KR20010080127A - 효율적 에너지의 비열이온 무밸러스트형 광발생 가스방전시스템 및 방법 - Google Patents

효율적 에너지의 비열이온 무밸러스트형 광발생 가스방전시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

가스방전 발광시스템은 가스방전램프(208)와, 상기 램프(208)의 비가열 필라멘트(204, 205)에 연결되는 저전류의 구형파 고주파원을 포함한다.

Description

효율적 에너지의 비열이온 무밸러스트형 광발생 가스방전 시스템 및 방법{NON-THERMIONIC BALLAST-FREE ENERGY-EFFICIENT LIGHT-PRODUCING GAS DISCHARGE SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 가스방전 광발생 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 에너지면에서 효율적이고 저렴하며 RF방출이 없고 종래의 가정용 및 상업용 가스방전램프(다양한 형태 및 크기를 갖는 형광튜브, 세기가 강한 방전램프, 나트륨증기램프, 수은증기램프, 네온사인튜브)를 사용할 수 있는 저전류형 무밸러스트(예를 들어, 가열된 필라멘트가 없는) 형태의 광발생 시스템 및 방법에 관한 것이다.
대부분의 상업용 및 가정용 형광시스템에 있어서, 시스템의 중심부는 밸러스트로서, 이러한 밸러스트는 형광튜브를 시동하기 위해 유입전압을 고압의 전압레벨로 팽창시킨 후, 일단 형광튜브가 발광되거나 점화된 후에는 상기 전압을 정상적인 연속 발광을 위한 레벨로 감소시키는 인덕턴스 또는 변압기장치인 밸러스트이다. 또한, 이러한 종래기술은 필라멘트를 가열하여 점화상태를 돕기 위한 열이온 방출을 제공하는 변압기 필라멘트 권선부를 사용한다. 가열된 필라멘트는 각 튜브의단부에서 검은 축적물을 기화 및 형성하여 튜브의 내구성을 제한한다. 텅스텐 필라멘트의 기화는 수은증기에 침투하여 광도(luminosity) 및 튜브내구성을 제한한다. 초기의 밸러스트형 형광성 발광시스템이 도1a 및 도1b에 도시되어 있다. 도 1a에서, 밸러스트 유니트(L)는 필라멘트(F) 및 스위치(S)와 직렬로 연결되어 있으며, 도1b에서 글로우스위치(GS)는 필라멘트가 가열된 후 개방되어 방전을 시작한다.
밸러스트 변압기는 종종 상용의 형광성 발광시스템에서 가장 고가인 부분이 되곤 한다. 이러한 밸러스트 변압기를 사용하지 않는 형광성 발광시스템을 제공하기 위해 수많은 노력이 경주되었다.
도1c에 도시된 형태의 전자 밸러스트는 본 기술분야에서는 통상적인 것으로서, 국제 정류기 퍼블리케이션 애플리케이션 노트 AN-995호의 "비용절감형 IR2155 드라이버를 이용한 전자 밸러스트"에 개시되어 있다. 이러한 회로에서, 2개의 동력스위치(Q1, Q2)는 토템 폴 토폴로지(totem pole topoloty)에서 리액턴스의 한쪽을 횡단하여 램프를 구비한 LC시리즈 공진회로로 구성된 튜브회로에 연결된다. 상기 스위치는 전류변압기(T)에서의 권선부에 의해 선택적으로 도전되도록 구동되는 동력 MOSFET이다. 이러한 회로에서, 주권선부는 전류에 의해 램프회로로 구동되어, L 및 C의 공진주파수로 작동된다. 레지스터(R1)와, 한쪽 동력스위치의 게이트중 한쪽에 연결된 DIAC(D1)로 구성된 시동회로에 의해 시동펄스가 제공된다. 진동이 시작된 후, 고주파 구형파(30-80khz)가 LC공진회로를 여자한다. 공진(C)을 횡단한 사인파형 전압은 공진시 Q에 의해 증폭되어, 형광램프를 타격할 수 있는 크기로 전개된다. 이러한 시스템에서, 램프의 필라멘트는 시리즈 공진회로와 직렬로 연결된다.
네온사인에 사용되는 네온튜브인 경우, 종래기술은 고압(사인피트당 1000볼트)을 사용하였으며, 시끄럽고 대형이며 열을 방출하면서도 무거운 고전압 설비를 요구하는 밸러스트 드라이버 회로는 통상적으로 바람직하지 않다.
본 발명은 1997년 11월 5일자 출원한 미국특허출원 08/964,824호의 일부연속출원이다.
도1a는 종래의 변압기 밸러스트형 형광성 발광시스템의 회로도.
도1b는 무연성 스위치 스타터가 구비된 종래의 밸러스트형 형광성 발광시스템을 도시한 도면.
도1c는 전자 밸러스트형 형광성 발광시스템의 회로도.
도2a는 본 발명에 따른 형광성 발광시스템의 일반적인 블록도.
도2b는 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 형태의 가스방전장치를 도시한 도면.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 가스방전 구동시스템의 일반적인 블록도.
도4는 네온튜브 또는 사인튜브를 구동하는 동일한 드라이버 시스템을 도시한 발광시스템의 일반적인 블록도.
도5는 본 발명의 양호한 실시예의 상세한 회로도.
도6은 본 발명의 다른 양호한 실시예를 도시한 회로도.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
본 발명의 목적은 개선된 가스방전 광발생시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지면에서 효율적인 광발생시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비용이 저렴하고 저전류에서 작동되며 에너지면에서 효율적인 광발생시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 75kHz 내지 3.5-4MHz의 주파수범위에서 구형파전압을 갖는 광발생시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 하나이상의 종래 가스방전 튜브가 비열이온적으로 작동되고 고주파 교류 구형파원에 의해 구동되는 광발생시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복합적인 가스방전 튜브가 전기적으로 직렬로 연결되고 구형파 전압에 의해 비열이온적으로 구동되는 가스방전 광발생시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광의 세기가 저레벨 조도(illumination)로부터 고레벨 조도로 가변적이며 또한 역으로 고레벨 조도에서 저레벨 조도로도 변할 수 있는 가스방전 광발생시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 비열이온적 무밸러스트 형광성 발광시스템은 적어도 하나의 가스방전 광발생 램프 또는 튜브와, 교류 구형파 동력공급부를 포함한다. 상기 구형파 동력공급부는 램프 또는 튜브전극에서 구형파 교류 파형을 발생하도록 작동되는 고형의 스위치수단을 포함하므로; 따라서 전극에 공급된 전압은 전자의 패턴 보다 신속하게 그 극성이 역전될 수 있으며; 튜브내의 이온밀도는 장치의 길이를 통과한 전자가 지속적으로 가속되고, 인가된 여러번의 구형파 사이클을 통해 안정된 작동상태로 튜브의 체적에 자유전자 및 이온을 생성하고 가스 발광램프를 이온화시키도록 변화될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 기체형 방전매질(희귀가스, 아르곤, 네온, 헬륨 또는 제논, 및 수은 증기 및, 그 혼합물; 그러나, 다른 가스와 그 혼합물도 사용될 수 있다)에 잠기는 전극(종래의 필라멘트일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다)이 구비된 적어도 하나의 광발생장치는 고주파 구형파전압으로 비열이온적으로(히터 또는 필라멘트 전류에 의해 가열되지 않는다) 구동된다. 양호한 실시예에서, 드라이버회로는 직류공급부를 횡단하여 토템 폴 형태로 연결되는 고형의 절환장치를 사용하는 인버터회로를 포함한다. 각각의 절환 트랜지스터의 게이트전극은 회로에서 각각의 스위치장치를 위한 주권선부와, 변압기의 부권선부에 연결된다. 오실레이터를 시동시키는 시동회로는 하나의 트랜지스터 스위치의 게이트전극에 포지티브 턴온 펄스를 제공하기 위해 사용된다. 하나의 트랜지스터 스위치가 턴온되었을 때, 그 전압은 회로를 진동시키는 지면으로 급속히 절환된다. 양호한 실시예에서, 진동주파수는 약 100kHz로 세팅되지만, 양호한 작동범위는 약 75kHz 내지 4MHz 이다. 드라이버회로에 고전압이 없기 때문에, 안전한 작동이 보장된다.
조도레벨이나 광도레벨 또는 희미함(dimming)은 직류공급부로부터의 전압(또는 에너지레벨)을 변화시키므로써 달성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 유도성 킥(kick) 등에 의한 스파이크 전압이 없도록 주의를 기울여야 한다. 가스 방전장치는 비열이온적으로 구동되기 때문에, 밝기 효율이 상당히 개선된다. 또한, 100kHz의 고주파에서는 동력공급부가 소형화될 수 있다.
본 발명의 시스템과 종래 형광램프시스템 사이의 주요한 차이점으로는 열이 현저하게 감소된다는 것인데; 이것은 설정의 발광출력을 수반하며, 전기에서 광으로의 변환효율이 너무 높다는 이유가 된다. 물론, 감소된 열의 일부는 인가된 전압에 의해 튜브의 각각의 단부에서 필라멘트를 직접가열하지 않으므로써 인식될 수 있다. 또한, 일부의 열은 거의 순간적인 캐소드 근처에서 발생하는 높은 필드영역에서의 에너지의 변환으로 설명될 수 있다. 그러나, 본 발명의 시스템에서 형광 및 네온튜브는, 그 가열이 튜브에 충진된 저압가스를 통한 확산형 열전달이나 복사 또는 도전에 의해 충분히 설명될 수 없는 필라멘트로부터 멀리 있는 영역을 포함하며 그 전체 길이가 상당히 차갑다(인가된 모든 전압은 본 발명에 의해 구동되는 튜브에서 국부적인 높은 필드영역이 방출되는 것을 제안할 정도로 충분치 않다).
튜브의 길이를 따른 냉각은 인가된 전기장에 의해 전자 및 이온으로 변환된 에너지의 관점에서 설명될 수 있다. 본 발명에서, 튜브에 인가된 구형파전압은 방전시의 포지티브 이온이 인가된 전압의 사이클의 절반중에 약간의 운동에너지를 축적할 수 있을 정도로 자주 역전된다. 종래의 시스템에서는 1.5사이클에서의 이온에 의해 다량의 에너지를 얻을 수 있다. 이러한 운동에너지는 광출력에는 전혀 기여하지 않지만, 종래의 시스템에서는 중성의 가스분자로 급속히 이동하여 튜브의 벽으로 이동한다.
종래 형광튜브에서 주요한 에너지손실원은 각각의 절반사이클이 시작될 때 튜브내의 이온화를 거의 완전히 재구성해야 한다는 필요성에 의해 유발되었다. 이것은 전기적으로 중성인 가스분자를 이온화시킬 에너지를 필요로 할 뿐만 아니라, 전자가 중성의 가스분자와 충돌하여 분자를 이온화시키지 않고 그 운동에너지를 증가시킬 때의 손실을 표시하는 부가의 에너지를 필요로 하게 된다. 본 발명의 비열이온적 무밸러스트 시스템은 수은증기, 네온류, 네온/헬륨, 나트륨증기, 네온/아르곤 및 플라즈마 디스플레이 등과는 상이한 다른 가스에서도 작동된다.
상기 시스템이 비열이온적이며 무밸러스트이라는 사실은 과열된 밸러스트 구동시스템에 의해 유발되는 전기화재의 원인과 위험성을 제거한다.
본 발명의 다음과 같은 특징을 갖는다.
(1) 비열이온 이라는 점. 새로운 "watt miser" 32와트 또는 새로운 25와트 "에너지 세이버"와 같은 등급이 다른 가스 방전장치를 "표준형"의 40와트(4개의 다리)와 혼합할 수 있다. 광출력은 기본적으로 튜브의 등급과는 관계없이 동일하다. 오늘날의 통상적인 상점 라이트(light)는 화재위험성 때문에 이들을 현수시키는 체인을 사용하는 것처럼 밸러스트의 단락으로 인해 40와트의 정격튜브를 사용할 수만있다. 시스템의 효능을 나타내기 위해, 어두운 단부(비작동 필라멘트를 표시)를 구비한 다리가 4개인 형광튜브(실바니아 급속스타트 F40)가 다리가 2개인 종래의 네온 사인튜브에 직렬로 연결되며; 이들 모두는 본 발명의 원리에 따라 양호하게 작동되었다. 단일의 핀(슬림라인)과 감소된 수은성분(Alto)의 형광튜브가 제공되었다.
(2) 무밸러스트 라는 점. 설비의 중량과 작동온도가 상당히 감소되고, 현수용 체인의 필요성을 제거한다. 이러한 시스템은 온도식에 의한 화재의 위험이 없다.
(3) 시스템이 무밸러스트이기 때문에, 시스템이 조용하고, 소리등급(sound rating)이 필요없다. 열과 중량이 상당히 감소되므로, 플라스틱 하우징을 사용할 수 있으며, 이에 따라 밸러스트의 실행에 필요한 접지 및 "전기쇼크 위험성"이 제거된다. 일반적으로, 튜브는 접지면으로부터 1" 이상 이격되지 않아도 무방하다.
(4) 열이 감소된다는 점. 시스템은 어떠한 방향으로도 장착될 수 있으며, 표준형의 연소성 표면(목재, 벽지 등등)에 접촉될 수 있다.
(5) 필라멘트형일 경우, 튜브는 하나의 필라멘트 또는 2개의 필라멘트가 동작되지 않거나 개방회로일 경우에도 정상적인 광을 방출할 수 있다.
(6) 가장 형광성인 배열 또는 복합의 튜브유니트가 동일한 튜브로 병렬로 구성되어 있다. 복수의 또는 복합의 튜브배열시스템은 등급이 동일하거나 다른 튜브를 직렬로 포함할 수 있다.
(7) 본 발명의 실시예에서는 다리가 4개이며 종래의 수은증기로 충진된 표준형의 1-1/4 및 1-1/2 인치 직경의 형광튜브, 또는 수은이 감소된 형광튜브 및/또는, 아르곤 가스의 T5 1" 직경(슬림라인)의 단일핀 형광튜브와, 간단한 비필라멘트성 전극과, 종래의 튜브가 작동하지 않거나 연소되는 경우에도 양호하게 사용되었다. 본 발명의 장점중 한가지는 작동하지 않는 필라멘트가 구비된 종래의 형광튜브를 사용한다는 점과, 본 발명에 의해 어두운 단부가 재생된다는 점이다.
(8) 본 발명에 따르면, 벽에 연합된 자외선응답형 형광체의 유무에 관계없이 외과용 가스이송 시스템에 사용되는 가요성 플라스틱 튜빙과, 가요성 튜빙(형광 혼합물은 튜빙재료와 혼합되는 것이 양호하다)상에서 벽에 형광체의 코팅이나 플라스틱 또는 단단한 플라스틱 튜브에 형광물질의 존재 유무에 관계없이, Lexan(등록상표) 형태의 하드 플라스틱, 가스에서 간단한 방전전극을 구비한 분산방지형 가스 지지용기가 사용될 수 있다. 이 경우, 시간에 따른 자외선 충돌로 인한 플라스틱의 다크닝(darkening)이 양호하게 되며, 또는 상기 다크닝은 자외선 투과 차단코팅으로 방지될 수 있다.
(9) 서술된 방법과 드라이버 회로 원리에 의해, 가요성의 플라스틱 튜빙과 네온가스, 단부에 전극이 구비되고 상술한 바와 같은 하나의 방전가스로 충진된 비산방지용 플라스틱 네온사인(예를 들어 종래의 네온 사인)이 양호하게 작동된다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명은 신속하면서도 반복적인 구형파 교류전압을 이용하여 이온화가 낮은 전압 및 동력으로 가스방전튜브에서 이루어진다는 사실에 기초하고 있다. 본 발명에 따르면 구형파 교류전압동력의 절반사이클 주기는 매우 짧기 때문에(100kHz에 대해 5마이크로세컨드), 절반사이클 사이에서 플라즈마의 쇠퇴 기회가 매우 적다. 시동시, 가스에서의 주위 자유전자는 충돌과정으로 인한 에너지 손실 보다 절반사이클에서의 에너지 증가가 더욱 증가된다. 본 발명에 따르면, 하나의 절반사이클중, 전자는 거의 일정한 전기장에서 이동할 것이다. 중성자나 이온과의 충돌사이의 각각의 간격중, 그 운동에너지는 이전의 충돌이 이를 전기장에 의해 생성된 가속방향으로 속도성분으로 이동시킨다면 증가할 것이다. 만일 그 이전의 충돌이 이를 필드의 가속에 대향하는 속도성분없이 이동시킨다면 감소될 것이다. 본 발명에 따르면, 구형파 교류공급전압은 주로 효과적인 전자에너지(또는 온도)를 상승시키도록 작용한다. 유동전류는 순간아노드로 흐르는 전자와, 순간캐소드로 흐르는 이온으로 구성되어 있으며, 이들은 전자와 재결합되어 중성자로 해제된다. 튜브에서의 전체 가스압력은 평균적인 자유통로를 튜브직경 보다 상당히 적게 하고 그 길이 보다 짧게 할 수 있을 정도로 충분하다. 대부분의 전자와 이온은 그 축을 따라 연속적인 흐름으로 흐르는 것이 아니라, 튜브의 전체길이중 일부에서 분리되어 재결합된다.
60Hz램프에서 가장 큰 문제점은 이온 및 전자의 밀도가 기본적으로 각각의 절반사이클의 단부에서 실질적으로 제로라는 점이다. 수밀리세컨드후 다시 광출력을 달성하기 위해서는 필라멘트를 위한 높은 가열동력을 구비한 전자(필라멘트로부터)의 활동적인 공급을 필요로 한다. 그러나, 만일 본 발명의 램프시스템이 일반적으로 플라즈마의 "파손(breakdown)"과 관련된 것보다 상당히 낮은 전압레벨에서 시작된다면, 단일의 튜브를 횡단하여 일정하게 인가된 동일하게 낮은 저전압이 동일한 적열의 플라즈마(glowing plasma)로 나타나지 않는 이유는 무엇 때문인가?.
이것은 인가된 필드와 반대로 작용하는 필드와 공간충전패턴을 생성하도록 이동되는 정적 외부필드에 노출되는 플라즈마입자의 자연적인 경향으로 설명될 수 있다. 2개의 전극 사이에 전압을 인가하게 되면, 포지티브 전극에는 포지티브 전하가 유도되고 네거티브 전극에는 네거티브 전하가 유도되며, 전하의 절대량은 이들 둘 사이의 커패시턴스상의 코스에 의존하게 된다.
만일 자유전자 및 이온이 이들 전극 사이의 공간을 충진한다면, 그 사이의 공간이 더 이상 필드가 아니어서 입자의 계속적인 운동을 유발할 수단이 없을 때까지, 전자는 아노드를 향해 견인되고, 포지티브 이온은 캐소드를 향해 견인되며; 전압강하 즉, 하이필드의 영역은 두 전극의 각각에 매우 인접한 상태로 있게 될 것이다. 튜브의 주요부분에서의 전자(및 이온)은 더 이상 필드의 영향을 받지 않으며, 전자가 아노드 근처의 하이필드 근처에 도달되었을 때, 이들은 아노드 표면의 평균 자유통로 보다 적은 인가전압의 절반으로 가속되어 이온화를 형성하지 않을 것이다.
본 발명의 가스방전 광발생시스템에서, 인가된 구형파 전압은 전하된 입자가 인가전압의 절반사이클중 캐소드 및 아노드 근터에 축적될 정도로 이동할 수 없도록 급속히 가속된다. 따라서, 필드는 튜브의 본체내에서 전자가속시 연속적으로 거의 활성인 상태로 존재하게 된다.
도2a는 본 발명에 따른 형광성 발광시스템의 개략적인 블록도이다. 직류공급부(200)는 신속하게 작동되는 퓨즈(201) 및/또는 크로우바회로(202)에 의해 보호되며; 상기 크로우바회로는 고장인 경우 회로를 신속하게 보호한다. 직류전압은 형광튜브인 실시예에서 직류전압을 가스방전장치(208)의 전극(204, 205)에 인가되는 고주파(75kHz 내지 4MHz)를 갖는 교류 구형파전압으로 변환시키는 구형파 인버터회로(203)에 인가된다. 전류는 열이온식으로 작동되는 형광튜브 또는 형광램프인 종래의 60Hz와 동일한 광출력과 비교하였을 때 매우 낮은 값이며; 그 발광효율은 상당히 개선된다. 또한, 형광램프 또는 형광튜브는 직선형이며, 도2b에 도시된 바와 같이 절첩되거나 고리형태를 취할 수 있다. 가변저항기(200R)는 소스(203)로부터 가스방전장치(208)로 전압이나 에너지레벨을 조정하거나 변화시켜 램프로부터의 광도레벨을 흐리게 하거나 변화시킬 수 있다. 상기 시스템은 높은 점화전압레벨에 의존하지 않기 때문에, 광도는 낮은 광도로부터 높은 광도로 그리고 다시 낮은 광도로 변화될 수 있다. 이와는 달리, 종래의 대부분의 형광램프용 디밍회로는 상당히 높은 광도나 조도레벨로 시동해야 하기 때문에, 레벨을 필요한 점까지 감소시켜야 한다. 만일 가스방전장치가 예를 들어 네온사인 튜브일 경우, 가변저항기(200R) 및/또는 소스(200)에서의 전압을 변화시켜 전압을 변화시키는 컴퓨터 프로그램제어에 의해 다양한 광고 및 장식을 위한 심미안적 발광효과를 달성할 수 있다.
도3은 고주파 구형파 인버터회로(303)에 의해 구동되는 2개의 가스방전장치(301, 302)를 도시한 개략적인 블록도이다. 상기 튜브(301, 302)는 직렬로 연결되므로, 구형파 인버터회로(303)가 구형파 인버터회로(302)와 동일한 용량을 가질 때, 만일 튜브(301, 302)가 가스방전장치(206)와 동일한 길이 및 직경을 갖는다면, 가스의 체적인 두배가 되는 것을 인식해야 한다. 튜브가 종래의 필라멘트(도시않음)에 사용된 경우라도, 상기 장치(301, 302)는 비열이온적으로 구동되는 것을 인식해야 한다.
도4는 다른 가스방전장치와, 고주파의 교류 구형파 인버터회로(404)에 의해구동되는 사인으로 구성된 네온사인부(401, 402, ....40N)를 도시하고 있으며, 이들은 직렬연결된 것으로 도시되었지만, 병렬이나 직병렬의 조합으로 연결될 수도 있다. 이 경우, 방전장치(401, 402, ....40N)는 연속적으로 연결되며, 중간튜브(402, ....)는 인버터회로(404)의 출력단자에 직접적으로 연결되지 않는다. 구동된 가스의 전체 체적은 결코 열이온적으로 가동되거나 여자되지 않는 각각의 가스방전장치에서 네온체적의 총합이다. 만일 모든 방전장치가 가스와 동일한 체적을 갖는다면, 기본적으로 모두 동일한 세기로 조명할 것이다. 상술한 바와 같이, 튜브는 자외선응답형 형광체로 코팅되거나, 플라스틱 또는 유리 튜브에 연합된 자외선응답형 형광체를 갖는다. 이 경우, 방전시 자외선이 풍분한 기체형 매질이 사용된다(수은 증기 및 아르곤과 같은). 또한, 상기 기체형 매질은 생성된 광의 색깔을 변화시키기 위해 변화될 수 있다. 튜브(401, 402, ....40N)는 가요성의 플라스틱이나 비산방지용 플라스틱으로 형성되므로, 종래 네온사인의 파손이나 파열에 따른 문제점을 피할 수 있다. 상기 튜브(401, 402, ....40N)가 직렬로 용이하게 결선될 수 있기 때문에, 문자 또는 심볼이 미리 제조될 수 있으며 직렬로 결선될 수 있으므로 제조시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도5에는 2개의 FT40 형광튜브를 직렬로 구동하기 위한 본 발명의 양호한 실시예가 도시되어 있다. 성분값과 성분형태는 단순히 예시적인 것이다. 이것은 약 100kHz에서 전이부가 예리한 구형파전압을 생성하므로, 램프(L1)의 전극(LE1) 및 램프(L2)의 전극(LE2)에 인가된 전압은 전자의 패턴 보다 신속히 그 극성을 역전시킬 수 있으며; 기체형 체적의 이온밀도는 튜브의 길이를 통과한 전자가 지속적으로진동할 수 있고, 몇개의 구형파 사이클을 통해 튜브를 통해 안정된 작동상태로 튜브의 기체형 체적에 이온을 생성하도록 변화될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에서, 교류(예를 들어, 120VAC)가 신속히 작동하는 퓨즈(10)를 통해 전파형 브릿지 정류기(13)의 단자(11, 12)에 인가되며, 상기 정류기는 전기분해 커패시터(15)에 의해 여과된 직류전압을 제공한다. 이러한 실시예에서, 신속하게 작동하는 그 출력부에서의 크로우바회로 또는 퓨즈(10)는 램프가 회로에서 제거되었을 때 회로에 대한 손상을 방지하기 위해 필요한 것이다. 고주파필터 커패시터(16)는 교류입력부를 횡단하여 브릿지 정류기(13)에 연결된다. 작동에너지를 제공하기 위해 배터리, 태양전지 등과 같은 다른 직류전압원이 사용될 수도 있다.
형광램프 드라이버는 2개의 고형 절환장치 또는 트랜지스터(Q3, Q4)(HEXFET'S, IRF624)를 이용하는 오실레이터회로를 포함한다. 상기 절환 트랜지스터(Q3, Q4)는 직류 공급라인[17(+), 18(-, 또는 접지)]을 횡단하여 토템 폴 형태로 연결된다. 각각의 스위치 드라이버(Q3, Q4)의 게이트전극(G)은 스위치장치(Q3)를 위한 주권선부와, 스위치장치(Q4)를 위한 부권선부(PW2)(25회선)를 구비한 회로에 연결된다.
레지스터(20)와 DIAC(22)를 구비한 커패시터(21)는 하부의 트랜지스터 스위치(Q3)를 위한 시동회로를 형성한다. 이러한 실시예에서, DIAC(22)가 약 35볼트에 도달되었을 때, 하부의 스위치장치(Q3)의 게이트(G1)에는 포지티브절환된 펄스가 인가된다. 스위치(Q3)가 온 되었을 때, 드레인전압은 회로진동을 시작하는 접지상태로 신속히 절환된다. 2개의 주권선부(PW3)를 통해 흐르는 전류는 스위치장치(Q3, Q4)를 절환하는 게이트구동 전압을 제공한다. 이것은 회로가 약 100kHz에서 진동하게 한다. 주권선부(PW3)는 그 크기에 의해 스위치(Q3,Q4)의 절환속도를 상승시킨다. 이것은 스위치(Q3,Q4)의 절환속도를 상승시키는 피드백 절환동작에 의해 이루어진다.
도6은 최소 5개의 부품만을 필요로 하는 구형파 인버터회로를 도시하고 있다[전기분해 필터 커패시터(C1)는 직류동력원의 일부이다]. 스위치(57)는 배터리로부터의 직류전압(예를 들어, 7.2볼트)을 조광기 레지스터(702) 및 필터 커패시터(701)를 통해 구형파 인버터 구동회로(701)에 연결한다. 상기 구동회로는 그 중앙이 태핑된 주권선부(704)를 갖는 진동변압기(702)를 포함하며, 상기 주권선부는 진동 다이오드 트랜지스터(709)의 게이트전극(708)에 연결된 중앙탭(707)을 갖는 부권선부(705, 706)를 포함한다. 진동다이오드(D1)의 양단부는 주권선부(705, 706)의 상단부 및 하단부에 연결된다. 도시된 바와 같이, 변압기(702)에서 주권선부(705, 706) 및 부권선부(709)는 약 25회선을 갖는다. 커패시터는 진동 트랜지스터/다이오드(709)로부터 이탈되어 있다. 예시적인 회로부품은 다음과 같다.
형광튜브 FT6
레지스터(R1) 1500오옴
커패시터(C1) 47UF 10V 전기분해
트랜지스터 다이오드(709) 5609/6BC/ECB
커패시터(711) 2A562K
커패시터(712) 2A22K
형광튜브로의 출력은 튜브에서 3.9MHz의 개방회로 및 1.7MHz의 구형파에서 1.4볼트RMS이다. 따라서, 시스템은 밸러스트 변압기가 없으며, 또한 필라멘트의 열이온적 가열이 없고, 스타터 회로가 없으며, 에너지면에서 보다 효율적인 광을 생성한다.
도7은 구형파 인버터회로가 적은 변압기를 도시하고 있다. 직류전류원의 포지티브단자와 네거티브단자는 형광램프의 대향전극에 선택적으로 연결된다. 이 경우, 스위치(S3, S4)가 제어기(CONT)로부터의 동일신호에 의해 동시에 폐쇄되며, 포지티브단자는 전극(8-1)에 연결되고, 네거티브단자는 전극(8-2)에 연결된다. 스위치(S1, S2)가 제어기(CONT)에 의해 동시에 폐쇄되었을 때[스위치(S3, S4)는 개방], 포지티브단자는 램프전극(8-2)에 직접 연결되고, 네거티브단자는 형광램프전극(8-1)에 연결된다. 제어기(CONT)는 스위치를 약 75kHz 내지 3.9MHz의 범위에서 작동시켜서 램프전극(8-1, 8-2)에 인가된 구형파가 약 100kHz의 주파수로 되게 한다.
본 발명에서, 전극에서의 교류전압의 크기는 발생된 광이 전체 에너지입력에 직접적으로 비례하기 때문에 방전작용을 시작할 때 상당히 작으며, 높거나 낮은 세기에서 가시광을 생성할 수 있는 능력을 허용한다(가스를 이온화시키기 위해 대형의 "스타팅 스트라이크"가 필요없다).
1.2와트 드라이버(도6)에 연결된 투명한 필립스 수은증기 전기방전 램프모델 H39KB-175(175와트)에 대한 실험에 따르면, 동일한 형광특성과 행위를 나타내고 있다. 반응은 튜브의 한쪽 단부에서 시작되어 먼 단부까지 신속히 연장되어 안정스럽게 수행된다. 오지 하나의 전극만을 연결한 실험이 이러한 원리를 지지하고 있다. 이것은 튜브에서의 본래의 말단 반응이 붕괴되기 전에 필드역전이 달성되기 때문에 몇개의 가스방전장치가 직렬로 사용될 수 있는 이유가 된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (33)

  1. 기체형 매질에서 이격되어 있는 전극을 구비하는 적어도 하나의 가스방전장치와,
    상기 전극 사이에서 설정된 압력으로 기체형 방전매질을 둘러싸는 광전달 엔빌로프와,
    직류공급원과, 상기 직류공급원과 전극 사이에 연결되는 고형의 스위치수단과, 상기 스위치수단을 전극에 연결하는 수단을 구비하는 동력공급부를 포함하며,
    상기 스위치수단은 상기 전극에서 구형파 교류파형을 생성하도록 작동되므로써, 전극에 인가된 전압은 전자의 패턴보다 신속히 그 극성을 역전시키고, 튜브내의 이온밀도는 변화될 수 있으며, 상기 튜브의 길이를 통한 전자는 연속적으로 가속되어 상기 구형파의 몇개의 사이클을 통해 안정된 작동상태로 튜브의 체적에 이온을 생성하는 것을 특징으로 하는 비열이온성 무밸러스트 가스방전 광발생시스템.
  2. 이격된 전극과, 그 내부를 충진하는 기체형 방전매질을 구비하는 적어도 하나의 광전달 엔빌로프와,
    주권선부 및 부권선부를 구비한 변압기와, 직류전원과, 상기 직류전원의 주권선부와 부권선부 사이에 연결된 스위치수단과, 상기 부권선부를 전극에 연결하는 도전체를 구비한 동력공급부를 포함하며,
    상기 스위치 수단과 변압기의 부권선부는 상기 전극에서 구형파 교류파형을생성하도록 작동되므로써, 전극에 인가된 전압은 전자의 패턴보다 신속히 그 극성을 역전시키고, 엔빌로프내의 이온밀도는 변화될 수 있으며, 상기 엔빌로프의 길이를 통한 전자는 연속적으로 가속되어 상기 엔빌로프의 체적에 안정된 상태로 이온을 생성하는 것을 특징으로 하는 비열이온성 무밸러스트 가스방전 광발생시스템.
  3. 기체형 방전 발광시스템에 있어서,
    적어도 하나의 기체형 방전장치를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 기체형 방전장치는 기체형 방전매질을 형성하는 광전달 엔빌로프에서 설정의 압력으로 전극 사이에서 이격된 전극과, 직류공급부와, 상기 전극과 직류공급부 사이에 연결된 고형의 스위치수단을 포함하며,
    상기 스위치수단은 상기 전극에서 구형파 교류파형을 발생하도록 작동되므로써; 상기 전극에 공급된 전압은 전자의 패턴 보다 신속하게 그 극성을 역전시키며, 가스에서의 이온밀도는 변화될 수 있으며, 각각의 방전장치의 길이를 통한 전자는 연속적으로 가속되어 상기 구형파의 몇개의 사이클을 통해 전극 사이의 가스체적에 안정된 작동상태로 이온은 생성하는 것을 특징으로 하는 기체형 방전 발광시스템.
  4. 형광가스 방전램프수단을 비열이온적으로 여자시켜 이를 발광시키기 위해, 가스방전 램프수단과, 한쌍의 출력단자를 구비한 고주파 교류 구형파전압원과, 상기 고주파 교류 구형파전압을 가스방전 램프수단에 연결하는 LC프리회로의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고주파 구형파전압은 약 75kHz 내지 3.5MHz의 주파수범위에 속하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 고주파 구형파전압은 약 100kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 저압은 약 2볼트 내지 90볼트의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 가스방전 램프수단은 적어도 2개의 종래 형광튜브와, 상기 튜브를 출력단자쌍을 횡단하여 직렬로 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 가스방전 램프수단은 적어도 3개의 가스방전장치와, 상기 적어도 3개의 가스방전장치를 출력단자쌍을 횡단하여 전기적으로 직렬로 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  10. 제4항에 있어서, 상기 출력단자쌍에서 고주파 교류 구형파전압원을 보호하는 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 보호수단은 신속하게 작동하는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 보호수단은 상기 출력단자를 횡단하여 연결되는 크로우바회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  13. 제4항에 있어서, 상기 소스는 하나이상의 절환트랜지스터와 진동변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전 발광시스템.
  14. 2개이상의 가스방전 램프장치와,
    한쌍의 출력단자를 구비하는 고주파 구형파 교류전압원과,
    상기 가스방전 램프장치를 비열이온적으로 여자시켜 이를 발광시키기 위해, 상기 2개이상의 가스방전 램프장치를 상기 출력단자쌍을 횡단하여 직렬로 연결하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고주파 구형파 교류전압원은 75kHz 내지 3.5MHz의 범위에서 작동하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 고주파 구형파 교류전압원은 100kHz에서 작동하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 방전램프와 네온충전튜브는 전극을 포함하며, 상기 전극은 상기 출력단자쌍을 횡단하여 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 네온충전튜브는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 네온충전튜브는 가요성 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 구형파 전압의 주파수는 약 100kHz인 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 출력단자쌍에서 개방회로로부터 고주파 구형파전압원을 보호하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 보호수단을 신속하게 작동하는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 보호수단은 출력단자쌍을 횡단하여 연결되는 크로우바회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  24. 제14항에 있어서, 상기 램프장치에 의해 방출된 광도레벨을 변화시키기 위해, 상기 소스로부터 램프장치로 분배된 에너지레벨을 변화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광시스템.
  25. 차가운 캐소드에 대해 필요로 하는 시동기 점화전압 보다 낮은 전압에서 가스에 잠긴 이격된 전극을 구비하는 가스방전장치를 점화하는 방법에 있어서,
    75kHz 내지 4MHz의 구형파 교류전압원을 제공하는 단계와,
    상기 램프전극상의 전압이 전자의 패턴 보다 신속히 그 극성을 역전시키고 가스내의 이온밀도가 변화될 수 있도록 상기 소스로부터 가스방전장치까지 구형파 교류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전장치 점화방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 가스방전장치에 의해 방출된 광도레벨을 변화시키기 위해, 상기 소스로부터 램프로 분배된 에너지레벨을 변화시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스방전장치 점화방법.
  27. 플라스틱 네온 발광튜브 .
  28. 가요성 플라스틱 네온 발광튜브.
  29. 비산방지형 네온 발광튜브.
  30. 사인형태 또는 일부의 사인형태인 적어도 하나의 가스충진된 튜브와,
    상기 적어도 하나의 가스충진된 튜브의 단부에 위치된 전극과,
    상기 전극에 연결된 고주파 구형파 교류전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발광원.
  31. 제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스충진된 튜브는 비산방지형 플라스틱인 것을 특징으로 하는 전기 발광원.
  32. 제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스충진된 튜브는 가요성 플라스틱 튜브인 것을 특징으로 하는 전기 발광원.
  33. 약 75kHz 내지 4MHz의 주파수 범위를 갖는 고주파 구형파 교류전압원과, 하나이상의 필라멘트가 개방된 필라멘트형 형광튜브와, 상기 필라멘트형 형광튜브를 상기 전압원에 연결하는 회로수단의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기발광원.
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