KR100787125B1 - 고휘도 방전 벌브의 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

서로 다른 구동 펄스 수를 가지는 두 종류의 구형파가 HID 벌브로 공급된다. 이들 공급되는 두 가지 다른 종류의 구형파 조합을 바꿈으로써, HID 벌브의 구동 에너지는 증가하거나 감소하고, 이에 따라 HID 벌브로의 공급 전기 에너지가 정확히 제어된다.

HID, 고휘도 방전 벌브, 파워 서플라이, 전원 공급 장치

Description

고휘도 방전 벌브의 제어 장치 및 그 제어 방법{CONTROL DEVICE FOR HIGH INTENSITY DISCHARGE BULB AND METHOD OF CONTROLLING HIGH INTENSITY DISCHARGE BULB}

도 1은 본 발명에 의한 고휘도 방전 벌브에 사용되는 파워 서플라이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2는 펄스열 발생부과 각 요소의 파형을 나타내는 블럭도이다.

도 3A 내지 3G는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 도면이다.

도 4는 벌브 전압/전류를 캡처하는 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 5는 기본 전력을 설정하는 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 6은 정수를 사용한 보정 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 7은 소수를 사용한 보정 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 8은 기본 프로세스와 140 펄스 샘플링에 의한 보정 프로세스를 위한 특정 값을 설명하기 위한 표이다.

도 9는 35 펄스 샘플링에 의한 보정 프로세스를 위한 특정 값을 설명하기 위한 표이다.

도 10은 기본 프로세스와 소수를 사용하는 35 펄스 샘플링에 의한 보정 프로세스를 위한 특정 값을 설명하기 위한 표이다.

도 11은 140 펄스 샘플링에 의해 보정 프로세스가 이루어진 후 오차 상태를 나타내는 도면이다.

도 12은 35 펄스 샘플링에 의해 보정 프로세스가 이루어진 후 오차 상태를 나타내는 도면이다

도 13은 140 펄스 샘플링에 의한 기본 설정 상태, 정수를 사용한 보정 프로세스가 이루어진 후의 상태, 정수를 사용한 35 펄스 표준화에 의해 보정 프로세스가 이루어진 후의 상태 및 소수를 사용한 35 펄스 표준화에 의해 보정 프로세스가 이루어진 후의 상태를 나타내는 도면이다.

도 14A 내지 14E는 본 발명의 보정 펄스 발생을 설명하는 표이다.

도 15는 도 14에서 보인 1 TS당 펄스 수를 오름차순으로 리스트 하여 나타낸 표이다.

본 발명은 고휘도 방전 벌브(High Intensity Discharge Bulb)용 파워 서플라이 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자동차나 오토바이의 전조등과 같이 차량에 사용되고, 고휘도 방전 벌브(이하, HID 벌브)이라고 불리는 방전 벌브용 파워 서플라이 장치에 관한 것이다.

HID 벌브는 벌브에 따라 구동 전압의 편차를 가진다. 예를 들어, 구동 전압이 70(V) - 100(V) 사이에서 변하는 경우(즉, 구동 전압은 85 ± 15(V))는, 구동전압이 18%까지 변동함을 의미한다. HID 벌브의 광도는 공급되는 전기 에너지 즉, 일(에너지)의 양에 비례한다. HID 벌브가 상기와 같은 특성을 가진 관계로 각 HID 벌브를 흐르는 전류의 양을 제어하여, 공급되는 전기 에너지를 일정하게 하고 제품들 간의 편차를 줄여 일정 광도를 유지하도록 한다.

HID 벌브의 구동 전기 에너지를 제어하기 위하여 펄스폭을 증가시키거나 감소시키는 방법이 있다. 이 펄스폭 제어 방법에는 아날로그 방식과 디지털 방식이 있다. 아날로그 방식에서는 펄스폭 변조를 수행하는 아날로그 회로가 채택되고, 이때 전용 IC를 사용한다. 디지털 방식에서 펄스폭은 펄스 수를 카운팅함으로써 변화되며, 많은 사례에서 범용 마이크로프로세서가 사용된다.

도 3A는 "펄스 카운팅 시스템"의 원리를 설명하기 위한 파형 그래프이다. 상기 예에서, 반복 주기가 25 ㎲ ( 40 KHz)인 구형파 신호의 70%에 해당되는 17.5 ㎲ 동안 "ON" 상태이고, 나머지 30%에 해당되는 7.5 ㎲ 동안 "OFF" 상태이다.

전력의 물리적 정의는 "힘" 즉, 단위시간당 일을 의미하며, joule/second (J/S)의 단위로 표현된다. 따라서,

전력(W) = 전압(V) x 전류 (A)...........................(1),

전력(J/S) = 전압(J/C) x 전류 (C/S).........................(2),

이므로, HID 벌브에 공급 에너지(일)는 다음 관계식으로 표현된다.

일(J) = 힘(J/S) x 시간(S)....................(3),

전기 에너지(J) = 전력(W) x 시간(S)....................(4).

35(W)의 HID 벌브에 85(V)의 전압을 걸고, 0.412(A)의 전류가 흐르도록 하면, 소정의 전력이 공급된다. 엄격히 말해, 신호는 구형파인 동시에 교류 구동 신호이기 때문에, 역률이 고려의 대상이 될 필요가 있다. 그러나, 관례적으로 상기 전류는 직류 전류와 동등한 실효치로 표현될 수 있다.

벌브 35(W) ON time 17.5 ㎲ (70%)

OFF time 7.5 ㎲ (30%)

주기 25.0 ㎲ (100%) (40 KHz)

상기 예에서, 35(W)의 전력이 17.5 ㎲ 의 ON 상태 동안 공급되고, 이에 따른 전기 에너지는 다음과 같다: 35(W) x 17.5 (㎲) = 612.5 x 10^-6 (J).

만일 상기 신호가 시간 축 상의 25.0㎲ 기간(1 시간 슬롯(이하, "1TS"))동안 200번 샘플링되었다면, 상기 각 샘플링 시간은 0.125㎲ 에 대응되고, 17.5㎲ 의 ON 시간은 140개의 샘플을 갖는다. 35 (W)는 17.5 ㎲ 이기 때문에, 35(W)/140 = 0.25(W)/표본 즉, HID 벌브로 공급되는 에너지는 펄스당 0.25(W)의 전력(힘)에 의해 제공된다.

이렇게 단위로서 사용하는 샘플링 펄스로 17.5 ㎲의 ON 시간을 증가 또는 감소시킴으로써, 전력 즉, 에너지가 제어될 수 있다. 상기 예에서, 상기 전력은 0.25(W)의 스텝으로 제어될 수 있다.

만일 1TS 동안 25.0 ㎲ 의 샘플링 수가 200에서 50으로 감소한다면, 각 샘플링 시간은 0.5 ㎲ 에 대응되고, 17.5 ㎲ 의 ON 시간은 35 샘플을 갖는다. 35(W) = 1.00/샘플 즉, 각 펄스당 에너지는 1(W)이므로 스텝은 앞에서의 예에서 보다 4배 증가한다.

상기 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 펄스 카운팅 시스템에서 제어 정확성은 샘플의 수에 의존하여 변하게 된다.

정확성을 증가시키기 위해, HID 벌브의 구동 주파수는 충분히 높게 증가시킬 필요가 있다.

펄스 카운팅 수단으로서 범용 마이크로 프로세서가 사용된다. 구동 클럭은 약 30 MHz이다. 상기 구동 클럭의 분할에 의해, 앞에서 언급한 샘플링 신호가 얻어진다. 요즈음, PIC(주변부 인터페이스 제어기)라 불리는 작고 저렴한 소자가 범용 마이크로 프로세서로 공급된다. 그러나, PIC의 구동 클럭 주파수는 10-20MHz 정도로 낮기 때문에 종래의 펄스 카운팅 시스템에서는 정확도가 낮아지는 문제를 야기한다.

고휘도 방전 램프용 구동 장치에 관하여, 마츠시타 일렉트로닉 워크 테크니컬 리포트 (2001년 5월) 13-19페이지에 수록된 츠토무 시토, 타카시 캄바라 등이 저술한 "발라스트 포 HID 헤드 램프 시스템 포 오토모빌(Ballast for HID Head Lamp System for Automobil)"과 같은 선행문헌이 있다.

상기에서 언급한 것처럼, 종래의 장치는 벌브에 따라 구동 전압의 편차를 가지며, 나아가 사용 시간 및 전원 ON/OFF로 시간이 지남에 따라 HID 자체가 변화하면서, HID 램프의 구동 전압이나 전류가 변동한다는 점의 문제점을 가진다.

게다가, 발광 광도와 색(tint)의 안정성과 일정성이 향상될 필요가 있다.

본 발명에서는 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 HID 벌브간의 구동전압의 편차가 흡수되고, 공급되는 에너지를 제어하는 정확성이 향상된 새로운 고휘도 방전 벌브용 제어 장치와 고휘도 방전 벌브을 제어하는 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 기술적 구성을 가진다.

본 발명의 제 1측면은 차량에 장착되는 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 인가함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브용 제어 장치에 있어서, 상기 제어 장치는: 상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출기 위한 구동 전압 검출 수단; 상기 구동 전압 검출 수단에 의해 검출된 구동 전압에 대하여 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 구동 전압 검출 수단에 의해 검출된 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하기 위한 추정 전력 설정 수단; 상기 추정 전력 설정 수단에 의해 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 사이의 오차를 구하기 위한 오차 연산 수단; 및 상기 오차 연산 수단에서 구한 상기 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 보정 수단을 포함한다.

본 발명의 제 2측면은 상기 보정 수단이 제 1 기간 동안 고휘도 방전 벌브에 단위 시간당 제 1 펄스 수를 가지는 펄스를 인가하고, 제 2 기간 동안 고휘도 방전 벌브에 단위 시간당 제 2 펄스 수를 가지는 펄스를 인가하며, 상기 제 2 펄스 수는 상기 제 1 펄스 수와 다르고, 상기 제 1 펄스 수와 상기 제 2 펄스 수는 제어 장치에 제공되는 펄스 제어 수단에 의해 제어되는 것이다.

본 발명의 제 3측면은 상기 제 1 펄스 수는 상기 제 2 펄스 수와 적어도 1 펄스 만큼 다르다.

본 발명의 제 4측면은 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 제공함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브용 제어 장치에 있어서, 단위 시간당 제 1 펄스 수를 갖는 펄스는 제 1 기간 동안 상기 고휘도 방전 벌브에 인가되고, 단위 시간당 제 2 펄스 수를 갖는 펄스가 제 2 기간 동안 상기 고휘도 방전 벌브에 인가되며, 상기 제 2 펄스 수는 상기 제 1 펄스 수와 다르고, 상기 제 1 펄스 수 및 상기 제 2 펄스 수는 제어 장치에 제공되는 펄스 제어 수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5측면은 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 제공함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브용 제어 장치에 있어서, 상기 제어 장치는: 단위 시간당 제 1 펄스 수를 출력 하기 위한 제 1 펄스 발생 수단; 단위 시간당 상기 제 1 펄스 수와 다른 제 2 펄스 수를 출력하기 위한 제 2 펄스 발생 수단 및 제 1 펄스 발생 수단에 의한 출력 펄스와 제 2 펄스 발생 수단에 의한 출력 펄스 사이에서 스위칭하기 위한 펄스 제어 수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6측면은 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 제공함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브 제어 방법에 있어서, 상기 제어 방법은: 상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출하는 단계; 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압에 따라 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하는 단계; 상기 설정 단계에서 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 간의 오차를 연산하는 단계; 및 연산 단계에서 구한 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 7측면은 본 발명의 여섯 번째 양상에 따른 고휘도 방전 벌브를 제어하는 방법 중 보정 펄스 수를 구하는 단계에서, 고휘도 방전 벌브에 공급되는 단위 시간당 펄스 수를 변환시키기 위한 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 8측면은 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 제공함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브를 제어하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은: 상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출하는 단계; 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압에 따라 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하는 단계; 상기 설정 단계에서 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 간의 오차를 연산하는 단계; 및 연산 단계에서 구한 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 단계를 포함하는 방법을 컴퓨터가 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 구형파가 HID 벌브에 공급되는 ON(duty) 시간은 ON 시간보다 충분히 작은 펄스 폭을 가지는 복수의 구동 펄스나 샘플링 펄스에 의해 제어된다. 본 발명에 있어서, 다른 개수의 구동 펄스나 샘플링 펄스를 가지는 두 종류의 구형파가 제공된다. 이 다른 두 종류의 구형파의 조합을 변경함으로써, HID 벌브의 구동에너지가 증가 혹은 감소하고, 그에 따라 HID 벌브의 공급 전기 에너지가 제어된다.

본 발명에 있어서, 두 단계의 방법이 사용된다. 첫 번째 단계에서 HID 벌브에 대한 목표 전력에 가까운 대략적인 전력이 설정된다. 그 다음 두 번째 단계에서 대략적인 전력과 목표 전력의 차이가 보정된다.

도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 구성을 나타내 본다.

도면 1은 본 발명의 구체적인 구성에 따른 고휘도 방전 벌브용 제어 장치 구성도이다.

도면 1에서 배터리(1)는 전기 에너지를 HID 벌브(4)에 공급하는 에너지 공급원이다. 자동차에 장착되는 배터리의 출력 전압은 일반적으로 DC 12V (대형차의 경 우 24V DC)이다. DC-DC 컨버터 회로(2)는 12V를 85V로 상승시키고, 상승된 전압을 출력한다. 교류 발광 시스템에서, 정상 동작 동안 대략 40에서 60 KHz의 반복 주파수를 가지는 교류 전압이 HID 램프(4)에 제공된다. 그러므로, DC-DC 컨버터 회로(2)에서 얻어진 DC 전압을 구형파 AC 신호로 전환하기 위하여, DC-구형파 AC 컨버터 회로(3)가 제공된다. 정상 동작 동안, DC-구형파 AC 컨버터 회로(3)의 출력 전압은 HID 벌브로 제공됨으로써, 동작 상태가 유지된다. 이그나이터(6)는 HID 벌브가 동작되도록 하기 위하여 HID 벌브의 동작 초기에만 HID 벌브로 높은 전압 신호를 제공한다. 이러한 구성은 일반적으로 알려진 것이다.

제어부(5)은 본 발명의 펄스열을 발생시키는 펄스열 발생부(7)을 포함하는 구동 신호 발생 회로(51); HID 벌브(4)에 제공되는 AC 전압을 측정하는 전압 검출 회로(52); HID 벌브(4)로 공급되는 전류를 측정하는 전류 검출 회로(53); 및 구동 신호 발생 회로(51), 전압 검출 회로(52) 및 전류 검출 회로(53)를 기반으로 제어 프로세스를 수행하는 신호 처리부(54)을 포함한다.

에너지의 증감을 제어하는 방법으로는, 구형파가 HID 벌브를 구동시키는 동안 ON 시간의 증감을 제어하는 방법이 있다. ON 시간을 구하는 방법으로서, ON 시간 보다 충분히 작은 기간를 가지는 구동 펄스의 샘플링을 수행하고, 이러한 구동 펄스와 샘플링 펄스의 수에 의하여 에너지를 제어한다.

본 발명에서는 ON 시간을 구하는 개수가 다른 두 개의 구동 펄스 혹은 샘플링 펄스가 펄스열 발생부(7)에서 발생된다. 두 개의 다른 펄스열을 조합하고 DC-DC 컨버터 회로(2)에 조합된 펄스열을 공급함으로써, 전력 제어의 정확성이 증가될 수 있다. 펄스열 발생부(7)의 상세한 구성과 작동에 대해서는 후술하도록 한다.

이제 이들 프로세스를 설명하도록 한다.

(1) 벌브 전압/전류를 캡쳐하는 프로세스(도 4)

도 4는 벌브 전압/전류를 캡쳐하는 단계 프로세스를 보이는 플로우 차트이다. 프로세스 단계는 다음과 같다. HID 벌브의 구동 전압과 전류를 독출한다(단계 S11). 만일 독출된 데이터가 정상이면(단계 S13), 신호 처리부(54)에 제공된 마이크로프로세서의 메모리에 캡쳐된다. 정상적으로, 이러한 정보는 일정한 시간 간격 또는 필요한 시점에 갱신되고 메모리에 저장된다. 독출은 도 1의 전압 검출 회로(52)와 전류 검출 회로(53)를 사용하여 수행된다. 독출된 전압과 전류는 아날로그 값을 가지므로 AD 컨버터 회로를 사용하여 디지털 값으로 변환되고, 마이크로 프로세서에서 처리된다.

(2) "기본 전력 설정 값"을 설정하는 프로세스(도 5)

도 5는 HID 벌브에 대한 목표 전력에 가까운 대략적인 전력을 설정하는 단계 프로세스를 보이는 플로우 차트이다.

도 8과 도 9는 상기 도 5의 동작을 설명하기 위하여 정량적 데이터를 나타낸 예시 도면이다.

도 5에서는, 먼저 상기 도 4의 프로세스에서 메모리 내에 캡쳐된 벌브 전압 (Vi)을 기반으로 소정의 구동 전류가 설정된다 (단계 S21). 도 8의 표에서 벌브 전압(Vi)은 C 열에 보인 "벌브 전압" 값 중 어느 하나에 대응된다. 상기 HID 벌브의 전압 값은 벌브에 따라 다양하다. 상기 전압 값의 변동 폭은 대략 85 ± 15(V)이 다. 그 다음, "추정 전류"가 상기 독출된 "벌브 전압"에 따라 설정된다. 도 8에서는 상기 추정 전류가 E 열에 나타나 있다. 상기 전압이 어떤 일정 범위내에 있다면, 소정의 전류 값은 유일하게 선정된다는 것에 유의한다.

도 8의 표에서, C 열의 5 내지 11행에 보이는 73.50 내지 76.50(V) 사이 전압 범위(즉 75 ± 1.5(V))의 추정 전류는 E 행의 5 내지 11행에 보여지듯이 0.466667(A)로 설정된다. C 열의 12 내지 18행에 보이는 83.50 내지 86.50(V) 사이 전압 범위(즉 85 ± 1.5(V))의 추정 전류는 E 행의 12 내지 18행에 보여지듯이 0.411765(A)로 설정된다. C 열의 19 내지 25행에 보이는 93.50 내지 96.50(V) 사이 전압 범위(즉 95 ± 1.5(V))의 추정 전류는 E 행의 19 내지 25행에 보여지듯이 0.368421(A)로 설정된다.

단계 S22에서, 임시 전력(추정 공급 전력)(Pi)이 HID 구동 전압(Vi)와 단계 S21에서 설정된 추정 전류(i)를 기반으로 설정된다. 도 8의 표에서 F 열은 임시 전력(추정 공급 전력)(Pi)을 보이고 있다.

단계 S23에서, 오차가 연산된다. HID 벌브에 공급되는 상기 구동 전류는 약간의 조정이 필요한 추정 전류 값이다. 따라서, 임시 전력(Pi)은 상기 목표 전력에 대하여 0을 포함한 +/- 오차를 포함한다. 도 8의 표에서 G 열이 이러한 오차를 보이고 있다. 도 8의 예에서, 목표 값은 35(W)이고, 상기 오차 값ΔW (= 35(W)-Pi(W))은 G 열에 보여지고 있다. 도 8의 G 열은 오차의 절대값 |(W)|을 나타낸 것에 유의한다. 35 (W)에 대한 오차율 Δ% 은 H 행에 나타나 있다.

단계 S24에서, DC-DC 컨버터 회로(2)는 단계 S21 내지 S23까지 설정된 조건 하에서 소정의 전력이 HID 벌브(4)에 공급되도록 제어된다. 구동 신호 발생 회로(51)는 신호 처리부(54)의 연산 결과에 의해 제공된 펄스 수를 아날로그 량의 펄스폭으로 변환시키고, DC-구형파 AC 컨버터 회로(3)의 스위칭 요소 (31 내지 34)를 구동시킨다.

단계 S25에서, 상기 DC-DC 컨버터 회로(2)를 구동시킨 결과로서 상기 임시 전력이 적절한가 여부에 대한 결정 동작이 이루어진다. 첫 번째, 상기 값이 메모리에 잡히고; 반복 수행시 상기 전류 값은 이전 값과 비교되며; 상기 값이 적절한지 여부에 대한 결정이 이루어지며; 단계 S21 내지 S24가 여러 차례 시행된다(N 번). 여기서, 본 발명 작용을 쉽게 설명하자면, 단계 S21 내지 S24는 상기 설정 전력(Pi)와 상기 오차(ΔW)의 적절성 여부에 따라 여러 번 시행(N 번)되는데, 실제로는, 배터리 전압 요동, HID 벌브의 온도, 부하의 유무, HID 벌브의 이상 및 출력의 단락 등의 상태를 판단하고, 얻어진 데이터가 정상적인지 아닌지를 판단한다. 단계 S26에서, 단계 S21 내지 S25의 시행 결과, 허용 범위인 벌브 전압(Vi), 임시 전력(Pi) 및 오차(ΔW)의 값들이 기본 전력으로 최종 설정되고, 상기 마이크로 프로세서에 "기본 전력 설정 값"으로 메모리에 저장된다.

(3) ON 시간 동안 140 샘플링 펄스를 이용한 보정 프로세스(도 6)

도 6은 도 5에서 설정된 "기본 전력 설정 값"의 정확성을 높이기 위하여 보정 작업이 이루어지는 것을 나타내는 플로우 차트이다. 도 8 표상의 I 내지 O 열은 도 6의 프로세스와 연계된 값을 나타낸다.

도 6의 단계 S32에서, 검출된 벌브 전압에 기반하여 보정용 펄스 수의 연산 동작이 수행되고 있다. 도 5의 "기본 전력 설정 값" 을 설정하는 프로세스에서 얻어진 오차 전력(ΔW)은 이상적으로 0이 되는 것이 바람직하다.

"기본 전력 설정 값"을 설정하는 때에, 140개의 펄스가 1 TS 동안 DC-DC 컨버터 회로(2)에 입력되는데, 앞서 설명한 바와 같이 목표 전력이 35(W)이므로 상기 전력은 펄스당 0.250(W)이다. 따라서, 오차 전력(ΔW)을 펄스당 0.250(W)로 나누어 주면, 오차 보정에 필요한 펄스 수가 얻어질 수 있다. 그림 8의 표에서, I 열은 연산된 펄스 수를 보여주고 있다.

그림 8의 표 예에서 I 열, 5 내지 11행에 보여지는 오차 펄스의 수는 2.800000, 1.866667, 0.933333, 0.000000, -0.933333, -1.866667 및 -2.800000 이다. 이러한 오차들을 최소화할 수 있는 오차 펄스(α)의 수는 다음과 같다.

(ΔW/0.250) (α)

2.800000 -> 3

1.866667 -> 2

0.933333 -> 1

0.000000 -> 0

-0.933333 -> -1

-1.866667 -> -2

-2.800000 -> -3

다음, 단계 S32에서 위에서 얻어진 α를 사용하여 (140+α)의 계산을 실행하고, 이로써 보정 펄스의 수가 결정된다. 도 8의 표에서, 상기 보정 값(α)은 J 열 에 보여지고 있다. 보정을 위한 보정 값(α)과, K 열의 기본 전력 설정 값을 설정하는 때에 결정되는 140개 펄스 값을 더하는 것에 의하여, L 열의 보정 펄스 수가 얻어진다. 보정 펄스 수에 의해 최적화된 보정 후의 전력 W, 잔여 오차 전력 ΔW 및 35(W)에 대한 보정 후의 오차율 Δ% 이 도 8의 M, N 와 O 열에 차례로 보이고 있다.

단계 S33 내지 S35에서, 단계 S31 과 S32의 처리를 검토하기 위해 보정 펄스 수가 DC-DC 변환 회로(2)에 출력된다. 이상이 없다면, 보정 펄스 수는 마이크로 프로세서의 메모리에 최소 오차 값으로 저장된다.

위에서는 140 펄스 샘플링에 의해 HID 벌브를 구동하는 사례를 보였다.

이제, 35 펄스 샘플링에 의해 HID 벌브를 구동하는 예를 기술하도록 한다. 35 펄스 샘플링의 작동은 위에서 설명한 140 펄스 샘플링의 경우와 기능적으로 정확히 동일하다. 두 예에서 유일한 작용상의 차이점은 도 3B와 3C에서 보인 바와 같이 1TS 당 펄스 수가 다르다는 것이다.

도 9는 35 펄스 샘플링의 데이터를 보인 표이다. 상기 표에서, 기본 전력의 설정은 상기 140 펄스 샘플링의 것과 정확히 일치한다. 따라서, 도 9의 B 내지 H 열 1 내지 27 행에서 보여지는 데이터는 도 8의 것과 정확히 일치한다.

도 8의 I 내지 O 열에 보여지는 데이터는 도 9의 것과는 다르다. 이러한 차이점은 다음 사항으로 요약될 수 있다.

1. 샘플링 펄스 수: 140 → 35

2. 펄스 당 전력: 0.250 (W) → 1.000(W)

3. 도 6에 의한 보정의 투박성

도 11에서 보여지는 바와 같이, 140 펄스의 경우에, 상기 오차는 오직 도 6에서 보여지는 보정 처리에 의해서만 보정된다. 도 11에서 곡선 A는 도 5에 보이는 처리(도 8의 G 열 참조)가 이루어진 후의 오차를 나타내고, 곡선 B는 140 샘플링 펄스에 의한 도 6의 처리(도 8의 N 열 참조)가 이루어진 후의 오차를 나타낸다. 반면, 도 12에 나타난 바와 같이 35 펄스의 경우 미세한 보정이 이루어 질 수 없다는 문제가 있다. 도 12에서, 곡선 A는 도 5의 처리(도 8의 G 열 참조) 후의 오차를 나타내고, 곡선 C는 35 샘플링 펄스에 의한 도 6의 처리(도 9의 N 열 참조) 후의 오차를 나타낸다.

본 발명에 있어서, 낮은 클럭 주파수의 마이크로 프로세서를 사용하여 상기 언급된 문제를 해결하기 위해, 도 7의 보정 처리가 이루어지고, 이로써 샘플링 펄스의 수가 35 펄스 샘플링과 같이 작은 경우에도 매우 정확한 보정이 이루어질 수 있게 된다.

(4) 35 펄스와 36 펄스의 펄스열을 사용한 보정 프로세스 (도 7)

도 7은 본 발명의 보정 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트이다. 도 10은 도 7의 보정을 설명하기 위한 특정 데이터의 표를 보이고 있다.

도 10에서 A 내지 0 열, 1 내지 27 행 영역의 데이터는 35 펄스 샘플링에 의한 보정을 보인 것으로서, 도 9의 것과 정확히 일치한다. 도 10에서 P 내지 S 열, 1 내지 27 행, 영역의 데이터는 도 7의 처리에 의해 얻어진 보정 결과를 보인 것이다.

먼저, 단계 S11에서 캡쳐된 벌브 전압에 대하여, 보정 후 잔여 오차를 위해 요구되는 펄스 수가 결정된다(단계 S42). 이러한 연산은 다음과 같이 이루어진다.

보정 펄스의 수 = (잔여 오차)/(펄스 당 전력(1.0(W))

자세한 설명은 도 10을 사용하여 제공된다. 도 10의 5행에서, F 열의 설정 값은 34.300000이고 G 열에서 보이는 0.700000의 오차는 부족한 양이다. 이러한 오차를 위한 보정 펄스 수는 P 열에서 보이는 0.700000 펄스이고, 최종적으로 요구되는 펄스 수는 35.700000이다.

도 10의 6 행의 경우 F 열의 설정 값은 34.533333이고 G 열에 보이는 0.466667의 오차는 부족한 양이다. 본 발명에 의한 장치의 경우 이러한 오차를 위한 보정 펄스 수는 P 열에 보여지는 0.444444 펄스이고, 최종적으로 요구되는 펄스 수는 35.444444이다.

만일 상기 35.700000이나 35.444444가 얻어졌다면, 소정 전력이 방전 벌브로 공급될 수 있다.

이제, 도 10의 P 열에서 보이는 보정 펄스의 생성 방법을 설명하도록 한다.

도 3D 내지 3G 는 보정 펄스 생성 방법을 나타내는 그림이다. 도 3D는 TS당 35 펄스의 비율로 펄스가 DC-DC 변환 회로(2)로 입력되는 예를 보인 그림이다.

도 3E에서, 8회에 걸쳐 TS당 35 펄스의 비율로 펄스가 DC-DC 변환 회로(2)로 입력되고, 2회에 걸쳐 TS당 36 펄스의 비율로 펄스가 DC-DC 변환 회로(2)로 입력된다. 이러한 반복이 계속되는 경우에, 35 x 8(회) = 280 펄스이고 36 x 2(회) = 72 펄스이다. 그러므로 전체 출력 펄스는 352 펄스이다. 따라서, 평균 TS당 352/10 (times) = 35.20의 펄스가 DC-DC 변환 회로(2)에 입력되는 것으로 볼 수 있다.

유사하게, 도 3F의 경우에, TS 당 평균 펄스 수는 358/10 (times) = 35.80 펄스이다. 도 3G의 경우, TS 당 평균 펄스 수는 35.10 펄스이다.

도 14는 두 가지 펄스열-35 펄스와 36 펄스-의 조합을 보이고 있으며, 이는 35.000000 펄스에서 36.000000 펄스까지의 펄스열을 발생시키기 위해 사용된다. 도 14E의 예에서 35 펄스를 10회 발생하는 것은 총 350 펄스의 결과를 나타낸다. 반면, 만일 9회의 35 펄스열과 1 회의 36 펄스열이 총 10회 출력되면, 결과적으로 전체 펄스 수는 351 펄스이다. 이 경우, 하나의 부수적인 샘플링 펄스가 1 TS 동안 발생되고, 이는 1 TS 동안 35.1 펄스(= 351/10 (times))가 DC-DC 변환 회로(2)로 출력되는 것으로 볼 수 있다.

도 14E에서, 35.000000 구동 펄스, 35.100000 펄스, 35.200000 펄스, 35.300000 펄스, 35.400000 펄스, 35.500000 펄스, 35.600000 펄스, 35.700000 펄스, 35.800000 펄스, 35.900000 펄스, 36.000000 펄스와 동등한 펄스열이 얻어진다.

유사하게, 도 14 A에서, 35.000000 펄스, 35.166667 펄스, 35.333333 펄스, 35.500000 펄스, 35.666667 펄스, 35.833333 펄스, 36.000000 펄스와 동등한 펄스열이 얻어진다.

유사하게, 도 14 B에서, 35.000000 펄스, 35.142857 펄스, 35.285714 펄스, 35.428571 펄스, 35.571429 펄스, 35.714286 펄스, 35.857143 펄스, 36.000000 펄스와 동등한 펄스열이 얻어진다.

도 14 C에서, 35.000000 펄스, 35.125000 펄스, 35.250000 펄스, 35.375000 펄스, 35.500000 펄스, 35.625000 펄스, 35.750000 펄스, 35.875000 펄스, 36.000000 펄스와 동등한 펄스열이 얻어진다.

도 14 D에서, 35.111111 펄스, 35.222222 펄스, 35.333333 펄스, 35.444444 펄스, 35.555555 펄스, 35.666666 펄스, 35.777777 펄스, 35.888888 펄스, 35.999999 펄스, 36.000000 펄스와 동등한 펄스열이 얻어진다

도 14A 내지 14E는 하나의 펄스 발생 예를 보이고 있으며, 이러한 발생 방법은 상기 표에 기술된 것들보다 다른 것을 조합함으로써 실현될 수 있다. 게다가, 두 종류-35 펄스와 36 펄스-의 조합이 예로서 사용되었지만, 세 종류의 조합, 네 종류의 조합 등등이 사용될 수 있다.

도 15는 도 14A 내지 14 E 의 표에 나타난 TS당 펄스 수가 오름차순으로 정렬된 표이다. 도 15의 표는 상기 제어부(5)의 메모리에 미리 저장된다.

도 7의 단계 S43에서, 신호 처리부(54)mlm,는 상기 표에 따른 최소 오차를 가지는 35 펄스와 36 펄스의 조합을 사용한 펄스 수를 출력하기 위하여 펄스열 발생부(7)를 제어한다. 다음으로 이러한 조건에 문제는 없는지 검토한다. 만일 아무 문제도 없다면, 단계 S42의 보정 결과가 결정된다(단계 S44 및 S45).

도 13에서, 곡선 A는 도 5에서의 처리가 된 후의 오차를 나타내고, 곡선 C는 35 샘플링 펄스를 갖고 도 6의 프로세스가 수행된 후의 오차를 나타내고, 곡선 B는 140 샘플링 펄스를 갖고 도 6의 프로세스가 수행된 후의 오차를 나타내며, 곡선 D는 35 샘플링 펄스에 의해 도 7의 처리가 된 후의 오차를 나타낸다.

도 8 내지 10에 기초하여, 오차(ΔW)의 평균값과 오차(ΔW)의 표준 편차를 비교해 보면 다음과 같다.

ΔW 평균값 ΔW 표준 편차

기본 처리(도 8) 0.356244 0.217818

140±α(도 8) 0.055890 0.038773

35±α(도 9) 0.285714 0.148970

도 7(도10)의 처리 0.006862 0.006322

이상과 같이(심지어 35 펄스 샘플링에서도) 오차는 충분히 작아지게 된다.

도 2는 상기 펄스열 발생부(7)의 구성과 각 구성요소에서의 출력 파형을 나타내고 있다. 도면 부호 71은 본 발명의 실시예에서 2 MHz의 펄스 신호를 발생시키는 오실레이션 회로를 나타낸다. 35 펄스 발생 회로(72)와 36 펄스 발생 회로(73)은 단일 시간 슬롯 동안 각각 2 MHz의 35와 36 펄스를 발생시킨다. 오실레이션 회로(71)로부터 펄스 신호(81)가 출력된다. 35 펄스 발생 회로(72)로부터 펄스열(82)이 출력된다. 36 펄스 발생 회로(73)로부터 펄스열(83)이 출력된다. 시간 슬롯 발생 회로(74)는 매 200번째 또는 50번째에 트리거 신호(84)를 출력하고, 2 MHz의 펄스 신호(81)를 카운트한다. 펄스 제어 회로(75)는 스위칭 신호(85)를 시간 슬롯 발생 회로(74)로부터의 트리거 신호(84)와 동기하여 발생시키고, 또한 단계 S45에서 메모리에 저장된 두 가지 펄스열의 조합에 기반하여, 스위칭 회로(76)의 스위칭 동작을 제어함으로써, HID 램프에 보정된 펄스열(86)을 공급한다

도 2에서는 35 펄스 발생 회로(72)와 36 펄스 발생 회로(73)의 상세한 구성 이 나타나 있다.

그러나, 실제에 있어서, 이들은 소프트웨어로 구현될 수 있다. 특히, 35 펄스를 발생시키기 위한 데이터는 레지스터 내에 설정되고 35 펄스의 펄스열이 출력된다. 36 펄스를 발생시키기 위한 데이터는 위 레지스터 내에 설정되고 36 펄스의 펄스열이 출력된다. 펄스 제어부(75)에 의해 레지스터 내 데이터의 설정을 제어함으로써, 35 펄스의 펄스열과 36 펄스의 펄스열이 출력된다.

35 펄스 샘플링의 경우, 도 9와 도 10의 I 내지 O 열에서 보인 35 펄스 샘플링에 의해 보정 처리를 할 필요는 없다. 도 5의 기본 처리 후, 도 10의 P 내지 S 열에서 보인 보정 처리를 한다.

상기 상세한 설명에서는, 비록 제어가 마이크로 프로세서의 프로그램 처리에 의해 이행되지만, 이와 동등한 역할의 하드웨어가 사용될 수 있다. 아울러 프로그램은 데이터를 저장할 수 있는 다양한 기록매체에 저장되어 사용될 수 있다.

게다가, 실제 장치는 안정적인 작동과 비정상 상태의 회피와 같은 기능성이 요구되지만, 본 상세한 설명에서는 간결한 기재를 위해 그와 같은 기능성에 대해서는 설명하지 않았다.

HID 벌브는 ARC 방전을 사용하는 것으로서 사용 시간이 증가함에 따라 전극 손상이 증가하게 되고, 시간이 경과함에 따라 구동 전압이나 전력 소비가 변동을 갖는 특징이 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 시간적인 특성 변화(품질 하락)에 대한 연속적인 최적화가 이루어질 수 있게 되어, HID 벌브의 안정적인 동작과 긴 수명을 달성할 수 있다.

게다가, 낮은 클럭 주파수의 마이크로 프로세서를 사용하여 종래에 이루어진 공급 전기 에너지의 미세한 제어가 가능해짐으로써, 값비싼 마이크로 프로세서나 전용 IC가 요구되지 않으며, 작고 저비용 장치를 실현하게 되어 비용 효과를 가지게 된다.

본 발명의 제어는 마이크로 프로세서 프로그램의 사용으로 실현될 수 있으므로 설계 변경이 용이하고, 개발 시간이 단축될 수 있다. 나아가, 미세한 제어가 가능하다.

Claims (8)

1. 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 인가함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브용 제어 장치에 있어서,

   상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출하기 위한 구동 전압 검출 수단;

   상기 구동 전압 검출 수단에 의해 검출된 상기 구동 전압에 대하여 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 구동 전압 검출 수단에 의해 검출된 상기 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하기 위한 추정 전력 설정 수단;

   상기 추정 전력 설정 수단에 의해 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 사이의 오차를 구하기 위한 오차 연산 수단; 및

   상기 오차 연산 수단에서 구한 상기 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 보정 수단

   을 포함하는 고휘도 방전 벌브용 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보정 수단은, 제 1 기간 동안 고휘도 방전 벌브에 단위 시간당 제 1 펄스 수를 가지는 펄스를 인가하고, 제 2 기간 동안 고휘도 방전 벌브에 단위 시간당 제 2 펄스 수를 갖는 펄스를 인가하며,

   상기 제 2 펄스 수는 상기 제 1 펄스 수와 다르고,

   상기 제 1 펄스 수와 상기 제 2 펄스 수는 상기 제어 장치에 제공되는 펄스 제어 수단에 의해 제어되는 고휘도 방전 벌브용 제어 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 펄스 수는 상기 제 2 펄스 수와 적어도 1 펄스만큼 다른 고휘도 방전 벌브용 제어 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 인가함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브 제어 방법에 있어서,

   상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출하는 단계;

   상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압에 따라 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하는 설정 단계;

   상기 설정 단계에서 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 간의 오차를 연산하는 연산 단계; 및

   상기 연산 단계에서 구한 상기 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 단계

   를 포함하는 고휘도 방전 벌브 제어 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 보정 펄스 수를 구하는 단계에서,

   상기 단위 시간당 고휘도 방전 벌브에 인가되는 펄스 수를 변환시키기 위한 제어가 수행되는 고휘도 방전 벌브 제어 방법.
8. 차량에 장착된 고휘도 방전 벌브로 구동 펄스를 인가함으로써 소정의 목표 전력이 고휘도 방전 벌브로 공급되도록 하는, 고휘도 방전 벌브를 제어하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 프로그램 기록매체에 있어서,

   상기 고휘도 방전 벌브의 구동 전압을 검출하는 검출 단계;

   상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압에 따라 추정 구동 전류를 설정하고, 상기 추정 구동 전류와 상기 검출 단계에서 검출된 상기 구동 전압을 기초로 추정 공급 전력을 설정하는 설정 단계;

   상기 설정 단계에서 설정된 상기 추정 공급 전력과 상기 목표 전력 간의 오차를 연산하는 연산 단계; 및

   상기 연산 단계에서 구한 오차를 최소화하는 보정 펄스 수를 구하는 단계

   를 포함하는 방법을 컴퓨터가 수행하도록 하는 고휘도 방전 벌브 제어용 컴퓨터 프로그램이 기록된 프로그램 기록매체.

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