KR860001277B1 - 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치

제1도는 본 발명이 가스 방전램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치의 기본적인 일반적 형태를 예시한 블록 다이어그램으로써, 본 도면내에는 여러 소자들에 의해 발생되는 여러 파형도를 또한 제시하였음.

제2도는 가스 방전램프에 대해 조광기 제어로써 사용되는 본 발명의 특정한 실시예의 회로 다이어그램.

제3도는 본 발명의 전원 제어장치에 의해 발생된 어떤 파형들 사이의 관계를 예시한 다이어그램.

제4도는 본 발명에 적당한 전원 제어의 최종 출려과 버스트 제어수단의 가변 펄스 순서 사이의 관계를 예시한 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 신호제어장치 14 : 고주파 펄스 발생기

15 : 논리회로망 19 : 가변 충격 계수 펄스 발생기

18 : 버스트 제어장치 22 : 부하

147 : 정류 및 여파 수단 154 : 다이오우드 브리지

122 : 방전 램프

본 발명은 가스 방전 램프에 대한 전원 제어 및 전기 조광에 관한 것으로써, 특히 고주파 형태의 가변 전원, 즉 교류 신호를 부하에 인가하는 제어 장치에 관한 것이다.

이론적으로는 전원은 그것의 기본적인 변수들 중의 어떤 변수를 조정함으로써 변화되는 것을 알려져 있지만 실제 문제에 있어서는 어떤 요인에 의한 전기 부하의 특성으로 인하여 다른 것보다 제어가 더욱 더 어렵다는 것이 밝혀졌다. 예를 들면, 종래의 형광관과 같은 가스 방전 램프가 다수의 문제점을 야기하였다. 형광관의 비선형 전도 특성은 전원 제어의 비실용적인 방법 그 자체로 전압 조정을 행한다. 램프의 비선형 전도나 또는 부저항은 램프를 "터언-온 (turn-on)" 시키기 위하여 비교적 고전압이 필요하다. 종래의 유도 벨러스트(ballast)와 같은 공지된 전류 제한 장치는 효과적으로 일정한 동작 레벨을 유지하지만 형광관에 전송된 전류를 간단하게 변화시키는 가변 전원 제어는 단지 제한된 중간 휘도 범위내에서만 유효하다. 너무 적은 전류는 원치 않는 스트로브스코픽 효과(stroboscopic effects)와 감소된 램프 수명 및 에너지 소비 등의 여러 결점들을 야기하는 한편 과잉 전류는 상술한 바와같이 램프를 폭파시킬 위험성이 뒤따른다.

많은 장치들은 전압. 시간 전류의 적을 변화시킴으로써 방전램프에 전달된 전원을 변화시킨다. 이러한 동작 모우드는 비록 어떤 면에서 회로 설계의 기능을 어느 정도 향상 시켜 줄 수 있으나 전압이나 전류조절의 모든 불리한 결점들을 제거시켜 줄 수 업다. 본래 램프는 안정된 플레즈마 방전(plasma discharge)을 일으키기 위해 최적치 위 아래에서 동작되어야 한다. 특히 전압의 변화를 허용하면 이래틱 파이어링(erratic firing)을 발생한다.

위상 제어는 교류파형의 특정한 부분에서만 램프 부하에 인가되는 교류를 허락한다. 위상 각들의 넓은 범위가 얻어질 수 있지만 낮은 각도가 형광 시스템에서 플리커(flicker)나 저효율을 야기하는 경향이 있다. 상기 위상 제어장치는 또한 그들이 사용된 인덕터(inductors)들의 설계때문에 비교적 경비가 비싸게 먹히는 결점이 있다.

형광 램프의 고주파 구동 시스템은 증가된 조명 효과와 같은 유익한 측면의 효과에 관한 것으로 여러 종류가 매년 발표되 있는 바, 일예를 들어 소개하면, 쵸퍼 시스템(chopper systems)은 임펜딩 과전류 이벤트(impending overcurrent event)를 감지하여 부하에 전류가 임계치까지 떨어질때 그들 자신을 셔트-오프(shut-off)하는 고주파 조정기이다. 어떤 쵸퍼는 귀환제어된 펄스 폭 변조의 형태로 전류를 조절하는데 조절시 펄스폭은 다소 고정되지만 반복 주파수는 변한다. 반복비를 변화시킴으로써 부하에 전달된 전원은 변한다.

전원은 또한 램프 부하에 송출한 신호나 전류나 전압을 변화시키는 것보다는 시정수를 변화시킴으로써 조절된다. 본 발명의 비스트 제어 시스템은 고주파 신호들의 최고 활용효과 뿐만 아니라 본 발명의 원리를 이용하는데, 전압 값은 선택되어 방전 램프나 또는 이와 유사한 장치의 신뢰할 만한 파이어링(firing)을 발생한다; 전류 값은 선택되어 안정된 방전을 제공한다; 고주파 값은 선택되어 부하 형성에 효율을 증가시켜 준다. 두말할 나위도 없이 이러한 고정된 변수들은 이론적으로 일정한 전원 출력을 발생시킨다. 그러나 만약 이러한 고정된 변수들이 시간의 가변 간격들에 대하여 간헐적으로 인가하면 부하에 공급된 전체 전원은 변화된다. 따라서 본 발명에 의한 제어는 버어스트(burst)로써 알려진 가변 간헐 간격에 대하여 부하에 고주파교류를 인가함으로써 그것의 전원 출력을 조정한다.

본 출원에 관련된 공지된 종래 기술은 Nomura등에게 1972년 4월 18일 허여된 미합중국 특허 제 3,657,598호와, Hancock씨에게 1978년 5월 2일 허여된 미합중국 특허 제 4,087,722호와, 1975년 12월 26일부로 Suhren등에게 허여한 미합중국 특허 제 3,927,349호와, 1980년 8월 26일부로 Ferro씨에게 허여한 미합중국 특허 제 4,219,760호와, 1981년 2월 17일브로 Stolz씨에게 허여한 미합중국 특허 제 4,251,752호와, 1981년 8월 25일부로 Swinea씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,286,195호가 있다.

상기 Nomura씨에게 허여된 미합중국 특허 제 3,657,958호에는 본 발명의 한 형태로 제공된 듀웰시간(dwell time)과 기능적으로 동일한 방법으로 동작 수행하는 반도체 스위칭 소자들의 교번온-타임간격(on-time intervals)을 제공하는 제어회로가 소개되어 있다. 그러나 Nomura의 회로는 본 발명의 요지로하는 가변 충격 버스트 제어의 주원리나 또는 상술한 신호 제어수단과, 버스트 제어 수단 및 부하-정합 유도 수단들의 특별한 조합이 사용되지 않았다.

또한 Suhren의 여러 사람에게 허여한 미합중국 특허 제 3,927,349호에서는 비교적 고주파 신호들의 구룹이나 버스트들이 시간의 가변 간격동안 부하에 반복적으로 전달되는 램프 다이밍 장치(lamp dimming apparatus)가 소개되어 있다. 그러나 본 발명에 의한 조정할 수 있는 전원 제어는 Suhren씨 장치의 제어보다 휠씬 더 고주판 신호들로써 행해지도록 발명된 것으로 부하에 교류를 공급하기 위한 부하 정합 유도 수단을 포함한다. 이와는 반대로 상기 Shuren씨의 장치는 상기 회로내에 상기와 같은 파형을 발생시키는 대신 교번 전류의 아웃사이드 원(outside source)을 제공한다.

Hancock씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,087,722호에는 본 발명과는 달리, 상기 수단에 인가된 각 펄스들의 폭을 변화시킴으로써 램프를 딤(dim)하는 램프에 교류를 공급하는 램프 동작변압기 소개되었다. 부가하여 상기 Hancock회로는 시간의 가변 간격에 의하여 램프를 점멸 시키도록 착안되었지만 본 발명에 의한 조정할 수 있는 전원 제어는 램프 아크(lamp arc)를 명확히 점멸시키지 않는다.

Ferro씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,219,760호에는 본 발명과 다소 유사한 비교적 고주파 펄스들의 클럼프(clump)나 또는 비교적 저주파 구룹들을 주기적으로 발생시키기 위해 펄스열을 셔트-오프(shut-off)하는 램프를 다이밍하기 위한 방법이 소개되었다. 그러나 본 발명과는 다르게 상기 Ferro씨의 다이밍 방법과 장치는 솔레노이드 전계램프(solenoidal electric field lamps)을 사용한 것으로 직류 펄스들의 적에 제한된다. 뿐만 아니라 Ferro씨의 회로는 본 발명에서 사용된 반도체 스위치 소자와 부하-정합유도 소자가 발표되지 않았다.

Stolz씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,251,752호에는 조정할 수 있는 고주파 펄스들을 발생하는 장치들이 소개되었지만 본 발명과 다르게 상기 Stolz회로는 펄스 폭 변조와 입력 전원 변화를 이용한 것으로 본원에 청구된 버스트 제어 수단에 대한 것이 소개되지 않았다.

Swinea씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,286,195호에는 형광램프에 가변 온-타임을 가지는 고조파 펄스들을 공급하는 조광기가 발표 되었는데, 상기 펄스들은 인버어터 수단에 의해 램프의 양단의 극성을 균일화 시키도록 인가된다. 이에 반하여 본 발명에 의한 전원 제어는 Swinea씨의 인버어터와 동일한 소자를 사용하지 않을 뿐더러 기능이 서로 다른 부하-정합 유도 수단을 사용한다는 점에서 상이하다. 부가하여 본 발명의 교류출력은 상기 Swinea씨에 의하여 제안된 바와 같이 부하 양단의 극성을 균일화 시키기 위하여 인가되지 않는다.

본 발명에 의한 조정할 수 있는 전원 제어장치는 신호 제어수단, 제1, 제2반도체 스위칭 소자, 버스트 제어수단 및 부하-정합 유도수단의 조합으로 구성되어 제1, 제2 직류 입력 단자로부터 부하에 가변 전원을 공급한다.

상기 제1 직류 입력단자에 전기적으로 연결된 상기 호신 제어수단은 고주판 펄스 발생기와 논리 회로망으로 구성된다. 상기 신호 제어수단은 초당5,000~250,000의 범위에 걸쳐 있는 고정된 주파수와 고정된 충격계수를 가지는 제1,제2 펄스 시이퀀스를 발생한다. 상기 제2 시이퀀스의 펄스들은 상기 제1 시이퀀스의 펄스들과 위상이 반전되어 대칭 형태를 이룬다.

상기 제1, 제2 스위치들은 상기 신호 제어수단과 전기적으로 연결되어 상기 스위치들에 각각 인가되는 제1, 제2 펼스 시이퀀스의 부분과 동기로 "온" "오프"스위칭 작용을 교대로 행한다.

제1직류 입력 단자와 신호 제어수단에 전기적으로 연결된 버스트 제어수단은 조정할 수 있는 충격 계수 펄스 발생기와 제3반도체 스위칭 소자들을 포함한다. 상기 버스트 제어수단은 동시에 간헐적으로 제1, 제2 펄스 시이퀀스를 인터럽트(interrupt)하여 그들 각각의 스위칭 소자들에 이러한 펄스 시이퀀스들의 간헐 가변 각각 버스트가 도달하게 한다.

부하-정합 유도 수단들은 제1, 제2 스위칭 소자들과, 제2직류 입력단자, 부하에 전기적으로 연결된다. 상기 유도수단은 제1, 제2 스위칭 소자들의 "온" "오프" 상태의 교변에 응답하여 제2 직류 입력단자에 의해 공급된 전류의 전도 교번통로를 제공하여 부하에 교류의 간헐, 가변 간격, 고주파 버스트들을 공급한다.

본 발명의 목적은 방전램프, 유도 또는 마이크로파 가열 장치, 전기 방전 기계나 용접 공구에 전달되는 전원을 변화시키기 위한 비교적 가격이 저렴하고, 간단하고 효능이 우수한 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 실질적으로 에너지를 보존하는 조정할 수 있는 전원제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 그들이 부하에 간헐적으로 인가되는동안의 시간 간격들에서만 변하는 이러한 값들에 고정하고, 부하의 최적의 전압, 전류, 주파수 특성을 효과적으로 정합하는 조정할 수 있는 전원제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 유도 벨러스트가 필요없이 폴리커(flecker)나 다른 악영향을 미치는 스트로보스코픽(stroboscopic effects)없이 조명의 넓은 범위에 걸쳐 변화되는 램프의 광출력을 발생하는 가스 방전램프용 종광기 제어장치를 제공하는데 있다.

이하 첨부 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 기본적인 형태를 예시한 블록 다이어그램으로써, 예시부호 10은 제1 입력단자(11)와, 제2 입력단자(12)와, 고주파 펄스 발생기(14)와 논리 회로망(15)을 가지는 신호 제어장치(13)와 제1, 제2반도체 스위칭 소자(16)(17)와, 가변 충격 계수 펄스 발생기(19)와 제3반도체 스위칭 소자(20)를 가지는 버스트 제어장치(18)와, 적당한 부하 정합 유동장치(21)로 구성된 전원 제어장치를 표시한 것이다. 예시한 바와 같이 상기 소자들을 전기적으로 상호 연결함으로써 본 발명의 장치는 부하(22)에 인가된 전원의 양을 제어한다. 상기 부하(22)는 방전램프, 유도 가열장치, 마이크로파 가열 장치이거나 또는 전기 방전기기가 용접 기구와 같은 전자 용융 부하일 수 있다.

제2 직류 입력단자(12)로부터의 인출된 출력은 어떤 적당한 부하 정합 유도 장치(21)에 약간의 맥동 파형(23)을 지니는 전위신호를 인가하는 출력으로써 "온(on)", "오프(off)"상태시 제1스위칭 소자(16)와 제2스위칭 소자(17)의 고주파 교번에 응답하여 부하(22)에 교번 출력을 인가하는 신호이다. 예를들어 상기 전원신호는 전기 도선을 통해 변압기의 1차 권선(25)에 위치한 중앙 탭(24)에 전송된다. 상기 제1전기 입력단자(11)는 비록 양호하게 전압이 감소 되었지만 전원 신호(23)와 아주 유사한 서어비스 신호(service signal)를 도선 (27)을 통해 고주파 펄스 발생기에, 도선(28)을 통해 논리 회로상(15)에, 도선(29)을 통해 가변 충격 펄스 발생기(19)에 각각 인가한다.

본 발명의 중요한 부-회로(sub-circuit)들은 펄스 시이퀀스를 발생 시키는 신호 제어장치(13)와 버스트 제어장치(18)를 포함한다. 제1, 제2 스위치 소자(16)(17)들을 통한 신호제어장치의 펄스 시이퀀스 출럭은 부하 변압기(21)를 통해 전원신호(23)의 전류 흐름의 방향을 결정하고, 내부 펄스 시이퀀스에 응답하여 버스트 제어장치(18)는 가변 간격시 신호 제어 출력들을 간헐적으로 중단시켜 이러한 출력들을 제1, 제2 스위치에 도달하는 펄스들의 고주파 버스트를 형성하도록 변화시킨다.

신호 제어장치(13)의 출력은 본 도에 파형(30)(31)에 의해 나타낸 바와같이 고주파 펄스 시이퀀스, 제1, 제2구형파이다. 이러한 신호 제어 출력(30)(31)들은 일정하고 동일한 충격들이다. 다시 말해서 각 펄스의 출현을 논리 "하이"상태로 나타내고 각 펄스의 중단을 논리 "로우"상태로 시간격이 주어질 경우에 시간 소비논리 "로우"대 시간 소비 논리 "하이"의 비는 고정되고 두 출력들은 동일하다. 더우기 펄스 시이퀀스(30)(31)들의 각 펄스들의 폭은 동일하게 고정되고, 이러한 "하이"와 "로우" 상태가 고정되는 동안 펄스 시이퀀스들의 교번 주파수도 동일하게 고정되어 초당 5,000~250,000회의 범위내에서 있게 된다. 결국 제2 펄스 시이퀀스(31)는 제1펄스 시이퀀스와 위상이 반전된다. 다시 말해서, 시간안에 주어진 포인트에서 두 시이퀀스들 중의 단지 하나만이 논리 "하이"가 된다.

신호 제어출력(30)(31)들은 다음과 같은 방법에 의해서 발생된다. 고주파 펄스 발생기(14)는 도선(27)을 통해 제1전기 입단력자(11)로부터의 서어비스 신호를 수신한다.

상기 펄스 발생기(14)는 양호하게 초당 10,000~500,000의 범위에 걸쳐있는 주파수를 가지는 클럭킹 파형(32)에 의해 표시된 고정된 펄스열 출력을 발생시키기 위한 본 분야에 종사하는 사람에게 공지된 비안정 멀티바이브레이터인 자주형 발진기(a freerunning oscillator)및 다른 장치들을 구성한다. 고주파 펄스 발생기로부터의 출력(32)은 도선(33)을 통해 논리 회로망(15)에 인가하고, 상기 논리 회로망은 도선 (28)을 통해 제1 전기 입력단자(11)에 연결되어 있다. 상기 논리 회로망(15)은 상술한 바와같은 제1, 제2 펄스 시이퀀스(30)(31)들을 발생시키는 공지된 플립-플롭, 시미트 트리거(schmitttrigger) 10진 계수기 및 그이 다른 소자들로 구성된다.

상술한 회로의 아주 간단한 구성뿐만 아니라 신호 제어장치(13)의 중요한 특징 중의 하나는 전기 입력의 레벨과 여러 다양한 사용성에 여러 다양한 융통성을 제공해 준다는 것이다. 본 발명의 주목적은 부하에 정합되는 고정된 전압, 전류 및 주파수 특성을 가지는 간헐적이고, 가변-간격 고주파인 교류의 형태의 가변전원을 제공하는데 있다. 그러나 다른 부하들도 전압, 주파수, 전류의 다른 범위에서도 가장 효과적으로 동작한다. 예를들면, 가스 방전램프는 전기방전 용접기구과 다른 최적의 주파수, 전류 및 다른 변수를 가진다. 만약 주파수가 온도변화와 자기 효과와 같은 어떤 동작 변화의 부수적인 효과를 보상하기 위해 변화될수 있다면 유도 히터와 같은 부하의 효율이 증가한다. 신호 제어장치(13)내의 소자들의 배열이나 형태를 변화시키지 않고 크기나 용량을 변화시킴으로써 부하의 필요조건에 본 발명이 적당하다. 버스트 제어수단(18)이 간단하게 적용될 수 있지만 버스트 제어장치(18)와 신호 제어장치(13)는 펄스 발생능력이 다를뿐만 아니라 변화성이 다르다. 일단 그것의 소자들이 선택되면 신호 제어가 환경의 외부를 근본적으로 변화시키지 않는 일정한 펄스 특성들을 가지는 출력을 제공한다. 다시 말해서, 버스트 제어는 일상 조정되는 적어도 하나 이상의 소자를 가지는데 본 발명은 실제로 이것이 사용된다. 그런 다음 버스트 제어장치(18)는 부하(22)를 구성하는 상술한 전기 장치중의 어느 장치에 전달되는 전원을 넓은 위범에 걸쳐 조정되는 용량을 전체 시스템에 제공한다.

버스트 제어장치(18)의 외부 신호를 발생하지 않지만 가변충격 계수 펄스 발생기(19)는 부회로에 내부 펄스 시이퀀스를 발생시킨다. 가변 충격 계수 파형(34)에 의해 나타낸 이러한 내부신호는 신호 제어출력(30)(31)들과 같은 직류 펄스 시이퀀스와 구형파이다. 그러나 이러한 제어신호출력과는 다르게 이것은 시간에 맞게 일정하게 남을 필요가 없는 논리 "하이"와 논리 "로우"를 가진다. 따라서 가변충격 계수 시이퀀스(34)의 각 펄스의 폭은 변화된다. 또한 가변 시이퀀스(34)는 초당 40~10,000펄스의 범위내에서 있는 비교, 저주파수를 가진다.

가변 충격 계수 펄스 시이퀀스(34)는 다음의 방법에 의해 발생된다. 가변 펄스 발생기(19)는 도선 (29)을 통해 제1 전기 입력단자(11)로 부터의 직류 서어비스 신호를 수신한다. 이러한 펄스 발생기(19)는 본 발명의 분야에 공지된 다른 아날로그 회로와, 충, 방전 다이오우드와 직렬로 연결된 저항-커패시턴스회로망과, 간단한 발진기나 멀티바이브레이터로 구성된다. 반전 형태의 충, 방전 다이오우드와 직렬로 연결된 저항의 양을 조정함으로써 커패시턴스를 충전 또는 방전하기 위한 시정수는 양호하게 될 수 있고 펄스 발생기(19)의 주기는 변해질 수 있다. 실제 저항을 변화시키기 위한 어떤 수단이 주변광이나 다른 외부요소에 윈한 충전에 응답하는 가변 저항을 제공하는 간단한 전기회로나 또는가동 와이퍼 아암(a movable wiper arm)을 가지는 기계적인 저항기와 사용될 수. 있다.

제3 반도체 스위칭 소자(20)는 가변 펄스순서(34)의 논리 "하이" 상태와 논리 "로우" 상태의 교번에 응답하여 "은(on)" "오프(off)" 스위칭 동작을 행하고, 도선(35)을 통해 가변 충력계수 펄스 발생기의 출력(34)을 수신한다. 상기 "온" 상태에서, 제3스위칭 소자(20)는 상기 제1, 제2 펄스가 제1,제2 스위칭 소자(16)(17)에 도달하기 잔에 도선(36)(37)을 통해 제1,제2 펄스 (30)(31)을 인터럽트하거나 반전한다. 제1도에 예시한 바와 같이, 버스트 제어 도선(37)(36)은 신호 제어수단과 제1,제2 반도체 스위치(16)(17) 사이에 있는 도선(38)(39)에 각각 연결된다. 실제 버스트 제어수단(18)은 변경된 제1, 제2 펄스 시이퀀스 파형(30A)(31A)으로 표시한 바와같이 제1, 제2 펄스 시이퀀스(30)(31)가 "로우" 상태로 되어 있는 동안 제1, 제2 펄스 시이퀀스(30)(31)의 가변시 간격의 간헐적인 갭(gap)들이 발생한다.

상기 제1, 제2펄스 시이퀀스(30)(31)의 위상 반전 특성들은 변하지 않고 남기 때문에 알맞은 시간에 어떤 주어진 점에서, 변해진 펄스 시이퀀스(30A)(31A)가 논리 "로우"가 되거나 변해진 펄스 시이퀀스 중의 어느 한 펄스 시이퀀스만이 논리 "하이"가 된다.

제1, 제2 반도체 스위칭 소자(16)(17)들은 버스트 제어 수단에 의해 변경된 것과 같이 신호 제어수단의 각각의 제1, 제2 펄스 시이 퀀스 출력단자에 도선(38)(39)를 통해 전기적으로 연결된다. 상기 반도체(16)(17)들은 그들 제어 단자들에서 변경된 펄스 시이퀀스(30A)(31A)들은 각각 수신하고, 그들 각 펄스의 시이 퀀스 입력의 논리 "하이"와 논리 "로우"에 응답하여 "온", "오프" 스위칭 작용을 행하는데, 상기 스위치들은 제3 스위칭 소자(20)를 통해 조정할 수 있는 충격 계수 펄스 발생기(19)의 동작에 의해 결정된 가변 시간격을 위해 고주파 펄스의 버스트를 수시한다. 상기 반도체 소자(16)(17)들은 전계효과 NPN 트랜지스터 다이리스터이고 제1도에 접지로써 표시한 바와같이 회로 공통 접점과 부하 정합수단(21)에 전기적으로 연결된 전원전송 및 전원 단자들을 가진다.

상술한 바와 같이, 부하 정합 유도 수단(21)은 1차 권선(25)과 1차 중앙 탭(24)을 가지는 변압기를 구성한다. 상기 제1, 제2 스위칭 소자(16)(17)들은 상기 변압기와 1차 권선(25)의 서로 반대쪽 단자(40)(41)에 전기적으로 연결된다. 상기 수단의 "온" 상태에서, 전원신호(23)를 교번적으로 전도하는 스위치들은 변압기 1차 권선(25)을 통해 서로 반대 방향으로 변압기 중앙 탭(24)에서 수신한다. 따라서 상기 제1, 제2 스위치(16)(17)들과 같이 서로 반대 방향에서 교번적으로 변압기 1차 권선(25)을 통해 흐르는 전류는 상기 제1, 제2 변경된 펄스 시이퀀스(30A)(31A)에 의해 교대로 "터온-온"한다. 시 간격동안 두 펄스 시이퀀스들이 버스트 제어 기능의 결과로써 논리 "로우"일 때 두 제1, 제2 스위치(16)(17)들은 "오프"되고 전원신호는 변압기 1차 권선(25)을 통해 흐르지 않는다.

공지된 바와 같이 자속은 만약 변압기에 전자의 흐름이 없으면 발생될 수 없다. 따라서 제1, 제2도 스위치 모두가 "오프"될때 변압기 2차 권선에 전류가 흐를 수 없다. 그러나 스위치들이 교대로 전도될때 전원 신호는변압기 1차 권선을 통해 교번 방향으로 흘러 교번 전류는 변압기 2차 권선에 설정된 다음 2차 권선의 출력은 부하(22)에 고주파 교류(43)의 간헐적인 버스트를 공급한다. 교류(43)의 버스트의 전압, 전류, 주파수는 주어진 부하의 필요에 따라 보통 고정된다. 다시 말해서 고주파 교류의 버스트가 출현하지 않는 동안 시간격들은 가변되고 버스트 제어수단(18)의 동작에 직접 관련된다. 따라서 버스트가 부하에 인가되는 동안 시주기가 변하기 때문에 시간의 주어진 주기를 넘어 전달된 전원의 전체 양은 가변 된다. 따라서 방전램프, 유도 가열 장치나 또는 마이크로파 가열장치, 전기 방전 기계장치, 용접 기구와 같은 부하(22)는 비록 그것의 동작시 전원의 양이 변한다 하더라도 효과적으로 동작한다.

제2도는 가스나 전기 방전 램프(122)를 조명하는데 사용되는 조절할 수 있는 전원 제어장치(11)의 구체적인 형태를 예시한 것이다.

상기 시스템은 3단자들(144)(145)(146)에 의해 나타낸 상용교류 전류의 출력단자로부터 그것의 전원을 초기에 구동한다. 양호하게 핫 단자들(hot terminals)(145)(146)은 상기 전원제어 장치가 다른 전압, 주파수 레벨들에 사용하기 적당하다 하더라도 110~120(v),60(Hz)범위의 교류 전류를 공급한다. 나머지 접지된 단자는 충격의 위험을 예방하기 위하여 고정 안정된 접지를 본 장치에 제공한다.

제2 정류 및 여파수단(147)은 노우드(node)(112)에서 직류 전류원을 발전시키는 교류원 단자들(145)(146)에 전기적으로 연결된다. 이러한 정류 여파수단(147)은 그들이 제1도에 도시된 바와 같이 제2 직류 입력단자에 신호와 유사하기 때문에 균일성을 위하여 제2 직류 입력단자로써 표시될 수 있다. 양호하게 제2 정류 및 여파 수단 (147)은 전파 정류를 제공하는 다이오우드 브리지(148)와, 직류 전원신호 출력내의 가벼운 맥동만을 지니는 정류된 전류를 평활하는 필터 커패시턴스(149)로 구성된다. 상기 제2 정류 및 여파수단(147)의 출력 노우드(112)는 도선 (126)을 통해 부하 변압기(121)의 1차 권선단의 중앙탭에 전기적으로 연결된다. 부하 변압기(121)와 도선(126)은 제1도에 표시한 바와같은 부하-정합수단(21)과 도체(26)형태를 취한다.

제2 정류 및 여파 수단(147)에 부가하여 전압 감소 수단(150)은 핫 교류 입력단자(145)(146)들에 전기적으로 연결된다. 전압 감소수단(150)은 1차 권선(151)과 적어도 하나 이상의 2차 권선(152)을 가지는 강압 변압기로써 구성되어 양호하게 시스템의 다른 부분에 심질적으로 감소된 교류출력(예를들면 5v)을 공급한다.

상기 강압 변압기의 2차 권선(152)의 양단에는 제1도에 도시한 제1 직류 입력단자(11)와 동일한 노우드(11)에 직류 서어비스 신호를 발전시키는 제1 정류 및 여파 부회로(153) 가 연결되어 있다. 양호하게 제1 정류 및 여파 수단(153)은 전파 정류를 제공하는 다이오우드 브리지(154)와, 다이오우드 브리지(154)의 양 출력 단자에 연결되어 직류 서어비스 신호의 가벼운 맥동만을 내포한 정류된 전류를 평활하는 커패시터(155)로 구성된다. 상기 제1 정류 및 여파 부회로(153)의 출력 노우드(111)는 입력 전류를 자주형 고주파 발진기 부회로(114)와 플립-플롭/NOR게이트 부회로(115)와, 가변 충격 계수 저주파 발진기 부회로(119)에 인가한다.

상기 고주파 발직기 회로망(114)은 제1도에 도시한 고주파 펄스 발생기(14)의 형태로, 저항 소자(156), 커패시터(157), 집적회로 타이머 또는 클럭킹 소자(158)들로 구성된다. 상기 저항기(156)와 커패시터(157)들은 제1 정류 여파 부회로(153)의 출력단자에 직렬로 연결되어 클럭킹 소자(158)의 RC시정수를 성립한다. 타이머 IC는 노우드(132)에서 자주형 고주파 클럭출력을 초당 10,000~500,000 범위에 걸쳐 발생한다. 노우드(132)의 클럭출력은 제1도와 제3도에 도시한 고주파 펄스열(32)과 동일하다.

상기 플립-플롭/NOR 게이트 부회로(115)는 제1도의 논리 회로망(15)의 형태로써 한쌍의 도선(159)(160)을 통해 고주파 클럭출력(132)을 수신한다. 7470 PJK 플립-플롭 형태의 플립-플롭(161)은 도선(162)을 통해 제1 정류 및 여파수단(153)으로부터 서어비스 신호를 수신하고 도선(160)을 통해 노우드(132)의 클럭 출력을 수신한다. 플립-플롭(161)은 노우드(130)(131) 각각에서 제1, 제2 중간 펄스 시이퀀스를 발생시킨다. 상기 노우드(130)(131)에서의 이러한 중간 주파수는 노우드(132)클럭 출력의 대략 1/2주파수이고 이러한 두 중간 주파수 시이퀀스는 서로 위상이 반전된다. 본래 노우드(130)(131)의 시이 퀀스는 제1도, 제3도의 제1, 제2 펄스 시이 퀀스(30)(31)와 동일하다. 그러나 제1, 제2 NOR 게이트(163)(164) 각각은 전체플립-플롭 NOR 게이트 부회로(115)의 최종 펄스 시이퀀스 출력의 듀웰타임을 제공하기 위해 플립-플롭(161)의 중간 주파 출력들을 각각 변화시킨다.

NOR 게이트(163)(164)들의 동작은 제2도 뿐만 아니라 제3도에서 언급함으로써 좀 더 명확히 이해할 수 있을 것이다. 제1NOR 게이트(163)는 노우드(132)의 클럭 출력과 노우드(130)의 중간 펄스 시이 퀀스를 수신한다. 종래의 공지된 기술에서 발표된 바와 같이 제 NOR 게이트의 출력은 노우드(132)의 클럭출력과 노우드(130)의 펄스 시이퀀스가 논리 "로우"일때만 논리"하이"가 된다. 노우드(165)에 의한 제1 NOR 게이트(163)의 출력의 어떤 주어진 논리 "하이"의 시 간격은 노우드(132)의 클럭 출력의 어떤 논리 "하이" 간격과 노우드(130)의 시이퀀스의 어떤 논리 "하이" 간격 사이의 차와 동일하다. 제2 NOR 게이트(164)는 노우드(131)의 중간 펄스 시이퀀스와 클럭출력(132)을수신하는것을 제외하면 동일한 방법으로 동작하는 기능을 가진다. 따라서, 노우두(!66)에서의 제2도, 제3도에 표시된 제2 NOR 출력은 아주 유시하지만 제1 NOR 게이트노우드(165)의 출력과 위상이 반전되어 있다.

제1, 제2 노우드(130)(131)의 중간 출력의 논리 "하이"시 간격을 짧게 하기 위하여 제1, 제2 고전압 NPN 트랜지스터(116)(117) 각각을 교대로 파이어링하기 위하여 위상 반전된 노우드(165)와 노우드(166)의 NOR 게이트 출력 사이에 듀웰타임을 제공한다. 상기 제1, 제2 트랜지스터(116)(117)들은 제1도에 도시한 제1, 제2 반도체 스위칭 소자(16)(17)들과 동일한데 그들의 각 베이스 단자(167)(168)들에서의 노우드(165)(166)의 NOR 게이트 출력들의 버스트를 수신한다. 공지된 바와같이 트랜지스터(116)(117)들은 논리 "하이"와 논리 "로우" 펄스 시이 퀀스들이 각각 인가될때 "온", "오프" 스위칭 동작을 행한다. 그러나 NPN 트랜지스터의 "온"상태는 부분적인 전도성 상승 상태에 의해 선행된 다음 부분적인 전도성 하강 상태에 의해 행해진다. 따라서 만약 노우드(165)(166)의 NOR게이트 출력의 위상 반전된 "하이" 상태 사이의 시간캡이나 듀웰 타임이 없다면 두 트랜지스터들이 동시에 "온" 상태로 될때 아마 인스텐트(instant)될 것이다. 다시 말해서 제2트랜지시터(117)와 같은 시간에 그것의 하강 상태가 그것의 상승 상태동안 부분적으로 전도성으로 되는동안 제1 트랜지스터(166)는 부분적으로 전도성이 된다. 이러한 가능성을 방지함으로써 제1, 제2 NOR 게이트(163)(164)들은 시스템에 자가 가열, 효율성 저하, 가능성 손실 등을 예방할 수 있다.

노우드(165)(166)의 NOR 게이트 출력이 상기 제1, 제2 트랜지스터(116)(117)에 도달하기 전에 그들은 조정할 수 있는 충격 계수 펄스 발생기(119)와 제3 스위칭 소자(120)들을 포함하는 비스트 제어 수단에 의해 시간의 가변 간격을 인터럽트한다. 본 발명의 이러한 양호한 형태에서 펄스 발생기(119)는 고주파 펄스 발생기(114)에 사용된 제1 타이머 IC(158)와 동일한 조정할 수 있는 저항-커패시턴스-다이오우드 회로망(169)과 제2타이머 집적회로(IC)(170)로 구성된다. 제3 스위칭 소자(120)는 저전압 NPN 형태의 제3, 제4 트랜지스터(171)(172)로 각각 구성된다.

조정할 수 있는 펄스 발생기(119)는 제1도에 도시된 펄스발생기(19)와 동일한 방법으로 동작하는 간단한 충격 계수 발진기이다. 상기 조정할 수 있는 저항기(173)와 커패시터(174)의 적은 상기 발진기의 RC시정수나 주기를 결정한다. 제2 타이머 IC(170)교대로 "하이" "로우"의 논리 출력신호를 발생ㅎ나다. 상기 IC 출력이 논리 "하이" 일때 커패시터(174)는 제1다이오우드(175)를 통해 충전되고, IC출력이 논리 "로우"이면 커패시터(174)는 제2다이오우드(176)를 통해 방전된다. 와이퍼(177)가 저항기(173)의 값을 상반 형태로 조정할 수 있기 때문에 커패시터(174)를 충, 방전하기 위한 시정수는 호의적인 시정수가 될 수 있는. 조정할 수 있는 저항기(173)와 그것의 와이퍼 아암(wiper arm)은 기계적, 전기적 수단에 의해 변해질 수 있다. 그러나 조정할 수 있는 저항기(173)를 주변 광 레벨을 변화시키는 충, 방전 다이오우드(175)를 직렬(16)로 연결한 가변 저항치를 제공하는 광감지 소자와 같은 다른 조절할 수 있는 저항 수단들로 교체가 가능하다. 제2도의 노우드(178)에서의 가변 펄스 발생기(119)의 충력은 제4도의 노우드(178)에서 도시하였다. 제4도의 시간격 A,B로 표시한 바와 같이 노우드(178) 출력의 펄스 진폭이나 논리 "하이" 상태들은 실제적으로 변화된다. 노우드(178)의 출력의 평균 주파수는 초당 40~10,000 범위내에서 있다. 그러나 저항(172)이 수동으로 또는 전기적으로 변하지 않으면 이러한 비교적 저주파 노우드(178) 펄스 시이퀀스의 충격 계수는 일정하게 된다.

노우드(178)펄스 시이퀀스가 도선(180(181)을 통해 제3트랜지스터(171)의 베이스 단자(179)와 도선(183)을 통한 제4트랜지스터(122)의 베이스 단자(182)에 각각 인가되기 때문에 제3, 제4트랜지스터(171)(172)는 동일한 신호들을 수신한다. 상기 두 트랜지스터의 콜렉터 단자(184)(185)들 각각은 노우드(165)(166)의 NOR 게이트 출력단자에 전기적으로 각각 연결된다. 노우드(178)의 가변 펄스 시이퀀스가 트랜지스터의 베이스단자(179)(182)에 각각 수신되기 때문에 제3, 제4 트랜지스터는 동시에 "온" "오프" 스위칭 동작을 행한다. 이들은 "온" 상태에서, 제3, 제4 트랜지스터들은 통전 상태로 되고 노우드(165)(166)의 NOR게이트 출력은 회로의 공통 단자에 각각 연결된 에미터 단자(186)(187)를 통해 인터럽트 되거나 반전된다 노우드(178)의 펄스 발생기의 출력이 "로우" 될때, 제3, 제4 트랜지스터들은 비통전 상태가 되고, 고주파 노우드(165)(166)의 게이트 출력은 제1, 제2 트랜지스터 각각의 베이스 단자에 인가된다. 따라서 제3, 제4 트랜지스터(171)(172)들은 가변 펄스 발생기(119)에 의해 결정된 간격에서만 NOR게이트 출력의 간헐적인 인터럽트를 제공한다. 실제 상기 제1, 제2 트랜지스터(116)(117) 각각은 제1, 제2 NOR 게이트 출력의 간헐적인 버스트를 수신하고 상기 버스트들의 시간격들은 조정할 수 있는 펄스 발생기 저항기(173)의 설정에 의해 제어된다.

상기 제1, 제2 트랜지스터(116)(117)들은 그들의 각 콜렉터단자(188)(189)를 통해 변압기 1차 권선(125)의 양 단자와 그들의 에미터 단자(190)(191)를 통해 회로 공통 단자에 각각 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제1, 제2 트랜지스터(116)(117)와 제1도의 부하 변압기(21)와 동일하게 동작한다. 양호하게 제2도에 도시한 가스 방전램프(122)는 히이터 필타멘트보다는 간단한 전극을 사용한 램프 부하가 사용된다 할지라도 양단에는 제1, 제2 힝이터 필라멘트(192)(193)가 설비되어 있다. 설명을 명확기 하기 위해 제2도에 생략한 전기 도선(194)(195)부분들은 전압 감소 수단(150)으로부터 저전압 교류 전류를 공급한다. 이러한 방법으로, 도선 (194)(195)은 강압 변압기의 2차 권선(152)의 양단자에 조그마한 절열된 제2차 권선으로써 또한 작용한다. 방전 램프(122)가 삽설된 램프 고정부 도시 안됨)의 금속 반사기 몸체(196)는 안전한 접지 단자(144)에 양호하게 연결되어 있다. 반사기 몸체(196)와 램프(122)사이에 존재하는 전계는 점화에 도움을 준다.

부하 변압기 2차 권선(142)으로부터 가스 방전램프(122)로의 교번 출력은 제3, 제4도의 노우드(197)(198)의 양단에 걸리는 간헐적인 고주파 AC 버스트에 의해 제4도에 표시한 바와 같다. 고주파 버스트들 중의 한 버스트내의 3상 구형파 교류 파형은 제4도의 노우드(197)(198)출력의 도시를 명확히 하기 위하여 확대하였다. 제1, 제2 NOR 게이트(163)(164)에 의해 설립된 듀웰타임(tD)은 변압기의 2차 권선의 출력부분이 된다 노우드(178)의 가변 펄스 시이퀀스 출려과 노우드(197)(198)의 출력을 비교함으로써 제2출력의 각개의 고주파 버스트는 노우드(178)의 가변 펄스 발생기 출력의 논리 "로우" 상태에 해당하는 것을 인실할 수 있을 것이다. 따라서 램프 부하(122)는 조정할 수 있는 충격 계수 펄스 발생기(119)에 의해 결정된 가변 시간격인 일정한 전압, 전류, 주파수 및 증폭치를 가지는 고주파 AC파로구성된 전원의 간헐적인 버스트를 수신한다. 가변 펄스 발생기(119)가 세트되어 시간 소비 논리 "하이"대 시간 소비논리 "로우"의 노우드(178)의 출력비가 제4도의 시간격(A)에 의해 표시된 바와같이 작을 때 변압기 2차 권선 전원의 비교적 긴 버스트들이 램프(122)에 도달하고 램프에 의해 방사된 조명은 비교적 밝다. 이와는 반대로 시간 소비 논리 "하이" 대 시간 소비논리 "로우"의 비가 시 간격(B)에 의해 표시된 바와같이 클때, 변압기 2차 권선 출력의 비교적 짧은 버스트들은 램프에 도달하여 조명이 비교적 어둡다.

본 발명에 의한 조정할 수 있는 전원 제어 장치에 의해 제공된 조명 레벤들의 범위는 방전 램프용의 다른 전자 조광기에 비해 비교적 넓은 범위에 걸쳐 있다. 노우드(197)(198) 양단에 발생된 2차 권선의 모든 변수는 가헐 버스트의 시 간격을 제외하고는 일정하기 때문에, 본 발명은 다른 조광기 회로의 전압, 전류, 위상각의 조작과 교련된 여러 문제점들이나 플리커, 레콘-테일링(raccoon-tailing), 저효율, 감소된 램프 수명 등의 문제점을 야기 시키지 않는다. 가스 방전 램프에 전달된 제어전원에 알맞은 본 발명의 조정할 수 있는 전자 장치는 비교적 간단하고 효과가 우수한 에너지 보존 장치를 제공한다

Claims (9)

1. 부하에 가변 전원을 공급하기 위한 가스방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치가 제1직류 입력 수단과 ; 제2직류 입력 수단과 ; 상기 제1직류 입력수단에 전기적으로 연결되고 초당 5,000~250,000펄스의 범위 내의 고주파 펄스들을 발생시키기 위한 고주파 펄스 발생수단과 ; 상기 제1직류 입력 수단과 상기 신호 제어수단에 전기적으로 연결되고 가변 충격 계수 펄스들을 발생시키기 위한 조정할 수 있는 펄스 발생기를 포함하여 상기 고주파 펄스 발생 수단에 의해 발생된 고주파 펄스들은 간헐적으로 인터럽트 동작하는 버스트 제어 수단과 ; 상기 신호 제어 수단과 상기 버스트 제어 수단에 의해 발생된 간헐적으로 인터럽트된 고주파 펄스들을 수신하도록 전기적으로 연결되며, 상기 펄스들 사이의 비전도와 수신된 각 펄스에 응답하여 전도되는 반도체 스위칭 수단과 ; 상기 직류 입력 수단들로부터 전류를 수신하도록 전기적으로 연결되며 상기 제2직류 입력 수단으로부터 전류를 부하에 도선의 교번 통로를 제공하기 위하여 상기 반도체 스위치 수단에 응답하는 부하-정합 유도 수단으로 구성되어 있음을 특징으로하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 부하는 가스 방전 램프인 것을 특징으로하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1직류 입력 수단은 교류원의 양단자에 전기적으로 연결된 전압 감소 수단과 상기 전압 감소 수단 양단자에 연결된 제1정류 및 여파 수단으로 구성되었음을 특징으로하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 신호 제어 수단이 상기 제1직류 입력 수단에 전기적으로 연결되어 고주파 클럭킹 신호를 발생하는 자주형 고주파 발전기 회로망과, 클럭킹 신호를 수신하여 제1, 제2 중간 펄스 시이퀀스들을 발생시키는 플립-플롭과, 상기 제1, 제2 중간펄스 시이퀀스들과 상기 클럭킹 신호들을 각각 수신하여 상기 플립-플롭과 상기 발진기 회로망으로부터의 그들의 각 입력들이 논리 "로우"일때만 논리 "하이"인 제1, 제2 NOR 게이트 출력을 발생시키는 제 1, 제2 NOR 게이트 들로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 부하는 상기 전압 감소 수단에 전기적으로 연결된 양 선단에 히터 필타멘트를 가지는 가스 방전램프를 구성하였음을 특징으로하는 가스 방전램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
6. 제3항에 자어서, 상기 제2직류 입력수단은 상기 교류원 양 단자에 전기적으로 연결된 제2정류 및 여파 수단에 의해 마련된 것을 특징으로 하는 가스 방전램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 반도체 스위치 수단은 상기 제1, 제2 NOR 게이트의 출력을 각각 수신하도록 연결된 에미터 단자와, 상기 부하-정합 유도 수단의 양단자에 전기적으로 연결된 콜렉터 단자와, 공동 단자에 전기적으로 연결된 에미터 단자들을 각각 가지는 제1, 제2 고전압 트랜지스터를 특징으로하는 가스방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 버스트 제어 수단은 상기 조정할 수 있는 펄스 발생기에 연결된 베이스 단자와, 상기 제1, 제2 NOR 게이트 출력단자에 각각 연결된 콜렉터 단자와 시스템 공통 단자에 연결된 에미터 단자를 각각 가지는 제3, 제4 저전압 트랜지스터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.
9. 제7항에 있어서, 싱기 부하 정합 유도 수단은 상기 제1, 제2 고전압 트랜지스터에 그것의 양 선단을 연결한 1차 권선과, 상기 제2직류 입력 수단에 연결된 1차 중앙탭과, 상기 부하에 그것의 양 선단에 연결된 2차 권선을 가지는 부하 변압기를 구성함을 특징으로 하는 가스 방전 램프를 조정할 수 있는 전원 제어장치.

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