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문제 정의
- 따라서, 본 논문은 이러한 무전극 형광램프의 성능 및 효율 향상을 위하여, 무전극 형광램프용 페라이트의 종류에 따른 전기적 및 광학적 특성을 살펴보았고, 코일의 권선수에 따른 광학적 특성을 확인하였다. 이 결과를 이용하여 최적의 무전극형광램프의 구조 설계를 위한 조건을 구하였다.
- 본 실험은 페라이트의 임피던스 및 Q-factor 등의 주파수 의 존성 을 측정한 것이다. 1차측의 임피던스와 Q-factor를 측정하기 위하여 Impedance/ Gain-Phase analyzer인 HP4194A를 이용하여 각각의 파라미터를 측정하였다.
제안 방법
- 주파수 의 존성 을 측정한 것이다. 1차측의 임피던스와 Q-factor를 측정하기 위하여 Impedance/ Gain-Phase analyzer인 HP4194A를 이용하여 각각의 파라미터를 측정하였다. 그림 1(a)는 실험한 무전극 램프를 나타내며, 그림 1(b)는 안테나와 페라이트를 나타낸다.
- Ni-Zn형의 경우 낮은 주파수 영역에서 상대적으로 많은 전력 손실을 가지기 때문에 전력 손실은 곧 열과 밀접한 관계를 가지며, 램프내의 방사열의 관리에 따라 램프의 효율이 달라지는 무전극 램프의 효율을 위해 동작 주파수에서 보다 적은 코어손실 특성을 갖는 페라이트의 사용이 필요로 한다. RF영역에서 높은 저항 값 R과 리액턴스 R값으로 인해 품질계수가 차이가 있음으로 Mn-Zn재질의 페라이트를 시료로 하였다.
- 측정은 상온 (25 笆)에서 측정하였다. Sleeve의 권선수를 변화시킴에 따라 파라미터가 변경하게 되는데 그에 따라 휘도가 얼마나 변화되는지 임피던스의 변화를 알아보았다. 먼저 기존제품의 안테나와의 특성 분석을 위해 650 kHz~16 MHz까지 주파수를 변화시켜가며 각각의 안테나에 대한 자기공진주파수 대역을 확인하고, 주파수를 동작주파수대역으로 범위를 좁힌 후 각각의 안테나에 대한 임피던스 Z, 인덕턴스 L, 저항 R, 리액턴스 X, 커패시턴스 C, 그리고 Q-factor를 살펴보았다.
- 광학적 실험으로는 권선수에 따른 램프의 휘도변화를 알아보는 실험을 하였다. 실험에 사용한 광학장비는 휘도계 (LS-100)를 사용하여 1 m지점에서 휘도를 측정하였다.
- 벌브의 중앙부분은 내부 페라이트의 중앙부분과 일치하는 지점으로 설계하였고, 상측부분은 내부 페라이트의 맨 윗부분에 해당하는 곳을 측정하였다. 또한 하측 부분은 페라이트의 가장 아랫부분에 해당되는 곳을 측정하였다.
- Sleeve의 권선수를 변화시킴에 따라 파라미터가 변경하게 되는데 그에 따라 휘도가 얼마나 변화되는지 임피던스의 변화를 알아보았다. 먼저 기존제품의 안테나와의 특성 분석을 위해 650 kHz~16 MHz까지 주파수를 변화시켜가며 각각의 안테나에 대한 자기공진주파수 대역을 확인하고, 주파수를 동작주파수대역으로 범위를 좁힌 후 각각의 안테나에 대한 임피던스 Z, 인덕턴스 L, 저항 R, 리액턴스 X, 커패시턴스 C, 그리고 Q-factor를 살펴보았다.
- 무전극 형광램프의 구조적 특성 중 가장 중요한 변수인 페라이트 코어를 살펴보았다.
- 측정위치는 벌브를 상중하로 나누어 측정하였다. 벌브의 중앙부분은 내부 페라이트의 중앙부분과 일치하는 지점으로 설계하였고, 상측부분은 내부 페라이트의 맨 윗부분에 해당하는 곳을 측정하였다. 또한 하측 부분은 페라이트의 가장 아랫부분에 해당되는 곳을 측정하였다.
- 본 논문은 무전극 형광램프의 안테나의 자속밀도를 변화시킴에 따라 임피던스 및 Q-factor의 주파수 의존성을 측정하였고, 권선수에 따른 휘도 특성을 측정하였다. 각각의 시료의 주파수 특성 및 휘도를 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이 결과를 이용하여 최적의 무전극형광램프의 구조 설계를 위한 조건을 구하였다.
- 권선수 12회 이하에서는 원활한 점등이 이루어지지 않아 측정할 수 없었다. 점등된 무전극 형광램프는 점등 후 30초에 최초휘도를 측정하였고, 다음부터는 1분마다 휘도를 측정하였다. 측정은 점등 시부터 30분까지 측정하였다.
- 측정은 점등 시부터 30분까지 측정하였다. 측정위치는 벌브를 상중하로 나누어 측정하였다. 벌브의 중앙부분은 내부 페라이트의 중앙부분과 일치하는 지점으로 설계하였고, 상측부분은 내부 페라이트의 맨 윗부분에 해당하는 곳을 측정하였다.
- 실험에 사용한 광학장비는 휘도계 (LS-100)를 사용하여 1 m지점에서 휘도를 측정하였다. 페라이트를 교체해가면서 램프를 점등시키고 점등시킨 램프는 권선수를 변화해 가며 휘도를 측정하였다. 권선수는 13회부터 15회로 하였고 무전극 형광램프와 마찬가지로 보조코일을 사용하였다.
대상 데이터
- 페라이트를 교체해가면서 램프를 점등시키고 점등시킨 램프는 권선수를 변화해 가며 휘도를 측정하였다. 권선수는 13회부터 15회로 하였고 무전극 형광램프와 마찬가지로 보조코일을 사용하였다. 권선수 12회 이하에서는 원활한 점등이 이루어지지 않아 측정할 수 없었다.
- 대표적 연자성체에는 Mn-Zn와 Ni-Zn형이 있으며 일반적 MHz 대역에서는 Mn-Zn형의 페라이트를 주로 이용하며, MHz 이상의 주파수에서는 Ni-Zn형의 페라이트를 이용한다. 따라서 본 실험에서 사용된 페라이트도 Mn-Zn형의 페라이트를 사용하였다[5, 6]. Ni-Zn형의 경우 낮은 주파수 영역에서 상대적으로 많은 전력 손실을 가지기 때문에 전력 손실은 곧 열과 밀접한 관계를 가지며, 램프내의 방사열의 관리에 따라 램프의 효율이 달라지는 무전극 램프의 효율을 위해 동작 주파수에서 보다 적은 코어손실 특성을 갖는 페라이트의 사용이 필요로 한다.
- 0 Torr을 주입 하였고 벌부 내부에 백색 형광체를 도포 하였다. 백색 형광체는 적색 (Y, Gd, Eu)BQs, 와 녹색 LaPQt:Ce, Tb, 청색으로는 (Ba, Eu)MgAhoC比을 혼합한 것을 사용하여 삼파장의 백색을 표출하는 것을 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 주파수 영역은 KHz ~ MHz 영역이다. 이는 페라이트와 인덕턴스 간의 공진주파수가 가장 매칭이 이루어지기 때문이다.
- 실험 재료는 T사의 페라이트 (PE22) 1종류와 F 사의 페라이트 2종류 (3F4, 3F45)를 사용하였고, 국내산 제품으로는 S사의 페라이트 (SM8TX 사용하였다. 국내 재료와 외국재료와의 비교를 통해 국내 재료을 보안하기 위함이다.
- 알아보는 실험을 하였다. 실험에 사용한 광학장비는 휘도계 (LS-100)를 사용하여 1 m지점에서 휘도를 측정하였다. 페라이트를 교체해가면서 램프를 점등시키고 점등시킨 램프는 권선수를 변화해 가며 휘도를 측정하였다.
- 그림 1. 실험용 무전극 램프와 시료(페라이트).
- 3F4은 4, 777 cd/m'이고 PE22는 4, 774 cd/trf로 측정 되었다. 이 결과 가장 높은 휘도 분포를 나타내는 시료는 3F45이고 가장 낮은 휘도를 나타내는 시료는 PE22이다.
- 그림 1(b)의 시료들을 구리망 안에서 측정하여 외부로부터의 간섭을 최소화하였다. 측정은 상온 (25 笆)에서 측정하였다. Sleeve의 권선수를 변화시킴에 따라 파라미터가 변경하게 되는데 그에 따라 휘도가 얼마나 변화되는지 임피던스의 변화를 알아보았다.
성능/효과
- 이는 권선수가 많이 짐으로 전자계의 크기가 증가하면서 빠른시동특성과 높은 휘도를 보이는 것으로 사료 된다. 각각의 시료를 살펴보면 SM8T는 10분경과 후 4, 782 cd/nf정도로 나타났고, 3F45는 4, 956 cd/m"로 측정되었다. 3F4은 4, 777 cd/m'이고 PE22는 4, 774 cd/trf로 측정 되었다.
- 1) 시료에 따라 안테나의 주파수 특성은 Q-factor 의 향상으로 시료 선택이 중요하다는 것을 알수 있었다.
- 2) 안테나의 설계에 있어서 시료의 주파수 특성으로 인해 램프의 임피던스 매칭과의 관계를 알수 있었다.
- 3) 동작 주파수인 2.65 MHz에서의 Q-factor는 매우 중요함으로 SM8T 의 주파수 특성보다는 3F45와 PE22의 시료가 우수한 것으로 나타났다.
- 25 MHz 이상에서 다시 증가하는 주파수 특성을 보였다. 3F4와 PE22는 거의 같은주파수 특성으로 약 6.25 MHz까지 증가하는 특성을 보이고 6.25 MHz 이상 되는 주파수에서 급격히 감소하는 특성을 보였고, 약 6.65 MHz 이상에서 다시 증가하는 것을 알 수 있었다. 3F45는 6.
- 4) 종합적으로 주파수 특성을 살펴보았을 때 3F45 가 안테나 제작에 가장 우수한 주파수 특성을 보이는 것을 사료된다.
- 결과이다. 4개의 시료 모두 1.8 MHz-2.5 MHz 에서 급격히 상승 하는 경향을 보였고 4 MHz 이상부터는 완만한 증가 값을 보였다. 램프의 동작 주파수인 2.
- 5) 3F45로 무전극 형광등을 제조하였을 때 가장 높은 휘도분포를 나타내었다
- 6) 권선수가 15회일 때 안정화 특성이 빨라지는 것으로 보아 권선수는 시동특성에 큰 영향을 준다.
- 7) 권선수가 13회에서 PE22가 안정화특성이 가장 우수하였고, 권선수가 15회일 때 3F45가 안정화특성이 가장 우수하였다.
- 나타났고 휘도 또한 높게 측정 되었다. 각 시료의 휘도분포를 살펴보면 SM8T는 5, 019 cd/m‘로 가장 작은 휘도 분포를 나타내었고 3F45는 5, 096 cd/irf으로 가장 높은 휘도 분포를 나타내었다. 3F4 는 5, 085 cd/m'이고 PE22는 5, 074 cd/m‘로 나타내었다.
- 65 MHz의 같은 주파수에서 312 Q의 임피던스 특성을 보였다. 각각의 시료를 분석해 볼 때, F사의 3F45가 임피던스 값이 가장 낮게 측정 되었고 SM8T가 4개의 시료 가운데 임피던스 값이 가장 크게 측정되었다. 임피던스 값이 높게 나타나는 것은 입력신호에 대한 저항치가 커지는 것을 의미한다.
- 그러나 본 논문에서 언급한 무전극 형광램프의 플라즈마 특성은 유도결합회로를 이용하여 등가회로로 나타낼 수가 있었고, 계산을 통해 대략적은수치를 알 수가 있었다.
- 그림 2와 3로 보아 F사의 3F45의 주파수 특성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서 가장 낮은 저항 값을 보이는 F사의 3F45로 안테나를 제작 하는 것이 우수한 성능의 제품을 만들 수있다고 사료 된다.
- 75 MHz에서 감소가 시작되어는 반면 다른 시료들 3F45와 3F4, PE22는 2 MHz에서부터 감소하는 주파수 특성을 나타내었다. 램프의 동작 주파수 2.65 MHz에서 3F45와 3F4는 95로 같은 값을 나타냈고, PE22는 F사의 시료보다 조금 높은 105로 나타났다.
- 그림 3에서 F사의 3F45가 주파수 약 7 MHz에서 12,000 Q으로 가장 높은 수치를 보였으며, F 사의 3F4가 동일 주파수에서 가장 낮은 값 3, 900 Q을 보였다. 램프의 동작 주파수 2.65 MHz에서는 3F4와 3F45는 3.0 Q, PE22는 3.2 Q, SM8T는 7.8 Q으로 F사의 제품이 가장 낮은 값을 보였고, S사의 SM8T가 가장 큰 값을 나타내었다. 그림 3에서도 그림 2와 마찬가지로 저항 값은 0 MHz-6.
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