KR102675524B1 - Plasma lighting device - Google Patents
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Abstract
일 실시예는, 플라즈마 조명 장치에 관한 것으로, 바(bar) 형태의 플라즈마 전구; 설정된 주파수의 RF(Radio Frequency) 신호를 생성하는 RF 신호 생성부; 및 상기 플라즈마 전구의 일단에 인접하여 배치되며, 상기 RF 신호 생성부로부터 상기 RF 신호를 수신하여 방사시키는 제1 공진기;를 포함하며, 상기 플라즈마 전구는, 상기 제1 공진기로부터 방사된 RF 신호에 의해 내부에 봉입된 가스가 이온화되고, 이온화된 가스에 의해 내부가 플라즈마 상태가 됨으로써 빛을 방사하는, 플라즈마 조명 장치를 제공한다.One embodiment relates to a plasma lighting device, comprising: a bar-shaped plasma bulb; An RF signal generator that generates an RF (Radio Frequency) signal of a set frequency; And a first resonator disposed adjacent to one end of the plasma bulb and receiving the RF signal from the RF signal generator and radiating it, wherein the plasma bulb is radiated by the RF signal radiated from the first resonator. A plasma lighting device is provided in which a gas enclosed inside is ionized and the interior becomes a plasma state due to the ionized gas, thereby emitting light.
Description
본 발명은 플라즈마 조명 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 주파수 신호를 이용한 플라즈마 조명 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma lighting device, and more specifically, to a plasma lighting device using radio frequency signals.
상대적으로 뛰어난 에너지 효율과 오랜 수명, 및 안정성과 같은 다양한 장점으로 인해, LED(Light Emitting Diode) 조명의 사용이 점차 증가하고 있다. 그러나, LED를 이용한 조명 시스템은 LED 구동 드라이버의 사용에 따른 플리커링(flickering) 현상이 존재할 수밖에 없고, RGB 조합에 따른 특정 빛의 파장만 구현 가능하며, 플리커링에 따른 눈의 피로감, 고속 카메라 등의 사용시 오프되는 문제점이 있다. 또한, LED를 이용한 조명 시스템은 LED 소자의 어레이에 따른 부분 불량 가능성이 있으며, 휘도가 너무 강하여 눈에 부담을 주고, 고출력 제품의 경우 발열 문제에 따른 열화 현상이 심한 문제가 있다.Due to various advantages such as relatively excellent energy efficiency, long lifespan, and stability, the use of LED (Light Emitting Diode) lighting is gradually increasing. However, lighting systems using LEDs inevitably suffer from flickering due to the use of LED driving drivers, can only implement specific light wavelengths according to RGB combinations, and are prone to eye fatigue due to flickering, high-speed cameras, etc. There is a problem that it turns off when using. In addition, lighting systems using LEDs have the possibility of partial defects depending on the array of LED elements, the brightness is too strong, which puts a strain on the eyes, and in the case of high-output products, there is a problem of severe deterioration due to heat generation problems.
이러한 문제를 해결하기 위해 플라즈마 조명 장치가 개발되고 있다. 플라즈마 조명 장치는, 플라즈마 상태에 있는 물질들이 안정한 상태로 되돌아올 때 특정한 스펙트럼의 밝은 빛을 방사하는 원리를 이용한다. 상기 플라즈마 조명 장치는 발광 스펙트럼의 형상이 태양광과 유사하나, 에너지의 공급은 태양광과 다르다. 예컨대, 플라즈마 전구 내에는 불활성 가스 및 금속이 포함되며, 플라즈마 전구에 전파를 방사함으로써 가스 혼합물 내의 원자가 이온화되어 플라즈마 상태가 형성될 수 있다. 플라즈마 조명 장치는 플라즈마 전구에 효과적으로 전파를 전달하기 위해 공진기를 더 포함할 수 있다.Plasma lighting devices are being developed to solve these problems. Plasma lighting devices use the principle of emitting bright light of a specific spectrum when materials in a plasma state return to a stable state. The plasma lighting device has an emission spectrum similar to that of sunlight, but the supply of energy is different from that of sunlight. For example, the plasma bulb contains an inert gas and a metal, and by emitting radio waves to the plasma bulb, atoms in the gas mixture are ionized to form a plasma state. The plasma lighting device may further include a resonator to effectively transmit radio waves to the plasma bulb.
한편, 플라즈마 전구는 점등 초기에는 절연체에서 플라즈마를 생성하면서 점차 도전체로 변화하게 되어 공진기의 공진 주파수가 급격하게 변할 수 있다. 또한, 공진 주파수는 주위 환경, 공진기의 오차, 플라즈마 전구의 오차 등의 다양한 요인에 의해 달라질 수 있다. 이와 같이, 공진 주파수가 변경되는 상태에서 고정된 주파수를 갖는 전파를 플라즈마 전구에 방사시킬 경우 전기 에너지가 플라즈마 전구에 효율적으로 전달되지 못하는 문제점이 있다.Meanwhile, the plasma bulb is an insulator when first turned on and gradually changes into a conductor while generating plasma, which may cause the resonant frequency of the resonator to change rapidly. Additionally, the resonant frequency may vary depending on various factors such as the surrounding environment, resonator error, and plasma bulb error. In this way, when radio waves with a fixed frequency are radiated to the plasma bulb while the resonance frequency is changed, there is a problem in which electric energy is not efficiently transmitted to the plasma bulb.
또한, RF 신호를 이용하여 플라즈마 전구를 발광시킬 경우 전자파가 방출됨에 따른 부정적인 영향이 발생할 수 있다. 아울러, 생성된 RF 신호를 공진기에 효과적으로 전송하기 위해 임피던스 매칭을 위한 별도의 회로들이 추가되어야 하는 단점이 있다. Additionally, when a plasma bulb is emitted using an RF signal, negative effects may occur due to electromagnetic waves being emitted. In addition, there is a disadvantage that separate circuits for impedance matching must be added in order to effectively transmit the generated RF signal to the resonator.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 플라즈마 전구의 점등 상태가 변화함에 따라 변경되는 공진 주파수를 실시간으로 추적하여 RF 신호의 주파수를 변경시키는 플라즈마 조명 장치를 제공하는 것이다.Against this background, the purpose of this embodiment is to provide a plasma lighting device that changes the frequency of the RF signal by tracking the resonant frequency that changes in real time as the lighting state of the plasma bulb changes.
또한, 본 실시예의 목적은, 플라즈마 조명 장치에서 공진기로부터 외부로 방출되는 전자파를 차폐시키고, 안정적인 플라즈마 상태를 유지시키기 위한, 플라즈마 조명 장치를 제공하는 것이다.Additionally, the purpose of this embodiment is to provide a plasma lighting device for shielding electromagnetic waves emitted to the outside from a resonator in the plasma lighting device and maintaining a stable plasma state.
또한, 본 실시예의 목적은, 플라즈마 조명 장치에서 공진기로 RF 신호를 전송하는 RF 케이블의 길이를 조절함으로써 임피던스를 매칭시키는, 플라즈마 조명 장치를 제공하는 것이다.Additionally, the purpose of this embodiment is to provide a plasma lighting device that matches impedance by adjusting the length of an RF cable that transmits an RF signal from the plasma lighting device to the resonator.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치는, 바(bar) 형태의 플라즈마 전구; 설정된 주파수의 RF(Radio Frequency) 신호를 생성하는 RF 신호 생성부; 및 상기 플라즈마 전구의 일단에 인접하여 배치되며, 상기 RF 신호 생성부로부터 상기 RF 신호를 수신하여 방사시키는 제1 공진기;를 포함하며, 상기 플라즈마 전구는, 상기 제1 공진기로부터 방사된 RF 신호에 의해 내부에 봉입된 가스가 이온화되고, 이온화된 가스에 의해 내부가 플라즈마 상태가 됨으로써 빛을 방사할 수 있다.In order to achieve the above-described object, a plasma lighting device according to an embodiment includes a bar-shaped plasma bulb; An RF signal generator that generates an RF (Radio Frequency) signal of a set frequency; And a first resonator disposed adjacent to one end of the plasma bulb and receiving the RF signal from the RF signal generator and radiating it, wherein the plasma bulb is radiated by the RF signal radiated from the first resonator. The gas enclosed inside is ionized, and the inside becomes a plasma state due to the ionized gas, allowing light to be emitted.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 생성부로부터 생성된 RF 신호를 전송하는 제1 RF 케이블; 및 상기 제1 공진기의 외부 일측에 배치되며, 상기 제1 RF 케이블을 통해 전송된 상기 RF 신호를 상기 제1 공진기로 입력시키는 제1 RF 커넥터;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a first RF cable transmitting an RF signal generated from the RF signal generator; and a first RF connector disposed on one external side of the first resonator and inputting the RF signal transmitted through the first RF cable into the first resonator.
일 실시예에 따라, 상기 제1 RF 케이블의 길이는 상기 RF 신호의 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다.According to one embodiment, the length of the first RF cable may be set considering impedance matching of the RF signal.
일 실시예에 따라, 상기 플라즈마 전구의 타단에 인접하여 배치되며, 상기 RF 신호 생성부로부터 상기 RF 신호를 수신하여 방사시키는 제2 공진기;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second resonator is disposed adjacent to the other end of the plasma bulb and receives the RF signal from the RF signal generator and radiates it.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 생성부로부터 생성된 RF 신호를 전송하는 제2 RF 케이블; 및 상기 제2 공진기의 외부 일측에 배치되며, 상기 제2 RF 케이블을 통해 전송된 상기 RF 신호를 상기 제2 공진기로 입력시키는 제2 RF 커넥터;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a second RF cable transmitting the RF signal generated from the RF signal generator; and a second RF connector disposed on one external side of the second resonator and inputting the RF signal transmitted through the second RF cable into the second resonator.
일 실시예에 따라, 상기 제2 RF 케이블의 길이는 상기 RF 신호의 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다.According to one embodiment, the length of the second RF cable may be set considering impedance matching of the RF signal.
일 실시예에 따라, 상기 플라즈마 전구의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 제1 공진기 내에서 외부로 방출되는 전자파를 차폐시키기 위한 차폐부;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, it may further include a shielding portion surrounding at least a portion of the plasma bulb and shielding electromagnetic waves emitted to the outside within the first resonator.
일 실시예에 따라, 상기 차폐부는, 허니컴 메시(Honeycomb Mesh) 구조를 형성하며, 상기 플라즈마 전구의 외부를 둘러쌀 수 있다.According to one embodiment, the shielding part forms a honeycomb mesh structure and may surround the outside of the plasma bulb.
일 실시예에 따라, 상기 플라즈마 전구의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 플라즈마 전구로부터 방사된 빛을 반사시키는 반사판;을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a reflector surrounding at least a portion of the plasma bulb and reflecting light emitted from the plasma bulb may be further included.
일 실시예에 따라, 제1 공진기에 인접하여 배치되는 모터; 및 상기 모터와 상기 플라즈마 전구 사이에 연결되고, 상기 모터의 회전에 따라 상기 플라즈마 전구를 회전시키는, 샤프트;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, a motor disposed adjacent to the first resonator; and a shaft connected between the motor and the plasma bulb and rotating the plasma bulb according to rotation of the motor.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 플라즈마 전구의 점등 상태가 변화함에 따라 변경되는 공진 주파수를 실시간으로 추적함으로써 전기 에너지를 플라즈마 전구에 효율적으로 전달할 수 있다.As described above, according to this embodiment, electrical energy can be efficiently transmitted to the plasma bulb by tracking the resonant frequency that changes in real time as the lighting state of the plasma bulb changes.
또한, 본 실시예에 따르면, 플라즈마 전구에 방사시키기 위한 RF 신호를 DDS(Direct Digital Synthesizer) 기반의 PLL(Phase-Locked Loop)에 의해 생성함으로써 높은 주파수 정확도와 빠른 주파수 전환 속도를 제공할 수 있으며, 다양한 주파수 및 위상 제어 기능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전구의 점등 상태에 따라 공진기의 주파수 특성이 변하거나, 환경(예: 온도 또는 습도)에 따라 플라즈마 공진기의 주파수 특성이 변화하더라도 플라즈마 상태를 효과적으로 유지하도록 함으로써 플라즈마 조명의 안정성을 높일 수 있다.In addition, according to this embodiment, high frequency accuracy and fast frequency switching speed can be provided by generating an RF signal for radiation to the plasma bulb by a DDS (Direct Digital Synthesizer)-based PLL (Phase-Locked Loop), A variety of frequency and phase control functions can be provided. Accordingly, the stability of plasma lighting can be increased by effectively maintaining the plasma state even if the frequency characteristics of the resonator change depending on the lighting state of the plasma bulb or the frequency characteristics of the plasma resonator change depending on the environment (e.g. temperature or humidity). there is.
또한, 본 실시예에 따르면, 플라즈마 조명 장치에서 차폐부를 통해 공진기로부터 외부로 방출되는 전자파를 차폐시키고, 안정적인 플라즈마 상태를 유지시킬 수 있다.Additionally, according to this embodiment, electromagnetic waves emitted to the outside from the resonator can be shielded through the shielding part in the plasma lighting device, and a stable plasma state can be maintained.
또한, 본 실시예에 따르면, 플라즈마 조명 장치에서 공진기로 RF 신호를 전송하는 RF 케이블의 길이를 조절함으로써 별도의 임피던스 매칭 회로 없이도 임피던스를 매칭시킬 수 있다.Additionally, according to this embodiment, the impedance can be matched without a separate impedance matching circuit by adjusting the length of the RF cable that transmits the RF signal from the plasma lighting device to the resonator.
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 RF 신호 생성부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 단면도이다.Figure 1 is a block diagram showing the detailed configuration of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 2 is a block diagram showing the detailed configuration of an RF signal generator according to an embodiment.
Figure 3 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 4 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 5 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 6 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 7 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 8 is a perspective view of a plasma lighting device according to an embodiment.
Figure 9 is a cross-sectional view of a plasma lighting device according to an embodiment.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that elements may be “connected,” “combined,” or “connected.”
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the detailed configuration of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)는 제어부(110), RF(Radio Frequency) 신호 생성부(120), 전원 공급부(130), RF 신호 증폭부(140), 공진기(150), 플라즈마 전구(170)(또는, 벌브(bulb))를 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 조명 장치(100)는 모터(160)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the plasma lighting device 100 includes a control unit 110, a radio frequency (RF) signal generator 120, a power supply unit 130, an RF signal amplifier 140, a resonator 150, and a plasma It may include a light bulb 170 (or bulb). The plasma lighting device 100 may further include a motor 160.
일 실시예에 따라, 상기 전원 공급부(130)는 제어부(110), RF 신호 생성부(120), 또는 RF 신호 증폭부(140)에 전원(예컨대, 직류 전원)을 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 전원 공급부(130)는, SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다. 또한, 전원 공급부(120)는 통상의 상용 교류 전압(예를 들면, AC 110V 내지 220V)을 이용하거나, 또는 통상의 직류 배터리 팩을 이용하여 원하는 직류 전압/전류를 얻을 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치(100)는 야외, 차량 및 선박뿐만 아니라 일반 가정에서도 쉽게 설치하여 사용할 수 있다.According to one embodiment, the power supply unit 130 may supply power (eg, direct current power) to the control unit 110, the RF signal generator 120, or the RF signal amplifier 140. For example, the power supply unit 130 may be a Switching Mode Power Supply (SMPS). Additionally, the power supply unit 120 can obtain a desired direct current voltage/current using a normal commercial alternating current voltage (for example, AC 110V to 220V) or a normal direct current battery pack. Accordingly, the plasma lighting device 100 according to one embodiment can be easily installed and used not only outdoors, in vehicles and ships, but also in general homes.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 생성부(120)는 플라즈마 전구(170)에 방사시키기 위한 전파(예컨대, RF 신호)를 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 RF 신호 생성부(120)는 제어부(110)로부터 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호에 대응하는 주파수의 RF 신호를 생성할 수 있다. 상기 RF 신호 생성부(120)에서 생성되는 RF 신호의 주파수는 433MHz, 915MHz, 2450MHz, 5800MHz의 ISM(Industrial Scientic and Medical) 대역 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 RF 신호 생성부(120)는, 상기 플라즈마 전구(170)에 방사시키기 위한 RF 신호를 DDS(Direct Digital Synthesizer) 기반의 PLL(Phase-Locked Loop)에 의해 생성할 수 있다. 이와 같이, 상기 RF 신호 생성부(120)가 DDS 기반의 PLL에 의해 RF 신호를 생성함으로써 상대적으로 높은 주파수 정확도와 빠른 주파수 전환 속도를 제공할 수 있으며, 다양한 주파수 및 위상 제어 기능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 점등 상태 또는, 온도 및 습도 등과 같이 환경에 따라 플라즈마 공진기의 주파수 특성이 변화하더라도 플라즈마 전구 내에서 플라즈마 상태를 효과적으로 유지하도록 함으로써 플라즈마 조명 장치의 안정성 높일 수 있다.According to one embodiment, the RF signal generator 120 may generate radio waves (eg, RF signals) to be radiated to the plasma bulb 170. For example, the RF signal generator 120 may receive a control signal from the controller 110 and generate an RF signal with a frequency corresponding to the control signal. The frequency of the RF signal generated by the RF signal generator 120 may be any one of the ISM (Industrial Scientific and Medical) bands of 433 MHz, 915 MHz, 2450 MHz, and 5800 MHz, but is not limited thereto. The RF signal generator 120 may generate an RF signal for radiating to the plasma bulb 170 using a Direct Digital Synthesizer (DDS)-based Phase-Locked Loop (PLL). In this way, the RF signal generator 120 can provide relatively high frequency accuracy and fast frequency switching speed by generating an RF signal by a DDS-based PLL, and can provide various frequency and phase control functions. . Accordingly, the stability of the plasma lighting device can be increased by effectively maintaining the plasma state within the plasma bulb even if the frequency characteristics of the plasma resonator change depending on the environment, such as the lighting state or temperature and humidity.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 상기 RF 신호 생성부(120)로부터 RF 신호를 수신하여 증폭시킬 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 LDMOS 트랜지스터(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), GaN 트랜지스터, GaAs 트랜지스터, InP 트랜지스터 또는 TWT/TWTa 트랜지스터 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits)(141), 제1 트랜지스터(142)(예컨대, 구동 트랜지스터(Drive Transistor), 제2 트랜지스터(143), 아이솔레이터(144)를 포함할 수 있다. 상기 RF 신호 증폭부(140)의 상기 아이솔레이터(144)는 커플러(coupler) 또는 서큘레이터(circulator)로 대체될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 상기 아이솔레이터(144)에 커플러 또는 서큘레이터가 더 추가될 수 있다. 상기 아이솔레이터(144), 커플러 또는 서큘레이터는 상기 RF 신호 증폭부(140)에서 공진기(150)로 전송되는 RF 신호의 입사파 또는 반사파(예컨대, 입사파 또는 반사파의 전압 또는 전류)를 센싱하여 상기 제어부(110)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 아이솔레이터(144), 커플러 또는 서큘레이터는 RF 센서로 지칭될 수 있으나, 상기 용어로 한정되는 것은 아니다. 아울러, 상기 아이솔레이터(144)는 상기 아이솔레이터(144), 커플러 또는 서큘레이터 이외에도 RF 신호를 센싱할 수 있는 다른 부품 또는 구성 요소로 대체될 수 있다. 설명의 편의상 상기 RF 신호 증폭부(144)에서 상기 공진기(150)로 전달되는 입사파를 FWD(순방향) 신호로 지칭하고, 상기 공진기(150)로부터 반사되는 반사파를 RVS(역방향) 신호로 지칭하기로 한다. 예컨대, 상기 서큘레이터는 RF 신호 생성부(120)(또는 RF 신호 증폭부(140))와 공진기(150) 간의 임피던스 매칭을 최적화하고 반사파에 대한 보호 기능을 제공할 수 있다. 상기 커플러는 상기 RF 신호의 입사파 및/또는 반사파를 센싱하는 기능을 제공할 수 있다.According to one embodiment, the RF signal amplifier 140 may receive an RF signal from the RF signal generator 120 and amplify it. According to one embodiment, the RF signal amplifier 140 may be implemented with an LDMOS transistor (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), GaN transistor, GaAs transistor, InP transistor, or TWT/TWTa transistor, but is limited thereto. It doesn't work. For example, the RF signal amplifier 140 includes Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC) 141, a first transistor 142 (e.g., a drive transistor, a second transistor 143, and an isolator 144). According to another embodiment, the isolator 144 of the RF signal amplifier 140 may be replaced with a coupler or a circulator. A coupler or circulator may be further added to the isolator 144. The isolator 144, the coupler, or the circulator may transmit the incident wave of the RF signal from the RF signal amplifier 140 to the resonator 150. Alternatively, the isolator 144, coupler, or circulator may be referred to as an RF sensor. However, the isolator 144 may be replaced with other parts or components that can sense RF signals in addition to the isolator 144, coupler, or circulator. For convenience, the incident wave transmitted from the RF signal amplifier 144 to the resonator 150 will be referred to as a FWD (forward) signal, and the reflected wave reflected from the resonator 150 will be referred to as an RVS (reverse) signal. For example, the circulator may optimize impedance matching between the RF signal generator 120 (or RF signal amplifier 140) and the resonator 150, and the coupler may provide a protection function against reflected waves. A function for sensing an incident wave and/or a reflected wave of the RF signal may be provided.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 RF 신호 생성부(120)로부터 RF 신호를 전송받아, 이를 증폭하여 공진기(150)에 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 30 watt 내지 2000 watt의 전력을 갖는 RF 신호를 출력할 수 있다. 상기 RF 신호 증폭부(140)에서 출력되는 RF 신호의 전력의 크기는 상기 제어부(110)의 제어 신호에 의해 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 RF 신호 증폭부(140)는 입력된 RF 신호를 30W, 50W, 250W, 600W, 1kW, 1.8kW의 전력으로 증폭하여 출력시킬 수 있다.According to one embodiment, the RF signal amplifier 140 may receive an RF signal from the RF signal generator 120, amplify it, and output it to the resonator 150. For example, the RF signal amplifier 140 may output an RF signal having a power of 30 watts to 2000 watts. The power level of the RF signal output from the RF signal amplifier 140 may be adjusted by a control signal from the control unit 110. For example, the RF signal amplifier 140 can amplify and output the input RF signal with powers of 30W, 50W, 250W, 600W, 1kW, and 1.8kW.
일 실시예에 따라, 상기 RF 신호 증폭부(140)에서 출력된 RF 신호는 RF 케이블(152)을 통해 전송될 수 있다. 예컨대, 상기 RF 케이블(152)의 일단은 상기 RF 신호 증폭부(140)에 연결되고, 타단은 RF 커넥터(151)에 연결될 수 있다. 상기 RF 커넥터(151)로 입력된 RF신호는 공진기(150)로 전달될 수 있다. 상기 공진기(150)는 상기 RF 커넥터(151)를 통해 상기 RF 신호를 전송받고, 상기 RF 신호를 플라즈마 전구(170)에 직접 방사시킬 수 있다. 플라즈마 전구(170)는 상기 공진기(150)로부터 RF 신호가 방사됨으로써 내부가 플라즈마 상태가 될 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마 전구(170)는 빛을 발산할 수 있다. 상기 공진기(150)는 플라즈마 전구(170)의 둘레를 대략 감싸는 세라믹 몸체와, 세라믹 몸체의 내부에 설치된 안테나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the RF signal output from the RF signal amplifier 140 may be transmitted through the RF cable 152. For example, one end of the RF cable 152 may be connected to the RF signal amplifier 140, and the other end may be connected to the RF connector 151. The RF signal input to the RF connector 151 may be transmitted to the resonator 150. The resonator 150 may receive the RF signal through the RF connector 151 and directly radiate the RF signal to the plasma bulb 170. The inside of the plasma bulb 170 may be in a plasma state as an RF signal is emitted from the resonator 150. Accordingly, the plasma bulb 170 may emit light. The resonator 150 may include a ceramic body that approximately surrounds the plasma bulb 170 and an antenna installed inside the ceramic body.
일 실시예에 따라, 플라즈마 전구(170)는 석영 벌브, 불활성 가스 및 메탈 할라이드를 포함할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 석영 벌브는 긴 타원 형태로 제작될 수 있으며, 내부에 불활성 가스 및 메탈 할라이드가 봉입될 수 있다. 불활성 가스는, 나트륨-탈륨-인듐계, 스칸듐-나트륨계, 디스프로슘-탈륨계 및 주석계 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 따라, 플라즈마 조명 장치(100)는 플라즈마 전구(170)의 광 효율이 향상되도록, 석영 벌브 중에서 공진기(150)의 내측에 결합된 후방 영역에 석영 벌브로부터 발생된 빛이 전방 영역으로 모두 반사되도록 반사체를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 전구(170)(예컨대, 석영 벌브)의 내부에는 어떠한 전극도 존재하지 않는 무전극으로서, 상대적으로 긴 수명을 제공할 수 있다.According to one embodiment, the plasma bulb 170 may include, but is not limited to, a quartz bulb, an inert gas, and a metal halide. The quartz bulb can be manufactured in a long oval shape, and inert gas and metal halide can be sealed inside. The inert gas may include, but is not limited to, at least one selected from the group consisting of sodium-thallium-indium, scandium-sodium, dysprosium-tallium, and tin. According to one embodiment, the plasma lighting device 100 transmits light generated from the quartz bulb to the rear area coupled to the inside of the resonator 150 among the quartz bulbs to the front area to improve the light efficiency of the plasma bulb 170. A reflector may be further included so that everything is reflected. The plasma bulb 170 (eg, a quartz bulb) is electrodeless in that no electrodes exist inside the plasma bulb 170 and can provide a relatively long lifespan.
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 제어 신호에 의해 RF 신호 생성부(120) 및/또는 RF 신호 증폭부(140)를 제어하여, RF 신호의 출력 주파수 및/또는 출력 전력을 제어하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제어부(110)는 RF 신호 생성부(120) 및/또는 RF 신호 증폭부(140)를 제어하여 플라즈마 전구(170)가 디밍(밝기 조절)되도록 할 수 있다.According to one embodiment, the control unit 110 controls the RF signal generator 120 and/or the RF signal amplifier 140 by a control signal, controlling the output frequency and/or output power of the RF signal. can do. According to one embodiment, the control unit 110 may control the RF signal generator 120 and/or the RF signal amplifier 140 to dim (adjust brightness) the plasma bulb 170.
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 아이솔레이터(144)(또는, 커플러 또는 서큘레이터)를 통해 상기 공진기(150)에서 리턴되는 신호(예컨대, 반사파)를 수신할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(110)는 공진기(150)를 통해 리턴되는 RF 신호의 전력이 가장 작게 되도록 하는 주파수를 갖는 RF 신호를 상기 RF 신호 증폭부(140)가 출력하도록 제어할 수 있다.According to one embodiment, the control unit 110 may receive a signal (eg, a reflected wave) returned from the resonator 150 through the isolator 144 (or a coupler or circulator). For example, the control unit 110 may control the RF signal amplifier 140 to output an RF signal having a frequency that minimizes the power of the RF signal returned through the resonator 150.
한편, 플라즈마 전구(170)는 점등 초기에는 절연체에서 플라즈마를 생성하면서 점차 도전체로 변화하게 되어 공진기(150)의 공진 주파수가 급격하게 변할 수 있다. 또한, 공진 주파수는 주위 환경, 공진기(150)의 오차, 플라즈마 전구(170)의 오차 등의 다양한 요인에 의해 달라질 수 있다. 이와 같이, 공진 주파수가 변경되는 상태에서 공진기(150)가 고정된 주파수를 갖는 전파(예컨대, RF 신호)를 플라즈마 전구(170)에 방사시킬 경우 전기 에너지가 플라즈마 전구(170)에 효율적으로 전달되지 못할 수 있다.Meanwhile, the plasma bulb 170 is initially turned on from an insulator to a conductor while generating plasma, so the resonance frequency of the resonator 150 may change rapidly. Additionally, the resonant frequency may vary depending on various factors such as the surrounding environment, error of the resonator 150, and error of the plasma bulb 170. In this way, when the resonator 150 radiates radio waves (e.g., RF signals) with a fixed frequency to the plasma bulb 170 while the resonant frequency is changed, electrical energy is not efficiently transmitted to the plasma bulb 170. It may not be possible.
보다 구체적으로, 플라즈마 전구(170)는 점등 초기에는 유리(예컨대, 석영)와 같은 절연체(materials with high electrical resistance) 상태일 수 있으며, RF 신호(또는 전파)를 방사함으로써 전기 에너지를 인가하여 내부의 가스 혼합물을 플라즈마 상태로 변화시킬 수 있다. 상기 과정에서 상기 플라즈마 전구(170) 내에서는 가스 분자 내의 전자들은 에너지를 흡수하여 이온화되고, 이온화된 입자와 자유 전자들로 이루어진 플라즈마가 생성될 수 있다. 이때, 플라즈마는 도전체(Conductor)이기 때문에, 전기적으로 중성인 플라즈마 전구(170)가 전기적으로 양극과 음극으로 분리된 쌍극자(dipole)가 될 수 있다. 상기 쌍극자에 인가되는 전기 에너지는 전류를 흐르게 하여 플라즈마 전구(170)의 내부를 가열하고, 플라즈마에서 생성된 빛이 방출되게 됨으로써 조명 장치의 역할을 할 수 있다.More specifically, the plasma bulb 170 may be in a state of insulators (materials with high electrical resistance) such as glass (e.g., quartz) when turned on, and applies electrical energy by emitting an RF signal (or radio wave) to A gas mixture can be converted into a plasma state. In the above process, within the plasma bulb 170, electrons in gas molecules are ionized by absorbing energy, and plasma composed of ionized particles and free electrons can be generated. At this time, since the plasma is a conductor, the electrically neutral plasma bulb 170 may become a dipole electrically separated into an anode and a cathode. Electrical energy applied to the dipole causes current to flow, heating the inside of the plasma bulb 170, and light generated from the plasma is emitted, thereby functioning as a lighting device.
전술한 바와 같이, 일 실시예에 따라, 점등 초기의 플라즈마 전구(170)는 절연체에서 플라즈마를 생성하면서 도전체로 변화하게 되어 공진기(150)의 공진 주파수는 급격하게 변화할 수 있다. 또한, 상기 공진 주파수는 주위 환경, 공진기(150)의 오차 범위, 플라즈마 전구(170)의 오차 범의 들로 인해 공진 주파수를 특정하기 어려울 수 있다. 후술하는 다양한 실시예들에서는 급격히 변화하는 공진 주파수를 빠른 속도로 트래킹함으로써 RF 신호 증폭부(140)에서 생성된 전기 에너지가 플라즈마 전구(170) 내에 효율적으로 전달되도록 할 수 있다. 이와 같이, 일 실시예에 따라, 적절한 시기에 적절한 전기 에너지를 플라즈마 전구(170)에 인가해 줌으로써 플라즈마 전구(170) 내에서 플라즈마 생성을 안정적으로 완료할 수 있다. 상기 플라즈마 조명 장치(100)의 구체적인 제어 방법에 대해서는 도 3 내지 도 7의 설명에서 상세히 후술하기로 한다.As described above, according to one embodiment, the plasma bulb 170 at the initial stage of lighting changes from an insulator to a conductor while generating plasma, so that the resonance frequency of the resonator 150 may change rapidly. Additionally, it may be difficult to specify the resonant frequency due to the surrounding environment, the error range of the resonator 150, and the error range of the plasma bulb 170. In various embodiments described later, the electrical energy generated in the RF signal amplifier 140 can be efficiently transmitted into the plasma bulb 170 by tracking the rapidly changing resonance frequency at a high speed. As such, according to one embodiment, plasma generation within the plasma bulb 170 can be stably completed by applying appropriate electrical energy to the plasma bulb 170 at an appropriate time. The specific control method of the plasma lighting device 100 will be described in detail later in the description of FIGS. 3 to 7.
일 실시예에 따라, 모터(160)(예컨대, DC 모터)는 플라즈마 전구(170)를 회전시키는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 플라즈마는 가스 혼합물 내의 원자가 이온화됨으로써 생성될 수 있다. 이와 같이, 플라즈마가 생성되면 이온화된 입자는 전기장의 영향을 받게 되고, 서로 상호 작용에 의해 힘을 받아서 움직일 수 있다. 상기 상호 작용에 의해 플라즈마는 일종의 유체로 동작할 수 있다. 그러나, 상기 플라즈마는 가스 흐름 및 전자 수송 현상에 의해 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있다. 이는 플라즈마 조명 장치(100)에서 플라즈마 전구(170) 내 국부적인 가열을 발생할 수 있으며, 이로 인해 플라즈마 전구(170)의 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 플라즈마가 쏠리는 방향에서의 밝기가 상대적으로 더 강하게 나타나고, 반대쪽에서는 밝기가 약해져 조명의 균제도에 영향을 주어 조명의 품질이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다. 상기 모터(160)는 상기 플라즈마 전구(170)를 회전시킴으로써 전기장과 이온화된 플라즈마의 흐름을 상기 플라즈마 전구(170) 내에 균일하게 작용하도록 하는 역할을 할 수 있다.According to one embodiment, the motor 160 (eg, DC motor) may perform the function of rotating the plasma bulb 170. More specifically, plasma can be created by ionizing atoms in a gas mixture. In this way, when plasma is generated, ionized particles are affected by an electric field and can move by receiving force due to interaction with each other. Due to the above interaction, plasma can operate as a type of fluid. However, the plasma may be tilted to one side due to gas flow and electron transport phenomena. This may cause local heating within the plasma bulb 170 in the plasma lighting device 100, which may shorten the lifespan of the plasma bulb 170. In addition, the brightness in the direction where the plasma is focused appears relatively stronger, and the brightness becomes weaker in the opposite direction, which may affect the uniformity of the lighting and cause a decrease in the quality of the lighting. The motor 160 may serve to uniformly apply an electric field and a flow of ionized plasma within the plasma bulb 170 by rotating the plasma bulb 170 .
도 2는 일 실시예에 따른 RF 신호 생성부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.Figure 2 is a block diagram showing the detailed configuration of an RF signal generator according to an embodiment.
도 2를 참조하면, RF 신호 생성부(120)는 주파수 발생기(210), 및 주파수 합성기(220)를 포함할 수 있다. 상기 주파수 합성기(220)는 DDS(Direct Digital Synthesizer)(221), 및 PLL(Phase-Locked Loop)(222)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 RF 신호 생성부(120)는, 상기 플라즈마 전구(170)에 방사시키기 위한 RF 신호를 DDS(Direct Digital Synthesizer) 기반의 PLL(Phase-Locked Loop)에 의해 생성할 수 있다Referring to FIG. 2, the RF signal generator 120 may include a frequency generator 210 and a frequency synthesizer 220. The frequency synthesizer 220 may include a Direct Digital Synthesizer (DDS) 221 and a Phase-Locked Loop (PLL) 222. As described above, the RF signal generator 120 may generate an RF signal for radiating to the plasma bulb 170 using a Direct Digital Synthesizer (DDS)-based PLL (Phase-Locked Loop).
일 실시예에 따라, 주파수 발생기(210)는 기준 주파수 신호(fREF)를 생성할 수 있다. 상기 DDS(221)는 상기 주파수 발생기(210)로부터 기준 주파수 신호를 수신하고, 제어부(110)로부터 수신된 제어 신호에 기반하여, 상기 제어 신호에 대응하는 주파수를 갖는 제1 RF 신호(fDDS)를 생성할 수 있다. 상기 PLL(222)은 상기 DDS(221)의 출력을 기준 주파수로 입력받아 위상이 제어된 제2 RF 신호(fOUT)를 생성할 수 있다. 상기 PLL(222)에서 출력된 제2 RF 신호는 RF 신호 증폭부(140)로 전송될 수 있다.According to one embodiment, the frequency generator 210 may generate a reference frequency signal (f REF ). The DDS 221 receives a reference frequency signal from the frequency generator 210 and, based on the control signal received from the control unit 110, generates a first RF signal (f DDS ) having a frequency corresponding to the control signal. can be created. The PLL 222 may receive the output of the DDS 221 as a reference frequency and generate a second RF signal f OUT whose phase is controlled. The second RF signal output from the PLL 222 may be transmitted to the RF signal amplifier 140.
일 실시예에 따라, 주파수 합성기(220)의 DDS(221)는 기준 주파수 공급원인 주파수 발생기(210)로부터 기준 주파수를 입력받아 디지털 합성된 주파수를 출력할 수 있다. 상기 PLL(222)은 상기 DDS(221)의 출력을 자신의 기준 주파수 입력으로 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 RF 신호 생성부(120)가 DDS 기반의 PLL에 의해 RF 신호를 생성함으로써 상대적으로 높은 주파수 정확도와 빠른 주파수 전환 속도를 제공할 수 있으며, 다양한 주파수 및 위상 제어 기능을 제공할 수 있다. 이에 따라, 점등 상태 또는, 온도 및 습도 등과 같이 환경에 따라 공진기(150)의 주파수 특성이 변화하더라도 플라즈마 전구(170) 내에서 플라즈마 상태를 효과적으로 유지하도록 함으로써 플라즈마 조명 장치의 안정성을 높일 수 있다.According to one embodiment, the DDS 221 of the frequency synthesizer 220 may receive a reference frequency from the frequency generator 210, which is a reference frequency source, and output a digitally synthesized frequency. The PLL 222 can use the output of the DDS 221 as its reference frequency input. As described above, the RF signal generator 120 can provide relatively high frequency accuracy and fast frequency switching speed by generating an RF signal by a DDS-based PLL, and can provide various frequency and phase control functions. You can. Accordingly, the stability of the plasma lighting device can be increased by effectively maintaining the plasma state within the plasma bulb 170 even if the frequency characteristics of the resonator 150 change depending on the environment, such as the lighting state or temperature and humidity.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 플라즈마 전구(170)의 점등 단계에 따라, 상기 제어부(110)가 상기 RF 신호 생성부(120)의 DDS(221) 및/또는 PLL(222)을 제어함으로써 RF 신호의 주파수를 조정하는 다양한 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 7, the control unit 110 controls the DDS 221 and/or the PLL 222 of the RF signal generator 120 according to the lighting stage of the plasma bulb 170. By doing so, various embodiments of adjusting the frequency of the RF signal will be described.
도 3은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.Figure 3 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
일 실시예에 따라, 플라즈마 조명 장치(100)는 플라즈마 전구(170)의 점등 단계에 따라 변경되는 공진 주파수를 확인하고, 변경된 공진 주파수에 대응하여 무선 주파수 신호를 조정할 수 있다.According to one embodiment, the plasma lighting device 100 may check the resonant frequency that changes depending on the lighting stage of the plasma bulb 170 and adjust the radio frequency signal in response to the changed resonant frequency.
일 실시예에 따라, 플라즈마 전구(170)의 점등 단계는 복수의 구간들로 구분될 수 있다. 예컨대, 상기 점등 단계는 전원이 온 된 후 미점등 상태인 구간, 점등이 시작되는 구간, 점등이 시작된 후 점등 완료 전까지의 구간, 점등이 완료된 이후 구간들로 구분될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the lighting stage of the plasma bulb 170 may be divided into a plurality of sections. For example, the lighting stage may be divided into a section in an unlit state after the power is turned on, a section where lighting starts, a section from when lighting starts to before lighting is completed, and a section after lighting is completed, but is not limited to this.
전술한 바와 같이, 일 실시예에 따라, 점등 초기의 플라즈마 전구(170)는 절연체에서 플라즈마를 생성하면서 도전체로 변화하게 되어 공진기(150)의 공진 주파수는 급격하게 변화할 수 있다. 또한, 상기 공진 주파수는 주위 환경(예컨대, 온도 또는 습도 등)에 따라 실시간으로 변경될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예에 따라, 급격히 변화하는 공진 주파수를 RF 신호 생성부(120)에 의해 빠른 속도로 트래킹함으로써 RF 신호 증폭부(140)에서 생성된 전기 에너지가 플라즈마 전구(170) 내에 효율적으로 전달되도록 할 수 있다.As described above, according to one embodiment, the plasma bulb 170 at the initial stage of lighting changes from an insulator to a conductor while generating plasma, so that the resonant frequency of the resonator 150 may change rapidly. Additionally, the resonance frequency may change in real time depending on the surrounding environment (eg, temperature or humidity, etc.). Therefore, according to various embodiments, the rapidly changing resonance frequency is tracked at a high speed by the RF signal generator 120, so that the electrical energy generated in the RF signal amplifier 140 is efficiently transmitted within the plasma bulb 170. It can be done as much as possible.
도 3을 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)에 전원이 온 상태가 되면, 제어부(110), RF 신호 생성부(120), RF 신호 증폭부(140)에 전원이 공급될 수 있다. 이때, 플라즈마 전구(170)는 아직 점등이 되기 전인 미점등 상태일 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기는 환경(예컨대, 온도 또는 습도) 또는 공진기의 개별 오차에 따라 공진 주파수가 달라질 수 있다. 따라서, 동일한 공진 주파수(예컨대, 2450MHz)로 설정하여 제작된 플라즈마 조명 장치(100)라도 미점등 상태에서의 공진 주파수는 각각 상이할 수 있다. 이에 따라, 제어부(110)는 전원이 온 됨에 따라, 설정된 주파수 대역을 스캔(편의상 '제1 스캔'으로 지칭한다.)함으로써 공진 주파수를 판단 또는 확인할 수 있다.(310 단계) 예컨대, 플라즈마 조명 장치(100)를 동작하기 위한 RF 신호의 주파수가 2450MHz로 설정된 경우, 상기 주파수를 중심으로 설정된 주파수 대역(예컨대, 2440MHz 내지 2460MHz) 내에서 주파수 스윕(frequency sweep)을 통해 공진 주파수를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, when the plasma lighting device 100 is turned on, power may be supplied to the control unit 110, the RF signal generation unit 120, and the RF signal amplification unit 140. At this time, the plasma bulb 170 may be in an unlit state that has not yet been lit. As described above, the resonant frequency of the resonator may vary depending on the environment (eg, temperature or humidity) or individual errors of the resonator. Therefore, even if the plasma lighting devices 100 are manufactured with the same resonance frequency (eg, 2450 MHz), the resonance frequencies in the unlit state may be different. Accordingly, as the power is turned on, the control unit 110 can determine or confirm the resonance frequency by scanning the set frequency band (referred to as 'first scan' for convenience) (step 310). For example, a plasma lighting device. When the frequency of the RF signal for operating (100) is set to 2450 MHz, the resonance frequency can be confirmed through a frequency sweep within a frequency band (e.g., 2440 MHz to 2460 MHz) set around the frequency.
보다 구체적인 구현 예로서, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역(예컨대, 2440MHz 내지 2460MHz) 내에서 일정 주파수 간격(예컨대, 100KHz)으로 RF 신호 생성부(120)에서 생성하는 주파수를 변경하여 출력하도록 상기 RF 신호 생성부(120)를 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(110)는 전원이 온 되고, 플라즈마 전구(170)가 미점등 상태임을 확인하면, 제어 신호(예컨대, 도 2의 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호)를 RF 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다. RF 신호 생성부(120)는 상기 제어 신호에 기반하여 상기 설정된 주파수 대역 내에서 일정 주파수 간격으로 RF 신호의 주파수를 변경하여 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수들 중 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 가장 낮은 주파수를 공진 주파수로 판단할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수들 중 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 설정된 조건을 만족하는 주파수(예컨대, 반사파의 전력이 임계값 이하인 주파수)를 공진 주파수로 판단할 수 있다.As a more specific implementation example, the control unit 110 changes the frequency generated by the RF signal generator 120 at a certain frequency interval (e.g., 100 KHz) within the set frequency band (e.g., 2440 MHz to 2460 MHz) and outputs it. The RF signal generator 120 can be controlled. That is, when the control unit 110 confirms that the power is turned on and the plasma bulb 170 is not lit, it sends a control signal (e.g., the first control signal and the second control signal of FIG. 2) to the RF signal generator ( 120). The RF signal generator 120 may change the frequency of the RF signal at regular frequency intervals within the set frequency band and output it based on the control signal. According to one embodiment, the control unit 110 may determine the frequency at which the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 is lowest among a plurality of frequencies within the set frequency band as the resonant frequency. According to another embodiment, the control unit 110 selects a frequency at which the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 satisfies a set condition among a plurality of frequencies within the set frequency band (e.g., a frequency at which the power of the reflected wave is less than a threshold value). can be judged as the resonance frequency.
다음으로, 시간이 경과함에 따라 플라즈마 전구(170)가 점등되면, 전술한 바와 같이 플라즈마 전구(170) 내의 상태 변화에 따라 공진 주파수가 변경될 수 있다. 이에 따라, 제어부(110)는 상기 플라즈마 전구(170)가 점등됨에 따라, 설정된 주파수 대역을 스캔(편의상 '제2 스캔'으로 지칭한다.)함으로써 변경된 공진 주파수를 판단 또는 확인할 수 있다.(320 단계) 예컨대, 상기 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)가 점등됨을 확인하면, 제어 신호(예컨대, 도 2의 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호)를 RF 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다. RF 신호 생성부(120)는 상기 제어 신호에 기반하여 상기 설정된 주파수 대역 내에서 일정 주파수 간격으로 RF 신호의 주파수를 변경하여 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수들 중 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 가장 낮은 주파수를 공진 주파수로 판단할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수들 중 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 설정된 조건을 만족하는 주파수(예컨대, 반사파의 전력이 임계값 이하인 주파수)를 공진 주파수로 판단할 수 있다.Next, when the plasma bulb 170 is turned on over time, the resonant frequency may change according to changes in the state within the plasma bulb 170, as described above. Accordingly, as the plasma bulb 170 turns on, the control unit 110 can determine or confirm the changed resonance frequency by scanning the set frequency band (referred to as 'second scan' for convenience) (step 320). ) For example, when the control unit 110 confirms that the plasma bulb 170 is turned on, it can transmit a control signal (e.g., the first control signal and the second control signal in FIG. 2) to the RF signal generator 120. . The RF signal generator 120 may change the frequency of the RF signal at regular frequency intervals within the set frequency band and output it based on the control signal. According to one embodiment, the control unit 110 may determine the frequency at which the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 is lowest among a plurality of frequencies within the set frequency band as the resonant frequency. According to another embodiment, the control unit 110 selects a frequency at which the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 satisfies a set condition among a plurality of frequencies within the set frequency band (e.g., a frequency at which the power of the reflected wave is less than a threshold value). can be judged as the resonance frequency.
다음으로, 상기 플라즈마 전구(170)가 점등된 이후 완전 점등(또는 풀 점등) 상태가 되기 전까지(설명의 편의상 '중간 점등 상태'라 지칭하기로 한다.) 플라즈마 전구(170) 내의 상태 변화에 따라 공진 주파수가 변경될 수 있다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 점등 초기의 플라즈마 전구(170)는 절연체에서 플라즈마를 생성하면서 도전체로 변화하게 되어 공진기(150)의 공진 주파수는 급격하게 변화할 수 있다. 이에 따라, 제어부(110)는 상기 플라즈마 전구(170)가 초기 점등에서 완전 점등으로 진행함에 따라, 실시간으로 변경되는 공진 주파수를 트래킹(또는 추적)할 수 있다.(330 단계) 예컨대, 제어부(110)는 상기 중간 점등 상태가 유지되는 동안 일정 시간 간격으로 전술한 주파수 스윕 동작을 반복 수행함으로써 실시간으로 공진 주파수를 트래킹할 수 있다.Next, after the plasma bulb 170 is turned on, until it is fully turned on (or fully turned on) (for convenience of explanation, it will be referred to as an 'intermediate turn on state') depending on the state change within the plasma bulb 170. The resonant frequency can be changed. For example, as described above, the plasma bulb 170 at the initial stage of lighting changes from an insulator to a conductor while generating plasma, so the resonance frequency of the resonator 150 may change rapidly. Accordingly, the control unit 110 can track (or track) the resonant frequency that changes in real time as the plasma bulb 170 progresses from initial lighting to full lighting (step 330). For example, the control unit 110 ) can track the resonance frequency in real time by repeatedly performing the above-described frequency sweep operation at regular time intervals while the intermediate lighting state is maintained.
다음으로, 상기 플라즈마 전구(170)가 완전 점등(또는 풀 점등) 상태가 됨을 확인하면, 공진 주파수를 모니터링하고 조정할 수 있다.(340 단계) 예컨대, 전술한 바와 같이 공진 주파수는 환경(예컨대, 온도 또는 습도)에 따라 변경될 수 있으므로, 플라즈마 전구(170)가 완전 점등되어 안정화된 상태가 되더라도, 설정된 시간 간격마다 공진 주파수를 모니터링하고 조정할 수 있다.Next, when it is confirmed that the plasma bulb 170 is fully lit (or fully lit), the resonant frequency can be monitored and adjusted (step 340). For example, as described above, the resonant frequency is determined by the environment (e.g., temperature). or humidity), so even if the plasma bulb 170 is fully turned on and in a stabilized state, the resonance frequency can be monitored and adjusted at set time intervals.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 전술한 각 단계에 대한 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 7, specific embodiments of each of the above-described steps will be described.
도 4는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)의 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)가 미점등인 상태에서 RF 신호 생성부(120) 및 RF 신호 증폭부(140)를 제어하여 제1 전력 레벨(예컨대, 50Watt)의 RF 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.(410 단계) 이때, 제어부(110)는 전술한 바와 같이 설정된 주파수 대역 구간 내에서 일정 주파수 간격으로 RF 신호의 주파수를 변경하여 출력하도록 RF 신호 생성부(120)를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 4, the control unit 110 of the plasma lighting device 100 controls the RF signal generator 120 and the RF signal amplifier 140 while the plasma bulb 170 is not lit to generate the first power. It can be controlled to output an RF signal of a level (e.g., 50 Watt) (step 410). At this time, the control unit 110 changes the frequency of the RF signal at regular frequency intervals within the frequency band section set as described above and outputs it. The RF signal generator 120 can be controlled to do so.
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 설정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수들에 대해 반사파를 스캔할 수 있다.(420 단계) 다음으로, 제어부(110)는 스캔된 반사파의 전력에 기반하여 점등을 위한 공진 주파수를 판단하고, 해당 주파수를 제1 공진 주파수로 설정할 수 있다.(430 단계) 예컨대, 상기 제어부(110)는 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 가장 낮은 주파수를 제1 공진 주파수로 판단할 수 있다.According to one embodiment, the control unit 110 may scan reflected waves for a plurality of frequencies within the set frequency band (step 420). Next, the control unit 110 turns on the light based on the power of the scanned reflected wave. The resonance frequency for can be determined, and the corresponding frequency can be set as the first resonance frequency (step 430). For example, the control unit 110 sets the frequency at which the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 is lowest as the first resonance frequency. It can be judged by frequency.
도 5는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.Figure 5 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 5를 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)의 제어부(110)는 전술한 도 4에서와 같이 점등을 위한 제1 공진 주파수가 설정되면, 상기 설정된 제1 공진 주파수에 기반하여 플라즈마 전구(170)를 점등시킬 수 있다. 이때, 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)가 미점등인 상태에서 RF 신호 생성부(120) 및 RF 신호 증폭부(140)를 제어하여 점등을 위한 제2 전력 레벨(예컨대, 100Watt)의 RF 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.(510 단계) 이때, 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)(예컨대, 벌브(bulb))가 점등을 시작하는지 여부를 감지할 수 있다.(520 단계) 예컨대, 제어부(110)는 공진기(150)로부터 반사되는 반사파의 전력이 설정된 값 이하가 될 경우, 플라즈마 전구(170)가 점등을 시작한 것으로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 5, when the first resonant frequency for lighting is set as shown in FIG. 4 described above, the control unit 110 of the plasma lighting device 100 controls the plasma bulb 170 based on the set first resonant frequency. can be turned on. At this time, the control unit 110 controls the RF signal generator 120 and the RF signal amplifier 140 in a state in which the plasma bulb 170 is not lit to generate RF at a second power level (e.g., 100 Watt) for lighting. It can be controlled to output a signal. (Step 510) At this time, the control unit 110 can detect whether the plasma bulb 170 (e.g., bulb) starts lighting. (Step 520) For example, , the control unit 110 may determine that the plasma bulb 170 has started lighting when the power of the reflected wave reflected from the resonator 150 is below a set value.
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 플라즈마 전구(170)가 점등을 시작한 것으로 감지 또는 판단한 경우, 점등 후 변경된 공진 주파수를 스캔할 수 있다.(530 단계) 예컨대, 제어부(110)는 스캔된 반사파의 전력에 기반하여 점등 후 변경된 공진 주파수를 판단하고, 해당 주파수를 제2 공진 주파수로 설정할 수 있다.(540 단계) 예컨대, 상기 제어부(110)는 공진기(150)로부터 반사된 반사파의 전력이 가장 낮은 주파수를 제2 공진 주파수로 판단할 수 있다.According to one embodiment, when the control unit 110 detects or determines that the plasma bulb 170 has started lighting, it may scan the changed resonance frequency after turning on (step 530). For example, the control unit 110 scans the changed resonance frequency. Based on the power of the reflected wave, the resonant frequency changed after lighting can be determined and the corresponding frequency can be set as the second resonant frequency (step 540). For example, the control unit 110 may control the power of the reflected wave reflected from the resonator 150. This lowest frequency can be determined as the second resonance frequency.
도 6은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.Figure 6 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 6을 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)의 제어부(110)는 전술한 도 5에서와 같이 제2 공진 주파수가 설정되면, 상기 설정된 제2 공진 주파수에 기반하여 플라즈마 전구(170)를 완전 점등시킬 수 있다. 이때, 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)가 점등이 시작된 상태에서 RF 신호 생성부(120) 및 RF 신호 증폭부(140)를 제어하여 완전 점등을 위한 제3 전력 레벨(예컨대, 250Watt)의 RF 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.(610 단계) 이때, 제어부(110)는 플라즈마 전구(170)(예컨대, 벌브(bulb))가 서서히 점등이 진행되면서 변경되는 공진 주파수를 트래킹할 수 있다.(620 단계)Referring to FIG. 6, when the second resonant frequency is set as shown in FIG. 5 described above, the control unit 110 of the plasma lighting device 100 fully lights the plasma bulb 170 based on the set second resonant frequency. You can do it. At this time, the control unit 110 controls the RF signal generator 120 and the RF signal amplifier 140 in a state in which the plasma bulb 170 starts lighting to set the third power level (e.g., 250 Watt) for complete lighting. It can be controlled to output an RF signal (step 610). At this time, the control unit 110 can track the resonant frequency that changes as the plasma bulb 170 (eg, bulb) gradually turns on. (620 steps)
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 상기 플라즈마 전구(170)가 완전 점등(또는 풀 점등)된 것으로 확인된 경우, 급격히 변하는 공진 주파수를 트래킹할 수 있다.(630 단계) 예컨대, 제어부(110)는 스캔된 반사파의 전력에 기반하여 완전 점등 후 변경된 공진 주파수를 판단하고, 해당 주파수를 공진 주파수로 설정할 수 있다.According to one embodiment, when it is confirmed that the plasma bulb 170 is fully lit (or fully lit), the control unit 110 may track the rapidly changing resonance frequency (step 630). For example, the control unit 110 ) can determine the changed resonance frequency after complete lighting based on the power of the scanned reflected wave and set that frequency as the resonance frequency.
도 7은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart showing a control procedure of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 플라즈마 조명 장치(100)의 제어부(110)는 전술한 도 6에서와 같이 완전 점등 상태가 되면 공진 주파수의 안정화 여부를 검사할 수 있다.(710 단계) 예컨대, 전술한 도 6에서의 공진 주파수 트래킹 결과, 공진 주파수가 더 이상 변경되지 않을 경우 안정화된 상태로 판단할 수 있다. 이와 같이, 완전 점등 상태에서 공진 주파수가 안정화된 것으로 판단될 경우, 상기 완전 점등 상태의 유지를 위한 제4 전력 레벨(예컨대, 550Watt)의 RF 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.(720 단계)Referring to FIG. 7, the control unit 110 of the plasma lighting device 100 can check whether the resonance frequency is stabilized when fully illuminated as shown in FIG. 6 (step 710). For example, in FIG. As a result of the resonance frequency tracking in Figure 6, if the resonance frequency does not change anymore, it can be judged to be in a stabilized state. In this way, when it is determined that the resonance frequency is stabilized in the fully lit state, control can be made to output an RF signal at a fourth power level (e.g., 550 Watt) to maintain the fully lit state (step 720).
일 실시예에 따라, 제어부(110)는 완전 점등 상태에서 공진 주파수가 안정화된 이후 환경(예컨대, 온도 또는 습도)의 변화에 따라 미세하게 변경되는 공진 주파수를 트래킹할 수 있다. 이때, 제어부(110)는 공진 주파수가 안정화된 상태이므로 공진 주파수를 스캔하는 주기를 더 길게 조정할 수 있다. 또한, 공진 주파수를 트래킹하기 위한 주파수 대역을 상대적으로 더 좁은 대역으로 설정할 수 있다.According to one embodiment, the control unit 110 may track the resonant frequency that is slightly changed according to changes in the environment (eg, temperature or humidity) after the resonant frequency is stabilized in a fully lit state. At this time, the control unit 110 can adjust the scanning period for the resonance frequency to be longer since the resonance frequency is stabilized. Additionally, the frequency band for tracking the resonance frequency can be set to a relatively narrow band.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 플라즈마 전구(170)의 점등 상태가 변화함에 따라 변경되는 공진 주파수를 제어부(110)의 제어 신호에 따라 실시간으로 추적함으로써 전기 에너지를 플라즈마 전구(170)에 효율적으로 전달할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the resonant frequency, which changes as the lighting state of the plasma bulb 170 changes, is tracked in real time according to the control signal of the controller 110, thereby transmitting electrical energy to the plasma bulb 170. It can be delivered efficiently.
또한, 본 실시예에 따르면, 플라즈마 전구(170)에 방사시키기 위한 RF 신호를 RF 신호 생성부(120) 내에 포함된 DDS(221) 및 PLL(222)에 의해 생성함으로써 높은 주파수 정확도와 빠른 주파수 전환 속도를 제공할 수 있다. 즉, 상기 DDS(221) 및 PLL(222)에 의해 플라즈마 점등 단계에서 실시간으로 변경되는 공진 주파수를 빠르게 트래킹할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전구(170)의 점등 상태에 따라 공진기의 주파수 특성이 변하거나, 환경(예: 온도 또는 습도)에 따라 플라즈마 공진기의 주파수 특성이 변화하더라도 플라즈마 상태를 효과적으로 유지하도록 함으로써 플라즈마 조명의 안정성을 높일 수 있다.In addition, according to this embodiment, an RF signal for radiating to the plasma bulb 170 is generated by the DDS 221 and the PLL 222 included in the RF signal generator 120, thereby achieving high frequency accuracy and fast frequency switching. It can provide speed. That is, the resonant frequency that changes in real time during the plasma lighting stage can be quickly tracked by the DDS 221 and PLL 222. Accordingly, the stability of plasma lighting is achieved by effectively maintaining the plasma state even if the frequency characteristics of the resonator change depending on the lighting state of the plasma bulb 170 or the frequency characteristics of the plasma resonator change depending on the environment (e.g., temperature or humidity). can increase.
도 8은 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 사시도이고, 도 9는 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치의 단면도이다.FIG. 8 is a perspective view of a plasma lighting device according to an embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view of a plasma lighting device according to an embodiment.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 조명 장치는, 바(bar) 형태의 플라즈마 전구(170), 공진기(150)(예컨대, 제1 공진기(150a), 제2 공진기(150b)), 차폐부(180), 반사판(190)을 포함할 수 있다. 상기 공진기(150)(예컨대, 제1 공진기(150a), 제2 공진기(150b)), 차폐부(180), 반사판(190)은 서로 결합함으로써 플라즈마 조명 장치의 하우징(또는 몸체)을 형성할 수 있다. 도시된 바와 같이 상기 하우징의 내부에는 플라즈마 전구(170)가 배치될 수 있다. 후술하는 실시예에서는 공진기(150)가 플라즈마 전구(170)의 양단에 각각 하나씩 배치되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공진기(150)가 플라즈마 전구(170)의 일측 또는 일단에만 배치될 수도 있다.8 and 9, the plasma lighting device according to one embodiment includes a bar-shaped plasma bulb 170 and a resonator 150 (e.g., a first resonator 150a, a second resonator 150b). )), a shielding unit 180, and a reflector 190. The resonator 150 (e.g., the first resonator 150a, the second resonator 150b), the shield 180, and the reflector 190 can be combined with each other to form a housing (or body) of the plasma lighting device. there is. As shown, a plasma bulb 170 may be placed inside the housing. In the embodiment described later, it is illustrated that the resonators 150 are disposed one at each end of the plasma bulb 170, but the present invention is not limited thereto. For example, the resonator 150 may be disposed on only one side or one end of the plasma bulb 170.
일 실시예에 따라, 상기 제1 공진기(150a)의 외부 일측에는 제1 RF 커넥터(151a)가 배치될 수 있다. 상기 제2 공진기(150b)의 외부 일측에는 제2 RF 커넥터(151b)가 배치될 수 있다. 상기 제1 RF 커넥터(151a)와 상기 제2 RF 커넥터(151b)는 각각 RF 신호 생성부(120) 또는 RF 신호 증폭부(140)와 RF 케이블(152)(예컨대, 제1 RF 케이블 및 제2 RF 케이블)에 의해 연결될 수 있다. 예컨대, 전술한 바와 같이, RF 신호 증폭부(140)에서 출력된 RF 신호는 RF 케이블(152)을 통해 제1 RF 커넥터(151a) 및 제2 RF 커넥터(151b)로 입력되고, 상기 제1 RF 커넥터(151a) 및 제2 RF 커넥터(151b)를 통해 각각 제1 공진기(150a) 및 제2 공진기(150b)로 전달될 수 있다. 상기 제1 공진기(150a)는 상기 제1 RF 커넥터(151a)를 통해 RF 신호 증폭부(140)로부터 전송된 RF 신호를 수신받고, 상기 수신된 RF 신호를 플라즈마 전구(170)에 직접 방사시킬 수 있다. 상기 제2 공진기(150b)는 상기 제2 RF 커넥터(151b)를 통해 RF 신호 증폭부(140)로부터 전송된 RF 신호를 수신받고, 상기 수신된 RF 신호를 플라즈마 전구(170)에 직접 방사시킬 수 있다.According to one embodiment, a first RF connector 151a may be disposed on one external side of the first resonator 150a. A second RF connector 151b may be disposed on one external side of the second resonator 150b. The first RF connector 151a and the second RF connector 151b are each connected to an RF signal generator 120 or an RF signal amplifier 140 and an RF cable 152 (e.g., a first RF cable and a second RF cable). can be connected by RF cable). For example, as described above, the RF signal output from the RF signal amplifier 140 is input to the first RF connector 151a and the second RF connector 151b through the RF cable 152, and the first RF It may be transmitted to the first resonator 150a and the second resonator 150b, respectively, through the connector 151a and the second RF connector 151b. The first resonator 150a may receive the RF signal transmitted from the RF signal amplifier 140 through the first RF connector 151a and directly radiate the received RF signal to the plasma bulb 170. there is. The second resonator 150b may receive the RF signal transmitted from the RF signal amplifier 140 through the second RF connector 151b and radiate the received RF signal directly to the plasma bulb 170. there is.
일 실시예에 따라, 상기 플라즈마 전구(170)는 도시된 바와 같이 바(bar) 형태를 형성할 수 있다. 상기 플라즈마 전구(170)는 상기 제1 공진기(150a) 및/또는 상기 제2 공진기(150b)로부터 RF 신호가 방사됨으로써 내부가 플라즈마 상태가 될 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마 전구(170)는 빛을 발산할 수 있다. 상기 RF 케이블(152)(예컨대, 제1 RF 케이블 또는 제2 RF 케이블)의 길이는 상기 RF 신호의 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 RF 케이블(152)과 RF 커넥터(151)(예컨대, 제1 RF 커넥터(151a) 또는 제2 RF 커넥터(151b))는 50Ω 임피던스 매칭을 고려하여 설계될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 조명 장치는 별도의 임피던스 매칭을 위한 회로를 추가할 필요가 없다.According to one embodiment, the plasma bulb 170 may form a bar shape as shown. The inside of the plasma bulb 170 may be in a plasma state as RF signals are emitted from the first resonator 150a and/or the second resonator 150b. Accordingly, the plasma bulb 170 may emit light. The length of the RF cable 152 (eg, a first RF cable or a second RF cable) may be set in consideration of impedance matching of the RF signal. For example, the RF cable 152 and the RF connector 151 (eg, the first RF connector 151a or the second RF connector 151b) may be designed considering 50Ω impedance matching. Accordingly, the plasma lighting device does not need to add a separate circuit for impedance matching.
일 실시예에 따라, 상기 차폐부(180)는 상기 제1 공진기(150a) 및/또는 제2 공진기(150b)와 결합되고, 상기 제1 공진기(150a) 및/또는 제2 공진기(150b) 내에서 외부로 방출되는 전자파를 차폐시킬 수 있다. 예컨대, 상기 차폐부(180)는, 허니컴 메시(Honeycomb Mesh) 구조를 형성할 수 있으나, 상기 형태로 제한되는 것은 아니다. 상기 허니컴 메시 구조를 형성하는 차폐부(180)는 상기 플라즈마 전구(170)의 외부를 둘러싸며 상기 제1 공진기(150a), 제2 공진기(150b) 및 반사판(190)과 함께 하우징을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 반사판(190)은 상기 플라즈마 전구(170)의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 플라즈마 전구(170)로부터 방사된 빛을 반사시킬 수 있다.According to one embodiment, the shield 180 is coupled to the first resonator 150a and/or the second resonator 150b, and is located within the first resonator 150a and/or the second resonator 150b. It can shield electromagnetic waves emitted to the outside. For example, the shielding portion 180 may have a honeycomb mesh structure, but is not limited to this shape. The shielding portion 180 forming the honeycomb mesh structure may surround the outside of the plasma bulb 170 and form a housing together with the first resonator 150a, the second resonator 150b, and the reflector 190. there is. According to one embodiment, the reflector 190 may surround at least a portion of the plasma bulb 170 and reflect light emitted from the plasma bulb 170.
일 실시예에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 공진기(150a)에 인접하여 모터(160)가 배치될 수 있다. 상기 모터(160)는 샤프트(171)에 의해 상기 플라즈마 전구(170)의 일단에 연결될 수 있다. 상기 플라즈마 전구(170)의 타단은 볼 베어링(172) 사이에 배치됨으로써, 플라즈마 전구(170)의 회전이 원활하도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 모터(160)가 회전하면, 상기 모터(160)에 연결된 샤프트(171)가 회전하면서 상기 플라즈마 전구(170)가 함께 회전할 수 있다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 플라즈마는 가스 흐름 및 전자 수송 현상에 의해 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있다. 이는 플라즈마 전구(170) 내 국부적인 가열을 발생할 수 있으며, 이로 인해 플라즈마 전구(170)의 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 플라즈마가 쏠리는 방향에서의 밝기가 상대적으로 더 강하게 나타나고, 반대쪽에서는 밝기가 약해져 조명의 균제도에 영향을 주어 조명의 품질이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 모터(160)는 상기 플라즈마 전구(170)를 회전시킴으로써 전기장과 이온화된 플라즈마의 흐름을 상기 플라즈마 전구(170) 내에 균일하게 작용하도록 하는 역할을 할 수 있다.According to one embodiment, the motor 160 may be placed adjacent to the first resonator 150a, as shown in FIG. 8. The motor 160 may be connected to one end of the plasma bulb 170 by a shaft 171. The other end of the plasma bulb 170 is disposed between the ball bearings 172, so that the plasma bulb 170 can rotate smoothly. Accordingly, when the motor 160 rotates, the shaft 171 connected to the motor 160 rotates and the plasma bulb 170 may rotate together. For example, as described above, plasma may be tilted to one side due to gas flow and electron transport phenomena. This may cause local heating within the plasma bulb 170, which may shorten the lifespan of the plasma bulb 170. In addition, the brightness in the direction where the plasma is focused appears relatively stronger, and the brightness becomes weaker in the opposite direction, which may affect the uniformity of the lighting and cause a decrease in the quality of the lighting. Accordingly, the motor 160 may rotate the plasma bulb 170 so that the electric field and the flow of ionized plasma are uniformly applied within the plasma bulb 170.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 플라즈마 조명 장치에서 차폐부를 통해 공진기로부터 외부로 방출되는 전자파를 차폐시키고, 안정적인 플라즈마 상태를 유지시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 플라즈마 조명 장치에서 공진기로 RF 신호를 전송하는 RF 케이블의 길이를 조절함으로써 별도의 임피던스 매칭 회로 없이도 임피던스를 매칭시킬 수 있다.As described above, according to this embodiment, electromagnetic waves emitted to the outside from the resonator can be shielded through the shielding part in the plasma lighting device, and a stable plasma state can be maintained. Additionally, according to this embodiment, the impedance can be matched without a separate impedance matching circuit by adjusting the length of the RF cable that transmits the RF signal from the plasma lighting device to the resonator.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as “include,” “comprise,” or “have,” as used above, mean that the corresponding component may be included, unless specifically stated to the contrary, and do not exclude other components. It should be interpreted that it may further include other components. All terms, including technical or scientific terms, unless otherwise defined, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted as consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.
100 : 플라즈마 조명 장치 110 : 제어부
120 : RF 신호 생성부 130 : 전원 공급부
140 : RF 신호 증폭부 150 : 공진기
150a : 제1 공진기 150b : 제2 공진기
151 : RF 커넥터 151a : 제1 RF 커넥터
151b : 제2 RF 커넥터 152 : RF 케이블
160 : 모터 170 : 플라즈마 전구
171 : 샤프트 172 : 볼 베어링
180 : 차폐부 190 : 반사판100: plasma lighting device 110: control unit
120: RF signal generator 130: Power supply unit
140: RF signal amplifier 150: resonator
150a: first resonator 150b: second resonator
151: RF connector 151a: first RF connector
151b: second RF connector 152: RF cable
160: Motor 170: Plasma bulb
171: shaft 172: ball bearing
180: shielding part 190: reflector
Claims (10)
설정된 주파수의 RF(Radio Frequency) 신호를 생성하는 RF 신호 생성부; 상기 플라즈마 전구의 일단에 인접하여 배치되며, 상기 RF 신호 생성부로부터 상기 RF 신호를 수신하여 방사시키는 제1 공진기;
상기 플라즈마 전구의 타단에 인접하여 배치되며, 상기 RF 신호 생성부로부터 상기 RF 신호를 수신하여 방사시키는 제2 공진기;
상기 RF 신호 생성부로부터 생성된 RF 신호를 전송하는 제1 RF 케이블;
상기 제1 공진기의 외부 일측에 배치되며, 상기 제1 RF 케이블을 통해 전송된 상기 RF 신호를 상기 제1 공진기로 입력시키는 제1 RF 커넥터;
상기 RF 신호 생성부로부터 생성된 RF 신호를 전송하는 제2 RF 케이블; 및
상기 제2 공진기의 외부 일측에 배치되며, 상기 제2 RF 케이블을 통해 전송된 상기 RF 신호를 상기 제2 공진기로 입력시키는 제2 RF 커넥터;를 포함하며,
상기 플라즈마 전구는, 상기 제1 공진기와 상기 제2 공진기로부터 방사된 RF 신호에 의해 내부에 봉입된 가스가 이온화되고, 이온화된 가스에 의해 내부가 플라즈마 상태가 됨으로써 빛을 방사하는, 플라즈마 조명 장치.A bar-shaped plasma bulb;
An RF signal generator that generates an RF (Radio Frequency) signal of a set frequency; a first resonator disposed adjacent to one end of the plasma bulb and receiving the RF signal from the RF signal generator and radiating it;
a second resonator disposed adjacent to the other end of the plasma bulb and receiving the RF signal from the RF signal generator and radiating it;
A first RF cable transmitting the RF signal generated from the RF signal generator;
a first RF connector disposed on one external side of the first resonator and inputting the RF signal transmitted through the first RF cable into the first resonator;
a second RF cable transmitting the RF signal generated from the RF signal generator; and
It includes a second RF connector disposed on one external side of the second resonator and inputting the RF signal transmitted through the second RF cable to the second resonator,
The plasma lighting device radiates light by ionizing gas enclosed inside the plasma bulb by RF signals radiated from the first resonator and the second resonator, and turning the interior into a plasma state by the ionized gas.
상기 제1 RF 케이블의 길이는 상기 RF 신호의 임피던스 매칭을 고려하여 설정되는, 플라즈마 조명 장치.According to paragraph 1,
The length of the first RF cable is set in consideration of impedance matching of the RF signal.
상기 제2 RF 케이블의 길이는 상기 RF 신호의 임피던스 매칭을 고려하여 설정되는, 플라즈마 조명 장치.According to paragraph 1,
The length of the second RF cable is set in consideration of impedance matching of the RF signal.
상기 플라즈마 전구의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 제1 공진기 내에서 외부로 방출되는 전자파를 차폐시키기 위한 차폐부;를 더 포함하는, 플라즈마 조명 장치.According to paragraph 1,
A plasma lighting device further comprising a shielding portion surrounding at least a portion of the plasma bulb and shielding electromagnetic waves emitted to the outside within the first resonator.
허니컴 메시(Honeycomb Mesh) 구조를 형성하며, 상기 플라즈마 전구의 외부를 둘러싸는, 플라즈마 조명 장치.The method of claim 7, wherein the shielding unit,
A plasma lighting device that forms a honeycomb mesh structure and surrounds the outside of the plasma bulb.
상기 플라즈마 전구의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 플라즈마 전구로부터 방사된 빛을 반사시키는 반사판;을 더 포함하는, 플라즈마 조명 장치.According to paragraph 1,
A plasma lighting device further comprising a reflector that surrounds at least a portion of the plasma bulb and reflects light emitted from the plasma bulb.
제1 공진기에 인접하여 배치되는 모터; 및 상기 모터와 상기 플라즈마 전구 사이에 연결되고, 상기 모터의 회전에 따라 상기 플라즈마 전구를 회전시키는, 샤프트;를 더 포함하고,
상기 플라즈마 전구의 일단은 상기 샤프트에 의해 상기 모터에 연결되고, 상기 플라즈마 전구의 타단은 상기 플라즈마 전구의 회전이 원활하도록 볼베어링 사이에 배치되는, 플라즈마 조명 장치.According to paragraph 1,
a motor disposed adjacent to the first resonator; And a shaft connected between the motor and the plasma bulb and rotating the plasma bulb according to rotation of the motor,
One end of the plasma bulb is connected to the motor by the shaft, and the other end of the plasma bulb is disposed between ball bearings to allow smooth rotation of the plasma bulb.
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Citations (3)
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| KR20050058941A (en) * | 2003-12-13 | 2005-06-17 | 엘지전자 주식회사 | Plasma lamp system |
| KR20220129421A (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-23 | 알에프에이치아이씨 주식회사 | Electrodeless bulb-stabilizing resonator, and signal generator and lighting device using the same |
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