KR100664335B1 - 회로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급 전원, 고압 방전 램프를 연결시키는 출력 단자 및 출력 단자에 결합되는 고압 방전 램프에 교류 램프 전류를 공급하는 수단을 연결시기기 위한 입력 단자(K1,K2)를 포함하는 고압 방전 램프를 작동시키는 회로 장치에 관한 개시한다. 램프 전류는 기간마다 평균값 Im을 갖는다. 본 발명에 따르면 각각의 기간의 시작시에 램프 전류는 음극 위상 전극상에 안정된 확산적 부착을 허용하기 위해평균값 Im보다 낮다. 이 회로 장치는 특히 광학 투사 시스템상의 램프를 작동시키기에 적합하다.

Description

회로 장치{CIRCUIT ARRANGEMENT}

본 발명은 동작시에 음극 위상(a cathodic phase)에 있는 고압 방전 램프를 동작시키는 회로 장치에 관한 것으로 고압 방전 램프는

공급 전압원으로 연결하기 위한 입력 단자와,

고압 방전 램프로 연결하기 위한 출력 단자와,

입력 단자에 연결되어, 반대 극성(opposite polarity)이 연속하는 기간을 가지는 교류 램프 전류(an alternating lamp current)를 고압 방전 램프에 공급하기 위해 수단 - 램프 전류는 기간마다 평균값 Im을 가짐 - 을 포함한다.

이러한 회로 장치는 미국 특허 US5608294로부터 알 수 있다. 기존의 회로에서 각각의 기간의 램프 전류에 각각의 기간의 후반 부분에서 전류 펄스의 중첩(superposition)이 제공된다. 고압 방전 램프가 AC 전류로 동작되는 경우, 각각의 램프 전극은 램프 전류의 연속 기간 동안 교대로 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)로서의 역할을 수행한다. 이들 연속하는 기간 동안, 램프 전류 방출 전극(the electrode emitting the lamp current)은 캐소드 위상에 다른 전극은 애노드 위상에 제각기 존재한다고 말할 수 있다. 램프를 통과하는 전체 전류량이 전류 펄스에 의한 램프 전류의 각각의 기간의 끝에서 증가되기 때문에, 전극의 온도는 방전 아크의 안정성을 증가시킬 수 있도록 비교적 높은 값까지 상승한다. 따라서 고압 방전 램프의 플리커링(flickering)이 상당히 억제될 수 있다. 그것의 플리커링 억제 특성으로 인해, 회로 장치는 특히 투사 텔레비젼 장치(a projection television apparatus)과 같은 투사 시스템에서 고압 방전 램프를 작동시키기에 적합하다.

기존의 회로 장치에서 동작하는 램프는 수백 시간의 작동 시간 동안 걸쳐 아크 전압의 연속된 증가를 가지는 것으로 보이며, 전압의 증가는 램프를 실험적으로 수천 시간동안에 작동시켰을 때 연속해 나타난다. 램프의 수명에 걸쳐 비교적 일정한 램프의 적절한 발광 출력은 투사 시스템에 사용하는 데 꼭 필요하며, 연속된 아크 전압의 증가는 긴 램프 수명에 이르는 데 심각한 단점이 된다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 극복하는 고압 방전 램프를 작동시키는 회로 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 이 목적을 위해 전술한 회로 장치는 각각의 기간의 시작에, 음극 위상 전극에 대한 적절한 확산적 침투(diffuse attack)를 허용하기 위해 램프 전류가 평균값 Im에 보다 낮아진다. 램프 동작 동안 방전 아크는 낮은 전극 부하로 인해 쌍방의 전극에 확산적으로 부착함으로써 각각의 기간에 완만한 시작 기간을 가져, 아크 전압의 증가를 현저히 감소시키는 동시에 장시간에 걸쳐 플리커링 없이 램프가 작동하는 것을 가능하게 하다.

기간동안 전류의 평균값 Im은 램프 전압 VIa와의 관계 Pla=Im*Vla와 vla의 관계에 따른 램프의 전력 Pla에 대응한다. 실험을 통해 제 1 기간 Ie의 부분에 대한 전류의 바람직한 평균값은 값 Im보다 작으며 제 2 기간 부분에 대한 평균 값 I2는 Im 보다 크다는 것을 알 수 있다. 이것은 또한 기간의 제 1 부분에 대한 확산적 아크 부착(a diffuse arc attachment)를 가지는 각각의 기간의 시작시에 완만한 전류 시작부분을 개선하여 안정화된 아크 부착을 낳는다. 이 기간의 제 2 부분(I2) 동안의 전류가 Im보다 크기 때문에, 이 기간의 끝 가까이에서의 부가적인 전류 펄스의 필요성이 또한 감소된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 기간은 지속 기간 tp를 가지며 이 기간의 제 1 부분인 지속기간 t1은 이 관계식 0.05≤t1/tp≤0.85를 만족한다. 비 t1/tp의 값이 0.05보다 작은 경우, 실험은 측정가능한 종래 기술보다 개선된 점도 나타나지 않았음을 나타낸다. 비 t1/tp의 상부값은 절충안에 따른다. 안정된 확산적 부착을 위해서는 그 비는 가능한한 높아야 한다. 캐소드가 캐소드 위상 동안 냉각되는 경향이 있어서, 안정된 확산적 부착을 가지고 방출되는 전류가 낮아지는 경향이 있기 때문에, 이것은 램프가 요구되는 정격 전력으로 작동하도록 유지하려는 필요성과 상충되게 된다. 기간의 제 1 부분에서의 증가하는 전류 상황의 경우에 이 비가 최대 0.5이내여야 바람직하다는 것이 실험적으로 알려졌다. t1 동안 감소하는 전류의 경우에는, 최대비가 0.85일 수 있다. 그렇지 않으면, 전류 Ie 및 Im의 값동안 관계식은 0.3≤Ie/Im≤0.9로 기록되거나 바람직하게 0.6≤Ie/Im≤0.8을 만족해야 하며, 이로써 종래 기술과 비교하여 전극상에서 과부하가 감소된다. Ie>0.9Im의 전류 값에 대해 어떠한 측정가능한 효과도 발견되지 않는다. Ie가 Im에 대해 매우 작다면, 기간의 제 2 부분(I2)에서의 평균 전류 값은 높게 선택되어 기간의 제 2 부분 동안 아크 불안정성이 발생할 위험이 존재하여 램프 플리커링을 초래할 수도 있다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기간의 시작시의 전류는 Ie보다 큰값을 갖는다. 이러한 방식에서, 캐소드 온도는 기간동안 낮아지며 이에 대응하여 아크의 안정된 확산적 부착에 대한 전류값이 유지된다.

아크 안정화 및 그에 따른 램프 플리커의 감소는 종래 기술로부터 알려진 부가적인 전류 펄스를 램프 전류에 가함으로서 더욱 활성화된다. 바람직하게, 이후에 램프 전류는 관계 I3≤2Im을 만족시키는 값 I3와 기간의 단부에서 동일한 극성의 펄스를 포함한다.

본 발명의 상기 및 다른 양상들은 도면을 참조하여 보다 상세히 후술될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 회로 장치의 개략적인 방안을 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예의 제어 수단을 도시하는 도면,

도 3은 도 1에 따른 장치에 의해 제공된 램프 전류의 그래프,

도 4 내지 도 6은 바람직한 회로 장치의 실시예에 따른 램프 전류의 그래프.

도 1에서, I는 공급 전압을 제공하는 공급 전압원에 연결하기 위한 입력 단자 K1, K2를 가지는, 제어된 dc 공급 전류를 발생시키는 수단이다. 수단 I의 출력 단자는 정류자 Ⅱ의 각 입력 단자에 연결된다. 정류자 Ⅱ는 고압 방전 램프 La를 연결시키는 출력 단자 L1, L2를 포함한다. Ⅲ는 수단 Ⅰ을 제어하는 방식으로 램프에 제공된 전류 값을 제어하는 제어 수단이다. 수단Ⅰ 및 정류자Ⅱ는 함께 구성되어 입력 단자에 결합되는 반대 극성의 연속된 기간을 가지는 교류 램프 전류를 공급하기 위한 수단을 함께 구성하며, 기간 당 램프 전류는 평균값 Im을 갖는다.

도 1의 회로 장치의 동작은 다음과 같다.

입력 단자 K1, K2가 전압원(a voltage supply source)에 연결될 때, 수단 I는 전압 공급원에 의해 공급되는 공급 전압으로부터 dc 공급 전류를 생성한다. 정류자 Ⅱ는 이 dc 전류를 반대 극성의 연속적인 기간을 가지는 교류(alternating current)로 변환시킨다. 제어 수단Ⅲ에 의해 형성되어 램프 La로 공급되는 전류 값이 각각의 기간의 시작에서의 램프 전류가 평균값 Im 보다 낮아지도록 제어되어 캐소드 위상 전극에 대한 안정된 확산적 침투(stable diffuse attack)를 가능하게 한다. 전술한 실시예의 실제 구현시에, 수단 I는 정류기 브리지, 그 뒤에 스위치 모드전력 회로, 예를 들면, 벅 즉, 다운 변환기(Buck or down converter)를 형성한다. 정류자 Ⅱ는 바람직하게 전 브리지 회로(a full bridge circuit)를 포함한다. 바람직하게는 램프 점화 회로도 정류자 수단 Ⅱ에 포함된다.

도 2에서, 수단Ⅰ을 제어하는 제어 수단 Ⅲ가 더 상세하게 도시되어 있다. 제어 수단 Ⅲ은 아크 전압, 예를 들면, 아크 전압 및 또한 소위 램프 전압을 나타내는 신호를 형성하는 램프에 연결된 단자 L1, L2 양단의 전압을 검출하기 위한 입력단(1)을 포함한다. 검출된 전압이 램프 점화 회로에서 생성된 점화 전압에 의해 방해받지 않는 dc 전압이므로, 신호를 나타내는 램프 전압은 바람직하게 연결 지점 L3에서 전압을 검출함으로써 형성된다. 제어 수단 Ⅲ는 수단 Ⅰ의 스위치 모드 전력 회로를 형성하는 변환기의 유도 수단 L을 통해 흐르는 전류를 검출하기 위한 입력단(2)과, 통전 및 비통전 상태시에 주기적으로 스위치 모드 전력 회로의 스위치를 스위칭시켜 변환기의 유도 수단 L을 통해 전류를 제어하기 위한 출력 단자(3)를 더포함하고, 변환기는 적어도 하나의 스위치를 가진다. 입력단(1)은 마이크로제어기 MC의 연결핀 P1에 연결된다. 마이크로제어기의 연결핀 P3는 스위칭 회로 SC의 입력 4에 연결된다. 입력단(2)은 스위치 회로 SC의 입력(5)에 연결되고, 출력단(0)은 출력 단자(3)에 연결된다.

벅 즉, 다운 변환기인 변환기를 가지는 도 2에 도시된 회로 장치의 동작은 다음과 같다. 마이크로제어기(MC)에 램프 전압, 시간 조합이라고 이름 붙여진 변환기 피크 전류값의 매트릭스를 포함하는 소프트웨어가 제공되고, 상기 시간은 램프 전류의 각각의 기간 시작시부터 계산된다. 따라서 발견된 변환기 피크 전류 값은 입력단(4)에서 스위칭 회로(SC)로 공급되고 또한 입력단(5)에서 스위칭 회로(SC)에 공급되는 입력단(2)의 검출 전류에 대한 비교를 위한 기준으로서 사용된다. 이러한 전류값의 비교에 기초해서, 스위칭 회로는 그 출력단(0)에 스위칭 오프 신호를 발생해서, 검출된 전류가 피크 전류값과 동일할 때에 다운 변환기 스위치를 비통전 상태로 스위칭시킨다. 그 결과, 유도 수단을 통한 전류가 감소된다. 변환기 스위치는 유도 수단 L을 통한 전류가 0이 될 때까지 비통전 상태로 유지된다. 변환기 전류가 0이 된 것을 검출하면, 스위치 회로 SC는 다운 변환기의 스위치를 통전시키는 신호를 스위치의 출력단(0)에 발생시킨다. 유도 전류 L을 통한 전류가 이제 피크 전류값에 도달할 때까지 증가하기 시작한다. 이러한 스위칭 회로 SC는 예를 들면 W097/14275로부터 알 수 있다. 피크 전류값은 램프 전압이 제어 수단 Ⅲ에 의해 검출될 때마다 갱신된다.

램프 전압의 검출은 램프를 통해 구현되어야 하는 전류의 형태에 따라 각각의 기간 동안의 반복률을 갖고 행해지며, 마이크로제어기(MC)의 빌트인타이머(built in timer)에 의해 제어된다. 검출을 위한 램프 파라미터로 램프 전압을 취하면 마이크로제어기 소프트웨어에 고유하게 사용되는 램프의 와트량(wattage) 제어를 가지는 것이 가능해지는 이점을 가진다. 램프 전류 그 자체를 검출을 위한 파라미터로 취하는 경우, 와트량 제어는 램프 전압의 부가적인 검출뿐만 아니라 마이크로제어기에서 부가적인 제어 절차를 요구한다. 다운 변화기는 양호한 실시예에서 45kHz 내지 75kHz 범위의 주파수로 동작한다.

본 발명에 따른 기술된 회로 장치의 실제 실시예에의 실제 구현에서 형성된바와 같은 최종 램프 전류는 반대 극성의 2개의 연속된 기간을 갖는 도 3의 그래프에 도시된다. 전류는 상대적인 크기에서 수직축을 따라 설정된다. 수평축을 따라서는 시간이 디스플레이된다. 시간 지속기간 tp의 제 1 기간 B에 대해서, 램프 전류는 평균값 Im을 가지며 기간의 제 1 부분에 걸쳐서 보다 낮은 평균값 Ie을 가지며, 기간의 제 2 부분에 걸쳐서 Im보다 큰 평균값 I2를 갖는다. 기간 I1의 시작시에 전류 값은 안정된 확산적 아크 부착 및 램프의 방출 전극의 열이온 방출을 허용한다. 전술한 실시예에서 비 Ie/Im은 0.9를 가지고 비t1/tp는 0.5를 갖는다.

도 4는 기간 중 제 1 부분에 걸쳐 전류가 기간의 시작시의 열이온 방출을 허용하는 값으로 일정하게 유지되는 다른 실시예의 램프 전류가 도시된다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서 결과적인 전류가 도 5에 도시된다. 이 경우, 기간의 시작시에 전류 I1은 Ie 보다 높다.

도 6은 램프 전류에 값 I3를 가진 기간의 끝에서 동일한 극성의 펄스가 제공되는 또 다른 바람직한 실시예에 따른 전류 그래프가 도시된다. 상술된 실시예의 실제 구현에 있어서 I3의 값은 1.61m이다.

여기에서 도시된 회로 장치의 실제 실시예는 필립스(Philips) 제조 UHP 타입의 고압 방전 램프의 동작에 사용된다. 램프는 100와트의 공칭 전력 소비를 가지고, 단지 1.3mm의 전극거리가 램프 전류는 도 4에 따라 전류로써 작동된다. 전류값은 Ie=0.93A, Im=1.25A, I2=1.33A 이다. 기간 지속기간 tp는 90Hz의 정류자 수단 Ⅱ의 동작 주파스에 따라서 5.6ms이고, 비 t1/tp는 0.2이다. 마이크로제어기 MC가 필립스 제조 P87C749EBP이므로, 각 기간 동안 램프 전압을 두번 검출하기 위해 프로그램될 시에 적합한 것으로 도시된다. 또 다른 실제 실시예에 있어서 도 6에 따른 전류 펄스는 각각의 1/2 기간의 후자 8%동안 램프 전류상에서 중첩되므로 1.4*Im의 전류 I3의 플리커링이 실질적으로 억제될 수 있다.

램프 전압은 램프 수명인 100시간 동안에 85V이고 500시간 동작 이후에 94V로 증가된다. 비교를 위해 동일한 램프가 종래 기술에 따른 회로 장치상에서 동작된다. 이 경우에 램프 전압은 100시간시의 85V에서 오직 300시간 동작 후에 110V로 증가한다.

Claims (6)

1. 동작 중에 음극 위상에 있는 전극을 가지는 고압 방전 램프를 동작시키는 회로 장치에 있어서,

   공급 전압원으로 연결하기 위한 입력 단자와,

   상기 고압 방전 램프로 연결하기 위한 출력 단자와,

   상기 입력 단자에 연결되어, 반대 극성이 연속하는 기간을 갖는 교류 램프 전류를 고압 방전 램프에 제공하는 수단을 포함하되,

   상기 램프 전류는 기간마다 평균값 Im을 가지되, 각각의 기간의 시작시에는 음극 위상 전극에 대한 안정된 확산적 침투(stable diffuse attack)를 허용하도록 평균값 Im보다 낮은

   회로 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기간마다 램프 전류는 평균값 Im을 가지되, 상기 기간의 제 1 부분에 걸쳐서는 Im보다 낮은 평균값 Ie을 갖고, 상기 기간의 제 2 부분에 걸쳐서는 Im보다 큰 평균 전류 I2를 가지는

   회로 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기간은 시간 tp이며 상기 기간의 제 1 부분인 지속기간 tl은 관계 0.5≤tl/tp≤0.85를 만족하는

   회로 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   0.3≤Ie/Im≤0.9인

   회로 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 기간의 시작시의 상기 전류는 Ie 보다 높은

   회로 장치.
6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프 전류에는 상기 기간의 끝에서 관계식 I3≤2Im을 만족하는 값 I3를 가지는 동일한 극성의 펄스가 제공되는

   회로 장치.

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