KR100675515B1 - 무전극 유도 방전램프 조광장치 - Google Patents

무전극 유도 방전램프 조광장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치는 교류입력전원을 수신하여 수신된 교류입력전원을 전파정류시켜 전파정류된 전압을 출력하는 전파정류 및 정전압부; 상기 전파정류된 직류전압을 수신하여 교류입력전원의 전류와 전압이 동위상을 갖도록 역률이 개선된 고전압의 직류전압인 제1 직류전압 및 제1 직류전압보다 낮은 직류전압인 제2 직류전압을 출력하는 역률보정회로부; 상기 역률보정회로부에 의해 출력된 제1 직류전압을 수신하여 소정의 조광제어신호에 따라 상기 제1 직류전압보다 작은 가변의 직류전압인 제3 직류전압을 출력하여 스위칭 트랜지스터들의 구동전원으로 제3 직류전압을 사용하여 램프의 밝기를 제어하는 제1 구동제어신호와 상기 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 출력하는 조광제어부; 및 상기 제1 구동제어신호와 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 수신하여 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호의 구동주파수에 따라 온 또는 오프에 의해 램프를 점등시키는 인버터회로부;를 포함함을 특징으로 하고, 무전극 인버터에서 사용되고 있는 DC Line Voltage(DLV)의 레벨과 인버터에서의 스위칭 주파수를 동기시켜서 DLV를 조정함으로써 조광제어를 달성할 수 있다.

Description

무전극 유도 방전램프 조광장치{A dimmer of electrodeless induction discharge lamp}
도 1은 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 조광제어부에 대한 상세 블록도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 실시예를 나타내는회로도이다.
도 4는 합성된 신호와 스위치 전류를 비교하여 게이트 신호를 생성하는 타이밍 차트를 도시한 것이다.
본 발명은 조광장치에 관한 것으로, 특히 무전극 방전램프의 조광장치에 관한 것이다.
무전극 방전램프는 램프내부에 전극을 가지지 않고, 램프 외부의 양단에 형성된 외부전극에 고전압과 고전류를 인가하여 강한 전기장에 의해 점등되는 것으로, 플라 즈마 가스가 채워져 있는 방전관의 둘레에 권선이 감겨서 교류가 인가되면 전자유도에 의한 전계가 생겨서 관 내부에 방전이 형성되어 발광되는 램프이다.
상기 무전극 방전램프를 점등하고 램프에서 발광되는 빛의 세기를 조절하는 장치를 조광장치라 한다.
기존 광원에서는 조광을 하기 위하여 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 그 예로 백열전구와 같은 원리로 발광하는 광원에는 공급되는 전압의 진폭을 제어하는 방식과 위상을 제어하는 방식이 대표적이며, 일반형광등과 같이 글로우 방전을 이용해 발광하는 광원을 주파수를 가변하여 광원에 공급되는 에너지를 제어하여 조광을 하는 방법을 사용한다.
위와 같은 방법으로 무전극 유도 방전램프를 조광하기는 여러 가지 문제점이 있다. 예를 든다면 무전극 유도 방전램프는 플라즈마 가스가 채워져 있는 방전관의 둘레에 권선이 감겨서 교류를 통전하면 전자유도에 의한 전계가 생겨서 관 내부에 방전이 형성된다.
또한, 방전시 수하특성을 갖고 있기 때문에 진폭제어를 하기는 어렵다. 또한 고주파를 사용해 유도방전을 이루기 때문에 위상제어가 불가능하다. 주파수 제어 또한 사용하는 램프의 전류 주파수 대역폭이 좁아 안정적이고 넓은 범위의 조광이 되지 않는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무전극 인버터에서 사용되고 있는 DC Line Voltage(DLV)의 레벨과 인버터에서의 스위칭 주파수를 동기시켜서 DLV를 조정함으 로써 조광제어가 가능한 무전극 유도 방전램프 조광장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치는 교류입력전원을 전파정류시켜 전파정류된 전압을 출력하는 전파정류 및 정전압부; 상기 전파정류된 직류전압을 수신하여 교류입력전원의 전류와 전압이 동위상을 갖도록 역률이 개선된 고전압의 직류전압인 제1 직류전압 및 제1 직류전압보다 낮은 직류전압인 제2 직류전압을 출력하는 역률보정회로부; 상기 역률보정회로부에 의해 출력된 제1 직류전압을 수신하여 소정의 조광제어신호에 따라 상기 제1 직류전압보다 작은 가변의 직류전압인 제3 직류전압을 출력하여 스위칭 트랜지스터들의 구동전원으로 제3 직류전압을 사용하여 램프의 밝기를 제어하는 제1 구동제어신호와 상기 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 출력하는 조광제어부; 및 상기 제1 구동제어신호와 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 수신하여 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호의 구동주파수에 따라 온 또는 오프에 의해 램프를 점등시키는 인버터회로부;를 포함함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 블록도를 도시한 것으로, 전파정류 및 정전압부(10), 역률보정회로부(20), 인버터회로부(30), 램프(40) 및 조광제어부(50)로 이루어진다.
전파정류 및 정전압부(10)는 교류입력전원(AC200)을 수신하여 수신된 교류입력전원을 전파정류시켜 전파정류된 직류전압(300V)을 출력한다.
역률보정회로부(20)는 전파정류된 직류전압을 수신하여 교류입력전원의 전류와 전압이 동위상을 갖도록 역률이 개선된 고전압의 직류전압인 제1 직류전압 및 제1 직류전압보다 낮은 직류전압인 제2 직류전압을 출력한다.
인버터회로부(30)는 제1 구동제어신호와 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 수신하여 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호의 구동주파수에 따라 온 또는 오프에 의해 램프(40)를 점등시킨다.
램프(40)는 플라즈마가스가 채워져 있는 방전관의 둘레에 권선이 감겨서 교류가 인가되면 전자유도에 의한 전계가 생겨서 관 내부에 방전이 형성되어 발광된다.
조광제어부(50)는 조광신호와 삼각펄스신호를 수신/비교하여 조광제어신호를 출력하고, 상기 조광제어신호와 역률보정회로부(20)에 의해 출력된 제1 직류전압을 수신하여 상기 조광제어신호에 따라 상기 제1 직류전압보다 작은 가변의 직류전압인 제3 직류전압을 출력하여 스위칭 트랜지스터들의 구동전원으로 제3 직류전압을 사용하여 램프의 밝기를 제어한다.
도 2는 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 조광제어부에 대한 상세 블록도를 도시한 것으로, 역률제어부(51), 조광신호부(52), VCO 회로부(53), 위상분할 회로부(54) 및 증폭부(55)로 이루어진다.
역률제어부(51)는 역률보정을 위한 트랜지스터의 스위치 온/오프 시간을 제어하여 입력 측의 역률을 제어하고 조광제어신호를 수신하여 출력측의 DC전압을 300V - 50V로 조절한다.
조광신호부(52)는 조광신호를 출력한다.
VCO 회로부(53)는 역률제어부(51)의 출력측 DC 전압에 따라 주파수를 500Khz-550Khz로 발진을 한다.
위상분할 회로부(54)는 VCO 회로부(53)의 출력신호를 위상분할하여 250Khz-275Khz 변환한 후 딜레이회로를 이용하여 스위칭 시에 필요한 데드타임을 만들어준다. 또한, 위상분할 회로부(54)는 상기 VCO회로부(53)의 출력신호를 인가받는 제1 D-F/F와 상기 제1 D-F/F로부터 위상을 250Khz-275Khz으로 분할하는 제2 D-F/F와 제3 D-F/F을 구비한다.
증폭부(55)는 위상분할 회로부(54)에서 만들어진 신호를 스위치를 구동할 수 있는 신호로 증폭하여준다.
도 3은 본 발명에 의한 무전극 유도 방전램프 조광장치의 실시예를 나타내는 회로도이다.
램프조도제어를 위하여 역률을 보정하는 제1 트랜지스터(Q1)는 드레인, 게이트 및 소스를 가지며, 드레인은 전파정류 및 정전압부(10)에 의해 출력된 직류전압에 연결되고, 소스는 제2 저항(R2) 및 역률제어부(51)의 제1 비교기(515)의 입력단에 연결되고, 게이트는 역률제어부(51)로부터 출력되는 제어신호에 의해 온(ON)/오프(OFF) 된다.
상기 역률제어부(51)는 저역통과필터(511), 전압승압부(512), 멀티플렉서(513), 영전류검출부(Zero current detecter:514), 제1 비교기(515) 및 제2 비교기(516) 등으로 구성된다.
전파정류 및 정전압부(10)로부터 직류전압의 입력전류의 위상을 감지하는 저역통과 필터(LPF:511)와 멀티플렉서(MUX:513)에 직류전압이 인가된다. 여기서, 상기 입력전류의 위상은 감쇠된 입력 전압의 형태로 감지하고 있으며, 입력전압은 저역통과필터(511)에서 받는다.
저역통과필터(511)로부터 출력된 전압은 전압승압부(512)에 의해 2배 승압된 전압이 출력되고, 상기 전파정류 및 정전압부(10)로부터 직류전압과 같이 멀티플렉서(513)에 인가된다.
또한, 상기 멀티플렉서(MUX:513)는 디밍신호(Dimming Signal)와 기준신호가 입력되는 제2 비교기(516)에 의해 출력된 신호도 인가받는다. 따라서 상기 멀티플렉서(513)는 상기와 같은 신호들이 인가되어 새로운 신호를 출력하고, 상기 멀티플렉서(513)의 출력신호는 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 소스로부터 출력된 신호를 제1 비교기(515)에 의해 비교되어 출력된다.
즉, 제1 비교기(515)의 출력신호는 딜레이와 영전류검출기(514)를 거쳐서 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트에 입력되는 역률제어신호가 되는 것이다.
도 4는 합성된 신호와 스위치 전류를 비교하여 게이트 신호를 생성하는 타이밍 차트를 도시한 것이다.
멀티플렉서(513)에 의해 합성된 신호(③)와 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 스위치 전류파형(②)이 제1 비교기(515)에 입력되고, 상기 제1 비교기(515)에 의해 출력된 비반전 입력신호(④)가 딜레이회로 및 영전류검출기(514)를 거쳐 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트 입력신호(①)가 생성된다.
본 발명에서 멀티플렉서(513)는 입력전압이 변화에도 입력전력을 일정하게 유지하 기 위하여 사용한다.
전파정류 및 정전압부(10)로부터 인가된 직류전압을 가변하여 출력하는 제5 저항(R5) 및 한 단자가 제5 저항(R5)의 다른 단자와 연결되고, 다른 단자가 접지에 연결된 제6 저항(R6)으로 구성되며, 상기 제5 저항(R5)과 제6 저항(R6) 사이의 접점에서 가변전압을 출력하여 VCO 회로부(53)에 인가한다.
VCO회로부(53)는 상기 가변전압에 의해 주파수를 500Khz-550Khz로 발진하고, 위상분할 회로부(54)는 VCO 회로부(53)의 출력신호를 위상분할하여 250Khz-275Khz 변환한 후 딜레이회로를 이용하여 스위칭 시에 필요한 데드타임을 만들어준다.
위상분할 회로부(54)는 상기 VCO회로부(53)의 출력신호를 인가받은 제1 D-F/F와 상기 제1 D-F/F로부터 위상을 250Khz-275Khz으로 분할하는 제2 D-F/F와 제3 D-F/F를 구비하여, 제1 구동제어신호와 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 증폭부(55)에서 증폭하여 스위치를 구동할 수 있는 신호로 변환하여준다.
상기 증폭된 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호를 인버터회로부(30)의 제2 트랜지스터(Q2)와 제3 트랜지스터(Q3)에 인가하여 상기 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호의 구동주파수에 따라 온 또는 오프에 의해 램프(40)를 점등시킨다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 무전극 인버터에서 사용되고 있는 DC Line Voltage(DLV)의 레벨과 인버터에서의 스위칭 주파수를 동기시켜서 DLV를 조정함으로써 조광제어를 달성할 수 있다.

Claims (5)

  1. 무전극 유도 방전램프를 조광하는 조광장치에 있어서,
    교류입력전원을 수신하여 수신된 교류입력전원을 전파정류시켜 전파정류된 전압을 출력하는 전파정류 및 정전압부;
    상기 전파정류된 직류전압을 수신하여 교류입력전원의 전류와 전압이 동위상을 갖도록 역률이 개선된 고전압의 직류전압인 제1 직류전압 및 제1 직류전압보다 낮은 직류전압인 제2 직류전압을 출력하는 역률보정회로부;
    상기 역률보정회로부에 의해 출력된 제1 직류전압을 수신하여 소정의 조광제어신호에 따라 상기 제1 직류전압보다 작은 가변의 직류전압인 제3 직류전압을 출력하여 스위칭 트랜지스터들의 구동전원으로 제3 직류전압을 사용하여 램프의 밝기를 제어하는 제1 구동제어신호와 상기 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 출력하는 조광제어부;
    상기 제1 구동제어신호와 제1 구동제어신호와 반전된 제2 구동제어신호를 수신하여 제1 구동제어신호와 제2 구동제어신호의 구동주파수에 따라 온 또는 오프에 의해 램프를 점등시키는 인버터회로부;를 포함함을 특징으로 하는 무전극 유도 방전램프의 조광장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조광제어부는
    조광신호를 출력하는 조광신호부;
    상기 조광신호를 수신하여 출력측의 DC전압을 소정의 전압으로 조절하고, 상기 역률보정회로부의 역률제어를 위한 트랜지스터의 스위치 온/오프 시간을 제어하여 입력측의 역률을 제어하는 역률제어부;
    상기 역률제어부의 출력측 DC 전압에 따라 주파수를 소정의 주파수로 발진시키는 VCO 회로부;
    상기 VCO회로의 출력신호를 위상 분할하여 소정의 주파수로 변환한 후 딜레이회로를 이용하여 스위칭시에 필요한 데드타임을 만들어주는 위상분할회로부; 및
    상기 위상분할회로부에서 만들어진 신호를 스위치를 구동할 수 있는 신호로 변환하여주는 증폭부;를 포함함을 특징으로 하는 무전극 유도 방전램프 조광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 역률제어부는
    상기 전파정류 및 정전압부로부터 인가된 직류전압의 입력전류의 위상을 감지하는 저역통과필터(LPF);
    상기 저역통과필터(LPF)로부터 출력된 전압을 소정배수 승압된 전압으로 출력하는 전압승압부;
    상기 전파정류 및 정전압부로부터 인가된 직류전압, 산기 전압승압부에 의해 출력된 승압전압 및 디밍신호와 기준신호가 비교되어 출력된 출력전압이 인가되는 멀티플렉서(MUX); 및
    상기 멀티플렉서(MUX)의 출력신호와 상기 역률보정회로부의 역률제어를 위한 트랜지스터의 소스로부터 출력된 신호를 비교하여 상기 트랜지스터의 게이트에 입력되 는 역률제어신호를 출력하는 제1 비교기;를 포함함을 특징으로 무전극 유도 방전램프 조광장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 VCO회로부는
    가변전압에 의해 주파수를 500Khz-550Khz로 발진시키는 것을 특징으로 하는 무전극 유도 방전램프 조광장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 위상분활회로부는
    상기 VCO회로의 출력신호를 인가받는 제1 D-F/F와 상기 제1 D-F/F로부터 위상을 250Khz-275Khz으로 분할하는 제2 D-F/F와 제3 D-F/F을 구비하는 것을 특징으로 하는 무전극 유도 방전램프 조광장치.
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