KR100840027B1 - 변압기 대신 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을위한 인덕터를 갖는 컨버터를 구비한 회로 장치 - Google Patents

변압기 대신 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을위한 인덕터를 갖는 컨버터를 구비한 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기를 대신하여, 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 인덕터를 갖는 컨버터를 구비한 회로 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 회로 장치는 유전체 배리어 방전 램프들(EL)의 펄스 동작(the pulsed operation)을 위한 인덕터-타입 컨버터를 포함한다. 본 발명은 하프 브리지(half bridge) 변형 및 풀 브리지(full bridge) 변형 둘 다를 제시한다. 인덕터(L)의 인덕턴스 값을 선택함으로써, 심지어 상승 및 하강 에지들에 대해 독립적으로 하나 이상의 인덕터가 존재하는 경우에 상기 펄스들의 에지 경사도(steepness)에 영향을 미칠 수 있다.

Description

변압기 대신 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 인덕터를 갖는 컨버터를 구비한 회로 장치{CIRCUIT ARRANGEMENT HAVING A CONVERTER WITHOUT A TRANSFORMER BUT WITH AN INDUCTOR FOR THE PULSED OPERATION OF DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMPS}
도 1은 본 발명에 따른 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 1 변형의 기본 회로를 도시한다.
도 2a 내지 도 2e는 개시 전의 위상 및 유전체 배리어 방전 램프의 정상-상태 동작에 대해 도 1에 도시된 회로의 스위칭 방식을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 2 변형의 기본 회로를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 2 변형에 대한 특정 예시 회로를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 예시 회로의 특정 치수들에 대한 전류 및 전압의 시간 프로파일을 도시한다.
도 6은 도 4에 대응하는 서로 다른 치수의 예시적인 회로에 대한 전류 및 전압의 시간 프로파일을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 1 변형을 도시한 다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 정상-상태 동작에 대한 스위칭 방식을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 풀-브리지 인덕터-타입의 제 2 변형을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 3 변형을 도시한다.
본 발명은 변압기 대신 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 적어도 하나의 인덕터를 갖는 컨버터를 구비한 회로 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 컨버터 회로 및 유전체 배리어 방전 램프를 구비한 조명 장치 그리고 상응하는 동작 방법에 관한 것이다.
"유전체 배리어 방전 램프"란 용어는 이 경우에, 일반적인 용어로서 이해되어야 한다, 즉 인간의 눈에 가시적인 전자기 스펙트럼의 범위에서 방사하는 램프들로만 제한되지 않는다. 대신에, 이 경우에 유전체 배리어 방전에 기초하는 라디에이터(radiator)들이 또한 포함되며, 이들 라디에이터들은 추가로 또는 심지어 우세하게 이와 같은 범위 밖에서, 특히 자외선 범위 및 진공 자외선 범위에서 방사한다.
전기 공학의 관점에서, 유전체 배리어 방전 램프들은 상기 유전체 배리어 덕분에 우세한 용량 특성을 갖는다. 따라서, 제 1 커패시턴스를 포함하는 병렬 회로와, 제 2 커패시턴스 및 비반응(nonreactive) 저항을 포함하는 직렬 회로는 보통 간단한 등가 회로도로서 가정된다. 상기 유전체 배리어 방전 램프가 아직 개시되지 않은 동안에, 비반응 저항은 실질적으로 무한값을 갖는데, 즉 초기에는 제 1 커패시턴스만이 효과를 낸다. 그러나, 상기 램프가 개시되자마자, 상기 비반응 저항은 유한값을 취하며, 따라서 직렬로 연결된 제 2 커패시턴스와 상호작용한다.
용량 소자로 인하여, 유전체 배리어 방전 램프들은 시간에 따라 변화하는 전압, 예를 들어 사인(sinusoidal) 전압으로, 특히 바람직하게는 US 5 604 410의 의미 내에서의 펄스 방식으로만 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터-타입 컨버터는 상기 US 5 604 410의 의미 내에서의 펄스 방식으로 유전체 배리어 방전 램프들을 동작시키도록 사용된다.
유전체 배리어 방전 램프들(또한 유전성 임피디드(impeded) 방전 램프들 또는 간헐적 무성 방전 램프들로 칭함)은 예를 들어, US-A 5 994 849 또는 US-A 6 097 155로부터 알려져 있다. 이들 램프들은 상기 방전 램프에 고전압 펄스들을 반복적으로 인가할 수 있는 전자 밸러스트(ballast)에 의해 동작되어야 한다. 그러나, 본 발명은 또한, 유전성 임피디드 방전들의 경우와 같이 용량 특성이 존재하는 경우에 반복적으로 생성된 전압 펄스들에 의해 동작할 수 있는 다른 램프 타입들을 위한 밸러스트들을 지향한다. 이러한 관점에서, 상기 "유전체 배리어 방전 램프"란 용어는 또한, 그와 같은 램프들을 포함하며, 특히 적어도 하나의 전극이 상기 방전관 바깥에 배치되는 모든 방전 램프들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
명세서 EP 0 927 506 B1은 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한, 플라이백(flyback) 컨버터라고도 칭해지는 클래스 E 컨버터를 개시한다. 이에 관한 하나의 단점은 변압기 또는 입력 인덕터에 대해 요구되는 코어(core) 용적이 램프 전력과 함께 증가한다는 것이다. 또한, 연결된 램프가 디밍(dimming)될 수 있는 범위가 상대적으로 작다.
본 발명의 목적은 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 대안적인 회로 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 방전 램프, 특히 인덕터-타입 컨버터를 구비한 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치에 의해 달성되며, 상기 인덕터-타입 컨버터는,
제 1 스위치 분기와 제 2 스위치 분기 - 각 스위치 분기는 스위치, 전류 밸브 및 인덕턴스를 포함하는 직렬 회로를 포함함 - ,
상기 직렬 회로의 중앙 지점에 연결된 인덕턴스를 갖는 램프 분기 - 상기 인덕턴스의 자유 단자는 방전 램프의 제 1 단자로의 연결을 위해 제공됨 - 를 포함하며,
총 3개의 인덕턴스들 중 최대 2개가 0의 값을 취할 수 있다.
특히 유용한 개선안들은 종속 청구항들에 제공된다.
본 발명의 기본 개념은 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 이전의 컨버터 개념들의 변압기를 없애고, 그 대신에 직접 적어도 하나의 인덕턴스를 갖는 유전체 배리어 방전 램프를 공급하는 것이다. 이 경우에, 상기 램프는 설정될 수 있는 시간 주기 동안 능동 소자들에 의해 공급 전압에 연결된 후에, 상기 공급 전압으로부터 양방향으로 격리된다. 또한, 본 발명에 따른 회로 장치는 설정될 수 있는 시간 주기 동안, 상기 공급 전압보다 높을 수 있는 전압을 상기 유전체 배리어 방전 램프에 인가할 수 있다.
상기에 언급한 인덕턴스는 일반적으로 본 발명에 따른 인덕터에 의해 실현되는데, 간략화를 위해 상기 용어 "인덕터-타입 컨버터"가 이하에서 사용될 것이다. 그러나, 상기 인덕턴스는 특정 환경들 하에서 상기 라인 인덕턴스가 충분히 높은 경우 상기 램프 피드 라인(feed line)의 인덕턴스에 의해 구현될 수도 있다. 그러나, 일반적으로 적어도 하나의 추가 인덕터가 필요하다.
상기 컨버터 변압기가 없다는 사실은 특히, 인덕터들이 변압기보다 비용면에서 더 효율적이기 때문에 비용적인 장점을 제공한다. 이에 더하여, 클래스 E 컨버터의 변압기에 비해 여기서 사용되는 인덕터들은 전형적으로 6 내지 10배 더 작은 치수들을 갖기 때문에 상기 회로 장치의 컴팩트성이 개선된다. 상기 인덕턴스를 선택함으로써, 펄스폭을 타협할 필요없이 본 발명에 따른 인덕터-타입 컨버터를 이용하여 전압 펄스들의 더 가파른 에지들을 달성할 수 있다. 클래스 E 컨버터에 비해 더 높은 개시 전압들이 공진 전압 상승(escalation)에 의해 달성될 수 있다. 마지막으로, 램프 전류가 전압 공급원으로부터 종종 인출되기 때문에, 상기 램프에 공급된 에너지가 상기 유도성 소자들에 완전하게 버퍼-저장될 필요가 없다. 본 발명에 따른 회로 장치의 유도성 소자들은 따라서 더 작은 치수들을 가질 수 있다. 하나 이상의 인덕터의 임의선택적 사용은 대응하는 인덕턴스 값들에 의해 서로로부터 독립적으로 상기 램프의 전압 펄스의 상승 및 하강 에지들을 조절할 수 있다는 장점을 제공한다. 이에 대한 세부사항 및 추가의 세부사항은 도면의 설명에서 더 상세하게 설명된다.
일반적으로, 본 발명에 따른 회로 장치는 대강 2가지 클래스들로 분리될 수 있다. 펄스 생성을 위해, 제 1 변형은 직렬로 연결되고, 전기 공급원으로부터 공급되고, 하프 브리지의 방식으로 교호적으로 동작하거나 구동되며, 따라서 간략화를 위해 이하에서 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터라 칭해지는 주로 2개의 스위치 분기들을 이용한다. 각 스위치 분기는 예를 들어, 트랜지스터들, 특히 FET들(전계 효과 트랜지스터들), IGBT들(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들) 등과 같은 제어가능한 반도체 스위치들인, 직렬로 연결되는 하나 이상의 스위치들을 포함한다. 복수의 스위치들이 직렬로 연결되는 사실로 인해, 대체로 높은 역 내전압(reverse withstand voltage)이 요구되는 본 변형과 관련된 단점을 완화할 수 있다. 그렇지 않으면, 높은 차단 성능을 갖는 스위치들이 요구되어 전형적으로 대략 2 kV의 역 전압을 견딘다. 제 1 스위치 분기의 도움으로, 상기 방전 램프는 인덕터를 통해 전기 공급원에 짧은 시간 주기 동안 연결된다(제 1 스위치 분기 상태: "닫힘"). 이 경우에, 전류 펄스는 상기 인덕터 및 램프를 통해 흐른다(상기 램프가 아직 개시되지 않은 한, 순수 변위 전류로서). 그 후에, 상기 램프는 전류 부호 변환점(zero crossing)에서 다시 전기 공급원으로부터 격리된다(제 1 스위치 분기 상태: "개방"). 후속하여, 설정될 수 있는 간격 시간 후에 임의선택적으로, 상기 전기 공급원으로부터 격리되며 상기 램프 및 인덕터를 포함하는 회로가 제 2 스위치 분기에 의해 닫히고, 역 극성을 갖는 전류 펄스가 상기 인덕터 및 상기 램프를 통해 흐른다. 그 후에, 상기 회로는 전류 부호 전환점에서 다시 중단된다(실제 스위치들, 예를 들어 자유(freewheeling) 다이오드가 집적된 MOSFET들이 전류 밸브, 예를 들어 직렬로 연결된 다이오드에 의해 "역 차단"되는 경우에, 제 2 스위치 분기의 상태: "개방"). 후속하여, 설정될 수 있는 간격 시간 후에 임의선택적으로, 상기 램프는 다시 인덕터 등을 통해 전기 공급원에 연결된다.
펄스 생성을 위해, 제 2 변형은 직렬로 연결된 2배인 2개의 스위치 분기들을 사용하며, 대각선 스위치 분기 쌍은 항상 풀 브리지의 방식으로 다른 대각선 스위치 분기 쌍과 교호적으로 구동되며, 따라서 간략화를 위해 이하에서는 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터라 칭한다. 이 경우에, 상기 램프는 따라서 대각선 스위치 분기 쌍에 의해, 그리고 교호적 극성을 갖는 적어도 하나의 인덕터를 통해 상기 전기 공급원에 교호적으로 연결된다. 이와 같은 방식으로 생성된 교호적 극성의 전류 펄스들은 하프 브리지 변형의 경우와 같이, 설정될 수 있는 간격 시간에 의해 서로로부터 임의선택적으로 분리될 수 있다. 풀 브리지 변형에서, 상기 개별 스위치 상의 전압 부하는 대응되게 더 낮지만, 하프 브리지 변형에서보다 일반적으로 2개 이상의 스위치들이 사용되어야 한다. 상기 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터와 비교하여 상기 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 추가적인 장점은, 소자들의 적절한 설계가 존재할 때 더 낮은 간섭 전류들만이 흐르기 때문에, 상기 유전체 배리어 방전 램프로부터 간섭 방사선이 더 적게 존재한다는 사실이다.
상기 스위치 분기들의 스위치들이 예를 들어, MOSFET들과 같은 자유 다이오드가 집적된 트랜지스터들에 의해 구현되면, 각 경우에 전류가 일 방향으로만 흐르게 하는 하나의 전류 밸브, 예를 들어 다이오드가 각 스위치 분기에 직렬로 연결된다. 이와 같은 방식으로, 이 경우에 "개방" 스위치 상태로 양측 흐름 방향들로 차단 효과가 보증된다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 1 변형의 기본 회로도를 도시한다. 상기 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터는 예를 들어, 다이오드인 전류 밸브(D1, D2) 및 예를 들어, 트랜지스터, 특히 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 MOSFET을 각각 포함하는 직렬로 연결된 2개의 스위치 분기들을 갖는다. 2개의 스위치 분기들을 포함하는 직렬 회로의 중앙 지점은 램프 분기에 연결되며, 상기 램프 분기는 인덕터(L)와 상기 인덕터(L)에 직렬로 연결된 유전체 배리어 방전 램프(EL)를 포함한다. 상기 램프 분기는 상기 2개의 스위치 분기들 중 하나와 병렬로 연결된다. 램프 동작에 대해, 상기 2개의 스위치 분기들을 포함하는 직렬 회로의 단자들은 전기 공급원(U0)에 연결된다.
도 1에 도시된 상기 기본 회로가 기능하는 방식을 설명하기 위해, 도 2a 내지 도 2e에 예시된 신호 프로파일들에 대한 참조가 이루어진다. 도 2a는 2개의 스 위치들(S1 및 S2)의 구동 신호들을 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, "온 시간" 동안, 즉 상기 2개의 스위치들(S1, S2) 중 정확하게 하나가 닫힐 때 펄스-형상 전류(IL)가 상기 인덕터(L)를 통해서만 흐를 수 있다. 반대로 "간격 시간" 동안, 즉 상기 2개의 스위치들(S1, S2) 중 어느 것도 닫히지 않을 때 상기 인덕터(L)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 대응적으로, 상기 회로가 먼저 스위치 온 될 때, 즉 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)가 아직 개시되지 않았을 때 상기 램프 단자들에서의 전압(U)이 증가하며 거의 전기 커패시터로서 동작한다. 상기 제 1 스위치(S1)가 닫히면, 이상적인 경우의 전압(U)은 상기 공급 전압(U0)의 값을 최대 2배로 상승시킨다. 그 후에, 상기 전압(U)은 제 2 스위치(2)가 닫힐 때까지 초기에는 간격 시간 동안 일정하게 남아있으며, 결과적으로 펄스형(pulse-like) 전류(IL)는 다시 상기 인덕터(L)를 통해 흐르지만, 상기 전류는 이제는 이전의 전류 펄스와는 반대의 극성을 갖는다. 결과적으로, 상기 램프 전압(U)의 극성은 상기 공급 전압(U0) 값의 -2배로 변화한다. 이와 같은 전압은 상기 제 1 스위치(S1)가 다시 닫힐 때까지 후속하는 간격 시간 동안 다시 일정하게 남아있으며, 결과적으로 상기 극성은 다시 한번 변한다. 이들 프로세스들은 증가하는 직사각형 전압 또는 전류 펄스 트레인이 교호적인 극성들을 발생시키도록 반복된다. 이 경우에, 상기 전류 펄스들(IL)의 진폭은 매 펄스마다 증가하며, 상기 전압의 진폭은 매 주기마다 증가한다. 이와 같은 공진 응답은 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)가 개시될 때까지 유지된 다. 개시 전에 상기 단계(phase)를 단축하기 위해, 상기 간격 시간을 임의선택적으로 0으로 설정하는 것, 즉 상기 2개의 스위치들(S1, S2)을 직접 교호적으로 개폐하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 방식으로, 공진 전류 또는 전압 진동이 발생한다. 상기 램프를 개시하기 전에 간격 시간이 존재하지 않는 사실로 인해, 상기 스위치들(S1, S2) 및 다이오드들(D1, D2)에 대한 전압 부하는 또한 상기 공급 전압에 제한된다. 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)가 아직 개시되지 않는 한, 상기 전류 펄스(IL)는 순수 변위 전류로서 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)를 통해 흐르며, 상기 방전 램프(EL)는 개시되지 않은 때에는 순수 커패시터로서 동작한다. 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)가 개시되자마자, 본 발명에 따라 어떤 경우에도 상기 간격 시간 동안 순서대로 0보다 크게 되어, 결과적으로 초기에 언급한 이들 램프들의 효율적인 동작을 실현하게 된다. 이러한 정상-상태 동작 상태는 상기 인덕터(L)를 통과하는 전류(IL)에 대해 도 2d에 예시되며, 램프 전압(U)에 대해 도 2e에 예시된다. 정상-상태 동작 상태에서, 상기 시동된 유전체 배리어 방전 램프(EL)는 상기 진동 공진을 정상-상태 전류 값(IL S) 또는 전압 값(US)으로 "댐프(damp)"시킨다. 또한, 상기 스위치들(S1, S2)은 일반적으로 전류가 없는 상태에서 동작하며, 그 결과 상기 스위칭 손실들이 최소로 된다. 이와 같은 목적을 위해, 상기 스위치-온 시간은 상기 전류 펄스보다 길다.
도 3은 도 1에 설명된 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 서브변형(subvariant)을 예시한다. 그의 동작은 교호 전류 펄스들에 대해, 그리고 결과적 으로 상기 램프 전압(U)의 상승 및 하강 에지들에 대해 2개의 서로 다른 인덕턴스들(L1, L2)이 현재 중대하다는 사실만이 이전에 도 2a 내지 도 2e와 관련하여 설명된 동작과 서로 다르다. 이러한 목적을 위해, 도 2의 인덕터(L)는 2개의 인덕터들(L1 및 L2)로 분리되며, 또한 상기 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 2개의 스위치 분기들에 통합되는데, 다시 말해, 각 경우에 상기 스위치 및 다이오드와 직렬로 연결된다. 마지막으로 제 2 인덕터는 상기 전압 에지들에 영향을 주는 추가의 자유도를 제공한다. 회로의 관점에서, 도 1의 회로는 상기 두 개의 인덕터들(L1, L2)의 2개의 인덕턴스 값들(L1, L2)이 동일한 경우, 즉 L1 = L2인 경우에 기술적으로 대응한다. 이와 같은 서브변형은 도 1에 예시된 변형에 비해 동작 신뢰성을 증가시킨다.
마지막으로, 3개의 인덕터들을 갖는 제 3 변형(도시되지 않음)이 도 1 및 도 3 에 예시된 변형들의 조합으로서 생성될 수 있다.
도 4는 2개의 인덕터들(L1 및 L2)을 구비한 본 발명에 따른 하프-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 2 변형의 도 3에 예시된 기본 회로의 특정 예시 실시예를 도시한다. 상기 회로는 32"의 대각선을 갖는 상기 타입 PLANON®(OSRAM GmbH; 예를 들어, 인터넷상의 웹 링크를 참조: http://www.osram.de/ueber_uns/umwelt/produkte/ planon.html#)의 플랫 유전체 배리어 방전 램프의 동작을 위해 구상된다. 대략 213 W의 시스템 전력에서, 6310 cd/m2 이상의 휘도들이 예를 들어, 8.3 cd/W 이상의 발광 효율로 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 인덕터-타입 컨버터를 이용하여 달성된 발광 효율은 종래의 클래스 E 컨버터 회로보다 대략 30% 더 높다. 상기 2개의 스위치 회로들의 각각은 상기 개별 트랜지스터들에 대략 1400 V의 고 입력 전압을 부하할 필요가 없도록, 스위치들로서 상기 타입 17N80 COOLMOS(Infineon)의 4개의 MOSFET들(metal oxide semiconductor field effect transistors)(T1 내지 T4 및 T5 내지 T8)을 포함한다. 또한, 이들 트랜지스터 타입들은 낮은 온-상태 손실들 및 스위칭 손실들을 갖는다. 이 경우에, 예를 들어 SiC(silicon carbide) 기술을 이용하여 대응하는 높은-차단 스위칭 트랜지스터들이 이용가능하게 되면 바로 장래에는 스위치 분기 당 단일 트랜지스터로 충분할 수 있다. 역 복귀 효과로 인하여(다이오드들이 또한 역방향으로 특정 시간 주기 동안 상기 전류를 전달함), 상기 두 개의 다이오드들(D1, D2)은 마찬가지로 1200 V의 전압 및 5 A의 전류에 대해 SiC 기술을 이용하여 설계된다. 이 경우의 2개의 인덕터들(L1, L2)은 각 경우에 104 μH의 동일한 인덕턴스를 갖는다. 각 스위치 분기의 4개의 트랜지스터들(T1 내지 T4 및 T5 내지 T8)은 각 경우에 트랜지스터 당 하나의 하이-측(high-side) 구동기(HT)(공지됨)를 통해 각 경우에 하나의 구형파 생성기(A1, A2)를 구동함으로써 구동된다. 도 5는 암페어(A)의 램프 전류(iEL) 및 볼트(V)의 램프 전압(uEL)에 대한 관련 시간 프로파일 그래프를 도시한다; 상기 y축의 단위는 마이크로초(㎲)이다. 따라서, 상기 전류 펄스들은 대략 1 ㎲ 및 36.36 kHz의 반복률을 갖는다. 듀티 인자는 50%이다. 상기 회로의 효율은 이 경우에 85% 이상이다. 752W로 도 4에 도시된 회로의 과부 하 동작 동안, 20,000 cd/m2 이상의 휘도가 달성된다. 이와 같은 목적을 위해, 각 경우에 14 μH의 인덕턴스 값들을 갖는 2개의 동일한 인덕터들이 사용되며, 471 pF의 커패시턴스를 갖는 커패시터가 상기 램프와 병렬로 연결된다. 상기 전류 펄스들은 67.8 kHz의 펄스 반복률로 0.6㎲의 지속시간을 갖는다.
도 6은 2개의 인덕터들(L1 및 L2)의 동일하지 않은 유도 값들, 즉 각각 104 μH 및 14 μH에 대한 대응하는 시간 프로파일 그래프를 도시한다.
도 7은 대칭 토폴로지를 갖는 본 발명에 따른 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 제 1 기본 회로를 도시한다. 상기 유전체 배리어 방전 램프의 대칭적 설계로 주어진, 즉 상기 2개의 유전성 임피디드 전극들에 대한 동일한 영역에 주어진 최종 대칭 램프 전압은 EMC(electromagnetic compatibility) 관점에서 유용한데, 그 이유는 이 경우에는 전자기장이 제로이기 때문이다. 이 경우에, 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)는 각 경우의 2개의 직렬 회로들의 중앙 지점들 사이에, 그리고 2개의 인덕터들(L, L')을 통해 풀 브리지의 방식으로 각 경우의 2개의 스위치 분기들에 연결된다. 4개의 스위치 분기들의 각각은 트랜지스터(T1 내지 T4) 및 다이오드(D1 내지 D4)를 포함하는 직렬 회로를 포함한다. 또한, 커패시터(C)는 상기 램프(EL)와 병렬로 연결된다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 회로의 스위칭 방식을 도시한다. 도 8a에서 알 수 있는 바와 같이, 대각선으로 배치된 스위칭 트랜지스터 쌍들(T1, T4 및 T2, T3)은 동기 방식으로 어떤 간격 후에 교호적으로 닫힌다. 결과적으로, 상기 양(+) 및 음(-)의 전류 펄스들(IL)이 생성되고, 그의 진폭들(IL+ 및 IL-)은 각각 이 경우에는 동일하다. 결국, 상기 0 라인에 관하여 대칭인 구형파 전압 신호(U)가 상기 유전체 배리어 방전 램프(EL)의 단자들에 발생한다. 상기 중간 회로 전압(U0)에 관한 전압 증가 ΔU = Umax - U0는 상기 인덕터들(L1, L2)의 인덕턴스들과 상기 커패시터(C)의 선택에 의해 영향받을 수 있다. 상기 다이오드들(D1 내지 D4)은 트랜지스터들(T1, T4 및 T2, T3)이 개방되기 전에 오프 상태이기 때문에, 상기 트랜지스터들(T1 - T4)에서 스위치-오프 손실들이 회피된다.
도 9는 도 7에 예시된 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 서브변형을 도시한다. 이 경우에, 도 7에 도시된 다이오드들(D1 내지 D4)은 상기 스위치 분기들로부터 인출되며, 각 경우에 공통 다이오드(D5 또는 D6)로서 상기 풀-브리지 스위치 분기들에 대한 공통 피드 라인들에 연결된다. 또한, 상기 커패시터(C)는 2개의 커패시터들(C1 및 C2)을 포함하는 직렬 회로로 교체되며, 그의 중앙 지점은 상기 램프 전압을 균형잡기 위해, 예를 들어 접지인 일정 전위에 연결된다. 이 경우에, 도 7을 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 유전체 배리어 방전 램프의 대칭 설계로 제공된 최종 대칭 램프 전압은 EMC 관점에서 유용하다.
도 10은 본 발명에 따른 풀-브리지 인덕터-타입 컨버터의 추가 서브변형을 도시한다. 이것은 각 경우에 하나의 인덕터(L1 - L4)가 각 스위치 분기에 추가로 연결된다는 사실이 도 9에 도시된 변형과 다르다. 이에 의해, 상기 양(+) 및 음(-)의 전류 펄스들의 레벨과, 결과적으로 상기 구형파(square-wave) 전압의 에지들은 인덕터들(L2 및 L3)과 다르게 선택되는 인덕터들(L1 및 L4)의 인덕턴스들에 의해 상기 램프에 대해 서로 다르게 선택될 수 있다.
본 발명에 의하면, 유전체 배리어 방전 램프들의 펄스 동작을 위한 이전의 컨버터 개념들의 변압기를 없애고, 그 대신에 직접 적어도 하나의 인덕턴스를 갖는 유전체 배리어 방전 램프를 공급하여 인덕턴스를 선택함으로써, 펄스폭을 타협할 필요없이 본 발명에 따른 인덕터-타입 컨버터를 이용하여 전압 펄스들의 더 가파른 에지들을 달성할 수 있다.

Claims (18)

  1. 인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치로서,
    상기 인덕터-타입 컨버터는,
    제 1 스위치 분기와 제 2 스위치 분기 - 각 스위치 분기는 스위치(S1, S2), 전류 밸브(D1, D2) 및 인덕턴스(L1, L2)를 포함하는 직렬 회로를 포함함 -; 및
    상기 직렬 회로의 중앙 지점에 연결된 인덕턴스(L)를 갖는 램프 분기 - 상기 인덕턴스(L)의 자유 단자는 방전 램프(EL)의 제 1 단자로의 연결을 위해 제공됨 - 를 구비하며,
    총 3개의 인덕턴스들(L, L1, L2) 중 최대 2개가 0의 값을 취할 수 있는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 장치의 일정 전위가 상기 방전 램프(EL)의 제 2 단자로의 연결을 위해 제공되는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 3 스위치 분기 및 제 4 스위치 분기를 포함하는 추가의 직렬 회로 - 상기 추가의 직렬 회로는 2개의 제 1 스위치 분기들을 포함하는 직렬 회로와 병렬로 연결되고, 상기 제 3 스위치 분기 및 제 4 스위치 분기 각각은 스위치(T3, T4), 전류 밸브(D3, D4) 및 인덕턴스(L3, L4)를 포함하는 직렬 회로를 포함함 - ; 및
    상기 추가 직렬 회로의 중앙 지점에 연결되는 인덕턴스(L') - 상기 인덕턴스(L')의 자유 단자는 상기 방전 램프(EL)의 제 2 단자로의 연결을 위해 제공됨 - 를 구비하며,
    3개의 인덕턴스들(L', L3, L4) 모두가 0의 값을 취할 수 있는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    방전 램프(EL)로의 연결을 위해 제공된 단자들에 대하여 대칭 설계로 된,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    4개의 전류 밸브들(D1 - D4)이 상기 스위치 분기들로부터 인출되고 2개의 전류 밸브들(D5, D6)에 의해 교체되며, 상기 병렬 회로에 대한 2개의 피드 라인들의 각각의 하나는 총 4개의 스위치 분기들을 갖는 2개의 직렬 회로들을 포함하는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    방전 램프(EL)로의 연결을 위해 제공된 단자들에 연결되는 커패시터(C)를 구비하는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 커패시터는 2개의 커패시터들(C1, C2)을 포함하는 직렬 회로에 의해 교체되며, 상기 직렬 회로의 중앙 지점은 상기 회로 장치의 일정 전위에 연결되는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 밸브들(D1 - D6)은 다이오드들의 형태인,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치들은 트랜지스터들(T1 - T8)의 형태인,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 분기들의 인덕턴스들(L1 - L4)은 인덕터들의 형태인,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프 분기의 인덕턴스(들)(L, L')는 인덕터(들)에 의해 또는 피드 라인에 의해 구현되는,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 이상의 스위치들(T1 - T4; T5 - T8)은 상기 스위치 분기들에 직렬로 연결되며 동기 구동하도록 된,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  13. 조명 장치로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 회로 장치 및, 그의 2개 단자들이 이와 같은 목적을 위해 제공된 회로 장치의 단자들에 연결되는 유전체 배리어 방전 램프(EL)를 구비하는 조명 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 회로 장치를 구비한 방전 램프를 동작시키는 방법으로서,
    상기 2개의 스위치 분기들의 스위치들(S1, S2)은 각 경우에 임의선택적으로 중간 간격으로 교호적으로 동작하는,
    회로 장치를 구비한 방전 램프를 동작시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위치들은 전류가 없는 방식으로 개방되는,
    회로 장치를 구비한 방전 램프를 동작시키는 방법.
  16. 제 3 항에 따른 회로 장치를 동작시키는 방법으로서,
    서로 대각선으로 연결된 각각의 스위치 분기들의 스위치들(T1, T4; T2, T3)이 동기 방식으로, 즉 풀 브리지 방식으로 교호적으로 동작하는,
    회로 장치를 구비한 방전 램프를 동작시키는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 밸브들(D1 - D6)은 SiC 다이오드들의 형태인,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치들은 FET들, MOSFET들 또는 IGBT들의 형태인,
    인덕터-타입 컨버터를 구비한, 유전체 배리어 방전 램프의 펄스 동작을 위한 회로 장치.
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