KR100364335B1 - 방전램프를점등하고작동시키는회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방전 램프(La)를 점등하고 작동시키는 회로 장치에 관한 것이다. 상기 회로 장치는
상기 회로 장치는,
DC 전압원과의 접속을 위한 입력 단자,
상기 입력 단자에 결합되고, 상기 방전 램프와의 접속을 위한 단자들을 가지며, 상기 방전 램프에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 커뮤테이터(commutator),
적어도 교류에 대해서는 양방향으로 도통되는 분기 회로(A)로서, 상기 분기 회로의 하나의 단부가 입력 단자에 접속되고 다른 하나의 단부가 상기 커뮤테이터에 접속되며, 단방향 소자(unidirectional element)를 갖는 분기 회로(B)에 분류 (shunt)되는 유도 소자(L)를 포함하는, 상기 분기 회로(A),
부가의 다른 입력 단자를 상기 커뮤테이터에 접속시키는 분기 회로(C) 및,
상기 방전 램프를 점등하기 위한 점등 회로를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 단방향 소자(D)는 분기 회로(B)가 적어도 방전 램프 (La)의 점등 직후에는 전류를 흘릴 수 있도록 분기 회로(B)에 포함되어 있다. 그래서 이러한 회로 장치에 의해 동작하는 램프는 양호한 동작 전달 특성을 갖게 된다.
Description
본 발명은 방전 램프를 점등하고 작동시키는 회로 장치에 관한 것이다.
상기 회로 장치는,
DC 전압원과의 접속을 위한 입력 단자,
상기 입력 단자에 결합되고, 상기 방전 램프와의 접속을 위한 단자들을 가지며, 상기 방전 램프에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 커뮤테이터(commutator),
적어도 교류에 대해서는 양방향으로 도통되는 분기 회로(A)로서, 상기 분기 회로의 하나의 단부가 입력 단자에 접속되고 다른 하나의 단부가 상기 커뮤테이터에 접속되며, 단방향 소자(unidirectional element)를 갖는 분기 회로(B)에 분로 (shunt)되는 유도 소자(L)를 포함하는, 상기 분기 회로(A),
부가의 다른 입력 단자를 상기 커뮤테이터에 접속시키는 분기 회로(C) 및,
상기 방전 램프를 점등하기 위한 점등 회로를 포함한다.
이러한 회로 장치는 네덜란드 특허공개공보 제 8901224 호에 공지되어 있다. 상기 공보에 개시되어 있는 회로 장치는 고압 방전 램프(이하, '램프'라고 칭함)를 동작시키는 데에 특히 적합하다. 상기 램프를 통해 흐르는 전류는 램프의 정상 (stationary)동작 동안에 저주파수로 그 방향이 변화된다. 그 결과, 상기 램프의 발광 효율(luminous efficacy)은 상기 램프가 직류로 동작할 때 얻어지는 발광 효율과 실질적으로 같아지며, 램프에 있는 전극들이 과열되는 것을 피할 수 있다. 유도 소자(L)는 단락(short-circuit)보호 역할을 하는데, 만약 커뮤테이터에 단락 회로가 있다면, 상기 유도 소자(L)는 상기 DC 전압원에 의해 공급되는 전류를 제한한다. 상기 분기 회로(B)의 단방향 소자는 단락 동안의 상기 유도 소자(L)에 저장되어 있는 전자기 에너지를 분기 회로(B)에서 소모시키게 한다. 이러한 공지된 회로 구성에서는 상기 DC 전압원에서 램프를 통해 흐르는 전류가 램프 점등 직후에는 비교적 약해진다는 단점이 있다. 이렇게 비교적 약해진 전류에 의해, 상기 단방향 소자는 상기 램프 전류의 일부를 도통시킬 수 없게 접속된다. 전 램프 전류(full lamp current)는 상기 유도 소자를 통해 흐르므로, 상기 램프 점등 직후의 램프 전류의 상승 속도가 제한된다. 상기 램프 점등 직후의 이러한 제한된 램프 전류는 나쁜 동작 전달(take-over)을 유발하거나 심지어는 램프의 소등을 초래할 가능성이 있다. 여기서 상기 동작 전달이란 램프의 점등과 상기 전극들 간의 안정된 방전이 이루어지는 순간 사이의 램프 동작의 단계(phase)를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명은 램프 점등 후에 상기 램프의 양호한 동작 전달을 달성하는 회로 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 분기 회로(B)가 적어도 방전 램프의 점등 직후에는 전류를 도통하도록 단방향 소자를 구비함으로써 이러한 목적을 달성한다.
본 발명에 따른 회로 장치에서 작동하는 고압 방전 램프와 같은 유형의 방전 램프들이 매우 양호한 동작 전달 작용을 나타내는 것으로 관찰되었다.
또한, 상기 분기 회로(B)는 단방향 소자와 직렬로 접속된 임피던스를 포함하는 것이 바람직한 것으로 관찰되었다. 이러한 임피던스가 음 저항기(ohmic resistor)를 포함하는 본 발명의 회로 장치의 실시예에서 양호한 결과들이 얻어졌다.
회로 장치의 치수와 이 회로 장치에 의해 동작하는 램프의 특성에 따라, 상기 분기 회로(A, C)를 전압 제한 수단을 포함하는 분기 회로(Z)로 접속하도록 분기 회로(A)와 분기 회로(C) 사이의 전위차를 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 이 전압 제한 수단들은 제너 다이오드(zener diode)를 포함한다.
이제, 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예를 도면을 참조로 상세하게 설명한다.
제 1 도에서, K1 과 K2는 DC 전압원과의 접속을 위한 단자이다. COM은 4개의 스위치 소자들(S1, S2, S3, S4)로 구성된 커뮤테이터(commutator)이다. 램프(La)와, 이 램프를 점등하기 위해 상기 램프(La)와 결합된 스타터 회로(starter circuit; S)를 포함하는 부하(Lo)는 상기 커뮤테이터(COM)에 접속되어 있다. 상기 램프(La)와 상기 스타터 회로(S) 사이의 결합 상태를 상기 도면 제 1 도에 점선으로 표시하였다. 입력 단자(K1)는 스위칭 소자(S1)의 제 1 주 전극에 접속된다. 본 실시예에서 이러한 접속은 분기 회로(C)를 형성한다. 상기 분기 회로(A)는 입력 단자(K1)와 스위칭 소자(S2)의 주 전극 사이의 접속에 의해 형성된다. 본 실시예에서 코일(L)은 상기 분기 회로(A)의 일부를 이루는 유도 소자를 형성한다. 본 실시예에서 다이오드(D)와 옴 저항기(R)로 이루어진 직렬 회로는 상기 분기 회로(A)의 일부인 분기 회로(B)를 형성한다. 본 실시예에서 제너 다이오드(Ze)는 분기 회로(Z)를 형성하고, 동시에 상기 분기 회로(Z)에는 전압 제한 수단이 포함되어 있다. 상기 코일(L)의 한쪽 끝은 입력 단자(K2)에 접속되고 또한, 다이오드(D)의 캐소드에도 접속된다. 상기 다이오드(D)의 애노드는 저항기(R)의 상기 한쪽 끝에 접속되고 상기 저항기(R)의 다른쪽 끝은 코일(L)의 다른쪽 끝과 제너 다이오드(Ze)의 애노드에 접속된다. 상기 제너 다이오드(Ze)의 캐소드는 입력 단자(K1)에 접속된다. 상기 제너 다이오드(Ze)는 스위칭 소자(S1)와 스위칭 소자(S2)의 직렬 회로에 의해, 그리고 스위칭 소자(S3)와 스위칭 소자(S4)로 이루어진 직렬 회로에 의해 분류(shunt)된다. 상기 스위칭 소자들(S1-S4)의 제어 전극들은 커뮤테이터(COM)의 부분을 형성하는 제어 회로(도시 생략)에 접속된다. 단자(K3)는 스위칭 소자(S1)와 스위칭 소자(S2)의 공통 접점에 접속된다. 단자(K4)는 스위칭 소자(S3)와 스위칭 소자(S4)의 공통 접점에 접속된다. 단자(K3)와 단자(K4)는 램프(La)의 각 단부들에 접속된다.
제 1 도에 나타난 회로 장치의 동작은 다음과 같다.
입력 단자들(K1, K2)이 DC 전압원에 접속되면, 상기 스타터 회로(S)는 점등 전압을 발생하며, 이 점등 전압은 램프 전극과 접속된 단자들 사이에 나타난다. 이 점등 전압의 영향으로 램프에서 방전이 일어난다. 만약 램프가 고압 방전 램프라면 램프 점등 다음에 이어지는 램프 동작은 세개의 연속적인 단계로 나눌 수 있다. 처음 두 단계동안 램프 양단의 전압은 비교적 낮은 값에서 정상 램프 동작에 상당하는 값으로 상승한다. 동시에 램프에 흐르는 전류는 비교적 큰 전류에서 정상 램프 동작에 상당하는 전류로 바뀐다. 세번째 단계에서 램프는 정상 동작한다. 제 1 단계에서는 램프의 점등 직후에 램프의 동작 전달이 일어나는데, 상기 램프의 임피던스는 낮고, 비교적 짧은 시간 간격 동안 도통되는 스위칭 소자, 옴 저항기(R), 다이오드(D), 코일(L)을 통해 비교적 강한 전류가 램프에 흐른다. 이 비교적 강한 전류의 진폭은 상기 옴 저항기(R)의 저항값에 의해 소정의 램프에서 거의 전적으로 결정된다. 상기 저항기(R)와 상기 다이오드(D) 양단에 걸리는 전압은 상기 코일(L)에 흐르는 전류의 증가율을 지배한다. 상기 램프 동작의 제 1 단계 동안의 이러한 비교적 강한 램프 전류는 상기 램프의 양호한 동작 전달을 구현하는 데에 중요한 것이다. 상기 램프 점등 직후의 상기 코일(L)에 흐르는 램프 전류의 일부는 거의 0이며, 그 다음에 이 전류가 점차 증가한다. 상기 제 1 단계 동안에 비교적 강한 램프 전류를 공급할 수 있도록, 상기 DC 전압원은 예컨대, 상기 입력 단자들(K1, K2)사이에 접속된 출력 커패시터를 구비할 수도 있다. 상기 제 1 단계의 처음에 상기 램프를 통해 커패시터가 자체 방전되기 때문에 비교적 강한 전류가 실현된다. 커패시터의 방전 동안에 코일(L)에 흐르는 전류의 양은 증가한다. 상기 제 1 단계의 후반부에 출력 커패시터가 일부 방전될 때, 램프를 통해 흐르는 비교적 강한 전류는 상기 코일(L)이 이 전류의 일부를 운반하고 이 일부의 전류가 비교적 급속한 변동이 없게 함으로써, 회로의 치수에 따라, 부분적으로 실현될 수도 있다. 램프의 준비 단계(run-up)라고도 하며 제 1 단계보다 훨씬 더 긴 시간이 소요되는 제 2 단계 동안에, 상기 램프에 흐르는 전류는 상기 제 1 단계의 경우보다 훨씬 약하다. 상기 제어 회로에 의해 스위칭 소자들(S1, S4) 및 스위칭 소자들(S2, S3)은 각각 교대로 도통 상태와 비도통 상태로 된다. 그 결과, 상기 커뮤테이터는 상기 램프 전극들의 과열을 방지하기 위해서, 저주파수로 램프 전류의 방향을 바꾼다. 그러나, 이러한 전류의 방향을 바꾸는 동안에, 상기 램프에 흐르는 전류는 실질적으로 0 이 되어서, 상기 램프는 꺼지고 다시 점등해야만 한다. 상기 램프의 온도가 램프 동작의 제 2 단계 동안 비교적 낮게 유지되므로, 상기 DC 전압원에 의해 공급되는 상기 DC 전압은 상기 램프를 비교적 빨리 재점등하기에는 충분하지 못하다. 그러나, 상기 코일(L)은 램프 동작의 제 2 단계 동안에 상기 램프를 통해 흐르는 전류의 비교적 큰 부분을 운반한다. 그 결과, 코일(L)은, 램프가 즉시 재점등되지 않기 때문에 전류의 방향을 변화시키는 동안 상기 램프를 통해 흐르는 전류가 중단될 때마다 소정의 전압을 발생시킨다. 그래서, 상기 램프는 상기 DC 전압원에 의해 공급되는 DC 전압과 상기 코일(L)에 의해 발생하는 전압의 합과 같은 재점등 전압으로 재점등될수 있다. 이러한 비교적 높은 재점등 전압은 전류의 방향을 변화시키는 동안 상기 램프의 비교적 빠른 재점등을 가져온다. 상기 제 3 단계에서, 즉 정상 램프 동작 중에, 상기 램프 온도는 상기 램프가 상기 DC 전압원에 의해 공급된 DC 전압으로 실질적으로 즉시 재점등되는 그러한 온도이다.
따라서, 본 발명에 따른 회로 장치에 의하면, 램프 점등 직후에 상기 회로 장치에서 동작하는 램프에 비교적 강한 전류를 흘리는 것이 가능하다. 또한, 전류의 방향을 바꾸는 동안, 상기 램프가 비교적 빨리 재점등되는 램프 동작의 제 2 단계 동안에 재점등 전압을 발생하는 것도 가능하다. 이러한 두 특성의 결과, 본 발명에 따른 회로 장치에서 동작하는 램프는 양호한 동작 전달 특성과 양호한 준비 단계 특성(run-up characteristics)을 가진다.
제 1 도에 도시한 회로 장치의 실시예를 실제로 사용하여, 약 35W의 정격전압의 크세논(Xe) 고압 램프를 약 600V의 전압에서 상기 스타터 회로로 점등하였다. 점등 직후, 상기 램프 양단에 걸리는 전압은 약 20V 이었다. 상기 램프 동작의 제 1 단계(약 0.2ms 지속됨) 동안에, 약 8A의 진폭을 갖는 전류 펄스가 상기 램프에 흘렀다. 제 2 단계 동안에는, 상기 램프에 흐르는 전류의 진폭이 약 2.6A 에서 0.4A 로 감소하였다. 상기 램프 동작의 제 2 단계의 초기에 램프의 재점등 동안, 상기 DC 전압원에 의해 공급되는 약 40V의 DC 전압은 약 500V의 진폭을 갖는 상기 코일에 의해 발생된 전압 펄스들에 의해 증대되었다. 상기 코일에 의해 생성된 전압 펄스들의 진폭은 램프 준비 단계 동안 실질적으로 OV 로 감소했다. 정상동작 동안, 상기 램프 양단에 걸리는 전압은 약 85V 이였고, 램프에 흐르는 전류는 약0.4A 이었다.
제 1 도는 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
S1, S2, S3, S4 : 스위치 소자 La : 램프
Lo : 부하 S : 스타터 회로
K1 : 입력단자 D : 다이오드
COM : 커뮤테이터 L : 코일
A, B, C : 분기 회로 R : 옴 저항기
Ze : 제너 다이오드
Claims (5)
- 방전 램프를 점등하고 작동시키는 회로 장치로서,DC 전압원과의 접속을 위한 입력 단자들,상기 입력 단자들에 결합되고, 상기 방전 램프와의 접속을 위한 단자들을 가지며, 상기 방전 램프에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 커뮤테이터(commutator),적어도 교류에 대해서는 양방향으로 도통되는 분기 회로A 로서, 상기 분기회로의 하나의 단부는 입력 단자에 접속되고 다른 하나의 단부는 상기 커뮤테이터에 접속되며, 단방향 소자를 포함하는 분기 회로B 에 분로(shunt)되는 유도 소자L 를 포함하는, 상기 분기 회로A,또 다른 입력 단자를 상기 커뮤테이터에 접속하는 분기 회로C 및,상기 방전 램프를 점등하기 위한 점등 회로를 포함하는, 상기 회로 장치에 있어서,상기 분기 회로B 는 적어도 상기 방전 램프의 점등 직후에 전류를 도통시키도록, 상기 단방향 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 분기 회로B 는 상기 단방향 소자와 직렬로 접속된 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 단방향 소자와 직렬로 접속된 상기 임피던스는 옴 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,상기 분기 회로A 와 분기 회로C 는 전압 제한 수단을 포함하는 분기 회로(Z)에 의해 접속된 것을 특징으로 하는 회로 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전압 제한 수단이 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로장치.
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