KR20020062571A - 필라멘트 가열의 작동중지기를 부착한 기체 방전등용안정기 - Google Patents

필라멘트 가열의 작동중지기를 부착한 기체 방전등용안정기 Download PDF

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Abstract

전극 필라멘트를 가진 방전등의 전자식 안정기.
안정기는 주파수 선택 장치를 포함하고, 상기 장치는 램프의 동작 중 전극 필라멘트 안으로 보조 가열 전류가 흘러 들어가는 것을 막는다. 전극 필라멘트의 가열은 단지 협주파수 대역에서만 가능하다.

Description

필라멘트 가열의 작동중지기를 부착한 기체 방전등용 안정기 {BALLAST FOR GAS DISCHARGE LAMPS WITH SHUTDOWN OF THE FILAMENT HEATING}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 전자식 안정기에 기초하고 있다.
전자식 안정기는 기본적으로 교류 전압 발생기를 포함하고, 그것은 메인 전압(the mains voltage)의 주파수보다 실질적으로 더 높은 진동 주파수의 교류 전압을 제공한다. 적절한 수단을 이용하여, 전자식 안정기는 부착된 방전등을 시동하고이어서 그것을 작동하게 해야 한다. 전극 필라멘트가 있는 방전등의 시동은 예열과 점화로 세분될 수 있다. 예열 단계에서는 전류가 전극 필라멘트를 통해 흘러 전극 필라멘트에 단지 최소의 손상을 줄 정도의 후속 점화가 일어나는 온도까지 도달하게 한다. 일단 방전등이 점화되고 나면 방전등의 동작은 시작된다. 이 상태에서 램프의 기체 방전을 위한 전류가 전극 필라멘트 단자를 경유하여 공급된다. 하나의 전극 필라멘트 단자에서 흘러들어가는 전류는 그 다음에 기체 방전으로 흘러들어가는 부분과 같은 전극 필라멘트의 나머지 단자에서 다시 흘러나가는 부분으로 나누어진다. 기체 방전으로 흘러 들어가지 않는 전류 부분은 기체 방전에 관련하여 전극 필라멘트의 추가적인 가열을 발생시키고, 이런 이유로 이 전류는 보조 가열 전류라고 불린다. 약한 전극 필라멘트를 가진 방전등이 긴 수명을 갖기 위해서 이런 보조 가열 전류는 작아야 한다. 따라서 전극 필라멘트가 동작중 본질적으로 기체 방전 전류를 수반하는 것이 유리하다. 보조 가열 전류는 기체 방전을 위한 전류와 비교하여 작아야 한다(기껏해야 20%정도).
유럽특허 제0748146호는 예열을 위해 가열 변압기를 제안한다. 교류 전압 발생기는 제1차 권선으로 예열 전류을 공급해 준다. 각각의 전극 필라멘트는 가열 변압기의 제2차 권선에 부착된다. 스위치는 가열 변압기의 제1차 권선으로의 전류의 흐름을 방해하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 임의의 보조 가열 전류가 동작도중 흐르는 것을 막을 수 있게 하여, 전극 필라멘트는 본질적으로 기체 방전 전류를 수반한다. 그러나 이런 해결책으로는 스위치와 그것을 구동하는데 필요한 시스템을 요구한다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항의 전제부에 따른 전자식 안정기를 제공하는 것이고, 그것은 예열단계를 턴오프하기 위한 스위치가 필요없고 따라서 전술한 방법보다 더 저렴하다.
도 1은 본 발명에 따른 부착된 램프와 병렬 공진 커패시터를 가진 전자식 안정기를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 병렬 공진 커패시터를 가진 또다른 전형적인 실시예를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 병렬 공진 커패시터를 가진 또다른 전형적인 실시예를 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 직렬 공진 커패시터를 가진 또다른 전형적인 실시예를 보여준다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부의 특색에 의해, 청구항 제1항의 특징을 갖는 전자식 안정기를 구비함으로써 달성된다. 특히 유리한 구성은 종속항에 나타낸다.
본 발명에 따르면 전자식 안정기는 주파수 선택 장치을 포함하고 이 장치는 단지 전자식 안정기의 진동 주파수가 주파수 선택 장치에 의해 결정된 협주파수 대역(narrow frequency band)내에 있는 경우에만 전극 필라멘트의 예열을 허용한다. 주파수 선택 장치는 바람직하게는 인덕터(L)과 커패시터(C)를 포함한 동조 회로(tuned circuit)로 구성한다. 전자식 안정기의 진동 주파수는, 예열은 그 다음에야 가능한데, 이 동조 회로의 공진 주파수에 의해 주어진다. 여기서 공진 주파수란
이다. 물론 이 주파수를 정확하게 따를 필요는 없다. 대신에 전자식 안정기의 예열 진동 주파수가 공진 주파수(fres) 근처의 협주파수 대역내에 있는 것으로 충분하다. 실제적으로 공진 주파수의 +/-10%의 주파수 대역이면 충분하다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 동조 회로의 인덕터는 가열 변압기의 제1차 인덕터에 의해 형성될 수 있다. 즉, 가열 변압기의 제1차 권선을 구성하는 인덕터는 직렬로 연결된 직렬 공진 커패시터 또는 병렬로 연결된 병렬 공진 커패시터와 함께, 동조 회로를 형성한다. 원칙적으로 동조 회로는 가열 변압기의 제2차측에도 형성될 수 있다. 그러나 임피던스 레벨이 거기에서 더 낮아지므로 높은 성분 부하를 구성하는 높은 공진 전류가 생성된다.
충분히 높은 제1차 인덕턴스를 형성할 수 있기 위해서 소결합을 가진 가열 변압기가 선택될 수 있다.
전자식 안정기의 교류 전압 발생기는 종종 구형파 전압을 내보내기 때문에 동조 회로는 고조파에 의해서도 여기될 수 있다. 본 발명에 따르면, 보조 전류가 램프의 동작중 흐르지 않도록 되어 있기 때문에, 전자식 안정기는 동작 주파수에서 고조파에 의해 동조 회로를 여기시켜서는 안 된다. "동작 주파수"라는 용어는 전자식 안정기가 램프의 동작 중 기능하는 진동 주파수를 의미한다. 구형파 진동은 단지 홀수의 고조파를 가지기 때문에, 본 발명에 따르면 동조 회로는 그것의 공진 주파수가 동작 주파수의 두 배이거나 또는 두 배에 가깝게 되는 방식으로 형성된다. 창의적인 발상은 동조 회로의 공진 주파수(fres)가 허용오차 +/-20%내로 동작 주파수의 두 배가 된다면 여전히 달성된다.
[실시예]
아래에서 커패시터는 C, 인덕터는 L, 트랜스포머 권선은 T로 표시되고 각각의 경우에 숫자가 부여된다.
도 1은 방전등(LP)이 부착된 전자식 안정기를 나타낸다. 교류 전압 발생기(G)는 접지 전위(M)에 대하여 출력(A)에서 교류 전압을 내보낸다. 교류 전압의 주파수는 실질적으로 메인 주파수보다 실질적으로 더 높다. 출력(A)과 접지전위(M) 사이에 커플링 커패시터(C11), 램프 리액터(L11) 및 점화 커패시터(C12)로 구성된 직렬 회로가 있으며, 점화 커패시터(C12)의 한 쪽 단자가 접지전위(M)에 연결되어 있다. 커플링 커패시터(C11)는 교류 전압 발생기(G)에 의해 공급된 교류 전압에 존재하는 모든 직렬 성분을 제거하기 위해 사용된다. 램프 리액터(L11)는 방전등(LP)을 교류 전압 발생기(G)에 정합하는데 사용된다. 점화 커패시터(C12)는 주로 방전등(LP)를 점화하기 위한 점화 전압을 발생시키는데 사용된다. 점화 커패시터(C12)는 방전등(LP)을 교류 전압 발생기(G)에 정합하기 위해 램프 리액턴스(L11)와 함께 사용될 수 있다. 방전등(LP)은 각 측의 전극 필라멘트에 의해 각각 점화 커패시터(C12)와 병렬로 연결된다.
출력(A)과 접지전위(M) 사이에 본 발명에 따른 사다리꼴 커패시터(C13)와 동조 회로로 구성된 직렬 회로가 있다. 동조 회로는 병렬 공진 커패시터(C14)와 가열 변압기의 제1차 권선(T11)의 병렬 연결로 구성된다. 사다리꼴 커패시터(C13)(trapezoidal capacitor)는 동조 회로를 교류 전압 발생기(G)에 커플링하기 위해 사용된다. 또한 사다리꼴 커패시터(C13)는 교류 전압 발생기(G)에 포함된 스위치의 교체(switch relief)를 위해 사용될 수 있다. 병렬 공진 커패시터(C14)와 가열 변압기의 제1차 권선(T11)으로 구성된 동조 회로는 공진 주파수(fres1)를 갖고, 그것은 상기 서술한 공식을 사용하여 계산될 수 있다. 가열 변압기의 제1차 권선(T11)에서의 유효 제1차 인덕턴스는 상기 공식에서 지시하는 인덕턴스(L)로 사용된다. 본 발명에 따르면, 가열 변압기는 제1차 인덕턴스에 대한 충분히 높은 값을 얻기 위해 소결합으로 설계될 수 있다. 가열 변압기는 각각의 전극 필라멘트에 대해서 거기에 연결된 제2차 권선(T12와 T13)을 갖는다. 본 발명에 따르면, 공진 주파수(fres1)는 동작 주파수의 두 배에 가깝게 되는 방식으로 형성된다. 그 결과 동작 주파수에서 동조 회로의 임피던스는 사다리꼴 커패시터(C13)의 임피던스에 비해 낮은 값을 갖는다. 따라서 단지 작은 전압이 제1차 와이딩(T11)에 인가되고 단지 무시할 정도로 작은 보조 가열 전류만이 전극 필라멘트에 공급된다. 본 발명에 따르면, 예열 과정에서 교류 전압 발생기(G)는 그것의 주파수가 공진 주파수(fres1)에 근접한 전압을 내보낸다. 그 결과 높은 전류가 가열 변압기의 제1차 권선(T11) 안으로 흐르고 예열을 위해 제2차 권선(T12와 T13)으로 전달된다.
도 2와 도 3에서 도 1의 사다리꼴 커패시터(C13)가 생략되어 있다. 선택적으로 사다리꼴 커패시터는 앞서 언급한 스위치 교체를 위해 도 2와 도 3의 출력(A)과 접지전위(M) 사이에 연결될 수도 있다. 도 2와 도 3의 각각의 동조 회로(T21/C23과 T31/C33)는 교류 전압 발생기(G)로부터 구형파 전류를 받지 않고,대신 각각의 램프 리액터(L21, L31) 덕분에 거의 사인파인 전류를 받기 때문에, 동조 회로(T21/C23, T31/C33)의 공진 주파수(fres1)는 동작 주파수의 2배에 가까울 필요가 없다.
도 1과 도 2의 또다른 차이는 도 2의 가열 변압기의 제1차 권선(T21)과 병렬 공진 커패시터(C23)로 구성된 동조 회로가 커플링 커패시터(C21)와 직렬로 연결되었다는 것이다. 이 이외에는 도 1에 관한 설명은 도 2에도 대응적으로 적용된다.
도 2도와 도 3의 차이점은 도 3에서 가열 변압기의 제1차 권선(T31)과 병렬 공진 커패시터(C33)로 구성된 동조 회로가 점화 커패시터(C32)와 직렬로 연결되었다는 것이다. 이 이외의 도 1에 관한 설명은 도 3에도 역시 적용된다.
도 1에서 도 3까지와는 달리 도 4에서, 본 발명에 따른 동조 회로는 병렬의 동조 회로로 형성된 것이 아니라 대신 직렬의 동조 회로로 형성된다. 그것은 직렬 공진 커패시터(C43)와 가열 변압기의 제1차 권선(T41)의 직렬 연결에 의해 형성된다. 동작 주파수에서 가열 변압기의 제1차 권선(T41)에서의 제1차 인덕턴스의 임피던스는 직렬 공진 커패시터(C43)의 임피던스에 비해 낮은 값을 갖는다. 따라서 단지 작은 전압만이 제1차 권선(T41)에 인가되고 무시할 수 있을 정도의 작은 보조 가열 전류만이 전극 필라멘트로 흘러들어간다. 이외에 도 1에 관한 설명은 도 4에 대응적으로 적용된다.
또다른 것에 관한 전형적인 실시예의 어느 특별한 특전도 주어질 수 없다.
각각의 전형적인 실시예는 하나의 램프를 갖고 있다. 그러나 본 발명은 당해 기술분야에서 숙련된 사람(당업자)에게 익숙하며 선행 기술로부터 공지된 기술을 사용하여 복수의 램프가 있는 응용예에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자식 안정기에 주파수 선택 장치를 포함시켜 이를 이용하여 보조 가열 전류가 전극 필라멘트 안으로 흘러 들어가는 것을 막을 수 있어, 예열 단계를 턴-오프 하기 위한 스위치가 필요없기 때문에 기존의 방식보다 가격이 더 저렴하게 된다.

Claims (11)

  1. 부착된 방전등(LP)의 전극 필라멘트가 동작중 본질적으로 기체 방전전류를 수반하는, 방전등(LP)의 예열, 점화 및 작동을 위한 전자식 안정기로서,
    상기 전자식 안정기의 진동 주파수가 주파수 선택 장치에 의해 결정된 협주파수 대역내에 있을 때에만 상기 전극 필라멘트의 예열을 허용하는, 주파수 선택 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 선택 장치는 가열 변압기(T11/T12/T13, T21/T22/T23, T31/T32/T33, T41/T42/T43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가열 변압기(T11/T12/T13, T21/T2/T23, T31/T32/T33, T41/T42/T43)가 소결합으로 설계된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  4. 제 2항에 있어서,
    직렬 공진 커패시터(C43)가 가열 변압기의 제1차 권선(T41)과 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  5. 제 4항에 있어서,
    가열 변압기의 제1차 인덕터와 함께 직렬 공진 커패시터(C43)가, 부착된 방전등(LP)의 동작 중 전자식 안정기가 발진하는 진동주파수 값의 두 배에 가까운 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  6. 제 2항에 있어서,
    병렬 공진 커패시터(C14, C23, C33)가 가열 변압기(T11, T21, T31)의 제1차 권선과 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  7. 제 6항에 있어서,
    가열 변압기의 제1차 인덕터와 함께 병렬 공진 커패시터(C14, C23, C33)가 부착된 방전등(LP)의 동작 중 전자식 안정기가 발진하는 진동 주파수 값의 두 배에 가까운 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  8. 제 6항에 있어서,
    가열 변압기의 제1차 권선(T31)이 점화 커패시터(C32)와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  9. 제 6항에 있어서,
    가열 변압기의 제1차 권선(T11)이 사다리꼴 커패시터(C13)와 직렬로 연결된것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  10. 제 6항에 있어서,
    가열 변압기의 제1차 권선(T21)이 커플링 커패시터(C21)와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
  11. 전자식 안정기를 가진 방전등(LP)의 예열, 점화, 작동의 방법으로서,
    - 전자식 안정기의 주파수 선택 장치가 예열을 허용하는 주파수 대역내의 진동 주파수에서 전자식 안정기가 작동하는 예열 단계와,
    - 방전등의 점화를 일으키는 전압이 방전등에서 생성되는 진동 주파수에서 전자식 안정기가 작동하는 점화 단계와,
    - 전자식 안정기의 주파수 선택 장치가 보조 가열 전류를 억제하는 주파수 대역 내의 진동 주파수에서 전자식 안정기가 작동하는 방전등의 작동 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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