KR870001989B1 - 방전램프 발광 장치 - Google Patents

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KR870001989B1
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미쯔비시 덴끼 가부시끼 가이샤
가다야마 진하찌로
티디케이 가부시끼 가이샤
오또시 유다까
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Abstract

내용 없음.

Description

방전램프 발광 장치
제1도는 종래의 방전램프 발광 장치의 회로도.
제2도는 제1도의 장치에 대한 동작 파형.
제3도는 인가된 전압과 비선형 유전 소자내의 전하사이의 히스테리 곡선.
제4도는 본 발명에 의한 방전램프 발광 장치의 회로도.
제5도는 제4도의 장치에 대한 동작 파형.
제6도는 본 발명에 의한 방전램프 발광 장치의 다른 회로도.
제7도는 본 발명에 의한 방전램프 발광 장치의 다른 회로도.
제8도는 본 발명에 의한 방전램프 발광 장치의 다른 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 형광등 2 : 유도성 안정기
3 : 반도체 스위치 4 : 비선형 유전체 소자
11 : 서미스터 60 : 제2반도체 스위치
본 발명은 방전램프 발광 장치나, 반도체 소자를 갖는 형광등의 스타터에 관한 것이다.
제1도에는 비선형 유전체 소자 및 다이리스터와 같은 반도체 스위치를 갖는 종래의 형광등 스타터가 도시되어 있다.
형광등(1)은 형광등의 양극단부에 필라멘트(101a),(101b)를 갖는다. 반도체 스위치(3)는 다이리스터(301), 트리거 소자(302)[sBS(실리콘 좌우동형 스위치) 또는 다이액(diac)], 저항(303a),(303b), 캐패시터(304)등을 갖는다.
제2도의 점선으로 표시된 교류전압(euv)이 전원 입력단자(u),(v)에 인가될때, 다이리스터(301)는 양의 반주 기내의 위상(θ1)에서 온되며, 이때, 다이리스터(301)는 단락되어, 단자(u)로부터 유도성 안정기(inductive balast)(2), 필라멘트(101a), 다이리스터(301), 필라멘트(101b)를 통해 다른 단자(v)로 전류가 흐른다. 그러므로, 필라멘트(101a),(101b)는 사전에 가열된다. 다음, 음의 반주 기내의 위상(θ2)에서,다이리스터(301)내의 전류가 0이 될때 다이리스터(301)는 오프된다.이와 동시에, 비선형 유전체 소자(4)에 나타나는 전압은 0이며, 전력원 전압(euv)의 음극성의 피크 전압에 접근하게 되고, 비선형 유전체 소자(4)는 제2도에서 처럼 안정기(2)를 통해 충전된다.
비선형 유전체 소자(4)는 제3도에 도시된 바와같이, 인가된 필드(field)(v)와 전하(θ)사이에서 포화될 수 있는 특성을 가지며,인가된 필드가 포화전압(Es)을 초과할때 특히 비선형 특성을 갖는다. 그러므로, 만일 포화 전압(Es)이 전력원 전압의 피크 전압보다 낮다면 비선형 유전체 소자(4)로 흐르는 전류는 전력원의 순시 전압이 포화 전압(Es)을 능가할떼 갑자기 감소한다. 전류가 갑자기 감소할때, 유도성 안정기 전력원 전압의 피크치보다 더 높은 펄스형 스파이크 전압(V21)이 나타나며,이 전압(V21)은 형광등(1)에 인가된다.
스파이크 전압(V21)의 값은 안정기(2)의 미분 전류
Figure kpo00001
와 인덕턴스(L)에 의존한다. 스파이크 펄스(V21)가 없어진 후에,다이리스터(301)가 다시 온될때까지 전력원 전압(euv)이 형광등에 인가된다.
위의 작동은 형광등(1)이 점화될때까지 계속된다. 형광등의 필라멘트(101a),(101b)가 충분히 가열된 후에 형광등(1)은 스파이크 전압(V21)에 의하여 점화되거나 시간(θ7)이 되기 전에 스파이크 전압에 의한 양전압(V11)에 의해 점화된다. 형광등이 점화될때 램프에 나타나는 전압은 안정기(2)가 존재하기 때문에 감소하게 되고, 따라서 다이러스터 (301)는 형광등(1)이 점화된 기간동안에는 온되지 않는다.
형광등(1)에 나타나는 전압은 제2도의 전압(V12),(V22)으로 도시된 바와같이, 비선형 유전체 소자(4)의 충전 동작에 의해 전력원 전압보다 더 높다. 고전압 성분(V12),(V22)은 캐패시터(304)에 의해 흡수되어 다이리스터(301)는 고전압(V22)에 의해 온되지 않는다.
제1도의 회로는 무접점 스위치와 비선형 유전체 소자를 이용하여 형광등을 점화시킴으로써 램프를 빨리 구동시키는 장점을 갖는다. 제1도의 회로에 대한 점화 시간은 0.8초 이하이며 이는 종래의 글로우 램프형 스타터에서 걸리던 시간보다 상당히 짧다. 종래의 글로우 램프형 스타터에서는 2내지 8초 정도가 걸렸다. 또한, 제1도의 회로는 종래의 급속 스타터(rapid-starter)형 회로에 비해 장치가 가볍고 소규모라는 장점을 갖는다.
그러나, 제1도의 회로는 다음 설명될 단점을 갖는다. 전원 스위치가 제2도의 위상(θ0)에서 온된다고 하면, 이때 필라멘트(101a),(101b)는(θ1,(θ2) 동안에 가열되나 이 주기내에서 충분히 가열되지 않기 때문에 필라멘트의 온도는 램프를 가열시키기에 불충분하다. 그런데, 위상(θ2)에서 높은 스파이크 전압(V21)이 유도되며 이 전압이 필라멘트에 인가되나 필라멘트는 충분히 가열되지 않는다. 고전압이 충분히 뜨거워지지 않은 방사 물질에 인가될때, 열 전자를 방사하기위하여 필라멘트의 표면에 부착된 산화바륨(BaO)과 같은 방사 믈질이 스퍼터되며, 방사 물질의 질이 저하된다. 형광등이 점화돨때까지 전력원 전압의 각 주기동안 스파이크 전압(V21)이 인가되기 때문에 스퍼터된 물질의 양은 상당히 많다. 그러므로 제1도의 종래회로는 램프의 수명이 훨씬 단축되는 단점을 가지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 새롭게 개선된 방전램프 발광 장치를 공급하므로써 종래의 방전램프 발광장치의 단점과 한계를 극복하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 필라멘트상의 방사 재료가 스퍼터링 되는 것을 방지함으로써 방전램프에 긴 수명을 제공하는 방전램프 발광 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적 및 다른 목적은 유도성 안정기를 통해 전원에 연결된 한쌍의 필라멘트를 갖는 방전램프와 상기 필라멘트 사이에 연결된 비선형 유전체 소자와, 전원 전압의 임의의 위상에서 상기 비선형 유전체 소자를 분로(shunting)시키기 위해 상기 비선형 유전체 소자와 병렬로 연결된 반도체 스위치와, 각 주기 동안 상기 반도체 스위치의 점화위상을 점차적으로 지연시키는 지연 수단을 포함하는 방전램프 발광 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성, 수반된 장점등이 다음 설명과 첨부 도면에 의해 잘 이해될것이다.
제4도는 본 발명에 다른 방전램프 발광장치의 회로도이다. 도면에서, 제1도의 참조번호와 동일한 참조번호는 제1도와 동일한 성분을 나타내는 것이다. 제4도의 실시예의 특성은 반도체 스위치(3)가 다이리스터(301)의 점화 타이밍을 조성하기 위해 다이리스터의 게이트 회로에 타이머 회로를 갖는다는 점이다. 타이머 회로는 저항(303c),(303d), 캐패시터(304b) 및 다이오드(305)등을 갖는다. (303e)는 저항이며, (304c)는 캐패시터이다. (6)은 유전체 소자용 충전회로를 제공하기 위하여 비선형 유전체 소자(4)와 직렬로 연결된 PNPN 스위치나 SSS(실리콘 대칭 스위치)와 같은 2단자 다이리스터이다. (7)은 상기 다이리스터(6)와 병렬로 연결된 저항이며 비선형 유전체 소자(4)에 방전 선로를 공급해준다.
제4도의 회로의 작동은 제5도의 파형에 따라 설명된다. 제5도에서 상단의 실선으로된 곡선은 형광등(1)양단에 나타나는 전압 파형을나타나며 하단의 실선으로된 곡선은 비선형 유전 소자(4)의 양단에 나타나는 전압 파형을 나타낸다.
전원 스위치(도시되지 않음)가 위상(θ0)에서 켜진다고 가정하면, 전류는 다이오드(305), 저항(303c),캐패시터(304b) 및 저항(303d)을 구비한 타이머 회로로 흐른다. 전원 스위치가 켜진 후 제1단에서 캐패시터(304b)에 전하가 충전되어 있지 않으므로 전원 전압은 저항(303c),(303d)에 의해 분할된다. 저항(303d)의 양단에 나타나는 전압은 위상(θ1)에서 트리거 소자(302)를 턴온(turn on)시키며 이때, 다이리스터(301)가 턴 온된다. 위상(θ0),(θ1)사이에서 안정기(2), 필라멘트(101a), 다이리스터(301), 필라멘트(101b)를 통해 전류가 흘러 필라멘트를 예열시킨다. 위상(θ2)에서 예열 전류가 전원 전압의 음의 반주기에서 0가 될때 디이리스터(301)는 오프(off)되며, 음의 전원 전압이 형광등(1)에 인가된다. 형광등 양단에 나타나는 전압은 저항 (7)과 비선형 유전체 소자(4)에 의해 분압된다. 저항(7)의 저항값은 저항(7)의 양단에 나타나는 전압이 2단자 다이리스터(6)을 온시키기 위한 임계치 보다 높아서 다이리스터(6)가 위상(θ3)에서 온되고 충전 전류가 비선형 유전체 소자(4)로 흐르도록 설계된다.
위상(θ3)이 될때까지 비선형 유전체 소자(4)에 나타나는 양단 전압(V13)은 다음과 같다. 위상(θ1)에서, 형광등(1) 양단에 나타나는 전압 V11_1은 비선형 유전체 소자(4)와 저항(7)에 의해 분할되며, 이 분할된 전압은 비선형 유전체 소자(4) 양단에 인가된다. 형광등(1) 양단에 나타나는 전압(V11_1)과 그 분압(V13_1)은 다이리스터(301)가 온될때의 위상 (θ1)이 작기 때문에 훨씬 낮다는 점에 주지해야 하며, 유전체 소자의 비선형 특성 또는 히스테리시스 특성이 유전체 본체의 내부 분극에 기인한 것이므로 비선형 유전체 소자(4)는 여기에 나타나는 전압이 적을때, 특히 이 전압이 포화 전압(Es)보다 더 낮을때는 비선형 특성을 가지지 않는다는 점에 주의해야 한다. 따라서, 만일 유전체 소자(4)가 다이리스터(6)를 통해 충전 전류에 의해 위상(θ3)에서 충전된다 할지라도, 유전체 소자(4) 양단에 나타나는 스파이크 전압(V21_1)은 더 낮게 된다. 그러므로, 스파이크 전압은 양의 방향으로 선행하는 전압이 의존한다.
전원 전압의 제2반주기에서, 캐패시터(304b)는 다이오드(305) : 저항(303c),(303d)을 통과하는 전류에 의해 충전되며, 캐패시터(304b)의 양단 전압은 증가된다. 그러므로, 저항(303d) 양단에 나타나는 전압의 증가는 캐패시터(304b)에 나타나는 충전 전압에 의해 지연된다. 이때, 제2반주기에서의 점화 위상(θ4)은 제1반주기에서의 점화 위상(θ1)에 비하여 지연된다. 따라서 위상(θ4)에서 형광등(1) 양단에 나타난 전압(V11_2)은 위상(θ1)에서 형광등(1) 양단에 나타나는 전압보다 더 높으며, 이때 제2반주기에서 비선형 유전체 소자(4)의 양단에 나타난 전압(V13_2)은 제1반주기에서 전압(V13_1) 보다 더 높다. 또한 유전체 소자(4)는 비선형 특성을 나타낸다. 그러므로 제2반주기에서의 스파이크 전압(V21_2)은 제1반주기에서의 스파이크 전압(V21_1)보다 더 높다.
상기 과정을 반복하므로써, 스파이크 전압(V21)은 전원 장치 전압의 모든 반주기 동안 증가하며, 필라멘트(101a),(101b)가 충분히 먼저 가열되고 스파이크 전압(V21)이 형광등(1)의 점화 전압을 능가할때 형광등(1)은 점화된다. 형광등이 점화될때 형광등 양단에 나타나는 전압은 유동성 안정기(2)가 존재함으로 인하여 감소된다. 다이리스터(301)는 온되지 않는다. 따라서 ,램프(1)는 안정하게 밝게 된다.
제4도에서 저항(303e)에 의해 캐패시터(304b)가 방전된다. 전원 스위치가 다시 온될때 다음 동작을 위한 준비를 하도록 타이머 회로의 작동을 개시시키기 위해 전원 스위치를 오프시킬때, 이 저항(303e)에 의해 캐패시터(304b)는 충전된다. 저항 (303c)과 함께 캐패시터(304c)는 다이리스터(301)의 게이트 회로에서 잡음 성분을 흡수하는 평활회로로 동작한다.
위에서 설명된 바와같이, 본 발명에 따르면, 형광등양단에 나타나는 스파이크 전압(V21)은 전원 스위치가 온된 바로 그 순간에는 낮으나 전원 장치 전압의 모든 반주기 동안에 점차적으로 증가한다. 그러므로 필라멘트(101a),(101b)가 충분히 먼저 가열되기 전의 스파이크 전압은 낮으며, 필라멘트는 스퍼터되지 않는다. 그러므로 형광등의 수명이 개선된다.
제4도의 회로에 따른 실시예에 대해 설명하기로 한다. 우리는 테이블(1)내의 성분들을 가진 제4도의 회로로 40와트 형광등을 시험했다. 전원 스위치가 온된 직후의 스파이크 전압(V21)이 600볼트이고, 스파이크 전압(V21)이 900볼트로 될때 형광등은 1.0초후에 점화된다. 형광등의 점화 동작이 10000번 시행되었다. 10000번의 점화 시험후에, 우리는 필라멘트(101a),(101b)위에 스퍼터된 방사소자를 측정했으며 10000번의 시험에서 스퍼터된 소자는 제1도의 회로에서 보다 단지 약1/3정도였다는 것을 알았다.
테이블 1
Figure kpo00002
제6도는 본 발명에 따른 방전램프 발광장치의 다른 실시예에 대한 회로도이다. 제6도의 특성은, 제4도의 다이리스터(6)와 저항(7) 대신에,비선형 유전체 소자(4)와 직렬로 연결된 제너 다이오드(8)가 존재한다는 것이다. 제6도의 실시예에 있어서, 전원 스위치가 온된 직후 비선형 유전체 소자(4) 양단에 나타나는 양 전압은 V13=(V11-Vz)이다. 여기에서 Vz는 제너 다이오드(8)의 제너 전압이다. 제6도에서 반도체 스위치(3)는 제4도의 반도체 스위치와 비슷하며, 점화 위상은 모든 반주기 동안 지연되며, 점화될때 램프에 나타나는 양 전압 (V11)은 모든 반주 기동안 증가한다. 따라서 비선형 유전체 소자(4)의 양단에 나타나는 전압과 스파이크 전압은 점차적으로 증가한다. 그러므로, 제6도의 회로는 필라멘트 위의 방사 물질이 스퍼터되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.
제7도는 본 발명에 의한 방전램프 발광장치의 다른 실시예를 나타낸다. 제7도의 실시예의 특성은 제7도에 도시된 바와같은 극성을 갖는 비선형 유전체 소자(4)와 직렬로 연결된 다수의 제너 다이오드(9),(10)가 존재한다는 점이다. 직렬 접속된 제너 다이오드(9),(10)의 제너 전압은 제2반도체 스위치(60)에 의해 조정되는데, 상기 제2반도체 스위치(60)는 3단자 다이리스터(601)와, 상기 다이리스머(601)의 게이트 회로에 접속된 트리거 소자(602)와, 다이오드(603)와, 저항(604a),(604b)과 캐패시터(605)를 가지고 있다. 저항(604a)과 캐패시터(605)의 직렬 회로는 타이머 회로를 구비한다. 저항(604)에 의해 캐패시터(605)는 방전된다. 반도체 스위치(3)는 제1도의 반도체 스위치(3)와 같다.
제7도에서, 전원 스위치(도시되지 않음)가 온될때 캐패시터(605) 양단에 나타나는 전압은 거의 0이되며,다이리스터(601)는 오프상태에 있게 된다. 그러므로, 비선형 유전체 소자(4) 양단에 나타나는 전압은 형광등(1)의 양단에 나타나는 전압과 제너 전압(Vz9+Vz10)사이의 차이며, 이 제너 전압은 제1제너 다이오드(9)의 제너 전압(Vz9)과 제2제너 다이오드(10)의 제너전압(Vz10)과의 합이다. 전 제너 전압(Vz9+Vz10)이 전원 전압(V11)(제2도에 참조)과 같다고 할때, 비선형 유전체 소자(4) 양단에 나타나는 전압(V13)은 거의 0이되며, 이때 전원 스위치가 온이 되는 동시에 스파이크 전압(V21)은 낮게 된다.
캐패시터 (605) 양단에 나타나는 전압은 모든 반주기 동안에 증가된다. 캐패시터(605) 양단에 나타나는 전압이 트리거 소자(602)의 임계 전압을 능가할때, 다이리스터(601)는 온된다. 이때 , 제너 다이오드(10)는 다이리스터(601)에 의해 단락 회로로 되며, 비선형 유전체 소자(4) 양단에 나타나는 전압은 증가한다. 그러므로, 스파이크 전압은 형광등(1)을 점화시키기에 충분할 정도로 높게된다. 따라서, 제7도의 실시예에 있어서, 전원 스위치가 온이 되는 동시에 스파이크 전압은 낮게 되며 그 스파이크 전압은 점차적으로 증가하게 된다. 이때, 필라멘트 위의 방사물질은 스퍼터되지 않는다.
제8도는 본 발명에 의한 형광등 발광 장치의 다른 실시예이다. 도면에서,(11)은 음온도 계수(NTC)를 갖는 서미스터이며, (6)은 2단자 다이리스터이다. 제8도의 다른 성분은 제1도의 성분과 같다.
제8도에서, 전원 스위치(도시되지 않음)가 온될때 NTC 서미스터(11)의 온도는 낮고 그 저항값은 높다. 따라서, 비선형 유전체 소자(4)에 양단에 나타나는 전압과 스파이크 전압은 낮다. NTC 서미스터(11)는 각 주기에 흐르는 전류에 의해 가열된다. 그러므로, NTC 서미스터(11)의 저항값은 서미스터의 온도가 증가될때 감소한다. 따라서 비선형 유전체 소자(4)의 양단에 나타나는 전압과 스파이크 전압은 점차적으로 증가되어 형광등(1)을 점화시킨다.
따라서, 제8도의 회로는 제4도, 제6도 및 제7의 상기 실시예의 회로와 같은 효과를 갖는다.
위에서 상세히 설명된 바와같이, 본 방전램프 발광장치는 스파이크 전압을 점차적으로 증가시키는 타이머 회로를 갖는다. 점차적으로 스파이크 전압을 증가시키는 것은 다이리스터(301)의 점화 위상을 이동시키거나, 비선형 유전체 소자에 직렬로 연결된 저항을 스위칭함으로써 수행된다.그러므로, 필라멘트 위의 방사물질은 스퍼터되지 않으며, 램프의 수명이 개선된다.

Claims (6)

  1. (정정) 전원단자(u, v)와 결합되는 한쌍의 필라멘트(101a),(101b)를 갖춘 형광등(1)과, 전원단자와 상기 형광등(1) 사이에 결합되는 유도성 안정기(2)와, 상기 필라멘트(101a),(101b)사이에 결합되고 바륨-티타네이트 유전체 본체를 갖춘 비선형 유전체 소자(4)와, 상기 형광등(1)과 병렬 결합되고 전원 전압의 몇가지 위상각에서 단락되는 반도체 스위치(3)를 구비하는 방전램프용 발광 장치에 있어서, 분압기 소자인 저항(7), 다이오드(8), 제너다이오드(9),(10), 서미스터(11)중 적어도 하나가 상기 비선형 유전체 소자(4)와 직렬로 제공되고, 지연 장치인 저항 (303a)내지 (303e), 캐패시터(304),(304c), 다이오드(305), 서미스터(11), 제2반도체 스위치(60)가 상기 비선형 유전체 소자(4)와 상기 분압기 소자와의 직렬 회로 양단간의 전압을 점차적으로 증가시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 방전램프용 발광장치.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 비선형 유전체 소자 양단간의 양전압을 점차적으로 증가시키기 위한 지연 장치가 상기 반도체 스위치내에 타이머 회로를 구비하며, 상기 타이머 회로는 전원 전압의 모즌 반주 기동안 반도체 스위치의 점화 위상을 이동시키는 것을 특징으로 하는 방전램프 발광장치.
  3. (정정) 제2항에 있어서, 상기 반도체 스위치가 다이리스터를 구비하며, 상기 다이리스터의 게이트에는 상기 타이머 회로를 통해 전원 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 방전램프 발광장치.
  4. (정정) 제3항에 있어서, 상기 타이머 회로가 저항과 캐패시터의 직렬회로를 구비하며, 저항과 캐패시터의 결합점이 다이리스터의 게이느에 결합되는 것을 특징으로 하는 방전램프 발광장치.
  5. (정정) 제1항에 있어서, 상기 지연장치가 상기 비선형 유전체 소자와 직렬로, 다수의 직렬 접속된 제너 다이오드를 구비하며, 상기 제너 다이오드의 제너 전압은 상기 비선형 유전체 소자 양단간의 전압이 점차적으로 증가되도록 점차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 방전램프 발광장치.
  6. (정정) 제1항에 있어서, 상기 지연 수단이 음의 온도 계수를 갖는 서미스터와 다이리스터와의 병렬 회로를 구비하며, 상기 병렬 회로가 비선형 유전체 소자에 직렬로 연결되어, 서미스터의 온도가 증가하고 서미스터의 저항값이 감소함에 따라 비선형 유전체 소자 양단간의 전압이 점차적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 방전램프 발광장치.
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