KR101561090B1 - 무전극 조명 장치 및 무전극 조명 장치의 동작 방법 - Google Patents

무전극 조명 장치 및 무전극 조명 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무전극 조명 기기 및 그 동작 방법을 제공한다. 이 무전극 조명 기기는 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부, 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터, 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부, 고압 발생부의 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부, 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터, 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부, 직류 구동 전압 및 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론, 마그네트론에 연결되어 초고주파를 가이드하는 도파관, 도파관에 연결된 무전극 램프, 및 직류 전압부, 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무전극 조명 장치 및 무전극 조명 장치의 동작 방법{Electrodeless Lighting Apparatus and Operation Method Of The Same}
본 발명은 무전극 조명 장치에 관한 것으로, 마그네트론에 의하여 발생한 초고주파를 이용한 무전극 조명 장치에 관한 것이다.
무전극 조명 기기는 수백 와트 이상의 고전력의 초고주파를 사용한다. 상기 초고주파의 넓은 대역폭(bandwidth)에 기인하여, 상기 무전극 조명기기는 무선 랜(wireless LAN)에 간섭을 줄 수 있다. 구체적으로, 무선 랜은 라디오 주파수(radio frequency)를 사용하여 무선으로 접속자 간에 통신하는 통신을 수행하는 통신 네트워크 방식의 하나이다. 예를 들어, 블루투스 통신은 2400 MHz 부터 2483.5 MHz 까지의 대역을 사용한다. 이 주파수 대역은 물 분자의 발진 주파수인 2450 MHz를 포함하며, 이 주파수 대역은 무전극 조명 기기 및 마이크로웨이브 오븐에 사용되고 있다.
초고주파 무전극 조명 기기 역시 2450 MHz 대역을 사용하므로, 무선 랜과 간섭을 피하기 위하여, 초고주파의 좁은 대역폭이 요구된다.
한국 등록 특허 10-11606409를 참조하면, 종래에는 초고주파 무전극 조명기기에서 좁은 대역폭을 제공하기 위하여, 마그네트론에 인가되는 전류를 시간에 따라 감소시켜 대역폭을 감소시켰다. 그러나, 필라멘트 전류 감소에 의한 대역폭 감소 효과는 무선 LAN의 간섭을 억제할 수 있을 만큼, 충분하지 못했다. 따라서, 초고주파 무전극 조명기기의 사용 범위는 야외 등으로 한정되었다.
한국 특허 10-1106409를 참조하면, 종래의 무전극 조명기기에서, 초기에 높은 필라멘트 전류가 인가되고, 필라멘트 전류가 감소되는 경우, 초고주파의 대역폭(bandwidth)이 감소한다. 그럼에도 불구하고, 초고주파의 초고주파의 대역폭은 무선 LAN의 간섭을 유발할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파의 대역폭이 좁은 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 유지 보수가 용이하고, 전원 모듈과 램프 모듈이 분리가능하고, 분리된 경우에도 마그네트론의 동작에 영향이 없는 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파의 출력을 가변하여 디밍(dimming)을 제공할 수 있는 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기는 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부; 상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터; 상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부; 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론; 상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관; 상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네트론의 양극은 접지되고, 상기 고압 리플 제거부는 상기 필라멘트에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고, 램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 고압 리플 제거부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함하고, 상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고, 상기 케이블의 길이는 1 미터 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초고주파의 대역폭은 -50 dBm (decibels above 1 milliwatt) 기준으로 2 MHz 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트와 양극 사이에 흐르는 양극 전류(anode current)를 제어하고, 상기 마그네트론의 출력 전력을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트 전류를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무전극 램프에서 방출된 광을 감지하는 광 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터; 상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부; 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론; 상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관; 상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다. 전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고, 램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함한다. 상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고, 상기 케이블의 길이는 1 미터 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부를 더 포함하고, 상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함하고, 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치의 동작 방법은 마그네트론에 교류의 초기 필라멘트 전류를 소정의 시간 동안 인가하여 필라멘트를 초기 가열하는 단계; 상기 초기 필라멘트 전류 인가 후 소정의 시간(T1) 후에 상기 마그네트론의 양극에 리플 제거용 인덕터를 통하여 구동 전압을 인가하여 양극 전류를 제공하는 단계; 및 상기 구동 전압 인가 후 소정의 시간(T2) 후에 인버터에 스위칭 주파수를 제어하여 상기 초기 필라멘트 전류보다 작은 필라멘트 전류를 상기 필라멘트에 인가하는 단계를 더 포함하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 전압을 발생시키는 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 초고주파 전력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광 센서의 출력 신호를 판단하여 소정의 시간 간격 이상 상기 광센서의 출력 신호가 없는 경우 동작을 정지시키는 단계; 및 냉각부의 이상 신호의 발생 여부를 판단하여 이상 신호 발생시 동작을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 2MHz 이하의 초고주파의 대역폭을 가진 무전극 조명 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 유지 보수가 용이하고, 전원 모듈과 램프 모듈이 분리가능하고, 분리된 경우에도 마그네트론의 동작에 영향이 없다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 초고주파의 출력을 가변하여 디밍(dimming)을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기를 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 회로도이다.
도 3은 도 1의 무전극 조명 기기의 타이밍도이다.
도 4는 도 1의 무전극 조명 기기의 흐름도이다.
도 5a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 스펙트럼을 나타낸다.
도 6a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내고, 도 6b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내다.
마그네트론은 양극과 음극의 역활을 수행하는 필라멘트를 포함할 수 있다. 양극은 접지되며, 상기 필라멘트를 가열하기 위하여 필라멘트에 수 볼트의 전압을 가지고 교류의 필라멘트 전류가 인가된다. 또한, 상기 가열된 필라멘트는 고전압의 직류의 구동 전압에 의하여 전자를 방출하고, 방출된 전자는 상기 구동 전압에 가속되고, 상기 양극과 상기 필라멘트 사이에 양극 전류가 흐른다. 일정한 구동 전압에서, 상기 양극 전류가 임계값 이상을 가지면, 양극의 구조에 의한 초고주파가 발생한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무전극 조명 기기의 디밍(dimming)을 위하여, 상기 마그네트론으로부터 초고주파를 제공받고, 상기 초고주파의 전력이 조절될 필요가 있다. 따라서, 상기 양극 전류의 제어가 필요하다. 상기 양극 전류는 상기 구동 전압을 생성하는 하기 위한 인버터의 스위칭 주파수를 제어하여 조절될 수 있다. 이를 위하여, 구동 전압을 생성하는 제1 인버터 및 고전압 발생부는 필라멘트 전류를 생성하는 인버터 및 필라멘트 전류 발생부와 분리될 수 있다.
종래의 무전극 조명기기에서, 마그네트론과 무전극 램프를 포함하는 램프 모듈은 상기 마그네트론에 수 암페어의 필라멘트 전류를 공급하는 전원 모듈로부터 서로 분리되거나, 일체형으로 제작되었다. 상기 램프 모듈과 전원 모듈이 분리된 경우, 필라멘트에 인가되는 필라멘트 전압은 수 볼트 수준이고, 상기 필라멘트에 흐르는 필라멘트 전류는 수 암페어 수준이다. 이에 따라, 상기 마그네트론과 상기 전원 모듈 사이의 거리가 수 미터 이상인 경우, 선로 저항에 의하여 필라멘트에 인가되는 필라멘트 전압 강하가 발생하여, 상기 마그네트론은 정상적으로 동작할 수 없다. 따라서, 마그네트론과 전원 모듈 사이의 거리 제한이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네트론를 동작시키는 전원 모듈은 램프 모듈과 분리되고, 상기 필라멘트 전류 발생부 및 상기 필라멘트 전류 발생부에 교류 전압을 제공하는 인버터는 상기 램프 모듈에 설치된다. 이에 따라, 상기 전원 모듈에서 상기 램프 모듈로 가는 케이블에 인가되는 전압이 400 V 수준이다. 따라서, 상기 케이블로 전송되는 전류는 감소하고, 상기 케이블의 선로 저항에 의한 전압 강하는 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 램프 모듈과 상기 전원 모듈 사이의 케이블 거리가 연장될 수 있다. 따라서, 상기 필라멘트 전류 발생부와 인버터 사이의 거리에 불문하고, 상기 마그네트론은 안정적으로 초고주파를 발생시킬 수 있다.
종래의 램프 모듈과 전원 모듈이 일체형인 경우, 조명 기기의 부피가 증가한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 기기는 전원 모듈과 램프 모듈이 분리됨에 따라, 램프 모듈의 설치가 용이하고, 상기 전원 모듈의 유지 보수가 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필라멘트와 양극 사이에 인가되는 수 킬로볼트의 구동 전압을 출력하는 고압 발생부의 후단에 고압 리플 제거부를 장착하는 경우, 초고주파의 대역폭은 -50 dBm을 기준으로 2MHz 이하로 현저히 감소할 수 있다. 고압 리플 제거부는 10 밀리헨리 이상의 인덕터일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기를 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 회로도이다.
도 3은 도 1의 무전극 조명 기기의 타이밍도이다.
도 4는 도 1의 무전극 조명 기기의 흐름도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 무전극 조명 기기(10)는 전원 모듈(100) 및 램프 모듈(200)을 포함할 수 있다. 상기 전원 모듈(100)과 상기 램프 모듈(200)은 서로 공간적으로 이격될 수 있다. 상기 전원 모듈(100)은 직류 전압부(110), 제1 인버터(120), 고압 발생부(130), 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 상기 램프 모듈(200)은 제2 인버터(220), 필라멘트 전류 발생부(230), 마그네트론(240), 도파관(260), 무전극 램프(270), 및 광센서(250)를 포함할 수 있다.
전원 필터부(170)는 상용 전원의 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
전류 검출부(140)는 상용전원의 전류 또는 전원 필터부(170)를 통과한 전류를 검출할 수 있다. 상기 전류 검출부(140)는 전류 검출 센서를 사용하여 상용 전원의 전류를 검출하여 제어부(160)에 전류 신호(SS4)를 제공할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 전류 신호(SS4)를 이용하여 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 마그네트론(240)의 출력을 일정하게 유지할 수 있다.
직류 전압부(110)는 정류회로(114), 역률보상회로(116), 및 역률보상회로 제어부(112)를 포함할 수 있다. 상기 정류회로(114)는 정류기를 포함할 수 있다. 상기 정류회로(114)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 역률보상회로(116)는 정류회로의 출력 신호를 제공받아 역률보상(Power Factor Correction)할 수 있다. 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압은 직류의 수백 볼트 수준일 수 있다.
제1 인버터(120)는 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 반파 브리지 인버터(half-bridge inverter)일 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 제1 인버터 제어부(160)를 포함할 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 두 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 스위칭 소자는 FET(field effect transistor) 또는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)일 수 있다. 상기 두 개의 스위칭 소자는 동시에 턴온되지 않도록 설계될 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 상기 제1 교류 전압을 출력할 수 있다. 상기 제1 교류 전압은 수 백 볼트 정도일 수 있다. 상기 스위칭 소자에 제공되는 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수는 수십 kHz일 수 있다.
상기 제1 인버터(120)의 제1 교류 전압의 스위칭 주파수는 가변될 수 있다. 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압의 스위칭 주파수에 따라 마그네트론의 양극 전류가 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 마그네트론이 발생시키는 초고주파의 출력 전력이 제어될 수 있다.
고압 발생부(130)는 상기 제1 인버터(120)의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류의 구동 전압(S2)을 제공할 수 있다. 상기 고압 발생부(130)는 승압 변압기(132)와 배전압 정류회로(voltage mutiflying rectifier;134)를 포함할 수 있다. 상기 승압 변압기(132)는 수백 볼트의 제1 교류 전압을 수 킬로볼트의 교류 전압으로 승압시킬 수 있다. 상기 배전압 정류회로(134)는 고압의 교류 전압을 수 킬로볼트의 직류 구동 전압(S2)으로 변환할 수 있다. 상기 직류 구동 전압은 -4 kV 수준이고, 상기 배전압 정류회로(134)가 제공하는 직류 구동 전류는 수백 밀리 암페어 수준일 수 있다. 상기 직류 구동 전류는 열전자 방출에 의해서 양극 전류를 제공할 수 있다.
고압 리플 제거부(210)는 상기 고압 발생부(130)의 직류 구동 전압에서 리플(ripple)을 제거하여 마그네트론(240)의 필라멘트(244)에 제공할 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)는 램프 모듈(200)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 고압 리플 제거부(210)와 상기 고압 발생부(130)는 케이블(191)을 통하여 연결될 수 있다.
직류 구동 전압 리플의 주파수는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수와 그 고조파 성분을 가질 수 있다. 상기 리플의 피크 투 피크(peak to peak ) 전압은 수십 볼트 수준일 수 있다. 상기 리플의 크기 및 고조파 성분이 감소함에 따라, 상기 마그네트론의 초고주파의 주파수 대역폭은 감소할 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)는 인더터를 포함할 수 있다. 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 밀리헨리(mH) 내지 50 밀리헨리일 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)의 출력단은 상기 필라멘트에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 필라멘트(244)는 고전압의 구동 전압(S2)으로 유지될 수 있다. 상기 필라멘트에 교류의 필라멘트가 흐르는 경우, 상기 필라멘트는 가열되고, 상기 필라멘트는 전자를 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 전자는 상기 구동 전압(S2)으로 가속될 수 있다.
제2 인버터(220)는 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 제2 인버터는 상기 램프 모듈에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 직류 전압부와 상기 제2 인버터는 케이블(192)을 통하여 연결될 수 있다. 상기 케이블에 인가되는 전압은 수백 볼트의 직류 전압이다. 따라서, 케이블(192)의 전압 강하는 감소될 수 있다. 따라서, 상기 케이블(192)의 길이는 수 미터 이상으로 연장될 수 있다. 상기 전원 모듈과 램프 모듈 사이의 거리 제한없이, 상기 마그네트론은 안정적으로 동작할 수 있다.
상기 제2 인버터(220)는 제2 인버터 제어부(160) 및 반파 브리지 인버터(half-bridge inverter)를 포함할 수 있다. 상기 반파 브리지 인버터는 두 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 제2 인버터(220)는 상기 제1 인버터와 별도로 독립적인 필라멘트 전류를 제공할 수 있다. 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수는 수십 킬로헤르쯔(kHz)일 수 있다. 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 따라 상기 필라멘트 전류(S1)가 제어될 수 있다. 구체적으로, 10 암페어(A)의 필라멘트 전류인 경우, 상기 스위칭 주파수는 60 kHz 수준일 수 있다. 6 암페어(A)의 필라멘트 전류인 경우, 상기 스위칭 주파수는 50 kHz 수준일 수 있다. 상기 제2 인버터는 동작 모드에 따라 서로 스위칭 주파수를 가질 수 있다. 10 암페어의 전류는 상기 필라멘트의 초기 가열을 위하여 제공될 수 있다. 6 암페어의 전류는 상기 필라멘트의 정상 동작을 위하여 제공될 수 있다. 상기 정상 동작에서 필라멘트의 전류의 감소는 필라멘트의 수명을 연장할 수 있다. 본 발명에 따르면, 필라멘트의 전류 감소는 초고주파의 주파수 대역폭에 영향을 거의 주지 않았다.
상기 필라멘트 전류 발생부(230)는 상기 제2 인버터(220)의 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론(240)의 필라멘트(244)에 필라멘트 전류(S1)를 제공할 수 있다. 상기 필라멘트 전류 발생부(230)는 감압 변압기를 포함할 수 있다. 상기 감압 변합기의 1차측 코일의 전압은 수백 볼트 수준이고, 2차측 코일의 전압은 수 볼트 수준일 수 있다. 또한, 상기 2차측 코일의 필라멘트 전류는 수 내지 수십 암페어 수준일 수 있다. 상기 필라멘트 전류를 제어하기 위하여, 상기 제2 인버터(220)의 스위칭 주파수가 가변될 수 있다. 상기 감압 변압기의 양단은 상기 필라멘트(244)의 양단에 각각에 연결되어 상기 필라멘트(244)를 가열할 수 있다.
마그네트론(240)은 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류(S1)를 제공받아 초고주파를 생성할 수 있다. 상기 마그네트론(240)은 필라멘트와 소정의 구조를 가진 양극(242)을 포함할 수 있다. 상기 양극(242)은 접지될 수 있다. 상기 마그네트론(240)의 출력 전력은 수십 와트 내지 수 킬로와트일 수 있다. 상기 마그네트론의 출력 전력은 직류 구동 전류에 의하여 가변될 수 있다. 상기 직류 구동 전류는 상기 제1 인버터의 스위칭 주파수에 의존할 수 있다. 상기 초고주파의 주파수 대역폭은 상기 고압 리플 제거부(210)에 의존할 수 있다. 상기 마그네트론(240)의 발진 주파수는 2.45 GHz 대역일 수 있다. 상기 주파수 대역폭은 무선 LAN의 간섭을 억제하기 위하여 감소되어, -50 dBm 기준으로 2 MHz 이하일 수 있다.
도파관(260)은 상기 마그네트론(240)에 연결되어 상기 초고주파를 가이드할 수 있다. 상기 도파관(260)은 직사각형 도파관을 포함할 수 있다. 상기 도파관(260)은 임피던스 매칭 수단, 및 메쉬형 공진기를 포함할 수 있다.
무전극 램프(270)는 상기 도파관(260)에 연결되고, 상기 도파관(260)에서 초고주파를 제공받아 방전할 수 있다. 상기 무전극 램프(270)는 구형 전구일 수 있다. 상기 무전극 램프(270)는 상기 도파관(260)에 고정될 수 있다. 상기 도파관을 진행하는 원형 편광파 또는 타원 편광파는 상기 무전극 램프를 방전시킬 수 있다. 상기 원형 편광파 또는 타원 편광파는 상기 무전극 방전 램프를 전체적으로 가열하여, 별도의 무전극 램프의 회전 운동이 요구되지 않을 수 있다.
상기 광 센서(250)는 상기 무전극 램프(270)가 방전하는 경우 상기 무전극 램프(270)에서 복사된 광을 감지할 수 있다. 상기 광 센서(250)는 포토다이오드일 수 있다.
냉각부(150)는 전원 모듈(100) 또는 상기 마그네트론(240)을 냉각하고, 상기 냉각부(150)는 고장 발생시 이상 신호(SS5)를 상기 제어부(160)에 제공할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 이상 신호(SS5)를 입력받아 상기 직류 전압부(110), 상기 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)의 동작을 멈추도록 제어할 수 있다.
입력부(180)는 제어부(160)에 전력 제어 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 양극 전류를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 초고주파의 출력이 제어될 수 있다.
제어부(160)는 상기 광 센서(250)의 출력 신호를 제공받고, 상기 직류 전압부(110), 상기 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(160)는 상기 직류 전압부(110)에 역률보상 제어신호(SS3) 제공하여 역률을 보상할 수 있다. 상기 제어부(160)는 제1 인버터 스위칭 주파수 제어신호(SS1)를 상기 제1 인버터에 제공하여 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 양극 전류를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(160)는 상기 제2 인버터에 제2 인버터 스위칭 주파수 제어신호(SS2)를 제공하여 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 제어하여 필라멘트 전류(S1)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 광 센서(250)의 출력신호를 제공받아 직류 전압부(110), 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)를 제어하여 턴오프시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기구의 동작 발명이 설명된다.
도 3을 참조하면, 제어부(160)는 상기 직류 전압부(110) 및 상기 제2 인버터(220)를 제어하여 초기의 필라멘트 전류(S1)를 생성한다. 마그네트론의 필라멘트는 교류의 초기 필라멘트 전류를 소정의 시간 동안(T1) 제공받아 초기 가열된다(S110). 초기 가열 시간은 수초 내지 수십 초일 수 있다.
이어서, 제어부(160)는 상기 제1 인버터(120)를 제어하여 구동 전압을 생성한다. 상기 구동 전압은 리플 제거용 인덕터를 통하여 리플을 제거한다. 이후 구동 전압(S2)은 마그네트론 양극(anode)에 인가된다(S120). 이에 따라, 상기 필라멘트(244)는 전자를 방출하고, 상기 방출된 전자는 상기 구동 전압(S2)에 의하여 가속되어 초고주파를 생성한다. 이에 따라, 상기 초고주파는 무전극 램프를 방전시킨다. 상기 무전극 램프에서 복사된 광은 광센서를 통하여 검출된다.
이어서, 상기 제어부(160)는 상기 제2 인버터(220)를 제어하여 필라멘트 전류를 감소시킨다(S130). 상기 구동 전압이 인가된 후 상기 필라멘트(244)의 전류(S1)가 감소되는 시간 간격(T2)는 수초 내지 수십 초일 수 있다. 상기 감소된 필라멘트 전류가 인가된 후, 수정의 시간 간격(T3) 동안, 광 센서(250)가 신호가 없는 경우, 상기 제어부(160)는 무전극 조명 장치를 정지시킨다.
입력부(180)를 통하여 제어부(160)가 초고주파 전력 제어 신호를 수신한 경우, 상기 제어부(160)는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 변경할 수 있다. 이에 따라, 양극 전류가 변경되면, 상기 초고주파의 출력 전력은 변경될 수 있다(S190).
제어부(160)는 광 센서(250)의 출력신호를 판단하여 소정의 시간 간격 이상 광 센서의 출력 신호가 없는 경우 무전극 조명 장치의 동작을 정지시킬 수 있다(S140, S150, S160).
제어부(160)는 냉각부(150)의 이상 신호의 발생 여부를 판단하여 이상 신호 발생시 무전극 조명 기기의 동작을 정지시킬 수 있다(S170, S160).
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 리플 제거부의 동작 특성을 나타낸다.
고압 리플 제어부가 없는 경우, 10A의 필라멘트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.45 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 9.8 MHz이다. 그러나, 필라멘트 전류가 6A로 감소하는 경우, 초고주파 중심 주파수는 2.449 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 7.6 MHz이다.
고압 리플 제거부로 48 mH의 인덕터가 있는 경우, 10 A의 필라메트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.448 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 2.3 MHz이다. 또한, 6 A의 필라메트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.447 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 2.3 MHz이다.

인덕턴스		 48 mH 0 mH
필라멘트 전류
6A		 필라멘트 전류
10A		 필라멘트 전류
6A		 필라멘트 전류
10A
중심 주파수 대역폭 2.3 MHz 2.3 MHz 7.6 MHz 9.8 MHz
중심 주파수 2.447 GHz 2.448 GHz 2.449 GHz 2.45 GHz
표 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 리플 제거부의 인덕턴스에 따른 특성을 나타낸다.
인덕턴스 중심 주파수 중심 주파수 대역폭
40 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
35 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
30 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
20 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
10 mH 2.448 GHz 1.8 MHz
5 mH 2.448 GHz 2.7 MHz
4 mH 2.448 GHz 3.5 MHz
3 mH 2.448 GHz 4.7 MHz
2 mH 2.449 GHz 6.7 MHz
1 mH 2.449 GHz 7.8 MHz
10 밀리헨리 이상의 인덕턴스에서, 중심 주파수 대역폭이 2 MHz 이하를 가진다.
도 5a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 스펙트럼을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 고압 리플 제거부의 유무에 불문하고, 필라멘트 전류는 6A이다. 고압 리플 제거부가 없는 경우, 중심 주파수는 2.447 GHz이고, 중심 주파수 대역폭은 -50 dBm 기준으로 20 MHz 수준이다.
도 5b를 참조하면, 필라멘트 전류는 6A이다. 고압 리플 제거부가 있는 경우, 중심 주파수는 2.449 GHz이고, 중심 주파수 대역폭은 -50 dBm 기준으로 2 MHz 수준이다. 따라서, 고압 리플 제거부에 의한 대역폭이 현저히 감소한다.
도 6a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내고, 도 6b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내다.
도 6a를 참조하면, 고압 리플 제거부가 없는 경우, 구동 전압 리플의 피크 투 피크는 100 V 수준이고, 구동 전압 리플은 59 kHz의 스위칭 주파수의 2차 고조파를 가진다.
도 6b를 참조하면, 고압 리플 제거부가 있는 경우, 구동 전압 리플의 피크 투 피크는 40 V 수준으로 감소하고, 구동 전압 리플은 59 kHz의 스위칭 주파수의 억제된 2차 고조파를 가진다. 이러한, 구동 전압 리플의 감소와 2차 고조파의 감소가 초고주파의 대역폭을 감소시킨 것으로 해석된다.
100: 전원 모듈 110: 직류전압부 120: 제1 인버터
130: 고압발생부 140: 전류검출부 150: 냉각부
160: 제어부 200: 램프 모듈 210: 고압 리플 제거부
220: 제2 인버터 230: 필라멘트 전류 발생부
240: 마그네트론 250: 광센서 260: 도파관
270: 램프

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터;
    상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부;
    상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터;
    상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부;
    상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론;
    상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관;
    상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및
    상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트와 양극 사이에 흐르는 양극 전류(anode current)를 제어하고, 상기 마그네트론의 출력 전력을 제어하고,
    상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트 전류를 제어하고,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주파수 및 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수는 수십 kHz 범위이고,
    상기 고압 리플 제거부는 인덕터이고,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH이고,
    상기 초고주파의 대역폭은 -50 dBm (decibels above 1 milliwatt) 기준으로 2 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 마그네트론의 양극은 접지되고,
    상기 고압 리플 제거부는 상기 필라멘트에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  4. 삭제
  5. 제2 항에 있어서,
    전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고,
    램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 고압 리플 제거부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함하고,
    상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고,
    상기 케이블의 길이는 1 미터 이상인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 무전극 램프에서 방출된 광을 감지하는 광 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
  10. 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터;
    상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터;
    상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부;
    상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론;
    상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관;
    상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및
    상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고,
    램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 상기 램프, 및 상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부를 포함하고,
    상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고,
    상기 케이블의 길이는 1 미터 이상이고,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트와 양극 사이에 흐르는 양극 전류(anode current)를 제어하고, 상기 마그네트론의 출력 전력을 제어하고,
    상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트 전류를 제어하고,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주파수 및 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수는 수십 kHz 범위이고,
    상기 고압 리플 제거부는 인덕터이고,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH이고,
    상기 초고주파의 대역폭은 -50 dBm (decibels above 1 milliwatt) 기준으로 2 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.
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  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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