KR200349918Y1 - 방전등용 조도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 방전등용 조도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 위상 제어시 발생되는 고조파를 감소시키고 플리커 현상을 제거할 수 있는 방전등용 조도 제어 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 조도 제어 장치(1)는 교류 60Hz의 신호로부터 보다 더 정확한 교류 60Hz의 신호만을 필터링하기 위한 주파수 필터부(20)와, 상기 필터링된 교류 전원상의 주파수에서 영전위점을 교차하는 신호를 검출하기 위한 영전위 검출부(30)와, 상기 영전위 검출부(30)에서 나온 상태 신호를 일정 레벨의 폭으로 잘라서 마이크로프로세서(50)에서 요구되는 레벨로 신호를 생성하기 위한 오프셋 포인트 출력부(40)와, 정전압 및 영전위 오프셋 포인트를 입력받아 주파수 폭 변조를 수행하는 마이크로프로세서(50)와, 상기 마이크로프로세서(50)로부터 주파수 폭 변조된 신호를 입력받아 이를 일정 레벨로 다시 1차 피드백 증폭 신호를 처리하기 위한 내부 출력 제어부(60)와, 상기 내부 출력 제어부(60)를 통해 1차 피드백 증폭 신호를 이용하여 출력 측으로 조도 제어된 레벨의 신호를 공급하기 위한 외부 출력 제어부(70)와, 상기 외부 출력 제어부(70)에서 출력되는 조도 제어된 레벨의 신호의 노이즈를 제거하는 저주파 필터부(80)를 포함하는데, 상기 영전위 검출부(30)는 주파수 필터부(20)로부터 주파수 필터링된 교류 신호를 받아 영전위점을 검출하는 광 커플러(PC1, PC2)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

방전등용 조도 제어 장치{A DIMMING DEVICE FOR THE DISCHARGE LAMP}

본 고안은 방전등용 조도 제어 장치에 관한 것으로, 특히 위상 제어시 발생되는 고조파를 감소시키고 플리커 현상을 제거할 수 있는 방전등용 조도 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 조명등에 대한 조도 제어는 전압 전류의 제어, 즉 조명등 부하의 변화에 따른 제어를 사용하였다. 그러나, 방전등의 조도 제어는 방전등의 특성상 방전등내의 가스를 태워서 열전자를 방출시켜 빛의 밝기를 나타내며, 부하의 변화가 부성 저항 특성을 가지고 있기 때문에 조도 제어시 부하의 변화를 쉽게 변경시킬 수 없고, 방전등 관 전압 전류가 일정하게 유지되도록 전원을 제어하는 것이 용이하지 않았다.

따라서, 방전등의 조도를 제어할 때에는 별도의 조도 제어 장치가 필요하게 되어 다양한 조도 제어 기술이 개발되어 왔다. 이러한 방전등의 조도 제어 기술은 다음과 같이 구분될 수 있다. 첫번째, 방전등의 점등시 필요한 안정기로 공급되는 교류 전원을 안정기 내부의 FET 발진부에서 직류 신호 레벨을 변환시켜 조도 제어를 하였다. 두번째, 종래의 안정기를 그대로 사용하면서 안정기로 입력되는 정격 전압을 슬라이닥스 등으로 안정기에서 공급 입력 전압을 변화시켜 조도 제어를 수행하는 것이다. 세번째, 마이크로프로세서에 의한 조도 제어 방법으로 이 방식은 제로-크로싱(Zero-crossing) 방법을 이용하는 것인데, 이는 제로-크로싱 포인터를 이용하여 마이크로프로세서에서 PWM 변조 등에 의해 교류 신호 파형을 변형시켜서이 신호를 이용하여 전압 제어, 전류 제어, 위상 제어등의 다양한 방법을 사용하였다. 이 때, 첫번째 및 두번째 방법은 조도 제어의 폭 자체가 좁은 반면, 세번째 방법은 조도 제어의 폭을 넓게 구현할 수 있다. 특히, 위상 제어를 통한 전압 전류 제어시 입력 파형의 고속 스위칭에 의한 쵸핑 기능이 수행되는데, 이 때 쵸핑 기능을 이용한 아날로그 신호가 제어된다. 그러나, 이러한 쵸핑 기능에 의한 조도를 제어할 때 신호의 제어점을 기준으로 고조파가 필연적으로 발생된다.

이런 고조파는 기존의 안정기 및 방전등에 심각한 장애를 줄 수 있는데, 특히 방전등에서는 위상각의 변화에 의한 오동작이 발생될 수 있고, 이로 인하여 역률 저하, 고조파 필터의 소음 발생, 전파 장애 등의 문제가 안정기에서 발생된다. 또한, 이 고조파는 안정기내에서 사용되는 역률 보상용 콘덴서의 절연 파괴 및 쵸크 코일의 과열이 발생되므로 안정기의 수명 및 안정성에 영향을 주는 문제점을 발생시키고, 상기 고조파는 PLC(전력선 통신)등의 댁내 통신 장치 운용시 전자 유도 장애에 의한 잡음을 발생시키는 문제점이 있다[도 5a 내지 도 5d 참조].

도 5a는 일반적인 위상 제어 방식으로 입력 교류 신호를 일정하게 하여 출력 전압/전류를 온/오프하는 방식에 적용한 것인데, 상기 방식은 전압/전류를 제어할 때 제어 구간에서 신호 흐름이 용이하지 않고 전압 제어점에서 심각한 고조파를 수반하는 문제점이 있다.

도 5b 내지 도 5d는 상기 제어 방식에서 입력 신호의 위상을 펄스폭 변조 제어를 통하여 출력의 신호 위상각을 점점 넓히는 방법으로 조도 제어의 폭이 넓어지나, 이 방식 또한 위상각의 제어 시점 및 제어 구간내에 고조파를 수반하고, 방전등의 플리커 현상이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 위상 제어시 발생되는 파형의 고조파를 감소시킬 수 있는 방전등용 조도 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 위상 제어시 발생되는 파형의 고조파를 감소시킴으로써 안정기의 수명 및 안정성에 영향을 주지 않는 방전등용 조도 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 전압/전류의 불안정에 따른 방전등의 플리커(떨림) 현상을 해결할 수 있는 방전등용 조도 제어 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 적용 구성도를 도시하며;

도 2는 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 블록도를 도시하며;

도 3은 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 회로도를 도시하며;

도 4a 내지 도 4c는 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 전압 주파수 응답 제어에 대한 출력 신호 파형을 도시하고;

도 5a 및 도 5d는 종래 기술에 따른 출력 신호 파형을 도시한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1; 조도 제어 장치 3; 안정기

5; 방전등 10; 전원부

20; 주파수 필터부 30; 영전위 검출부

40; 오프셋 포인트 출력부 50; 마이크로프로세서

60; 내부 출력 제어부 70; 외부 출력 제어부

80; 저주파 필터부 90; 데이터 처리부

100; 표시부/가청부 110; 장애 처리부

120; 마이크로프로세서 보호부 130; 원격 제어기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 조도 제어 장치는

교류 60Hz의 신호로부터 보다 더 정확한 교류 60Hz의 신호만을 필터링하기 위한 주파수 필터부와, 상기 필터링된 교류 전원상의 주파수에서 영전위점을 교차하는 신호를 검출하기 위한 영전위 검출부와, 상기 영전위 검출부에서 나온 상태 신호를 일정 레벨의 폭으로 잘라서 마이크로프로세서에서 요구되는 레벨로 신호를 생성하기 위한 오프셋 포인트 출력부와, 정전압 및 영전위 오프셋 포인트를 입력받아 주파수 폭 변조를 수행하는 마이크로프로세서와, 상기 마이크로프로세서로부터 주파수 폭 변조된 신호를 입력받아 이를 일정 레벨로 다시 1차 피드백 증폭 신호를 처리하기 위한 내부 출력 제어부와, 상기 내부 출력 제어부를 통해 1차 피드백 증폭 신호를 이용하여 출력 측으로 조도 제어된 레벨의 신호를 공급하기 위한 외부출력 제어부와, 상기 외부 출력 제어부에서 출력되는 조도 제어된 레벨의 신호의 노이즈를 제거하는 저주파 필터부를 포함하는데, 상기 영전위 검출부는 주파수 필터부로부터 주파수 필터링된 교류 신호를 받아 영전위점을 검출하는 광 커플러로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 커플러의 컬렉터는 정전압 생성부에서 생성된 VCC에 연결되고 광 커플러의 이미터는 와이어-OR(Wire-OR)로 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 적용 구성도를 도시하고, 이 도면은 조도 제어 장치(1), 안정기(3) 및 방전등(5)으로 구성되어 있다. 여기서 조도 제어 장치(1)는 이하 상세히 설명되고, 안정기(3) 및 방전등(5)은 일반적으로 널리 공지되어 있는 기술이므로 이하 생략하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 블록도를 도시하고, 도 3은 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 회로도를 도시한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 조도 제어 장치(1)는 전원부(10), 주파수 필터부(20), 영전위 검출부(30), 오프셋 포인트 출력부(40), 마이크로프로세서(50), 내부 출력 제어부(60), 외부 출력 제어부(70), 저주파 필터부(80), 데이터 처리부(90), 장애 처리부(100), 표시부/가청부(110), 마이크로프로세서 보호부(120) 및 원격 제어기(130)를 포함할 수 있다.

상기 전원부(10)는 입력 포트(IN1, IN2)로부터 인가된 교류 전압 220V를 교류 전압 9V로 변환하는 전원 입력부(12)와, 상기 전원 입력부(12)에 의해 변환된 교류 전압 9V를 직류 전압 9V로 변환하는 전압 변환부(14)와, 상기 전압 변환부(14)에 의해 변환된 직류 전압 9V를 정전압 레벨의 직류 VCC로 생성하는 정전압 생성부(16)로 구성된다.

상기 전원 입력부(12)는 서미스터(D1), 커패시터(C1 및 C10), 인덕터(L1) 및 트랜스(T1)로 구성된다. 상기 전원 입력부(12)는 입력 포트(IN1, IN2)로부터 안정기(3) 및 방전등(5)으로 공급되는 전원을 낙뢰 방지용 서미스터(D1)를 통하여 입력 전원으로부터 상기 조도 제어 장치(1)를 보호하며, 또한 입력 전원으로부터 보호된 전원을 입력받아 이를 노이즈 필터링[C1과 C10은 병렬 연결되고 C10과 L1은 직렬 연결되어 노이즈 필터 역할을 함]하고 조도 제어 장치(1) 내부 회로에 필요한 전원을 생성하는 수단이다.

상기 전압 변환부(14)는 트랜스(T1)의 출력측에 연결된 다이오드(D2-D5)들을 갖는 브리지 회로로 구성된다.

상기 정전압 생성부(16)는 일정한 전압/전류를 생성하는 정전압용 레귤레이터(U1)와, 이 레귤레이터와 연결되어 있는 커패시터(C6 내지 C9)로 구성된다. 상기 정전압 생성부(16)는 다이오드(D2 내지 D5)들을 갖는 브릿지 회로를 통한 직류 전원을 이용하여 입력 전원의 리플 및 노이즈에 관계없이 직류 정전압을 영전위 검출부(30), 오프셋 포인트 출력부(40), 마이크로프로세서(50), 내부/외부 출력 제어부(60, 70), 데이터 처리부(90) 및 표시부/가청부(110)에 제공하는 수단이다.상기 정전압 생성부(16)는 고조파를 감소시키고 플리커 현상을 제거하기 위해 정전압을 제공한다. 여기서, 상기 전원부(10)의 소자 구성은 일반적으로 공지되어 있으므로 일부 설명은 생략하기로 한다.

상기 주파수 필터부(20)는 저항(R1) 및 커패시터(C2 내지 C4)로 구성된다. 상기 저항(R1) 및 커패시터(C2 내지 C4)는 직병렬 연결되어 있다. 전원 입력부(12)의 트랜스(T1)의 출력측과 커패시터(C2, C3)가 직렬 연결되고 커패시터(C4, C5)가 직렬 연결되고 저항(R1)과 병렬 연결된 주파수 필터부(20)는 외부 전원 입력과 동기된 전원의 주파수 상태(동위상) 검출을 위한 것으로 전원 입력부(12)의 트랜스(T1)를 통해 교류 9V로 변환된 전원을 이용하여 정확한 교류 60hz의 주파수를 얻기 위한 수단이다. 또한, 주파수 필터부(20)는 입력 포트(IN1, IN2)로부터 공급된 교류 60hz 전원과 동위상 주파수 상태에 있는 영전위 검출을 할 수 있게 하는 것이다.

상기 영전위 검출부(30)는 주파수 필터부(20)로부터 주파수 필터된 교류 신호를 받아 영전위점을 검출하는 광 커플러(PC1, PC2)로 구성된다. 주파수 필터부(20)의 저항(R1)의 타단과 접속된 신호가 광 커플러(PC1)의 애노드와 광 커플러(PC2)의 캐소드에 연결되고 광 커플러(PC1, PC2)의 컬렉터(C)는 정전압 생성부(16)에서 생성된 VCC에 연결되며 광 커플러(PC1, PC2)의 이미터(E)는 와어어-OR(Wire-OR)로 연결된다. 또한, 광 커플러(PC1)의 이미터(E)는 오프셋 포인트 검출부(40)의 저항(R2)의 타단에 연결되고 광 커플러(PC2)의 이미터(E)는 오프셋 포인트 검출부(40)의 저항(R3)의 타단에 연결된다. 상기 영전위 검출부(30)는상기 주파수 필터된 교류 전원상의 동위상 주파수에서 입력 전원의 주파수 도형상의 +측 파형을 광 커플러(PC1)가 제어하고 -측 파형을 광 커플러(PC2)가 제어하여 각각 전압의 0V 전압점과 일치되는 전압점을 기준으로 신호를 추출하여 동위상의 영전위 파형을 검출한다.

상기 오프셋 포인트 출력부(40)는 트랜지스터(Q1) 및 저항(R2 내지 R4)으로 구성된다. 상기 오프셋 포인트 출력부(40)는 영전위 검출부(30)로부터 검출된 영전위 신호 레벨을 마이크로프로세서(50)에서 요구하는 신호 레벨과 폭을 만들어 주기 위한 오프셋 포인트 신호를 검출하는 기능을 수행한다. 오프셋 포인트 출력부(40)의 연결 관계를 설명하면, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터(C)는 저항(R4)을 통하여 접지되며, 접지와 저항(R3)를 통하여 상기 영전위 검출부(30)의 이미터(E)와 와이어-OR되어 연결된 저항(R2)의 타단과 연결된다. 베이스(B)는 저항(R2)의 일단에 연결되고, 이미터(E)는 VCC에 연결된다. 저항(R2) 및 저항(R3)은 트랜지스터(Q1)의 바이어스 레벨을 잡아주는 역할을 하며, 저항(R4)은 오프셋 포인트 검출부(40)의 출력 레벨을 결정하는데 사용된다. 상기 오프셋 포인트 출력부(40)는 상기와 같은 구성으로 상기 영전위 검출부(30)에서 나온 상태 레벨의 신호를 일정 폭으로 잘라서 마이크로프로세서(50)에서 요구되는 레벨로 오프셋 포인터 펄스 신호를 생성하여 마이크로프로세서(50)의 입출력 신호 접속부(CON6)에 접속되고 마이크로프로세서(50)의 입력 신호를 제공한다.

상기 마이크로프로세서(50)는 상술한 정전압 및 영전위 오프셋 포인트를 입력받아 주파수를 응용한 펄스폭 변조(FWM)를 수행하고, 수동/원격 제어에 의해 원하는 조도 제어, 장애 상태 표시, 및 회로 동작 장애에 대한 가청을 지시하는 수단이다. 또한, 상기 마이크로프로세서(50)는 이 마이크로프로세서(50)의 순간 전압/전류를 보호하는 마이크로프로세서 보호부(120)를 포함한다.

또한, 마이크로프로세서(50)는 전원 주파수를 이용한 펄스폭 변조를 통하여 플리커 현상을 제어한다. 마이크로프로세서(50)는 내부 출력 제어부(60)의 출력 신호를 피드백받아서 급격한 조도 변화에 능동적으로 대처할 수 있도록 프로그램되어 있으며, 플리커 현상의 가장 큰 문제가 되는 방전등의 부하 저항값을 상기 프로그램에 반영하고, 사용자 명령 수행에 대한 FWM을 수행하여, 저전위 레벨의 조도 제어시 흔히 발생되는 플리커 현상을 제거하는 기능을 수행한다.

상기 내부 출력 제어부(60)는 마이크로프로세서(50)의 출력측에 연결되어 있는 트랜지스터(Q2)로 구성된다. 상기 트랜지스터(Q2)의 컬렉터(C)는 접지되며, 베이스(B)는 마이크로프로세서(50)의 입출력 신호 접속부(CON6)에 접속되며 마이크로프로세서(50)의 출력 신호로 연결되고, 이미터(E)는 외부 출력 제어부(70)에 연결된다. 상기 내부 출력 제어부(60)는 상기 마이크로프로세서(50)에서 주파수를 응용한 펄스폭 변조(FWM)된 신호를 입력받아 이를 일정 레벨로 다시 증폭 반전하여 외부 출력 제어부(70)에서 요구하는 신호를 출력시키며, 그 결과를 마이크로프로세서(50)에 제공한다.

상기 외부 출력 제어부(70)는 광 아이솔레이터(MOC1, MOC2), 저항(R5, R6, R7, R8, R9, R10), 커패시터(C11, C12), 다이오드(D6) 및 트라이액(DB1)으로 구성된다. 광 아이솔레이터들(MOC1 및 MOC2)이 직렬 연결되며, 광 아이솔레이터(MOC1)는 저항(R6)과 병렬 연결되고 이는 저항(R8)의 일단과 연결되어 트라이액(DB1)의 애노드(A1)와 저항(R8)의 타단에 연결된다. 광 아이솔레이터(MOC2)는 저항(R7)과 병렬 연결되고 이는 저항(R10)의 일단과 연결되어 트라이액(DB1)의 애노드(A2)와 저항(R10)의 타단에 연결된다. 상기 내부 출력 제어부(60)에서 처리된 신호가 광 아이솔레이터(MOC2)의 캐소드와 연결되고 이는 다이오드(D6)의 애노드에 접속되고 다이오드(D6)의 캐소드는 저항(R5)을 통하여 VCC에 연결되며, 광 아이솔레이터(MOC1)의 애노드와 연결된다. 저항(R5)은 광 아이솔레이터(MOC1)의 바이어스 값으로 사용된다. 트라이액(DB1)의 게이트는 광 아이솔레이터(MOC2)와 병렬 접속 저항(R7)의 일단과 연결되며, 트라이액(DB1)의 애노드(A2)는 저항(R10)의 타단에 연결되어 커패시터(C112)와 직렬 연결되고, 커패시터(C12)와 직렬 연결된 저항(R9)의 일단과 연결되고, 커패시터(C12)의 타단과 커패시터(C11)의 타단은 트라이액(DB1)의 애노드(A1)와 연결되고, 광 아이솔레이터(MOC1)와 연결된 저항(R8)의 타단에 연결된다. 이것은 출력 포트(OUT1, OUT2)의 저주파 필터부(80)를 구성하고 있는 커패시터(C13)의 타단과 접속되어 조도 제어 장치의 한쪽 출력 신호가 된다.

또한, 상기 외부 출력 제어부(70)는 내부 출력 제어부(60)를 통해 반전 증폭된 신호를 피드백하여 이용함으로써 출력 측으로 원활한 조도 제어 출력 전원을 공급하기 위한 수단이다. 상기 외부 출력 제어부(70)는 내부 출력 제어부(60)로부터 외부 출력 제어부(70)의 입력 신호에 맞게 레벨 변환 증폭된 신호를 2개의 불규칙 위상 광 아이솔레이터(MOC2)의 입력측 캐소드에 입력하며, 다이오드(D3)를 통하여 교류 전원 주파수 신호의 +측 신호 파형의 레벨 처리를 위하여 광아이솔레이터(MOC1)의 애노드에 입력하고, 광 아이솔레이터(MOC1)의 캐소드 및 광 아이솔레이터(MOC2)와 애노드와 직렬 연결하여 운용함으로써 교류 60Hz 주파수 전 구간의 신호에 대해 조도 제어를 가능하게 한다. 이 때, 광 아이솔레이터(MOC1, MOC2)의 수광부의 주신호 출력부(Mainterm) 측에는 바이어스 저항(R6, R7)이 병렬 연결됨으로써 교류 60Hz 주파수 신호의 +측 파형 또는 -측 파형의 시작점과 종료점을 제어한다.

상기 제어된 신호는 저항(R8, R10)을 통하여 외부 출력 제어부(70)의 트라이액(DB1)의 애노드(A1 및 A2)에 적절한 전압을 제공하여 신호를 전달한다. 또한, 광 아이솔레이터(MOC2)의 최종 신호에 대한 수광부 주신호 출력부 신호는 트라이액(DB1)의 게이트가 직접 연결되어 조도 제어 장치(1)의 고조파 제거를 위한 전류/전압 제어를 용이하게 한다. 출력 제어된 신호는 트라이액(DB1)의 애노드 A1을 통하여 최종 출력 전압으로 나가기 전에 트라이액(DB1)의 두 애노드 사이에서 커패시터(C12) 및 저항(R9)이 직렬 연결되고 이들과 커패시터(C11)가 병렬 연결되어 트라이액(DB1)의 전류 제어에 따른 마이크로프로세서(50)에서 디지털 신호로 주파수 폭 변조시 발생되는 쵸핑 현상에 따른 디지털 신호의 온/오프시에 전류의 끊어짐 현상을 제거하고, 그것은 최종 출력되는 전압의 고조파를 1차 차단해 주는 고조파 필터 역할을 한다.

상기 마이크로프로세서(50)에서 제어되는 주파수의 폭 변조의 신호는 광 아이솔레이터(MOC1, MOC2)를 통해 교류 신호의 파형 +/- 양측파대의 제어를 동시에 용이하게 하고 이를 트라이액(DB1)의 게이트 입력으로 공급하여 전압/전류를 제어하여, 아날로그 신호인 교류 60hz 신호가 연속적으로 제어된다. 따라서, 마이크로프로세서(50)가 조도를 제어할 때 방전등에서 발생되는 심각한 고조파 문제가 발생되지 않는다. 또한, 방전등의 가스 활성화에 필요한 최소 관전압 전류가 급격히 변화되지 않도록 방전등이 제어됨으로써, 방전등의 플리커 현상이 발생되지 않는다.

상기 저주파 필터부(80)는 인덕터(L2) 및 커패시터(C13)로 구성된다. 상기 인덕터(L2) 및 커패시터(C13)는 직렬 연결되어 있다. 이러한 구성은 상기 외부 출력 제어부(70)에서 나온 조도 제어된 레벨의 신호를 출력 포트(OUT1, OUT2)를 통해 안정기(3)로 보내지는 최종 출력 전압 신호에서 발생되는 저주파 및 고주파를 제거하고, 고조파의 발생을 제거하는 제 2 노이즈 필터 역할을 한다. 또한, 상기 저주파 필터부(80)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있지 않지만, 안정기(3)와 연결되어 있다.

상기 데이터 처리부(90)는 마이크로프로세서(50)에 대해 사용자가 원하는 조도의 상태를 수동 또는 원격 제어기(130)로 수행할 수 있게 하는 수단이다. 여기서, 원격 제어기는 일반적인 구성이므로 그 설명은 생략한다.

상기 장애 처리부(100)는 예컨대 조도 제어 장치(1)의 구성요소가 고장났을 때, 외부 입력 전원을 외부 제어 출력부(70)에 직접 공급하는 역할을 한다.

상기 표시부/가청부(110)는 마이크로프로세서(50)에서 수동 또는 원격으로 요구하는 조도의 상태를 나타내며, 마이크로프로세서(50)의 자체 장애 상태 또는 마이크로프로세서(50)에 의해 제어되는 주변 회로에서 발생된 장애의 상태 표시 및 부저(도시되지 않음)로 알려주는 수단이다.

여기서, 상기 마이크로프로세서(50), 데이터 처리부(90), 장애 처리부(100), 표시부/가청부(110), 및 마이크로프로세서 보호부(120)의 회로 구성은 공지된 구성이므로 도 3의 회로도에 도시되어 있지 않다.

도 4a 내지 도 4c는 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치의 전압 주파수 응답 제어에 대한 출력 신호 파형을 도시한다. 도 4a는 정격 전압/주파수 상태 하에서 조도 제어 전 상태의 출력 파형이다. 도 4b 및 도 4c는 60Hz 신호를 제어 주파수 변화폭에 전압 레벨을 분배하는 기술로서 전압 레벨을 조도 제어 명령의 한스텝 당 n 볼트 기준으로 2n 단계의 변화 폭을 나타내고, 조도 제어 효과를 명확히 나타내는 출력 파형이다. 본 고안에 의한 조도 제어 장치(1)는 종래의 위상 제어시 입력 주파수의 파형이 왜곡되어 고조파가 발생하는 문제점을 해결할 수 있는데, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 사용자가 수동 및 원격 조도 제어를 행하는데 있어서 입력 전압 파형을 손상시키는 것없이 고조파 문제를 해결하고 방전등의 특성상 안정기가 초기에 고압의 방전 전압을 사용하고 방전등의 관 전압 전류를 유지하게 하며, 조도 제어가 수행되는 상태에서는 예열된 방전등의 최소 관 전류를 유지시킨 상태로 안정기에 제공되는 전압을 단계적으로 낮추거나 또는 최대 정격 전압까지 올림으로써 전압/전류에 의한 실제적인 방전등의 조도 제어가 효과적으로 구현될 수 있다.

또한, 도 4b는 데이터 처리부(90)로부터 30%의 조도 제어가 요구되면 마이크로프로세서(50)가 이를 전달받아 영전위 오프셋 신호를 이용하여 주파수 폭 변조를 제어 범위만큼 제어 신호를 출력하면서 내부 출력 제어부(60)에서 이를 반전 증폭하여 외부 출력 제어부(70)로 전달함과 동시에 마이크로프로세서(50)에 외부 출력 제어점의 상태를 피드백하여 반영 출력함으로써, 전압의 레벨을 30% 낮추고 전류를 유지시키며, 교류 60Hz 신호의 상측파대 및 하측파대의 폭을 서서히 제어 출력하게 된다. 이 도면에서, 제어점이 완료될 때까지 신호의 흐름이 끊어짐이 없이 전압 전류의 레벨 제어가 이루어지도록 한 것이다.

그리고, 도 4c는 데이터 처리부(90)로부터 70%의 조도 제어가 요구되면 마이크로프로세서(50)가 이를 전달받아 영전위 오프셋 신호를 이용하여 주파수 폭 변조를 제어 범위 만큼 제어 신호를 출력하면서 내부 출력 제어부(60)에서 이를 반전 증폭하여 외부 출력 제어부(70)로 전달함과 동시에 마이크로프로세서(50)에 외부 출력 제어점의 상태를 피드백하여 반영 출력함으로써, 전압의 레벨을 70% 낮추고 전류를 유지시키며, 교류 60Hz 신호의 상측파대 및 하측파대의 폭을 서서히 제어 출력하게 된다. 이 도면에서, 제어점이 완료될 때까지 신호의 흐름이 끊어짐이 없이 전압 전류의 레벨 제어가 이루어지도록 한 것이다.

상기와 같은 구조를 갖는 조도 제어 장치(1)의 동작에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 조도 제어 장치(1)는 외부로부터 공급되는 교류 60hz 상전원을 입력 포트(IN1, IN2)로부터 받아 서미스터(D1)를 통과시킨다.

그 다음, 서미스터(D1)를 통과한 신호에 대해 커패시터(C10)과 직렬 연결된 인덕터(L1)가 커패시터(C2)와 병렬 접속되어 교류 60Hz 신호의 노이즈 필터 회로가되고 이 노이즈 필터 회로를 통과한 신호가 트랜스(T1)를 통과한다. 상기 트랜스(T1)를 통하여 교류 220V 60Hz 신호가 교류 9V 60Hz 신호로 변환되며, 다이오드(D2 내지 D5)는 상기 교류 9V 60Hz 신호를 직류 신호로 변환하여 정류시킨다.

이어서, 정전압용 레귤레이터(U1)은 이렇게 정류된 신호를 리플제거용 커패시터(C6,C7) 및 정전압 필터용 커패시터(C8,C9)를 사용하여 정전압 VCC 전원으로 생성한다. 이 때, 생성된 정전압은 마이크로프로세서(50)가 필요한 정전압 VCC 전원으로 제공하며, 영전위 검출부(30), 오프셋 포인트 출력부(40), 내부 출력 제어부(60) 및 외부 출력 제어부(70)에도 공급된다.

또한, 트랜스(T1)를 통해 생성된 교류 9V 60Hz 신호는 저항(R1)과 커패시터(C2 내지 C5)를 이용하여 주파수 필터링된 신호로 영전위 검출부(30)의 광 커플러(PC1, PC2)에서 정확한 영전위 검출이 이루어지게 한다. 이 때, 주파수 필터링된 신호는 영전위 검출부의 광 커플러(PC1)의 캐소드와 광 커플러(PC2)의 애노드에 동위상의 동일한 레벨로 제공된다. 이 신호를 통해 광 커플러(PC1, PC2)는 교류 60Hz 신호 파고의 상태를 판단하여 영전위점을 찾는다. 검출된 영전위점 신호를 마이크로프로세서(50)가 데이터를 용이하게 처리하도록 저항(R2내지R4) 및 트랜지스터(Q1)가 영전위 신호를 오프셋 포인트 신호로 변환 생성한다. 생성된 오프셋 포인트 신호는 마이크로 프로세스의 입력 신호로 제공된다.

상기 마이크로프로세서(50)는 상기 정전압 생성부(16)를 통하여 정전압 전원, 및 상기 오프셋 포인트 검출부(40)를 통해 영전위점의 오프셋 포인트 신호에 대한 정보를 제공받아서, 데이터 처리부(90)로부터 요구되는 제어 신호에 따라 FWM변조를 통해 조도 제어를 용이하게 처리하고, 이에 따른 장애 발생 또는 프로그램 오류 문제를 표시/가청 하도록 제어한다.

또한, 마이크로프로세서(50)는 데이터 처리부(90)의 요구에 따라 수행된 출력 신호를 트랜지스터(Q2)의 베이스를 통해 접속하고 트랜지스터(Q2)의 이미터 신호를 통해 반전 증폭하여 광 아이솔레이터(MOC2)의 캐소드에 접속 교류 주파수의 상측파대 신호를 처리하고, 다이오드(D3)를 통한 광 아이솔레이터(MOC1)의 애노드로 접속되어 교류 주파수의 하측파대 신호를 처리함으로써 동시에 교류 60Hz 전대역 신호를 제어한다. 이 때, 내부 출력 제어부(60)는 트랜지스터(Q2)의 이미터 출력 신호를 마이크로프로세서(50)로 피드백시켜 제어 신호 흐름의 급격한 변화를 방지한다.

또한, 2개의 광 아이솔레이터(MOC1, MOC2)의 수광부 주신호 출력부에 바이어스 저항(R6, R7)을 각각 병렬 연결함으로써 교류 60Hz 신호의 상측파대 또는 하측파대 신호 레벨의 시작점과 끝점을 균등하게 제어하게 한다. 이어서, 이 신호를 저항(R8, R10)을 통하여 전류의 값을 제어하는 트라이액(DB1)의 애노드(A1, A2)에 각각 접속시켜 전압 레벨을 제어하도록 하며, 또한 이 신호를 트라이액(DB1)의 게이트(G)에 접속하여 전류의 흐름을 제어함으로써 출력 주파수폭 제어 신호의 전압/전류 레벨을 제어한다.

또한, 트라이액(DB1)의 애노드(A1, A2)간에 커패시터(C11), 및 저항(R9)와 직렬 연결된 커패시터(C12)는 1차 고주파 필터 기능을 수행하도록 병렬 연결되고, 상기 기술한 내용과 같이 고조파 및 관 전압 전류에 급격한 변화가 발생하지 않게하여 플리커 현상을 제거 하였으며, 아울러 최종 출력 포트(OUT1, OUT2)의 양단에 2차로 인덕터(L2)와 커패시터(C13)를 직렬 연결한 저주파 필터를 병렬 연결하여 고조파가 제거된 조도 제어를 달성한다. 이러한 구성으로, 조도 제어된 신호는 출력 포트(OUT1, OUT2)를 통하여 안정기(3)의 전원으로 제공된다.

이상에서 설명한 본 고안은, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부 도면에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같은 본 고안에 따른 방전등용 조도 제어 장치는 위상 제어시 발생되는 파형의 고조파를 감소시켜서 안정기의 수명 및 안정성에 영향을 주지 않고, 또한 전압/전류의 불안정에 따른 방전등의 플리커 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 교류 60Hz의 신호로부터 보다 더 정확한 교류 60Hz의 신호만을 필터링하기 위한 주파수 필터부(20)와,

   상기 필터링된 교류 전원상의 주파수에서 영전위점을 교차하는 신호를 검출하기 위한 영전위 검출부(30)와,

   상기 영전위 검출부(30)에서 나온 상태 신호를 일정 레벨의 폭으로 잘라서 마이크로프로세서(50)에서 요구되는 레벨로 신호를 생성하기 위한 오프셋 포인트 출력부(40)와,

   정전압 및 영전위 오프셋 포인트를 입력받아 주파수 폭 변조를 수행하는 마이크로프로세서(50)와,

   상기 마이크로프로세서(50)로부터 주파수 폭 변조된 신호를 입력받아 이를 일정 레벨로 다시 1차 피드백 증폭 신호를 처리하기 위한 내부 출력 제어부(60)와,

   상기 내부 출력 제어부(60)를 통해 1차 피드백 증폭 신호를 이용하여 출력 측으로 조도 제어된 레벨의 신호를 공급하기 위한 외부 출력 제어부(70)와,

   상기 외부 출력 제어부(70)에서 출력되는 조도 제어된 레벨의 신호의 노이즈를 제거하는 저주파 필터부(80)를 포함하는데,

   상기 영전위 검출부(30)는 주파수 필터부(20)로부터 주파수 필터링된 교류 신호를 받아 영전위점을 검출하는 광 커플러(PC1, PC2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전등용 조도 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 커플러(PC1, PC2)의 컬렉터(C)는 정전압 생성부(16)에서 생성된 VCC에 연결되고 광 커플러(PC1, PC2)의 이미터(E)는 와이어-OR로 연결되는 것을 특징으로 하는 방전등용 조도 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부 출력 제어부(70)는 광 아이솔레이터(MOC1, MOC2), 저항(R5, R6, R7, R8, R9, R10), 커패시터(C11, C12), 다이오드(D6) 및 트라이액(DB1)으로 구성되는데, 여기서 광 아이솔레이터들(MOC1 및 MOC2)이 직렬 연결되며, 광 아이솔레이터(MOC1)는 저항(R6)과 병렬 연결되고 이는 저항(R8)의 일단과 연결되어 트라이액(DB1)의 애노드(A1)와 저항(R8)의 타단에 연결되며, 광 아이솔레이터(MOC2)는 저항(R7)과 병렬 연결되고 이는 저항(R10)의 일단과 연결되어 트라이액(DB1)의 애노드(A2)와 저항(R10)의 타단에 연결되며, 상기 내부 출력 제어부(60)에서 처리된 신호가 광 아이솔레이터(MOC2)의 캐소드와 연결되고 이는 다이오드(D6)의 애노드에 접속되고 다이오드(D6)의 캐소드는 저항(R5)을 통하여 VCC에 연결되며, 광 아이솔레이터(MOC1)의 애노드와 연결되며, 저항(R5)은 광 아이솔레이터(MOC1)의 애노드에 연결되며, 트라이액(DB1)의 게이트는 광 아이솔레이터(MOC2)와 병렬 접속 저항(R7)의 일단과 연결되며, 트라이액(DB1)의 애노드(A2)는 저항(R10)의 타단에 연결되어 커패시터(C11)와 직렬 연결되며, 커패시터(C12)와 직렬 연결된 저항(R9)의 일단과 연결되며, 커패시터(C12)의 타단과 트라이액(DB1)의 애노드(A1)와 연결되고, 광 아이솔레이터(MOC1)와 연결된 저항(R8)의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 방전등용 조도 제어 장치.