KR20060117561A

KR20060117561A - 무전극 램프 시스템

Info

Publication number: KR20060117561A
Application number: KR1020050039487A
Authority: KR
Inventors: 정윤철; 최준식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-17
Also published as: CN1863426A; US7626835B2; EP1722609A3; EP1722609A2; US20060255743A1; JP2006318895A; CN1863426B; KR100677277B1

Abstract

본 발명은 무전극 램프 시스템에 관한 것으로, 특히 순간적으로 높은 전력으로 마그네트론을 발진시켜 벌브의 플라즈마 상태를 활성화시키는 주기를 반복함으로써 광효율을 증가시키게 하는 무전극 램프 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 무전극 램프 시스템에 동작 교류전원을 인가하는 전원부와; 상기 전원부를 통해 입력되는 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류에 가까운 전원으로 출력하는 정류부와; 스위칭 파손을 최소화시키는 최적의 듀티비를 검출하여 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터와; 상기 정류부의 출력 직류전원을 입력받아 상기 스위칭 제어신호에 의해 인버팅하여 교류전원을 출력하는 인버터부와; 상기 인버터부의 출력 교류전원과 1차측의 권선수를 고려한 전압이 2차측에 유기되는 변압부와; 상기 변압부를 통해 유기된 2차측 전압을 배압하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와; 상기 고압 발생부에 의해 발생된 고압을 구동전압으로 입력받아 마이크로 웨이브를 발생시키는 마그네트론으로 구성된다.

Description

무전극 램프 시스템{PLASMA LIGHTING SYSTEM}

도 1은 종래 무전극 램프 시스템의 구성을 보인 구성도.

도 2는 종래 무전극 램프 시스템을 보인 회로도.

도 3은 종래 무전극 램프 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무전극 램프 시스템의 구성을 보인 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무전극 램프 시스템을 보인 회로도.

도 6은 본 발명의 무전극 램프 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론의 발진전류와 발진전압을 보인 파형도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

41: 전원부 42: 정류부

43: 인버터부 44: 마이크로 컴퓨터

45: 변압부 46: 고압발생부

47: 마그네트론

본 발명은 무전극 램프 시스템에 관한 것으로, 특히 순간적으로 높은 전력으로 마그네트론을 발진시켜 벌브의 플라즈마 상태를 활성화시키는 주기를 반복함으로써 광효율을 증가시키게 하는 무전극 램프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 램프 시스템(PLS: Plasma Lighting System)은 전자레인지에 사용되는 고주파 발진기(마그네트론)에서 발생하는 전자파가 전구내 불활성가스를 플라즈마 상태로 만들면서 화합물 또는 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량을 제공할 수 있는 조명기기이다.

이러한 무전극 램프 시스템은 한 개의 PLS로 400W 메탈할라이드 네 개의 광속을 낼 수 있고 20%이상의 에너지 절감효과를 얻을 수 있다. 또, 필라멘트 없이 플라즈마 발광원리에 의해 빛을 방출하기 때문에 광속저하 없이 오랜 시간을 사용할 수 있고, 자연 백색광과 동일한 연속 광스팩트럼을 구현하기 때문에 시력보호는 물론 자외선이나 적외선의 방출을 줄여 편안한 조명 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 무전극 램프 시스템의 구성을 보인 구성도이다.

상기 도 1을 참조하면, 전원부(11)는 무전극 램프 시스템에 동작 교류전원을 공급한다.

정류부(12)는 상기 전원부(11)를 통해 입력되는 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류에 가까운 전원으로 출력한다.

하프브리지 인버터부(13)는 상기 정류부(12)의 출력 직류전원을 스위칭 제어신호에 의해 인버팅하여 교류전원을 출력한다. 상기 하프브리지 인버터부(13)의 내부구성에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.

마이크로 컴퓨터(14)는 스위칭 제어신호를 출력하여 상기 하프브리지 인버터부(13)의 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 교번 스위칭한다.

변압부(15)는 상기 하프브리지 인버터부(13)의 출력 교류전원과 1차측의 소정 권선수를 고려한 전압이 2차측에 유기된다.

고압 발생부(16)는 상기 변압부(15)를 통해 유기된 2차측 전압을 배압하여 고압을 발생시킨다. 여기서 상기 고압 발생부(16)의 내부구성에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.

마그네트론(17)은 상기 고압 발생부(16)에 의해 발생된 고압을 구동전압으로 인가받아 마이크로 웨이브를 발생시킨다.

도 2는 종래 무전극 램프 시스템을 보인 회로도이고, 도 3은 종래 무전극 램프 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

상기 도 2와 도 3을 참조하면, 마이크로 컴퓨터(14)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)가 교번 스위칭할 수 있도록 스위칭 제어신호를 상기 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 인가한다. 그러면, 스위칭 주파수에 따라서 공진 전압 및 전류를 증감할 수 있게 된다.

그러면, 변압부(15)의 1차측 코일에 흐르는 전압과 전류는 'V1'과 'i1'으로 표시하였다. 그리고, 상기 1차측 코일에 흐르는 전압(V1)과 전류(i1)을 기준으로 제1 스위치(S1)에는 정류부(12)에 의해 정류된 전압(Vd)이 걸리게 되고, 제2 스위치(S2)에는 상기 정류부(12)에 의해 정류된 전압(Vd)의 음전압(-Vd)이 걸린다. 이에, 상기 변압부(15)의 1차측 코일에 흐르는 전류(i1)는 도시된 바와 같다.

그러면, 상기 고압 발생부(16)는 상기 변압부(15)를 통해 유기된 2차측 전압을 커패시터(C)와 다이오드(D1, D2) 및 저항(R)을 통해 배압하고, 그에 따라 고압을 발생시키며 그 고압을 마그네트론(MGT)(17)에 인가한다. 이에, 상기 마그네티론(MGT)(17)은 입력된 고압을 구동전압으로 인가받아 마이크로 웨이브를 발생시킨다.

상기 마그네트론(MGT)(17)내에 존재하는 벌브(미도시)에서 마그네트론이 발진하고 이는 도파관을 통하고 공진기를 통해 벌브에 에너지가 전달된다. 그러면 상기 벌브내에서는 전자충돌로 인하여 플라즈마가 발생되면서 빛으로 변환하는 동작 특성을 갖는다.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 램프 시스템은 마이크로 웨이브를 이용한 펄스구동과 매칭이 좋은 관계로 펄스구동시 광효율이 상승하는 효과가 있으나, 현재의 공진형 하프브리지 인버터로서는 펄스 구동이 불가한 관계로 광효율이 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 순간적으로 높은 전력으로 마그네트론을 발진시켜 벌브의 플라즈마 상태를 활성화시키는 주기를 반복함으로써 광효율을 증가시키게 하는 무전극 램프 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무전극 램프 시스템에 동작 교류전원을 인가하는 전원부와;

상기 전원부를 통해 입력되는 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류에 가까운 전원으로 출력하는 정류부와;

스위칭 파손을 최소화시키는 최적의 듀티비를 검출하여 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터와;

상기 정류부의 출력 직류전원을 입력받아 상기 스위칭 제어신호에 의해 인버팅하여 교류전원을 출력하는 인버터부와;

상기 인버터부의 출력 교류전원과 1차측의 권선수를 고려한 전압이 2차측에 유기되는 변압부와;

상기 변압부를 통해 유기된 2차측 전압을 배압하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와;

상기 고압 발생부에 의해 발생된 고압을 구동전압으로 입력받아 마이크로 웨이브를 발생시키는 마그네트론으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

하기의 설명에서 무전극 램프 시스템에 따른 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상 의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 무전극 램프 시스템의 구성을 보인 구성도이다.

상기 도 4를 참조하면, 전원부(41)는 무전극 램프 시스템에 동작 교류전원을 공급한다.

정류부(42)는 상기 전원부(41)를 통해 입력되는 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류에 가까운 전원으로 출력한다.

인버터부(43)는 상기 정류부(42)의 출력 직류전원을 스위칭 제어신호에 의해 인버팅하여 교류전원을 출력한다. 여기서, 상기 인버터부(43)는 쎄미-브리지 인터버(SEMI-BRIDGE INVERTER)일 수 있다. 상기 인버터부(43)의 내부구성에 대해서는 상세히 후술하도록 한다.

마이크로 컴퓨터(44)는 스위칭 파손을 최소화시키는 최적의 듀티비(duty ratio)를 검출하여 상기 스위칭 제어신호를 출력한다. 또한, 상기 마이크로 컴퓨터(44)는 마그네트론(47)의 벌브(무전극 전구)내의 물질에 따른 실험치의 듀티비가 기 설정되어 저장되는 메모리(미도시)를 포함한다.

변압부(45)는 상기 하프브리지 인버터부(33)의 출력 교류전원과 1차측의 소정 권선수를 고려한 전압이 2차측에 유기된다.

고압 발생부(46)는 상기 변압부(45)를 통해 유기된 2차측 전압을 배압하여 고압을 발생시킨다.

마그네트론(47)은 상기 고압 발생부(46)에 의해 발생된 고압을 구동전압으로 인가받아 마이크로 웨이브를 발생시킨다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무전극 램프 시스템을 보인 회로도이고, 도 6은 본 발명의 무전극 램프 시스템의 동작을 설명하기 위한 파형도이다

상기 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 마이크로 컴퓨터(44)의 제어하에 인버터부(43)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 마이크로 컴퓨터(44)는 상기 도 6에 도시된 바와 같이 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 동시에 턴온시킨다. 상기 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 동시에 턴온하면 변압부(45)의 1차측에 상기 도 5에 도시된 바와 같은 전압(Vd, -Vd)이 걸리고, 이것이 2차측으로 유기되면서 승압된다. 이때, 상기 변압부(45)의 1차측에 흐르는 전압(i1)은 상기 도 5에 도시된 바와 같다.

그러면, 상기 변압부(45)의 2차측에 유기된 전압이 콘덴서(C)에 충전되었던 전압과 함께 마그네트론(MGT)(47)에 구동전압이 걸리게 된다. 이에, 상기 마그네트론(MGT)(47)은 구동하고 전자파가 발생이 되어 이것이 버블의 내용물을 이온화시킴으로써, 상기 마그네트론(MGT)(47)은 플라즈마화 되면서 빛을 발산하게 된다.

그리고, 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 동시에 턴오프하면 변압부(45)에 누적되어있던 에너지는 다이오드(D1, D2)를 통해서 전원쪽으로 프리 휠링(FREE WHEELING)하게 되고 변압부(45)의 2차측에서는 다이오드(D3)가 도통되면서 콘덴서(C)에 전압이 상기 변압부(45)의 에너지가 다 소모될때까지 충전을 하게 된다.

그리고, 상기 변압부(45)의 에너지가 다 소모되지 않았는데 다시 제1, 제2 스위치(S1, S2)를 턴온하면서 에너지 누적으로 포화되고 스위치 파손이 발생할 수 있으므로, 마이크로 컴퓨터(44)는 듀티비를 고려하여 스위칭하게 된다.

이후, 마그네트론(MGT)(47)을 발진시키기 위해 변압부(45)의 2차측에 위치한 캐소드 히터(미도시)에 약 10A의 전류를 인가한다. 그러면, 상술한 동작에 따라 첨부된 도 7에 도시된 바와 같이 마그네트론(MGT)(47)에서는 발진전류(ibm)와 발진전압(Ebm) 파형과 같은 특성을 갖게 됨을 알 수 있다.

따라서, 제1, 제2 스위치(S1, S2)의 턴온타임을 제어함으로써, 펄스 구동이 가능하게 된다. 즉, 본 발명은 무전극 램프 시스템을 구동할때 시간간격상으로 볼때 거의 균등하게 벌브에 전원을 인가하는 것보다, 같은 전원으로 시간축상으로 1주기상에서 듀티비 40%이하의 순간 전원을 인가하는 것이 광효율을 상승시킬 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 순간적으로 높은 전력으로 마그네트론을 발진시켜 벌브의 플라즈마 상태를 활성화시키는 주기를 반복함으로써, 광효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

무전극 램프 시스템에 동작 교류전원을 인가하는 전원부와;

상기 전원부를 통해 입력되는 교류전원을 정류 및 평활시켜 직류에 가까운 전원으로 출력하는 정류부와;

스위칭 파손을 최소화시키는 최적의 듀티비를 검출하여 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터와;

상기 정류부의 출력 직류전원을 입력받아 상기 스위칭 제어신호에 의해 인버팅하여 교류전원을 출력하는 인버터부와;

상기 인버터부의 출력 교류전원과 1차측의 권선수를 고려한 전압이 2차측에 유기되는 변압부와;

상기 변압부를 통해 유기된 2차측 전압을 배압하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와;

상기 고압 발생부에 의해 발생된 고압을 구동전압으로 입력받아 마이크로 웨이브를 발생시키는 마그네트론으로 구성된 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 마이크로 컴퓨터는,

마그네트론의 무전극 전구(벌브)내의 물질에 따른 실험치의 듀티비가 기 설정되어 저장되는 메모리를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시 스템.
제1 항에 있어서, 상기 마이크로 컴퓨터는,

인버터내의 제1, 제2 스위치를 동시에 턴온시키는 스위칭 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 인버터부는,

직렬 접속된 제1 트랜지스터와 제1 다이오드를, 직렬 접속된 제2 다이오드와제2 트랜지스터를 병렬 접속한 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제4 항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터의 에미터는,

제1 다이오드의 캐소드와 접속되고 그 접속점에서 제1 출력신호가 발생되는것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제5 항에 있어서, 상기 제1 출력신호는,

제1 스위칭 제어신호에 의해 제1 트랜지스터가 턴온되어 양의 펄스전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제4 항에 있어서, 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터는,

제2 다이오드의 애노드와 접속되고 그 접속점에서 제2 출력신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제7 항에 있어서, 상기 제2 출력신호는,

제2 스위칭 제어신호에 의해 제2 트랜지스터가 턴온되어 음의 펄스전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 듀티비는,

40%이하인 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 인버터부는,

듀티비가 40%이하로 출력 가변 가능한 쎄미-브리지 인터버(SEMI-BRIDGE INVERTER)인 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템.