KR960007998B1 - 형광등 전자 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 고주파 교류 전류를 발생시키기 위한 공지된 기술의 전자 회로도.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 회로를 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 제2실시예의 회로를 도시한 도면.
제4도는 제3도의 회로와 유사하지만 형광판 대신에 증기 램프를 공급하기에 적합한 회로를 도시한 도면.
제5도는 본 발명에 따른 자성 코어상의 전기권선들의 배열상태를 도시한 도면.
제6도는 본 발명에 따른 회로내의 다수의 도시적 전기신호들을 시간에 대해 도신한 도면.
제7도는 몇 개의 조명기구 고정부가 본 발명에 따라 자동적으로 제어되고 있는 조명 시스템을 도시한 도면.
제8도는 조명기구 고정부내의 제어장치에 공통신호를 제공하기 위한 전자제어회로를 도시한 도면.
제9도는 다수의 외부 요인들의 영향을 나타내고, 제7도 및 제8도에 따른 조명 시스템에 의해 발생될 수 있는 조명레벨 예를 시간에 대해 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 조명기구 22 : 조도계
23 : 코맨드 유니트(제어 유니트) 24 : 바닥
25 : 천장
본 발명은 전기가동장치용 고주파 교류 전류를 발생시키고 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 종래의 형광관(fluorescent tube)과 같은 방전램프에 관한 것이다.
형광관들은 광원으로서 오늘날 널리 사용되고 있지만, 이것들은 매우 대중화된 백열등을 완전히 대신하지 못해 왔다. 형광관의 장점들 중에는 전력 소비에 관련하여 비교적 높은 발광 출력(luminous output), 장수명 및 허용가능한 발광 특성등이 있다. 전기측면에서, 형광관은 백열등 보다 더 복잡한 측정치를 필요로 하는데, 그 이유는 형광관이 냉각시에 전기방전을 점화(ignite)시키기 위해 특히 높은 점화전압, 예를 들어 1000V 피이크(peak)값을 필요로 하고, 형광방전이 전기방전의 점화중에 변화는 강한 부(-)(negative) 임피던스를 갖기 때문이다. 그러므로 , 형광관용 전원회로는 점화용 특수장치 및 전류제한용 특수장치에 알맞아야 한다. 형광관의 전극들은 전기가열장치를 갖추고 있으므로, 점화전압은 800V 피이크값으로 감소될 수 있다. 부성(-)을 갖고 있고 일정치 않은 임피던스는 전류제한장치의 사용을 필요로 하므로, 종래의 전압원으로부터 가동될 형광관들은 유도(induction) 코일을 통해 직렬로 접속된다. 통상적으로, 논-버닝(non-burning) 및 냉각관의 점화는 방전이 점화되었을 때 관 전극의 전력가열을 스위치 오프(switch off)시키는 중요한 기능을 갖는 스타터(starter)라고 부르는 자동 스위치에 의한 전기 스위칭에 의해 실행된다. 이 스위치의 조기 버닝을 방지하기 위해, 통상적으로 캐패시터가 병렬로 갖추어져 있다. 이 모든 부품들은 오늘날의 형광판용 조명기구내에 포함되어 있다.
상용 메인 주파수(usual mains frequency)(50Hz이거나 60Hz)에 의해, 직렬 유도는 상당한 크기를 가져야 하고, 이것은 급전 케이블링(supply cabling)시에 전기손실을 발생시키는 것과 같이 바람직하지 못한 강한 무효 전류(reactive current)를 메인 라인내로 다시 공급한다. 이것들은 역시 상당한 크기를 가져야 하는 캐패시터에 의한 소위 위상 보상에 의해 감소될 수 있다. 유도는 본질적으로 완전히 열로 변환되는 매우 많은 양의 전력을 소비한다. 예를들어 각각 58W에서 정격화된 2개의 형광판, 즉 116W의 공칭 발광 전력을 갖추고 있는 통상적인 조명기구는 때때로 170W 근처의 전력을 취한다. 기술한 바와같이 갖추어져 있는 형광관에 의한 다른 통상적으로 공지된 단점들은 스트로보스코픽 효과(stroboscopic effect)인데, 그 이유는 발광 아취(arch)가 점화되고 메인 주파수의 2배의 주파수, 즉 예를들어 100 또는 120Hz로 턴오프되기 때문이다. 이 스트로보스코픽 효과는 통상적으로 가시적이 아니라, 불리한 상황하에서 불편함을 발생시킬 수 있다. 또한, 음향 잡음이 특히 유도 코일에 의해 유도되고, 통상적인 간단한 점화장치는 불쾌한 플리커(flicker)에 의해 수반된 몇가지 시도를 이용하여 느린 점화를 발생시킬 수 있다. 또한, 자동 스위치는 형광관이 버닝되어 점화 불가능하게 될 경우에 여전히 형광관을 점화시키려 하므로, 스위치가 닳아버릴 때까지 계속적인 플리커를 발생시키게 된다.
상당한 에너지 절약 가능성은 인공조명이 부분적으로만 요구되고 일부 시간에만 요구되도록 당해 장소가 천연 주광(day light)만을 수신할 수 있더라도 오늘날의 조명 시스템들이 연장된 기간에 걸쳐 전(full) 전력상에서 동작되는 것과 같이 예를들어 주광 변화에 관련하여 조명을 자동 제어함으로써 사용될 수 있다. 오늘날은 자동 시스템을 광측정장치에 맞출 수 있고, 조명 시스템에 공급된 전력을 제어할 수 있다. 즉, 예를 들어 선정된 조명레벨을 유지할 수 있다.
형광관에 관련된 전기광원에 제어는 본 분야내에 공지되어 있다. 그러나, 발광 전력을 감소시킬 목적으로의 형광관의 제어는 형광관이 점화되지 않기 전에 전압이 매우 많이 감소될 수 없다는 사실이 고려되어야 한다. 그러므로, 형광관용 제어 시스템은 일반적으로 예를들어 메인 주파수로 신속히 형광관을 점화시켜 턴오프시키는 소위 쵸퍼(chopper) 제어로 오늘날 실현되는 시간제어 시스템을 사용하여, 튜티 싸이클(duty cycle), 즉, 버닝시간과 체재(dwell)시간 사이의 비를 감소시킴으로써 광선레벨을 제어하게 된다. 그러나, 오늘날 사용되는 이 제어 시스템은 몇가지 단점들을 갖는데, 이 단점들중에는 전기무선 주파수 잡음발생 및 전송 소오스를 발생시키고, 형광관에 의해 이미 존재하는 통상적으로 바람직하지 못한 스트로보스코픽 효과가 심하게 악화되게 하는 것이 있다. 또한, 전 램프 전력은 이 제어 시스템의 부품들을 통과해야 하므로, 이 부품들은 유사하게 큰 전력용 크기로 되어야 한다.
또한, 본 분야내에는 소위 변환기를 사용함으로써 전력을 제어하는 것이 공지되어 있다. 간단히 설명하기 위해, 변환기들은 변환된 전류가 변압기 코어내의 자기포화에 의해 제한되는 변압기이다. 이 포환는 보조(extra) 자화 권선에 의해 제어될 수 있는데, 이 보조 자화 권선은 변환되는 전류에 영향을 미치고 이 전류를 제어한다. 오늘날의 기술내에서, 변환기 제어 시스템은 매우 드물게 사용되는데, 그 이유는 변환기들이 가격이 비싸고, 무효 또는 용량성 부하를 공급할 때 적합하게 제어할 수 없기 때문이다.
형광관의 제어시의 상기 문제점들은 때때로 제어설비(facility)를 갖고 있는 조명 시스템용으로 백열등을 선택하게 한다. 이로써, 2가지 주요 결점을 갖고 있지만 양호한 제어 시스템이 구성될 수 있다. 첫째, 감소될 때 적색으로 됨으로써 조명의 색이 변하고, 둘째, 백열등의 이미 낮은 발광 효율이 더욱 감소될 때 현저하게 된다. 조명제어기능을 갖고 있는 시스템이 오늘날 널리 사용되지 않는데, 그 이유는 설명한 바와같이 불쾌한 조명을 제공하거나 경제성이 없기 때문이다.
최근에, 고주파 발생기로부터 형광관을 공급하는 것이 제안되어 왔다(예를들어 Siemens 발행 Schaltbeispiele, Ausgabe 82/82, 78페이지 참조). 여기에는, 예를들어 50Hz에서의 공급전압을 약 120KHz의 주파수에서의 AC전력으로 변환시키기 위한 회로가 기술되어 있다. 이러한 회로로 형광관을 가동시킴으로써, 다음과 같은 다수의 중요한 장점들이 얻어진다.
- 증가된 광선출력(램프의 효율이 이 고주파수에 의해 더 높아지기 때문),
- 긴 형광관 시스템.
- 조명기구 부속품내에 기계적으로 동작할 수 있는 부품들이 전혀 없고,
- 스트로보스코픽 효과가 전혀 없으며(전류가 교류 방향으로 변하는 매우 짧은 간격 동안 전지방전 아치가 턴오프되지 않기 때문),
- 회로가 위상 보상되고,
- 형광관의 순간 점화,
- 비닝 형광관상에 플리커가 전혀 없고,
- 가격이 비싸고 에너지 소모가 많은 유도 코일들이 감소되고, 전력소비가 감소된다.
이러한 회로들은 아직까지 통상적이지는 않지만, 이것들은 곧 널리 사용될 것인데, 그 이유는 이것들이 저렴하게 제조될 수 있고 설명한 상당한 장점들을 갖기 때문이다.
별도의 이러한 회로는 이 매우 높은 주파수에서의 전류들이 특수 고주파 케이블링하더라도 소정의 상당한 거리에 걸쳐 경제적으로 공급될 수 없기 때문에 각각의 단일 조명기구내에 필요하게 된다.
그러나, 이 회로 및 유사한 회로는 제어설비를 용이하게 갖출 수 없다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 형광관과 같은 전력소비기(consumer)가 고주파수에서의 전류를 공급받을 수 있으므로, 전류가 제어가능해지고, 예를들어 형광관이 어려움없이 점화되는 레벨로 전류가 감소될때라도 출력전압이 향상되는 장치를 제공하기 위한 것이다.
이 목적은 첨부한 특허청구의 범위 제1항에 따른 장치에 의해 달성된다.
이러한 장치로 다수의 장점들이 얻어지는데, 이 장점들에 대해서는 다음에 기술되어 있다.
제어설비는 간단한 코맨드(command) 회로를 갖추게 될 수 있는데, 그 이유는 코맨드신호가 DC신호로 될 수 있기 때문이다. 제어 시스템은 공지된 기술의 제어 시스템에 있어서 존재하는 스트로보스코픽 효과를 발생시키지 않고, 무선 주파수 잡음을 발생시키지 않는다. 제어용 전기회로는 저전압에서 동작할 수 있고, 전원에 전혀 DC결합되지 않는다. 제어전략(strategy)은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있고, 전류의 정(+) 및 부(-) 1/2 주기를 별도로 제어할 수 있으므로, 시간에 대한 전류곡선 형태는 영향을 받게 될 수 있지만, 도시한 회로는 출력단자상에 정미(net) DC전류를 발생시킬 수 없다. 또한, 이 회로는 종래 조명기구 내부에 끼워질 수 있을 정도의 매우 작은 크기로 구성될 수 있다.
본 발명에 사용된 코맨드회로는 소전력 요구에 알맞은 크기로 될 수 있으므로, 요구된 크기의 코맨드전류는 어려움 없이 발생 및 안정하게 유지될 수 있다.
양호한 실시예에 따르면, 궤한(feedback) 권선들은 2개의 자성 코어 주위에 순환되므로, 이 코어들중 어느 한 코어로부터의 자기신호는 2개의 자성 코어 주위에서, 즉 2개의 궤환 권선내에서 전압을 유도하게 된다. 그러나, 이 권선들은 우세(prevailing) 출력전류들에 의한 이 코어들중 1개의 코어만으로부터의 신호가 궤환을 실행하기에 충분치 못할 정도의 크기로 된다. 즉, 이 궤환은 2개의 자성 코어로부터의 합성신호에 의해서만 실행될 수 있다. 코맨드 권선들이 2개의 코어주위에서 순환되지만 궤환 루우프에 관련하여 반대방향으로 순환되기 때문에, 코맨드 전류가 0일 때 전력소비기용 최대 전력이 얻어지고 코맨드 전류의 휘드-인(feed-in)이 이 코맨드 전류의 흐름의 방향에 관계없이 출력전력을 감소시키게 되는 예상하지 못하고 놀라운 특성을 나타내는 회로가 달성된다.
이로써, 시스템 조립이 용이하므로, 전기 시술자가 제어단자들을 각각 식별하기 위해 주의를 기울일 필요가 없다는 장점이 얻어진다. 또한, 이 회로는 허용가능한 것보다 더 큰 출력전류를 발생시킬 수 없다. 또한, AC로 콘맨드회로를 동작시킬 수 있으므로, 이 코맨드 전류 AC는 출력전력 주파수에 관련하여 적합하게 낮은 주파수를 갖게 된다. 그러나, 이것은 넓은 범위에 걸치는데, 그 이유는 출력전력 주파수가 100KHz 정도로 될 수 있기 때문이다.
이것은 다수의 응용을 허용하는데, 이 응용들중 단지 2가지 예를 가능한 복잡도를 설명하기 위해 기술하겠다. 본 발명에 따른 장치는 제1예로서 광원으로서의 형광관으로 동작하는 스트로보스코프를 제공하기 위해 사용될 수 있으므로, 통상적인 스트로보스코프가 갖출 수 있는 광전력을 초과하는 광선출력이 제공될 수 있다. 제2예로서, 환상적 효과 조명을 하기 위해 디스코텍이나 무도장내에 사용된 것과 같은 음악 시스템으로부터의 음성신호로 변조될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 주광에 대응하는 조명레벨을 자동적으로 맞추고, 조명레벨이 항상 충분하게 하며, 빈번한 조명의 스위칭이 행해지지 않기 때문에 유쾌한 조명을 보장함으로써 에너지를 절약하고 비교적 저렴한 가격으로 제조될 수 있는 조명 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이것은 첨부한 특허청구의 범위 제7항 내지 기술한 바와같은 시스템으로 달성된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.
본 발명을 양호하게 이해하기 위해, 제1도를 참조하여 공지된 기술의 고주파 회로에 대해서 먼저 기술하겠다. 이 회로는 저항기 R1을 통해 메인회로로부터 전력을 공급받는데, 이 전력은 브릿지 정류기 D1, D2, D3 및 D4내에서 정류되고 직류를 발생시키기 위해 캐패시터 C1에 의해 평활화된다. 푸쉬-풀(push-pull)결합으로 된 2개의 전자증폭기장치를 사용함으로써, 제1도내의 단자 e의 전압은 DC전압에 의해 정해진 범위내에서 제어될 수 있다. 단자 e로부터, 변압기 권선을 통해 각각의 형광관에 직렬로 각각 접속된 2개의 병렬 인덕턴스에 공급되는 전류가 도출된다. 전류 전력 루우프는 캐패시터 C5에 의해 완성된다. 이 회로에 의해, 부품들의 값에 의해 결정된 주파수를 갖고 있는 교류를 형광관에 공급할 수 있다.
능동 전자장치 T1 및 T2는 Mosfet, Sipmos 및 Hexfet 등의 상표하에 시판중인 것들과 같은 금속 산화막 전력 트랜지스터이다. 이러한 부품은 S(소오스), D(드레인) 및 G(게이트)로 표시된 3개의 단자를 갖는다. 이것들은 다수의 극성으로 시판되고 있고, 다음에 설명한 형태는 D단자가 실제 응용에 의해 정(+)전압에 접속되고, S가 부(-) 전압에 접속된 다음에, D로부터 S로 흐르는 전류가 단자 G에 인가된 전압에 의해 제어될 수 있는 소위 N-채널이다. 이 형태의 트랜지스터의 특징들중 한가지는, G단자가 매우 높은 임피던스를 나타내고, D로부터 S로 흐르는 전류가 매우 높은 전류 이득계수로 제어될 수 있다는 것이다. G상의 전압이 S에 관련하여 부(-)이면, 트랜지스터는 완전히 폐쇄된다. 전형적으로 4V의 특성 임계값을 초과하지 않는 G상에 정(+) 전압에 의해, 이 트랜지스터는 전류에 대해 여전히 폐쇄상태를 유지한다. G상의 전압이 이 임계값을 초과할때에만, 전류는 D로부터 S로 흐르게 된다. 이러한 트랜지스터내의 G단자의 매우 높은 임피던스로 인해, 트랜지스터를 과전압으로부터 보호하기 위한 외부 부품들이 제공되어야 한다. 그러므로, 도면내의 트랜지스터 T1은 게이트회로내에서 저항기 R4 및 제너다이오드 D7을 갖추고 있고, 트랜지스터 T2는 이와 유사하게 유사한 저항기 R5 및 제너다이오드 D8을 갖추고 있는데, 이 부품들은 G단자에 공급된 전압이 트랜지스터를 손상시킬 수 있는 레벨로 절대로 상승될 수 없게 한다.
규칙적 발진중에 회로의 기능을 설명하기전에, 이 회로의 시동(start-up)에 대해서 잠시 설명하겠다. 규칙적 발진중에, 트랜지스터 T1 및 T2는 교대로 개방 및 폐쇄되므로, 물론 이 트랜지스터들은 동시에 개방될 수 없다. 예를들어 트랜지스터 T2가 개방될 순간에, 이 트랜지스터 단자 D, 즉 단자 e에서의 전압은 T2상의 단자 D로부터 단자 S로의 무시할 수 있는 전압강하는 별문제로 하고, 공급전압의 부(-) 극값과 같게 되는 값으로 가정된다. 그러므로, 이 회로는 형광관 주위의 부품들로부터 작은 변압기 권선 n3을 통해 전류를 도통시키려 하게 된다. 제1도로부터 알 수 있는 바와같이, 캐패시터 C6 및 C7은 각각 형광관에 병렬로 접속되고, 제1형광관으로부터의 인덕턴스 L1 및 제2형광관으로부터의 인덕턴스 L2는 각각 형광관에 직렬로 접속된다. 인덕턴스 L1 및 L2가 형광관과 직렬로 접속되고 상당한 인덕턴스를 가질 때, 이들은 전류가 점차로 증가되도록 전류의 흐름을 제한하게 된다. 형광관이 점화되지 않는한, 전류는 병렬 캐패시터 C6 및 C7을 통과하고 캐패시터 C5를 통해 도출되어, 전력 루우프를 완성한다. 형광관내의 발광 아치가 점화되었을 때, 전류는 형광관 및 병렬 캐패시터들을 통해 도출된다.
제6도내에서, 실선 곡선 a는 단자 e에서의 전압을 나타내고, 곡선 b는 시간에 대한 권선 n3을 통하는 전류를 나타내고, 이 면의 곡선 a로부터, 이 전압이 소정의 시간간격 동안에 부(-) 값으로 일정하다는 것을 알 수 있다. 동일 도면의 곡선 b는 전류가 어떻게 변하는지를 나타내는데, 이 도면의 부호는 e가 부(-) 전압을 갖는 시간간격의 개시에 의한 전류가 고레벨에 있고 저레벨을 향해 전이하도록 선택되어 있다. 그러나, 권선 n3을 통하는 이 전류의 변화는 변압기 TR의 자성 코어내에서 자계를 유도한다. 이 변하는 자계는 2개의 궤환 권선내에서 전압을 유도하는데, 궤한 권선 n1은 T1상의 G단자에 접속되고, 궤환 권선 n2는 T2상의 G단자에 접속된다. 이 권선들의 방향은 T2를 통해 도출되는 전류가 T1 단자 G상의 전압이 T1단자 S에 관련하여 부(-)로 유지되는 n1내에서 이러한 전압을 유지하도록 선택되므로, T1은 완전히 폐쇄상태를 유지하게 된다. 궤환 루우프 n2는 동일한 자계가 T2단자 S에 관련하여 정(+)인 T2단자 G상에서 전압을 동시에 유도하도록 접속되는데, 이 정(+) 전압은 T2를 통해 D로부터 S로의 접속을 유지하여 개방상태를 유지하게 된다.
그러나, 권선 n3을 통하는 전류는 소정 시간후에 회로내의 부품들의 적합한 크기로 TR내의 자성 코어가 자기적으로 포화되는 레벨로 상승하게 된 후, n1및 n2내에서 전압을 유도시키기 위해 더 이상 이 코어를 통할 수 없게 된다. 그러므로, n1내의 전압은 0으로 강하되지만, 이때에 이미 T1이 폐쇄되었기 때문에, T1내의 상태는 변하지 않는다. 동시에, n2내의 전압을 0으로 강하되지만, 이것은 T2를 폐쇄시키고, T2의 D로부터 S로의 전류흐름을 중지시킨다. n3을 통하는 전류는 2개의 트랜지스터 T1과 T2가 차단될때라도 순간적으로 강하되지 않는데, 그 이유는 인덕턴스 L1 및 L2가 저항기 R3 및 캐패시터 C4로의 접속으로 인해 가능한 n3을 통하는 소정의 전류를 유지할 수 있으므로, 이 전류는 순간적으로 소멸되지 않게 되지만, 순간적으로 감소하기 시작하게 된다. n3을 통하는 전류의 이 감소개시는 이전 주기내에서 기술한 방향과 반대방향을 갖고 있는 궤환 루우프 n1및 n2내에서 전류를 즉시 유도하게 된다. 그러므로, n2내에서 전압이 유도되어, T2단자 S에 관련하여 T2단자 G를 부(-)로 되게 함으로써, T2는 폐쇄된다. 그러나, 동시에 전압이 n1내에서 유도되어, T1단자 S에 관련하여 T2단자 G를 정(+)으로 되게 하므로, T1은 단자 D로부터 단자 S로의 전류에 대해 개방된다. 그러므로, 단자 e에서의 전압은 T1에 걸친 무시할 수 있는 전압강하는 별문제로 하고, 나중 시간간격에서 제6도내의 곡선 a로부터 알 수 있는 바와같이 정(+) 공급전압 극값과 반드시 동일하게 된다. 직렬 인덕턴스 L1 및 L2로 인해, 전류는 연속전압이 n1및 n2내에서 유도되므로 이 프로세스를 유지하도록 점차로 변하는데, 그 이유는 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지된 바와 같이 변압기내의 유도가 전류 크기가 아니라 전류 변화량에 비례하기 때문이다.
캐패시터 C5의 캐패시턴스는 램프들에 접속되는 C5의 이 단자상의 전압이 정(+) 공급전압과 부(-) 공급전압 사이의 중간지점에서의 값으로 일정하게 유지되게 하기에 충분히 크므로, T1이 개방되고 T2가 폐쇄될 때 램프를 통해 전류를 공급할 수 있다. n3을 통하는 전류는 제6도내의 곡선 b의 나중 스테이지(stage)에 도시한 패턴으로 흐르고, 이 패턴은 제1시간간격의 패턴과 유사하고 단지 부호만 변한다는 것을 알 수 있다. n3을 통하는 전류는 TR코어가 다시 포화될 때까지 앞서의 방향과 반대인 새로운 방향으로 계속 증가하고, n1및 n2내의 전압은 0으로 강하되며, T1이 T2와 같이 폐쇄되므로, n2내의 새로 유도된 전압으로 인해 T2가 개방되고, 전체 통로가 반복된다. 그러므로, 회로는 주기적 발진을 유도할 수 있는데, 이 회로는 이 발진의 주파수가 인덕턴스 L1 및 L2, 캐패시턴스 C6 및 C7 및 램프에 의해 지배되도록 설계되어 있다. 캐패시터 C4는 스위치 오버(swith over) 간격 동안 2개의 트랜지스터 T1과 T2가 폐쇄될 때, T1단자 S 및 여기에 접속된 T2단자 D상의 전압들이 트랜지스터를 손상시킬 수 있을 정도의 높은 레벨로 상승하게 되지 못하게 한다.
형광관 Ly1에서의 전압 및 전류는 제6도내에 실선 곡선 c 및 곡선 d로 각각 도시되어 있다. 1000KHz정도의 주파수에서의 형광관의 임피던스는 50Hz 또는 60Hz로 형광관을 가동시킬 때 통상적으로 관찰되는 값보다 더 안정한 값을 나타낸다.
이제부터 발진의 시동에 대해 설명하겠다. 초기에, 회로의 모든 전압들은 0이고, 전류가 전혀 흐르지 않는다. 메인 전원이 제1도 좌측의 단자에 접속되면, 기술한 회로부는 실제로 발진을 개시할 수 없게 된다. 이것은 전자 발진기가 일반적으로 자체-시동될 때 놀라운 것으로 될 수 있는데, 그 이유는 항상 존재하는 작은 임의 잡음신호들이 일반적으로 증폭 및 궤환되므로, 궤환 발생기에 개시신호를 제공하게 되기 때문이다. 그러나, 여기에 사용된 것과 같은 전계효과 트랜지스터는 G단자상의 전압이 상당한 양, 예를들어 4V만큼 S단자상의 전압을 초과할때까지 응답하지 않는다. 그러므로, 이 회로는 발진을 개시할 목적으로 회로내에 삽입된 다수의 부품 R2, C3, D5 및 D6을 갖추고 있다. 전력이 회로에 스위치 온될 때, 캐패시터 C3은 저항기 R2를 통해 느리게 충전된다. 그러나, 전자부품 D6은 소위 항복전압, 예를들어 32V인 선정된 레벨을 전압이 초과할때까지 전류에 대해 완전히 차단되므로, 전류에 대해 갑자기 개방되어 소정의 전류가 흐르는 한 전압을 감소시킴으로써 계속 개방상태를 유지하게 된다는 특성을 나타내는 소위 DIAC이다. 그러므로, C3상의 전압이 DIAC 항복 전압을 초과하면, D6은 개방되고, T2단자 G는 T2단자 D로부터 T2단자 S로의 전류에 대해 개방되기에 충분히 높은 정(+) 전압을 공급받음으로써, 발진 발생기내의 발진이 개시된다. 주기적 발진중에, C3은 R2를 통해 충전되도록 매우 짧은 간격, 즉 T1이 개방되는 간격만을 갖게 된 다음, C3은 T2의 개방시에 다이오드 D5를 통해 즉시 완전히 방전하게 된다. R2 및 C3을 적합한 크기로 함으로써, C3상의 전압은 주기적 발진중에 D6이 개방될 정도의 레벨에 도달하지 못하게 할 수 있다.
형광관은 종래의 직렬 접속 휴즈(도면에 도시하지 않음)를 갖출 수 있다.
실시예 1:
제1도의 회로와 유사한 회로는 다음 부품, 즉 R1=3.3Ω R2=270KΩ R3=330kΩ R4=100Ω R5=100Ω C1=47μF, C3=0.1μF, C4=1nF, C5=100nF, C6=3.3nF, C7=3.3nF, L1=L2=420μF, 및 50W 형광관인 램프로 구성된다. 트랜지스터들은 Sipmos BUZ 41A이고, 제너다이오드 D7 및 D8은 BZY 97 C8V2이며, 변압기 TR은 페라이트 링 코어, Siemens R12,5 둘레에 감겨지는데, n1은 3회 감기고, n2는 3회 감기며, n3은 1회 감긴다. 이 부품값들에 의해, 상술한 Siemens 문헌은 아이들(idle) 주파수가 램프가 점화되지 않을 때 150KHz 근처인 것으로 기술하고, 튜티 주파수가 램프가 점등될 때 120KHz 근처인 것으로 기술한다. 아이들 주파수는 다른 L2, C7 쌍의 공진 주파수가 동일한 L1, L6 발진 쌍의 공진 주파수와 동일하므로, 램프에 걸친 전압은 예를들어 1000V 크기의 매우 높은 전압으로 상승하게 되어, 램프를 즉시 점화시키게 된다.
이제부터, 제2도를 참조하여 본 발명의 제1실시예의 회로에 대해서 설명하겠다, 이 도면에서 알 수 있는 바와같이, 이것은 본 발명에 따라 2개의 부분으로 나누어진 궤환 변압기로 제1도에 도시한 종래 회로와 구별된다. 또한, 본 발명의 회로는 명령전류의 휘드-인용 단자들을 갖추고 있다. 회로의 나머지 부분은 제1도의 회로와 매우 유사하고, 유사 부품들은 동일한 참조번호로 표시되어 있는데, 일반적인 동작에 관해서는 제1도에 관련하여 기술한 설명을 참조한다. 본 발명의 회로는 2개의 부분 Tr1 및 Tr2로 나뉘어지는 궤환 변압기를 특징으로 한다. Tr1은 T1단자 G에 접속된 궤환 권선 n11, 램프 출력전류를 도통시키는 권선 n13을 갖고 있고, Tr1은 본 발명에 따라 코맨드 전류회로(도시하지 않음)에 접속된 다른 권선 n5를 갖고 있다. Tr2는 단자 T2단자 G에 접속된 궤환 권선 n12, 램프 출력전류를 도통시키는 권선 n14, 및 다른 코맨드 전류회로(도시하지 않음)에 접속된 권선 n6을 갖고 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와같이, 단자 e로부터 램프로의 출력전류는 2개의 변압기 부분상의 권선을 통과한다. 권선의 배향은 표준적으로 종래에 사용된 것에 따라 도면상에 점으로 표시되어 있다.
먼저, 전류가 코맨드회로내에 전혀 흐르지 않는 경우를 고찰하면, 램프 출력전류는 궤환 권선 n11및 n12내에 전압을 유도시킬 수 있으므로, 출력전류는 Tr1상의 권선을 통과한 다음, Tr2상의 권선을 통과한다. 그러므로, 회로의 기능은 제1도의 회로의 기능과 매우 유사하다.
n5가 외부 전류발진기(도시하지 않음)에 의해 코맨드신호라고 부르는 직류를 공급받는다고 가정하겠다. 이 전류는 Tr1을 자화시키는데 기여한다. 이 회로는 앞에서와 같이 발진하는 것으로 가정되고, n5를 통해 공급된 전류는 T2에 접속된 권선 n12에 영향을 미치지 않으므로, T2는 앞에서와 같이 개방된다. T2가 개방되었을 때, 전류가 램프로부터 도출된다. 즉 단자 f로부터 단자 e의 방향으로 도출된다. 이것은 n5내의 전류에 의해 야기된 자화의 방향과 반대인 방향으로 Tr1의 코어를 자화시키고, n5에 의해 발생된 자화가 제한된 크기를 갖고 있고 n13을 통해 발생된 자화보다 작다는 가정하에서, 전압은 n11내의 Tr1에 의해 유도되어, T1단자 S에 관련하여 T1단자 G상에 부(-) 전압을 발생시키게 된다. 그러므로, 이 동작부분은 제1도를 참조하여 기술한 작용과 매우 유사하다. T2가 폐쇄되고 T1이 개방되는 간격 동안, 전류는 이전의 방향과 반대인 방향, 즉 단자 e로부터 단자 f로 램프회로를 통해 흐르게 된다. 이것은 n11내에 접압을 유도하는 자화를 발생시켜, 상술한 바와같이 T1단자 D 및 S를 통하는 전류를 유지시키기 위해 T1단자 G상에 정(+) 전압을 발생시키게 된다. 그러나, 권선 n5에 의한 자화의 기여는 n5가 기여하지 않은 경구보다 낮은 n13내의 전류값에서 Tr1 코어가 자기적으로 포화되게 한다. Tr1 코어의 포화가 일어날 때, T1은 상술한 바와같이 폐쇄되고, 이 폐쇄는 상술한 바와같이 T2를 개방시킨다. 제어 시스템은 변환기 원리를 사용하게 하지만, 이것은 종래의 변환기 제어 시스템의 경우와 같이 전 램프가 전류가 아닌 변화가 시스템의 의해 제어되는 트랜지스터에 대한 코맨트 전류이다.
권선 n5을 통해 공급된 전류는 T1이 전류에 대해 개방되는 동안의 시간간격을 단축시키는 효과를 갖는다. 램프들이 직렬로 캐패시터 C6과 접속되기 때문에, 정미 직류가 램프를 전혀 통과할 수 없지만, 램프를 통과하는 전류의 곡선형태가 T1을 통과하는 전류파의 제어에 의해 변형된다는 것이 명백하다. 유사하게, 상술한 방향과 반대인 방향으로 n5을 통해 공급된 전류는 n13을 통하는 대응적으로 큰 전류가 Tr1내의 자성 코어를 포화시키는데 필요하게 되므로, T1이 개방되는 동안의 시간격이 길어지게 되는 효과를 갖게 된다.
코맨드 권선 n6은 n5와 매우 유사하고, 한 방향 또는 다른 방향으로 권선 n6을 통해 전류를 공급함으로써 T2가 전류를 통하게 하는 동안의 시간간격은 각각 단축되고 길어질 수 있다.
n5및 n6을 통하는 전류, 즉 T1과 T2가 개방되는 동안의 기간이 단축되거나 길어지도록 크기 및 방향이 동일한 전류를 대칭으로 공급함으로써, 발진회로의 주파수 제어설비가 제공되는데, 이 경우에 아이들 주파수에 관련된 주파수의 변화는 변할 수 있어 휘드-인 코맨드신호에 관련되지만, 이 관계는 반드시 선형적인 것은 아니다. T1 및 T2에 대한 개방 간격을 대칭적으로 단축시킴으로써 발생될 수 있는 전압 및 전류에 대한 곡선의 일례는 제6도에 점선으로 도시되어 있다.
발진회로의 상용 주파수, 즉 코맨드 전류가 0이고 램프가 버닝할때의 주파수가 C6과 L1 및 C7과 L2 쌍의 공진 주파수보다 어느정도 낮을 때, 주파수의 증가는 캐패시터 C6 및 C7을 통해 큰 전류를 공급하게 되는데, 이 주파수의 증가는 무효 전류로 되므로, 전류가 캐패시터와 인덕턴스 사이에서 이리저리로 이를테면 진동하기 때문에 소정의 전력손실을 나타내지 않게 된다. 그러나, 이것은 램프에 공급된 전력을 감소시키지만, 램프의 발광 전력이 감소되고 상당한 감소에도 불구하고 램프 전압이 램프를 적합하게 점화시키기에 충분하도록 거의 변화되지 않은 크기의 피크 전압을 유지한다.
이제부터, 제3도의 회로도 및 제5도에 따른 변압기 권선들의 배열상태를 참조하여 본 발명의 다른 양호한 실시예에 대해서 기술하겠다. 제5a도 또는 제5a도에서 알 수 있는 바와같이, 2개의 링 코어 또는 환상 코어들이 사용되고, 램프 전류용 권선이 제5도 실시예내에서 단자 e로부터 f까지의 도체의 간단한 직통로(straight passage)이다. 제5a도 또는 제5b도내에서 단자 a로부터 단자 b에 접속된 T1에 대한 궤환 권선, 즉 n11은 동일 방향으로 2개의 링 코어를 둘레에 감겨진다. 제5a도의 실시예내에서, a로부터 b까지의 회로내의 각각의 권선은 먼저 제1링 코어 변압기 둘레에 트레인(train)된 다음, 제2링 코어 변압기 둘레에 트레인된다. 제5b도의 실시예내에서, 도체는 제1링 코어 둘레의 모든 권선들을 통과한 다음, 동일 방향으로 제2링 코어 둘레에 모든 권선들을 형성한다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 이 2개의 실시예들이 실제로는 상이하지만 전기적으로 등가이고 매우 유사하게 기능을 수행한다는 것을 알게 된다. T2에 대한 궤환 권선, 즉 단자 c로부터 단자 d까지의 도체는 유사하게 2개의 링 코어 둘레에 트레인되고, 도면은 회전방향이 a로부터 b까지의 궤환 권선의 방향과 반대라는 것을 나타낸다. 각각의 링 코어는 코맨드 권선을 갖추고 있고, 2개의 코맨드 권선들은 코맨드 전류가 예를들어 단자 g로부터 제1링 코어 둘레에서 제1방향으로 흐르고 단자 h에서 축력되기전에 제2링 코어 둘레에서 반대방향으로 흐르도록 직렬로 접속된다. 제5도는 권선들의 배열 및 방향의 개념을 도시한 것이지만, 도시한 각각의 권선들내의 권선수들은 도면내의 표시된 것과 다를 수 있다. 배열을 대칭적으로 형성하는 것, 즉 1개의 코어상의 여러 권선들 사이의 권선비가 대향 코어상의 권선비와 동일하도록 하는 것이 양호하다.
도시한 바와같이 2개의 코맨드 권선들을 상호 접속시킴으로써, 출력전력 권선 e-f내의 전류에 의해 1개의 코맨드 권선내에서 유도된 소정의 전압되어 항상 제2코맨드 권선내에서 유도된 동일한 크기의 방대방향 전압에 의해 평형화된다는 유리한 효과가 달성된다. 그러므로, 코맨드 권선 출력단자 g-h상에서는, 정미 전압이 전혀 유도되지 않는다. 실제로, 제조 허용도로 인해, 완전히 평형화되지 않는 적정 전압들이 유도될 수 있도록 2개의 코맨드 권선들 사이에서 최소 차이가 있을 수 있다. 또한, 코어가 자기적으로 포화되면, 정미 전압은 코맨드 권선 단자에서 유도된다. 그러나, 이러한 전압들은 단자 g-h에 걸쳐 병렬로 배열된 캐패시터 C8에 의해 감소된다. 그러므로, 코맨드 전류를 발생시키기 위한 전기회로는 적정 크기로 될 수 있으므로, 소정의 상당한 크기의 후향(backward) 유도전압에 영향을 받지 않게 된다.
C1외에, 가능한 높은 빈번한 잡음신호들이 메인회로에 전달되지 못하게 하도록 이 잡음신호들을 감소시킬 목적으로 더 작은 캐패시터 C2가 C1과 병렬로 배열된다.
먼저, 코맨드 전류가 없는 경우의 이 회로의 동작에 대해서 설명하겠다. 이때, 이 회로는 제1도에 따른 회로와 등가이다.
이제부터, 직류가 코맨드 권선을 통해 단자 g로부터 단자 h로 공급된다고 가정한다. 이 전류는 2개의 변압기 코어의 자화를 발생시키는데, 이 자화의 크기는 제한되고 특히 권선 e-f로부터의 출력전류에 의해 발생될 수 있는 최대 자화보다 작다고 가정한다. 발진기회로는 상술한 바와같이 크게 발진하게 되어, T1 및 T2가 교대로 전류를 통하게 된다. T2가 개방되는 시간간격 동안, 전류는 f로부터 e로의 출력 권선을 통과하여, 2개의 변압기 코어를 자화시키게 된다. 변압기 Tr1내의 이 2가지 자화 효과는 상호 상반되지만, 변압기 Tr2내의 자화 효과는 합산된다. 그러므로, Tr2내의 코어의 포화는 코맨드 전류가 존재하지 않은 경우보다 낮은 출력전류에서 일어나게 된다. 그러므로, 궤환 권선내에서 유도된 전압들은 감소하게 되므로, Tr2의 코어는 더 이상 이에 기여하지 않게 된다. 한편, Tr2내에서, 코맨드 전류가 전혀 존재하지 않은 경우에, 포화를 발생시키게 된 전류의 레벨에 관련하여 출력전류 레벨이 증가될 때까지 포화가 일어나지 않게 된다. Tr2가 포화되므로 더 이상 궤환 권선내의 유도에 기여하지 않을 정도의 크기의 출력회로 f-e내의 전류레벨에 의해, Tr1의 코어는 여전히 이 궤환 유도에 기여할 수 있다. 그러므로, 궤환 권선 n11또는 n12내에서 유도된 정미 전압은 1개의 변압기 코어의 포화에 의해 완전히 사라지지 않게 되지만, 일반적으로 직전 값의 약 1/2로 강하하게 된다.
그러나, 상술한 바와같이, 사용된 트랜지스터들은 G상의 전압이 선정된 임계값, 예를들어 약 4V를 초과하지 않을 때 D로부터 S로의 순방향으로 완전히 폐쇄된다는 특성을 갖는다. 변압기 코어상의 권선비를 적합한 크기로 함으로써, 다른 변압기가 여전히 전압을 유도하더라도 트랜지스터가 단자 D와 S 사이의 전류를 완전히 차단하도록 1개의 변압기 코어의 포화시에 트랜지스터, 이 경우에 T2가 개방된 경우 궤환 권선내에서 유도된 전압이 임계값 밑으로 강하하게 되는 회로를 설계할 수 있다. 제6도의 곡선 b를 참조함으로써, 1개의 트랜지스터내의 개방 운동시의 출력전류가 처음에 급격히 변환 다음, 램프에 직렬로 접속된 인덕턴스로 인해 감소비율로 변하다는 것을 알게 된다. 그러므로, 궤환 권선내에서 비교적 큰 전압이 처음에 1개의 트랜지스터 개방 간격 동안에 유도된 다음, 이 전압은 점차로 감소된다. 그러므로, 이 간격의하게 발생할 변압기 코어들중 1개의 변압기 코어의 포화시의 궤환 전압이 해당 트랜지스터에 대한 임계값 밑으로 강하하도록 권선들을 용이하게 설계할 수 있다.
트랜지스터 T2가 차단될때, 회로는 상술한 바와같이 f로부터 e를 따르는 이 시간에 출력전류가 최대값으로부터 감소하기 시작하도록 수행되므로, 상술한 것과 반대방향인 자계를 2개의 변압기 코어내에서 유도하게 되고, 출력전류 및 코맨드 전류로부터의 자화에 대한 기여가 변압기 1내에서 합산되고 변압기 2내에서 서로 상호 반대로 되게 한다. 궤환 권선내에서, 전압들이 유도되어, T2를 차단시키고 T1을 개방시키게 된다. 처음에 f로부터 e로의 방향을 따르는 출력전류는 0으로 강하되고, 반대방향, 즉 e로부터 f로 증가하기 시작한다. e로부터 f로 회로내의 출력전류가 증가하기 시작할 때, 소정 시간후에 이 출력전류는 변압기 코어 Tr1이 포화될 정도의 크기에 도달하게 되므로, 궤환 권선내에서 유도된 전압은 T1단자 G상의 전압이 임계값 밑으로 강하될 정도의 레벨로 강하되므로, T1이 차단된다. 그러나, 이것은 상술한 바와같이, T2를 개방시키게 되고, 회로는 계속, 하지만 코맨드 전류가 없는 경우 보다 짧은 시간간격으로 발진하게 된다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 주파수 제어설비가 얻어진다.
이제부터, 직류가 단자 h로부터 단자 g로의 방향으로 코맨드회로를 통해 공급되는 경우에 대해서 설명하겠다. 상술한 바와같이, 이것은 2개의 코어 Tr1과 Tr2를 자화시키게 된다. 앞에서와 같이, 단자 f로부터 변압기를 통해 단자 e로 주행하는 전류에 대한 T2의 개방 운동에 대해서 설명하겠다. 램프 전류 및 코맨드 권선 전류로부터의 자화에 대한 기여는 코어 Tr1내에서 가산되지만, 코어 Tr2내에서 서로 상호 상반된다. 램프회로 전류가 증가할 때, Tr1내의 코어의 포화는 소정 시간에 발생하게 되지만 동일 시간에서의 Tr2 코어는 아직 포화되지 않는다. 그러나, Tr1 코어의 포화는 궤환 권선 C 및 d내에서 유도된 전압을 강하시키고, 트랜지스터 T2는 차단된다. 앞에서와 같이, T2의 차단은 트랜지스터 T1을 개방시키고, 이때 f로부터 e로의 방향을 따르는 램프 전류는 감소하기 시작한다. 소정 시간후, 램프 전류의 방향은 변하게 되어 e로부터 f로 흐르고, 증가하는데, 그 이유는 램프 전류 및 코맨드 전류로부터의 자화에 대한 기여가 변압기 1내에서 상호 상반되고, 변압기 2내에서 합산되기 때문이다. 그러므로, 소정의 램프 전류레벨에서, 변압기 코어 Tr2내에서의 포화가 발생하므로, 궤환 권선 n11내에서 유도된 전압은 트랜지스터 T1이 차단되도록 강하하게 된다. 발진은 상술한 바와같이 이 방식으로 계속된다.
이로써, 회로가 코맨드 전류가 이 전류방향에 관계없이 유사한 효과를 갖는다는 특성을 나타내는 것을 알게 된다. 램프에 공급된 출력단자 전압의 주파수는 코맨드 전류가 0일 때 최소값에 있으므로, 램프는 최대전력을 공급받고, 주파수는 코맨드 전류방향에 관계없이 코맨드 전류의 휘드-인에 의해 증가되므로, 램프 전력이 감소된다. 이로써, 다수의 매우 중요한 장점들이 얻어진다. 즉, 램프에 공급된 전력은 회로에 따라 변하는 선정된 값을 절대로 초과할 수 없으므로, 회로는 이 최대값이 램프에 대한 공칭 전력 정격값과 동일하도록 적합하게 설계된다는 것을 알게 된다. 이로써, 코맨드회로내의 기능장애 또는 에러 또는 접속 에러의 경우에도 램프 손상에 대해 안전하다. 또한, 이것은 설치를 용이하게 하는데, 그 이유는 회로를 설치하는 전기 기사가 특수 접속 순서의 트랙을 지킬 필요가 없기 때문이다. 또한, 코맨드신호는 반드시 직류 신호로 되어야 할 필요가 없는데, 사실은, 주파수가 코맨드 전류와 전력회로 사이의 상호 작용에 의한 간섭을 발생시킬 정도의 크기로 상승하지 않는 교류신호로도 될 수 있다. 전력회로가 100KHz 크기의 주파수에서 동작하기 때문에, 상호 간섭 문제점은 실제로 코맨드 주파수가 예를들어 20KHz를 초과하지 않는한 예상되지 않게 된다. 그러므로, 코맨드회로는 예를들어 음악 시스템내의 음성 출력단자에 접속될 수 있으므로, 음성신호는 디스코택내의 특수효과 조명용으로 사용된 것과 같은 광선을 변조시킬 수 있다. 코맨드 전류는 예를들어 공통 메인 주파수를 따를 수 있으므로, 코맨드 전류를 발생시키기 위한 회로는 매우 간단하게 될 수 있는데, 이것은 사실은 메인회로에 접속된 변압기일 수 있다.
제4도의 회로도는 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예는 수온램프, 나트류램프 및 크세논램프와 값은 전국 가열설비가 없는 증기 램프용으로 사용된다. 사실은, 이 회로는 형광관과 완벽하게 동작하게 되지만, 이 경우에 전극들은 가열되지 않는다. 회로는 제3도의 회로와 등가이지만, 1개의 램프 La만이 도시되어 있고 캐패시터 C6이 램프 전극내의 가열 저항기에 접속되는 것이 아니라 L1 및 C5에 접속되는 램프 전극에 직접 접속된다는 차이가 있다. 이 회로는 상술한 것과는 달리, 제3도의 회로와 같이 정확히 동작하므로, 상술한 설명을 참조할 수 있다.
실시예 2 :
변압기용으로 Siemens R12,5형 2개의 페라이트 코어들이 사용된다. 권선 e 및 f는 간단한 직통 도체이다. 권선 a 및 b는 링 코어둘레에 3회 감겨지고, 권선 c 및 d도 각각의 링 코어둘레에 3회 감겨진다. 코맨드 권선들은 각각의 코어둘레의 30개의 권선들로 구성된다. 캐패시터 C2의 크기는 1nF이고, C8은 0.11F이다. 저항 R1의 값은 1.50Ω이다. 나머지 부품들은 실시예 1내의 부품들과 등가이지만, 권선 L1 및 L2의 인덕턴스는 각각 약 580μH이고, 이것들은 제조 허용도로 인해 상기 설계값으로부터 벗어날 수 있다. 형광관은 각각 36W의 공칭 정격값을 갖고 있는 2개의 형광관이다. 코맨드 전류없이, 형광관이 버닝하는 발진 주파수는 80KHz였다. 20mA의 전류가 코맨드회로를 통해 공급된 때, 발진 주파수는 140KHz였고, 램프에 의해 소비된 전력은 약 20W였다. 코맨드회로 전류가 40mA로 증가되었을 때, 램프들은 턴오프되었다. 전자회로의 전력 소비량은 약 4W였고 전체 시스템이 최대 발광 출력에 의해 80W 정도의 전력을 소비하고, 20mA의 코맨드 전류에 의해 약 38W를 소비하며, 40mA 코맨드 전류에 의해 약 1W를 소비하도록 램프전력에 따라 변한다.
실시예 3 :
부품들은 다음과 같은 것을 제외하고는 실시예 2내의 부품들과 같다. 형광관은 각각 58W의 정격값으로 된 2개의 형광관이었고, 궤환 권선은 권선 a 및 b가 각각의 변압기 코어둘레에 6회 감기고, 권선 c 및 d도 각각의 변압기 코어둘레에 6회 감기도록 제조된다. L1 및 L2의 인덕턴스는 각각 약 5001H이다. 코맨드 전류없이, 즉 전 발광 전력에 있어서, 발진 주파수는 70KHz였고, 전력 소비량은 형광관의 경우에 2×58W이고 나머지 부품의 경우에 5W이므로, 총 121W이다. 20mA의 코맨드 전류에 의해, 발진 주파수는 125KHz였고, 램프 전력은 2×30W였다. 코맨드회로 권선내의 저항은 20mA에 의한 코맨드회로에 걸친 전압강하가 약 16mV이도록 약 0.80Ω이다.
상술한 바와같이, 코맨드 전류와 발광 전력사이의 관계는 반드시 선형인 것이 아니라, 거의 제곱 함수를 따른다. 이 관계를 보상할 수 있는 제어회로를 설계하는 것은 현재 기술 상태내에 있다. 실제로, 이 문제점은 복잡성을 발생시키지 않는데, 그 이유는 램프 전력과 발광 출력사이의 비선형 관계가 소정의 경우에 필요한 특수 예방책을 형성하기 때문이다.
제7도는 본 발명에 따른 장치의 가능한 응용의 일례를 도시한 것이다. 바닥(24) 및 천장(25)를 갖고 있는 방에 있어서, 다수의 조명기구(21)들이 배열되어 있는데, 이 조명기구들은 각각 본 발명에 따른 장치를 갖추고 있다. 각각의 조명기구들은 온/오프-스위치 설비를 가질 수 있지만 제어설비를 전혀 갖지 않는 메인 전력을 공급받는다. 램프들은 통해 제어전류 회로가 순환되어, 단일 코맨드 전류원으로부터의 전류가 모든 조명기구들을 통과하도록 모든 조명기구들을 직렬로 접속시키게 된다. 편리하게 출입가능한 장소에서, 코맨드 유니트(23)은 등을 턴온 및 턴오프시키기 위한 동작 버튼 및 튜닝 설빌호 배열되고, 그위에 요구된 조명 기준값이 다이얼될 수 있다. 방내에는, 조도계(22)도 배열된다. 이 조도계로부터, 코맨드 유니트는 실제로 존재하는 조도레벨을 표시하는 신호를 수신한다. 코맨드 유니트는 측정된 조도레벨에 따라 코맨드신호를 발생시키는 제어회로를 갖추고 있는데, 이 코맨드신호는 광출력을 제어하기 위해 조명기구들로 순환된다.
제8도는 제어 유니트(23)내에 사용될 수 있는 제어회로의 일례를 도시한 것이다. 이 회로의 작용에 대해서는 본 분야에 숙련된 기술자들이 도면으로부터 명백히 알 수 있기 때문에, 간단히 설명하겠다. 이 회로는 전압 5V DC, 12V DC 및 220V AC를 공급하기 위한 입력 접속부, 조도계(22)용 입력단자, 코맨드 전류회로용 출력단자, 및 전력을 조명기구에 공급하기 위한 출력단자를 갖는다.
이 경우에, 조도계(22)는 조도가 증가할 때 저항이 감소하는 특성을 갖고 있는 소위 포토레지스터(photoresistor)이다. 이에 기초를 두고, 연산증폭기 Op1은 측정된 조도레벨에 관련되는 전압을 발생시킨다. Op1 주위의 부품들의 튜닝을 선택함으로써, 요구된 최소 조도레벨(N2, 제9도 참조)이 정해진다. Op1로부터의 신호는 2개의 경로로 분기하는 통로를 따라 통고된다. 제1경로는 연산증폭기 Op2를 통하는 신호를 순환시켜, 이에 관련된 부품과 함께, 소정 한계 이상의 조도레벨에 의한 선정된 최대값, 예를들어 2V를 갖고 있는 전압이 발생되게 하기 위해서 신호를 제한할 목적으로 작용하므로, 이 제한레벨 미만의 전압은 조도레벨에 비례하여 변한다. Op2 주위에 부품들에 의해 정해진 제한레벨은(제9도를 참조하여 다음에 설명할) 최소 조도레벨(N1)을 정한다. 이 제한된 신호는 트랜지스터와 같은 관련 부품들과 함께 조명기구용 코맨드 전류로서 사용하기 위해 전압신호를 전류신호로 변환시키는 다른 연산증폭시 Op3으로 통과된다.
또한, 상술한 바와같이, Op1로부터의 신호는 다른 브랜취를 따라 순환되고, 연산증폭기 Op4에 공급된다. 이 연산증폭기 Op4는 히스테리시스(hysteresis)를 갖고 있는 소위 슈밋트-트리거(Schmidt-trigger)로서 관련 회로와 함께 동작한다. 즉, 입력신호를 증가시킬 때 입력신호가 턴-오프 레벨(N4, 제9도)라고 부르는 선정된 제1레벨을 초과할때까지 출력신호가 셋트되고, 입력신호를 감소시킬 때 입력신호가 선정된 제2 및 낮은 레벨 밑으로 강하된 후에만 출력신호가 셋트되도록 동작한다.
Op4로부터의 출력신호는 관련 부품들과 함께 조도레벨을 증가시킴드로써 턴-오프 지연을 지정한 지연후에 트리거신호를 통과할 목적으로 작용하는 지연 유니트 Tim에 통과되고, 트리거신호는 조도레벨을 감소시킬 때 지연없이 통과하게 된다. 이 출력신호는 조명기구용 전력공급을 턴온 및 턴오프시키도록 작용하는 계전기를 제어한다.
연산증폭기 Op1-4는 통상적인 경우에 4개의 연산증폭기를 포함하는 LM423형으로 시판중인 단일 부품으로 제공될 수 있다. 지연 유니트 Tim은 CD 4060 부품에 의해 실현될 수 있다.
이제부터, 제8도에 도시한 회로와의 조명 시스템의 동작에 대해서 제9도를 참조하여 설명하겠다. 제9도내에서, 제9a도는 연장된 스팬(span) 시간, 즉 14시간 정도를 도시한 것이고, 제9b도 및 제9c도는 20분과 같은 짧은 시간간격을 도시한 것이다.
실내의 인공조명 시스템은 요구되고 동작 목적용으로 요구된 최소 기준레벨, 예를들어 3000lux의 조도레벨과 등가인 조도레벨 N2를 제공할 수 있다. 그러나, 천장(25)내에 반투명 부분 또는 창을 갖추고 있고 다른 창 및 다른 개구를 갖추고 있는 방은 주광과 같은 외부 광을 수신한다. 제9a도내에는, 주광으로부터 실내의 총 조명으로의 기여가 어떻게 이른 아침의 0(nothing)로부터 정오의 최대값으로 변한 다음, 야간의 0으로 감소하는지가 도시되어 있다. 또한, 도면내에는 인공조명 시스템으로부터의 조명 기여가 어떻게 변하는지가 도시되어 있다. 처음에, 인공조명만이 작동하고 전 전력상에서 동작하므로, 조도레벨은 N2로 유지된다. 주광이 들어오기 시작할 때, 인공조명은 즉시 동일 비로 튠다운되므로, 총 조도레벨을 일정하게 유지시키게 된다. 조도레벨을 증가시킴으로써, 소정 시간에, 레벨은 Op2 주위의 회로가 상술한 바와같이 제어신호를 제어하게 되는 지점에 도달하게 된 다음, 인공조명은 더 이상 튜다운되지 않지만, 고정된 최소 레벨 N1, 예를들어 100lux를 유지하게 된다. 방은 인공조명으로부터 고정 조도 기여 및 주광으로부터 가능하게 증가하는 조도 기여를 수신한다.
소정 시간에 주광을 증가시킴으로써, 턴-오프 레벨 N4, 예를들어 750lux에 도달될 수 있고, 인공조명은 Tim에서 정해진 턴-오프 지연, 예를들어 10분 경과후에 스위치 오프된다. 방은 증가 및 감소하는 주광에 의해 조명된다.
주광이 나중에 도면 우측에 도시한 바와같이 턴-온 레벨 N3, 예를들어 450lux 밑으로 강하하면, 인공조명은 즉시 스위치 온되어, 저레벨 N1상에서 동작하게 된다. 주광이(N2-N1) 미만에서 기여할 때에만, 인공조명은 요구된 최소레벨 N2가 유지되도록 튠업된다. 주광 기여가 완전히 사라지면, 인공조명은 전 전력상에서 동작한다.
통상적으로 공지된 바와같이, 주광은 구름이 지나가는 것과 같은 다양한 기후 상황으로 인해 신속하고 불규칙적으로 변동할 수 있다. 제9b도 및 제9c도에 도시한 예들은 신속한 변동중의 제어 시스템의 동작을 도시한 것이다.
제9b도는 주광이 강하고 인공조명이 턴오프되고 정오에 나타날 수 있는 상황을 도시한 것이다. 갑자기 매우 어두운 구름이 지나가고, 주광 기여가 매우 낮은 레벨로 강하된다. 인공조명은 즉시 스위치가 온되고, 요구된 최소 조도레벨이 유지되는 레벨로 즉시 튠업되어, 나머지 낮은 주광 기여도의 모든 장점을 취하게 된다. 나중에, 구름이 사라진다. 인공조명은 즉시 레벨 N1로 튠다운되지만, Tim에 의해 정해진 턴-오프 지연 경과후에만 턴-오프된다.
제9c도는 구름이 매우 많이 끼어 있는 주간에 일어날 수 있는 상이한 상황을 도시한 것이다. 주광은 작은 기여를 제공하고, 인공조명은 적합한 기여를 제공하기 위해 턴온 및 튠업된다. 갑자기 구름이 걷혀지고 강한 주광이 들어온다. 인공조명은 즉시 최소레벨 N1로 튠다운되지만, 턴-오프 지연이 경과될때까지 다량의 광선에 의해 턴오프되지 않는다. 이것이 발생하기 전에, 구름이 하늘을 다시 덮는다고 가정되고, 인공조명은 즉시 적합한 레벨로 튠업된다.
상술한 설명으로부터, 기술한 시스템이 실제 상황중에 양호하게 동작하므로, 내부 조명이 항상 적당하고, 광원의 수명을 단축시킬 수 있고 심리학적으로 아름답지 못한 빈번한 턴온 및 턴오프가 제거되며, 조명용으로 사용된 에너지가 최소값으로 유지된다는 것을 알게 된다.
본 발명은 형광관의 응용을 참조하여 기술되었지만, 소정의 전력 소비기의 제어된 가동에 응용될 수 있다. 상술한 바와같이, 수은램프, 나트륨램프 및 크세톤램프 등과 갖은 다른 방전램프에도 매우 양호하게 응용될 수 있다.
소량의 직류 또는 교류의 코맨드신호를 갖고 있는 제어설비는 본 발명이 스트로보스코트 등과 같은 여러방식으로 제어 또는 변조하는데 양호하게 응용되게 한다.
Claims (9)
- 입력전원 수전용 입력단자, 출력전류를 전력 소비기에 공급하기 위한 출력단자(f), 코맨드 입력전류 수전용 제어단자, 자기적으로 포화가능한 물질(Tr1,Tr2)를 포함하는 변압기수단, 상기 출력단자(f)에 접속되어 있는 적어도 하나의 권선(n3)과 두 개의 궤환 권선(n11,n12), 및 상기 출력전류에 의해 유도되는 상기 변압기수단내의 유도 궤환에 의해 상기 궤환 권선(n11,n12)에서 발생되는 전기신호에 의해 제어되며, 상기 출력전류를 제어하기 위한 능동 전자부품(T1,T2)를 포함하고, 상기 궤환 신호는 상기 출력전류가 주기적으로 방향을 변화되게 유도관계를 변경시키는 상기 자성 물질(Tr1,Tr2)의 자기 포화로 인해 발생되는 전력 소비기의 교류 제어장치에 있어서, 상기 자성 물질은 자성 물질부분 주위에 배치되고 코맨드 권선(n5,n6)으로 정해진 적어도 1개의 전기 권선을 갖추고 있는 적어도 2개의 부분(Tr1,Tr2)로 분할되고, 상기 2개의 코맨드 권선(n5,n6)은 상기 코맨드 권선(n5,n6)들중 하나를 통해 공급되는 전류가 상기 자성 물질의 각 부분(Tr1,Tr2)의 자화에 기여하여 상기 코맨드 전류가 공급되지 않을 때 포화가 발생하는 전류레벨과 상이한 상기 출력전류의 전류레벨에서 포화가 발생하도록 상기 제어단자에서 접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 자성 물질(Tr1,Tr2)는 자성 물질로 이루어진 2개의 별도 코어를 포함하고, 각코어는 직렬로 각각 상호 접속된 2개의 서로 유사한 전력 권선(n13,n14)들 중 하나와 2개의 서로 유사한 코맨드 권선(n5,n6)들 중 하나를 지지하며, 상기 코맨드 권선(n5,n6)은 직렬로 상호 접속되고, 한쌍의 제어단자 사이에 접속되며, 순수전압이 아닌 전압이 상기 제어단자에서 유도되지 않도록 진폭은 동일하지만 극성이 반대인 상기 2개의 코맨드 권선(n5,n6)내의 상기 출력전류를 변화시키면 전압이 유도되는 권선 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 전력 장치 권선(n13,n14)가 상기 2개의 자성 코어 주위를 제1방향으로 감고 있고, 상기 궤환 권선의 제1권선(n11)이 2개의 자성 코어 주위를 제1방향과 동일 방향으로 감고 있으며, 상기 궤환 권선의 제2권선(n12)가 상기 제1방향과 반대방향인 제2방향으로 2개의 자성 코어 및 각각의 자성 코어 주위를 감고 있고, 상기 코맨드 권선(n5,n6)이, 상기 코맨드 권선들중 제1권선이 상기 2개의 자성 코어들중 제1권선을 상기 제1방향으로 둘러싸고, 상기 코맨드 권선들중 제2권선이 상기 2개의 자성 코어들 중 제2코어를 상기 제2방향으로 둘러싸도록 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 인덕턴스수단(L1)이 상기 출력전류가 인덕턴스수단(L1)을 통과하도록 상기 전력 권선(n3)과 전력 소비기 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 가스방전 램프(Lyl)용 조명장치(21)에 있어서, 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하고, 상기 가스방전 램프(Ly1)을 상기 코맨드 입력전류에 의해 조절되는 전력레벨에서 구동시키도록 접속되는 것을 특징으로로 하는 조명기구(21).
- 제5항에 있어서, 코맨드 유니트(23)이 상기 코맨드 권선(n5,n6)으로 흐르는 제어전류를 발생시키기 위해 상기 제어장치의 제어단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 조명기구(21).
- 제5항 또는 제6항에 따른 최소한 2개의 조명기구(21)을 포함하는 시스템에 있어서, 상기 각각의 조명기구(21)의 상기 제어단자는 공통 코맨드 전류가 각각의 상기 제어장치를 제어하는 2개 또는 모든 상기 조명기구(21)을 통과하도록 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 적어도 하나의 조명기구(21), 광검출용 조도 측정장치(22), 및 상기 조명기구(21) 및 조도 측정장치(22) 접속된 코맨드장치(23)을 포함하는 조명 시스템에 있어서, 조명기구 또는 각각의 조명기구가 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 따른 장치를 갖추고 있고, 상기 조도 측정장치(22)에 의해 측정되는 조도레벨이 전력소모가 최소인 요구된 최소 기준레벨 이상이거나 같도록 상기 코맨드 유니트(23)을 제어하며, 상기 코맨드 유니트(23)은 상기 측정된 조도레벨이 선정된 턴온레벨 이하로 강하하는 경우에 상기 조명기구(21)로의 전원을 온시키기 위한 수단을 갖추고 있고, 상기 코맨트 유니트(23)은 상기 조명기구(21)로의 전원을 오프시키기 위한 수단을 갖추고 있으며, 상기 코맨드 유니트(23)은 선정된 기간동안 상기 조도레벨이 제2의 선정된 조도레벨을 연속하여 초과한 후에만 발생하는 전원을 오프시키는 지연장치(Tim)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
- 전력 소비기에 공급되는 교류의 주파수를 제어하고, 상기 교류는 능동 전자소자(T1,T2)에 의해 제어되며, 상기 능동 전자소자(T1,T2)는 상기 교류에 의해 유도된 자성 물질(Tr1,Tr2)내의 유도성 궤환에 의해 발생된 신호에 의해 제어되고, 상기 궤환 신호는 상기 전력 소비기에 공급된 출력전류가 방향을 주기적으로 변경하는 방식으로 유도관계를 변경시키는 상기 자성 물질(Tr1,Tr2)의 자기 포화로 인해 발생되며, 상기 출력전류가 인덕턴스수단(L1)을 통해 공급됨으로써 제한되는 방법에 있어서, 상기 자성 물질은 상기 자성 물질(Tr1,Tr2)의 자화에 기여하는 코맨드 전류를 정하는 전류를 도통시키는 1개 이상의 전기 권선에 의해 영향을 받는 2개의 부분(Tr1,Tr2)로 분할되고, 상기 출력전류가 방향을 변화시킨 후의 시간이 제어될 수 있도록 코맨드 전류가 공급되지 않을때의 포화 전류와 상이한 출력전류값에서 포화가 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
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