KR200229769Y1 - 안정기없이 점등가능한 방전램프의 점등장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 소정의 전기적 저항특성과 인덕턴스 특성을 갖는 발광체와 용량성 전기소자의 조합을 통해 방전형광 램프를 점등시키고, 그 점등상태를 최적의 안정상태로 유지시키는 방전형광 램프의 점등장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 고안은 수은증기와 아르곤가스가 봉입된 유리관의 양단에 열전자 방출물질이 도포된 필라멘트가 봉입된 방전형광 램프를 점등시키고 점등후 이를 안정시키는 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 소정의 전원전압과 상기 방전형광 램프사이에 개재되어 상기 전원전압의 인가시 발광하여 백열광을 방사하는 소정의 가변 저항값과 인덕턴스값을 갖는 발광수단과, 상기 발광수단과 직렬로 접속되어, 상기 발광수단과 조합되어 소정의 임피던스값 및 정전용량을 제공하는 정전용량수단을 구비함으로써, 저전파 방해, 무소음, 저전력으로 방전형광 램프를 점등시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Description

안정기없이 점등가능한 방전램프의 점등장치{Capable lighting ballastless discharge lamp's lighting equipment}

본 고안은 방전형광 램프의 점등장치에 관한 것으로, 특히 소정의 전기적 특성을 갖는 발광체와 용량성 전기소자의 조합을 통해 방전형광 램프를 점등시키고, 그 점등상태를 최적의 안정상태로 유지시키는 방전형광 램프의 점등장치에 관한 것이다.

일반적으로 방전형광 램프란 그 내벽의 형광체가 도포되고, 그 내부에 아르곤 가스와 수은증기 가스가 봉입된 유리관의 양단에 열전자 방출물질이 도포된 필라멘트를 봉입시킨 것이다. 제1도믈 참조하면서 방전형광 램프의 구조를 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

필라멘트(1)에는 두 개의 접촉핀으로 구성된 베이스(2)가 접속되어 있고, 유리관(3)내에는 소량의 수은증기 가스와 점등을 용이하게 하기 위한 아르곤가스가 봉입되어 있다. 그리고, 유리관(3)의 내벽에는 형광체(4)가 엷고 고르게 분포되어 있으며, 이 형광체(4)의 종류에 따라 광색이 넓은 범위에서 변동되게 된다.

상술한 바와 같은 방전형광 램프를 점등시키기 위해서는 소저의 장치, 즉 점등장치가 필요한데, 이를 제2도에 도시하였다. 제2도에 도시된 종래의 방전형광 램프(10)의 점등장치는 필라멘트(1)에 도포된 열전자 방출물질에서 열전자가 방출되기 용이하도록 소정의 가열시간을 제공하며, 방전형광 램프(10)가 기동될 수 있도록 신호를 제공하는 점등관(11)을 포함한다. 또한, 방전형광 램프(10)의 기동전압을 제공하며, 방전형광 램프(10)의 점등 후 전류를 일정하게 제한하는 코원형 안정기(13)와, 점등관(11) 및 코일형 안정기(13)의 동작시 발생되는 노이즈를 방지하는 콘덴서(15)를 구비한다. 여기서, 점등관(11)은 아르곤 가스가 봉입된 유리관 내부에 고정전극(11a)과 바이메탈을 사용한 가동전극(11b)을 구비하고있어 글로우방전을 행한다. 그리고, 코일형 안정기(13)는 철심과 코일로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 방전형광 램프의 점등장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원스위치(17)를 온하면, 전원전압이 코일형 안정기(13) 및 방전형광 램프의 필라멘트(1)을 경유해서 점등관(11)의 고정전극(11a)과 가동전극(11b)에 인가된다. 점등관(11)의 양전극에 전압이 인가되면, 방전하기 용이한 아르곤가스가 전원전압에 의해 방전된다. 아르곤 가스가 방전하여 점등관(11) 유리관 내부의 온도가 상승하면 가동전극(11b)의 바이메탈이 동작하여 고정전극(11a)에 접촉한다. 가동전극(11b)이 고정전극(11a)에 접촉한 직후부터 점등관(11) 유리관 내부의 온도는 강하하게 되고 소정시간 (수msec)이 경과한 후에 가동전극(11b)이 고정전극(11a)에서 떨어진다. 이때, 코일형 안정기(13)의 코일에서는 역기전력이 발생하게 되고 이론 인해 방전형광 램프의 양단전극, 즉 필라멘트(1)에는 고전압이 인가되게 된다. 즉, 안정기(13) 코일에 의하여 고전압(V=Ldi/dt: L은 코일 인덕턴스값, di/dt는 순간전류값)이 발생하여 이것이 방전형광 램프(10)의 양전극(필라멘트:11)사이에 인가되므로 필라멘트(1)의 가열효과와 더불어 방전형광 램프가 점등된다. 방전형광 램프(10)가 점등하게 되면, 안정기(13)의 코일에서는 방전형광 램프(10)의 전류에 의한 전압강하가 발생한다. 이 때의 전압강하는 아래의 식에 따른다.

VI = I·XI = I·2fL (1)

VI : 안정기 코일의 양단전압

I : 방전형광 램프 전류(mA)

XI : 안정기 코일의 임피던스

f : 전원 주파수

L : 안정기 코일의 리액턴스(mH)

상기 식과 같이 안정기(15)에서 전압강하를 시켜야 하는 이유는 방전형광 램프(10)가 점등하면, 방전형광 램프(10)내를 경유하는 전류(또는 전류밀도)가 급격하게 증가하게 되기 때문이다. 이는 방전형광 램프(10)에서 전류가 증가하면 형광램프(10)의 단자전압이 감소하게 되고, 이를 그대로 방치하면 전류가 계속 증가하게 되어 형광램프(10)가 파괴될 수도 있기 때문이다. 따라서, 방전형광 램프(10)의 점등 후에는 안정기(13) 코일이 방전형광 램프(10)에 흐르는 전류를 상기 식에 따른 코일 임피던스로 제어한다. 이와 같이 안정기(13)는 방전형광 램프(10)의 점등뿐만 아니라 방전형광 램프(10)의 점등 후에 그 램프(10)에 흐르는 전류를 제어하는 역할도 하는 것이다. 즉, 안정기(13) 코일은 방전형광 램프(10)가 점등되면 교류전원에 의한 방전형광 램프(10) 보호용 전류제한용 임피던스로 동작하여, 방전형광 램프(10)의 양단 필라멘트(1)에 방전유지에 필요한 전압(통상 80볼트)만이 걸리도록 한다. 방전형광 램프(10)의 방전유지에 요구되는 전압 이외의 전압은 안정기(13) 코일에서 소모되는 것이다.

그런데, 종래의 방전형광 램프의 점등장치에서 안정기는 철심코어와 코일로 구성되어 있기 때문에 주량이 크며, 철심의 조립과 코일 감기작업이 번거로워 가격이 비싼 문제점이 있다. 또한, 안정기 코일 리액턴스의 임피던스작용에 의하여 열이 발생하며 그 임피던스 자체가 무효전력 손실을 발생시키는 문제점이 있었다. 더욱이, 안정기와 점등관의 작용에 의한 방전형광 램프 시동시 깜빡거리는 재점등 특성에 의하여 방전형광 램프의 필라멘트 수명이 단축되는 문제점이 있었으며, 안정기 코일의 동작에 따른 소음과 고주파가 발생하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 철심과 코일로 구성된 안정기를 대신하는 소정의 전기적 특성을 갖는 발광체와 정전용량과 이 정전용량에 의해 부가적인 전계를 발생하는 용량성 전기소자의 조합을 통해 방전형광 램프를 점등시키고, 그 점등상태를 최적의 안정상태로 유지시키는 방전형광 램프의 점등장치를 제공하는 데에 있다.

본 고안의 다른 기술적 과제는 저전력으로 방전형광 램프를 점등시키며, 점등 후에는 그 점등상태를 최적의 상태로 안정시키고, 방전형광 램프의 플리커(Flicker) 현상을 상쇄시킬 수 있는 방전형광 램프의 점등장치를 제공하데 있다.

본 고안의 또 다른 과제는 방전형광 램프의 광 이외에 부가적인 백열광이 혼합된 혼광색을 제공하는 방전형광 램프의 점등장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 과제는 동작시 전파장해를 발생시키지 않으며, 소음이 발생되지 않는 방전형광 램프의 점등장치를 제공하는데 있다.

제1도는 일반적인 방전 램프의 구조를 도시한 구성도.

제2도는 종래 방전 램프의 점등장치를 도시한 구성도.

제3도는 본 고안에 따른 방전 램프의 점등장치를 도시한 구성도.

☞ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명

30 : 방전 램프 31 : 유리관 33 : 방전램프 필라멘트

35 : 밸열광 램프 36 : 제1콘덴서 37 : 점등장치

38 : 전원스위치 39 : 점등관

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치는 수은증기와 아르곤가스가 봉입된 유리관의 양단에 열전자 방출물질이 도포된 필라멘트 및 전극이 봉입된 방전형광 램프를 점등시키고 점등 후 이를 안정시키는 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 소정의 전원전압과 상기 방전형광 램프사이에 개재되어, 상기 전원전압의 인가시 발광하여 백열광을 방사하는 소정의 가변 저항값과 인덕턴스값을 갖는 발광수단과, 상기 발광수단과 직렬로 접속되며, 상기 발광수단과 조합되어 소정의 임피던스값 및 정전용량을 제공하는 정전용량수단을 구비하는 점에 그 특징이 있다. 또한, 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 상기 발광수단으로 2중 발광필라멘트로 되어 있는 점에도 그 특징이 있으며, 상기발광필라멘트는 정특성의 저항성분을 갖는 점에도 그 특징이 있다.

그리고, 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 상기 2중 발광필라멘트는 소정 횟수의 회전수를 갖는 코일형상으로 되어 있는 점에도 그 특성이 있다.

더욱이, 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 상기 정전용량수단은 소정의 교류전원에 따라 충방전하여 부가적인 전계를 상기 방전형광 램프에 제공하며, 상기 발광수단과 상기 정전용량수단은 상호간에 결합되어 상기 방전형광 램프에 흐르는 전류를 제한하는 임피던스값을 제공하는 점에도 그 특징이 있다.

상기 2중 발광 필라멘트는 형광구의 내부에도 삽입하여 설치함으로써 형광등의 구조가 간편해지는 점에도 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치는 정특성의 저항성분 및 인덕턴스 성분은 갖는 2중 발광필라멘트 및 정전용량 콘덴서를 구비하여 저전력, 무소음으로 방전형광 램프를 점등시킬 수 있으며, 점등 후에도 최적의 안정상태로 점등상태를 유지시킬 수 있는 것이다.

제3도를 참조하면, 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치는 수은증기와 아르곤가스가 봉입된 유리관(31)의 양단에 열전자 방출물질이 도포된 필라멘트(33)가 봉입된 방전형광 램프(30)를 점등시키고 점등후 이를 안정시키기 위한 백열광 램프(35)와 제1콘덴서(36)를 포함한다. 여기서, 백열광 램프(35)는 백열광 또는 자연광을 방사할 수 있는 2중의 필라멘트(35a)로 되어 있으며, 소정의 인덕턴스값을 제공하도록 소정의 회전수를 갖는 코일형상으로 되어 있다. 여기서, 상기 필라멘트(35a)를 2중으로 함으로써 소정의 저항값과 인덕턴스값을 용이하게 구할 수 있으며, 백열광을 효과적으로 방사할 수 있다.

또한, 본 고안의 필요에 따라 방전형광 램프(30)의 점등을 원활하게 하기 위해 통상적인 점등관(39)를 포함할 수 있으며, 방전형광 램프(30)의 점등시 또는 점등된 후의 노이즈 발생 방지를 위해 제2콘덴서(40)를 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 점등장치(37)는 점등스위치(38)를 통해 전원전압(41)을 인가 받는다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치의 작용 및 동작을 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 고안 방전형광 램프의 점등장치의 구현에 기초가 된 방전형광 램프의 동작원리를 살펴본다.

방전형광 램프(30)의 양단 필라멘트(33)에 전압을 인가하면, 이 필라멘트(33)에서는 열전자가 방출되고, 이 방출된 열전자의 이동에 의해 방전형광 램프(30)에 전류가 흐르게 된다. 방전형광 램프(30)의 양단 필라멘트(33)에 인가되는 전압을 높여 가면 상기 방전형광 램프(30)의 내부에서 흐르는 전류도 인가되는 전압에 비례하여 증가하게 된다. 이와 같이 방전형광 램프(30)의 양단에 전압을 높이는 것은 램프(30) 양단에 전계를 높이는 것과 같은 것이며, 방전형광 램프(30)내에서 흐르는 전류가 증가하는 것은 필라멘트(33)에서 방출된 전자와, 방전형광 램프(30)내에 봉입된 수은 및 아르곤 입자 이온의 양과 그 이동속도가 증가했다는 것을 의미한다. 이와 같이 해서 방전형광 램프(30)내부에 흐르는 전류가 인가된 전압 또는 전계에 비례하여 증가하다가, 어느 순간 전압 또는 전계를 높여도 상기전류가 증가하지 않고 일정수준을 유지하게 되는데, 이는 상기의 전자 및 이온이 포화되었기 때문이다.

방전형광 램프(30)의 내부를 흐르는 전류가 포화된 상태에서 전압 또는 전계를 더 높이면, 방전형광 램프(30)의 내부를 흐르는 전류는 급격히 증가하게 되는데, 이는 방전형광 램프(30)에 봉입된 아르곤가스와 수은증기가스의 원자가 상기의 전자와 이온에 의해 충돌됨으로써 전리되어 일어나는 현상인데, 이를 방전개시라 한다. 방전개시가 시작되면, 방전형광 램프(30)의 내부전류는 급격히 증가하고 램프(30)양단의 전압은 감소된다. 이때, 상기와 같은 급격한 전류의 증가를 적절하게 제어하지 않으면 방전형광 램프(30)가 파괴될 수도 있게 된다.

따라서, 방전형광 램프(30)의 점등에 필요한 적절한 전압 또는 전계를 제공하고, 점등 후에는 방전형광 램프(30)에 흐르는 전류를 적절하게 제어하는 외부장치를 방전형광 램프에 접속시키면 방전형광 램프(30)는 적절하게 점등될 수 있고, 그 점등상태는 최적으로 유지될 수 있는 것이다.

본 고안은 상술한 바와 같이 점등시 및 점등 후에 방전형광 램프의 내부에서 흐르는 전류를 적절히 제어할 수 있을 뿐만 아니라 자연광 또는 백열광을 제공하는 백열광 램프(35)를 종래의 코일형 안정기를 대신하여 설치함으로써 저전력 및 무소음으로 방전형광 램프(30)를 동작시키고, 방전형광 램프(30)에서 방사되는 광 이외에 보조광을 제공할 수 있는 것이다.

상술한 방전형광 램프의 동작원리 및 제3도를 참조하면서, 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치의 동작을 상세하게 설명한다.

먼저, 전원(41)에 직렬로 접속된 전원스위치(38)를 온한면, 전원전압이 제1콘덴서(36) 및 백열광 램프(35)를 경유하여 방전형광 램프(30)의 양단 필라멘트(33)에 인가된다. 이때, 백열광 램프(35)의 초기 저항값(약 13Ω)은 상당히 작기 때문에 백열광 램프(35)에서 강하되는 전압 강하값은 매우 작게 된다. 따라서, 전원(41)에서 제공되는 전압의 거의 전부가 방전형광 램프(30)의 양단에 인가되고 그 만큼 방전형광 램프(30)에 형성되는 전계가 크게된다.

상술한 바와 같은 큰 전계가 종래의 점등장치에 의해 형광램프에 제공되지 않는 이유는 안정기 코일, 즉 코일 인덕턴스에 의한 전압강하 및 전원전류의 지연 때문이다. 그리고 백열광 램프(35)의 발광 초기 저항값이 작은 이유는 발광체가 이전에 발열되지 않은 상태에 있었기 때문이다.

상술한 바와 같이 방전형광 램프(30)에 형성되는 전계가 크게 되면 방전형광 램프(30)에 흐르는 전류밀도가 크게 되므로 램프(30)내부에 존재하고 있던 전자 및 이온들이 높은 운동 에너지를 가지고 가속되어 램프(30)내부에 봉입된 아르곤 가스와 수은 증기의 원자가 충돌하여 이들을 전자와 양이온으로 전리시킨다. 전자와 양이온으로 전리되어 매우 높은 에저지를 갖는 하전입자들은 형광램프(33)의 유리관(31)내벽에 도포된 형광체에 충돌되어 빛을 발하고 이로써 방전점등이 된다.

이와 같이 방전형광 램프(30)가 방전되어 점등될 때까지 백열광 램프(35)는 발열하여 백열광을 방사함에 따라 그 자체 내부 온도가 상승하게 된다. 백열광 램프(35)의 내부 온도가 상승하게 되면 백열광 램프(30)의 저항값도 상승하여 정상상태의 저항값(약 150Ω)으로 된다. 백열광 램프(30)의 저항값이 정상상태의 저항값으로 되면 백열광 램프(30)에서 전압강하가 크게 되고, 이에 따라 방전형광 램프(30)의 내부에 형성되는 전계가 일정 크기로 감소된다. 방전형광 램프(30)에형성되는 전계가 백열광 램프(30)에 의해 감소되어 일정크기로 되면 방전형광 램프(30)에 흐르는 전류밀도도 일정하게 되어 안정한 광을 방사한다.

방전형광 램프(30)가 점등된 후에도 2개의 필라멘트로 구성된 백열광 램프(35)는 계속 점등되어 백열광을 방사함으로써 방전형광 램프(30)에서 방사되는 과의 눈부심을 상쇄시킨다. 즉, 방전형광 램프(30)의 광과 백열광 램프(35)의 광이 혼합되어 눈부심이 없는 혼광을 만드는 것이다.

또한, 백열광 램프(35)의 2중 필라멘트(35a)는 방전형광 램프보다 효율적인 점등을 위하여 소정 턴(turn)수의 코일 형상으로 할수 있는데 이렇게 함으로써 종래의 점등관(39)의 가동전극이 고정전극에서 떨어질 때 코일 형상의 2중 필라멘트(35a)에서 유도 기전력을 발생시킬 수 있다. 따라서 방전형광 램프(30)의 점등시 상기 2중 필라멘트(35a)에서 발생된 유도기전력과 전원(41)에서 공급되는 전압이 중첩되어 방전형광 램프(30)의 양단에 인가되기 때문에 효율적으로 형광램프(30)가 점등하게 된다.

그리고 백열광 램프(35)와 직렬 접속된 제1콘덴서(36)도 방전형광 램프(30)내에서 형성되는 전계를 보다 크게 할 수 있는 작용을 함으로써 효율적으로 형광램프(30)가 점등되게 할 수 있다. 즉, 제1콘덴서(36)는 교류전원이 인가될 때 충방전을 하게 되는데 충방전시 충방전 전하가 방전형광 램프(30)의 내부에 형성되는 전계를 보다 크게 한다. 또한, 제1콘덴서(36)는 코일 형상으로 된 2중 필라멘트(35a)의 인덕턴스와 상호작용을 하여 역율을 개선시킴과 동시에 방전형광 램프(30)에 흐르는 전류를 일정하게 안정화 시킬 수 있도록 소정의 인피던스값을 제공한다. 여기서, 종래의 안정기에서 제공되었던 것과 같은 임피던스값은 상기 2중 필라멘트(35a)의 저항값과 인덕턴스값 및 제1콘덴서(36)의 정전용량값에 의해 정해진다.

제3도의 제2콘덴서(40), 점등관(39)은 제2도의 종래 점등장치의 콘덴서(15), 점등관(11)과 동일한 작용을 하는데 본 고안에서는 전원전압(41)이 충분히 안정되어 있고 2중 필라멘트(35a)로 구성된 백열광 램프(35)와 제1콘덴서(36)에 의해 충분한 전계가 방전형광 램프(30)에 공급될수 있다면 상기 제2콘덴서(40) 및 점등관(39)를 제거하고 이 사이를 제3도에 도시한 점선과 같이 직결시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 방전형광 램프의 점등장치는 코일 형상으로 된 2중 필라멘트(35a)로 구성된 백열관 램프(35)와 용량성 제2콘덴서(36)로 종래의 코일형 안정기를 대체함으로써 형광램프의 수명을 연장시킬 수 있고, 전파장해를 방지할 수 있으며, 무소음, 저전력으로 방전형광 램프를 구동시킬 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 2중 필라멘트로 구성된 백열광 램프가 자연광을 제공하기 때문에 시력을 보호할 수 있는 이점을 제공하고 형광구의 내부에도 삽입하여 설치가 가능하므로 등기구의 케이스가 작아지는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 수은증기와 아르곤가스가 봉입된 유리관의 양단에 열전자 방출물질이 도포된 필라멘트가 봉입된 방전형광 램프를 점등시키고 점등후 이를 안정시키는 방전형광 램프의 점등장치에 있어서, 소정의 전원전압과 상기 방전형광 램프사이에 개재되어, 상기 전원전압의 인가시 발광하여 백열광을 방사하는 소정의 가변저항값과 인덕턴스값을 갖는 발광수단과, 상기 발광수단과 직렬로 접속되며, 상기 발광수단과 조합되어 소정의 임피던스값 및 정전용량을 제공하는 정전용량수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전형광 램프의 점등장치.
2. 제1항에 있어서.

   상기 발광수단은 소정 횟수의 회전수를 갖는 코일형상으로 되어있는 2중 발광필라멘트로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방전형광 램프의 점등장치.
3. 제1항에 있어서.

   상기 발광수단과 상기 정전용량 수단은 상호간에 결합되어 상기발전형광 램프에 흐르는 전류를 제한하는 임피던스값을 제공하는 것을 특징으로 하는 방전형광 램프의 점등장치.