KR830002003B1 - 방전등 점등장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

방전등 점등장치

제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 블록도.

제2도는 제1도의 작용을 설명하기 위한 전압파형도.

제3도는 250W 금속 할라이드램프의 점등특성을 나타내는 도면.

제4도는 본 발명에 의한 방전등의 점등특성을 나타내는 도면.

제5도는 본 발명의 딴 실시예를 나타내는 회로도.

제6도는 제5도의 요부의 등가회로도.

제7도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 회로도.

제8도는 제7도의 요부의 등가회로도.

제9도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 회로도.

제10도 및 제11도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 블록도이다.

본 발명은 고휘도 방전등을 고주파의 전압으로 점등하는 방전등 점등장치에 관한다.

형광램프를 고주파 전압으로 점등함으로써 점등장치를 소형, 경량화할 수 있고, 발광효과를 향상할 수 있음은 주지의 사실이다. 또, 특개소 54-91971 호 공보등에 의해 고압금속증기방전등, 즉 고휘도 방전등을 고주파 전압으로 점등하는 것도 알려져 있다. 그러나, 고압수은 램프, 고압나트륨램프, 금속할라이드램프등의 고훠도 방전등은 고주파수 영역내의 어떤 주파수 영역의 전압이 인가되면 그 봉입물, 발광관의 형상, 증기압등의 관계에 의하여 아아크주(柱)가 흔들리거나, 꺼지거나 하는 이른바 음향적 공명현상이라고 하는 바람직하지 못한 현상이 생기고, 점등이 안정치 못함이 요즘 알려졌다.

이 음향적 공명현상에 대하여는 1970년 12월 미국IES(미국조명학회) 발행의 ILLUMINATING ENGINEERING의 Characteristics of Acoustical Resonance In Discharge Lamps (Charles F. Scholz저) 및 1969년 12월 IES(미국조명학회)발행의 ILLUMINATING ENGINEERING의 IES Transaction Initial Characteristics of High Intensity Discharge Lamps on High Frequency Power(John H. Campbell지)에 기재되어 있다. 이 공명현상은 금속증기가스를 봉인한 관내의 음파가 부세(付勢)되는 고주파전력의 파형과 공명하는 것에 의하여 생긴다고 되어있다.

즉, 다음 식으로 주어지는 주파수와, 발광관내의 방전중의 가스압변화주파수(정현파램프 점등주파수)가 합치하면, 음향적 정재파가 일어나고, 방전불안정을 일으키고 음향적 공명현상을 일으키는 것이다.

다만 f : 램프발광관의 음향적 공명주파수(정현파)

v : 발광관의 방전공간내의 음속

ℓ : 발광관의 길이

m : 정수1, 2, 3......

이 공명주파수에서는 전술한 바와같이 방전 아아크주가 구불구불 심하게 흔들리든가 혹은 관벽에 부착하든지 한다. 또 아아크주(柱)가 꺼지는 일도 있다.

이 공명주파수는 이론적으로는 기본주파수(제1차)의 정수배 제2차, 제3차……의 주파수로 여기저기에 나타난다. 그러나 실제로는 이 주파수 f는 발광관의 구조, 발광관 봉입물의 종류 및 봉입물의 상태등에 의하여 변화한다. 따라서, 상기 고휘도 방전등을 고주파 전압으로 점등하려면 전술의 음향적 공명현상이 생기는 주파수영역을 피해야만 한다. 그러나, 이와같은 주파수영역은 방전등의 종류, 하나하나의 차이 또는 경시변화(經時變化)등으로 인해 다르나, 일반적으로 수 KHz-80KHz의 사이에 많이, 또 폭넓게 존재하고 있기 때문에, 상기 주파수영역을 피해서 인가전압의 주파수를 설정함은 어려운 일이고, 특히 방전등 점등장치의 공업적 규모의 생산에는 큰 장해가 되고있다.

한편 상기 음향적 공명현상을 이루는 주파수 이상의 고주파전압으로 점등하면 전술과 같은 문제를 해소할 수 있음을 본 발명자들은 먼저 발견했다. (예를들면 특허원소 54-87933호). 또, 본 발명자들은 고휘도 방전등을 구형파 전압으로 점등하므로써 전술의 문제를 해소할 수 있음도 발견했다(특원소 54-125943호). 상기의 각 제안은 그 목적의 범위내에서는 소기의 효과를 거둘 수 있는 만족할만한 것이다. 그러나 고휘도 방전등에는 상술한 바와같이 여러가지의 방전등이 있고, 또한 방전등 각기의 음향적 공면

여기에 있어서 본 발명은 상기 요구에 대응하는 것으로서, 가급적 많은 다른 종류의 고휘도 방전등에 적용할 수 있는 동시에 음향적 공명현상이 생기지 아니하는 방전등 점등장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또, 본 발명은 기본파 성분에 대한 고차의 주파수성분중 3배 주파수를 초과하는 주파수성분을 가급적으로 적게하므로써, 전파잡음의 악영향을 감소할 수 있는 방전등 점등장치를 제공함을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명자들은 음향적 공명현상의 방지 내지는 감소에 대하여 여러가지 연구중에, 음향적 공명현상은 일정시간(0.1-10초) 이상 발생조건이 계속하지 아니하면 발생하지 아니한다는 것을 발견했다.

본 발명은 이 발견이 기초가 된 것으로서 고훠도 방전등에 고주파수의 기본파성분과 3배 주파수성분을 함유하는 전압을 인가하므로써, 상기 기본파성분의 주파수가 음향적 공명현상을 발생시키는 것이라도 상기 3배 주파수성분에 의해 음향적 공명현상의 조건을 무너뜨려 아울러 음향적 공명현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명은 상기 기본파성분에 따라서 방전등에 흐르는 램프전류(I₁)아 상기 3배 주파수성분에 따라서 방전등에 흐르는 램프전류(I₃)와의 비가 0.2

I₃/I₁

0.6이 되도록 상기 기본파성분 및 3배 주파수성분을 설정하여, 3배 주파수성분에 의한 상기 효과를 충분히 얻는 동시에 방전등을 효과적으로 점등할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 것이다.

다시, 본 발명은 고휘도 방전등에의 인가전압중에 대충 기본파성분과 3배 주파수성분만을 포함하고 3배 주파수를 넘는 주파수성분을 실질적으로 함유하지 않으므로써 구형파 전압과 같이 고차의 주파수성분에 따르는 전파잡음의 문제를 발생시키지 않게한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서 3배 주파수를 넘는 주파수성분을 실질적으로 함유하지 아니한다는 것은 전전압에 대한 상기 성분의 비율(실효치)이 작고 상기 성분에 의한 전파잡음이 실질적으로 악영향을 미치지 아니하는 정도로 상기 성분을 함유하는 것을 허용한다는 것을 뜻한다. 구형파 전압은 기본파성분 및 무한의 기수배주파수성분에 의해 형성되고, 5배 이상의 주파수성분의 비율(실효치)은 약 0.0566이나, 본 발명에 있어서의 고휘도 방전등에의 인가전암중의 5배이상의 주파수성분의 비율(실효치)은 0.0566이다.

이하 본 발명의 실시예를 제1도-제4도를 참조하여 설명한다. (1)은 교류전원이고, 이 교류전원(1)의 출력단자간에는 정류장치(2)가 접속되어 있다. (3)은 고주파장치로서, 예를들면 인버어터초퍼 등이고, 상기 정류장치(2)의 출력을 입력한다. 이 고주파장치(3)는 예를들면 37KHz의 기본파성분(제2(a)도)와, 3배 주파수성분(제2(b)도)를 발생하여 제2(c)도에서 보는 바와같은 합성된 전압을 출력한다. 또, 이 고주파장치(3)는 5배이상의 주파수성분을 실질적으로 발생하지 않는다. (4)는 수은램프, 고압나트륨램프, 메탈할라이드램프 등의 고휘도 방전등에 있어서 고주파 영역내의 어떤 주파수영역의 전압을 인가받으므로써 아아크주(柱)가 흔들리거나, 꺼지거나 하는 이른바 음향적 공명현상이 생기고, 점등이 안정하지 않는다. 예를들면 250W의 금속할라이드램프는 본 발명자들의 실험에 의하면, 제3도에 나타내는 바와같이 점무늬의 주파수영역에서는 경미한 불안정상태가 되고 사선무늬의 주파수영역에서는 심한 불안정상태가 되고, 그물코무늬의 주파수영역에서는 아아크주가 꺼졌다. 무지(無地)의 주파수영역은 안정된 점등을 보장하는 영역이다. 이와같은

이와같은 본 실시예에 있어서 고주파장치(3)의 출력, 즉 제2(c)도에서 나타내는 전압을 방전등(4)에 인가하면, 방전등(4)은 기본파성분(제2(a)도)에 대해서는 제3도(37KHz의 부분)와 같이 불안정상태가 되려고 한다. 그러나, 3배 주파수성분(제2(b)도)에 대해서는 제3도(111KHz의 부분)에서 명백하듯이 음향적 공명현상을 나타내는 일이 없다. 따라서 방전등(4)은 기본파성분에 의해 음향적 공명현상이 발생하려는 조건이 3배 주파수성분에 의해 제거되어 불안정이 되는 일이 없다. 이것은 전술한 바와같이 음향적 공명현상이 생기는 것은 특정조건이 일정시간 이상 계속되었을 경우에 한하기 때문이다.

다음에 기본파성분과 3배주파배 주파수성분과의 비에 대하여 설명한다. 제4(a)도는 방전등(4)이250W금속할라이드램프의 경우이고 기본파성분에 따른 방전등(4)의 램프전류(I₁)와 3배주파수성분에 따른 램프전류(I₃)와의 비를 종축(세로축)에 취하고, 방전등(4)의 점등상태를 횡축에 취한 파형도로서, (가)는 기본파성분의 주파수가 20KHz, (나)는 30KHz, (다)는 40KHz의 경우이다. 제4(a)도에 있어서 사선부가 효과적인 점등영역을 나타낸다. 제4(b)도는 방전등(4)이 250W 수은램프이고, 제4(a)

제5도는 본 발명의 구체적인 한 실시예를 나타내는 것이다. 제1도와 같은 부분 또는 동등의 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다. 본 실시예에 있어서 고주파장치(301)는 푸시풀형 트랜지스터 인버어터로 구성되고, 이 인버어터는 입력단부에 정전류를 인덕터(302)가 있고, 이 인덕터(302)를 개재하여 정류장치(2)의 출력단에 접속되어 있다. 따라서 이 인버어터는 평활되지 아니한 맥류전압이 입력되는 것이다. 또, 상기 인버어터는 에미터와 상기 정전류용 인덕터(302)에 접속된 한쌍의 트랜지스터(305), (306)과 이들 트랜지스터(305), (306)의 콜렉터간에 입력권선(307a)를 접속한 출력 트랜스(307)과, 상기 입력권선(307a)에 병렬접속한 공진용 콘덴서(308)과, 상기 정류장치(2)의 정극출력단 및 상기 트랜지스터(305), (306)의 개개의 베이스 사이에 접속한 베이스저항(309), (310)과, 상기 출력 트랜스(307)의 제1의 출력권선(307b)의 일단 및 방전등(4)의 한 전주사이에 직렬접속된 상기 방전등(4)의 램프전류의 한류기능 및 나중에 설명하는 공진기능을 가지는 인덕터(303) 및 콘덴서(304)가 있다. 상기 출력 트랜스(307)의 제2의 출력권선(307c)는 한쪽의 단부를 트랜지스터(305)의 베이스에 접속되고, 딴쪽의 단부를 트랜지스터(306)의 베이스에 접속되어 있다.

다음에 작용을 설명한다. 우선, 인버어터는 전압이 입력됨으로서 어느쪽 한쪽의 트랜지스터(305) 또는 (306)이 ON이 되어 이것에 의해 정류장치(2)의 정극(正極)출력단에서 입력권선(307a)의 일부-ON되어 있는 트랜지스터(305) 또는 (306)-정전류용 인덕터(302)-정류장치(2)의 부극(負極)출력단의 경로로 전류가 흘러 입력권선(307a)에는 전압이 인가된다. 이때문에 입력권선(307a)과 공진용 콘덴서(308)는 제6도중 화삼표(A)로 표시하는 바와같이 병렬공진한다. 이 병렬공진의 극성이 반전하려는 일로 인해, 출력

방전등(4)이 점등한후의 공진회로는 제6도중 화살표(B), (C)로 나타내는 것이 된다. 즉, 공진콘덴서(308)-인덕터(303)-콘덴서(304)-방전등(4)의 폐회로와, 출력트랜스(307)의 입력권선(307a) 및 제1의 출력권선(307b)의 합성인덕턴스-인덕터(303)-콘덴서(304)-방전등(4)의 폐회로 등이다. 여기에서 화살표 C의 제1의 공진회로는 기본파성분의 주파수, 예를들면 37KHz에 공진하여, 화살표 B의 제2의 공진회로는 3배 주파수 즉 111KHz에 공진하여, 상기 주파수의 전압을 출력해서 방편등(4)에 이들의 합성전압(제2(c)도)을 인가한다. 또, 5배이상의 주파수성분을 실질적으로 함유 아니하는 것은 제1도와 같고, 이것은 회로정수의 설정에 의해 실현가능하다. 따라서, 방전등(4)은 상기 37KHz의 기본파성분에 의해 음향적 공명현상을 발생하는 것이라도, 3배 주파수성본(111KHz)에 의해 음향적 공명현상의 발생조건은 무너지고, 아아크가 불안정해지는 일은 없다. 본 실시예의 경우, 방전등(4)의 램프전류의 한류소자(303), (304)가 고주파측에 설치되어 있고, 고주파 발생장치와 더불어 소형, 경량화가 가능하다.

이하에 제5도의 실험예를 설명한다.

방전등(4) : 250W 금속할라이드램프

교류전원(1) : 50Hz 200V(실효치)

공진콘덴서(308) : 0.0134μF

출력트랜스(307)의 입력권서(307a) : 760μH

출력트랜스(307)의 제1의 출력권선(307b) : 444μH

인덕터(303) : 304μH

콘덴서(304) : 0.0195μF

이상의 정수에 의하여 제6도중 제1(B), 제2(C)의 공진주파수를 계산하면,

가 되어, 제2의 공진회로(B)의 주파수는 제1의 공진회로(C)의 약 2.5배이나, 실제측정에 의하면, 제1의 공진회로(C)의 주파수는 37KHz, 제2의 공진회로(B)의 주파수는 111KHz이었다. 그리고, 방전등(4)는 아아크가 불안정해지는 일이 없고, 점등이 안정되고, 또 전파잡음이 실질적으로 문제없는 정도라는 것을 확인했다.

제7도는 본 발명의 딴 실시예를 나타내는 것이다. 제5도와 같은, 또는 동등한 부분에는 같은 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 본 실시예에 있어서 전원을 평활화 직류전원(5)이지만, 제1도, 제5도에서 나타내는 바와같이 비평활화 직류전원이라도 상관없는 것은 말할 것도 없다. 본 실시예에 있어서의 고주파 장치(311)은 제5도와 같은 실시예인 푸시풀 트랜지스터 인버어터로 구성되나, 출력트랜스(312)의 입력권선(312a)의 일부는 제1의 출력권선을 겸하고 있다. 또, 이 제1의 출력권선의 단자간에는 인덕터(313)및 콘덴서(314)의 직렬회로를 접속하여, 이 직렬회로의 양단자간에 인덕터(315) 및 방전등(4)를 직렬로 접속하고 있다.

이와같은 본 실시예의 공진회로는 제8도에서 나타내는 바와 같다. 즉, 방전등(4)과 시동하는 이전에는 제8도중 화살표(D)로 나타내는 바와같이 공진콘덴서(308)과 출력트랜스(312)의 입력권선(312a)로써 공진하고, 방전등(4)의 점등시는 화살표(E)로 표시하는 공진용 콘덴서(308)-인덕터(315)-방전등(4)의 제1의 공진회로와, 화살표 (F)로 표시하는 콘덴서(314)-인덕터(313)-인덕터(315)-방전등(4)의 제2의 공진회로에 의해 공진회로가 형성된다. 화살표(E)의 제1의 공진회로가 기본파성분의 주파수에 공진하여, 화살표(F)의 제2의 공진회로가 3배 주페수성분의 주파수에 공진하는 것으로, 제5도에서 나타내는 실시예와 같이 이들의 합성전압이 인가됨으로써 방전등(4)는 음향적 공명현상이 생기는 일없이 안정하게 점등된다.

제9도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 것이다. 제1도, 제5도와 같은, 또는 동등의 부분에는 같은 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 본 실시예에 있어서 교류전원(1)과 정류장치(2)와의 사이에 잡음저감을 위해서 정전압소자(6) 및 콘덴서(7)을 병렬로 설치하고 있다. 또, 본 실시예에 있어서의 고주파장치(316)도 푸시풀 인버어터로 구성되나, 본 실시예의 인버어터는 트랜지스터(305), (306)의 베이스 전류전원을 트랜지스터(305), (306)의 콜렉터 전류에서 얻고 있다. 즉, 전류변성기(317)의 일차권선(317a), (317b)를 트랜지스터(305), (306)의 콜렉터와 직렬접속하고, 2차권선(317C)의 출력을 정류·평활 및 전압으로 변환하여 얻고 있다. 따라서 베이스저항(309), (310)은 단순히 시동시에 베이스전류를 공급할 수 있는 값에 설정되어 있다. 다이오드(318), (319) 정전압소자(320) 및 콘덴서(321)은 트랜지스터(305), (306)의, 콜렉터. 에미터간의 과전압을 제한하고, 트랜지스터(305), (306)을 보호하기 위한 것이다. 본 실시예에 있어서의 고주파장치(316)의 공진회로는 제5도, 도시실시예와 거의 동일하나, 출력트랜스(306)의 제1의 출력권선(307b)와 병렬로 인덕터(322)를 설치하여 인덕턴스를 증가하고 있다. 작용은 제5도의 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

제10도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 것이다. 본 실시예에 있어서 고주파장치(323)은 기본파 성분을 출력하는 제1의 고주파 발생회로(8)과, 이 회로(8)의 출력의 일부를 입력하여 3배 주파수성분을 출력하는 제2의 고주파 발생회로(9)로서 구성되고, 이들 양 회로(8), (9)의 출력을 방전등(4)에 대하여 병열적으로 인가하고 있다. 상기 제1의 고주파 발생회로(8)로서는, 예를들면 제5도에서 도시한 바와 같은 트랜지스터 인버어트를 지니고, 기본파성분만을 발생하는 공진회로를 지니는 것이다. 또, 제2의 고주파 발생회로(9)로서는, 상기 제1의 고주파 발생회로(8)의 인버어터의 출력을 입력으로 하는 트랜지스터 인버어터를 지니고, 3배 주파수성분을 발생하는 공진회로를 지니는 것이다. 또, 이들 양 회로(8), (9)의 출력을 방전등(4)에 대하여 직렬적으로 인가해도 되고, 또, 제2의 고주파 발생회로(9)는 정류장치(2)의 출력을 입력으로 하는 것도 좋다.

제11도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 것이다. 본 실시예에 있어서 고주파장치(324)는 트랜지스터초퍼(10)과, 기본파성분을 발생하는 제1의 공진회로(11)과, 3배 주파수성분을 발생하는 제2의 공진회로(12)와, 한류작용을 행하는 안정장치(13)으로 구성되는 것이다.

상기 특랜지스터초퍼(10)의 상세한 설명은 생략하나 주지의 것을 그대로 사용할 수 있다. 제1, 제2의 공진회로(11), (12)는 예를들면 지금까지 설명해온 실시예의 것으로 구성할 수 있다. 또, 안정장치(13)은 필요에 따라 공진회로와 겸용할 수 있다. 또, 제1, 제2의 공진회로(11), (12)의 접속순서는 반대로 해도 된다. 작용은 지금까지의 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

다시, 본 발명은 상기 실시예의 것에 한정되는 것이 아니다. 말하자면, 고휘도 방전등은 수은램프와 같이 원자발광하는 것도 분자성할로겐화주석을 봉입한 금속할라이드램프와 같이 분자발광하는 것도 본 발명에 의한 효과를 얻을 수 있다. 또 고주파장치는 인버어터, 초퍼이외의 것이라도 좋고, 요컨데 기본파성분과 3배 주파수성분과를 방전등에 인가할 수 있는 것이면 된다. 그리고, 인버어터인 경우, 병렬형, 직렬형 및 일석형(一石形)의 어느 것이라도 좋고, 또, 초퍼인 경우도 포함하여, 자여자(自勵磁) 타여자의 어느쪽이라도 좋다. 기본파성분과 3배주파수성분과의 발생부에 대해서도 별도로 형성해도 좋고, 단일의 자기회로 등을 사용하여 공통으로 형성해도 된다. 또, 방전등에는 기본파성분과 3배 주파수성분을 인가하는 것이 필수요건으로, 그밖에 5배 이상의 주파수성분을 함유하는 것을 허용하지만, 이 5배이상의 주파수성분의 전전압에 대한 비율(실효치)은 이 5배이상의 주파수성분에 의한 전파잡음이 실질적으로 악영향을 주지 아니하는 정도의 것이라야 한다.

다시, 기본파성분과 3배 주파수성분과의 위상은 반드시 일치시킬 필요는 없으나, 일치 또는 접근시키는편이 점등특성상 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.

이상 상술한 바와같이 본 발명은 기본파성분과 3배 주파수성분을 특정의 성분비로서 포함하는 고주파전압을 인가하는 고휘도 방전등을 점등하도록 한 것으로, 음향적 공명현상을 발생하지 아니하는 방전등장치를 제공할 수 있고, 또한 음향적 공명현상의 발생양태가 다른 여러가지의 고휘도 방전등에 적용할 수 있는 것이다. 또, 3배를 넘는 주파수성분을 실질적으로 함유하지 아니하므로, 전파잡음의 악영향을 발생시키지 아니할 수가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고휘도 방전등(4)과 : 제1 및 제2고주파 발생회로를 구비하여 기본파성분 및 3배 주파수성분을 함유하고 3배 주파수를 넘는 주파수성분을 실질적으로 함유하지 않는 고주파전압을 상기 고휘도 방전등에 인가하는 고주파장치(3, 301, 311, 316, 323, 324)와로 구성하고 있으며, 상기 기본파성분에 따른 상기 고휘도방전등(4)의 램프전류(I)과 상기 3배 주파수성분에 따른 상기 고휘도 방전등의 램프전류(I₃)와의 비가 0.2

   

   I₃/ I₁

   

   0.6이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로하는 방전등 점등장치.

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