KR100334379B1 - 방전등을펄스로동작시키기위한방법 - Google Patents

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Abstract

방전등, 특히 나트륨 고압방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로는 양의 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터(2) 외에 2중 반 브리지(3)를 포함한다. 상기 2중 반 브리지는 펄스단계 또는 홀딩단계를 발생시키기 위한 스위칭 수단으로서 트랜지스터(T1,T2;T3,T4)를 갖출 2개의 병렬접속된 반 브리지로 이루어지며, 각각의 반 브리지는 분리되어 제어되고 각각의 반 브리지에는 하나의 고유전류 제한 인덕터(L1,L2)가 할당된다. 또한, 상기 2중 반 브리지는 2개의 직렬접속된 커패시터(C1,C2)로 이루어진 간접커패시터 및 통합된 펄스점화회로(4)를 포함한다.

Description

방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로{METHOD FOR PULSE-OPERATING DISCHARGE LAMP}
본 발명은 방전등, 특히 나트륨 고압방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로에 관한 것이다.
방전등, 특히 나트륨 고압 방전등의 펄스동작은 회로의 파워 일렉트로닉스에대한 매우 높은 요구를 갖는다. 독일 특허출원 P 43 01 276.0호에 나타나는 바와같이, 나트륨 고압 방전등에서는 아아크 강하전압, 발광효율, 색온도 및 색재연 인덱스와 같은 조명기술적 데이타의 최상조절은 증기압의 조절에 의해 이루어질 수 있다. 증기압에 대한 제어값으로서 전등내의 플라즈마의 임피던스가 사용될 수 있으며, 이 경우 전등의 안정된 동작을 위해서는, 전등의 임피던스가 발견된 값을 취하도록 파워 서플라이의 출력을 조절할 필요가 있다.
전등의 임피던스는 전등전압과 전등전류의 상 형성에 의해 얻어질 수 있으며, 펄스동작시 펄스단계에서의 값 및 홀딩단계에서의 값이 사용될 수 있다.
미리 주어진 출력 임피던스 및 선간 전압변동에 대해 안정된 개로 전압을 가진 파워서플라이의 사용시 전등에서의 전류 또는 전압을, 증기압의 최적값 및 그에 따라 색 재현 특성, 발광효율 및 아아크 강하전압의 최적값에 상응하는 미리 정해진 설정값으로 조절하기만 하면 된다. 선간 전압변동에 대해 안정된 개로전압 및 미리 주어진 출력 임피던스를 가진 파워 서플라이에 의한 전등의 펄스동작의 경우, 펄스전압, 펄스전류, 홀딩전압 또는 홀딩전류의 값중 하나면 제어값으로 충분하다. 이 경우, 전등파워의 재조절은 선택적으로 홀딩파워 및/또는 파워펄스의 폭 및 간격의 변동에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 펄스단계동안 순간 파워의 변동에 의한 나트륨 고압방전등의펄스동작시 색온도가 독일 특허출원 P 43 01 256.6 호에서 설명되는 바와같이, 2500 내지 3000K 이상으로 자유로이 설정될 수 있는 것으로 나타났다.
독일 특허공개 제 41 23 187호에는 가스방전등의 펄스동작을 위한 안정기가공지되어 있다. 전기안정기는 자체 동작되는 또는 외부 제어되는 반 또는 전 브리지 회로 및 단일 리액턴스로 이루어진다. 이러한 회로구성은 나트륨 고압방진등의 펄스동작시 홀딩단계(홀딩 전류동작) 또는 펄스단계(펄스전류동작)에 전류를 매칭시키기 위해 브리지 회로의 주파수 변동을 필요로 한다. 전등전류 진폭이 홀딩단계와 펄스단계 사이에서 펙터 100 이하로 변동될 수 있기 때문에, 상기 반 또는 전 브리지 회로가 복잡한 기술 및 많은 비용으로만 구현될 수 있다. 또한, 회로가 동작전류 및 동작주파수와 관련해서 높은 유연성을 가져야 하며, 이것은 홀딩전류동작 및 펄스전류 동작을 발생시키기 위한 단 하나의 브리지에서 주파수 편이에 의해 실현될 수 없다.
본 발명의 목적은 전술한 단정을 갖지 않으면서 동작전류 및 동작주파수의 선택에 대한 가급적 높은 자유도를 갖도록, 방진 등, 특히 나트륨 고압방전등의 펄스동작을 위한 회로를 형성하는 것이다. 또한, 회로는 간단하고 저렴한 색온도 전환을 가능하게 해야 한다. 동작시 음향적 장애도 더욱 저지되어야 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 방전등, 특히 나트륨 고압방전등의 펄스동작을 위한 회로가 양의 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터 및 상기 제너레이터에 접속된 2중 반 브리지를 포함하며, 상기 2증 반 브리지는 펄스단계 또는 홀딩단계를 발생시키기 위한 스위칭 수단으로서 트랜지스터를 갖춘 2개의 병렬접속된 반 브리지, 2개의 직렬접속된 커패시터로 분할되는 간접 커패시터, 및 펄스단계를 발생시키기 위한 반 브리지에 통합된 방전등의 점화를 위한 펄스점화 회로로 이루어지고, 상기 반 브리지 각각은 분리되어 제어되며 각각의 브리지에는 하나의 고유 전류제한 인덕터가 할당되고, 상기 2개의 커패시터는 반 브리지의 트랜지스터와 병렬로 접속됨으로써 달성된다. 상기 회로의 다른 바람직한 특징은 특허청구의 범위 종속항에 제시된다.
분리되어 제어되는 2개의 병렬접속된 반브리지, 및 각각의 반 브리지에 할당된 하나의 고유 인덕터로 회로를 구성함으로써, 펄스단계 및 홀딩당계가 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 이것은 펄스동작을 동작될 방전등의 요구에 완전히 자유로이 매칭시킬 수 있게 한다. 또한, 2500 내지 3000K 범위로 나트륨 고압 방전등의 의도치 않은 색온도 전환시 제한이 없다.
반 브리지의 트랜지스터에 대해 병렬로 2개의 직렬접속된 커패시터로 간접 커패시터를 분할하는 것은 많은 장점을 갖는다 : 2개의 커패시터가 제로점 통과동안 에너지 버퍼로서의 간접 커패시터의 통상의 과제와 더불어 결합커패시터의 과제도 이행한다는 것이다. 이것은 상기 회로구성에서 전압레벨을 발생시키는데 사용되므로, 부하, 즉 전등의 교류동작이 가능해진다. 2개의 커패시터는 바람직하게는 동일한 크기의 커패시턴스를 가지며, 이것은 트랜지스터의 완전한 대칭동작을 보장한다. 또한, 커패시터는 바람직하게는 전해 커패시터로 실시됨으로써, 통상적으로 사용되는 막 커패시터와는 달리 전기변형에 의한 가청범위에서의 부하전류 교체시 잡음이 발생되지 않는다. 전해커패시터는 부가로 에너지 저장력과 체적사이의 매우 바람직한 비율을 갖는다.
회로는 2중 반 브리지내에 통합된, 전등의 스타트를 위한 펄스 점화회로를 가지므로, 부가의 파워 서플라이 유니트를 갖춘 외부의 점화회로가 생략될 수 있다. 펄스점화회로는 바람직하게는 스파크구간 또는 반도체 스위치(예컨대, Sidac), 커패시터 및 코일의 직렬회로로 이루어진다. 상기 코일은 한편으로는 2중 반 브리지의 양의 입력에 접속되고 다른 한편으로는 저항 및 스위치를 통해 2중 반 브리지의 음의 입력에 접속된다. 이경우, 상기 코일은 펄스단계를 발생시키기 위한 반 브리지의 전류제한 인덕터에 설치되므로 회로의 부하구간으로 펄스 점화전압의 매우 간단한 공급을 가능하게 한다.
2중 반 브리지의 입력에 필요한 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터는 가장 간단한 경우에 단 하나의 브리지 정류기로 이루어진다. 이에비해, 방전등의 점화 및 동작을 위한 라인전압에 대해 변동되는 간접직류를 필요로 하면, 제너레이터는 바람직하게는 브리지 정류기외에 예컨대 조정기 형태의 스위칭 네트워크부를 포함한다. 상기 스위칭 네크워크부는 또한 사인파형 전류소비를 가능하게 한다.
회로는 2중 반 브리지에 의해, 펄스단계용 반 브리지의 두 트랜지스터의 중간탭에서 적접 전등전압에 비례하는 제어용 전압이 탭될 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 상기 탭가능성은 방전등의 최적 동작을 간소화시킨다.
본 발명에 따른 회로를 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명하면 다음과 같다.
도면은 80W 의 정격출력을 가진 나트륨 고압 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 본 발명에 따른 회로를 나타낸다.
회로는 간섭억압필터(1), 420V의 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터(2), 및 통합된 펄스점화회로(4)로 이루어진다.
간섭억압필터(1)는 공지된 종래의 구성을 가지며 여기서는 상세히 설명되지않는다. 직류전압 제너레이터(2)는 정류기 브리지 및 공지된 구성의 조정기를 포함하며 420V의 안정된 직류전압을 출력한다.
2중 반 브리지(3)는 홀딩단계를 발생시키기 위한 제너레이터(2)의 출력과 병렬로 2재의 직렬접속된 MOS-FET(T3),(T4)를 갖춘 제 1 반 브리지를 포함한다. 두 트랜지스터(T3),(T4)의 제어는 외부제어장치로 부터 홀딩단자(S1) 및 (S2)를 통해 제어회로(A3) 또는 (A4)에 의해 이루어진다.
제 1 반 브리지와 병렬로, 2개의 직렬접속된 파워트랜지스터(T1),(T2) 및 회복 다이오드(D1),(D2)를 갖춘 제 2 반 브리지가 접속된다. 상기 두 트랜지스터(T1),(T2)의 제어는 동일한 외부제어장치로 부터 펄스 단자(P1) 및 (P2)를 통해 제어회로(A1),(A2)에 의해 이루어진다. 제어회로(A1) 내지 (A4)는 그 회로에 통상적인 구성을 가지며 여기서는 상세히 설명되지 않는다.
제 2 반 브리지와 병렬로, 간접 커패시터로서 2개의 동일한 크기의 전해커패시터(C1) 및(C2)가 접속된다.
홀딩단계용 2개의 MOS-FET(T3),(T4)의 중간 탭(M2)과 파워 트랜지스터(T1),(T2)의 중간 탭(M1) 사이에는 홀딩동작용 전류제한 인덕터(L2)가 접속된다. 파워 트랜지스터(T1),(T2)의 중간 탭(M1)과 두 전해 커패시터(C1),(C2)의 중간 탭(M3)사이에는 펄스단계용 전류제한 인덕터(L1)와 나트륨 고압 방전등(E)이 직렬로 접속된다.
펄스점화회로(4)는 커패시터(C3), 코일(L1')및 스위칭 스파크구간(FS)의 직렬회로로 이루어진다. 이것은 한편으로는 2중 반 브리지(3)의 양의 입력에, 그리고저항(R1) 및 스위치(S)를 통해 2중 반 브리지(3)의 음의 입력에 접속된다. 전등내로 점화전압을 공급하는 것은 전류제한 인덕터(L1)상에 부가의 코일(L1')을 설치함으로써 이루어진다. 펄스점화회로는 외부로 부터 저항(R1)과 스위치(S) 사이의 점화단자(Z)를 통해 제어된다. 2중 반 브리지(3)는, 트랜지스터(T1),(T2)가 차단될때, 즉 홀딩단계가 액티브상태일때, 커패시터(C4) 및 저항(R2)을 통해 중간탭(M1)에서 전등전압에 비례하는 전압(LS)이 탭될 수 있게 한다.
하기 표에는 80W-나트륨 고압방전등의 펄스동작을 위한 본 발명에 따른 회로에 사용된 부품이 제시된다 :
T1,T2 : IGBT 30A, 600V
T3,T4 : BUZ 74A, 400V
D1,D2 : 다이오드 3A, 600V
L1 : 85μH
L2 : 2,3μH
C1,C2 : 150μF, 250V
R1 : 100KΩ
C3 : 0.33μF;, 400V
FS : KAS 03X, 350V
L1' : 0.5μH
도면은 본 발명에 따른 회로의 실시예를 나타낸 회로도,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 간섭억압필터 2 : 제너레이터
3 : 2중 반 브리지 4 : 펄스 점화회로
C1,C2,C3 : 커패시터 E : 나트륨 고압 방전등
FS : 스파크구간 L1,L2 : 인덕터
L1' : 코일 M1 : 중간 탭
R1,R2 : 저항 S : 스위치
T1,T2,T3,T4 : 트랜지스터

Claims (9)

  1. 나트륨 고압 방전등(E)을 포함하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로에 있어서,
    상기 회로가 양의 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터(2), 및 상기 제너레이터에 접속된 2중 반 브리지(3)를 포함하며, 상기 2중 반 브리지는
    - 펄스단계 또는 홀딩단계를 발생시키기 위한 스위칭 수단으로서 트랜지스터(T1,T2;T3,T4)를 갖춘 2개의 병렬접속된 반 브리지,
    - 2개의 직렬 접속된 커패시터(C1,C2)로 분할된 간접 캐패시터, 및
    - 펄스단계의 발생을 위한 반 브리지에 통합된 방전등을 점화시키기 위한 펄스점화회로(4)로 이루어지고, 상기 반 브리지 각각은 분리되어 제어되며 각각의 반 브리지에는 하나의 고유 전류제한 인덕터(L1,L2)가 할당되고, 상기 2개의 커패시터(C1,C2)는 반 브리지의 트랜지스터(T1,T2; T3,T4)와 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 제너레이터가 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 제너레이터(2)가 정류기 및 직렬접속된 스위칭 네트워크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  4. 제 1항에 있어서, 간접 커패시터의 2개의 직렬접속된 커패시터(C1,C2)가 전해 커패시터인 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  5. 제 1항에 있어서, 간접 커패시터의 2개의 직렬접속된 커패시터(C1,C2)가 동일한 크기의 커패시턴스를 갖는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  6. 제 1항에 있어서, 통합된 펄스점화회로(3)가 스파크구간(FS), 커패시터(G3) 및 코일(L1')의 직렬회로로 이루어지고, 상기 코일은 한편으로는 2중 반 브리지의 양의 입력에 접속되며 다른 한편으로는 저항(R1) 및 스위치(S)를 통해 2중 반 브리지의 음의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  7. 제 1항에 있어서, 통합된 펄스점화회로가 반도체 스위치, 커패시터 및 코일의 직렬회로로 이루어지고, 상기 코일은 한편으로는 2중 반 브리지의 양의 입력에 접속되며 다른 한편으로는 2중 반 브리지의 음의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  8. 제 6항에 있어서, 코일(L1')이 펄스전류를 발생시키기 위한 반 브리지의 전류 제한 인덕터(L1)상에 설치되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
  9. 제 1항에 있어서, 펄스단계용 두 트랜지스터(T1,T2)사이의 중간 탭(M1)에서 커패시터(C4) 및 저항(R2)을 통해 전등전압에 비례하는 제어용 전압(LS)이 탭될 수 있는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 회로.
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