KR20030027991A - 방전 램프용 안정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정기(20)의 인버터부(25)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파로 변환된 전원이 출력 트랜스(T1)를 거쳐 방전램프(10)에 공급될 경우 출력 트랜스(T1)의 인덕턴스와 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스가 상호 연동되면서 공진되어 방전램프(10)에 정현파를 제공할 때 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 인가될 수 있도록 한 쌍의 정방향 정류소자를 구비시켜, 즉 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 각각 병렬 접속시켜 인버터부(25)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파의 전원이 제공될 경우 초기에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 1 정방향 정류소자(Re1)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)으로 흐를 수 있도록 하고(화살표 a1), 그 다음에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 1 필라멘트 전극(F1)으로 흐를 수 있도록 한(화살표 a2) 방전 램프용 안정장치(100)에 관한 발명이다.

Description

방전 램프용 안정장치{BALLASTING APPARATUS FOR DISCHARGE LAMP}
본 발명은 방전 램프용 안정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안정기의 인버터부에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파로 변환된 전원이 출력 트랜스를 거쳐 방전램프에 공급될 경우 출력 트랜스의 인덕턴스와 공진 커패시터의 커패시턴스가 상호 연동되면서 공진되어 방전램프에 정현파를 제공할 때 방전램프의 제 1 필라멘트 전극 및 제 2 필라멘트 전극에 교번적으로 인가될 수 있도록 한 쌍의 정방향 정류소자를 구비시킨 방전 램프용 안정장치에 관한 것이다.
일반적으로 방전램프는 저압 나트륨램프나 형광램프와 같은 저압 방전램프, 그리고 고압 수은램프나 메탈 할라이드램프와 같은 고압 방전램프 등으로 나눌 수 있다.
이 중 저압 방전램프라 할 수 있는 형광램프의 점등원리를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 방전램프로 활용되는 형광램프의 점등원리를 기술하기 위한 설명도이다.
형광램프(FLUORESCENT LAMP)는 저압의 수은방전으로 방사된 자외선을 형광체에 의해서 가시광선으로 변환시켜 빛을 발산하는 방전램프(10)의 일종으로 수명이 길고 휘도가 낮으며, 효율·연색성도 좋아 직관형·환형의 조명용으로 많이 사용되고 있다.
형광램프는 방전에 의해 발생된 자외선이 유리관(11) 내면에 도포된 형광물질을 자극함으로써 빛(가시광선)을 생성하고, 그 형광물질에 따라 주광색/백색/온백색/녹색/황색/핑크색/청색등 다양한 광색을 발산한다.
유리관(11) 내에는 도 1에 도시된 바와 같이 소량의 수은과 기동을 쉽게 하고 음극물질의 증발을 억제하기 위하여 아르곤 가스(전력 절약형으로는 클립톤이나 네온을 첨가함)가 봉입된다.
필라멘트 전극은 2중 또는 3중의 코일 필라멘트이고, 그 위에 고온시에 방출되기 쉬운 Ba, Sr 등의 알칼리 금속의 산화물인 음극물질이 입혀진다.
형광램프의 점등원리는 플러그(12)에 전기가 통전되면 도입선(13)을 통해 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 전류가 흐르고 제 1, 제 2 필라멘트 전극(F1, F2)이 열을 받으면 음극물질로부터 열전자가 방출된다. 이러한 전자가 전계에 의하여 양극으로 이동하면서 충분한 에너지를 받아 유리관(11) 내의 수은이나 아르곤의 기체원자에 충돌하면서 발광하거나 이온화(전리)되면서 방전을 지속한다. 이렇게 해서 만들어진 저압수은증기 중의 방전에서 발생하는 자외선이 유리관(11) 내에 도포된 형광체를 자극함으로써 파장이 긴 빛(가시광선)으로 변환시키게 된다.
이와 같이 형광램프를 비롯한 방전램프(10)는 방전현상의 성질상 방전이 시작되면 전류가 계속 증가하여 제 1, 제 2 필라멘트 전극(F1, F2)을 파괴하므로 전류를 특정값 이하로 낮추기 위하여 안정기(20)가 동원된다.
즉, 방전램프(10)에 전압이 인가되어 방전되면 전류가 증가하면서 제 1, 제 2 필라멘트 전극(F1, F2)이 파괴될 수 있는데, 이러한 점을 고려하면서 방전램프(10)의 효율이나 수명 또는 안정성을 확보하기 위하여 안정기(20)가 사용되고 있는 것이다.
방전램프(10) 동작의 중요한 요소는 유리관(11) 내부의 온도이다. 이것은 직접적으로 증기상태로 존재하는 수은의 자외선 방사에 영향을 미치며, 이 온도는 유리관(11) 양단에 있는 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 의해 대부분 유지된다.
또한, 방전램프(10)는 초기 점등시 수백 볼트 이상의 고전압이 요구되며, 일단 방전램프(10)가 시동되면 부임피던스 특성을 가지기 때문에 어떤 형태로든지 전류를 제한할 필요가 있고, 따라서 안정기(20)를 이용하여 그 문제를 해소하고자 하는 것이다.
그런데, 안정기(20)의 구성이 되는 인버터부(25; 본 발명의 설명에서 상세하게 기술하고 있음)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파로 변환된 전원이 출력 트랜스(T1; 본 발명의 설명에서 설명됨)를 거쳐 방전램프(10)에 공급될 경우 출력 트랜스(T1)의 인덕턴스와 방전램프(10)의 공진 커패시터(C1)가 공진되면서 방전램프(10)에 고효율의 빛을 발산할 수 있도록 하여야 하는데, 인버터부(25)에 의하여 제공된 고주파에 의하여 방전램프(10)의 양단에 구비된 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 계속적인 교류전류 및 교류전압이 제공되므로 인하여 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2) 각각에 부하가 지속적으로 걸려 필요이상의 고온이 초래되어 방전램프(10)의 수명을 떨어뜨리고 있을 뿐만 아니라, 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2) 각각에 약 3∼6V의 전압강하가 발생되어 합계 6∼12V의 전압강하로 인한 에너지 손실을 발생하여 방전램프(10)의 효율을 크게 저하시키는 문제점이 초래되었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 기획된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 방전램프의 제 1 필라멘트 전극 및 제 2 필라멘트 전극에 제 1 정방향 정류소자 및 제 2 정방향 정류소자를 각각 병렬 접속시켜 방전램프의 안정성 및 효율을 크게 높일 수 있는 방전 램프용 안정장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 방전램프로 활용되는 형광램프의 점등원리를 기술하기 위한 설명도.
도 2는 일반적인 방전램프로 활용되는 형광램프의 점등원리를 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치를 나타내는 상세 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 방전 램프용 안정장치 10 : 방전램프
11 : 유리관 12 : 플러그
13 : 도입선 F1 : 제 1 필라멘트 전극
F2 : 제 2 필라멘트 전극 20 : 안정기
21 : 써지 억제부 22 : 라인 필터부
23 : 정류부 24 : 발진부
25 : 인버터부 Q1 : 제 1 FET
Q2 : 제 2 FET 26 : 공진부
T1 : 출력 트랜스 C1 : 공진 커패시터
27 : 과전류 보호부 Re1 : 제 1 정방향 정류소자
Re2 : 제 2 정방향 정류소자
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
제 1 필라멘트 전극 및 제 2 필라멘트 전극을 갖는 방전램프에 고주파 전원을 제공하는 안정기를 포함하여 이루어진 방전 램프용 안정장치에 있어서,
상기 방전램프의 제 1 필라멘트 전극 및 제 2 필라멘트 전극에 각각 병렬 접속되어 상기 안정기로부터 제공되는 고주파 전원을 상기 제 1 필라멘트 전극 및 제 2 필라멘트 전극에 교번적으로 공급하는 제 1 정방향 정류소자 및 제 2 정방향 정류소자를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이들 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치(100)를 나타내는 상세 블록도로서 방전램프(10)를 점등시키기 위한 안정기(20)를 포함한 도면이다.
본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 방전램프(10)를 고효율로서 안정되게 점등시키기 위한 안정기(20)를 구비하고, 이 안정기(20)로부터 제공되는 고주파 전원을 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 제공하기 위한 한 쌍의 정방향 정류소자(Re1, Re2)를 포함한다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치(100)에 적용된 안정기(20)는 자연에 의해 발생되는 써지전압(낙뢰) 및 외부전원에 의해 인가되는 써지전압으로부터 보호하기 위한 써지(Surge) 억제부(21)와, 전자파 장해(EMI)를 억제하기 위한 라인(Line) 필터부(22)를 구비하며, 상용 교류전압(220V 60㎐)을 직류전압으로 변환시키는 정류부(23)와, 고주파 변환 신호전압을 제공하는 발진부(24)를 포함한다.
또한, 안정기(20)는 발진부(24)에서 생성된 고주파 변환 신호전압으로 정류부(23)의 직류전압을 고주파 전압(구형파)으로 변환시키는 인버터부(25)와, 인버터부(25)에서 발생된 고주파 전압을 정현파로 변환시켜 방전램프(10)에 제공하는 출력 트랜스(T1) 및 공진 커패시터(C1)로 이루어진 공진부(26)를 더 포함하고, 방전램프(10)의 방전이 시작되면 전류가 계속 증가하여 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)을 파괴시킬 수 있는 점을 감안하여 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)부에 흐르는 전류를 픽업코일(미 도시됨)을 통하여 검출하여 방전램프(10)에 과전류가 흐를 경우 발진부(24)를 제어하여 인버터부(25)의 기능을 오프시키는 과전류 보호부(27)를 더 구비한다.
이때, 인버터부(25)는 발진부(24)에서 생성된 고주파 신호로 정류부(23)의 직류전압을 고주파 전압(구형파)으로 변환시키기 위한 제 1 FET(Q1) 및 제 2 FET(Q2)를 구비한다. 이 제 1 FET(Q1) 및 제 2 FET(Q2)의 온오프 스위칭에 의하여 고주파 전압이 발생되며, 이러한 고주파의 전압은 출력 트랜스(T1)의 인덕턴스와 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스의 상호 작용으로 20,000∼50,000㎐의 정현파로 변환되어 방전램프(10)에 제공된다. 그리고, 미 설명부호 C2, C3은 제 1 FET(Q1) 및 제 2 FET(Q2)를 각각 보호하기 위한 커패시터이고, 미 설명부호 C4 및 C5는 역률 개선용 커패시터이다.
이와 같은 안정기(20)의 구성 및 원리는 일반적인 사항이기 때문에 그에 대한 구체적인 원리 및 상세한 설명은 생략하기로 하고, 본 발명에서는 안정기(20)의 구성이 되는 인버터부(25)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파로 변환된 전원이 출력 트랜스(T1)를 거쳐 방전램프(10)에 공급될 경우 출력 트랜스(T1)의 인덕턴스와 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스가 상호 연동되면서 공진되어 방전램프(10)에 정현파를 제공할 때, 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 인가될 수 있도록 한 쌍의 정방향 정류소자(Re1, Re2)를 포함하는 것을 핵심 구성으로 하여, 이에 대하여 구체적인 설명을 하기로 한다.
바람직하게, 한 쌍의 정방향 정류소자(Re1, Re2)는 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 각각 병렬 접속되는 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)로서, 도 3에 도시된 바와 같이 인버터부(25)의 제 1 FET(Q1) 및 제 2 FET(Q2)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파의 전원이 제공될 경우 초기에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 1 정방향 정류소자(Re1)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)으로 흐를 수 있도록 하고(화살표 a1), 그 다음에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 1 필라멘트 전극(F1)으로 흐를 수 있도록(화살표 a2) 이루어져, 사실상 20,000∼50,000㎐의 고주파 전원이 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 제공될 수 있게 되므로써 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2) 각각에 부하가 교대로 인가될 수 있게 되어 제 1, 제 2 필라멘트 전극(F1, F2)이 필요이상으로 과열되는 현상을 미연에 방지할 수 있으며, 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에서 소요되던 합계 6∼12V의 전압강하를 극복할 수 있게 되어 그 만큼의 에너지를 세이브시킬 수 있으며, 상대적으로 방전램프(10)의 효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
더욱 구체적으로, 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2) 각각에서 발생되던 전압강하는 3∼6V씩으로 합계 6∼12V의 전압강하를 이루고 있지만,본 발명의 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 사용할 경우, 예를 들면 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 도 3에 기호화된 것처럼 다이오드를 채용할 경우 그 전위장벽이 0.6V의 전압강하만이 존재하게 되어 합계 1.2V의 전압강하 손실을 가져오므로 종래 대비 약 4.8∼10.8V의 전압을 방전램프(10)의 효율을 향상시키는데 이용할 수 있게 되어 방전램프(10)의 효율등급을 한 단계 높일 수 있는 유용함이 있음을 알 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 상세한 설명 및 도 3에 예시된 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)는 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 각각 병렬 접속되면서 상호 역방향을 이루고, 하나의 실시예로서 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)로서 다이오드 또는 트랜지스터와 같은 소자를 적용할 수 있음은 물론이며, 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)의 위치, 즉 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 안정기(20) 내부에 설치할 것인가 아니면 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 근접시킬 것인가 아니면 방전램프(10)에 내장시킬 것인가에 있어서는 그 사용 편의에 따라 다양하게 변화시킬 수 있음은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 방전 램프용 안정장치(100)에 의하면, 안정기(20)의 인버터부(25)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파로 변환된 전원이 출력트랜스(T1)를 거쳐 방전램프(10)에 공급될 경우 출력 트랜스(T1)의 인덕턴스와 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스가 상호 연동되면서 공진되어 방전램프(10)에 정현파를 제공할 때, 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 인가될 수 있도록 한 쌍의 정방향 정류소자(Re1, Re2)를 구비시켜, 즉 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 각각 병렬 접속시켜 인버터부(25)에 의하여 20,000∼50,000㎐의 고주파의 전원이 제공될 경우 초기에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 1 정방향 정류소자(Re1)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)으로 흐를 수 있도록 하고(화살표 a1), 그 다음에는 공진부(26)의 출력 트랜스(T1)를 지나 순방향을 유지하고 있는 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 경유하여 공진 커패시터(C1) 및 제 1 필라멘트 전극(F1)으로 흐를 수 있도록 하여(화살표 a2), 사실상 20,000∼50,000㎐의 고주파 전원이 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 제공될 수 있도록 함으로써 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2) 각각에 부하가 교대로 걸릴 수 있게 되어 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)이 필요이상으로 과열되는 현상을 미연에 방지할 수 있으며, 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에서 소요되던 6∼12V의 전압강하를 극복할 수 있으며, 그 만큼의 에너지를 방전램프(10)의 효율을 높일 수 있는 데 활용할 수 있는 유용함이 있다.

Claims (1)

  1. 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)을 갖는 방전램프(10)에 고주파 전원을 제공하는 안정기(20)를 포함하여 이루어진 방전 램프용 안정장치(100)에 있어서,
    상기 방전램프(10)의 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 각각 병렬 접속되어 상기 안정기(20)로부터 제공되는 고주파 전원을 상기 제 1 필라멘트 전극(F1) 및 제 2 필라멘트 전극(F2)에 교번적으로 공급하는 제 1 정방향 정류소자(Re1) 및 제 2 정방향 정류소자(Re2)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전 램프용 안정장치(100).
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