KR100480545B1 - 회로 배치 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 고압 방전 램프의 점등에 적합하고, 전원 접속용 입력 단자들;

스위치, 펄스 트랜스포머의 1차 권선, 및 상기 스위치와 상기 1차 권선을 분류시키는 용량성 수단을 구비한 펄스 발생 회로; 및 상기 펄스 트랜스포머의 2차 권선과 램프 접속 단자들간에 전기적 접속체를 구비한 회로 배치에 관한 것이다. 본원에 의하면, 상기 용량성 수단은 비선형 특성을 가지게 되어, 결과적으로는, 발생된 점등 전압 펄스의 더욱 재생가능한 진폭을 초래한다.

Description

회로 배치{CIRCUIT ARRANGEMENT}

본 발명은 고압 방전 램프를 점등하기에 적합하고,

전압원 접속용 입력 단자;

스위치, 펄스 트랜스포머의 1차 권선, 및 상기 스위치와 상기 1차 권선을 분류시키는 용량성 수단을 구비한 펄스 발생 회로; 및

상기 펄스 트랜스포머의 2차 권선과 램프 접속 단자들간의 전기적 접속부를 구비하는 회로 배치에 관한 것이다.

서두에 언급된 종류의 회로 배치는 WO-A-95/28068 로부터 공지되어 있다. 상기 공지된 회로 배치는 매우 높은 점등 전압을 갖는 고압 방전 램프를 점등하는데 적합하다. 충분한 너비와 25kV 까지의 진폭을 갖는 점등 펄스는 상기 공지 회로 배치에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 상기 공지된 회로 배치의 효율을 이상적으로 하기 위해서는, 두개의 공진회로가 상호 동조되어야 한다. 상기 펄스 발생 회로는 제 1 공진 회로로서 작동한다. 제 2 공진회로는 램프 접속 단자들에 접속되는 램프와 펄스 트랜스포머의 2차 권선에 의해 형성되는 회로이다. 사실 상기 방식으로 높은 점등 전압 펄스를 형성하는 것이 가능하지만, 공진 회로들의 미세한 상호 비동조에 의해 발생된 전압 펄스의 최대 레벨이 상당히 감소된다는 단점이 있다. 또한, 각 공진 회로에서 발생된 전압들간의 위상 각이, 또한 이상적인 상호 동조의 경우에, 반드시 180°의 정수배가 아니라는 단점이 있다. 다시 이것은 발생될 수 있는 전압 펄스 레벨에 한계를 초래한다.

상기 공지된 회로 배치에 의하여서, 소등된 후 아직 식지 않은 때에 램프를 점등하는 것이 또한 가능하더라도, 신뢰 가능한 즉각적이고 긴급한 재점등은 실질적으로 불가능하다.

본 발명은 상기 단점들이 상당히 극복될 수 있는, 서두에 언급된 종류의 회로 배치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하여, 상기 목적은 비선형 특성을 갖는 용량성 수단에 의하여 서두에 언급된 종류의 회로 배치에서 달성된다.

본 발명은 발생된 점등 전압 펄스 레벨이 제 2 공진 회로에 의해 대부분 결정된다는 장점이 있다. 용량성 수단의 비선형성에 의하여, 펄스 발생 회로에 의해 발생된 제 1 공진회로의 공진 주파수는 용량성 수단의 양단 전압이 감소함에 따라 감소된다. 그 결과로서, 스위치가 도전된 후에 감소하는 주파수에 대응하여 펄스 트랜스포머의 1차 권선 양단의 전압이 떨어진다. 본원 발명의 경우에서 또다른 유리한 결과는, 고정 펄스 진폭을 갖는 발생된 펄스가 더 큰 펄스 너비를 가져서, 결국 더 높은 에너지 크기를 갖는다는 것이다. 이것은 접속된 램프의 신뢰 가능한 점등에, 특히 신뢰가능하고, 실질적으로 즉각적이며 긴급한 램프의 재점등에 유리하다.

본원에 따른 회로 배치에서, 바람직하게는, 스위치는 브레이크다운 전압을 가지며, 비선형 특성을 갖는 용량성 수단은 상기 브레이크다운 전압에서, 0 V 에서의 커패시턴스 값의 많아야 50% 인 커패시턴스 값을 갖는다. 상기의 회로 배치는, PTV 와 자동차용 헤드램프 시스템에서 흔히 요구되는 바처럼, 스위치가 온된후 실질적으로 즉각적으로 빛을 제공해야만 하는 조명 시스템의 일부분을 형성하는 고압 방전 램프를 점등시키는데 특히 적합하다. 일반적으로 비선형 특성을 갖는 용량성 수단의 사용은, 공지된 회로 배치와 비교하여 초기에 더 작은 커패시턴스로 충분하다는 또다른 장점을 갖는다. 일반적으로 이것은 더 작은 용적의 용량성 수단과 함께 대응하여 수반되는데, 이러한 용량성 수단은 펄스 너비와 펄스 높이를 유지하면서, 공지된 회로 배치와 비교하여 회로 배치의 소형화가 가능하다는 장점을 가진다.

본원 발명에서처럼, 비선형 특성을 갖는 용량성 수단이 스위치에 전기적으로 병렬로 접속되지 않고 직렬로 접속되면, 스위치가 도전될 때 제 1 공진회로의 공진 주파수의 증가를 초래한다. 그 결과로서, 발생된 전압 펄스의 진폭은, 종래 회로 배치와 비교하여, 제 1 공진회로의 공진 주파수에 의해 적어도 동등하게 강하게 영향을 받게된다.

본 발명에 의한 회로 배치에서 동조용 자기-인덕터는 스위치 및 1차 권선과 직렬로 접속되는 것이 바람직하다. 상기 회로 배치에 의해 발생되는 펄스의 높이와 너비간의 매우 효과적인 동조는 상기 동조용 자기-인덕터의 인덕턴스 값의 선택을 통한 단순한 방식으로 달성될 수 있다. 상기 동조가 펄스 트랜스포머의 1차 권선과 2차 권선간의 권선 비의 적절한 선택에 의해 이론적으로 구현될 수 있더라도, 이의 실제적 구현은 종종 현실적 문제를 발생한다. 상기 동조용 자기-인덕터는 부가적 축소에 매우 유리한 인쇄 회로의 평면 전도체의 형태로 매우 편리하게 구현될 수 있다.

본원 발명에 의한 회로 배치의 상기 및 부가적 태양에 대하여는 실시예의 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.

도면에서;

도 1 은 본원 발명에 의한 회로 배치를 구비한, 램프를 점등 및 동작시키는 회로의 도면.

도 2 는 도 1 의 회로 배치도.

도 3 은 도 2 의 회로 배치에서 전압 성분을 도시하는 그래프.

도 4 는 도 3 의 비교도로서 종래 회로 배치와 관련된 그래프.

도 5 는 도 4 의 비교도로서 또다른 종래 회로 배치와 관련된 그래프.

도 1 은 자동차용 헤드램프 시스템을 도식적으로 나타내고, A 와 B 는 예를 들면 자동차 배터리와 같은 전원에 접속하기 위한 접속 단자들이다. Ⅰ 는 스위치 모드 전원을 나타내는바, 이에 의하여 정류 회로 Ⅱ 가 제공된다. 상기 정류 회로는 구형파 공급 전압을 전달하는 정류용 공급원으로 작동한다. 상기 정류 회로 Ⅱ 는 입력 단자 C 와 D 를 통해 램프 회로 V 에 접속되고, 램프 회로 V 는 펄스 발생 회로 Ⅳ 와 램프 L 이 중간에 접속된 램프 접속 단자 E 와 F 를 구비한다. 스위치 모드 전원 Ⅰ 은 펄스 발생 회로 Ⅳ 에 접속되는 접점 G 와 H 를 갖는다. 도 2 에는 램프 회로 V 가 도 1 의 회로의 형성부분으로 도시되어 있다.

도 2 에서 입력 단자 C 는 펄스 트랜스포머 (1) 에 접속되어 있다. 트랜스포머 (1) 의 2차 권선 (12) 은 일단이 직접 입력 단자 C 에 접속된다. 2차 권선 (12) 의 타 단은 자기-인덕터 (51) 를 통해 램프 접속 단자 E 에 접속되어, 펄스 트랜스포머의 2차 권선과 램프 접속 단자간의 전기적 접속을 형성한다. 입력 단자 D 는 자기-인덕터 (52) 를 통해 램프 접속 단자 F 에 접속된다. 상기 입력 단자 C 와 D 는 또한 커패시터 (53) 에 의해 상호 접속된다. 펄스 트랜스포머 (1) 의 펄스 발생 회로 Ⅳ 의 형성부분인 1차 권선 (11) 은 접속 단자 G 와 H 사이에서 전압종속(voltage-dependent) 브레이크다운 소자 (3) 와 직렬로 접속된다. 커패시터 (2) 와 저항 (4) 의 병렬 회로는 1차 권선 (11) 과 브레이크다운 소자 (3) 의 직렬 회로를 분류시킨다. 커패시터 (2) 는 비선형 특성을 가지고 있어서, 비선형 특성을 갖는 용량성 수단을 형성한다. 또한 동조용 자기-인덕터 (5) 가 브레이크다운 소자와 직렬로 접속되고, 발생되는 펄스 너비가 이에 의해 정의된다. 기술된 실시예에서, 펄스 발생 회로 Ⅳ 는 2차 권선 (12) 과 자기-인덕터 (51 및 52) 와 함께 본원 발명에 따른 회로 배치를 구성한다.

기술된 실시예에 따른 자동차용 헤드램프 시스템의 실제적 구현에서, 상기 회로 배치는, 35 W 의 전력 정격과 85 V 의 공칭 램프 전압을 갖는 Philips제의 DS2형과 D2R형의 고압 방전 램프의 점등 및 동작에 적합하다. 상기 램프는 많아야 23 kV 의 긴급 재점등 전압을 갖는다. 상기 램프는 많아야 34 kV 의 전압을 견딜 수 있는 램프 캡을 갖는다. 상기 회로 배치는 27 kV 의 공칭 점등 전압 펄스용으로 설계된다.

상기 스위치 모드 전원 Ⅰ 는 플라이백(flyback) 형태이고, 접속 단자 G 와 H 에서, 12 V 의 자동차 배터리 전압으로부터 800 V DC 의 개방 전압을 형성한다. 비선형 특성을 갖는 커패시터 (2) 는 AVX제 X7R형의 세라믹 커패시터로서, 0 V 에서 144 nF 의 용량 값과 800 V 에서는 0 V 값의 47% 의 용량값, 즉 68 nF 를 갖는다. 상기 커패시터는 1.5 ㏁ 의 저항 (4) 에 의해 분류되어, 저항 (4) 에 커패시터 (2) 의 잔존 전하가 흐르게 된다. 상기 브레이크다운 소자 (3) 는 800 V 의 브레이크다운 전압을 갖는 Siemens제 스파크 갭이다. 상기 펄스 트랜스포머 (1) 는 320 nH 의 자기-인덕턴스 값을 갖는 3회 감은 1차 권선과, 550 의 자기-인덕턴스 값을 갖는 120회 감은 2차 권선을 갖는 페라이트 코어로 구성된다. 0.85 의 결합 계수 k 를 갖는 자기 결합이 1차 권선과 2차 권선간에 얻어진다. 동조용 자기-인덕터 (5) 의 인덕턴스 값은 108 nH 이다. 1.5 ㎋ 의 커패시터 (53) 는 회로 배치에서 발생된 전압 펄스에 대항하여 정류기 스위치를 보호한다. 자기-인덕터 (51 및 52) 의 인덕턴스 값은 22 이다.

도 3 은 회로 배치의 실제적 구현을 시간의 함수로 나타낸 전압 성분의 그래프로서, ns 의 시간이 수평축 상에 도시되고, kV 의 전압이 수직축 상에 도시된다. 그래프에서 곡선 (100) 은 1차 권선 양단 전압을 시간의 함수로 나타내고 있다. 곡선 (101) 은 유사한 방식으로 2차 권선 양단 전압을 나타낸다. 램프의 신뢰 가능한 점등을 위해서는, 2차 권선 양단의 제 1 전압 펄스가 충분한 에너지 크기 뿐만 아니라 필요한 높은 값을 가져야만 하는 것이 요구된다. 그래프에서 제 1 펄스는 102 로 표시되고, 25 kV 의 값을 갖는다. 펄스 너비는 에너지 크기를 측정하는 수단으로 작용한다. 이것은 바람직하게는 펄스 진폭의 10% 와 90% 사이의 전압 펄스의 상승 시간으로 표현된다. 이 값은 펄스 (102) 에서 100 ㎱ 이다. 곡선 (100) 의 성분으로부터, 1차 권선 양단 전압이 제 1 펄스 (102) 가 최대값에 도달하는 동안 800 V 에서 540 V 로 떨어진다는 것은 명백하다. 이와같이 형성된 펄스에 의해, 접속된 램프는 긴급한 상태에서 소등후 실질적으로 즉각적으로 재점등된다.

비교용으로서 도 4 는, 용량성 수단이 68 ㎋ 의 고정된 커패시턴스 값을 갖는다는 점에서만 본원 발명의 회로 배치와 상이한 종래 회로 배치의 전압 성분의 그래프를 나타내고 있다. 곡선 (201) 로 표시된 2차 권선 양단 전압의 제 1 전압 펄스 (202) 는 100 ㎱ 의 동일 상승 시간동안에 23 kV 의 최대 레벨을 갖는다. 그 동안에 1차 권선 양단 전압은 곡선 (200) 으로부터 명백히 알 수 있듯이, 800 V 에서 460 V 로 떨어진다. 이렇게 발생된 펄스로는 램프의 어떤 신뢰 가능한 즉각적이고 긴급한 재점등이 발생하지 않는다. 연구에 의하면, 23 kV 의 펄스 진폭에서 상당히 신뢰가능하고, 실질적으로 즉각적인 재점등이 이루어지기 위해서는 105 ㎱ 의 상승 시간이 필요하다. 상기 회로 배치에서 100 ㎱ 의 상승 시간을 유지하면서 25 kV 의 펄스 진폭을 구현하기 위해서는, 용량성 수단이 적어도 120 ㎋ 의 값을 가져야만 한다.

도 4 의 비교도로서 도 5 의 그래프는, 회로 배치에서 동조용 자기-인덕터의 인덕턴스 값이 0 nH 이고 용량성 수단이 68 ㎋ 의 고정된 값을 갖는 종래 기술에 의한 또다른 회로 배치에 관한 것이다. 곡선 (301) 로 표시된 2차 권선 양단 전압은 26 kV 의 제 1 전압 펄스 (302) 를 갖는다는 것이 그래프로부터 명백하다. 이것은 단지 86 ㎱ 의 상승 시간을 수반한다. 그 동안에 곡선 (300) 으로 표시된 1차 권선 양단 전압은 800 V 에서 450 V 로 떨어진다. 제 1 전압 펄스의 펄스 진폭이 도 3 의 펄스 진폭에 상응하지만, 상승 시간은 훨씬 짧아서, 결과적으로는 실질적으로 더 작은 발생된 펄스의 에너지 크기를 초래한다. 사실 이때는 신뢰가능하고, 실질적으로 즉각적이고 긴급한 재점등이 발생하지 않는다. 만약 실질적으로 즉각적이고 긴급한 재점등이 상기 공지된 회로 배치로 만들어질려면, 최소 136 ㎋ 의 값을 용량성 수단이 갖는 것이 필요하다.

상술한 바에 의하면, 큰 너비를 갖는 펄스는 소정의 펄스 진폭을 갖는 비선형 커패시터에 의해 구현될 수 있다는 것이 명백하다. 이는 램프의 신속한 재점등을 상당히 촉진하고, 또한 회로 배치의 축소화에 대한 부가적 전망을 열어놓는 비교적 작은 용적의 커패시터를 가질 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims (4)

1. 고압 방전 램프의 점등에 적합하며,

   전원 접속용 입력 단자들;

   스위치, 펄스 트랜스포머의 1차 권선, 및 상기 스위치와 상기 1차 권선을 분류시키는 용량성 수단을 구비한 펄스 발생 회로; 및

   상기 펄스 트랜스포머의 2차 권선과 램프 접속 단자들간의 전기적 접속부를 구비하는 회로 배치에 있어서,

   상기 용량성 수단은 비선형 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 회로 배치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위치는 브레이크다운 전압을 가지며, 비선형 특성을 갖는 상기 용량성 수단은 상기 브레이크다운 전압에서 0 V 에서의 커패시턴스 값의 많아야 50% 인 커패시턴스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 회로 배치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   동조용 자기-인덕터가 상기 스위치 및 상기 1차 권선에 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 배치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 동조용 자기-인덕터는 인쇄 회로의 평면 전도체로서 구성되는 것을 특징으로 하는 회로 배치.