KR100711812B1 - Ｈｉｄ용 무접점 전자제어 고압제어 안정기 - Google Patents

Ｈｉｄ용 무접점 전자제어 고압제어 안정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차용 HID(High Intensity Dischare)램프의 초기 기동전압을 낮춤으로서 고전압이 유기되기 전 약30~40ms동안 전극양단에 직류전압 400V를 인가하여 고압방전등내 전극에 달라붙은 봉입물이 제거되도록, 게이트구동부의 출력신호 일측에 포트커플러 및 트라이악으로 이루어진 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
무접점 전자제어, HID(High Intensity Dischare)램프

Description

ＨＩＤ용 무접점 전자제어 고압제어 안정기{THE BALLAST FOR HID-LAMP WITH CONTACTLESS CONTROL}
도 1은 종래의 HID 램프용 전자식 안정기의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기를 도시한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 정류부 20 : 플라이백 컨버터
21 : PWM제어부 22 : 입력전류검출부
30 : 풀브리지 인버터 31 : 출력전류검출부
32 : 게이트구동부 40 : 무접점입력부
41 : 무접점출력부 50 : 이그나이터
60 : 제어기
본 발명은 자동차용 HID(High Intensity Dischare)램프의 초기 기동전압을 낮춤으로서 고전압이 유기되기 전 약30~40ms동안 전극양단에 직류전압 400V를 인가하여 고압방전등내 전극에 달라붙은 봉입물이 제거되도록, 게이트구동부의 출력신호 일측에 포트커플러 및 트라이악으로 이루어진 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 HID(High Intensity Dischare)램프는 고압 가스 또는 증기 중의 방전에 의한 발광을 이용한 발광관의 관변부하가 2[W/㎠] 이상의 고휘도방전램프를 의미한다. HID 램프로는 메탈할라이트 램프, 고압나트륨 램프, 고압수은 램프 등이 있다.
고압수은등은 1930년대에 최초로 개발되어 효율이 높고 수명이 길다는 장점 때문에 산업용 조명시장을 중심으로 발전되어 왔으며, 최근에는 수은 함유량이 적고 효율이 뛰어난 메탈할라이트 램프의 개발이 가속화되고 있다.
한편, HID 램프에 사용되는 안정기는 1957년에 고압수은 램프용으로 개발되었으며, 1967년에 메탈할라이트 램프 및 고압나트륨 램프용으로 자기식과 전자식으로 개발되었다. 형광등용 안정기와 관련하여 1980년대에 마이크로프로세서를 이용한 조명제어시스템이 개발되었으며, 이로 인하여 HID 램프용 안정기의 전자화가 시작되었다. 그러나, HID램프용 안정기는 향후 몇 년간은 자기식 위주로 사용될 것이 며, 소용량 분야에서만 전자식으로 개발이 계속될 것으로 전망된다.
도 1은 종래의 HID 램프용 전자식 안정기의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 HID 램프용 전자식 안정기(11)는 정류부(111), 발진부(121), 인버터부(131) 및 공진부(141)를 구비한다.
정류부(111)는 입력되는 교류전압(Vin)을 정류하여 발진부(121)에 전달한다.
발진부(121)는 정류부(111)의 출력신호를 받아서 싱글(single) 발진신호(V1)를 발생한다.
인버터부(131)는 발진부(121)에서 출력되는 발진신호(V1)를 받아서 싱글 구형파 신호(V2)를 발생한다.
공진부(141)는 인버터부(131)에서 출력되는 신호(V2)를 받아서 싱글 정현파 신호(Vout)를 발생하여 HID 램프를 작동시켜 HID 램프로 하여금 발광하게 한다.
이처럼, 종래의 HID 램프용 전자식 안정기는 전원부로 부터 인가된 전압이 400V~600V의 일정전압에 도달되면 자동 전달되는 전자식 스파크 갭(SPARK GAP)를 통하여 이그나이터에 공급되고, 이그나이터는 방전관(BULB)의 초기 글로우 방전에 필요한 방전을 발생하여 방전을 개시한다. 이때 연속적인 전력의 공급을 위하여 인버터는 한방향으로 전류의 패스(PASS)를 열어둔다. 이때, 종래의 HID 램프용 전자식 안정기는 2차측을 방전관(BULB)에 연결하여 방전에 필요한 전압을 공급한다.
하지만 이때의 인버터전 평활된 전압은 일정하여 초기 구동시 방전관(BULB)에 가해주는 전력은 저항 성분이 작은쪽은 많은 전류가 흐르게 되고 큰쪽은 적은 전류가 흐르게 되어 전력 불평형이 생기게 된다.
이러한 전력 불평형으로 인해 HID 램프를 구동시키기 위한 이그나이터의 1차측 단자에 유기되는 1차 전압 및 고압방전등(HID)램프에 유기되도록 이그나이터 2차측 단자에 발생되는 2차 전압 간의 편차가 커서 고전압방전으로 인한 HID 램프의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명에서는 자동차용 HID(High Intensity Dischare)램프의 초기 기동전압을 낮춤으로서 고전압이 유기되기 전 약30~40ms동안 전극양단에 직류전압 400V를 인가하여 고압방전등내 전극에 달라붙은 봉입물이 제거되도록 하고, 게이트구동부의 출력신호 일측에 연결된 포트커플러 및 트라이악으로 이루어진 무접점입출력회로를 통해 자동차용 이그나이터 1차의 전압편차를 적게하며, HID램프로 유기되는 2차전압의 편차를 적고 일정하게 하여 장기적으로 HID램프의 내구성이 좋아지게 하는 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기는,
플라이백 컨버터(Flyback Converter)와 풀브리지인버터(Full Bridge inverter)및 전원부와 PWM제어부 및 게이트구동부로 구성되고,
상기 풀브리지인버터(Full Bridge inverter)는 일측에 게이트구동부의 하이램프 구동신호 및 로우램프 구동신호를 전송받아 트라이악의 턴온 및 턴오프가 되게 무접 점출력부를 작동하게 입력신호를 공급하는 무접점입력부와,
그 무접점입력부의 입력신호를 입력받아 이그나이터의 1차전압 편차 및 고압방전등(HID)램프로 유기되는 2차전압 편차를 적게하여 고압방전등 램프를 작동시키는 무접점출력부가 포함되어 구성됨으로서 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기를 도시한 회로도인 바, 이는 정류부(10), 플라이백 컨버터(Flyback Converter)(20), PWM제어부(21), 입력전류검출부(22), 풀브리지인버터(Full Bridge inverter)(30), 게이트구동부(31), 출력전류검출부(32), 무접점입력부(40), 무접점출력부(41), 이그나이터(50), 제어기(60)로 구성된다.
여기서, PWM제어부(21)와 게이트구동부(31)의 구성과 동작은 당업계에서 보편적인 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 정류부는 일측에 차량 전원인 밧데리와 제너레이터로부터 코일인덕턴스 L1을 통해 캐패시터 C3,C4에 축적되어 저장된다.
상기 플라이백 컨버터(Flyback Converter)(20)는 초기 기동시 PWM 제어부(21)의 제어신호에 의해 턴 온/오프되는 스위칭 트랜지스터(S1,S2)에 입력되는 입 력전류를 검출하는 입력전류검출부(22)가 접속되며, 회로의 상단부에 스위칭 트랜지스터(S1,S2)가 턴 온/오프되면 밧데리와 제너레이터의 전압(V+, V-)을 승압하여 출력하는 변압기(T1)가 접속된다.
여기서, 상기 입력전류검출부(22)는 초기기동시 센싱저항(R10)을 통해 제어기에서 제공되는 전류 명령치를 이용하여 변압기(T1)에 일정한 전류가 흐르는지를 검출하는 역할을 한다.
상기 풀브리지인버터는 변압기(T1)의 2차측 단자일측에 센싱 저항을 결합하여 하이빔(HIGH BEAM)램프 또는 로우빔(LOW BEAM)램프 작동시 출력되는 출력전류를 검출하여 센싱하는 기능을 갖는 바, 이는 변압기(T1) 2차측에서 출력되는 고전압(1500V)을 정류하여 게이트구동부의 스위칭트랜지스터(S3,S4,S5,S6)로 제공하는 다이오드(D1)가 접속되고, 상기 다이오드(D1)의 캐소드단과 접지단 사이에는 전해 캐패시터(C5)와, 저항(R5,R7,R8) 및 전해 캐패시터(C7)가 상호 병렬로 접속된다.
그리고, 센싱저항(R11)을 통해 램프의 초기 구동시 이그나이터부를 통해 유입되는 직류전류를 검출하는 출력전류검출부(31)가 각각 접속되고, 게이트구동부(32)에서 출력되는 구동신호에 의해 스위칭되는 스위칭 트랜지스터(S3,S4,S5,S6)가 접속된다.
상기 무접점입력부(40)는 게이트구동부의 하이램프 구동신호 및 로우램프 구동신호를 전송받아 트라이악의 턴온 및 턴오프가 되게 무접점출력부를 작동하게 입 력신호를 공급하는 곳으로, 이는 게이트구동부의 하이램프 출력측을 따라 코일인덕턴스(L2)와 연결되고, 다이오드 D2에 의해 정류되어 캐패시터 C8에 축적된다. 그리고, 게이트구동부의 로우램프 출력측을 따라 코일인덕턴스(L3)와 연결되고, 다이오드 D3에 의해 정류되어 캐패시터 C9에 축적된다.
여기서, 하이램프 구동신호는 하이램프를 구동시키는 하이(High)신호와 구동을 멈추는 로우(Low)신호로 구성되고, 로우램프 구동신호는 로우램프를 구동시키는 하이(High)신호와 구동을 멈추는 로우(Low)신호로 구성된다. 이러한 하이램프의 구동신호 및 로우램프의 구동신호는 제어기를 통해 제어됨으로서 전달받는다.
그리고, 무접점입력부의 센싱저항R13은 게이트구동부의 하이램프 및 로우램프 구동신호인 하이(High)신호를 센싱하여 포토커플러(PC)의 1차측으로 전달하는 역할을 하게 된다. 이때 포토커플러(PC)의 1차측은 발광하게 되고, 발광하는 신호를 입력받은 포토커플러(PC)의 2차측이 온(ON)상태가 된다.
무접점입력부의 센싱저항(R13)은 게이트구동부의 하이램프 및 로우램프 멈춤신호인 로우(Low)신호를 센싱하여 포토커플러(PC)의 1차측으로 전달하는 역할을 하게 된다. 이때 포토커플러(PC)의 1차측은 멈추게 되고, 이에 따라 포토커플러(PC)의 2차측이 오프(OFF)상태가 된다.
상기 무점접출력부는 무접점입력부의 입력신호를 입력받아 이그나이터의 1차측 단자에 유기되는 1차 전압 및 고압방전등(HID)램프에 유기되도록 이그나이터 2차측 단자에 발생되는 2차 전압 간의 편차를 적게하여 고압방전등 램프를 작동시키는 곳으로, 이는 트라이악(T)와 캐패시터 C10으로 구성되어 이그나이터의 2차측 단자와 연결되어 구성된다.
여기서 무접점출력부의 트라이악(T)은 상기 무접점입력의 센싱저항R13을 통해 게이트구동부의 하이램프 및 로우램프 구동신호인 하이(High)신호가 센싱되면, 포토커플러(PC)가 온(ON)상태가 되고, 트라이악(T)는 온(ON)되어 이그나이터의 전극 양단에 DC400V가 흐르도록 인가된다.
이와 반대로, 상기 무접점입력의 센싱저항R14을 통해 게이트구동부의 하이램프 및 로우램프 멈춤신호인 로우(Low)신호가 센싱되면, 포토커플러(PC)가 오프(Off)상태가 되고, 트라이악(T)는 오프(Off)되어 이그나이터의 전극 양단에 0V가 흐르게 된다.
상기 제어기(60)는 PWM 발생기, 램프 전력안정, 램프 온도보상기, 전체 fault 보호회로의 특징을 갖는바, 전원부로부터 입력전압을 입력받고, PWM제어부를 통해 초기기동시 입력전류를 일정 단계로 유지하여 각부하에 공급되는 전압을 제어하며, 풀브리지 인버터 작동시 발생하는 출력전류를 검출하여 양단간의 불평형부하를 제어한다.
이에 제어기(60)는 전류 명령치를 이용하여 일정한 전압을 얻기 위해 사용되는 입력전류검출부(13)와 접속되며, 램프의 점화상태에 따라 이그나이터부에서 가변되는 직류전류를 제어하기 위해 사용되는 출력전류검출부(21)가 접속되고, 플라이백 컨버터(Flyback Converter)(10)로부터 일정 레벨의 직류전압과 램프의 점화상태에 따라 가변되는 레벨의 직류전압이 각각 출력될 수 있도록 하는 PWM제어부가 접속되며, 풀브리지인버터로부터 구형파 교류전압이 출력되도록 제어신호인 게이팅신호를 제공하는 게이트 구동부가 접속된다.
이하, 본 발명에 따른 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기의 구체적인 동작과정을 설명하기로 한다.
먼저, 제어기(60)의 동작을 도 2를 참조하여 살펴보면, 이는 PWM 발생기, 램프 전력안정, 램프 온도보상기, 전체 fault 보호회로의 특징을 갖는바, 풀브리지 인버터(30)에 제공되는 출력전류를 제어하는데, 특히 출력전류검출부(31)를 통해 하이램프 및 로우램프 작동시 센싱저항(R11)에서 생성된 출력전류을 검출하여 어느 한쪽의 불평형부하의 크기가 증가하면 계통단락 용량을 증가시켜서 출력전류를 일정하게 유지시킴으로써 불평형부하를 제어한다.
그리고, 무접점입력부 작동시 게이트 구동부의 하이램프 및 로우램프 구동신호인 하이(High)신호와, 하이램프 및 로우램프 멈춤신호인 로우(Low)신호에 필요한 일정 단계의 입력전압과 입력전류를 조절함으로써 램프의 초기구동시 양 방전관(BULB)간에 발생하는 불평형 부하를 제어한다.
다음으로, 이그나이터부(50)와 무접점입력부(40), 무접점출력부(41)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
전원부로 부터 인가된 전압이 400V~600V의 일정전압에 도달되면 자동 전달되는 무접점입력부(40) 및 무접점출력부(41)를 통하여 이그나이터에 공급되고, 이그나이터는 방전관(BULB)의 초기 글로우 방전에 필요한 방전을 발생하여 방전을 개시한다. 이때 연속적인 전력의 공급을 위하여 풀브리지 인버터로부터 한방향으로 전류가 흐르도록 게이트구동부의 하이램프 및 로우램프 구동신호인 하이(High)신호를 열어둔다. 이때, 본 발명에 따른 하우램프 및 로우램프로 이루어진 2개의 HID 램프에 이그나이터의 2차측을 하우램프 및 로우램프의 방전관(BULB)에 연결하여 방전에 필요한 전압을 공급한다.
하지만 이때 풀브리지 인버터의 하이(High)신호로부터 평활된 전압은 일정하여 초기 구동시 하우램프 및 로우램프의 방전관(BULB)에 가해주는 전력은 저항 성분이 작은 방전관(BULB) 쪽은 많은 전류가 흐르게 되고, 저항 성분이 큰 방전관(BULB) 쪽은 적은 전류가 흐르게 되므로, 이그나이터의 1차측 단자에 유기되는 1차 전압 및 고압방전등(HID)램프에 유기되도록 이그나이터 2차측 단자에 발생되는 2차 전압 간의 편차가 크게 되어 전력 불평형이 생기게 된다.
이에 본 발명에서는 상기 전력 불평형을 개선하기 위해서, 제어기를 통해 저항이 큰 방전관(BULB) 쪽의 전력을 기준 전력에 맞춘 후 저항이 작은 방전관(BULB)의 관전압을 제어하여 정격에 도달할 수 있는 포트커플러 및 트라이악으로 이루어진 무접점입력부(40) 및 무접점출력부(41)를 통해 하우램프 및 로우램프의 1차측 단자와 2차측 단자와 연결된 양 방전관(BULB)의 전력을 일정하게 한다.
즉, 램프의 초기 구동시 하우램프 및 로우램프의 1차측 단자와 2차측 단자와 연결된 양 방전관(BULB)간의 전력 불평형이 발생되면 제어기에서는 PWM 제어부(16)통해 제어신호를 보내고, 그 PWM 제어부의 제어신호는 게이트구동부를 통해 무접점입력부(40) 및 무접점출력부(41)로 입력되는 일정 단계의 입력전류와 출력전류를 조절함으로써 저항이 큰 쪽의 전력을 기준 전력에 맞춘 후 저항이 작은 방전관(BULB)의 관전압을 제어함으로서 1차측 단자와 2차측 단자와 연결된 양 방전관(BULB)간에 발생되는 불평형 부하를 제어할 수가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 게이트구동부의 출력신호 일측에 포트커플러 및 트라이악으로 이루어진 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기를 제공함으로서, 고전압 유기되어 램프가 점등될때 까지의 시간과 전압을 제어할 수 있기 때문에 원하는 만큼의 전극가열 효과를 기대할 수 있으며, 이그나이터 1차의 전압 편차가 적어 램프로 유기되는 2차전압의 편차가 적고 일정하게 유지할 수 있기 때문에 장기적으로 램프의 내구성이 좋아지는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 플라이백 컨버터(Flyback Converter)와 풀브리지인버터(Full Bridge inverter)및 전원부와 PWM제어부 및 게이트구동부로 이루어진 HID 램프를 발광시키는 전자식 안정기에 있어서,
    상기 풀브리지인버터(Full Bridge inverter)는 램프의 초기 구동시 하우램프 및 로우램프의 1차측 단자와 2차측 단자와 연결된 양 방전관(BULB)간의 전력 불평형이 발생되면 제어기를 통해 PWM 제어부(16)로 제어신호를 보내고, 그 PWM 제어부의 제어신호에서 게이트구동부를 통해 무접점입력부(40) 및 무접점출력부(41)로 입력되는 일정 단계의 입력전류와 출력전류를 조절함으로써 저항이 큰 쪽의 방전관(BULB) 전력을 기준 전력에 맞춘 후 저항이 작은 방전관(BULB)의 관전압을 제어함으로서 1차측 단자와 2차측 단자와 연결된 양 방전관(BULB)간에 발생되는 불평형 부하를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 HID용 무접점 전자제어 고압제어 안정기.
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