KR100278071B1 - Lighting circuit of gas discharge lamp - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 헤드라이트에 사용되는 가스방전등의 점등장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 회로는 축전지의 출력전압을 일정 레벨의 직류전압으로 변환하여 점화기와 직류-교류 컨버터로 제공하는 직류-직류 컨버터; 상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 직류전압을 구형파 교류전압으로 변환하여 출력하는 상기 직류-교류 컨버터; 변동하는 상기 축전지의 출력전압을 변환하여 점등회로의 각 부로 일정한 레벨의 제어전압을 제공하는 전원부; 상기 직류-직류 컨버터로부터 일정 레벨의 직류전압과 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압이 각각 출력될 수 있도록 하는 PWM 제어부; 램프의 광량을 일정하게 제어하는 전력 제어부; 상기 직류-교류 컨버터로부터 구형파 교류전압이 출력되도록 제어신호인 게이팅신호를 제공하는 상기 게이트 구동부; 및 상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 고전압과 직류-교류 컨버터에서 출력되는 구형파 교류전압을 입력받아 램프의 기동전압을 출력하는 점화기로 구성된다.The present invention relates to a lighting device for a gas discharge lamp used in a headlight of an automobile, and the circuit according to the present invention converts an output voltage of a battery into a DC voltage of a predetermined level and provides the igniter and the DC-AC converter with DC-DC. A converter; The DC-AC converter converting a DC voltage output from the DC-DC converter into a square wave AC voltage and outputting the converted DC voltage; A power supply unit for converting the output voltage of the variable battery to provide a control voltage of a constant level to each part of the lighting circuit; A PWM control unit for outputting a DC voltage of a predetermined level from the DC-DC converter and a DC voltage of a level varying according to an ignition state of a lamp; A power control unit controlling the amount of light of the lamp constantly; The gate driver providing a gating signal as a control signal to output a square wave AC voltage from the DC-AC converter; And an igniter that receives the high voltage output from the DC-DC converter and the square wave AC voltage output from the DC-AC converter and outputs a starting voltage of the lamp.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 입력전압이 변동되어도 안정된 광출력을 내고, 초기 과전류를 제한하여 램프의 수명을 연장시키며, 소형화 및 경량화를 이루는 동시에 회로가 간단하여 신뢰성이 향상되는 등의 효과가 있다.As described above, the present invention provides stable light output even when the input voltage fluctuates, extends the life of the lamp by limiting the initial overcurrent, reduces the size and weight, and at the same time improves the reliability by simplifying the circuit. have.

Description

가스방전등의 점등회로 ( a circuit for lighting a gas discharge lamp )A circuit for lighting a gas discharge lamp

본 발명은 고광도 가스방전등의 점등장치에 관한 것으로서, 특히 자동차의 헤드라이트에 사용되는 가스방전등의 점등장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting device for a high brightness gas discharge lamp, and more particularly to a lighting device for a gas discharge lamp used for a headlight of an automobile.

일반적으로 가스방전등이란, 기체방전 중에서 여기상태에 있는 원자가 기저상태로 이행할 때 그 에너지 차에 상응한 광을 방사하는 현상을 이용한 것으로, 고압가스방전등과 저압가스방전등으로 나뉘어진다. 여기서, 고압가스방전등(High Intensity Discharge Lamp)은 압력이 높은 기체를 주입한 발광등에 비교적 고밀도의 전력을 가해 그것으로부터 광을 얻는 것이다. 이 경우 발광관 내에서는 전자, 이온 및 가스원자의 온도가 거의 같게 되는 국소열평형상태가 된다. 한편, 저압가스방전등은 기체밀도나 전력밀도가 비교적 작아, 전자만이 높은 평균에너지를 갖는다.In general, a gas discharge lamp uses a phenomenon of emitting light corresponding to an energy difference when an atom in an excited state transitions to a ground state during a gas discharge, and is divided into a high pressure gas discharge lamp and a low pressure gas discharge lamp. Here, a high intensity discharge lamp applies relatively high-density power to a light emitting lamp injecting a gas having a high pressure to obtain light therefrom. In this case, there is a local thermal equilibrium state in which the temperatures of electrons, ions, and gas atoms are almost the same. On the other hand, a low pressure gas discharge lamp has a relatively small gas density and a power density, and only electrons have a high average energy.

고압가스방전(HID)등의 종류에는 고압나트륨등, 수은등, 금속할로겐등 및 프로젝트램프가 있는데, 고압나트륨등은 다른 백색 고압가스방전등 중에서 가장 높은 효율을 가지기 때문에 단위 전력소모량에 비해 더 많은 광속을 제공한다. 이 고압나트륨등은 특수한 기동회로가 사용되고 아아크관은 알루미나로 만들어지며 크세논가스를 기동가스와 주 아아크를 위한 나트륨과의 수은의 아말감으로 이용한다. 이 고압나트륨등의 안정기는 크세논가스를 낮은 에너지, 고전압펄스로 이온화시키는 특수한 기동회로를 포함한다. 즉, 고전압펄스는 크세논가스가 이온화되어 안정기의 전압이 크세논 아아크를 성립하고 유지할 수 있을 때까지 60Hz 전압에 중첩되어 공급된다. 보통 크세논 아아크가 일어난 후 기동펄스는 멈춘다.High pressure gas discharge (HID) lamps include high pressure sodium lamps, mercury lamps, metal halide lamps, and project lamps. Since high pressure sodium lamps have the highest efficiency among other white high pressure gas discharge lamps, they have more luminous flux than unit power consumption. to provide. This high pressure sodium lamp uses a special starting circuit and the arc tube is made of alumina. Xenon gas is used as the amalgam of mercury between the starting gas and sodium for the main arc. This ballast, such as high pressure sodium, contains a special starting circuit for ionizing xenon gas to low energy, high voltage pulses. That is, the high voltage pulse is supplied superimposed on the 60 Hz voltage until the xenon gas is ionized so that the voltage of the ballast can establish and maintain the xenon arc. Normally, after the xenon arc has taken place, the start pulse stops.

수은등은, 내부 아아크관 주위에서 보호층을 형성하는 불활성가스로 가득찬 외부전구로 구성되고, 아아크관에는 고순도의 수은이 충전되는데, 이 수은은 실온에서 낮은 증기압을 갖고 있으므로 아르곤가스가 기동을 쉽게 한다. 기동전압이 주전극과 기동전극 사이의 틈 사이에 가해지면, 이것이 수은을 증기화시키는 열을 형성하는 아르곤 아아크를 형성하고, 이 이온화된 아르곤 입자들이 주 전극들 사이의 저항을 감소시켜 안정기가 주된 아아크를 일으킨다. 아아크 관내의 모든 수은이 증기화되면 램프는 정상상태가 되는데, 주된 아아크의 저항이 기동회로의 저항보다 작기 때문에 기동아아크는 정지한다. 광출력의 80%까지의 워밍업시간은 3분에서 5분이 필요하다.The mercury lamp consists of an external bulb filled with inert gas that forms a protective layer around the inner arc tube, and the arc tube is filled with high-purity mercury, which has a low vapor pressure at room temperature, making argon gas easier to start. do. When a starting voltage is applied between the gap between the main electrode and the starting electrode, it forms an argon arc that forms a heat that vaporizes mercury, and these ionized argon particles reduce the resistance between the main electrodes so that the ballast is the main arc. Causes When all mercury in the arc pipe vaporizes, the lamp is in steady state. The starting arc stops because the main arc resistance is less than the resistance of the starting circuit. Warm-up times of up to 80% of the light output require three to five minutes.

금속할로겐등은, 아아크관의 수은에 다른 금속이 첨가되어 색 특성과 효율을 개선시킨다. 즉, 수은이 아아크관에 존재하고 다른 금속이 halide salts(보통 요오드화물)의 형태로 첨가되어 있다. 이것이 요오드화물과 더불어 수은 아말감을 형성한다. 그러나, 수은등에서처럼 아르곤이 금속할로겐등에서 첫 번째 아아크를 일으키고 초기의 열을 생성하고, 아아크관의 온도가 점차 올라가며, 주 아아크가 일어나고 다양한 요오드화물이 증기화되고, 기본 요드와 첨가된 금속에 분리되어 들어간다.In metal halides, other metals are added to mercury in the arc tube to improve color characteristics and efficiency. That is, mercury is present in the arc tube and other metals are added in the form of halide salts (usually iodide). This, together with the iodide, forms mercury amalgam. However, as in mercury lamps, argon generates the first arc in metal halide lamps and generates initial heat, the temperature of the arc tube gradually rises, the main arc occurs, various iodides evaporate, separated from the base iodine and the added metals. Enter

프로젝트램프는, D1, D2S램프가 있는데 차세대 헤드램프로 사용될 것으로 보인다. D2S램프는 D1램프에 석영으로 만들어진 외부 보호발브(bulb)와 터치보호장치가 추가된 것으로, 외부 보호발브는 많은 양의 자외선을 흡수한다. 실온에서 D1, D2S램프는 수은과 다양한 금속 염류 크세논을 포함하는데, 스위치가 켜지면 크세논은 즉각 빛을 발하고 가열되어 금속과 금속염류를 증기화시킨다. 이 프로젝트램프는 금속 증기 혼합물에 의해 램프의 고광효율이 얻어지고, 금속염류가 스펙트럼의 색에 영향을 미치는데 비해, 빛의 생성은 수은에 의해 생긴다. D1,D2S램프는 기존의 자동차의 헤드램프로 쓰이는 할로겐 램프에 비해 광효율이 월등하다.Project lamps, D1 and D2S lamps, are expected to be used as next-generation headlamps. The D2S lamp is a D1 lamp with an external protection valve made of quartz and a touch protection device. The external protection valve absorbs a large amount of ultraviolet light. At room temperature, the D1 and D2S lamps contain mercury and various metal salts xenon. When switched on, the xenon immediately glows and heats to vaporize metals and metal salts. The project lamps achieve high luminous efficiency of the lamps by means of a metal vapor mixture, and the production of light is caused by mercury, while metal salts affect the color of the spectrum. D1 and D2S lamps have higher light efficiency than halogen lamps used as headlamps in automobiles.

따라서, 이 프로젝트램프를 자동차에 적용할 수 있으면 광효율이 월등한 헤드램프를 얻을 수 있는데, 그러기 위하여 적당한 기동전류와, 아아크방전을 일으키기 위한 전압과, 아아크를 안정화시키고 램프를 동작하기 위한 전압, 및 아아크방전을 통과하는 전류의 흐름 등을 제어하는 안정기 즉, 점등회로가 필요하게 되었다.Therefore, if the project lamp can be applied to a vehicle, a head lamp with excellent light efficiency can be obtained. To this end, a suitable starting current, a voltage for causing arc discharge, a voltage for stabilizing arc and operating a lamp, and There is a need for a ballast that controls the flow of current through arc discharge, i.e., a lighting circuit.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위하여 안출된 것으로서, 자동차의 헤드램프에 사용되는 프로젝트램프를 구동시키기 위한 가스방전등의 점등회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lighting circuit of a gas discharge lamp for driving a project lamp used for a head lamp of an automobile, which is devised to satisfy the above needs.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회로는, 축전지의 출력전압을 일정 레벨의 직류전압으로 변환하여 점화기로 제공함과 아울러 상기 축전지의 출력전압을 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압으로 변환하여 직류-교류 컨버터로 제공하는 직류-직류 컨버터;In the circuit of the present invention for achieving the above object, the output voltage of the battery is converted into a DC voltage of a predetermined level and provided to the igniter, and the output voltage of the battery is a DC voltage of a level that varies according to the ignition state of the lamp DC-DC converter to convert to provide a DC-AC converter;

상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 가변되는 레벨의 직류전압을 구형파 교류전압으로 변환하여 출력하고, 램프의 초기 점등시 과전류로부터 램프를 보호하는 상기 직류-교류 컨버터;The DC-AC converter converts a variable level DC voltage output from the DC-DC converter into a square wave AC voltage and outputs the DC voltage, and protects the lamp from overcurrent when the lamp is initially turned on.

변동하는 상기 축전지의 출력전압을 변환하여 점등회로의 각 부로 일정한 레벨의 제어전압을 제공하는 전원부;A power supply unit for converting the output voltage of the variable battery to provide a control voltage of a constant level to each part of the lighting circuit;

상기 축전지의 출력전압과 출력전류를 입력받아 상기 직류-직류 컨버터를 제어하여, 상기 직류-직류 컨버터로부터 일정 레벨의 직류전압과 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압이 각각 출력될 수 있도록 하는 PWM 제어부;The DC-DC converter is controlled by receiving the output voltage and the output current of the battery, so that a DC voltage of a predetermined level and a DC voltage varying according to an ignition state of a lamp are output from the DC-DC converter. PWM control unit;

변동되는 상기 축전지의 출력전압을 입력받아 출력전력을 일정한 레벨로 유지시켜서 램프의 광량을 일정하게 제어하는 전력 제어부;A power controller configured to control the light amount of the lamp by receiving the output voltage of the battery, which is varied, and maintaining the output power at a constant level;

상기 직류-교류 컨버터로부터 구형파 교류전압이 출력되도록 제어신호인 게이팅신호를 제공하는 상기 게이트 구동부; 및The gate driver providing a gating signal as a control signal to output a square wave AC voltage from the DC-AC converter; And

상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 고전압과 직류-교류 컨버터에서 출력되는 구형파 교류전압을 입력받아 램프의 기동전압을 출력하는 점화기를 포함하며 구성된 것을 특징으로 한다.And an igniter for receiving the high voltage output from the DC-DC converter and the square wave AC voltage output from the DC-AC converter and outputting a starting voltage of the lamp.

도 1은 본 발명에 따른 가스방전등의 점등회로를 도시한 회로도,1 is a circuit diagram showing a lighting circuit of a gas discharge lamp according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 전원부를 도시한 회로도,2 is a circuit diagram showing a power supply unit according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 PWM 제어부를 도시한 회로도,3 is a circuit diagram showing a PWM control unit according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 전력 제어부를 도시한 회로도,4 is a circuit diagram showing a power control unit according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 게이트 구동부를 도시한 회로도,5 is a circuit diagram illustrating a gate driver according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 점화기를 도시한 회로도이다.6 is a circuit diagram illustrating an igniter according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

110: 플라이백 컨버터 120: 풀-브리지 컨버터110: flyback converter 120: full-bridge converter

130: 전원부 140: PWM 제어부130: power supply unit 140: PWM control unit

150: 전력 제어부 160: 게이트 구동부150: power control unit 160: gate driver

170: 점화기170: lighter

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 가스방전등의 점등회로를 도시한 블록도인 바, 이는 직류-직류 컨버터인 플라이백 컨버터(110), 직류-교류 컨버터인 풀-브리지 컨버터(120), 전원부(130), PWM 제어부(140), 전력 제어부(150), 게이트 구동부(160) 및 점화기(170)로 구성되어 있다.1 is a block diagram illustrating a lighting circuit of a gas discharge lamp according to the present invention, which is a flyback converter 110 as a DC-DC converter, a full-bridge converter 120 as a DC-AC converter, and a power supply 130. , A PWM controller 140, a power controller 150, a gate driver 160, and an igniter 170.

여기서, 상기 플라이백 컨버터(110)는 축전지의 출력전압(V+, V-)을 일정 레벨의 직류전압(V15)으로 변환하여 점화기(170)로 제공함과 아울러 상기 축전지의 출력전압(V+, V-)을 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압으로 변환하여 풀-브리지 컨버터(120)로 제공하는 바, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 PWM 제어기의 게이팅신호에 의해 턴 온/오프되는 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)가 턴 온/오프되면 축전지의 출력전압(V+, V-)을 승압하여 출력하는 변압기(T2)와, 상기 변압기(T2)에서 출력되는 고전압(1500V)을 정류하여 점화기(17)로 제공하는 다이오드(D7,D8,D9,D10)와, 램프의 점화상태에 따라 가변되는 상기 변압기(T2)에서 출력되는 직류전압을 정류하여 풀-브리지 컨버터(120)로 제공하는 다이오드(D2,D1)로 구성된다. 또한, 상기 다이오드(D2,D1)의 캐소드단과 접지단 사이에는 저항(R5,R10)과 저항(R4,R9), 및 전해 캐패시터(C6)가 상호 병렬로 접속된다.Here, the flyback converter 110 converts the output voltages V + and V− of the battery into a DC voltage V15 of a predetermined level and provides the igniter 170 with the output voltages V + and V− of the battery. ) Is converted into a DC voltage of a level variable according to the ignition state of the lamp and provided to the full-bridge converter 120, which is switched on / off by a gating signal of the PWM controller as shown in FIG. When the transistors Q5 and Q6 and the switching transistors Q5 and Q6 are turned on / off, a transformer T2 for boosting and outputting the output voltages V + and V− of the battery, and an output from the transformer T2. Diodes (D7, D8, D9, D10) rectifying the high voltage (1500V) to be provided to the igniter 17, and rectifying the DC voltage output from the transformer (T2), which varies according to the ignition state of the lamp, Diodes D2 and D1 provided to the bridge converter 120 are configured. In addition, resistors R5 and R10, resistors R4 and R9, and electrolytic capacitors C6 are connected in parallel between the cathode and ground terminals of the diodes D2 and D1.

상기 풀-브리지 컨버터(120)는 플라이백 컨버터(110)에서 출력되는 가변되는 레벨의 직류전압을 구형파 교류전압으로 변환하여 출력하고, 램프의 초기 점등시 과전류로부터 램프를 보호하는 기능을 담당하는 바, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 다이오드(D11), 저항(R7), 인덕터(L4)로 구성되어 초기 점등시 과전류로부터 램프를 보호하는 과전류 방지부와, 상기 과전류 방지부(D11,R7)와 병렬 접속되어 고주파 노이즈를 제거하기 위한 스너버회로(R8,C7)와, 게이트구동부(160)에서 출력되는 구동신호(G0, G1, G2, G3)에 의해 스위칭되는 스위칭 트랜지스터(Q1,Q2,Q3,Q4)로 구성된다.The full-bridge converter 120 converts a DC voltage of a variable level output from the flyback converter 110 into a square wave AC voltage and outputs the voltage, and protects the lamp from overcurrent when the lamp is initially turned on. 1, an overcurrent protection unit configured to include a diode D11, a resistor R7, and an inductor L4 to protect the lamp from overcurrent during initial lighting, and the overcurrent protection units D11 and R7. Switching transistors Q1, Q2 and Q3 connected in parallel by snubber circuits R8 and C7 for removing high frequency noise and driving signals G0, G1, G2 and G3 output from the gate driver 160. Q4).

상기 전원부(130)는 자동차의 운전 상태에 따라 변동하는 축전지(V+, V-)의 출력전압을 변환하여 점등회로의 각 부로 일정한 레벨의 제어전압을 제공하는 바, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 축전지의 출력전압을 감지하여 온 타임이 가변되는 PWM 제어신호를 출력하는 전압제어기(U2)와, 전압제어기(U2)에서 출력되는 PWM 제어신호에 따라 스위칭되는 트랜지스터(Q7,Q8,Q9)와, 상기 트랜지스터(Q7,Q8,Q9)의 스위칭 동작에 따라 축전지의 출력전압(V+, V-)을 변압하여 일정 레벨의 직류전압(V15)을 출력하는 변압기(T3)와, 상기 직류전압(V15)을 정류하고 평활하기 위한 정류용 다이오드(D12)와, 평활용 전해 캐패시터(C11)로 구성된다. 물론, 상기 직류전압은 분할저항(R11,R18)을 통해 분압된 후 전압제어기(U2)로 피드백되어 변압기(T3)의 직류전압(V15)이 일정 레벨을 유지할 수 있도록 한다. 상기한 전압제어기에는 PWM 제어신호의 주기와 주파수 및 듀티비를 제어하기 위하여 캐패시터(C8,C9)와 저항(R16,R12,R13,R14,R15,R17)이 접속되어 있다.The power supply unit 130 converts the output voltages of the storage batteries V + and V−, which vary according to the driving state of the vehicle, to provide a predetermined level of control voltage to each part of the lighting circuit, as shown in FIG. 2. A voltage controller U2 for sensing the output voltage of the battery and outputting a PWM control signal having a variable on-time, transistors Q7, Q8, and Q9 switched according to the PWM control signal output from the voltage controller U2; A transformer T3 for converting the output voltages V + and V- of the battery according to the switching operation of the transistors Q7, Q8 and Q9 to output a DC voltage V15 of a predetermined level, and the DC voltage V15. Rectification diode (D12) and a smoothing electrolytic capacitor (C11) for rectifying and smoothing. Of course, the DC voltage is divided through the division resistors R11 and R18 and then fed back to the voltage controller U2 to maintain the DC voltage V15 of the transformer T3 at a constant level. The voltage controller is connected with capacitors C8 and C9 and resistors R16, R12, R13, R14, R15 and R17 to control the period, frequency and duty ratio of the PWM control signal.

상기 PWM 제어부(140)는 축전지의 출력전압(VOUT)과 출력전류(Iin)를 입력받아 플라이백 컨버터(110)를 제어하기 위한 게이트 구동신호(GATE)를 출력하여 이 플라이백 컨버터(110)로부터 일정 레벨의 직류전압과 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압이 각각 출력될 수 있도록 하는 바, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 전압 제어부와 전류 제어부로 구성된다.The PWM controller 140 receives the output voltage V OUT and the output current I in of the battery and outputs a gate driving signal GATE for controlling the flyback converter 110 to thereby output the flyback converter 110. The DC voltage of a predetermined level and the DC voltage of a level varying according to the ignition state of the lamp can be respectively output from the bar. As shown in FIG. 3, the voltage controller and the current controller are configured.

전압 제어부는 초기 전압을 550V로 제어하기 위해 사용되며, 전류 제어부는 전력 제어부(150)에서 제공되는 전류 명령치를 이용하여 일정한 전력을 얻기 위해 사용된다. 축전지의 출력전류는 저항(R28)을 통해 전압제어기(U3)로 입력되고, 전력제어부(150)의 전류명령치(ICOM)는 저항(R29)을 통해 전압제어기(U3)로 입력되며, 저항(R28)과 저항(R29) 사이에는 캐패시터(C15)가 접속된다. 전압제어기(U3)에서 출력되는 PWM 제어신호의 주기와 주파수 및 듀티비를 결정하기 위하여 저항(R20,R21,R26,R30)과 캐패시터(C12,C16,C17)가 접속되어 있고, 전압제어기(U3)에서 출력되는 PWM 제어신호는 버퍼(Q10,Q11)를 통해 플라이백 컨버터(110)로 인가된다. 램프의 점등스위치(S1)가 온/오프되면 낸드게이트(U4A,U4B)에 의해 채터링이 제거되는데, 점등스위치(S1)가 온되면 다이오드(D13)를 통해 신호가 전압제어기(U3)로 인가되어 이 전압제어기(U3)로부터 플라이백 컨버터(110)를 구동하기 위한 PWM 제어신호가 출력된다.The voltage controller is used to control the initial voltage to 550V, and the current controller is used to obtain a constant power by using the current command value provided by the power controller 150. The output current of the battery is input to the voltage controller U3 through the resistor R28, and the current command value I COM of the power controller 150 is input to the voltage controller U3 through the resistor R29. A capacitor C15 is connected between the R28 and the resistor R29. In order to determine the period, frequency and duty ratio of the PWM control signal output from the voltage controller U3, the resistors R20, R21, R26, R30 and capacitors C12, C16, C17 are connected, and the voltage controller U3 The PWM control signal output from) is applied to the flyback converter 110 through the buffers (Q10, Q11). When the lighting switch S1 of the lamp is turned on / off, chattering is removed by the NAND gates U4A and U4B. When the lighting switch S1 is turned on, a signal is applied to the voltage controller U3 through the diode D13. Then, the PWM control signal for driving the flyback converter 110 is output from the voltage controller U3.

상기 전력 제어부(150)는 변동되는 상기 축전지의 출력전압(V+)을 입력받아 출력전력을 일정한 레벨로 유지시켜서 램프의 광량을 일정하게 제어하는 바, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 축전지의 출력전압(V+)을 감압하여 오피앰프(U5A)의 비반전단자로 인가하고, 오피앰프의 반전단자와 출력단자를 접속한다. 이 오피앰프(U5A)는 입력신호가 없을 경우 다이오드(D16,D17,D18)의 출력 임피던스가 너무 높으므로 이를 줄여주기 위한 버퍼이다. 오피앰프(U5A)의 출력신호는 뺄셈회로로 사용되는 오피앰프(U5B)의 반전단자로 인가되고, 오피앰프(U5B)의 반전단자와 출력단자가 접속된다.The power control unit 150 receives the fluctuating output voltage V + of the battery and maintains the output power at a constant level to control the light quantity of the lamp constantly, which is illustrated in FIG. 4. Depressurize (V +) and apply it to the non-inverting terminal of the operational amplifier U5A, and connect the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier. The op amp U5A is a buffer for reducing the output impedance of the diodes D16, D17, and D18 when there is no input signal. The output signal of the operational amplifier U5A is applied to the inverting terminal of the operational amplifier U5B used as the subtraction circuit, and the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier U5B are connected.

오피앰프(U5B)의 출력단자와 접지단(GND) 사이에 접속되어 정상상태의 전류명령치(ICOM2)를 결정하는 저항(R48,R49)과, 오피앰프(U5B)의 출력단자와 접지단 사이에 접속되어 초기의 전류명령치(ICOM1)를 결정하는 저항(R40,R41)을 포함하고 있다. 저항(R40,R48)을 통과한 전류명령치(ICOM)는 다이오드(D14,D15)를 통해 PWM 제어부(140)로 제공된다. 플라이백 컨버터(110)의 출력전압(Vo)은 램프가 충분히 워밍업되어야 50V 이상이 되고 램프의 초기 구동시에는 50V보다 낮은데, 이 출력전압(Vo)은 낸드게이트(U4C,U4D)와 저항(R47)을 통과한 후 CMOS 트랜지스터(Q12)의 베이스단으로 인가된다. 상기 트랜지스터(Q12)는 초기 구동시에는 턴 오프되고 램프가 충분히 워밍업된 때에는 턴 온된다.The resistors R48 and R49 connected between the output terminal of the operational amplifier U5B and the ground terminal GND to determine the steady state current command value I COM2 , and the output terminal and the ground terminal of the operational amplifier U5B. Resistor R40, R41 connected between the circuits to determine the initial current command value I COM1 is included. The current command value I COM passing through the resistors R40 and R48 is provided to the PWM controller 140 through the diodes D14 and D15. The output voltage Vo of the flyback converter 110 is 50V or more when the lamp is sufficiently warmed up and is lower than 50V when the lamp is initially driven. The output voltage Vo is the NAND gates U4C and U4D and the resistor R47. ) Is applied to the base end of the CMOS transistor Q12. The transistor Q12 is turned off during initial driving and turned on when the lamp is sufficiently warmed up.

상기 게이트 구동부(160)는 풀-브리지 컨버터(120)로부터 구형파 교류전압이 출력되도록 제어신호인 게이팅신호를 제공하는 바, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 멀티바이브레이터부분과 게이트 구동부분으로 구성된다. 멀티바이브레이터부분은 낸드게이트(U6A,U6B)로 이루어지는데, 그 출력주파수는 저항(R56), 캐패시터(C23), 저항(R57) 및 캐패시터(C24)를 변화시킴으로 조절할 수 있다. 또한, 저항과 캐패시터의 비를 조절하면 펄스의 듀티비를 조절할 수 있다. 낸드게이트(U6A,U6B)의 출력은 다이오드(D20,D21)와 낸드게이트(U6D,U6C)를 통해 게이트 구동부분의 인버터(U7A∼U7B)로 인가된다. 또한, 낸드게이트(U6C)의 출력신호는 풀-브리지 컨버터(120)의 스위칭 트랜지스터(Q2,Q4)의 입력단으로 인가되고, 낸드게이트(U6D)의 출력신호는 풀-브리지 컨버터(120)의 스위칭 트랜지스터(Q1,Q3)의 입력단으로 인가된다.The gate driver 160 provides a gating signal that is a control signal to output a square wave AC voltage from the full-bridge converter 120. The gate driver 160 includes a multivibrator part and a gate driver part as shown in FIG. The multivibrator portion includes NAND gates U6A and U6B, and its output frequency can be adjusted by changing the resistor R56, the capacitor C23, the resistor R57, and the capacitor C24. In addition, by adjusting the ratio of the resistor and the capacitor, it is possible to adjust the duty ratio of the pulse. The outputs of the NAND gates U6A and U6B are applied to the inverters U7A to U7B in the gate driving portion through the diodes D20 and D21 and the NAND gates U6D and U6C. In addition, an output signal of the NAND gate U6C is applied to an input terminal of the switching transistors Q2 and Q4 of the full-bridge converter 120, and an output signal of the NAND gate U6D is switched of the full-bridge converter 120. It is applied to the input terminals of the transistors Q1 and Q3.

게이트 구동부분은 별도의 전원없이 풀-브리지 컨버터를 구동하기 위한 회로인 바, 이는 다수의 인버터(U7A∼U7B)와, Vcc전압을 축적하기 위한 다수의 캐패시터(C25,C27,C26,C28)와, 다수의 저항(R59∼R67) 및 버퍼(Q14∼Q17, Q19∼Q22)로 구성된다.The gate driving part is a circuit for driving a full-bridge converter without a separate power source, which includes a plurality of inverters (U7A to U7B) and a plurality of capacitors (C25, C27, C26, and C28) to accumulate Vcc voltages. And a plurality of resistors R59 to R67 and buffers Q14 to Q17 and Q19 to Q22.

상기 점화기(170)는 플라이백 컨버터에서 출력되는 고전압과 풀-브리지 컨버터에서 출력되는 구형파 교류전압을 입력받아 램프의 기동전압을 출력하는 바, 이는 도 6에 도시된 바와 같이 캐패시터(C32,C31)와, 방전소자(171) 및 트랜스포머(T4)로 구성되는데, 이 트랜스포머(T4)는 승압용이며 2차측으로는 최저 12000V에서 최고 30000V의 고전압이 유기된다.The igniter 170 receives the high voltage output from the flyback converter and the square wave AC voltage output from the full-bridge converter and outputs a starting voltage of the lamp, as shown in FIG. 6, the capacitors C32 and C31. And a discharge element 171 and a transformer T4. The transformer T4 is for boosting and high voltage of 12000V to 30000V is induced on the secondary side.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.The operation of the present invention configured as described above will be described.

각 구성요소의 상세한 동작을 설명하기에 앞서, 프로젝트램프의 기동단계를 간단하게 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 프로젝트램프의 가스방전을 일으키기 위한 에너지를 공급하는 점화단계가 있다. 이 점화단계에서는 점화기(170)에서 고전압이 공급되도록 제어하여야 하고, 한 번에 점화되지 않을 때에는 연속적인 점화가 일어날 수 있도록 하여야 한다. 또한, 램프가 일단 점화되면 전류의 연속적인 도통이 일어날 수 있는데, 이때 램프는 부저항 특성을 가지면서 전류가 급속하게 증가하기 때문에 풀-브리지 컨버터는 램프에 흐르는 과전류를 차단한다.Before explaining the detailed operation of each component, briefly look at the startup phase of the project lamp as follows. First, there is an ignition stage that supplies energy to cause gas discharge of the project lamp. In this ignition step, the igniter 170 must be controlled to supply high voltage, and when not ignited at a time, continuous ignition must occur. In addition, once the lamp is ignited, continuous conduction of current can occur, where the full-bridge converter blocks overcurrent flowing through the lamp because the lamp has a negative resistance characteristic and the current increases rapidly.

다음 단계로 램프 내의 온도가 급속도로 높아지게 되고 이로 인해 램프 내에 들어있는 가스들이 기화하기 시작하면서 압력이 높아지게 된다. 이런 과정을 가속시키고 램프의 불이 지속적으로 유지되기 위하여 와트량(wattage)을 증가시켜야 한다. 이 단계가 진행됨에 따라 전구의 불빛은 푸른색으로부터 백색광 쪽으로 옮겨가게 된다.In the next step, the temperature in the lamp rises rapidly, causing pressure to rise as the gases in the lamp begin to vaporize. In order to accelerate this process and keep the lamp on fire, the wattage must be increased. As this step progresses, the light from the bulb moves from blue to white light.

마지막 단계는 안정화 단계로, 이는 램프의 광량이 최고에 이르게 되고 정상상태의 전력을 소모하는 단계이다. 이 단계에서는 일정한 와트량을 유지해 주기 위한 제어가 이루어져야 하는데, 이는 전력 제어부(150)에 의해 제어된다.The final stage is the stabilization stage, which is the stage where the amount of light in the lamp reaches its maximum and consumes steady state power. In this step, control to maintain a constant amount of watts must be made, which is controlled by the power control unit 150.

이하, 본 발명에 따른 가스방전등의 점등회로를 구성하는 각 구성요소들의 상세한 동작을 설명하기로 한다. 직류-직류 컨버터인 플라이백 컨버터(110)의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면, 이 플라이백 컨버터(110)로 입력되는 축전지의 출력전압(V+, V-)은 9∼32V이며, 이 플라이백 컨버터(110)의 출력단으로는 점화기(170)로 공급되는 1500V와 풀-브리지 컨버터(120)로 제공되는 0∼600V의 직류전압을 출력한다. 여기서, 1500V의 직류전압은 점화기(170)로 공급되어 램프의 초기 점화에 필요한 고전압을 얻기 위해 사용되고, 0∼ 600V의 직류전압은 램프가 초기 점화되지 않은 경우 550V의 전압을 유지하다가 점화되는 순간부터 램프의 상태에 따라 그 전압이 변동된다.Hereinafter, the detailed operation of each component constituting the lighting circuit of the gas discharge lamp according to the present invention will be described. The operation of the flyback converter 110, which is a DC-DC converter, will be described with reference to FIG. 1. The output voltages V + and V- of the battery input to the flyback converter 110 are 9 to 32V. The output terminal of the back converter 110 outputs a DC voltage of 1500V supplied to the igniter 170 and 0 to 600V provided to the full-bridge converter 120. Here, a DC voltage of 1500 V is supplied to the igniter 170 to be used to obtain a high voltage necessary for the initial ignition of the lamp, and a DC voltage of 0 to 600 V is maintained at a voltage of 550 V when the lamp is not initially ignited from the moment of ignition. The voltage varies depending on the state of the lamp.

이러한 플라이백 컨버터(110)는 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)가 턴 온될 때 변압기(T2)에 에너지를 저장하고 있다가 턴 오프되면 이 에너지를 출력측으로 넘기는 바, 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)가 턴 온되는 변압기(T2)의 도트측이 그 반대측보다 전압이 낮아진다. 이때, 변압기(T2)의 출력단의 다이오드(D2,D1,D7∼D10)에 역방향 전압이 걸리고, 이때 변압기(T2)의 일차측에 흐르는 전류는 수학식 1과 같은 비율로 직선적으로 증가하게 된다.The flyback converter 110 stores energy in the transformer T2 when the switching transistors Q5 and Q6 are turned on, and then transfers this energy to the output side when the switching transistors Q5 and Q6 are turned on. The dot side of the transformer T2 that is turned on has a lower voltage than the opposite side. At this time, the reverse voltage is applied to the diodes D2, D1, D7 to D10 of the output terminal of the transformer T2, and the current flowing to the primary side of the transformer T2 increases linearly at the same ratio as in Equation (1).

여기서, LP 는 변압기(T2)의 일차측의 자화 인덕턴스이다.here, L P Is the magnetizing inductance on the primary side of transformer T2.

또한, 이때 변압기(T2)의 일차측에 저장된 에너지는 수학식 2와 같다.In addition, at this time, the energy stored in the primary side of the transformer (T2) is the same as the equation (2).

이와 같은 상태에서, 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)가 턴 오프되면 변압기(T2)의 1차측 전류는 수학식 3의 크기로 변압기(T2)의 2차측으로 전달된다.In this state, when the switching transistors Q5 and Q6 are turned off, the primary side current of the transformer T2 is transferred to the secondary side of the transformer T2 in the magnitude of Equation 3.

상기와 같은 크기의 전류가 변압기(T2)의 2차측으로 전달되면 변압기(T2)의 도트측은 양의 전압을 가지게 되고, 이때 변압기의 출력측에 접속된 다이오드(D2,D1,D7∼D10)가 도통되면서 수학식 4와 같은 비율로 이차측으로 유기되는 전류가 감소하게 된다.When the current having the same magnitude is transmitted to the secondary side of the transformer T2, the dot side of the transformer T2 has a positive voltage, and the diodes D2, D1, D7 to D10 connected to the output side of the transformer are turned on. As a result, the current induced in the secondary side decreases at the same ratio as in Equation 4.

이와 같이 변압기의 이차측 전류가 영으로 감소하면 일차측 인덕턴스에 저장되었던 에너지가 모두 이차측으로 인가하게 되는데, 한 주기 T시간동안 축전지의 출력전압(V+)으로부터 공급된 전력은 수학식 5와 같고, 변압기의 출력전압은 수학식 6과 같다.As such, when the secondary current of the transformer decreases to zero, all the energy stored in the primary inductance is applied to the secondary side. The power supplied from the output voltage (V +) of the battery for one period T time is expressed by Equation 5, The output voltage of the transformer is shown in Equation 6.

여기서, 는 최소 입력전압이고, 은 최대 도통시간이다.here, Is the minimum input voltage, Is the maximum conduction time.

즉, V+ 또는 R5+R10 가 올라가면 Ton 을 줄임으로써 출력전압을 일정하게 할 수 있다.In other words, V + or R5 + R10 Goes up T on By reducing the output voltage can be made constant.

여기서, 저항(R5,R10)은 변압기의 출력측 전류를 PWM 제어기로 공급하여 PWM 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호의 듀티비가 가변되도록 하여 변압기의 출력전압이 일정전압을 유지할 수 있도록 하고, 저항(R4,R9)은 출력전압 50V를 센싱하여 전력 제어부로 인가한다. 또한, 입력 캐패시터(C5)는 불연속전인 입력전류를 필터링하여 균일한 입력전류가 변압기로 제공될 수 있도록 하고, 저항(R6)은 입력전력을 제어하기 위해 전류를 센스하는 바, 전력소모를 최소화하기 위해 아주 작은 저항치를 가진 저항을 사용한다.Here, the resistors R5 and R10 supply the output current of the transformer to the PWM controller so that the duty ratio of the PWM control signal output from the PWM controller is varied so that the output voltage of the transformer can maintain a constant voltage. R9) senses the output voltage 50V and applies it to the power control unit. In addition, the input capacitor C5 filters the input current that is discontinuous so that a uniform input current can be provided to the transformer, and the resistor R6 senses the current to control the input power, thereby minimizing power consumption. Use a resistor with a very small resistance.

다음, 풀-브리지 컨버터(120)의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면, 이 풀-브리지 컨버터(120)는 플라이백 컨버터(110)에서 출력되는 0∼600V의 직류전압을 입력받아 500∼600Hz의 구형파 교류전압으로 변환하며, 과전류 방지기능을 가진다. 즉, 램프가 점화되는 아주 짧은 순간동안에는 램프가 단락되어 있는 것처럼 보이기 때문에 램프로 과전류가 흐르면서 연속 점화가 일어날 수 없도록 하는데, 이때 인덕터(L4)의 임피던스가 매우 크기 때문에 전류는 다이오드(D11)와 저항(R7)을 통해 흐르게 되어 과전류가 방지된다. 한편, 램프의 점화가 완료되면 인덕터(L4)가 임피던스가 매우 낮아져서 전류는 인덕터(L4)를 통해 흐르게 된다.Next, the operation of the full-bridge converter 120 will be described with reference to FIG. 1. The full-bridge converter 120 receives a DC voltage of 0 to 600 V output from the flyback converter 110 and receives 500 to 600 Hz. It converts into square wave AC voltage and has overcurrent protection function. That is, during a very short moment when the lamp is ignited, the lamp may appear to be short-circuited, so that overcurrent flows into the lamp so that continuous ignition cannot occur. In this case, the current of the inductor L4 has a large impedance so that the current is connected with the diode D11. Flowing through (R7) prevents overcurrent. On the other hand, when the ignition of the lamp is completed, the inductor L4 has a very low impedance, so that current flows through the inductor L4.

상기한 풀-브리지 컨버터(120)에 과전류 방지기능이 없으면, 램프가 점등되는 순간 약 20A, 100μsec의 전류 펄스가 흐르게 되면서 램프가 충격을 받게 되어 수명이 짧아지고 연속적인 점등이 되지 않게 되는데, 풀-브리지 컨버터의 과전류 방지기능으로 인하여 램프의 초기 점등시 전류의 최대 피크치를 8A 이하로 제한하기 때문에 이러한 문제점들이 해결된다. 저항(R8)과 캐패시터(C7)는 스너버회로로 고조파 노이즈가 제거된다.If the full-bridge converter 120 does not have an overcurrent protection function, a current pulse of about 20A and 100μsec flows when the lamp is turned on, and the lamp is shocked, resulting in a shortened life and no continuous lighting. These problems are solved by the over-current protection of the bridge converter, which limits the maximum peak value of the current to 8 A or less at the initial lighting of the lamp. The resistor R8 and the capacitor C7 are snubber circuits to remove harmonic noise.

다음에는, 전원부(130)의 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면, 축전지의 출력전압(V+,V-)이 변하더라도 점등회로의 각 회로부로 15V의 일정전압을 공급하기 위한 부분으로, 플라이백 컨버터를 이용하여 구현한다. 이 플라이백 컨버터의 전압제어기(U2)는 포지티브 출력센싱기술을 가지는 방법을 사용하여 구현된다.Next, referring to FIG. 2, the operation of the power supply unit 130 is a part for supplying a constant voltage of 15 V to each circuit part of the lighting circuit even if the output voltages V + and V− of the battery change. Implement using The voltage controller U2 of this flyback converter is implemented using a method having a positive output sensing technique.

즉, 전압제어기(U2)에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 트랜지스터(Q9)가 스위칭되면서 변압기(T3)를 통해 원하는 15V의 직류전압이 출력되는데, 이 15V의 직류전압이 센싱저항(R11,R18)에 의해 센싱되어 전압제어기(U2)로 피드백되어 PWM 제어신호의 듀티비가 제어된다.That is, the transistor Q9 is switched by the PWM control signal output from the voltage controller U2, and a desired 15V DC voltage is output through the transformer T3. The DC voltage of 15V is sensed resistors R11 and R18. Is sensed and fed back to the voltage controller U2 to control the duty ratio of the PWM control signal.

여기서, PWM 제어신호의 스위칭 주파수는 캐패시터(C8)와 저항(R15)에 의해 결정되며 이는 수학식 7과 같다.Here, the switching frequency of the PWM control signal is determined by the capacitor C8 and the resistor R15, which is expressed by Equation 7.

전압제어기(U2)인 TL494에서 출력되는 PWM 제어신호가 트랜지스터(Q7,Q8)로 인가된 후 이 트랜지스터들에 의해 트랜지스터(Q9)의 게이트가 구동된다. 이와 같이 트랜지스터(Q9)가 전압제어기(U2)에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 스위칭되면 변압기(T3)의 이차측으로 원하는 15V의 직류전압을 얻을 수 있게 된다.After the PWM control signal output from the voltage controller TL494 is applied to the transistors Q7 and Q8, the gates of the transistors Q9 are driven by these transistors. As described above, when the transistor Q9 is switched by the PWM control signal output from the voltage controller U2, a desired DC voltage of 15 V can be obtained to the secondary side of the transformer T3.

다음에는, PWM 제어부(140)의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면, PWM 제어부는 전압제어부와 전류제어부로 이루어져 있는데, 전압제어부는 포지티브 출력전압 센싱방법으로 구현되어졌으며, 입력전압 대 출력전압의 이득은 수학식 8과 같다.Next, the operation of the PWM controller 140 will be described with reference to FIG. 3. The PWM controller includes a voltage controller and a current controller. The voltage controller is implemented by a positive output voltage sensing method. The gain is shown in equation (8).

여기서, 저항(R5)과 저항(R10)은 도 1의 플라이백 컨버터(110)에 도시된 전압 센스용 저항이다. 반면, 전류제어부는 네거티브 출력센싱방법을 사용하여 구현되었으며, 입력전류 대 출력전류의 이득은 수학식 9와 같다.Here, the resistors R5 and R10 are voltage sense resistors shown in the flyback converter 110 of FIG. 1. On the other hand, the current control unit is implemented using a negative output sensing method, the gain of the input current versus the output current is expressed by Equation 9.

여기서, 저항(R28)과 저항(R29)은 전류 센싱용 저항이고, 0.01은 전류 센싱용 저항값이다. 또한, PWM 제어신호의 스위칭 주파수는 캐패시터(C12)와 저항(R21)에 의해 결정되며 수학식 10과 같이 구할 수 있다.Here, the resistors R28 and R29 are current sensing resistors, and 0.01 is a current sensing resistance value. In addition, the switching frequency of the PWM control signal is determined by the capacitor C12 and the resistor R21 and can be obtained as shown in Equation 10.

이러한 주파수(f)로 발생된 PWM 제어신호가 버퍼(Q10,Q11)를 통해 플라이백 컨버터(110)의 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)의 게이트단으로 인가되어 이 스위칭 트랜지스터(Q5,Q6)를 구동하게 된다.The PWM control signal generated at the frequency f is applied to the gate terminal of the switching transistors Q5 and Q6 of the flyback converter 110 through the buffers Q10 and Q11 to drive the switching transistors Q5 and Q6. Done.

다음에는, 전력 제어부(150)의 동작을 도 4를 참조하여 설명하면, 이는 다이오드를 이용한 역관계 특성곡선을 간략화시켜 입력전압이 변동하여도 전력이 일정하도록 제어한다. 입력 V+에서 오피앰프(U5A)의 전단까지의 기본적인 동작원리를 먼저 살펴보면, 저항(R33)의 양단전압(V1)과 저항(R35)의 양단전압(V2) 및 저항(R38)의 양단전압(V3)은 특성곡선의 기울기가 달라지는 전압을 규정하고, 저항(R32∼R38,R44∼R46)들은 다이오드(D16,D17,D18)가 도통했을 때 등가저항을 변화시켜 곡선의 기울기를 변화시킨다. 즉, 이 부분은 2차 특성곡선을 간략화하는 기능을 가진다.Next, the operation of the power controller 150 will be described with reference to FIG. 4, which simplifies the inverse characteristic curve using a diode to control the power to be constant even if the input voltage changes. Looking at the basic operation principle from the input V + to the front end of the operational amplifier (U5A) first, the voltage (V1) of both ends of the resistor (R33), the voltage of both ends (V2) of the resistor (R35) and the voltage of both ends (V3) of the resistor (R38). ) Defines the voltage at which the slope of the characteristic curve varies, and the resistors R32 to R38, R44 to R46 change the slope of the curve by changing the equivalent resistance when the diodes D16, D17, and D18 are conducted. That is, this part has a function of simplifying the secondary characteristic curve.

오피앰프(U5A)는 버퍼로서 다이오드회로의 출력 임피던스를 낮추는데 사용되고, 오피앰프(U5B)는 뺄셈회로로서 다이오드를 이용하여 만든 특성곡선을 반전함으로써, 입력전압 대 입력전류의 특성곡선을 얻는다. 즉, 램프가 점화가 되면 입력쪽에서 가해지는 전력은 일정한 상태를 유지하면서 램프의 출력쪽 전류가 증가하게 되므로 전압은 떨어지게 된다.The op amp U5A is used as a buffer to lower the output impedance of the diode circuit, and the op amp U5B is a subtraction circuit to invert the characteristic curve made using the diode to obtain a characteristic curve of the input voltage versus the input current. That is, when the lamp is ignited, the voltage applied to the output side of the lamp increases while the power applied from the input side remains constant.

램프를 오랫동안 켜두었다가 끈 후, 즉시 램프를 다시 켤 경우에는 램프가 충분히 가열되어 있고 램프내 가스의 이온화가 많이 진행되어 있는 상태이므로 가스의 이온화를 위한 전류가 필요하지 않기 때문에 전압강하가 많이 일어나지 않는다. 즉, 램프의 웜업동작이 필요하지 않고 바로 전력의 안정화단계로 진입하여 전류의 크기를 감소시키게 된다.If the lamp is turned on for a long time and then turned off immediately, when the lamp is turned on again, since the lamp is sufficiently heated and the ionization of the gas in the lamp is in progress, the voltage drop does not occur much because no current is required for the ionization of the gas. . In other words, the warm-up operation of the lamp is not required, and the power enters the stabilization stage to reduce the magnitude of current.

그러나, 램프가 완전히 식어있을 경우 램프내 가스이온화를 위하여 전류가 많이 흐르게 되고 램프의 웜업을 위하여 많은 에너지를 필요하게 되므로 전류명령치를 줄이지 않고 일정하게 유지하는 웜업동작을 수행하게 된다.However, when the lamp is completely cooled, a lot of current flows for gas ionization in the lamp, and a lot of energy is required for warming up the lamp, thereby performing a warm-up operation to maintain a constant voltage without reducing the current command value.

이때, 웜업동작의 수행여부는 램프의 입력전압이 50V보다 높으냐 낮으냐를 가지고 판단하게 되는데, 저항(R40,R41,R48,R49)은 램프의 입력전압에 대한 전류명령치의 값을 변화시킨다. 즉, 저항(R48,R49)은 정상상태의 전류명령치( Icom2 )를 결정하고, 저항(R40,R41)은 초기 전류명령치( Icom1 )를 결정한다.At this time, whether the warm-up operation is performed is determined based on whether the input voltage of the lamp is higher or lower than 50V. The resistors R40, R41, R48, and R49 change the value of the current command value with respect to the input voltage of the lamp. That is, the resistors R48 and R49 are current command values in a steady state ( I com2 ) And resistors R40 and R41 are initial current command values ( I com1 Is determined.

초기상태에서는 다이오드(D14)를 통하여 초기 전류명령치가 캐패시터(C19)에 충전된다. 램프가 켜지고 램프가 웜업동작이 필요한 경우, 램프출력전압(VO)이 50V보다 낮은 경우에는 낸드게이트(U4C,U4D)의 최종출력이 로우 레벨이므로 트랜지스터(Q12)가 턴 오프되어 있으므로 전류명령치는 초기값을 유지한다. 그 후, 램프의 웜업이 충분히 되어 램프출력전압(VO)이 50V보다 높게 되면, 낸드게이트(U4C,U4D)의 최종 출력이 하이 레벨이 되어 트랜지스터(Q12)가 턴 온되므로 다이오드(D14)를 통한 전류의 통로가 차단되어 캐패시터(C19)에 충전되어 있던 전압은 저항(R28,R29)을 통하여 방전을 하기 시작한다. 전류명령치가 저항(R48,R49)에 의한 최종 명령치에 도달하면 다이오드(D15)에 의해 더 이상의 방전을 하지 않고 정상상태의 전류명령치를 유지하게 된다.In the initial state, the initial current command value is charged to the capacitor C19 through the diode D14. When the lamp is turned on and the lamp needs warm-up operation, when the lamp output voltage (V O ) is lower than 50V, the current command value is changed because the transistor Q12 is turned off because the final output of the NAND gates U4C and U4D is low level. Keep the initial value. After that, when the lamp warms up sufficiently and the lamp output voltage VO becomes higher than 50V, the final output of the NAND gates U4C and U4D becomes high and the transistor Q12 is turned on so that the diode D14 is turned on. The passage of the current through is cut off and the voltage charged in the capacitor C19 starts to discharge through the resistors R28 and R29. When the current command value reaches the final command value by the resistors R48 and R49, the diode D15 does not discharge any more and maintains the current command value in a steady state.

다음, 게이트 구동부(160)의 동작을 도 5를 참조하여 설명하면, 이는 풀-브리지 컨버터(120)에 500∼600Hz의 게이팅신호를 발생하는 부분으로 멀티바이브레이터부분과 게이트 구동부분으로 나뉘어진다. 멀티바이브레이터부분은 낸드게이트(U6A,U6B)를 이용하여 구현되며 출력주파수는 저항(R56), 캐패시터(C23), 저항(R57) 및 캐패시터(C24)를 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 또한, 저항(R56)-캐패시터(C23)와 저항(R57)-캐패시터(C24)비를 적절하게 조절하면 출력펄스의 듀티비를 조절할 수 있다.Next, the operation of the gate driver 160 will be described with reference to FIG. 5, which generates a gating signal of 500 to 600 Hz to the full-bridge converter 120. The gate driver 160 is divided into a multivibrator portion and a gate driver portion. The multivibrator portion is implemented using NAND gates U6A and U6B, and the output frequency can be adjusted by changing the resistor R56, the capacitor C23, the resistor R57 and the capacitor C24. In addition, the duty ratio of the output pulse can be adjusted by appropriately adjusting the ratio of the resistors R56-capacitor C23 and the resistors R57-capacitor C24.

이와 같은 멀티바이브레이터부분에서 출력되는 펄스에 의해 낸드게이트(U6D,U6C)의 출력이 변화되는데, 낸드게이트(U6D)가 하이 레벨일 때 낸드게이트(U6C)는 로우 레벨이 된다. 낸드게이트(U6D)가 하이 레벨일 경우 트랜지스터(Q1,Q3)는 턴 온되고, 낸드게이트(U6C)가 로우 레벨일 경우 트랜지스터(Q2,Q4)는 턴 오프된다.The outputs of the NAND gates U6D and U6C are changed by the pulses output from the multivibrator section. When the NAND gate U6D is at a high level, the NAND gate U6C is at a low level. The transistors Q1 and Q3 are turned on when the NAND gate U6D is at a high level, and the transistors Q2 and Q4 are turned off when the NAND gate U6C is at a low level.

트랜지스터(Q1)가 턴 온되면, 전원전압(VCC), 다이오드(D26), 캐패시터(C25), 트랜지스터(Q1), 접지(GND)를 통해 캐패시터(C25)가 전원전압(VCC)으로 충전되고, 이 충전된 전압은 다음 주기동안 MOSFET(Q4)를 도통시키는데 사용된다. 이 MOSFET(Q4)가 도통하면 소오스와 전원(VCC) 사이의 전압차의 대부분이 다이오드(D26)에 걸리므로 이 다이오드는 견딜 수 있는 역전압이 충분히 큰 것을 사용한다.When the transistor Q1 is turned on, the capacitor C25 is charged to the power supply voltage V CC through the power supply voltage V CC , the diode D26, the capacitor C25, the transistor Q1, and the ground GND. This charged voltage is then used to conduct MOSFET Q4 for the next period. When the MOSFET Q4 conducts, most of the voltage difference between the source and the power supply V CC is applied to the diode D26, so that the diode uses a sufficiently large reverse voltage that can be tolerated.

다음, 점화기(170)의 동작을 도 6을 참조하여 설명하면, 프로젝트램프인 D1램프 또는 D2S램프는 다른 고압가스방전등과 달리 기동시 가스방전을 일으키는 전압이 수만 볼트에 이르는 특징을 가진다. 이러한 고전압은 2단계의 과정을 통하여 얻어지는데, 이는 플라이백 컨버터(110)와 점화기(170)를 통해 이루어진다. 즉, 점화기(170)는 플라이백 컨버터(110)로부터 1차적으로 1500∼1800V 정도의 직류전압을 얻고, 이를 방전소자(170)를 이용하여 순간적으로 방전시킴으로써 트랜스포머(T4)를 통하여 2차측으로 수만 볼트에 이르는 전압을 램프에 가하여 방전이 일어나게 한다.Next, the operation of the igniter 170 will be described with reference to FIG. 6. Unlike other high-pressure gas discharge lamps, the D1 lamp or the D2S lamp, which is a project lamp, has a characteristic that a voltage causing gas discharge at startup reaches tens of thousands of volts. This high voltage is obtained through a two-step process, which is achieved through the flyback converter 110 and the igniter 170. That is, the igniter 170 first obtains a DC voltage of about 1500 to 1800 V from the flyback converter 110, and discharges it instantaneously using the discharge device 170 to the second side through the transformer T4. A voltage up to volts is applied to the lamp to cause discharge.

이를 상세하게 설명하면, 1500∼1800V의 직류전압이 점화기(170)의 블랙단자와 블루단자 사이에 인가되면 전압의 대부분이 방전소자(171)에 걸리게 되고, 이로 인해, 방전소자(171)는 방전을 일으켜 순간적으로 전류가 흐른다. 이때 트랜스포머(T4)의 승압기능에 의해 2차측에는 최저 12000V에서 최고 30000V의 고전압이 발생하고, 이 고전압이 램프에 인가되어 램프가 방전을 시작한다. 여기서, 트랜스포머(T4)의 특징은 공심코어를 사용하여 2차측에 고전압을 유기하고, 그것의 인덕턴스의 영향은 최소화한 것이다. 아울러, 트랜스포머(T4)의 1차측과 2차측에는 고전압이 인가되고 유기되므로 철저한 절연이 필요하다.In detail, when a DC voltage of 1500 to 1800 V is applied between the black terminal and the blue terminal of the igniter 170, most of the voltage is applied to the discharge element 171, whereby the discharge element 171 discharges. Cause an instantaneous current to flow. At this time, the voltage boosting function of the transformer T4 generates a high voltage of 22,000 V up to 30000 V on the secondary side, and the high voltage is applied to the lamp to start discharging the lamp. Here, the characteristic of the transformer T4 is to induce high voltage on the secondary side using an air core and minimize the influence of its inductance. In addition, since high voltage is applied and induced on the primary side and the secondary side of the transformer T4, thorough insulation is required.

본 발명에서 직류-직류 컨버터는 플라이백 컨버터를 사용하고 있지만 그 외에 푸쉬풀 컨버터(push-pull converter), 포워드 컨버터(forward converter) 등을 사용할 수 있고, 직류-교류 컨버터로는 풀-브리지 컨버터(full-bridge converter)외에 하프-브리지 컨버터(half-bridge converter)를 사용할 수 있다.In the present invention, the DC-DC converter uses a flyback converter, but in addition, a push-pull converter, a forward converter, and the like can be used, and the DC-AC converter is a full-bridge converter ( In addition to a full-bridge converter, a half-bridge converter may be used.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 광효율이 월등한 프로젝트램프를 자동차의 헤드램프로 적용할 때 프로젝트램프를 원활하게 점등하기 위한 가스방전등의 점등장치를 제공함으로써, 입력전압이 변동되어도 안정된 광출력을 내고, 초기 과전류를 제한하여 램프의 수명을 연장시키며, 소형화 및 경량화를 이루는 동시에 회로가 간단하여 신뢰성이 향상되는 등의 효과가 있다.As described above, the present invention provides a lighting device such as a gas discharge lamp for smoothly lighting the project lamp when the project lamp having excellent light efficiency is applied to the headlamp of an automobile, thereby providing stable light output even when the input voltage is changed. It extends the life span of the lamp by limiting the initial overcurrent, achieves miniaturization and light weight, and improves reliability by simplifying the circuit.

Claims (3)

축전지의 출력전압을 일정 레벨의 직류전압으로 변환하여 점화기로 제공함과 아울러 상기 축전지의 출력전압을 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압으로 변환하여 직류-교류 컨버터로 제공하는 직류-직류 컨버터;DC-DC converter that converts the output voltage of the battery into a DC voltage of a predetermined level and provides it to the igniter, and converts the output voltage of the battery into a DC voltage of a level that varies according to the ignition state of the lamp and provides the DC-AC converter. ; 상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 가변되는 레벨의 직류전압을 구형파 교류전압으로 변환하여 출력하고, 램프의 초기 점등시 과전류로부터 램프를 보호하는 상기 직류-교류 컨버터;The DC-AC converter converts a variable level DC voltage output from the DC-DC converter into a square wave AC voltage and outputs the DC voltage, and protects the lamp from overcurrent when the lamp is initially turned on. 변동하는 상기 축전지의 출력전압을 변환하여 점등회로의 각 부로 일정한 레벨의 제어전압을 제공하는 전원부;A power supply unit for converting the output voltage of the variable battery to provide a control voltage of a constant level to each part of the lighting circuit; 상기 축전지의 출력전압과 출력전류를 입력받아 상기 직류-직류 컨버터를 제어하여, 상기 직류-직류 컨버터로부터 일정 레벨의 직류전압과 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압이 각각 출력될 수 있도록 하는 PWM 제어부;The DC-DC converter is controlled by receiving the output voltage and the output current of the battery, so that a DC voltage of a predetermined level and a DC voltage varying according to an ignition state of a lamp are output from the DC-DC converter. PWM control unit; 변동되는 상기 축전지의 출력전압을 입력받아 출력전력을 일정한 레벨로 유지시켜서 램프의 광량을 일정하게 제어하는 전력 제어부;A power controller configured to control the light amount of the lamp by receiving the output voltage of the battery, which is varied, and maintaining the output power at a constant level; 상기 직류-교류 컨버터로부터 구형파 교류전압이 출력되도록 제어신호인 게이팅신호를 제공하는 상기 게이트 구동부; 및The gate driver providing a gating signal as a control signal to output a square wave AC voltage from the DC-AC converter; And 상기 직류-직류 컨버터에서 출력되는 고전압과 직류-교류 컨버터에서 출력되는 구형파 교류전압을 입력받아 램프의 기동전압을 출력하는 점화기를 포함하며 구성된 것을 특징으로 하는 가스방전등의 점등회로.And a igniter configured to receive a high voltage output from the DC-DC converter and a square wave AC voltage output from the DC-AC converter to output a starting voltage of the lamp. 제1항에 있어서, 상기 직류-직류 컨버터는 플라이백 컨버터인 것을 특징으로 하는 가스방전등의 점등회로.2. The lighting circuit of a gas discharge lamp according to claim 1, wherein the DC-DC converter is a flyback converter. 제1항에 있어서, 상기 직류-교류 컨버터는 풀-브리지 컨버터인 것을 특징으로 하는 가스방전등의 점등회로.The lighting circuit of a gas discharge lamp according to claim 1, wherein the DC-AC converter is a full-bridge converter.
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