WO2014185646A1 - Electrodeless lighting device and method for operating electrodeless lighting device - Google Patents

Electrodeless lighting device and method for operating electrodeless lighting device Download PDF

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WO2014185646A1
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voltage
inverter
unit
magnetron
filament
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PCT/KR2014/003860
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Korean (ko)
Inventor
김경신
윤현성
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태원전기산업 (주)
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/2806—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without electrodes in the vessel, e.g. surface discharge lamps, electrodeless discharge lamps
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    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the present invention relates to an electrodeless lighting device, and relates to an electrodeless lighting device using ultra-high frequency generated by the magnetron.
  • Electrodeless lighting equipment uses high-power ultra-high frequencies of hundreds of watts or more. Due to the wide bandwidth of the ultra-high frequency, the electrodeless illuminator may interfere with a wireless LAN.
  • the wireless LAN is one of a communication network system that performs communication for wireless communication between accessors using a radio frequency.
  • Bluetooth communication uses bands from 2400 MHz to 2483.5 MHz. This frequency band includes 2450 MHz, the oscillation frequency of water molecules, which is used in electrodeless lighting equipment and microwave ovens.
  • Ultra-high frequency electrodeless lighting equipment also uses the 2450 MHz band, so in order to avoid interference with WLAN, a narrow bandwidth of the ultra-high frequency is required.
  • Korean Patent No. 10-11606409 conventionally, in order to provide a narrow bandwidth in an ultra-high frequency electrodeless illuminator, the current applied to the magnetron is reduced with time to reduce the bandwidth.
  • the bandwidth reduction effect by reducing the filament current was not enough to suppress the interference of the wireless LAN. Therefore, the use range of the ultra-high frequency electrodeless illuminating device has been limited to outdoors.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device having a narrow bandwidth of ultra-high frequency.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device that is easy to maintain, the power module and the lamp module are separable, and do not affect the operation of the magnetron even when separated.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device that can provide a dimming (dimming) by varying the output of the ultra-high frequency.
  • An electrodeless lighting device includes a DC voltage unit for rectifying the commercial AC voltage and compensating the power factor; A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage; A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage; A high pressure ripple removing unit for removing a ripple from the DC driving voltage of the high voltage generating unit and providing the ripple to the magnetron; A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage; A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron; A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave; A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency; An electrodeless lamp connected to the waveguide; And a control unit controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second
  • the anode of the magnetron is grounded, the high pressure ripple removing unit may be connected to the filament.
  • the high voltage ripple removing unit may include an inductor.
  • the inductance of the inductor may be 10 mH (millihenry) to 50 mH.
  • the power supply module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generating unit
  • the lamp module includes the second inverter, the filament current generating unit, the high voltage ripple removing unit, The magnetron, the waveguide, and the lamp, wherein the power module and the lamp module are spaced apart from each other, connected to each other via a cable, the length of the cable may be 1 meter or more.
  • the bandwidth of the ultra-high frequency may be 2 MHz or less on the basis of -50 dBm (decibels above 1 milliwatt).
  • the switching frequency of the first inverter may be changed to control an anode current flowing between the filament and the anode, and the output power of the magnetron may be controlled.
  • the filament current may be controlled by changing the switching frequency of the second inverter.
  • it may further include an optical sensor for detecting the light emitted from the electrodeless lamp.
  • An electrodeless lighting device includes a DC voltage unit for rectifying the commercial AC voltage and compensating the power factor; A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage; A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage; A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage; A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron; A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave; A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency; An electrodeless lamp connected to the waveguide; And a control unit controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second inverter.
  • the power supply module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generator
  • the lamp module includes the second inverter, the filament current generator, the magnetron, the waveguide, and the lamp.
  • the power module and the lamp module may be spaced apart from each other, connected to each other through a cable, and the length of the cable may be 1 meter or more.
  • the high-voltage ripple removing unit further includes a high-voltage ripple removing unit for removing the ripple from the DC driving voltage of the high-voltage generator to provide a magnetron
  • the high-voltage ripple removing unit includes an inductor, the inductance of the inductor is 10 mH (millihenry) to 50 mH.
  • An operating method of an electrodeless lighting device comprises the steps of initially heating the filament by applying an initial filament current of alternating current to the magnetron for a predetermined time; Applying a driving voltage to the anode of the magnetron through a ripple removing inductor after a predetermined time T1 after the initial filament current is applied to provide a cathode current; And applying a filament current smaller than the initial filament current to the filament by controlling a switching frequency to the inverter after a predetermined time T2 after the driving voltage is applied.
  • the method may further include controlling ultra-high frequency power by changing a switching frequency of the inverter generating the driving voltage.
  • the electrodeless lighting device may provide an electrodeless lighting device having an ultra-high frequency bandwidth of 2 MHz or less. Electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention is easy to maintain, the power module and the lamp module is removable, even if separated does not affect the operation of the magnetron. The electrodeless illumination device according to an embodiment of the present invention may provide dimming by varying the output of the ultra-high frequency.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the electrodeless illuminator of FIG.
  • FIG. 3 is a timing diagram of the electrodeless lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a flowchart of the electrodeless illuminating device of FIG.
  • FIG. 5A shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit
  • FIG. 5B shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit.
  • FIG. 6A shows the waveform of the drive voltage when there is no high voltage ripple removing section
  • FIG. 6B shows the waveform of the drive voltage when there is a high voltage ripple removing section.
  • the magnetron may include a filament that serves as a positive electrode and a negative electrode.
  • the anode is grounded and an alternating filament current is applied to the filament with a voltage of several volts to heat the filament.
  • the heated filament emits electrons by a high voltage direct current driving voltage, and the emitted electrons are accelerated by the driving voltage, and an anode current flows between the anode and the filament.
  • the anode current has a threshold value or more, ultra high frequency due to the structure of the anode occurs.
  • the anode current can be adjusted by controlling the switching frequency of the inverter for generating the drive voltage.
  • the first inverter and the high voltage generator for generating the driving voltage may be separated from the inverter and the filament current generator for generating the filament current.
  • a lamp module including a magnetron and an electrodeless lamp is separated from each other or integrally manufactured from a power module that supplies a few amps of filament current to the magnetron.
  • the filament voltage applied to the filament is a few volts, and the filament current flowing through the filament is a few amps. Accordingly, when the distance between the magnetron and the power module is several meters or more, a filament voltage drop applied to the filament is generated by line resistance, and the magnetron cannot operate normally. Thus, there was a distance limitation between the magnetron and the power module.
  • the power module for operating the magnetron is separated from the lamp module, the filament current generator and the inverter for providing an AC voltage to the filament current generator is installed in the lamp module. Accordingly, the voltage applied to the cable from the power module to the lamp module is 400 V. Therefore, the current transmitted to the cable is reduced, and the voltage drop due to the line resistance of the cable can be minimized. Accordingly, the cable distance between the lamp module and the power module can be extended. Therefore, regardless of the distance between the filament current generator and the inverter, the magnetron can stably generate ultra-high frequency.
  • the volume of the lighting device is increased.
  • the lamp module may be easily installed and the maintenance of the power module may be easy.
  • the high-pressure ripple removing unit when the high-pressure ripple removing unit is mounted at the rear end of the high-pressure generator that outputs a driving voltage of several kilovolts applied between the filament and the anode, the bandwidth of the ultra-high frequency is 2 MHz or less based on -50 dBm. Can be significantly reduced.
  • the high voltage ripple cancellation unit may be an inductor of 10 millihens or more.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the electrodeless illuminator of FIG.
  • FIG. 3 is a timing diagram of the electrodeless lighting device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a flowchart of the electrodeless illuminating device of FIG.
  • the electrodeless lighting device 10 may include a power supply module 100 and a lamp module 200.
  • the power module 100 and the lamp module 200 may be spaced apart from each other.
  • the power module 100 may include a DC voltage unit 110, a first inverter 120, a high voltage generator 130, and a controller 160.
  • the lamp module 200 may include a second inverter 220, a filament current generator 230, a magnetron 240, a waveguide 260, an electrodeless lamp 270, and an optical sensor 250. .
  • the power filter unit 170 may remove noise components of commercial power.
  • the current detector 140 may detect a current of a commercial power source or a current passing through the power filter unit 170.
  • the current detector 140 may provide a current signal SS4 to the controller 160 by detecting a current of a commercial power supply using a current detection sensor.
  • the controller 160 may control the switching frequency of the first inverter 120 by using the current signal SS4. Accordingly, the output of the magnetron 240 can be kept constant.
  • the DC voltage unit 110 may include a rectifier circuit 114, a power factor correction circuit 116, and a power factor correction circuit controller 112.
  • the rectifier circuit 114 may include a rectifier.
  • the rectifier circuit 114 may convert an AC voltage into a DC voltage.
  • the power factor correction circuit 116 may receive power output from the rectifier circuit to perform power factor correction.
  • the output voltage of the DC voltage unit 110 may be hundreds of volts.
  • the first inverter 120 may receive the output voltage of the DC voltage unit 110 and convert it to a first AC voltage.
  • the first inverter 120 may be a half-bridge inverter.
  • the first inverter 120 may include a first inverter controller 122.
  • the first inverter 120 may include two switching elements.
  • the switching element may be a field effect transistor (FET) or an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT).
  • FET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • the two switching elements can be designed so that they are not turned on at the same time.
  • the first inverter 120 may output the first AC voltage.
  • the first AC voltage may be about several hundred volts.
  • the switching frequency of the first switching control signal provided to the switching element may be several tens of kHz.
  • the switching frequency of the first AC voltage of the first inverter 120 may vary.
  • the anode current of the magnetron may be controlled according to the switching frequency of the first AC voltage of the first inverter. Accordingly, the ultra-high frequency output power generated by the magnetron can be controlled.
  • the high voltage generator 130 may boost the first AC voltage of the first inverter 120 to a high voltage to provide a DC driving voltage S2.
  • the high voltage generator 130 may include a boost transformer 132 and a voltage mutiflying rectifier 134.
  • the boost transformer 132 may boost a first AC voltage of several hundred volts to an AC voltage of several kilovolts.
  • the double voltage rectifier circuit 134 may convert a high voltage AC voltage into a DC driving voltage S2 of several kilovolts.
  • the DC driving voltage is at a level of ⁇ 4 kV, and the DC driving current provided by the double voltage rectifying circuit 134 may be at a level of several hundred milliamps.
  • the direct current drive may provide the anode current by hot electron emission.
  • the high pressure ripple removing unit 210 may remove the ripple from the DC driving voltage of the high pressure generating unit 130 and provide the ripple to the filament 244 of the magnetron 240.
  • the high pressure ripple removing unit 210 may be installed in the lamp module 200. Accordingly, the high pressure ripple removing unit 210 and the high pressure generating unit 130 may be connected through a cable 191.
  • the frequency of the DC driving voltage ripple may have a switching frequency of the first inverter 120 and its harmonic components.
  • the peak to peak voltage of the ripple may be several tens of volts.
  • the high voltage ripple removing unit 210 may include an inductor.
  • the inductance of the inductor may be 10 millihenrys (mH) to 50 millihenrys.
  • An output end of the high pressure ripple removing unit 210 may be connected to the filament. Accordingly, the filament 244 may be maintained at a driving voltage S2 of high voltage. When an alternating filament current flows in the filament, the filament is heated, and the filament may emit electrons. Accordingly, the electrons may be accelerated to the driving voltage S2.
  • the second inverter 220 may receive the output voltage of the DC voltage unit 110 and convert it to a second AC voltage.
  • the second inverter may be installed in the lamp module. Accordingly, the DC voltage unit 110 and the second inverter 220 may be connected through a cable 192.
  • the voltage applied to the cable is a direct voltage of several hundred volts. Thus, the voltage drop of the cable 192 can be reduced. Thus, the length of the cable 192 may extend more than a few meters. Without limiting the distance between the power module and the lamp module, the magnetron can operate stably.
  • the second inverter 220 may include a second inverter controller 222 and a half-bridge inverter.
  • the half-wave bridge inverter may include two switching elements.
  • the second inverter 220 may provide a filament current independent of the first inverter.
  • the switching frequency of the switching element may be several tens of kilohertz (kHz).
  • the filament current S1 may be controlled according to the switching frequency of the switching element. Specifically, in the case of a filament current of 10 amps (A), the switching frequency may be 60 kHz level. In the case of a filament current of 6 amps (A), the switching frequency may be 50 kHz.
  • the second inverters may have switching frequencies with each other according to an operation mode.
  • a current of 10 amps can be provided for initial heating of the filament.
  • a current of 6 amps can be provided for normal operation of the filament. Reducing the current of the filament in the normal operation can extend the life of the filament. According to the present invention, the current reduction of the filament had little effect on the frequency bandwidth of the ultra high frequency.
  • the filament current generator 230 may convert the second AC voltage of the second inverter 220 to provide the filament current S1 to the filament 244 of the magnetron 240.
  • the filament current generator 230 may include a pressure reducing transformer.
  • the voltage of the primary coil of the decompression transformer may be several hundred volts, and the voltage of the secondary coil may be a few volts.
  • the filament current of the secondary coil may be a few to several tens of amps.
  • the switching frequency of the second inverter 220 may be varied. Both ends of the decompression transformer may be connected to both ends of the filament 244 to heat the filament 244.
  • the magnetron 240 may receive the DC driving voltage and the filament current S1 to generate ultra high frequency.
  • the magnetron 240 may include a filament and an anode 242 having a predetermined structure.
  • the anode 242 may be grounded.
  • the output power of the magnetron 240 may be several tens of watts to several kilowatts.
  • the output power of the magnetron may be changed by a DC driving current.
  • the direct current drive current may depend on the switching frequency of the first inverter.
  • the frequency bandwidth of the ultrahigh frequency may depend on the high pressure ripple removing unit 210.
  • the oscillation frequency of the magnetron 240 may be 2.45 GHz band. The frequency bandwidth is reduced to suppress interference of the wireless LAN, and may be 2 MHz or less on the basis of -50 dBm.
  • the waveguide 260 may be connected to the magnetron 240 to guide the ultra-high frequency.
  • the waveguide 260 may include a rectangular waveguide.
  • the waveguide 260 may include an impedance matching means and a mesh type resonator.
  • the electrodeless lamp 270 may be connected to the waveguide 260 and may receive and discharge ultra high frequency waves from the waveguide 260.
  • the electrodeless lamp 270 may be a spherical bulb.
  • the electrodeless lamp 270 may be fixed to the waveguide 260.
  • the circularly polarized wave or the elliptical polarized wave traveling through the waveguide may discharge the electrodeless lamp.
  • the circularly polarized wave or the elliptical polarized wave heats the electrodeless discharge lamp as a whole, so that a separate movement of the electrodeless lamp may not be required.
  • the light sensor 250 may detect light radiated from the electrodeless lamp 270 when the electrodeless lamp 270 is discharged.
  • the optical sensor 250 may be a photodiode.
  • the cooling unit 150 may cool the power module 100 or the magnetron 240, and the cooling unit 150 may provide an abnormal signal SS5 to the controller 160 when a failure occurs.
  • the controller 160 may receive the abnormal signal SS5 to control the operation of the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220 to be stopped.
  • the input unit 180 may provide a power control signal to the controller 160. Accordingly, the controller may control the anode current by controlling the switching frequency of the first inverter 120. Accordingly, the output of the ultra-high frequency can be controlled.
  • the controller 160 may receive the output signal of the optical sensor 250 and control the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220. In detail, the controller 160 may compensate for the power factor by providing the power factor correction control signal SS3 to the DC voltage unit 110. The controller 160 may control the anode current by controlling a switching frequency of the first inverter 120 by providing a first inverter switching frequency control signal SS1 to the first inverter. In addition, the controller 160 may control the filament current S1 by providing a second inverter switching frequency control signal SS2 to the second inverter to control the switching frequency of the second inverter. The controller 160 may receive the output signal of the optical sensor 250 to control the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220 to turn off.
  • the controller 160 controls the DC voltage unit 110 and the second inverter 220 to generate an initial filament current S1.
  • the filament of the magnetron is initially heated by receiving the initial filament current of the alternating current for a predetermined time (T1) (S110).
  • T1 predetermined time
  • the initial heating time can be from several seconds to several tens of seconds.
  • the controller 160 controls the first inverter 120 to generate a driving voltage.
  • the driving voltage eliminates ripple through the ripple removing inductor.
  • the driving voltage S2 is applied to the magnetron anode (S120). Accordingly, the filament 244 emits electrons, and the emitted electrons are accelerated by the driving voltage S2 to generate ultra high frequency. Accordingly, the ultra-high frequency discharges the electrodeless lamp. Light radiated from the electrodeless lamp is detected through an optical sensor.
  • the controller 160 controls the second inverter 220 to reduce the filament current (S130).
  • the time interval T2 at which the current S1 of the filament 244 is reduced may be several seconds to several tens of seconds.
  • the controller 160 stops the electrodeless lighting device when the optical sensor 250 has no signal during the time interval T3 of the crystal.
  • the controller 160 may change the switching frequency of the first inverter 120. Accordingly, when the anode current is changed, the output power of the ultra-high frequency may be changed (S190).
  • the controller 160 may determine the output signal of the optical sensor 250 and stop the operation of the electrodeless lighting apparatus when there is no output signal of the optical sensor for a predetermined time interval (S140, S150, and S160).
  • the controller 160 may determine whether an abnormal signal is generated by the cooling unit 150 and stop the operation of the electrodeless lighting device when the abnormal signal is generated (S170 and S160).
  • Table 1 shows the operating characteristics of the high-pressure ripple removing unit according to an embodiment of the present invention.
  • the center frequency of the ultrahigh frequency is 2.45 GHz, and the center frequency bandwidth is 9.8 MHz on the basis of -50 dBm.
  • the ultrahigh frequency center frequency is 2.449 GHz, and the center frequency bandwidth is 7.6 MHz based on -50 dBm.
  • the center frequency of the ultra high frequency is 2.448 GHz, and the center frequency bandwidth is 2.3 MHz at -50 dBm.
  • the center frequency of the ultra high frequency is 2.447 GHz, and the center frequency bandwidth is 2.3 MHz on the basis of -50 dBm.
  • Table 2 shows the characteristics according to the inductance of the high-pressure ripple removing unit according to an embodiment of the present invention.
  • the center frequency bandwidth has less than 2 MHz.
  • FIG. 5A shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit
  • FIG. 5B shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit.
  • the filament current is 6A, with or without the high pressure ripple removing unit.
  • the center frequency is 2.447 GHz and the center frequency bandwidth is on the order of -20 dBm at -50 dBm.
  • the filament current is 6A.
  • the center frequency is 2.449 GHz and the center frequency bandwidth is 2 MHz on the basis of -50 dBm.
  • the bandwidth due to the high pressure ripple canceling unit is significantly reduced.
  • FIG. 6A shows the waveform of the drive voltage when there is no high voltage ripple removing section
  • FIG. 6B shows the waveform of the drive voltage when there is a high voltage ripple removing section.
  • the peak-to-peak of the driving voltage ripple is 100 V, and the driving voltage ripple has a second harmonic of a switching frequency of 59 kHz.
  • the peak-to-peak of the driving voltage ripple is reduced to the level of 40 V, and the driving voltage ripple has the suppressed second harmonic of the switching frequency of 59 kHz.
  • the reduction of the driving voltage ripple and the reduction of the second harmonic are interpreted as reducing the bandwidth of the ultrahigh frequency.

Abstract

The present invention provides an electrodeless lighting device and a method for operating the same. The electrodeless lighting device comprises: a direct current (DC) voltage unit for rectifying a commercial alternate current (AC) voltage and compensating for a power factor; a first inverter for receiving an output voltage of the DC voltage unit and transforming the received output voltage into a first AC voltage; a high-voltage generation unit for providing a DC driving voltage by boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage; a high-voltage ripple cancellation unit for cancelling ripples from the DC driving voltage of the high-voltage generation unit and providing the ripple-cancelled DC driving voltage to a magnetron; a second inverter for receiving the output voltage of the DC voltage unit and transforming the received output voltage into a second AC voltage; a filament current generation unit for providing a filament current to a filament mounted in the magnetron by transforming the second AC voltage of the second inverter; the magnetron for receiving the DC driving voltage and the filament current and generating a ultrahigh frequency; a waveguide connected to the magnetron to guide the ultrahigh frequency; an electrodeless lamp connected to the waveguide; and a control unit for controlling the DC voltage unit, the first inverter and the second inverter.

Description

무전극 조명 장치 및 무전극 조명 장치의 동작 방법Operation method of electrodeless lighting device and electrodeless lighting device
본 발명은 무전극 조명 장치에 관한 것으로, 마그네트론에 의하여 발생한 초고주파를 이용한 무전극 조명 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrodeless lighting device, and relates to an electrodeless lighting device using ultra-high frequency generated by the magnetron.
무전극 조명 기기는 수백 와트 이상의 고전력의 초고주파를 사용한다. 상기 초고주파의 넓은 대역폭(bandwidth)에 기인하여, 상기 무전극 조명기기는 무선 랜(wireless LAN)에 간섭을 줄 수 있다. 구체적으로, 무선 랜은 라디오 주파수(radio frequency)를 사용하여 무선으로 접속자 간에 통신하는 통신을 수행하는 통신 네트워크 방식의 하나이다. 예를 들어, 블루투스 통신은 2400 MHz 부터 2483.5 MHz 까지의 대역을 사용한다. 이 주파수 대역은 물 분자의 발진 주파수인 2450 MHz를 포함하며, 이 주파수 대역은 무전극 조명 기기 및 마이크로웨이브 오븐에 사용되고 있다. Electrodeless lighting equipment uses high-power ultra-high frequencies of hundreds of watts or more. Due to the wide bandwidth of the ultra-high frequency, the electrodeless illuminator may interfere with a wireless LAN. In detail, the wireless LAN is one of a communication network system that performs communication for wireless communication between accessors using a radio frequency. For example, Bluetooth communication uses bands from 2400 MHz to 2483.5 MHz. This frequency band includes 2450 MHz, the oscillation frequency of water molecules, which is used in electrodeless lighting equipment and microwave ovens.
초고주파 무전극 조명 기기 역시 2450 MHz 대역을 사용하므로, 무선 랜과 간섭을 피하기 위하여, 초고주파의 좁은 대역폭이 요구된다.Ultra-high frequency electrodeless lighting equipment also uses the 2450 MHz band, so in order to avoid interference with WLAN, a narrow bandwidth of the ultra-high frequency is required.
한국 등록 특허 10-11606409를 참조하면, 종래에는 초고주파 무전극 조명기기에서 좁은 대역폭을 제공하기 위하여, 마그네트론에 인가되는 전류를 시간에 따라 감소시켜 대역폭을 감소시켰다. 그러나, 필라멘트 전류 감소에 의한 대역폭 감소 효과는 무선 LAN의 간섭을 억제할 수 있을 만큼, 충분하지 못했다. 따라서, 초고주파 무전극 조명기기의 사용 범위는 야외 등으로 한정되었다.Referring to Korean Patent No. 10-11606409, conventionally, in order to provide a narrow bandwidth in an ultra-high frequency electrodeless illuminator, the current applied to the magnetron is reduced with time to reduce the bandwidth. However, the bandwidth reduction effect by reducing the filament current was not enough to suppress the interference of the wireless LAN. Therefore, the use range of the ultra-high frequency electrodeless illuminating device has been limited to outdoors.
한국 특허 10-1106409를 참조하면, 종래의 무전극 조명기기에서, 초기에 높은 필라멘트 전류가 인가되고, 필라멘트 전류가 감소되는 경우, 초고주파의 대역폭(bandwidth)이 감소한다. 그럼에도 불구하고, 초고주파의 초고주파의 대역폭은 무선 LAN의 간섭을 유발할 수 있다.Referring to Korean Patent No. 10-1106409, in a conventional electrodeless illuminator, when a high filament current is initially applied and the filament current is reduced, the bandwidth of the ultra-high frequency is reduced. Nevertheless, the ultra-high frequency bandwidth may cause interference of the wireless LAN.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파의 대역폭이 좁은 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device having a narrow bandwidth of ultra-high frequency.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 유지 보수가 용이하고, 전원 모듈과 램프 모듈이 분리가능하고, 분리된 경우에도 마그네트론의 동작에 영향이 없는 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device that is easy to maintain, the power module and the lamp module are separable, and do not affect the operation of the magnetron even when separated.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파의 출력을 가변하여 디밍(dimming)을 제공할 수 있는 무전극 조명 기기를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide an electrodeless lighting device that can provide a dimming (dimming) by varying the output of the ultra-high frequency.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기는 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부; 상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터; 상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부; 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론; 상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관; 상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부;를 포함한다.An electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage unit for rectifying the commercial AC voltage and compensating the power factor; A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage; A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage; A high pressure ripple removing unit for removing a ripple from the DC driving voltage of the high voltage generating unit and providing the ripple to the magnetron; A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage; A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron; A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave; A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency; An electrodeless lamp connected to the waveguide; And a control unit controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second inverter.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네트론의 양극은 접지되고, 상기 고압 리플 제거부는 상기 필라멘트에 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the anode of the magnetron is grounded, the high pressure ripple removing unit may be connected to the filament.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high voltage ripple removing unit may include an inductor.
*본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the inductance of the inductor may be 10 mH (millihenry) to 50 mH.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고, 램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 고압 리플 제거부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함하고, 상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고, 상기 케이블의 길이는 1 미터 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the power supply module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generating unit, and the lamp module includes the second inverter, the filament current generating unit, the high voltage ripple removing unit, The magnetron, the waveguide, and the lamp, wherein the power module and the lamp module are spaced apart from each other, connected to each other via a cable, the length of the cable may be 1 meter or more.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초고주파의 대역폭은 -50 dBm (decibels above 1 milliwatt) 기준으로 2 MHz 이하일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the bandwidth of the ultra-high frequency may be 2 MHz or less on the basis of -50 dBm (decibels above 1 milliwatt).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트와 양극 사이에 흐르는 양극 전류(anode current)를 제어하고, 상기 마그네트론의 출력 전력을 제어할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the switching frequency of the first inverter may be changed to control an anode current flowing between the filament and the anode, and the output power of the magnetron may be controlled.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트 전류를 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the filament current may be controlled by changing the switching frequency of the second inverter.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무전극 램프에서 방출된 광을 감지하는 광 센서를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may further include an optical sensor for detecting the light emitted from the electrodeless lamp.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터; 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부; 상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터; 상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부; 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론; 상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관; 상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다. 전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고, 램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함한다. 상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고, 상기 케이블의 길이는 1 미터 이상일 수 있다.An electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage unit for rectifying the commercial AC voltage and compensating the power factor; A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage; A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage; A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage; A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron; A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave; A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency; An electrodeless lamp connected to the waveguide; And a control unit controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second inverter. The power supply module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generator, and the lamp module includes the second inverter, the filament current generator, the magnetron, the waveguide, and the lamp. The power module and the lamp module may be spaced apart from each other, connected to each other through a cable, and the length of the cable may be 1 meter or more.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부를 더 포함하고, 상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함하고, 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-voltage ripple removing unit further includes a high-voltage ripple removing unit for removing the ripple from the DC driving voltage of the high-voltage generator to provide a magnetron, the high-voltage ripple removing unit includes an inductor, the inductance of the inductor is 10 mH (millihenry) to 50 mH.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치의 동작 방법은 마그네트론에 교류의 초기 필라멘트 전류를 소정의 시간 동안 인가하여 필라멘트를 초기 가열하는 단계; 상기 초기 필라멘트 전류 인가 후 소정의 시간(T1) 후에 상기 마그네트론의 양극에 리플 제거용 인덕터를 통하여 구동 전압을 인가하여 양극 전류를 제공하는 단계; 및 상기 구동 전압 인가 후 소정의 시간(T2) 후에 인버터에 스위칭 주파수를 제어하여 상기 초기 필라멘트 전류보다 작은 필라멘트 전류를 상기 필라멘트에 인가하는 단계를 더 포함하는 단계를 포함할 수 있다.An operating method of an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention comprises the steps of initially heating the filament by applying an initial filament current of alternating current to the magnetron for a predetermined time; Applying a driving voltage to the anode of the magnetron through a ripple removing inductor after a predetermined time T1 after the initial filament current is applied to provide a cathode current; And applying a filament current smaller than the initial filament current to the filament by controlling a switching frequency to the inverter after a predetermined time T2 after the driving voltage is applied.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 전압을 발생시키는 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 초고주파 전력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the method may further include controlling ultra-high frequency power by changing a switching frequency of the inverter generating the driving voltage.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광 센서의 출력 신호를 판단하여 소정의 시간 간격 이상 상기 광센서의 출력 신호가 없는 경우 동작을 정지시키는 단계; 및 냉각부의 이상 신호의 발생 여부를 판단하여 이상 신호 발생시 동작을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, determining the output signal of the optical sensor to stop the operation when there is no output signal of the optical sensor for a predetermined time interval; And determining whether an abnormal signal is generated in the cooling unit to stop the operation when the abnormal signal is generated.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 2MHz 이하의 초고주파의 대역폭을 가진 무전극 조명 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 유지 보수가 용이하고, 전원 모듈과 램프 모듈이 분리가능하고, 분리된 경우에도 마그네트론의 동작에 영향이 없다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 장치는 초고주파의 출력을 가변하여 디밍(dimming)을 제공할 수 있다.The electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention may provide an electrodeless lighting device having an ultra-high frequency bandwidth of 2 MHz or less. Electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention is easy to maintain, the power module and the lamp module is removable, even if separated does not affect the operation of the magnetron. The electrodeless illumination device according to an embodiment of the present invention may provide dimming by varying the output of the ultra-high frequency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기를 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of the electrodeless illuminator of FIG.
도 3은 도 1의 무전극 조명 기기의 타이밍도이다.3 is a timing diagram of the electrodeless lighting device of FIG. 1.
도 4는 도 1의 무전극 조명 기기의 흐름도이다.4 is a flowchart of the electrodeless illuminating device of FIG.
도 5a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 스펙트럼을 나타낸다.5A shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit, and FIG. 5B shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit.
도 6a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내고, 도 6b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내다.FIG. 6A shows the waveform of the drive voltage when there is no high voltage ripple removing section, and FIG. 6B shows the waveform of the drive voltage when there is a high voltage ripple removing section.
마그네트론은 양극과 음극의 역활을 수행하는 필라멘트를 포함할 수 있다. 양극은 접지되며, 상기 필라멘트를 가열하기 위하여 필라멘트에 수 볼트의 전압을 가지고 교류의 필라멘트 전류가 인가된다. 또한, 상기 가열된 필라멘트는 고전압의 직류의 구동 전압에 의하여 전자를 방출하고, 방출된 전자는 상기 구동 전압에 가속되고, 상기 양극과 상기 필라멘트 사이에 양극 전류가 흐른다. 일정한 구동 전압에서, 상기 양극 전류가 임계값 이상을 가지면, 양극의 구조에 의한 초고주파가 발생한다.The magnetron may include a filament that serves as a positive electrode and a negative electrode. The anode is grounded and an alternating filament current is applied to the filament with a voltage of several volts to heat the filament. In addition, the heated filament emits electrons by a high voltage direct current driving voltage, and the emitted electrons are accelerated by the driving voltage, and an anode current flows between the anode and the filament. At a constant driving voltage, if the anode current has a threshold value or more, ultra high frequency due to the structure of the anode occurs.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무전극 조명 기기의 디밍(dimming)을 위하여, 상기 마그네트론으로부터 초고주파를 제공받고, 상기 초고주파의 전력이 조절될 필요가 있다. 따라서, 상기 양극 전류의 제어가 필요하다. 상기 양극 전류는 상기 구동 전압을 생성하는 하기 위한 인버터의 스위칭 주파수를 제어하여 조절될 수 있다. 이를 위하여, 구동 전압을 생성하는 제1 인버터 및 고전압 발생부는 필라멘트 전류를 생성하는 인버터 및 필라멘트 전류 발생부와 분리될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, for dimming an electrodeless lighting device, it is necessary to receive the ultra high frequency from the magnetron and to control the power of the ultra high frequency. Therefore, control of the anode current is necessary. The anode current can be adjusted by controlling the switching frequency of the inverter for generating the drive voltage. To this end, the first inverter and the high voltage generator for generating the driving voltage may be separated from the inverter and the filament current generator for generating the filament current.
종래의 무전극 조명기기에서, 마그네트론과 무전극 램프를 포함하는 램프 모듈은 상기 마그네트론에 수 암페어의 필라멘트 전류를 공급하는 전원 모듈로부터 서로 분리되거나, 일체형으로 제작되었다. 상기 램프 모듈과 전원 모듈이 분리된 경우, 필라멘트에 인가되는 필라멘트 전압은 수 볼트 수준이고, 상기 필라멘트에 흐르는 필라멘트 전류는 수 암페어 수준이다. 이에 따라, 상기 마그네트론과 상기 전원 모듈 사이의 거리가 수 미터 이상인 경우, 선로 저항에 의하여 필라멘트에 인가되는 필라멘트 전압 강하가 발생하여, 상기 마그네트론은 정상적으로 동작할 수 없다. 따라서, 마그네트론과 전원 모듈 사이의 거리 제한이 있었다.In a conventional electrodeless lighting device, a lamp module including a magnetron and an electrodeless lamp is separated from each other or integrally manufactured from a power module that supplies a few amps of filament current to the magnetron. When the lamp module and the power module are separated, the filament voltage applied to the filament is a few volts, and the filament current flowing through the filament is a few amps. Accordingly, when the distance between the magnetron and the power module is several meters or more, a filament voltage drop applied to the filament is generated by line resistance, and the magnetron cannot operate normally. Thus, there was a distance limitation between the magnetron and the power module.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네트론를 동작시키는 전원 모듈은 램프 모듈과 분리되고, 상기 필라멘트 전류 발생부 및 상기 필라멘트 전류 발생부에 교류 전압을 제공하는 인버터는 상기 램프 모듈에 설치된다. 이에 따라, 상기 전원 모듈에서 상기 램프 모듈로 가는 케이블에 인가되는 전압이 400 V 수준이다. 따라서, 상기 케이블로 전송되는 전류는 감소하고, 상기 케이블의 선로 저항에 의한 전압 강하는 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 램프 모듈과 상기 전원 모듈 사이의 케이블 거리가 연장될 수 있다. 따라서, 상기 필라멘트 전류 발생부와 인버터 사이의 거리에 불문하고, 상기 마그네트론은 안정적으로 초고주파를 발생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the power module for operating the magnetron is separated from the lamp module, the filament current generator and the inverter for providing an AC voltage to the filament current generator is installed in the lamp module. Accordingly, the voltage applied to the cable from the power module to the lamp module is 400 V. Therefore, the current transmitted to the cable is reduced, and the voltage drop due to the line resistance of the cable can be minimized. Accordingly, the cable distance between the lamp module and the power module can be extended. Therefore, regardless of the distance between the filament current generator and the inverter, the magnetron can stably generate ultra-high frequency.
종래의 램프 모듈과 전원 모듈이 일체형인 경우, 조명 기기의 부피가 증가한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 기기는 전원 모듈과 램프 모듈이 분리됨에 따라, 램프 모듈의 설치가 용이하고, 상기 전원 모듈의 유지 보수가 용이할 수 있다.When the conventional lamp module and the power module are integrated, the volume of the lighting device is increased. However, in the lighting apparatus according to the embodiment of the present invention, as the power module and the lamp module are separated, the lamp module may be easily installed and the maintenance of the power module may be easy.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 필라멘트와 양극 사이에 인가되는 수 킬로볼트의 구동 전압을 출력하는 고압 발생부의 후단에 고압 리플 제거부를 장착하는 경우, 초고주파의 대역폭은 -50 dBm을 기준으로 2MHz 이하로 현저히 감소할 수 있다. 고압 리플 제거부는 10 밀리헨리 이상의 인덕터일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the high-pressure ripple removing unit is mounted at the rear end of the high-pressure generator that outputs a driving voltage of several kilovolts applied between the filament and the anode, the bandwidth of the ultra-high frequency is 2 MHz or less based on -50 dBm. Can be significantly reduced. The high voltage ripple cancellation unit may be an inductor of 10 millihens or more.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기기를 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of the electrodeless illuminator of FIG.
도 3은 도 1의 무전극 조명 기기의 타이밍도이다.3 is a timing diagram of the electrodeless lighting device of FIG. 1.
도 4는 도 1의 무전극 조명 기기의 흐름도이다.4 is a flowchart of the electrodeless illuminating device of FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 무전극 조명 기기(10)는 전원 모듈(100) 및 램프 모듈(200)을 포함할 수 있다. 상기 전원 모듈(100)과 상기 램프 모듈(200)은 서로 공간적으로 이격될 수 있다. 상기 전원 모듈(100)은 직류 전압부(110), 제1 인버터(120), 고압 발생부(130), 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 상기 램프 모듈(200)은 제2 인버터(220), 필라멘트 전류 발생부(230), 마그네트론(240), 도파관(260), 무전극 램프(270), 및 광센서(250)를 포함할 수 있다.1 to 4, the electrodeless lighting device 10 may include a power supply module 100 and a lamp module 200. The power module 100 and the lamp module 200 may be spaced apart from each other. The power module 100 may include a DC voltage unit 110, a first inverter 120, a high voltage generator 130, and a controller 160. The lamp module 200 may include a second inverter 220, a filament current generator 230, a magnetron 240, a waveguide 260, an electrodeless lamp 270, and an optical sensor 250. .
전원 필터부(170)는 상용 전원의 노이즈 성분을 제거할 수 있다.The power filter unit 170 may remove noise components of commercial power.
전류 검출부(140)는 상용전원의 전류 또는 전원 필터부(170)를 통과한 전류를 검출할 수 있다. 상기 전류 검출부(140)는 전류 검출 센서를 사용하여 상용 전원의 전류를 검출하여 제어부(160)에 전류 신호(SS4)를 제공할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 전류 신호(SS4)를 이용하여 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 마그네트론(240)의 출력을 일정하게 유지할 수 있다.The current detector 140 may detect a current of a commercial power source or a current passing through the power filter unit 170. The current detector 140 may provide a current signal SS4 to the controller 160 by detecting a current of a commercial power supply using a current detection sensor. The controller 160 may control the switching frequency of the first inverter 120 by using the current signal SS4. Accordingly, the output of the magnetron 240 can be kept constant.
직류 전압부(110)는 정류회로(114), 역률보상회로(116), 및 역률보상회로 제어부(112)를 포함할 수 있다. 상기 정류회로(114)는 정류기를 포함할 수 있다. 상기 정류회로(114)는 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 역률보상회로(116)는 정류회로의 출력 신호를 제공받아 역률보상(Power Factor Correction)할 수 있다. 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압은 직류의 수백 볼트 수준일 수 있다. The DC voltage unit 110 may include a rectifier circuit 114, a power factor correction circuit 116, and a power factor correction circuit controller 112. The rectifier circuit 114 may include a rectifier. The rectifier circuit 114 may convert an AC voltage into a DC voltage. The power factor correction circuit 116 may receive power output from the rectifier circuit to perform power factor correction. The output voltage of the DC voltage unit 110 may be hundreds of volts.
제1 인버터(120)는 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 반파 브리지 인버터(half-bridge inverter)일 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 제1 인버터 제어부(122)를 포함할 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 두 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 스위칭 소자는 FET(field effect transistor) 또는 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)일 수 있다. 상기 두 개의 스위칭 소자는 동시에 턴온되지 않도록 설계될 수 있다. 상기 제1 인버터(120)는 상기 제1 교류 전압을 출력할 수 있다. 상기 제1 교류 전압은 수 백 볼트 정도일 수 있다. 상기 스위칭 소자에 제공되는 제1 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수는 수십 kHz일 수 있다.The first inverter 120 may receive the output voltage of the DC voltage unit 110 and convert it to a first AC voltage. The first inverter 120 may be a half-bridge inverter. The first inverter 120 may include a first inverter controller 122. The first inverter 120 may include two switching elements. The switching element may be a field effect transistor (FET) or an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT). The two switching elements can be designed so that they are not turned on at the same time. The first inverter 120 may output the first AC voltage. The first AC voltage may be about several hundred volts. The switching frequency of the first switching control signal provided to the switching element may be several tens of kHz.
상기 제1 인버터(120)의 제1 교류 전압의 스위칭 주파수는 가변될 수 있다. 상기 제1 인버터의 제1 교류 전압의 스위칭 주파수에 따라 마그네트론의 양극 전류가 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 마그네트론이 발생시키는 초고주파의 출력 전력이 제어될 수 있다.The switching frequency of the first AC voltage of the first inverter 120 may vary. The anode current of the magnetron may be controlled according to the switching frequency of the first AC voltage of the first inverter. Accordingly, the ultra-high frequency output power generated by the magnetron can be controlled.
고압 발생부(130)는 상기 제1 인버터(120)의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류의 구동 전압(S2)을 제공할 수 있다. 상기 고압 발생부(130)는 승압 변압기(132)와 배전압 정류회로(voltage mutiflying rectifier;134)를 포함할 수 있다. 상기 승압 변압기(132)는 수백 볼트의 제1 교류 전압을 수 킬로볼트의 교류 전압으로 승압시킬 수 있다. 상기 배전압 정류회로(134)는 고압의 교류 전압을 수 킬로볼트의 직류 구동 전압(S2)으로 변환할 수 있다. 상기 직류 구동 전압은 -4 kV 수준이고, 상기 배전압 정류회로(134)가 제공하는 직류 구동 전류는 수백 밀리 암페어 수준일 수 있다. 상기 직류 구동 전류는 열전자 방출에 의해서 양극 전류를 제공할 수 있다. The high voltage generator 130 may boost the first AC voltage of the first inverter 120 to a high voltage to provide a DC driving voltage S2. The high voltage generator 130 may include a boost transformer 132 and a voltage mutiflying rectifier 134. The boost transformer 132 may boost a first AC voltage of several hundred volts to an AC voltage of several kilovolts. The double voltage rectifier circuit 134 may convert a high voltage AC voltage into a DC driving voltage S2 of several kilovolts. The DC driving voltage is at a level of −4 kV, and the DC driving current provided by the double voltage rectifying circuit 134 may be at a level of several hundred milliamps. The direct current drive may provide the anode current by hot electron emission.
고압 리플 제거부(210)는 상기 고압 발생부(130)의 직류 구동 전압에서 리플(ripple)을 제거하여 마그네트론(240)의 필라멘트(244)에 제공할 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)는 램프 모듈(200)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 고압 리플 제거부(210)와 상기 고압 발생부(130)는 케이블(191)을 통하여 연결될 수 있다. The high pressure ripple removing unit 210 may remove the ripple from the DC driving voltage of the high pressure generating unit 130 and provide the ripple to the filament 244 of the magnetron 240. The high pressure ripple removing unit 210 may be installed in the lamp module 200. Accordingly, the high pressure ripple removing unit 210 and the high pressure generating unit 130 may be connected through a cable 191.
직류 구동 전압 리플의 주파수는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수와 그 고조파 성분을 가질 수 있다. 상기 리플의 피크 투 피크(peak to peak ) 전압은 수십 볼트 수준일 수 있다. 상기 리플의 크기 및 고조파 성분이 감소함에 따라, 상기 마그네트론의 초고주파의 주파수 대역폭은 감소할 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)는 인덕터를 포함할 수 있다. 상기 인덕터의 인덕턴스는 10 밀리헨리(mH) 내지 50 밀리헨리일 수 있다. 상기 고압 리플 제거부(210)의 출력단은 상기 필라멘트에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 필라멘트(244)는 고전압의 구동 전압(S2)으로 유지될 수 있다. 상기 필라멘트에 교류의 필라멘트 전류가 흐르는 경우, 상기 필라멘트는 가열되고, 상기 필라멘트는 전자를 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 전자는 상기 구동 전압(S2)으로 가속될 수 있다.The frequency of the DC driving voltage ripple may have a switching frequency of the first inverter 120 and its harmonic components. The peak to peak voltage of the ripple may be several tens of volts. As the magnitude of the ripple and the harmonic components decrease, the frequency bandwidth of the ultra-high frequency of the magnetron may decrease. The high voltage ripple removing unit 210 may include an inductor. The inductance of the inductor may be 10 millihenrys (mH) to 50 millihenrys. An output end of the high pressure ripple removing unit 210 may be connected to the filament. Accordingly, the filament 244 may be maintained at a driving voltage S2 of high voltage. When an alternating filament current flows in the filament, the filament is heated, and the filament may emit electrons. Accordingly, the electrons may be accelerated to the driving voltage S2.
제2 인버터(220)는 상기 직류 전압부(110)의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 제2 인버터는 상기 램프 모듈에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 직류 전압부(110)와 상기 제2 인버터(220)는 케이블(192)을 통하여 연결될 수 있다. 상기 케이블에 인가되는 전압은 수백 볼트의 직류 전압이다. 따라서, 케이블(192)의 전압 강하는 감소될 수 있다. 따라서, 상기 케이블(192)의 길이는 수 미터 이상으로 연장될 수 있다. 상기 전원 모듈과 램프 모듈 사이의 거리 제한없이, 상기 마그네트론은 안정적으로 동작할 수 있다.The second inverter 220 may receive the output voltage of the DC voltage unit 110 and convert it to a second AC voltage. The second inverter may be installed in the lamp module. Accordingly, the DC voltage unit 110 and the second inverter 220 may be connected through a cable 192. The voltage applied to the cable is a direct voltage of several hundred volts. Thus, the voltage drop of the cable 192 can be reduced. Thus, the length of the cable 192 may extend more than a few meters. Without limiting the distance between the power module and the lamp module, the magnetron can operate stably.
상기 제2 인버터(220)는 제2 인버터 제어부(222) 및 반파 브리지 인버터(half-bridge inverter)를 포함할 수 있다. 상기 반파 브리지 인버터는 두 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 제2 인버터(220)는 상기 제1 인버터와 별도로 독립적인 필라멘트 전류를 제공할 수 있다. 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수는 수십 킬로헤르쯔(kHz)일 수 있다. 상기 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 따라 상기 필라멘트 전류(S1)가 제어될 수 있다. 구체적으로, 10 암페어(A)의 필라멘트 전류인 경우, 상기 스위칭 주파수는 60 kHz 수준일 수 있다. 6 암페어(A)의 필라멘트 전류인 경우, 상기 스위칭 주파수는 50 kHz 수준일 수 있다. 상기 제2 인버터는 동작 모드에 따라 서로 스위칭 주파수를 가질 수 있다. 10 암페어의 전류는 상기 필라멘트의 초기 가열을 위하여 제공될 수 있다. 6 암페어의 전류는 상기 필라멘트의 정상 동작을 위하여 제공될 수 있다. 상기 정상 동작에서 필라멘트의 전류의 감소는 필라멘트의 수명을 연장할 수 있다. 본 발명에 따르면, 필라멘트의 전류 감소는 초고주파의 주파수 대역폭에 영향을 거의 주지 않았다.The second inverter 220 may include a second inverter controller 222 and a half-bridge inverter. The half-wave bridge inverter may include two switching elements. The second inverter 220 may provide a filament current independent of the first inverter. The switching frequency of the switching element may be several tens of kilohertz (kHz). The filament current S1 may be controlled according to the switching frequency of the switching element. Specifically, in the case of a filament current of 10 amps (A), the switching frequency may be 60 kHz level. In the case of a filament current of 6 amps (A), the switching frequency may be 50 kHz. The second inverters may have switching frequencies with each other according to an operation mode. A current of 10 amps can be provided for initial heating of the filament. A current of 6 amps can be provided for normal operation of the filament. Reducing the current of the filament in the normal operation can extend the life of the filament. According to the present invention, the current reduction of the filament had little effect on the frequency bandwidth of the ultra high frequency.
상기 필라멘트 전류 발생부(230)는 상기 제2 인버터(220)의 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론(240)의 필라멘트(244)에 필라멘트 전류(S1)를 제공할 수 있다. 상기 필라멘트 전류 발생부(230)는 감압 변압기를 포함할 수 있다. 상기 감압 변합기의 1차측 코일의 전압은 수백 볼트 수준이고, 2차측 코일의 전압은 수 볼트 수준일 수 있다. 또한, 상기 2차측 코일의 필라멘트 전류는 수 내지 수십 암페어 수준일 수 있다. 상기 필라멘트 전류를 제어하기 위하여, 상기 제2 인버터(220)의 스위칭 주파수가 가변될 수 있다. 상기 감압 변압기의 양단은 상기 필라멘트(244)의 양단에 각각에 연결되어 상기 필라멘트(244)를 가열할 수 있다.The filament current generator 230 may convert the second AC voltage of the second inverter 220 to provide the filament current S1 to the filament 244 of the magnetron 240. The filament current generator 230 may include a pressure reducing transformer. The voltage of the primary coil of the decompression transformer may be several hundred volts, and the voltage of the secondary coil may be a few volts. In addition, the filament current of the secondary coil may be a few to several tens of amps. In order to control the filament current, the switching frequency of the second inverter 220 may be varied. Both ends of the decompression transformer may be connected to both ends of the filament 244 to heat the filament 244.
마그네트론(240)은 상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류(S1)를 제공받아 초고주파를 생성할 수 있다. 상기 마그네트론(240)은 필라멘트와 소정의 구조를 가진 양극(242)을 포함할 수 있다. 상기 양극(242)은 접지될 수 있다. 상기 마그네트론(240)의 출력 전력은 수십 와트 내지 수 킬로와트일 수 있다. 상기 마그네트론의 출력 전력은 직류 구동 전류에 의하여 가변될 수 있다. 상기 직류 구동 전류는 상기 제1 인버터의 스위칭 주파수에 의존할 수 있다. 상기 초고주파의 주파수 대역폭은 상기 고압 리플 제거부(210)에 의존할 수 있다. 상기 마그네트론(240)의 발진 주파수는 2.45 GHz 대역일 수 있다. 상기 주파수 대역폭은 무선 LAN의 간섭을 억제하기 위하여 감소되어, -50 dBm 기준으로 2 MHz 이하일 수 있다. The magnetron 240 may receive the DC driving voltage and the filament current S1 to generate ultra high frequency. The magnetron 240 may include a filament and an anode 242 having a predetermined structure. The anode 242 may be grounded. The output power of the magnetron 240 may be several tens of watts to several kilowatts. The output power of the magnetron may be changed by a DC driving current. The direct current drive current may depend on the switching frequency of the first inverter. The frequency bandwidth of the ultrahigh frequency may depend on the high pressure ripple removing unit 210. The oscillation frequency of the magnetron 240 may be 2.45 GHz band. The frequency bandwidth is reduced to suppress interference of the wireless LAN, and may be 2 MHz or less on the basis of -50 dBm.
도파관(260)은 상기 마그네트론(240)에 연결되어 상기 초고주파를 가이드할 수 있다. 상기 도파관(260)은 직사각형 도파관을 포함할 수 있다. 상기 도파관(260)은 임피던스 매칭 수단, 및 메쉬형 공진기를 포함할 수 있다. The waveguide 260 may be connected to the magnetron 240 to guide the ultra-high frequency. The waveguide 260 may include a rectangular waveguide. The waveguide 260 may include an impedance matching means and a mesh type resonator.
무전극 램프(270)는 상기 도파관(260)에 연결되고, 상기 도파관(260)에서 초고주파를 제공받아 방전할 수 있다. 상기 무전극 램프(270)는 구형 전구일 수 있다. 상기 무전극 램프(270)는 상기 도파관(260)에 고정될 수 있다. 상기 도파관을 진행하는 원형 편광파 또는 타원 편광파는 상기 무전극 램프를 방전시킬 수 있다. 상기 원형 편광파 또는 타원 편광파는 상기 무전극 방전 램프를 전체적으로 가열하여, 별도의 무전극 램프의 회전 운동이 요구되지 않을 수 있다.The electrodeless lamp 270 may be connected to the waveguide 260 and may receive and discharge ultra high frequency waves from the waveguide 260. The electrodeless lamp 270 may be a spherical bulb. The electrodeless lamp 270 may be fixed to the waveguide 260. The circularly polarized wave or the elliptical polarized wave traveling through the waveguide may discharge the electrodeless lamp. The circularly polarized wave or the elliptical polarized wave heats the electrodeless discharge lamp as a whole, so that a separate movement of the electrodeless lamp may not be required.
상기 광 센서(250)는 상기 무전극 램프(270)가 방전하는 경우 상기 무전극 램프(270)에서 복사된 광을 감지할 수 있다. 상기 광 센서(250)는 포토다이오드일 수 있다.The light sensor 250 may detect light radiated from the electrodeless lamp 270 when the electrodeless lamp 270 is discharged. The optical sensor 250 may be a photodiode.
냉각부(150)는 전원 모듈(100) 또는 상기 마그네트론(240)을 냉각하고, 상기 냉각부(150)는 고장 발생시 이상 신호(SS5)를 상기 제어부(160)에 제공할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 이상 신호(SS5)를 입력받아 상기 직류 전압부(110), 상기 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)의 동작을 멈추도록 제어할 수 있다.The cooling unit 150 may cool the power module 100 or the magnetron 240, and the cooling unit 150 may provide an abnormal signal SS5 to the controller 160 when a failure occurs. The controller 160 may receive the abnormal signal SS5 to control the operation of the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220 to be stopped.
입력부(180)는 제어부(160)에 전력 제어 신호를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 양극 전류를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 초고주파의 출력이 제어될 수 있다.The input unit 180 may provide a power control signal to the controller 160. Accordingly, the controller may control the anode current by controlling the switching frequency of the first inverter 120. Accordingly, the output of the ultra-high frequency can be controlled.
제어부(160)는 상기 광 센서(250)의 출력 신호를 제공받고, 상기 직류 전압부(110), 상기 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(160)는 상기 직류 전압부(110)에 역률보상 제어신호(SS3) 제공하여 역률을 보상할 수 있다. 상기 제어부(160)는 제1 인버터 스위칭 주파수 제어신호(SS1)를 상기 제1 인버터에 제공하여 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 제어하여 상기 양극 전류를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(160)는 상기 제2 인버터에 제2 인버터 스위칭 주파수 제어신호(SS2)를 제공하여 상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 제어하여 필라멘트 전류(S1)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(160)는 상기 광 센서(250)의 출력신호를 제공받아 직류 전압부(110), 제1 인버터(120), 및 제2 인버터(220)를 제어하여 턴오프시킬 수 있다.The controller 160 may receive the output signal of the optical sensor 250 and control the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220. In detail, the controller 160 may compensate for the power factor by providing the power factor correction control signal SS3 to the DC voltage unit 110. The controller 160 may control the anode current by controlling a switching frequency of the first inverter 120 by providing a first inverter switching frequency control signal SS1 to the first inverter. In addition, the controller 160 may control the filament current S1 by providing a second inverter switching frequency control signal SS2 to the second inverter to control the switching frequency of the second inverter. The controller 160 may receive the output signal of the optical sensor 250 to control the DC voltage unit 110, the first inverter 120, and the second inverter 220 to turn off.
본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명 기구의 동작 발명이 설명된다.An operation invention of an electrodeless lighting device according to an embodiment of the present invention is described.
도 3을 참조하면, 제어부(160)는 상기 직류 전압부(110) 및 상기 제2 인버터(220)를 제어하여 초기의 필라멘트 전류(S1)를 생성한다. 마그네트론의 필라멘트는 교류의 초기 필라멘트 전류를 소정의 시간 동안(T1) 제공받아 초기 가열된다(S110). 초기 가열 시간은 수초 내지 수십 초일 수 있다. Referring to FIG. 3, the controller 160 controls the DC voltage unit 110 and the second inverter 220 to generate an initial filament current S1. The filament of the magnetron is initially heated by receiving the initial filament current of the alternating current for a predetermined time (T1) (S110). The initial heating time can be from several seconds to several tens of seconds.
이어서, 제어부(160)는 상기 제1 인버터(120)를 제어하여 구동 전압을 생성한다. 상기 구동 전압은 리플 제거용 인덕터를 통하여 리플을 제거한다. 이후 구동 전압(S2)은 마그네트론 양극(anode)에 인가된다(S120). 이에 따라, 상기 필라멘트(244)는 전자를 방출하고, 상기 방출된 전자는 상기 구동 전압(S2)에 의하여 가속되어 초고주파를 생성한다. 이에 따라, 상기 초고주파는 무전극 램프를 방전시킨다. 상기 무전극 램프에서 복사된 광은 광센서를 통하여 검출된다.Subsequently, the controller 160 controls the first inverter 120 to generate a driving voltage. The driving voltage eliminates ripple through the ripple removing inductor. Thereafter, the driving voltage S2 is applied to the magnetron anode (S120). Accordingly, the filament 244 emits electrons, and the emitted electrons are accelerated by the driving voltage S2 to generate ultra high frequency. Accordingly, the ultra-high frequency discharges the electrodeless lamp. Light radiated from the electrodeless lamp is detected through an optical sensor.
이어서, 상기 제어부(160)는 상기 제2 인버터(220)를 제어하여 필라멘트 전류를 감소시킨다(S130). 상기 구동 전압이 인가된 후 상기 필라멘트(244)의 전류(S1)가 감소되는 시간 간격(T2)는 수초 내지 수십 초일 수 있다. 상기 감소된 필라멘트 전류가 인가된 후, 수정의 시간 간격(T3) 동안, 광 센서(250)가 신호가 없는 경우, 상기 제어부(160)는 무전극 조명 장치를 정지시킨다.Subsequently, the controller 160 controls the second inverter 220 to reduce the filament current (S130). After the driving voltage is applied, the time interval T2 at which the current S1 of the filament 244 is reduced may be several seconds to several tens of seconds. After the reduced filament current is applied, the controller 160 stops the electrodeless lighting device when the optical sensor 250 has no signal during the time interval T3 of the crystal.
입력부(180)를 통하여 제어부(160)가 초고주파 전력 제어 신호를 수신한 경우, 상기 제어부(160)는 상기 제1 인버터(120)의 스위칭 주파수를 변경할 수 있다. 이에 따라, 양극 전류가 변경되면, 상기 초고주파의 출력 전력은 변경될 수 있다(S190).When the controller 160 receives the ultra-high frequency power control signal through the input unit 180, the controller 160 may change the switching frequency of the first inverter 120. Accordingly, when the anode current is changed, the output power of the ultra-high frequency may be changed (S190).
제어부(160)는 광 센서(250)의 출력신호를 판단하여 소정의 시간 간격 이상 광 센서의 출력 신호가 없는 경우 무전극 조명 장치의 동작을 정지시킬 수 있다(S140, S150, S160).The controller 160 may determine the output signal of the optical sensor 250 and stop the operation of the electrodeless lighting apparatus when there is no output signal of the optical sensor for a predetermined time interval (S140, S150, and S160).
제어부(160)는 냉각부(150)의 이상 신호의 발생 여부를 판단하여 이상 신호 발생시 무전극 조명 기기의 동작을 정지시킬 수 있다(S170, S160).The controller 160 may determine whether an abnormal signal is generated by the cooling unit 150 and stop the operation of the electrodeless lighting device when the abnormal signal is generated (S170 and S160).
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 리플 제거부의 동작 특성을 나타낸다.Table 1 shows the operating characteristics of the high-pressure ripple removing unit according to an embodiment of the present invention.
고압 리플 제어부가 없는 경우, 10A의 필라멘트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.45 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 9.8 MHz이다. 그러나, 필라멘트 전류가 6A로 감소하는 경우, 초고주파 중심 주파수는 2.449 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 7.6 MHz이다.In the absence of a high-voltage ripple control unit, for a 10A filament current, the center frequency of the ultrahigh frequency is 2.45 GHz, and the center frequency bandwidth is 9.8 MHz on the basis of -50 dBm. However, when the filament current is reduced to 6A, the ultrahigh frequency center frequency is 2.449 GHz, and the center frequency bandwidth is 7.6 MHz based on -50 dBm.
고압 리플 제거부로 48 mH의 인덕터가 있는 경우, 10 A의 필라메트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.448 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 2.3 MHz이다. 또한, 6 A의 필라메트 전류에 대하여, 초고주파의 중심 주파수는 2.447 GHz이고, -50 dBm 기준으로 중심 주파수 대역폭은 2.3 MHz이다. In the case of a 48 mH inductor as the high voltage ripple cancellation unit, for a 10 A filament current, the center frequency of the ultra high frequency is 2.448 GHz, and the center frequency bandwidth is 2.3 MHz at -50 dBm. In addition, for a 6 A filament current, the center frequency of the ultra high frequency is 2.447 GHz, and the center frequency bandwidth is 2.3 MHz on the basis of -50 dBm.
표 1
인덕턴스 48 mH 0 mH
필라멘트 전류 6A 필라멘트 전류 10A 필라멘트 전류 6A 필라멘트 전류 10A
중심 주파수 대역폭 2.3 MHz 2.3 MHz 7.6 MHz 9.8 MHz
중심 주파수 2.447 GHz 2.448 GHz 2.449 GHz 2.45 GHz
Table 1
inductance 48 mH 0 mH
Filament Current
6A Filament Current 10A Filament Current 6A Filament Current 10A
Center frequency bandwidth 2.3 MHz 2.3 MHz 7.6 MHz 9.8 MHz
Center frequency 2.447 GHz 2.448 GHz 2.449 GHz 2.45 GHz
표 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 리플 제거부의 인덕턴스에 따른 특성을 나타낸다.Table 2 shows the characteristics according to the inductance of the high-pressure ripple removing unit according to an embodiment of the present invention.
표 2
인덕턴스 중심 주파수 중심 주파수 대역폭
40 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
35 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
30 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
20 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
10 mH 2.448 GHz 1.8 MHz
5 mH 2.448 GHz 2.7 MHz
4 mH 2.448 GHz 3.5 MHz
3 mH 2.448 GHz 4.7 MHz
2 mH 2.449 GHz 6.7 MHz
1 mH 2.449 GHz 7.8 MHz
TABLE 2
inductance Center frequency Center frequency bandwidth
40 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
35 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
30 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
20 mH 2.448 GHz 1.5 MHz
10 mH 2.448 GHz 1.8 MHz
5 mH 2.448 GHz 2.7 MHz
4 mH 2.448 GHz 3.5 MHz
3 mH 2.448 GHz 4.7 MHz
2 mH 2.449 GHz 6.7 MHz
1 mH 2.449 GHz 7.8 MHz
10 밀리헨리 이상의 인덕턴스에서, 중심 주파수 대역폭이 2 MHz 이하를 가진다.At inductances above 10 millihenrys, the center frequency bandwidth has less than 2 MHz.
도 5a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 스펙트럼을 나타내고, 도 5b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 스펙트럼을 나타낸다.5A shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit, and FIG. 5B shows the spectrum when there is no high pressure ripple removing unit.
도 5a를 참조하면, 고압 리플 제거부의 유무에 불문하고, 필라멘트 전류는 6A이다. 고압 리플 제거부가 없는 경우, 중심 주파수는 2.447 GHz이고, 중심 주파수 대역폭은 -50 dBm 기준으로 20 MHz 수준이다.Referring to FIG. 5A, the filament current is 6A, with or without the high pressure ripple removing unit. Without the high voltage ripple rejection, the center frequency is 2.447 GHz and the center frequency bandwidth is on the order of -20 dBm at -50 dBm.
도 5b를 참조하면, 필라멘트 전류는 6A이다. 고압 리플 제거부가 있는 경우, 중심 주파수는 2.449 GHz이고, 중심 주파수 대역폭은 -50 dBm 기준으로 2 MHz 수준이다. 따라서, 고압 리플 제거부에 의한 대역폭이 현저히 감소한다.Referring to FIG. 5B, the filament current is 6A. With high voltage ripple rejection, the center frequency is 2.449 GHz and the center frequency bandwidth is 2 MHz on the basis of -50 dBm. Thus, the bandwidth due to the high pressure ripple canceling unit is significantly reduced.
도 6a는 고압 리플 제거부가 없는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내고, 도 6b는 고압 리플 제거부가 있는 경우의 구동 전압의 파형을 나타내다.FIG. 6A shows the waveform of the drive voltage when there is no high voltage ripple removing section, and FIG. 6B shows the waveform of the drive voltage when there is a high voltage ripple removing section.
도 6a를 참조하면, 고압 리플 제거부가 없는 경우, 구동 전압 리플의 피크 투 피크는 100 V 수준이고, 구동 전압 리플은 59 kHz의 스위칭 주파수의 2차 고조파를 가진다.Referring to FIG. 6A, in the absence of the high voltage ripple removing section, the peak-to-peak of the driving voltage ripple is 100 V, and the driving voltage ripple has a second harmonic of a switching frequency of 59 kHz.
도 6b를 참조하면, 고압 리플 제거부가 있는 경우, 구동 전압 리플의 피크 투 피크는 40 V 수준으로 감소하고, 구동 전압 리플은 59 kHz의 스위칭 주파수의 억제된 2차 고조파를 가진다. 이러한, 구동 전압 리플의 감소와 2차 고조파의 감소가 초고주파의 대역폭을 감소시킨 것으로 해석된다.Referring to FIG. 6B, in the case of the high voltage ripple cancellation section, the peak-to-peak of the driving voltage ripple is reduced to the level of 40 V, and the driving voltage ripple has the suppressed second harmonic of the switching frequency of 59 kHz. The reduction of the driving voltage ripple and the reduction of the second harmonic are interpreted as reducing the bandwidth of the ultrahigh frequency.

Claims (14)

  1. 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부;A DC voltage unit rectifying the commercial AC voltage and compensating for the power factor;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터;A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage;
    상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부;A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage;
    상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부;A high pressure ripple removing unit for removing a ripple from the DC driving voltage of the high voltage generating unit and providing the ripple to the magnetron;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터;A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage;
    상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부;A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron;
    상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론;A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave;
    상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관;A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency;
    상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및An electrodeless lamp connected to the waveguide; And
    상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And a controller for controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second inverter.
  2. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 마그네트론의 양극은 접지되고,The anode of the magnetron is grounded,
    상기 고압 리플 제거부는 상기 필라멘트에 연결되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And the high pressure ripple removing unit is connected to the filament.
  3. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And the high voltage ripple removing unit comprises an inductor.
  4. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.The inductance of the inductor is an electrodeless lighting device, characterized in that 10 mH (millihenry) to 50 mH.
  5. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고,The power module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generator,
    램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 고압 리플 제거부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함하고,The lamp module includes the second inverter, the filament current generator, the high pressure ripple removing unit, the magnetron, the waveguide, and the lamp,
    상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고,The power module and the lamp module are spaced apart from each other, connected to each other through a cable,
    상기 케이블의 길이는 1 미터 이상인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.The electrodeless lighting device, characterized in that the length of the cable is 1 meter or more.
  6. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 초고주파의 대역폭은 -50 dBm (decibels above 1 milliwatt) 기준으로 2 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.The ultra-high frequency bandwidth of the electrodeless illumination device, characterized in that less than 2 MHz on the basis of -50 dBm (decibels above 1 milliwatt).
  7. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제1 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트와 양극 사이에 흐르는 양극 전류(anode current)를 제어하고, 상기 마그네트론의 출력 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And changing the switching frequency of the first inverter to control an anode current flowing between the filament and the anode, and to control the output power of the magnetron.
  8. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제2 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 상기 필라멘트 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And the filament current is controlled by changing a switching frequency of the second inverter.
  9. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 무전극 램프에서 방출된 광을 감지하는 광 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.And a light sensor for detecting light emitted from the electrodeless lamp.
  10. 상용 교류 전압을 정류하고 역률을 보상하는 직류 전압부;A DC voltage unit rectifying the commercial AC voltage and compensating for the power factor;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제1 교류 전압으로 변환하는 제1 인버터;A first inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the first voltage into a first AC voltage;
    상기 제1 인버터의 제1 교류 전압을 고압으로 승압하여 직류 구동 전압을 제공하는 고압 발생부;A high voltage generator for boosting the first AC voltage of the first inverter to a high voltage to provide a DC driving voltage;
    상기 직류 전압부의 출력 전압을 제공받아 제2 교류 전압으로 변환하는 제2 인버터;A second inverter receiving the output voltage of the DC voltage unit and converting the second voltage into a second AC voltage;
    상기 제2 인버터의 상기 제2 교류 전압을 변환하여 상기 마그네트론에 장착된 필라멘트에 필라멘트 전류를 제공하는 필라멘트 전류 발생부;A filament current generator for converting the second AC voltage of the second inverter to provide a filament current to the filament mounted on the magnetron;
    상기 직류 구동 전압 및 상기 필라멘트 전류를 제공받아 초고주파를 생성하는 마그네트론;A magnetron configured to receive the DC driving voltage and the filament current to generate an ultra high frequency wave;
    상기 마그네트론에 연결되어 상기 초고주파를 가이드하는 도파관;A waveguide connected to the magnetron to guide the ultra-high frequency;
    상기 도파관에 연결된 무전극 램프; 및An electrodeless lamp connected to the waveguide; And
    상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 제2 인버터를 제어하는 제어부를 포함하고,A control unit for controlling the DC voltage unit, the first inverter, and the second inverter,
    전원 모듈은 상기 직류 전압부, 상기 제1 인버터, 및 상기 고압 발생부를 포함하고,The power module includes the DC voltage unit, the first inverter, and the high voltage generator,
    램프 모듈은 상기 제2 인버터, 상기 필라멘트 전류 발생부, 상기 마그네트론, 상기 도파관, 및 상기 램프를 포함하고,The lamp module includes the second inverter, the filament current generator, the magnetron, the waveguide, and the lamp,
    상기 전원 모듈과 상기 램프 모듈은 서로 공간적으로 이격되고, 케이블 통하여 서로 연결되고,The power module and the lamp module are spaced apart from each other, connected to each other through a cable,
    상기 케이블의 길이는 1 미터 이상인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.The electrodeless lighting device, characterized in that the length of the cable is 1 meter or more.
  11. 제10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 고압 발생부의 상기 직류 구동 전압에서 리플을 제거하여 마그네트론에 제공하는 고압 리플 제거부를 더 포함하고,And a high pressure ripple removing unit removing the ripple from the DC driving voltage of the high pressure generating unit and providing the ripple to the magnetron.
    상기 고압 리플 제거부는 인덕터를 포함하고,The high voltage ripple removing unit includes an inductor,
    상기 인덕터의 인덕턴스는 10 mH(밀리헨리) 내지 50 mH인 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치.The inductance of the inductor is an electrodeless lighting device, characterized in that 10 mH (millihenry) to 50 mH.
  12. 마그네트론에 교류의 초기 필라멘트 전류를 소정의 시간 동안 인가하여 필라멘트를 초기 가열하는 단계;Initially heating the filament by applying an initial filament current of alternating current to the magnetron for a predetermined time;
    상기 초기 필라멘트 전류 인가 후 소정의 시간(T1) 후에 상기 마그네트론의 양극에 리플 제거용 인덕터를 통하여 구동 전압을 인가하여 양극 전류를 제공하는 단계; 및Applying a driving voltage to the anode of the magnetron through a ripple removing inductor after a predetermined time T1 after the initial filament current is applied to provide a cathode current; And
    상기 구동 전압 인가 후 소정의 시간(T2) 후에 인버터에 스위칭 주파수를 제어하여 상기 초기 필라멘트 전류보다 작은 필라멘트 전류를 상기 필라멘트에 인가하는 단계를 더 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치의 동작 방법.And applying a filament current smaller than the initial filament current to the filament by controlling a switching frequency to the inverter after a predetermined time T2 after the driving voltage is applied. Method of operation.
  13. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 구동 전압을 발생시키는 인버터의 스위칭 주파수를 변경하여 초고주파 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치의 동작 방법.And controlling ultra-high frequency power by changing a switching frequency of the inverter generating the drive voltage.
  14. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    광 센서의 출력 신호를 판단하여 소정의 시간 간격 이상 상기 광센서의 출력 신호가 없는 경우 동작을 정지시키는 단계; 및Determining an output signal of an optical sensor and stopping an operation when there is no output signal of the optical sensor for a predetermined time interval; And
    냉각부의 이상 신호의 발생 여부를 판단하여 이상 신호 발생시 동작을 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명 장치의 동작 방법.The operation method of the electrodeless lighting device further comprising the step of determining whether or not the abnormal signal of the cooling unit generates the abnormal signal.
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