KR20070116810A

KR20070116810A - 무전극 방전등 점등장치 및 조명기구

Info

Publication number: KR20070116810A
Application number: KR1020077020218A
Authority: KR
Inventors: 쇼헤이 야마모토; 히로시 키도; 아키라 나카죠
Original assignee: 마츠시다 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-12-11
Also published as: US20080157693A1; EP1864554A1; JP4501748B2; JP2006278062A; CN101147428B; WO2006103623A1; CN101147428A; WO2006103623B1; US7545107B2

Abstract

본 발명의 과제는, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서 소형이며 저렴한 무전극 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공하는 데에 있다.

주파수신호 생성회로(4)의 카운터회로(41)는 발진회로(40)의 발진주기에 기초해서 스텝형상으로 진폭이 다단계로 변화되는 주파수신호를 반복해서 생성하고, 발진회로(5)는 주파수신호의 진폭에 따른 주파수의 발진신호를 출력하고, 드라이브회로(5)는 발진신호의 주파수에서 인버터회로(2)의 스위칭소자를 구동하고, 인버터회로(2)는 스위칭소자의 스위칭 동작으로 생성된 고주파전압을 유도코일(3)에 인가 해서, 무전극 방전등(La)을 시동, 점등시킨다. 즉, 이산적인 3개의 주파수(f1,f2,f3)로 변동하는 고주파전압이 주기적으로 유도코일(3)에 반복해서 인가되어, 방전등 점등장치(A)로부터 발생되는 자계성분의 노이즈는 3개의 주파수성분으로 분산된다.

무전극 방전등, 점등장치, 조명기구

Description

무전극 방전등 점등장치 및 조명기구{ELECTRODELESS DISCHARGE LAMP LIGHTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS}

본 발명은, 무전극 방전등 점등장치 및 조명기구에 관한 것이다.

도21은, 종래의 방전등 점등장치의 구성을 나타내고 있으며, 50a 및 50b는 전압전원에 접속하는 데에 적합한 접속단자이다. 50은 전원전압으로부터 고주파 펄스전류를 발생시키는 전류원을 나타낸다. 이 전류원(50)의 출력단은 변조기(51)의 입력단에 접속되고, 이 변조기는 고주파 펄스전류의 진폭을 소정의 변조 주파수에서 소정의 듀티 사이클의 대략 방형파(square wave)의 전류로 변조한다. 변조기(51)의 출력단은, 대략 방형파의 피변조 전류의 진폭을 조정할 수 있는 진폭 조정회로(52)의 입력단에 접속되어 있다. 이 조정회로(52)의 출력단과 접지단자 사이에는 저압 수은 방전램프(La)가 접속되어 있다. 53은 듀티 사이클을 조정하는 듀티 사이클 조정회로이며, 54는 변조 주파수를 조정하는 변조 주파수 조정회로이다. 듀티 사이클 조정회로(53)의 출력단은 변조기(51)의 입력단에 접속되고, 마찬가지로 변조 주파수 조정회로(54)의 출력단도 이 변조기(51)의 다른 입력단에 접속되어 있다.

이렇게 구성함으로써, 변조 주파수 및 진폭 뿐만 아니라, 대략 방형파의 피 변조 고주파 펄스상 전류의 듀티 사이클도 조정할 수 있게 되어, 일정 광속시에 광색점을 조정할 수 있는 범위가 증대된다. 이것과 동시에, 램프가 방출하는 광의 광색점의 위치가 램프의 광속의 값에 의존하지 않는 정도를 높일 수 있다. (예를 들면 특허문헌1 참조).

또한 조광(modulated light) 조정기를 조작함으로써, 무전극 방전등에 공급하는 전압의 주파수를 가변으로 해서, 조광제어를 행하는 무전극 방전등 점등장치도 있다. (예를 들면 특허문헌2 참조).

(특허문헌1) 일본 특허 제3092955호 공보

(특허문헌2) 일본 특허공개 소 63-158796호 공보

상기 특허문헌1에서 개시되어 있는 종래의 방전등 점등장치는, 부하인 방전등이 전극을 갖고 있으며, 발광체에 형성된 전극에 전위를 공급하고, 발광체 내부의 가스를 전리발광시킴으로써, 점등시키고 있다. 이러한 원리로 발광시키기 때문에, 전류는, 점등회로의 한쪽의 출력으로부터 관등선을 통해 발광체의 한쪽의 전극으로 흐르고, 또한 발광체의 플라즈마를 통해 발광체의 다른쪽의 전극, 관등선, 점등회로의 다른쪽의 출력으로 흐르는 전류 루프를 형성한다.

그리고, 상기한 바와 같이 형성된 전류 루프에 의해, 자계성분의 노이즈가 발생하지만, 발광체의 부분만이 외부로부터 보이는 구성이면 되어, 전류 루프의 대부분을 금속체 등으로 덮어 버리면, 자계성분의 노이즈의 대부분을 실드에 의해 막을 수 있다.

그러나, 상기 특허문헌2에서 개시되어 있는 바와 같은, 무전극 방전등을 점 등시키기 위해서 유도코일을 갖는 무전극 방전등 점등장치에서는, 무전극 방전등에 전력을 공급하는 수단으로서 유도코일에 의한 자계를 사용하고 있으며, 이 자계를 금속체 등으로 실드하면, 무전극 방전등내의 플라즈마에의 전력공급을 할 수 없게 되어 점등이 불가능하게 된다. 또한 무전극 방전등내의 플라즈마는 루프상으로 형성되고, 이 루프상의 플라즈마의 대부분을 덮어 버리면 광을 외부로 출력할 수 없게 되어 광출력이 저하되어 버린다.

이렇게, 유도코일을 갖는 무전극 방전등 점등장치는, 자계성분의 노이즈를 막기 위해, 전류 루프를 금속체 등으로 덮을 수는 없으므로, 회로상의 소자에 노이즈 대책용의 부품을 부가할 필요가 생겨, 장치의 대형화, 고비용화를 초래하고 있었다.

본 발명은, 상기 사유를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서, 소형이며 저렴한 무전극 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공하는 데에 있다.

청구항 1의 발명은, 무전극 방전등 근방에 권취되는 유도코일과, 직류전압을 출력하는 전원회로와, 적어도 1개의 스위칭소자를 갖고 전원회로가 출력하는 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 유도코일에 출력하는 인버터회로와, 무전극 방전등의 점등시에 있어서, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 변동시킴으로써, 발생되는 잡음의 주파수를 분산시키는 주파수 가변수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 방전등 점등장치로부터 발생하는 자계성분의 노이즈의 주파수는 분산되므로, 노이즈의 피크값은 저하되고, 유도코일의 인가전압을 단일 주파수로 한 경우에 비해서 다른 기기에 부여하는 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있고, 노이즈 대책에 필요한 부품수를 대폭 삭감해서 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 가변수단은, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 이산적으로 변동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유도코일에 인가하는 전압의 주파수 선택의 자유도가 높아져서, 폭넓은 주파수범위에서 주파수를 선택할 수 있다.

청구항 3의 발명은, 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 가변수단은, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 연속적으로 변동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 인버터회로의 동작 주파수를 연속적으로 변화시키므로, 회로소자에 주는 스트레스를 저감시킬 수 있다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수를, 이 평균 주파수에서 무전극 방전등을 점등시키고 있을 때의 상기 유도코일 양단간의 임피던스의 허부성분을 실부성분으로 나눈 값으로 나눈 값보다 좁은 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 점등시의 명멸현상(flicker)을 대폭 감소시킬 수 있다.

청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수를, 무전극 방전등을 시동시키고 있을 때의 상기 유도코일 양단간의 임피던스의 허부성분을 실부성분으로 나눈 값으로 나눈 값보다 넓은 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 도중 꺼짐이 일어나기 어려워, 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수에 0.005를 곱한 값보다 넓고, 상기 평균 주파수에 0.1을 곱한 값보다 좁은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 인버터회로의 스트레스를 저감시켜서, 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

청구항 7의 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 상기 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수는 500KHz이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀함과 아울러, 저주파화에 의한 장치의 고효율화, 소형화도 가능하게 된다.

청구항 8의 발명은, 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서 인버터회로가 상기 유도코일에 출력하는 전력이 최대가 되는 주파수에 대하여, 고주파수측 및 저주파수측에 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 인버터회로의 동작 주파수를 변동시킨 경우에, 출력전력의 제어가 용이하게 되어, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

청구항 9의 발명은, 청구항 1 내지 8 중 어느 하나의 무전극 방전등 점등장치와, 무전극 방전등 점등장치를 장착하는 본체와, 무전극 방전등 점등장치로부터 전력이 공급되는 무전극 방전등을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 조명기구에 있어서도 실시형태 1 내지 8 중 어느 하나와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태1의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 2는 동상의 주파수신호의 파형을 나타내는 도이다.

도 3은 동상의 유도코일의 인가전압의 FFT파형을 나타내는 도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태2의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 5는 동상의 주파수신호의 파형을 나타내는 도이다.

도 6은 동상의 유도코일의 인가전압의 FFT파형을 나타내는 도이다.

도 7은 본 발명의 실시형태3의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 8은 동상의 점등시의 유도코일 양단간의 임피던스를 나타내는 도이다.

도 9는 동상의 주파수와 전력과 변동역의 관계를 나타내는 도이다.

도 10은 본 발명의 실시형태4의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 11은 동상의 시동시의 유도코일 양단간의 임피던스를 나타내는 도이다.

도 12는 동상의 주파수와 코일 전압과 변동역의 관계를 나타내는 도이다.

도 13은 본 발명의 실시형태6의 무전극 방전등의 개략적인 구성을 나타내는 도이다.

도 14의 (a), (b)는 본 발명의 실시형태7의 주파수와 전력과 변동역의 관계를 나타내는 도이다.

도 15는 본 발명의 실시형태8의 주파수와 전력과 변동역의 관계를 나타내는 도이다.

도 16은 동상의 인버터회로의 출력전압의 주파수의 시간적 배분을 나타내는 도이다.

도 17은 본 발명의 실시형태9의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 18은 본 발명의 실시형태10의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 19는 본 발명의 실시형태11의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

도 20은 본 발명의 실시형태12의 조명기구를 나타내는 일부 파단된 측면도이다.

도 21은 종래의 무전극 방전등 점등장치를 나타내는 회로 구성도이다.

(부호의 설명)

A: 무전극 방전등 점등장치 La: 무전극 방전등

1: 전원회로 2: 인버터회로

3: 유도코일 4: 주파수신호 생성회로

5: 발진회로 6: 드라이브회로

40: 발진회로 41: 카운터회로

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

(실시형태1)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 도 1에 나타내듯이, 무전극 방전등(La) 근방에 권취된 유도코일(3)과, 교류전원(AC)으로부터의 교류입력을 소정의 직류출력으로 변환하는 전원회로(1)와, 적어도 1개의 스위칭소자를 갖고 전원회로(1)가 출력하는 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 유도코일(3)에 공급하는 인버터회로(2)와, 주파수신호를 출력하는 주파수신호 생성회로(4)와, 주파수신호에 따른 주파수의 발진신호를 출력하는 발진회로(5)와, 발진신호에 따라 인버터회 로(1)내의 스위칭소자를 구동하는 드라이브회로(6)를 구비한다.

주파수신호 생성회로(4)는, 발진회로(40)와 카운터회로(41)로 구성되고, 카운터회로(41)는, 도 2에 나타내듯이 발진회로(40)의 발진주기에 기초하여 스텝상으로 진폭이 다단계로 변화되는 주파수신호를 반복해서 생성한다.

발진회로(5)는 주파수신호의 진폭에 따른 주파수의 발진신호를 출력하고, 드라이브회로(5)는 발진신호의 주파수에서 인버터회로(2)의 스위칭소자를 구동하고, 인버터회로(2)는 스위칭소자의 스위칭 동작에 의해 생성된 고주파전압을 유도코일(3)에 인가해서, 무전극 방전등(La)을 시동, 점등시킨다.

즉 본 실시형태에서는 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전압의 주파수를 미리 설정한 패턴으로 변동시키고 있으며, 구체적으로는 이산적인 3개의 주파수(f1,f2,f3)로 변동하는 고주파전압이 주기적으로 유도코일(3)에 반복해서 인가되고, 유도코일(3)의 인가전압의 FFT파형은 도 3에 나타내듯이, 이산적인 3개의 주파수(f1,f2,f3)가 존재한다. 따라서, 방전등 점등장치(A)로부터 발생되는 자계성분의 노이즈는 3개의 주파수성분으로 분산되므로, 노이즈의 피크값은 저하되고, 다른 기기에 부여하는 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있고, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서, 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 유도코일(3)에 인가하는 전압의 주파수선택의 자유도가 높아져서, 폭넓은 주파수범위로부터 주파수를 선택할 수 있다.

(실시형태2)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 도 4에 나타내듯이, 무전극 방 전등(La) 근방에 권취된 유도코일(3)과, 교류전원(AC)으로부터의 교류입력을 소정의 직류출력으로 변환하는 전원회로(1)와, 적어도 1개의 스위칭소자를 갖고 전원회로(1)가 출력하는 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 유도코일(3)에 공급하는 인버터회로(2)와, 주파수신호를 출력하는 주파수신호 생성회로(4)와, 주파수신호에 따른 주파수의 발진신호를 출력하는 발진회로(5)와, 발진신호에 따라 인버터회로(1)내의 스위칭소자를 구동하는 드라이브회로(6)를 구비한다.

주파수신호 생성회로(4)는 직류전원회로(42)와 적분회로(43)로 구성되고, 적분회로(43)는 도 5에 나타내듯이, 톱니파형(sawtooth waveform)으로 진폭이 변화되는 주파수신호를 반복해서 생성한다.

즉 본 실시형태에서는 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전압의 주파수를 미리 설정한 패턴으로 변동시키고 있으며, 구체적으로는 주파수(f4)로부터 주파수(f5)까지 연속적으로 주파수가 증가하는 고주파전압이 유도코일(3)에 주기적으로 반복해서 인가되고, 유도코일(3)의 인가전압의 FFT파형은 도 6에 나타내듯이, 주파수(f4∼f5)의 범위내에 존재한다. 따라서, 방전등 점등장치(A)로부터 발생되는 자계성분의 노이즈는 주파수(f4∼f5)의 범위내로 분산되므로, 노이즈의 피크값은 저하되고, 다른 기기에 주는 노이즈의 영향을 저감시킬 수 있고, 노이즈 대책을 위 한 부품을 간략화해서, 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 인버터회로(2)의 동작 주파수를 연속적으로 변화시키므로, 회로소자에 부여하는 스트레스를 저감시킬 수 있다.

(실시형태3)

본 실시형태는, 도 7에 나타내는 실시형태 1 또는 2의 무전극 방전등 점등장치(A)에 있어서, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)을 제한한 것이다.

도 7에 있어서, 인버터회로(2)는, 전원회로(1)의 출력단 사이에 접속된 FET로 이루어지는 스위칭소자(S1,S2)의 직렬회로와, 스위칭소자(S2)에 병렬접속된 인덕터(L1)와 콘덴서(C1)의 직렬회로와, 인덕터(L1)와 콘덴서(C1)의 접속점에 일단을 접속한 콘덴서(C2)를 구비하고, 콘덴서(C1)의 양단간에는 콘덴서(C2)를 통해 유도코일(3)이 접속되어 있다. 그리고, 드라이브회로(6)에 의해 스위칭소자(S1,S2)가 교대로 온·오프됨으로써 유도코일(3)에 고주파전압을 공급해서 무전극 방전등(La)을 시동, 점등시킨다.

그리고, 본 실시형태에서는 무전극 방전등(La)의 점등시에 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전압의 평균 주파수를 fav라고 하고, 평균 주파수(fav)에서 무전극 방전등(La)을 점등시키고 있을 때의 유도코일(3) 양단간의 임피던스(Z1)의 허부성분을 X1, 실부성분을 R1라고 하고(도 8 참조), 허부성분(X1)을 실부성분(R1)으로 나눈 값을 Q1=X1/R1이라고 하면, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)은,

Δf＜fav/Q1

가 성립되는 범위로 되어 있다.

여기에서, 무전극 방전등 점등장치(A)는, 유전극 방전등 점등장치와는 달리, 인버터회로(2)의 출력을 유도코일(3)을 통해 무전극 방전등(La)내의 플라즈마에 공급하는 형태를 취하고 있으므로, 점등중의 유도코일(3) 양단간의 임피던스(Z1)에 허부성분(X1)을 갖고 있다. 또한, 유도코일(3)에 공급된 전류 중, 유전극 방전등과 같이 플라즈마에 공급되는 전류 이외에, 플라즈마에 대한 병렬 저항으로서 모델화할 수 있는, 유전극 방전등에는 없는 유도코일(3)의 여자전류로서 흐르는 성분이 있다. 이 때문에, 유전극 방전등에 비해서 인버터회로(2)에서 본 부하의 Q값이 높고, 동작 주파수(f)의 변동에 대해서 출력전력(P)의 변동이 크다.

무전극 방전등(La)의 점등시에 있어서 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전력(P)의 최대 전력을 Pm이라고 하면, 도 9에 나타내듯이, 주파수(f)가 Δf=fav/Q1 어긋난 경우, 인버터회로(2)의 출력전력은 Pm/2 변동하여, 사용자에게 명멸현상을 느끼게 하게 된다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 주파수(f)의 변동역 Δf＜fav/Q1이 되도록 동작시킴으로써 명멸현상을 대폭 감소시킬 수 있다.

(실시형태4)

본 실시형태는, 도 10에 나타내는 실시형태 1 또는 2의 무전극 방전등 점등장치(A)에 있어서, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)을 제한한 것이다.

도 10에 있어서, 인버터회로(2)는 전원회로(1)의 출력단 사이에 접속된 인덕 터(L2)와 스위칭소자(S3)의 직렬회로와, 스위칭소자(S3)에 병렬접속된 인덕터(L3)와 콘덴서(C3)와 콘덴서(C4)의 직렬회로로 구성되고, 콘덴서(C4)에 유도코일(3)이 병렬접속되어 있다. 그리고, 드라이브회로(6)에 의해 스위칭소자(S3)가 온·오프됨으로써, 유도코일(3)에 고주파전압을 공급하여, 무전극 방전등(La)을 시동, 점등시킨다.

그리고, 본 실시형태에서는, 무전극 방전등(La)의 점등시에 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전압의 평균 주파수를 fav라고 하고, 무전극 방전등(La) 시동시의 유도코일(3) 양단간의 임피던스(Z2)의 허부성분을 X2, 실부성분을 R2라고 하고(도 11 참조), 임피던스(Z2)의 허부성분(X2)을 실부성분(R2)으로 나눈 값을 Q2=X2/R2라고 하면, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)은,

Δf＞fav/Q2

가 성립되는 범위로 되어 있다.

여기에서, 무전극 방전등 점등장치(A)는, 유전극 방전등 점등장치와는 달리, 인버터회로(2)의 출력을 유도코일(3)을 통해 무전극 방전등(La)내의 플라즈마에 공급하는 형태를 취하고 있다. 그리고, 주위온도의 변화 등에 의해 플라즈마의 저항값이 상승하면, 플라즈마에 전류가 공급되지 않고, 여자전류로서 소비된다. 이 때문에, 유도코일(3)에 높은 전위를 인가해도 여자전류로서 흐르기 때문에, 플라즈마에의 전력공급이 곤란하게 되어, 도중 꺼짐이 일어나는 경우가 있다. 이 도중 꺼짐이 발생한 경우에는 플라즈마가 존재하지 않기 때문에, 유도코일(3)의 Q값은 높은 값으로 되어 있으며, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시킴으로써, 유도코일(3)에 높은 전위를 발생시키는 것이 가능하게 되고, 플라즈마를 재발생시키는 것이 가능하게 된다.

도 12는, 주파수에 대한 유도코일(3)의 전압특성을 나타내고 있으며, 피크 전압(Vm)으로 한 경우, 주파수의 변동역Δf(＞fav/Q2)은, 유도코일(3)의 전압이 Vm/√2일 때의 주파수폭의 2배이상이며, 변동역Δf(＞fav/Q2)에서 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시킴으로써 유도코일(3)에 높은 전위를 발생시켜서, 무전극 방전등(La)을 재점등시키는 것이 가능하게 된다.

또한 무전극 방전등(La)이 장시간 점등한 후에 도중에 꺼진 경우, 무전극 방전등(La)의 근방에 배치된 유도코일(3)은 고온으로 되어 있으며, 단시간 점등한 후에 갑자기 꺼진 경우는, 유도코일(3)은 저온이다. 이 때문에, 도중 꺼짐이 발생한 경우의 유도코일(3)의 온도는 뷸균일하며, 이 온도의 불균일에 의해 유도코일(3)의 인덕턴스도 크게 불균일하다. 따라서, 도중 꺼짐이 발생한 경우라도, 변동역Δf(＞fav/Q2)에서 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시킴으로써, 무전극 방전등(La)을 확실하게 재점등시키는 것이 가능하게 된다.

(실시형태5)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 1∼4 중 어느 하나와 동일한 구성을 구비하고, 무전극 방전등(La)의 점등시에 인버터회로(2)가 유도코 일(3)에 출력하는 전압의 평균 주파수를 fav라고 하고, 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)은

0.005fav＜Δf＜0.1fav

가 성립하는 범위로 되어 있다.

인버터회로(2)는, 점등중에 높은 효율을 갖도록 설계되고, 시동시에는 효율이 저하되고 있으며, 무전극 방전등 점등장치(A)는, 시동시에 높은 전압을 유도코일(3)에 인가할 필요가 있다. 이 때문에, 대전력을 출력하는 시동시에는 인버터회로(2)에 과대한 스트레스가 작용하게 된다.

그래서, 시동시에 있어서의 유도코일(3)의 Q값을 100이상으로 설계한다. 그러면, Q값이 100이상이기 때문에, 인버터회로(2)의 출력전압의 주파수(f)를 평균 주파수(fav)의 1/200 변동시키면, 유도코일(3)에 높은 전압이 발생하는 주파수영역을 포함하는 것이다.

또한 유도코일(3)을 통해 무전극 방전등(La)의 플라즈마에 전력을 공급할 필요가 있으므로, 부하는 항상 리액턴스 성분을 갖는다. 이 때문에, 점등중의 인버터회로(2)는 공진을 사용한 회로동작으로 되어 있으며, 인버터회로(2)의 동작 주파수의 변동폭을 넓게 설정하면, 넓은 동작 영역에서 공진회로를 동작시키게 되어, 인버터회로(2)의 스위칭동작을 적절한 타이밍으로 제어하는 것이 곤란하게 된다. 그래서, 인버터회로(2)의 출력전압의 주파수(f)를 평균 주파수(fav)의 1/10정도의 변동 범위내로 억제함으로써, 인버터회로(2)의 스위칭 동작을 적절하게 제어할 수 있다.

따라서, 인버터회로(2)의 스트레스를 저감시켜서, 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

(실시형태6)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 1∼5 중 어느 하나와 동일한 구성을 구비하고, 도 13에 본 실시형태의 무전극 방전등(La)을 모식적으로 단면도로 나타낸다.

무전극 방전등(La)은 외면으로부터 중심부로 연장되는 오목부(100)를 형성하고, 이 오목부(100)내에 기둥상의 금속체(101)를 배치하고, 금속체(101)의 외주에 망간계의 자성체(코어)(102)를 배치하고, 코어(102)의 외주에 유도코일(3)이 권취되어 있다.

이렇게, 무전극 방전등(La)의 오목부(100)내에 유도코일(3)을 배치하고 있으므로, 무전극 방전등(La)내에 전위를 발생시키는 것이 용이하게 되어, 시동성 개선의 효과를 높이고 있다.

또한 본 실시형태의 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전압의 평균 주파수는, 500KHz이하이며, 일반적으로 인버터회로(2)의 동작 주파수를 저주파화함으로써, 인버터회로(2)의 스위칭소자의 손실이 감소되는 등 전자부품에 주는 스트레스가 감소하게 되므로, 장치의 고효율화, 소형화가 가능하게 된다. 또한 망간계의 자성체(102)를 사용할 수 있고, 콘덴서에는 필름 콘덴서를 사용할 수 있으므로, 사용하는 소자의 소형화, 저코스트화도 가능하게 된다.

그러나, 인버터회로(2)의 평균 동작 주파수를 500KHz이하로 저주파화하면, 잡음성분은 자계성분의 잡음이 주체가 된다. 무전극 방전등 점등장치(A)는 원리적으로 플라즈마에 전력을 공급하기 때문에, 자계성분의 잡음이 발생하기 쉽고, 이 때문에, 동작 주파수를 저주파화하면, 자계성분의 잡음이 보다 커질 우려가 있다.

그러나, 본 발명과 같이 무전극 방전등(La)의 시동, 점등시에 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수를 주기적으로 반복해서 변동시킴으로써 인버터회로(2)를 500KHz이하의 평균 동작 주파수에서 동작시켜도 잡음을 저감시킬 수 있다. 따라서, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀함과 아울러, 저주파화에 의한 장치의 고효율화, 소형화도 가능하게 된다.

(실시형태7)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 1∼5 중 어느 하나와 동일한 구성을 구비하며, 무전극 방전등(La)의 점등시에 있어서 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)은, 도 14(a)에 나타내듯이, 점등시에 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전력(P)이 최대가 되는 주파수(fm)에 대해서, 고주파수측 및 저주파수측에 대칭으로 형성되어 있으며, 인버터회로(2)의 출력전력(P)은, 주파수(fm)에 대하여 고주파수측 및 저주파수측에서 대략 같은 특성을 갖는다.

따라서, 인버터회로(2)의 동작 주파수를 변동시킨 경우의 출력제어도 간이하게 되고, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다. 예를 들면 도 14(b)의 4개의 점(X1∼X4)에서 동작시키는 경우, 점(X1,X4)에서 동일시간 동작시키고, 점(X2,X3)에서도 동일시간 동작시키는 제어에 의해, 전력제어는 실질적으로 2개의 점에 대해 서만 고려해도 된다.

(실시형태8)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 1∼5 중 어느 하나와 동일한 구성을 구비하고, 무전극 방전등(La)의 점등시에 있어서 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)의 변동역(Δf)은, 도 15에 나타내듯이, 점등시에 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 전력(P)이 최대가 되는 주파수(fm)에 대해서, 고주파수측에 형성되어 있다.

이 고주파수측의 영역은, 무전극 방전등(La)의 플라즈마의 상태에 상관없이, 인버터회로(2)의 스위칭소자에 흐르는 전류는 지상(遲相)으로 동작한다. 한편, 주파수(fm)에 대해서 저주파수측의 영역에서는, 무전극 방전등(La)의 플라즈마의 상태에 따라서는 스위칭소자에 흐르는 전류가 진상(進相)으로 동작하는 경우가 있고, 스위칭소자에 스트레스를 줘서 스위칭소자의 파괴를 초래하는 일이 있다.

또한 무전극 방전등 점등장치(A)는, 유전극 방전등 점등장치와는 달리, 인버터회로(2)의 출력을 유도코일(3)을 통해 무전극 방전등(La)내의 플라즈마에 공급하는 형태를 취하고 있으므로, 점등중의 유도코일(3) 양단간의 임피던스(Z1)에 허부성분(X1)을 갖고 있다. 또한, 유도코일(3)에 공급된 전류 중, 유전극 방전등과 같이 플라즈마에 공급되는 전류 이외에, 플라즈마에 대한 병렬 저항으로서 모델화할 수 있는, 유전극 방전등에는 없는 유도코일(3)의 여자전류로서 흐르는 성분이 있다. 이 때문에, 무전극 방전등(La)의 플라즈마의 상태를 회로수단에 의해 파악하는 것이 어렵고, 실현하기 위해서는 복잡한 회로수단을 필요로 한다.

그래서, 본 실시형태에서는 변동영역(Δf)을 주파수(fm)에 대하여 고주파수측에 형성하고 있으므로, 스위칭소자에 흐르는 전류는 지상으로 되어 신뢰성을 향상시킴과 아울러, 플라즈마상태를 파악하는 회로수단을 설치하지 않아도, 안정된 동작을 실현할 수 있어, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

또한, 인버터회로(2)의 출력전압의 주파수의 시간적 배분은, 도 16에 나타내듯이, 변동영역(Δf)내의 저주파수측인 시간이, 고주파수측인 시간보다도 짧다. 이것은, 자계성분의 잡음은 저주파 동작시의 쪽이 고주파 동작시보다 방출되기 쉽지만, 변동영역(Δf)내의 저주파수측인 시간을, 고주파수측인 시간보다 짧게 함으로써, 외부의 기기에 영향을 주는 잡음의 발생을 억제할 수 있다. 원리적으로는, 주파수의 역비례로 잡음이 방출되기 쉽게 되고, 이 때문에 유도코일(3)에 출력하는 전압의 시간적 배분을 주파수에 대하여 역비례가 되도록 하면 보다 효과가 향상된다. 따라서, 잡음대책을 위한 부품을 줄일 수 있어, 더욱 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

(실시형태9)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 도 17에 나타내듯이, 무전극 방전등(La) 근방에 권취된 유도코일(3)과, 교류전원(AC)으로부터의 교류입력을 소정의 직류출력으로 변환하는 전원회로(1)와, 적어도 1개의 스위칭소자를 갖고 전원회로(1)가 출력하는 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 유도코일(3)에 공급하는 인버터회로(2)와, 검출신호 전달회로(7)와, 전력 제어회로(8)와, 주파수변동 제어부(9)를 구비한다.

인버터회로(2)는, 실시형태 3과 동일한 인버터회로(2)의 스위칭소자(S2)에 저항(R1)을 직렬접속해서 구성되어 있으며, 저항(R1)의 양단 전압이 스위칭 전류의 검출값으로서 검출신호 전달회로(7)에 출력되고, 검출신호 전달회로(7)는, 스위칭 전류의 검출값을 전력 제어회로(8)에 전달한다.

전력 제어회로(8)는 연산증폭기(operational amplifier)(OP1)와, 검출신호 전달회로(7)의 출력과 연산증폭기(OP1)의 반전 입력단자 사이에 접속된 저항(R2)과, 연산증폭기(OP1)의 비반전 입력단자에 접속된 기준 전압원(E1)과, 연산증폭기(OP1)의 출력단자에 일단이 접속된 다이오드(D1)와 저항(R3)의 직렬회로와, RC 발진회로(K1)와, RC 발진회로(K1)의 저항 접속단자에 접속된 저항(R4), 콘덴서 접속단자에 접속된 콘덴서(C5)를 구비하고, RC 발진회로(K1)의 저항 접속단자는, 저항(R3), 다이오드(D1)를 통해 연산증폭기(OP1)의 출력단자에도 접속된다. RC 발진회로(K1)의 발진 주파수는, 저항 접속단자에 접속된 저항, 콘덴서 접속단자에 접속된 콘덴서의 각 값에 의해 설정되고, 그 발진출력은 스위칭소자(S1,S2)의 각 게이트 단자에 접속된다.

그리고, 스위칭소자(S2)의 스위칭 전류가 증가해서, 저항(R1)에 의한 전류 검출값이 기준 전압원(E1)의 기준 전압 이상이 되면, 연산증폭기(OP1)의 출력전압이 L레벨로 반전되고, RC 발진회로(K1)의 발진 주파수를 결정하는 저항에 저항(R3)이 부가되어, 발진 주파수는 높아지는 방향으로 변화된다. 따라서, 스위칭소자(S1,S2)의 동작 주파수도 높아지므로, 인버터회로(2)가 공급하는 전력은 저하된다. 즉, 인버터회로(2)가 출력하는 전력을 안정시킬 수 있다.

또한, 주파수변동 제어부(9)는, 그 출력이 RC 발진회로(K1)의 저항 접속단자에 접속되어 있으며, RC 발진회로(K1)의 발진 주파수를 변동시킴으로써 실시형태 1내지 8 중 어느 하나의 변동역(Δf)에서 인버터회로(2)가 유도코일(3)에 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시키는 기능을 갖는다.

이렇게, 본 실시형태에서는 출력전력의 안정화에 의해 신뢰성이 향상됨과 아울러, 잡음대책을 행함으로써 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

(실시형태10)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 9와 대략 동일한 구성을 구비하지만, 도 18에 나타내듯이, 주파수변동 제어부(9)를 생략해서, 검출신호 전달회로(7)의 구성이 다르고, 또한 전력 제어회로(8)는 연산증폭기(OP1)의 비반전 입력단자와 기준 전압원(E1) 사이에 저항(R7)을 삽입한 것이다.

검출신호 전달회로(7)는 저항(R6)과, 저항(R6)에 병렬접속된 저항(R5)과 스텝 전압 생성부(Va)의 직렬회로로 구성되고, 저항(R1)의 검출 신호는, 저항(R5)과 저항(R6)의 접속점에 입력되고, 이 접속점의 전압이 전력 제어회로(8)에 출력된다.

스텝 전압 생성부(Va)는 도 2에 나타내는 주기적으로 반복되는 스텝상의 신호를 생성하고 있으며, 이 스텝상의 신호를 전류검출신호에 가산함으로써 인버터회로(2)가 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시킬 수 있다.

이렇게, 본 실시형태에서는 출력전력의 안정화에 의해 신뢰성이 향상됨과 아울러, 부가적인 부품을 적게 해서 잡음대책을 행할 수 있어, 장치의 소형화, 저코 스트화를 꾀할 수 있다.

(실시형태11)

본 실시형태의 무전극 방전등 점등장치(A)는, 실시형태 9와 대략 동일한 구성을 구비하지만, 도 19에 나타내듯이, 주파수변동 제어부(9)를 생략하고, 전력 제어회로(8)는 연산증폭기(OP1)의 비반전 입력단자와 기준 전압원(E1) 사이에 저항(R7,R8)의 직렬회로를 삽입하고, 또한 저항(R8)과 기준 전압원(E1)의 직렬회로에 저항(R9)과 정현파 전압 생성부(Vb)의 직렬회로를 병렬 접속한 것이다.

정현파 전압 생성부(Vb)로부터 출력되는 정현파 전압은, 기준 전압원(E1)의 기준전압에 가산되고, 연산증폭기(OP1)에 입력되는 기준전압이 주기적으로 반복해서 변동함으로써, 인버터회로(2)가 출력하는 고주파전압의 주파수(f)를 주기적으로 반복해서 변동시킬 수 있다.

이렇게, 본 실시형태에서는 출력전력의 안정화에 의해 신뢰성이 향상됨과 아울러, 부가적인 부품을 적게 해서 잡음대책을 행할 수 있어, 장치의 소형화, 저코스트화를 꾀할 수 있다.

또한 정현파 전압 생성부(Vb) 대신에, 톱니파를 생성하는 수단이어도 좋다.

(실시형태12)

도20은, 실시형태 1∼11의 무전극 방전등 점등장치(A)를 사용한 조명기구(B)를 측면에서 본 일부 파단도이다.

조명기구(B)의 본체(200)는, 일단면이 개구된 보올형상(bowl-shaped)의 글로브(201)와, 글로브(201)의 개구면에 씌여진 커버(202)와, 글로브(201)의 타단면에 배치된 받침대(203)와, 받침대(203)를 덮도록 설치된 방열판(204)과, 방열판(204)의 외주로부터 글로브(201)의 개구면측을 향해서 넓어지는 형상으로 형성된 통형상의 확산판(205)으로 구성된다.

무전극 방전등 점등장치(A)는, 회로 케이스(300)내에 수납되어서, 받침대(203)상에 배치된다.

무전극 방전등(La)은 외면으로부터 중심부로 연장되는 오목부(100)를 형성하고, 이 오목부(100)내에 기둥상의 금속체(101)를 배치하고, 금속체(101)의 외주에 망간계의 자성체(코어)(102)를 배치하고, 코어(102)의 외주에 유도코일(3)이 권취되어 있다. 그리고, 금속체(101)는, 오목부(100)밖으로 연장되고, 방열판(204)에 접속되어 있으며, 금속체(101)를 안정전위로 안정되게 할 수 있어, 시동성의 개선 효과가 더욱 향상된다.

또한, 금속체(101)를 방열판(204)에 접속함으로써 금속체(101)를 고정함과 아울러, 오목부(100)내의 열을 오목부(100)밖으로 배출해서, 오목부(100)내의 유도코일(3)의 온도를 낮출 수 있으므로, 유도코일(3)의 절연(insulation) 열화를 저감시킬 수 있다. 즉, 유도코일(3)의 절연체에 저렴한 것을 사용할 수 있는 것 외에, 절연체의 신뢰성을 높일 수 있어, 수명이 긴 무전극 방전등 점등장치(A), 조명기구(B)를 실현할 수 있다. 수명예로서는, 광속 70% 감쇠시에 점등시간이 6만시간이며, 이 때문에, 무전극 방전등(La)의 교환빈도가 적어지고, 무전극 방전등(La) 교환을 위한 조명기구(B)의 기구를 간략화할 수 있어, 저렴한 조명기구(B)를 실현할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 노이즈 대책을 위한 부품을 간략화해서, 소형이며 저렴한 무전극 방전등 점등장치 및 조명기구를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

무전극 방전등 근방에 권취되는 유도코일;

직류전압을 출력하는 전원회로;

1개이상의 스위칭소자를 갖고 전원회로가 출력하는 직류전압을 고주파전압으로 변환해서 유도코일에 출력하는 인버터회로; 및

무전극 방전등의 점등시에 있어서, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 변동시킴으로써, 발생되는 잡음의 주파수를 분산시키는 주파수 가변수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 가변수단은, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 이산적으로 변동시키는 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 가변수단은, 인버터회로가 유도코일에 출력하는 전압의 주파수를 연속적으로 변동시키는 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평 균 주파수를, 이 평균 주파수에서 무전극 방전등을 점등시키고 있을 때의 상기 유도코일 양단간의 임피던스의 허부성분을 실부성분으로 나눈 값으로 나눈 값보다 좁은 범위인 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수를, 무전극 방전등을 시동시키고 있을 때의 상기 유도코일 양단간의 임피던스의 허부성분을 실부성분으로 나눈 값으로 나눈 값보다 넓은 범위인 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수에 0.005를 곱한 값보다 넓고, 상기 평균 주파수에 0.1을 곱한 값보다 좁은 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 무전극 방전등의 점등시에 있어서의 상기 인버터회로의 출력전압의 평균 주파수는 500KHz이하인 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터회로의 출력전압의 주파수 변동역은 무전극 방전등의 점등시에 있어서 인버터회로가 상기 유도코일에 출력하는 전력이 최대가 되는 주파수에 대해서 고주파수측 및 저주파수측에 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 방전등 점등장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 무전극 방전등 점등장치와, 무전극 방전등 점등장치를 장착하는 본체와, 무전극 방전등 점등장치로부터 전력이 공급되는 무전극 방전등을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명기구.