KR100334382B1 - 방전등을펄스로동작시키기위한파워회로용제어회로 - Google Patents

방전등을펄스로동작시키기위한파워회로용제어회로 Download PDF

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Abstract

방전등, 특히 나트륨 고압 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로용 제어회로 버스트 제너레이터(BG), 홀딩 제너레이터(SG) 및 버스트 반복 제너레이터(WG)를 포함한다. 샘플-홀드 소자(SH)에 의해 파워회로의 전압 탭(LS)에서 순시의 실제값 전압이 탭된다. 감산기(SB)는 상기 전압을 설정값 전압과 비교하며, 다를때 적분조정기(IR)가 버스트 반복 제너레이터에서 주파수 변동을 일으키게 한다.

Description

방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로용 제어회로
본 발명은 방전등, 특히 나트륨 고압방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로용 제어회로에 관한 것이다.
방전등, 특히 나트륨 고압 방전등의 펄스동작은 회로의 파워 일렉트로닉스에 대한 매우 높은 요구를 갖는다. 독일 특허출원 P 43 01 276.0호에 나타나는 바와 같이, 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 파워서플라이의 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 점해진 설정값으로 조절 하기만 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 고압방전등의 펄스동작시 색온도가 독일 특허출원 P 43 01 250.6 호에서 설명되는 바와같이, 2500 내지 3000K 이상으로 자유로이 설정될 수 있는 것으로 나타났다.
독일 특허출원 제 P 44 08 314.9 호에는 전등의 최상동작을 보장하는, 방전등, 특히 나트륨 고압방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로가 개시되어 있다. 상기 파워회로는 분리되어 트리거되는 2개의 병렬접속된 반 브리지를 포함하며, 각각의 반 브리지에는 고유의 전류제한 인덕터가 설치되어 있다. 따라서, 인덕터에 따라 동작 주파수가 자유로이 선택될 수 있으면 홀딩 단계(홀딩 전류 동작) 및 펄스단계(펄스 전류 동작) 동안 전류의 독립적인 제어가 가능하므로, 펄스동작이 동작될 방전등 요구에 완전히 자유로이 매칭될 수 있다.
본 발명의 목적은 적은 수의 부품으로 저렴하게 구현되는, 전술한 파워회로용 제어회로를 제공하는 것이다. 제어회로는 파워회로에 의한 동작전류 및 동작 주파수의 구현에 있어서의 제한을 받지 않아야 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 방전등, 특히 나트륨 고압 방전등을 펄스로 동작 시키기 위한 파워회로로서,
- 양의 직류 전압을 발생시키기 위한 제너레이터,
- 펄스 단계 또는 홀딩단계를 발생시키기 위한 스위칭 수단으로서 트랜지스터를 갖춘 2개의 병렬 접속된 반 브리지 및 각각의 트랜지스터에 대한 제어단자로 이루어진 2중 반 브리지,
- 2중 반 브리지에 통합된, 점화 제어단자를 갖춘 펄스 점화회로, 및
- 커패시터 및 저항을 통해 펄스 단계용 두 트랜지스터 사이의 중간 탭으로 뻗은 전압 탭을 포함하는 파워회로용 제어회로에 있어서, 제어회로가
- 펄스 단계동안 일정 길이를 갖는 일정 수의 직사각형 제어신호를 발생시켜, 제어신호 그룹의 지속시간에 상응하는 신호와 함께 2개의 분리된 라인을 통해 논리 회로에 상기 제어신호 그룹을 상보적으로 공급하기 위한 버스트 제너레이터,
- 홀딩 단계 동안 일정 길이를 갖는 직사각형 제어신호를 지속적으로 발생시켜, 상기 제어신호를 2개의 분리된 라인을 통해 논리회로에 상보적으로 공급하기 위한 홀딩 제너레이터,
- 버스트 제너레이터의 제어신호 그룹에 대한 일정 반복 주파수를 세팅하기 위한 버스트 반복 제너레이터,
- 매 펄스단계 동안 펄스단계용 제어신호를 제어단자에 전달하고 펄스단계의 시간들 사이에 홀딩단계용 제어신호를 제어단자에 전달하기 위한 논리회로,
- 전압 탭을 통해 펄스단계용 두 트랜지스터 사이의 증간 탭에서 버스트 제너레이터의 제어신호 그룹 사이의 일정 시점에 대한 순시 실제값 전압을 탭하여 저장하는 샘플-홀드 소자,
- 상기 탭된 전압을 설정값 전압과 비교하는 감산기, 및
- 실제값 전압과 설정값 전압이 다를때 버스트 반복 제너레이터에 주파수 변동을 일으키는 적분조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작 시키기 위한 파워 회로용 제어회로에 의해 달성된다.
제어회로의 또 다른 바람직한 특징은 특허청구의 범위 종속항에 제시된다.
파워회로의 제어는 독일 특허출원 P 43 01 270.6호에 제시된 인식, 즉 전등에 공급되는 소비전력 및 그에 따라 방전등의 사용값을 결정하는 특성, 예컨대 색 재생이 전등전류를 흘릴때 전등 전류에 의존한다는 인식을 기초로 한다. 제어회로는 펄스 단계용 제어신호를 발생시키기 위한 버스트 제너레이터, 홀딩단계용 제어신호를 발생시키기 위한 홀딩 제너레이터, 및 펄스 단계 사이의 시간간격을 세팅하기 위한 버스트 반복 제너레이터로 이루어진다. 상기 구성부품에 의해 발생된 신호는 논리회로 및 적합한 트리거 회로를 통해 파워 회로의 트랜지스터의 펄스단자 또는 홀딩 단자로 전달된다. 논리회로는 홀딩단계 동안 펄스동작용 트랜지스터로 전달되는 신호가 0이고 펄스단계 동안 홀딩동작용 트랜지스터로 전달되는 신호가 0이도록 하기 위해 제공된다. 홀딩 단계동안 전압 탭을 통해 파워회로의 펄스단계용 두 트랜지스터 사이의 중간 탭에서 전등전압에 비례하는 전압이 탭되고 펄스 버스트 사이의 일정시점에서 샘플-홀드 소자에 저장된다. 감산기에 의해, 상기 전압이 나트륨 고압 방전등의 최상 동작을 제공하는 설정값 전압과 비교된다. 실제값 전압과 설정값 전압이 다르면, 적분 조정기가 버스트 반복 제너레이터에서 주파수 변동을 일으키고 그에 따라 전등에 공급되는 파워의 변동을 일으킨다. 상기 파워 변동은 전등전압을 변동시키는 결과를 가져온다. 따라서, 전등전압이 최상의 작동점으로 조절된다.
버스트 제너레이터 및 홀딩 제너레이터는 직사각형 제어펄스의 길이 변동을 제공한다. 또한, 버스트 제너레이터에서 한 그룹으로 통합되는 수의 신호가 변동될 수 있다. 이러한 회로구성은 색재생 인덱스의 변동없이 부가로 2500 내지 3000K의 나트륨 고압 방전등의 색온도 변동을 가능하게 한다. 따라서, 색온도는 독일 특허 출원 제 43 01 256.6호에 일반적으로 나타나는 바와같이, 펄스단계용 제어신호 수의 변동 및 상기 제어신호의 길이변동 및/또는 홀딩단계용 제어신호의 길이 및 적당히 변경된 설정값 전압에 대한 실제값 전압의 매칭에 의해 변동될 수 있다.
버스트 제너레이터 및 홀딩 제너레이터는 바람직하게는 제어된 발진기로 이루어진다. 버스트 제너레이터의 제어된 발진기 다음에는 발진 카운터가 접속되며, 상기 두 부품은 논리소자를 통해 연결된다.
버스트 반복 제너레이터는 바람직하게는 가변 주파수들 갖는 발진기로 이루어진다. 샘플-홀드 소자는 바람직하게는 제어가능한 스위치 및 후속 접속된 메모리 소자로 이루어지는 한편, 적분 조정기는 연산 증폭기 또는 디지탈 알고리즘으로 이루어진다.
제어회로는 바람직하게는 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 한편으로는 체킹 논리소자를 통해 파워회로내의 펄스 점화회로의 제어단자에 연결되고 다른 한편으로는 샘플-홀드 소자의 입력에 연결된다. 이로 인해, 나트륨 고압 방전등의 점화 체킹이 이루어진다. 전등에 인가되는 전압은 비교기에 의해 기준 전압과 비교된다. 상기 전압이 기준전압을 초과하면, 파워 회로에서 스위치의 폐쇄에 의해 펄스 점화회로가 활성화된다.
제어회로는 색온도 및 색재생 인덱스의 독립적인 세팅가능성과 더불어, 색온도에 많은 영향을 주지 않으면서 독일 특허출원 P 43 01 270.6호에 기재된 파워회로로 나트륨 고압 방전등의 파워조절을 가능하게 한다. 이것은 예컨대 외부 조명장치용 나트륨 고압 방전등의 파워를 밤동안 1/2 파워로 떨어뜨려 스위칭시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명을 첨부된 도면을 참고로 상세히 실명하면 다음과 같다.
제 2도는 나트륨 고압 방전등(E)을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로를 나타낸다.
독일 특허출원 제 43 01 276.6호에 개시된 바와같은 회로는 간섭억압필터(1), 직류전압을 발생시키기 위한 제너레이터(2), 및 통합된 펄스점화회로(4)를 갖춘 2중 반 브리지(3)로 이루어진다.
간섭억압필터(1)는 공지된 종래의 구성을 가지며 여기서는 상세한 설명되지 않는다. 직류전압 제너레이터(2)는 정류기 브리지 및 공지된 구성의 조정기를 포함하며 안정된 직류전압을 출력한다.
2중 반 브리지(3)는 홀딩단계를 발생시키기 위한 제너레이터(2)의 출력과 병렬로 2개의 직렬접속된 MOS-FEF(T3),(T4)를 갖춘 제 1 반 브리지를 포함한다. 두 트랜지스터(T3),(T4)의 트리거는 하기에 설명되는 제어회로로 부터 홀딩단자 (S1) 및 (S2)를 통해 트리거회로(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 트리거는 동일한 제어장치로 부터 펄스 단자(P1) 및 (P2)를 통해 트리거회로(A1),(A2)에 의해 이루어진다. 트리거회로(A1) 내지 (A4)는 그 회로에 통상적인 구성을 가지며 여기서는 상세히 설명되지 않는다.
제 2 반 브리지와 병렬로, 간접 커패시터로서 2개의 동일한 크기의 전해 커패시터(C1) 및 (C2)가 접속된다.
홀딩단계용 2개의 MOS-FET(T3),(T4)의 증간 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 직렬 회로로 이루어진다. 이것은 한편으로는 2중 반 브리지(3)의 양의 입력에, 그리고 저항(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.
또한, 커패시터(C4) 및 저항(R2)으로 이루어진, 전등전압에 비례하는 전압용 탭(LS)이 중간 탭(M)에 제공된다.
제 1도는 제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸다. 주요 구성 부분은 버스트 제너레이터(BG)의 제어신호 그룹의 반복 주파수를 세팅하기 위한 버스트 반복 제너레이터(WG), 펄스단계용 제어신호의 발생을 위한 버스트 제너레이터(BG), 및 홀딩 단계용 제어신호를 발생시키기 위한 홀딩 제너레이터(SG)이다. 각각 2개의 라인을 통해 버스트 제너레이터(BG) 및 홀딩 제너레이터(SG)가 논리회로(LK)에 접속된다. 상기 논리회로(LK)는 버스트의 지속시간에 대한 부가의 신호(B)에 의해 버스트 제너레이터(BG)와 홀딩 제너레이터(SG)의 인터 로킹을 수행하고 신호를 펄스단자 (P1),(P2)로 또는 파워회로의 트랜지스터의 홀딩단자(S1),(S2)로 전달한다.
버스트 반복 제너레이터(WG)는 반복 주파수의 제어를 위해 적분조정기(IR), 설정값 비교를 수행하는 감산기(SB), 및 샘플-홀드 소자(SH)를 통해 파워회로의 전압 탭(LS)에 연결된다. 또한, 펄스 점화회로의 제어를 위해 점화제어 단자(Z)가 체킹 논리소자(ZL) 및 비교기(K)를 통해 샘플-홀드 소자(SH)의 입력에 연결된다.
개별 기능소자는 이산 형태로, 즉 발진기 또는 연산 증폭기로 구현될 수 있다. 그러나, 전슬한 기능소자가 마이크로 콘트롤러로 실시될 수 있다. 이 경우, 개별기능은 프로그램 알고리즘에 의해 수행된다.
제 3도는 펄스단계에 대한 트랜지스터의 펄스단자(P1),(P2) 및 홀딩 단계에 대한 트랜지스터의 홀딩단자(S1),(S2)에서 얻어지는 제어신호의 시간에 따른 파형, 및 상기 제어에 의해 파워회로로 부터 발생되는, 방전램프에 이용될 수 있는 펄스형 전류(IL)를 나타낸다.
제 1도는 제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록회로도.
제 2도는 파워회로의 구성을 나타낸 회로도.
제 3도는 제어회로에 의해 발생되는 제어신호의 파형도.
* 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 : 저항 S : 스위치
T1,T2,T3,T4 : 트랜지스터

Claims (9)

  1. 나트륨 고압 방전등을 포함하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로로서,
    - 양의 직류 전압을 발생시키기 위한 제너레이터(2),
    - 펄스 단계 또는 홀딩 단계를 발생시키기 위한 스위칭 수단으로 트랜지스터(T1,T2 ; T3,T4)를 갖춘 2개의 병렬 접속된 반 브리지 및 각각의 트랜지스터(T1,T2 ; T3,T4)에 대한 제어단자(P1,P2 ; S1,S2)로 이루어진 2중 반 브리지(3),
    - 2중 반 브리지(3)에 통합된, 점화제어단자(Z)를 갖출 펄스 점화회로(4), 및
    - 커패시터(4) 및 저항(R2)을 통해 펄스 단계용 두 트랜지스터(T1,T2) 사이의 중간 탭(M1)으로 뻗은 전압 탭(LS)을 포함하는 파워회로용 제어회로에 있어서,
    - 펄스 단계동안 일정 길이를 갖는 일정 수의 직사각형 제어신호를 발생시켜, 제어신호 그룹의 지속시간에 상응하는 신호와 함께 2개의 분리된 라인을 통해 논리회로(LK)에 상기 제어신호 그룹을 상보적으로 공급하기 위한 버스트 제너레이터(BG),
    - 홀딩 단계 동안 일정 길이를 갖는 직사각형 제어신호를 지속적으로 발생시켜, 상기 제어신호를 2개의 분리된 라인을 통해 논리회로(LK)에 상보적으로 공급하기 위한 홀딩 제너레이터(SG),
    - 버스트 제너레이터(BG)의 제어선호 그룹에 대한 일정 반복 주파수를 세팅 하기 위한 버스트 반복 제너레이터(WG),
    - 매 펄스 단계동안 펄스단계용 제어신호를 제어단자에 전달하교 펄스 단계의 시간들 사이에 홀딩 단계용 제어신호를 제어단자에 전달하기 위한 논리회로(LK),
    - 전압 탭(LS)을 통해 펄스 단계용 두 트랜지스터(T1,T2) 사이의 중간 탭(M1)에서 버스트 제너레이터(BG)의 제어신호 그룹 사이의 일정 시점에 대한 순시 실제값 전압을 탭하여 저장하는 샘플-홀드 소자(SH),
    - 상기 탭된 전압을 설정값 전압과 비교하는 감산기(SB), 및
    - 실제값 전압과 설정값 전압이 다를 때 버스트 반복 제너레이터(WG)에 주파수 변동을 일으키는 적분조정기(IR)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  2. 제 1항에 있어서, 버스트 제너레이터(BG)는 제어된 발진기 및 후속 접속된 발진 카운터로 이루어지고, 상기 발진기는 논리소자를 통해 발진 카운터에 연결되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  3. 제 1항에 있어서, 홀딩 제너레이터(SG)가 제어된 발진기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  4. 제 1항에 있어서, 버스트 반복 제너레이터(WG)가 가변 주파수를 갖는 발진기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  5. 제 1항에 있어서, 논리회로(LK)가 연산논리 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  6. 제 1항에 있어서, 샘플-홀드소자(SH)가 제어가능한 스위치 및 후속접속된 메모리 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  7. 제 1항에 있어서, 적분 조정기(IR)가 연산증폭기 또는 디지탈 프로그램 알고리즘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작 시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
  8. 제 1항에 있어서, 제어회로가 부가로 비교기(K)를 포함하며, 상기 비교기(K)는 한편으로는 체킹 논리소자(ZL)를 통해 파워회로의 점화 제어단자(Z)에 접속되고 다른 한편으로는 감산기(SB)에 접속되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워회로용 제어회로.
  9. 제 1항에 있어서, 이산 기능소자가 적합한 프로그램 알고리즘을 가진 마이크로 콘트롤러로 구현되는 것을 특징으로 하는 방전등을 펄스로 동작시키기 위한 파워 회로용 제어회로.
KR1019950009314A 1994-04-20 1995-04-20 방전등을펄스로동작시키기위한파워회로용제어회로 KR100334382B1 (ko)

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