하기 위한 다이오드 브리지) 및 여기에 병렬로 연결된 적어도 하나의 평활 커패시터(smoothing capacitor)를 사용하여 완전한 DC 출력 전류를 부하에 공급하는 방법이 제안되었다.

이러한 구성은 예를 들어, 영국 특허 출원번호 제2,051,505호에 개시되어 있다. 이 특허에서는 전술한 정류 회로를 인버터(inverter)앞에서 사용하며, 인버터는 백열등과 병렬로 연결되어 있다.

전술한 영국 특허 출원에 의해 제안된 회로의 목적은 램프에 AC 전류(정상 동작 조건에서) 또는 DC 전류(비상 조건에서)를 균일하게 공급하며, 전술한 2개의 동작 조건에서 인버터가 정확하게 동작하도록 하는 것이다.

부하 앞에 정류 및 평활 회로를 배치하는 다른 응용 예는 유럽 특허 출원번호 제 0 254 506호에 개시되어 있다. 이 유럽 특허 출원에서는 정류기 뒤에 배열된 용량성 수단(capacitive means)이 주 AC 전압에서 정상적으로 존재하는 피크 전압을 제한하고 평활화하여 공급된 부하 상에서의 과도 전압을 방지한다.

따라서 용량성 수단은 DC 전압이 인가된 부하를 보호하기 위한 것이다.

전술한 상기 특허출원 모두는 완전한 DC 출력 전류(전압)를 구하기 위해 정류 및 평활 회로를 사용한다. 이러한 목적을 위해, 평활 커패시터 또는 커패시터들은 피크 전압을 클리핑(clipping)하고 정류된 전압의 트로프(trough)를 채울 수 있도록 선택된 크기를 가진다. 이러한 효과가 도 2에 도시되어 있다.

그러므로 평활 커패시터의 값은 정류된 주 전압의 완전한 피크 레벨이 계수 √2에 의해 감소되는 값을 감안하여 충분히 큰 값으로 선택되어야 한다. 즉 예를 들어, 직류 전압 220/√2 = 156 V를 변압하면 156×√2 = 220 V(DC)와 동등해진다.

그러나 DC 전력을 공급하는 경우, 백열등의 수명이 상당히 단축되며, 높은 값의 커패시터를 적분하기 어려우며 종래의 전구 또는 소켓에 삽입하기 어렵다는 문제점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 1a는 도 1의 회로로부터 출력된 전압을 시간을 함수로 하여 플롯하는 도면이며, 이 도면에는 하나의 곡선 그룹이 도시되어 있으며, 각 곡선은 부하의 서로 다른 값(서로 다른 전력 레벨)과 연관되어 있다.

도 1b는 박스 형태의 몸체에 삽입된 도 1의 회로를 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 회로와 유사하지만, 종래 형태의 용량 값을 사용하며, 저감 변압기(reducer-transformer)에 의해 계수 √2만큼 감소하는 것을 방지하는 회로로부터 출력된 전압을 시간을 함수로 하여 플롯하는 도면이다.

도 2a는 변압기에 의한 전압 보정이 없는 정격 전압 및 유효 전압을 도시하는, 용량성 수단 앞에 배치된 도 1의 회로의 출력 전압을 플롯하는 도면이다.

도 3a-3c는 도 1의 회로의 시간 흐름을 함수로 하고 부하의 전력 레벨을 함수로 하여 전압을 플롯하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 4a는 시간을 함수로 하여 도 4의 회로의 전압의 출력 파형을 플롯하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 5a는 시간을 함수로 하여 도 5의 회로의 전압의 출력 파형을 플롯하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회로의 변형을 도시하는 도면이다.

도 6a는 시간을 함수로 하여 도 6의 회로의 전압의 출력 파형을 플롯하는 도면이다.

도 7은 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로의 변형을 도시하는 도면이다.

도 7a는 시간을 함수로 하여 도 7의 회로의 전압의 출력 파형을 플롯하는 도면이다.

도 8은 램프와 나사결합(screw)되기에 적당한 어댑터에 삽입된 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 9는 플러그에 삽입된 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 10은 램프에 삽입된 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 11은 정류기 수단의 출력과 연결된 서로 다른 용량(capacitance)을 가지는 복수의 커패시터를 포함하는 본 발명에 따른 회로를 도시하는 도면이다.

도 12는 전압 값을 함수로 하여 용량 값을 플롯하는 도면이다.

도 13은 용량 값을 함수로 하여 전력 값을 플롯하는 도면이다.

따라서 본 발명의 목표는 전기적 주 전원으로부터 사용가능한 전압을 증대시켜 희망하는 값을 가지는 AC 전압을 부하에 항상 공급하는, 저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 회로를 제공하는 것이다.

이러한 목표 범위 내에서, 본 발명의 목적은 일반적으로 광원의 효율성을 상당히 증가시키며, 동시에 상기 광원에 대하여 종래 형태의 사용에서 얻은 휘도 레벨보다 높은 휘도 레벨을 보장하는, 일반적으로 저항 부하, 구체적으로는 백열등에 대하여 AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 일반적인 백열등 및 안정기(ballast) 또는 변압기를 요구하지 않는 할로겐 램프, 수은 램프 또는 다른 가스를 사용하는 램프 모두를 사용할 수 있는, AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원하는 값을 가지는 AC 전압을 출력할 수 있으며, 항상 부하에 정격 전압을 공급하도록 주 전원의 모든 전압 손상을 보상하는, AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 램프가 파워 온되는 동안에 발생하는 열적 충격을 피할 수 있는, AC 주 공급 전압을 보상하는 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 무시해도 무방한 양의 소비 전력을 가지는 AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 일반적인 전구 내 및 플러그, 스위치, 확장 코드(extension cord) 또는 소켓 내에서 사용될 수 있는, AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 현재 사용되고 있는 광원의 불필요한 스토로브 영향(strobe effect)을 방지할 수 있는 AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 신뢰성이 매우 높으며 경쟁적인 가격에서 생산하기가 비교적 쉬운 저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 회로를 제공하는 것이다.

아래에서 명백하게 설명될 이러한 목표, 목적 및 다른 목적은 저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 회로에 의해 구현되며, 상기 보상 회로는 AC 전원과 저항 부하 사이에 배치되어 있으며 처리된 AC 공급 전압의 일부가 상기 AC 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 수단, 및 상기 저항 부하 앞에 배열된 하나 이상의 용량성 수단을 포함하며, 상기 하나 이상의 용량성 수단은 표 2에 따라, 상기 AC 전압의 AC 특성을 유지하고 상기 용량성 수단이 상기 저항 부하에 의하여 방전되는 동안 희망하는 값에 도달할 때까지 상기 AC 공급 전압을 보상하기에 충분히 낮은 값을 가지는 값으로 선택되는 것을 특징으로 한다.

이러한 목표 및 목적은 저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 방법에 의해 구현되며, 상기 방법은 다음의 특징을 가진다.

-- 처리된 AC 전압의 일부가 상기 AC 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적당한 수단을 AC 전원과 저항 부하 사이에 배열하는 단계; 및

-- 상기 저항 부하 앞에 하나 이상의 용량성 수단을 배열하는 단계로서, 상기 하나 이상의 용량성 수단의 값은 표 2에 따라, 전원에 의해 공급된 상기 AC 전압의 AC 특성을 유지하기에 충분히 낮은 값으로 선택되며, 또한 상기 값은 상기 하나 이상의 용량성 수단이 상기 저항 부하에 의하여 방전되는 동안, 희망하는 값에 도달할 때까지 상기 AC 공급 전압을 보상하도록 선택되는 값을 가지는 것을 특징으로 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점은 실시예에 대한 설명을 통해 명확해질 것이다. 그러나 본 발명에 따른 회로가 그 실시예를 한정하는 것은 아니며, 아래에 첨부된 도면은 실시예를 한정하지 않는 범위 내에서 도시되어 있다.

다음의 실시예에 대한 설명 및 모든 도면에 있어서, 동일한 도면부호는 동일한 요소를 표시한다.

위에서 설명한 도면을 참조하여 설명하면, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 회로는 주 전원과 연결되는 2개의 입력 단자(1); 광원과 연결되는 2개의 출력 단자(2); 입력 단자(1)와 출력 단자(2) 사이에 위치하고 있으며 처리된 AC 전압의 일부가 주 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 수단(3)―여기서는 편의상 정류기(3)를 배치함―; 및 정류기(3)의 출력단과 출력 단자(2) 사이에 연결된 용량성 수단(capacitive means 4)을 포함한다.

또한 수단(3)은 트랜지스터, SCR 등에 의해 적당하게 구성되며, 반드시 정류기(3)를 사용해야 하는 것은 아니다.

저항(9)은 용량성 수단(4)과 병렬로 연결되며, 입력 단자(1)에는 퓨즈(fuse; 11)가 연결된다.

바람직하게 정류기(3)는 반파(half-wave) 정류기 또는 양파(full-wave) 정류기에 의해 구성된다.

도 4는 반파 정류를 수행하기 위해 실제로 하나의 다이오드에 의해 정류기(3)를 구성하는 본 발명의 제2 실시예에 의한 회로를 도시하는 도면이다. 도 4a는 반파 정류된 AC 전압을 플롯하는 도면이다.

양파 정류기는 다이오드 브리지에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 도면을 간단하게 하기 위해 도 1에는 양파 정류기(3)를 도시한다.

용량성 수단(4)은 커패시터를 포함하는 것이 편리하다.

도 1a는 부하의 서로 다른 값을 함수로 하여 도 1의 회로의 출력 전압을 플롯하는 하나의 곡선 그룹을 도시하는 도면이다. 이러한 경우, 부하는 10 와트와 100 와트 범위에서 변동하는 전력 레벨을 가지는 백열등에 의해 구성된다.

도 1b는 도 1의 회로를 수용하기 위해 박스 형태의 몸체(5)에 삽입된 회로를 도시하는 도면이다.

도 2는 도 1의 회로와 유사하지만 종래의 기준에 따라 선택된 용량성 값을 가지는 공지된 형태의 회로에 의해 AC 전압의 피크 전압을 최적으로 평활화하여 완전한 DC 전압을 얻도록 구해진 AC 전압의 출력 파형을 플롯한다.

이 경우, 커패시터(4)의 값은 목적에 따라 달라진다.

도 2에서, 도면 부호 (20)은 양파 정류된 AC 전압을 표시하고, 도면 부호 (10)은 커패시터(4)에 의해 AC 전압의 피크 전압을 평활화함으로써 얻어진 DC 전압을 표시한다.

도 2a는 양파 정류기에 의해 정류되어 출력된 AC 전압을 플롯하는 도면이며, 정격 전압값(이 경우에는 예를 들어 220 V) 및 유효 전압값(310.2 V)을 도시한다. 따라서 유효 전압의 피크 전압은 310.2 V이며, 정격 전압은 일반적인 전압인 220 V이다. 따라서 이들 2개의 피크 전압 값들 사이에는 90.2 V의 차가 존재한다.

아래에서 도 3a-3c를 참조하여 본 발명에 따른 회로의 동작에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회로를 도시하는데, 도 5에는 도 1의 회로의 수단(3)에 의해 수행되는 기능을 수행하는 6개의 다이오드(11a-11f)가 도시되어 잇다.

이 경우 6개의 다이오드(11a-11f)가 양파 정류를 수행하며, 커패시터(4)가 반파마다 AC 주 공급 전압을 보상한다.

커패시터(4)의 이러한 동작은 도 4a에서 이미 명확하게 도시하였으며, 도면 부호(12)는 커패시터(4)에 의해 제공되는 전압 보상을 표시한다.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 회로의 변형을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 이 경우에 다이오드 브리지(3)를 구성하는 다이오드 이외에도 다이오드(13, 14, 15)가 연결되며, 이들 다이오드는 양파 정류를 수행하고 반파마다 정류된 AC 전압을 보상하는 효과를 가진다.

이러한 최종 동작이 도 6a에 도시되어 있다.

도 7은 정류된 매 AC 전압에 대한 보상 기능을 가지는 8개의 다이오드(16a-16h) 및 2개의 커패시터(4a, 4b)를 포함하는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로의 변형을 도시하는 도면이다.

도 8은 도 1의 회로를 수용하며, 어댑터(6)에 삽입된 박스 형태의 몸체(5)를 도시하는 도면이며, 여기서 어댑터(6)의 입력단(1)은 종래의 램프의 위치에서 자체적으로 나사 결합되도록 구성되어 있으며, 어댑터(6)의 출력단(2)은 모든 램프의 삽입을 허용한다.

물론 본 발명에 따른 회로는 확장 코드, 소켓, 스위치 등에 삽입될 수 있다.

도 9는 소켓이 제공된 종래의 플러그(7) 내에 삽입된 박스 형태의 몸체(5)를 도시하는 도면이다.

이들 모든 도면에서, 도 1의 입력 단자(1) 및 출력 단자(2)에 대응하는 입력 단자(1) 및 출력 단자(2)가 도시되어 있다.

도 10은 박스 형태의 몸체(5)에 수용되고 종래의 백열등(8)에 삽입되어 사용되는 도 1의 회로를 도시한다. 이 경우 입력 단자(1)는 백열등(8)의 나사산 바닥과 직접 연결되며, 출력 단자(2)는 상기 램프(8)의 퓨즈 엔클로저(fuse enclosure)와 연결된다.

전술한 도면을 참조하여, 특히 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 회로의 동작에 대하여 설명한다.

주 전원과 공급될 광원 사이에 연결된 정류기(3)는 AC 전류를 펄스된 DC 전류로 정류한다. 커패시터(4)의 용량은 초기에 소모되어, 따라서 0이 되는 저항을 가지게 되며, 이 때 다이오드 브리지(정류기; 3)를 구성하는 다이오드는 부하 저항으로서의 기능을 수행하며, 파워 온되는 순간에 커패시터(4)에만 전류가 흐르도록 하여, 열적 충격으로부터 램프를 보호한다. 따라서 커패시터(4)는 정격 전압 및 유효 전압 사이에 발생하는 전압 차를 충전시키고 저장하여, 다음 방전 동안에 광원을 향하여 이러한 전압 차를 점차적으로 되돌려 보낸다.

이러한 방법으로 정류기 수단(3)에 비해 출력단에 위치하는 커패시터(4)의 값에 따라, 정격 전압과 유효 전압 사이에 발생하는 전압 차를 자유로이 활용할 수 있으며, 그렇지 않으면 이러한 전압 차는 손실된다.

실제적으로 전압 피크 값을 활용하는 것은 항상 부하 및 커패시터(4)의 용량의 저항 값과 연결되어 있다. 이들 파라미터(parameter)를 변동시킴으로써, 특히 사용될 램프에 의해 제공된 저항을 함수로 하여 용량 값을 변동시킴으로써, 항상 최적의 전압 값을 가진 램프를 제공할 수 있다.

커패시터(4)의 동작이 에너지―여기서 에너지 값은 커패시터 자체의 용량 값에 따라 변동될 수 있음―를 실제적으로 보전하기 때문에, 커패시터(4)의 동작은 "배터리"의 동작과 연결될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 회로는 공급 전압을 증가시키기 위한 장치로 동작하며, 상기 장치의 일반적인 문제점(소비 전력, 부피, 경비)에 의해 영향받지 않는 승압 변압기(step-up transformer) 또는 전압 부스터로서 동작한다. 또한 전압이 점차적으로 전달되기 때문에, 열적 충격으로부터 램프를 보호하며, 임의의 입력 전압 및 임의의 출력 전력 레벨에 적합하며, 과도 부하를 방지한다.

저항(9)은 부하(단자(2)와 연결된 백열등)가 없는 경우 및 주 전력이 공급되지 않는 경우에 커패시터(4)를 방전하도록 선택된 값을 가진다. 이는 회로가 개방된 경우에도 커패시터(4)가 충전된 상태로 남아있는 것을 방지하기 위한 것이다.

회로가 고장난 경우, 입력 단자(1)에 배열된 퓨즈(11)가 보호성 소자(protective element)의 역할을 수행한다.

커패시터(4)의 용량 값을 정의하는 방법을 도시하기 위해, 숫자 예를 참조하여 본 발명에 따른 회로의 동작에 대하여 설명한다(도 1을 참조하라).

예를 들어, 램프에 의해 구성되며 230 V의 동작 전압에서 40 W의 전력 레벨을 가지는 저항 부하를 가정한다.

230 V가 아닌 200 V가 인가된 램프를 가정한다.

공급 전압이 200 V인 경우, 램프의 소비 전력이 감소하며(예를 들어 40 W 이하가 됨) 그 루멘 또한 감소한다.

법칙 I = W/V(여기서 I는 램프 필라멘트를 흐르는 전류의 세기를 표시하며, W는 램프의 전력 레벨을 표시하며, V는 공급 전압을 의미함)를 고려하면, 다음과 공식을 얻게 된다.

I = W/V, 즉 40/230 = 0.17 A이다.

R= V/I = 1352 ohm이기 때문에

I (전압은 200 V) = V/R = 200/1352 = 0.16 A이며,

W = V * I = 0.16 * 200 = 32 W(램프의 실제 소비 전력)가 된다.

따라서 200 V의 전압에서 40 W의 램프는 실제로 단지 32 W만을 소비하며, 이 경우에는 8 W의 손실이 발생한다.

아래의 표 1은 230 V의 전압에서의 기준 40 W 램프를 사용한 실험을 통해 구해진 값을 표시하며, 상기 램프의 낮은 실제 소비에 의해 야기된 루멘의 손실이 약 2 루멘/와트임을 표시한다.

따라서 200 V의 전압에서 사용된 램프는 최상의 가능한 루멘 효율을 제공하기에 불충분하다.

예를 들어, 표 1에서 230 V에서의 40 W 램프의 발광 효율은 9.13 루멘/와트이며, 190 V에서의 발광 효율은 6.12 루멘/와트이므로, 실제 손실은 3.01 루멘/와트이다.

소비된 와트의 차이는 10 W이며, 커패시터(4)에 20㎌(즉 와트 차이의 2배, 이경우의 와트 차는 10 W임)의 값을 제공함으로써, 커패시터(4)는 손실된 와트를 되돌려주어 램프가 최적의 상태에서 동작하도록 하여, 190 V의 공급 전압을 230 V(램프의 최적 발광 효율을 구현하기 위해 미리 설정된 값임)의 공급 전압으로 보상할 수 있다.

표 1

40 W, 230 V의 Leuci 램프를 사용하여 측정이 이루어졌다.

Volt/AC	lumen	mA/AC	watts	lm/w
130	41	130	16.9	2.42
140	54	135	18.9	2.85
150	72	140	21	3.42
160	93	145	23.2	4
170	119	150	25.5	4.66
180	149	155	27.9	5.34
190	184	159	30.2	6.12
200	223	162.5	32.5	6.86
210	268	165	36.46	7.35
220	318	170	37.4	8.5
230	365	174	40	9.13
240	428	176	42.24	10.13
250	505	180	45	11.22
260	578	185	48.1	12
270	660	189	51	12.94
280	746	193	54	13.81
290	855	195	56.55	15.11
300	965	200	60	16.8
310	1065	204	63.24	16.84
320	1189	206	65.92	18.03
330	1302	210	69.3	18.78
340	1440	214	72.76	19.79
350	1574	216.5	75.77	20.77
360	1745	220	79.2	22.03
370	1880	224	82.88	22.68
380	2120	227	86.26	24.57
390	2290	230	89.7	25.52
400	2520	234	93.6	26.92
410	2700	237	97.17	27.78
420	2860	240	100.8	28.37
430	3100	244	104.92	29.54
440	3300	246	108.24	30.48
450	3500	250	112.5	32

따라서 실험적 측정에 의해 커패시터(4)의 값을 측정하는데 사용되는 상수(constant factor)가 유도된다. 상기 상수는 값 2에 의해 주어지며, 최적의 전압(정격 전압)에서의 램프 소비 전력에서 램프의 실제 소비 전력을 뺀 값의 와트 차를 상기 값 2로 곱해야 한다.

따라서 램프의 최적 동작을 복구하기 위해 필요한 모든 와트마다, 즉 추가되는 모든 와트마다 약 2 ㎌의 커패시터(4) 용량이 필요하다는 사실이 발견되었다.

다음의 표는 하나의 예의 전압, 루멘/와트, 및 커패시터(4)의 값 사이의 관계를 제공한다.

lm/W	유효 전압	희망 전압	와트 차	C(㎌)	lm/W
4.66	170 (25.5 W)	230(40 W)	14.5	29	9.13
5.34	180 (27.9 W)	230(40 W)	12.1	24.2	9.13
6.12	190 (30.2 W)	230(40 W)	9.8	19.6	9.13
6.86	200 (32.5 W)	230(40 W)	7.5	15	9.13
7.35	210 (36.4 W)	230(40 W)	3.6	7.2	9.13
8.5	220 (37.4 W)	230(40 W)	2.6	5.2	9.13
9.13	230 (40 W)	230(40 W)	0	0	9.13

220-230 V의 AC 전압의 경우, 이전에 결정된 상수 2는 유효하다. 다른 AC 전압의 경우 상수는 이와 다르며, 이는 아래의 표 2에 정의되어 있다.

이러한 표는 선택될 용량 값과 전압 값 사이의 관계를 표시한다.

표 2

상수		AC 전압 값
바람직한 범위	최적 값
15-45	(32.5)	12.5
8-22	(16)	25
6-18	(11)	37.5
4.5-17	(8.8)	50
4-16	(7)	62.5
3-15	(5.8)	75
2.5-14	(5)	87.5
2.2-13	(4.5)	100
2-12	(4)	112.5
1.5-10	(3.5)	125
1.5-9	(3)	150
1.2-6	(2.5)	200
1-4.5	(2)	220
0.5-3.5	(1.5)	440

표 2의 괄호 안의 숫자는 발명자에 의해 발견된 최상의 상수 값을 표시한다. 이들 값은 테스팅 장비에 의한 에러에 의해 확실히 영향을 받는다는 것이 인식되었다.

표 2는 도 12에서 요약된다.

도 13은 램프(40 W, 220 V 램프의 경우, 이 전압은 실제적으로 37.4 Watt의 전력을 가짐)에 의해 전달된 전력(Watts)과 용량 값(㎌) 사이의 관계를 표시한다.

요구되는 추가 와트에 표 2로부터 선택된 적당한 상수(실제 전력을 측정하고 램프의 공칭(nominal) 전력 또는 일반적인 모든 저항 부하로부터 이 값을 감(subtract)하여 결정된 값)를 곱함으로써, 적당한 커패시터를 선택하여 전압을 증대시킬 수 있다.

커패시터에 의해 증가되는 공급 전력은 유효 전압 값을 수정하지 않으며, 이 값은 항상 동일하다는 것을 인식해야 한다. 종래의 변압기를 사용하는 것은 이러한 현상은 발생하지 않는다.

실제적으로, 본 발명에서는 유효 값을 구하기 위해 공칭 전압 값에 곱해져야 하는 값이며 정류기에 의해 완전히 정류될 수 있는 최대 전압 값인 2의 제곱근 값을 별도로 사용한다.

사실상 전압은 0에서부터 1.41(√2)로 곱해지는 실제 전압 값까지의 범위 내에서 증가한다. 따라서 전술한 바와 같이 커패시터 값을 선택함으로써, 0과 1.41 사이의 임의의 중간 값에 따라 전압을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 의한 회로 수단은 불충분한 전압 값을 보상하는 것 이외에도, 정격 전압이 항상 동일한 값(즉 이상 조건에서는 230 V)을 유지하기 때문에, 유효 전압을 증가시키지 않고(피크 전압은 항상 동일한 값으로 유지됨) 초과 와트를 구현하여 결과적으로 lm/watt의 이득을 가져온다. 실제적으로 원하는 와트만큼 곱해진 상수 2(220-230 V의 경우)에 의해 커패시터(4)의 값을 설정할 수 있으며, 이 값은 보수 또는 가산자(addition)로서 제공된다.

예를 들어 230 V의 공급 전력을 공급받을 것으로 예정되었지만, 대신에 200 V를 공급받는 40 W의 램프의 경우를 가정하면, 다음의 가능성이 발생한다.

C(㎌)	추가 커패시터에의해 전달된 W	lm/W
0	0 + 32.5 = 32.5	6.86
10	5 + 32.5 = 37.5	9
15	7.5 + 32.5 = 40.0	10.5
20	10 + 32.5 = 42.5	11.4
25	12.5 + 32.5 = 45	12
30	15 + 32.5 = 47.5	13.4
35	17.5 + 32.5 = 50	14

20 내지 35 ㎌ 사이의 용량 값을 사용하는 경우, 램프는 정격 전력보다 큰 값의 전력 (W)을 전달한다.

이 실시예는 커패시터의 선택에 따라 자유로이 변동될 수 있는 발광 효율성 이득을 얻는 것이 가능하다는 것을 보여준다.

본 발명에 따른 회로를 사용하는 대신에 상기 전압이 불충분(예를 들어, 190 V 내지 220 V)하여, 공급 전압을 희망하는 값으로 증대시키기 위해 종래 형태의 변압기를 사용하는 경우, 공급 전압이 잠깐동안 희망 값으로 되돌아갈 때 변압기가 타버릴 위험이 있다. 본 발명에 따른 회로를 사용하는 경우, 이러한 현상은 발생하지 않으며, 이는 단지 출력단에서 큰 발광 효율을 얻기 때문이다.

도 1a는 동일한 값을 가지는 커패시터를 사용하여 얻을 수 있는, 램프(저항 부하)의 전력 레벨에 따른 다양한 정도의 보상을 표시한다.

도 3a 내지 3c는 정류되고 커패시터(4)에 의해 보상된 AC 전압의 파형을 도시한다.

이들 도면에서, 커패시터는 항상 10 ㎌의 값과 다양한 램프 전력을 가진다. 도 3a 내지 3c는 각각 25 W, 40 W, 및 60 W의 램프와 같은 커패시터(4)에 의해 얻어진 서로 다른 정도의 보상을 도시한다. 동일한 용량 값에 대하여 램프의 전력이 높을수록 결과적인 보상(도면 부호 12로 표시되어 있음)이 낮아진다는 것이 명확하게 표시되어 있다.

도 4, 도 5, 도 6 및 도 7에 나타난 회로는 도 1에 나타난 본 발명에 따른 회로의 다수의 가능한 실시예를 표시한다.

도 7에 나타난 회로는 2개의 커패시터(4a 및 4b)를 사용하며, 따라서 상기 각 커패시터에 대한 용량 값은 각 바람직한(보상 또는 추가) 와트에 대하여 1 ㎌로 감소된다.

또한 서로 다른 값을 가지는 커패시터를 가지며 작동 요구에 따라 하나의 커패시터로부터 다른 커패시터로의 스위칭이 가능한 회로를 제공하는 것이 가능하다. 상기 회로가 도 11에 도시되어 있으며, 여러 가지 커패시터는 도면 부호 4c 내지 4g에 의해 표시되어 있다. 상기 커패시터 중 각 하나의 커패시터는 회로를 서로 다른 동작 조건(즉, 주 전원에 의해 공급된 서로 다른 전압 값)에 적응시키기 위해 서로 다른 용량을 가진다.

실제적으로 본 발명에 따른 회로는 의도된 목적을 완전히 구현할 수 있으며, 이는 AC 주 공급 전압 보상 회로를 제공하여 최적의(또는 모든 바람직한 경우의) 전압 값을 가지는 저항 형태의 부하를 항상 공급하기 때문이다.

램프에 전원을 공급하기 위해 유효 피크 전압을 사용하는 것은 최적의 방법으로 램프를 사용하도록 한다. 또한 특히 주 전원 전압 값이 낮은 경우, 따라서 램프는 여전히 전압의 실제 피크 값을 사용함으로써 이러한 사실에 영향을 받지 않는다.

또한 사용된 램프의 동등한 전력 레벨에 있어서, 상기 램프의 휘도(lumen/watt로 표시됨)는 공지된 방법으로 사용된 램프의 휘도보다 훨씬 높다.

본 발명에 따른 회로를 사용하여 에너지를 절감시킴으로써 약한 전력의 램프를 사용할 수 있으며, 이는 이들의 lumen/watt의 효율이 항상 최적의 상태이기 때문에 가능하다.

공지된 기술의 회로 및 종래의 정류 및 평활 회로에서 제공하는 것과 달리, 본 발명에 의한 회로에서는 AC 전압을 완전히 평활화하여 DC 전압으로 변환하지 않는다. 오히려, 본 발명에서는 AC 전압으로부터 DC 전압으로의 변환을 방지하여, 전술한 문제점을 가지는 DC를 부하에 공급하지 않는 것이다.

따라서 본 발명에서는 평활화의 목적 없이 본 발명에 따른 회로와 같은 정류 및 평활 회로를 사용한다. 오히려 정류된 AC 피크 전압을 클리핑하기 위해 사용된 용량성 수단은 전압의 정현파 특성이 실제적으로 변하지 않을 만큼(이는 오실로스코프에 의해 수행되는 측정에 의해 쉽게 인식될 수 있다) 충분히 낮은 값을 가지도록 선택되며, 이 값은 AC 전압의 반파를 보상하기에는 충분한 값이다. 본 발명에 따른 회로의 하부에 배치된 저항 부하에 의해 제공된 저항이 증가함에 따라, 동등한 값의 용량성 수단에 대하여 이러한 보상 또한 증가한다.

따라서 본 발명은 저항 부하를 공급하도록 단지 부분적으로 수정된(DC로 변환되지 않은) AC 전압을 사용하여 저항 부하를 공급하며, 이는 일반적으로 부하가 주 전원(주 전원으로부터 취해진 AC 전압)으로부터 직접 공급되거나 평활 및 정류 회로를 통해 공급되기 때문에 이러한 AC 공급이 매우 바람직하지 못하다는 광범위한 기술적 편견을 극복하며, 상기 회로는 AC 전압을 DC 전압으로 완전히 변환할 목적을 가지지만, 이는 확실히 "순수한" AC 전압이 아니다.

전술한 바와 같이, 정류는 단지 전압의 처리된 일부가 주 전원으로 역류하는 것을 방지하기 위한 방법 중의 하나이다.

또한 본 발명에 따른 회로는 종래의 220 V AC√2 = 156 V AC(√2로 곱해짐)를 220 V의 최종 전압으로 변압하기 위해 변압기를 사용함으로써 발생하는 종래의 기술적 편견을 극복한다.

또한 회전자(rotor) 상에서 브러시 또는 미끄럼 접촉을 가지는 AC 모터를 포함하여 모든 저항 형태의 응용 제품뿐만 아니라(예를 들어 투입 전열기) 할로겐 형태의 램프에 본 발명에 의한 회로를 사용할 수 있다.

최종적으로 본 발명은 상기 램프의 필라멘트를 파열시키는 램프의 파워 온 시의 열적 충격을 제거하여, 전압을 램프에 점차적으로 공급한다.

이리하여 형성된 회로를 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 방법으로 수정 및 변경할 수 있으며, 본 발명에 대한 모든 상세한 실시예를 기술적으로 다른 등가 요소로 대체할 수 있다.

실제적으로 기술 상태 및 요구에 따라 크기뿐만 아니라 구체적 사용이 변환가능한 한 모든 다른 물질을 사용할 수 있다.

Claims

저항 부하를 사용하여 AC 주 공급 전압을 보상하는 방법에 있어서,

정류되나 여전히 정현파인 전압을 얻기 위해 AC 전원으로부터 저항 부하를 향하는 AC 전압 출력을 처리하고, 그 결과 처리된 전압이 상기 AC 전압 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하는 단계;

상기 저항 부하의 앞에 배열된 하나 이상의 용량성 수단에 상기 정류된 AC 전압을 저장하는 단계;

상기 하나 이상의 용량성 수단이 상기 저항 부하에 의하여 방전하는 동안, 상기 공급 전압의 실제 값이 증가하여 희망 전압에 도달할 때까지 상기 AC 공급 전압을 보상하는 단계

를 포함하며,

상기 전압 증가는 요구되는 추가 와트를 표 2로부터 선택된 상수로 곱하여 상기 하나 이상의 용량성 수단의 값을 선택함으로써 구현되며,

상기 요구되는 추가 와트는 저항 부하에 의해 소비된 실제 전력을 측정하고 상기 값을 부하의 공칭 전력으로부터 감(subtract)함으로써 결정되며,

상기 실제 전력은 AC 공급 전압에 의해 전력이 공급된 저항 부하에 의해 소비된 전력이며,

상기 공칭 전력은 상기 부하에 공급된 공급 전압이 부하에 대한 소정의 최적값을 가지는 경우 저항 부하가 소비해야 하는 전력인

AC 주 공급 전압 보상 방법.
저항 부하에 대한 AC 주 공급 전압을 보상하는 회로에 있어서,

AC 전원과 저항 부하 사이에 배치되어 있으며, AC 공급 전압의 정류 부분분이 상기 AC 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 수단; 및

상기 저항 부하의 앞에 배치된 하나 이상의 용량성 수단

을 포함하며,

저항 부하에 의해 소비된 실제 전력을 측정하고 상기 값을 부하의 공칭 전력으로부터 감함으로써 결정된, 요구되는 추가 와트를 표 2로부터 선택된 상수로 곱함으로써 하나 이상의 용량성 수단의 값을 선택하고,

상기 실제 전력은 AC 공급 전압에 의해 전력이 공급된 저항 부하에 의해 실제적으로 소비된 전력이며,

상기 공칭 전력은 상기 부하에 공급된 공급 전압이 부하에 대한 소정의 최적값을 가지는 경우, 저항 부하가 소비해야 하는 전력이며,

상기 회로는 상기 저항 부하에 대하여 제조시에 소정의 최적의 전압과 적어도 동등한 전압을 저항 부하에 항상 공급하는 전압 부스터로서의 동작을 수행하는

AC 주 공급 전압 보상 회로.
제2항에 있어서,

상기 하나 이상의 용량성 수단의 값은 1.5와 4.5 사이에서 선택되며,

상기 소정의 최적값에서 동작하는 동안 상기 부하에 의해 소비된 전력과, 상기 부하에 상기 소정의 최적값과는 다른 전압이 인가되는 경우 실제로 소비된 전력 사이에 차이가 존재하는

AC 주 공급 전압 보상 회로.
제2항에 있어서,

상기 AC 공급 전압의 정류 부분이 상기 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 상기 수단은 상기 AC 공급 전압의 반파 정류를 수행하기에 적합한 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제2항에 있어서,

상기 AC 공급 전압의 정류 부분이 상기 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 상기 수단은 상기 AC 공급 전압의 양파 정류를 수행하기에 적합한 하나의 다이오드 브리지를 포함하는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제1항에 있어서,

상기 AC 공급 전압의 정류 부분이 상기 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 상기 수단은 반도체 장치를 포함하는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 용량성 수단은 전하를 저장하여 추후에 상기 저항 부하를 연결해제(release)하기에 적합한 커패시터를 포함하며,

상기 커패시터는 주 공급 전압의 입력 단자와 상기 부하 사이에서 연결된

AC 주 공급 전압 보상 회로.
제2항에 있어서,

상기 정류된 공급 전압의 일부가 상기 전원을 향하여 역류하는 것을 방지하기에 적합한 상기 수단 및 상기 용량성 수단은, 입력 단자와 출력 단자를 가지는 박스 형태의 몸체에 삽입되고,

상기 입력 단자는 주 전원과 연결가능하며, 상기 출력 단자는 상기 저항 부하와 연결가능한

AC 주 공급 전압 보상 회로.
제8항에 있어서,

상기 박스 형태의 몸체는 백열등의 퓨즈 엔클로저와 나사산 바닥 사이에 삽입된 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제8항에 있어서,

상기 박스 형태의 몸체는 입력 소켓을 가지는 플러그에 삽입되는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제8항에 있어서,

상기 박스 형태의 몸체는 어댑터에 삽입되어 백열등과의 나사 연결을 허용하는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제8항에 있어서,

상기 박스 형태의 몸체는 스위치에 삽입되는 AC 주 공급 전압 보상 회로.
제8항에 있어서,

상기 박스 형태의 몸체는 소켓에 삽입되는 AC 주 공급 전압 보상 회로.