KR100856386B1 - 에이치아이디 램프 안정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 HID램프에 안정적인 전류를 공급하는 HID램프 안정기에 관한 것으로서, 트랜스포머의 1차측 전류를 제한하는데 사용되는 전류량 제어 전압 신호를 전류제어 모드로 동작하는 PWM IC의 전류량 제어단자로 제어부에서 출력함으로써 트랜스포머의 1차측을 거쳐 2차측으로 안정적으로 HID램프의 구동전력을 공급하는 특징을 가진다. 본 발명은 HID램프 안정기는, 트랜스포머의 2차측에 설치된 HID램프에 공급되는 램프전류와 트랜스포머의 2차측의 정류된 출력전압을 입력받아 이들로부터 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어 전압 신호를 SMPS 내의 상기 PWM IC의 전류량 제어단자로 전송하는 제어부와, 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류, 상기 트랜스포머의 2차측 전압, 전류량 제어단자로 전송되는 전류량 제어 전압 신호를 입력 받아, 트랜스포머 1차측으로부터 입력되는 상기 1차측 전류의 한계치를 조절한 후, 조절된 1차측 전류와 상기 램프전류간의 비교값에 따른 펄스폭변조(PWM) 신호를 상기 트랜스포머의 1차측으로 전송하는 전류제어 모드 PWM IC를 포함한다.
Figure R1020070003096
차량, 자동차, HID, 램프, PWM, SMPS, 트랜스포머, 전류제어, H-브리지

Description

에이치아이디 램프 안정기{Ballast for High Intensity Discharge Lamp}
도 1은 일반적인 HID램프 안정기의 내부 구성 블록도이다.
도 2는 제어부에서 SMPS로 인가되는 전압을 제어하는 전압제어 모드방식의 HID램프 안정기의 내부 회로 블록도이다.
도 3은 전압제어 모드 방식의 HID램프 안정기에서 불안정하게 흐르는 램프 전류의 모습을 도시한 그래프이다.
도 4는 전압제어 모드로 동작하는 PWM IC의 일반적인 동작모습을 도시한 그림이다.
도 5는 전압제어 모드로 동작하는 PWM IC에서 펄스폭변조 신호가 생성되는 예시를 도시한 그래프이다.
도 6은 전류제어 모드로 동작하는 PWM IC의 일반적인 동작 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 전류량 제어단자(VCL)를 이용한 전류제어 모드로 동작하는 HID램프 안정기의 회로 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 전류를 제한하는 모습을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 전류제어 모드로 동작 시에 파형을 도시한 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
710: SMPS 711: PWM IC
712: 트랜지스터 713: 비교기
714: MOSFET 715: 1차측전류 검출저항
716: 커패시터 720: 정류부
730: H-브리지부 731: 램프전류 검출저항
740: 점화부 750: 제어부
760: HID램프
본 발명은 자동차의 에이치아이디 램프(HID램프, High Intensive Discharge Lamp)에 안정적인 전류를 공급하는 HID램프 안정기에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에는 야간 운행 시에 전조등을 할로겐램프로 사용하고 있으며, 할로겐램프는 비교적 낮은 전압에서도 간편하게 점등시킬 수 있으나, 휘도와 밝기가 비교적 낮고 연색성이 좋지 않으며, 수명이 비교적 짧다는 문제점이 있다. 이러한 할로겐램프의 문제점을 해결하기 위하여 할로겐램프의 밝기와 휘도를 유지하면서 비교적 수명이 길고 연색성이 뛰어난 고휘도방전램프인 에이치아이디 램 프(HID; High Intensity Discharge Lamp; 이하 'HID램프'라 함)를 적용하는 연구가 활발하게 이루어지고 있는 추세이다. 상기 HID램프를 점등시키고 안정된 빛을 유지시키기 위해서 필요한 것이 HID램프 안정기(Ballast)이다.
도 1은 일반적인 HID램프 안정기의 내부 구성 블록도이다.
상기 도 1에서 도시한 바와 같이 HID램프 안정기(100; Ballast)의 구성 블록은, SMPS(110; Switching Mode Power Supply), 정류부(120), 사각파 AC 전압을 만들기 위한 H-브리지부(130; H-Bridge), 점화용 고압발생을 위한 점화부(140;Igniter), 2차측 출력에 따른 피드백을 수행하는 제어부(150)를 포함한다. 상기 HID램프 안정기(100)의 동작을 설명하면, 초기 입력전압(DC9V~16V)이 인가되면 SMPS(110)에서 20KHz~200KHz의 스위칭 전압이 만들어진 후 트랜스포머에서 승압이 이루어지고 승압된 전압이 정류부(120)에서 정류됨으로써 DC380V~500V 전압이 만들어진다. 이 전압으로 점화부(140)에서는 20KV 이상의 고압펄스를 발생시키고 이 고압펄스로 HID램프(160)를 점화시킨다. 상기 HID램프(160)가 점화한 후 곧 이어서 SMPS(110)에서는 트랜스포머 2차측 정류된 전압이 DC80~100V가 되도록 한 후 H-브리지부(130)에서 200Hz~500Hz의 사각파 AC80~100V 전압을 만들어 HID램프(160)에 공급한다. 그리고 HID램프(160)가 점화하고 일정 시간이 지나서 안정화되면 HID램프(160)의 정격전력(현재 사용되는 HID램프는 35W가 표준임) 제어가 필요하게 된다.
그런데, 자동차 내의 사용조건에는 입력전압의 수시변동, 자동차내의 다른 부하의 동작여부에 따른 순간전압강하, 광범위한 사용온도 범위에 따른 HID램프 소모 전력의 제어를 정밀하게 하지 않으면 순간 광량변동 및 최대의 문제점인 수명단축을 야기하게 된다. HID램프는 점화 시에 HID램프 자체온도 및 외부온도에 소모전력량이 매우 민감하고 점등유지 시에 입력전압에 매우 민감하다. 즉, HID램프에 공급되는 전압이 조금만 높아지거나 낮아져도 소모전력은 높아진 전압변동분 또는 낮아진 전압변동분의 자성에 비례하여 증가 또는 감소한다. 또한, 실제 HID램프 소모전력이 정격전력보다 많으면 HID램프 특성상 급격한 수명단축을 초래하고 소모전력이 정격전력보다 낮으면 점등이 정지된다. 따라서 HID램프의 제어에 있어서 입력전압의 변동 및 여러 조건의 변화에도 불구하고 점등 유지 시에 정격전력(35W)을 유지하기 위한 전력제어는 매우 중요하다.
상기 정격전력을 유지하기 위한 종래의 전력제어 방식은, SMPS에 대해 전압제어를 수행하는 것이다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 HID램프(160)를 통과하는 전류를 측정하여 제어부(150)에서 SMPS에 인가되는 전압을 제어함으로써 정격전력을 유지하게 하는 방식이 있다. 이를 위하여 SMPS(110)내에 있는 전압제어 모드 PWM IC(111)는 제어부(150)로부터 피드백 전압을 받아서 내부 증폭기(112; error AMP)를 거치게 하고, 이를 오실레이터 전압(Vst)과 비교(113)하고 내부 로직을 거친 후 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)된 신호를 스위칭 소자인 MOSFET(114)으로 출력한다.
이러한 방식은 전체적인 정격전력 유지에 양호한 특성을 가지고 있는데, 제어부(150; MCU; Main Control Unit)는 HID램프에 직렬로 연결된 램프전류 검출저항(131)으로부터 검출되는 전류량과 이때 트랜스포머의 2차측 전압을 각각 피드백 받아서, 소모전력(P=VI)을 연산하고, 상기 연산된 소모전력과 미리 설정되어 있는 정격전력(예컨대, 35W)을 비교하여 그 차이만큼 SMPS(110)의 전압제어 부분을 가감 보상함으로써, HID램프(160)에 가해지는 소모전력이 정격전력을 유지하도록 하고 있다.
그러나 HID램프(160)가 사용시간의 경과에 따라 노후화가 진행되면 도 3에 도시한 바와 같이 전압이 유지되는 기간 동안에서도 균일한 방전전류가 흐르지 않고 순간 소모전력이 변동하게 된다. 특히, 사각파 AC파형이 바뀌는 지점에서는 HID램프 내부의 이온화된 전자의 흐름이 전압 방향의 바뀜에 따라 역방향으로 흘러야 하나 운동성의 노후화로 인해 순간 소모전력의 감소를 가져오고 좀 더 진행되면 점등이 정지된다. 따라서 상기와 같은 방법은 일반적인 전압제어 시에는 문제가 없지만 고속 응답성을 요구하는 회로에서 사용하기에는 연산을 하고 비교한 후 많은 회로부분을 통해 처리되기 때문에 동작시간의 지연으로 인해 원하는 결과를 얻지 못하는 문제가 있다. 즉, 종래의 방식은 램프에 구동전력을 공급하는 트랜스포머의 2차측 만을 고려한 전압제어를 통해 HID램프의 정격전력을 유지하려고 하기 때문에, 도 3과 같이 HID램프의 노후화로 인한 전류감소 부분에 대해서 신속하게 대처하지 못하는 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 소모전력 변동분에 대하여 HID램프의 양단에 걸리는 전압을 기민하게 가변시키는 고속의 응답성을 구현할 수 있는 방안을 제시한다.
HID램프의 수명과 연관된 온/오프 특성에서 HID램프의 온도에 따라서 트랜스포머의 1차측 전류를 제한하여 2차측에 과도한 전류의 공급을 차단하여 HID램프에 과도한 전류공급을 차단함으로써 수명향상의 방안을 제시한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명의 HID램프 안정기는, 트랜스포머의 2차측에 설치된 HID램프에 공급되는 램프전류와 트랜스포머의 2차측의 정류된 출력전압을 입력받아 이들로부터 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어 전압 신호를 SMPS 내의 상기 PWM IC의 전류량 제어단자로 전송하는 제어부와, 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류, 상기 트랜스포머의 2차측 전압, 전류량 제어단자로 전송되는 전류량 제어 전압 신호를 입력 받아, 트랜스포머 1차측으로부터 입력되는 상기 1차측 전류의 한계치를 조절한 후, 조절된 1차측 전류와 상기 램프전류간의 비교값에 따른 펄스폭변조(PWM) 신호를 상기 트랜스포머의 1차측으로 전송하는 전류제어 모드의 PWM IC를 포함한다. 즉, 본 발명은 트랜스포머의 2차측에 설치된 HID램프에 공급되는 램프전류와 트랜스포머의 2차측의 정류된 출력전압을 입력받아 이들로부터 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어 전압 신호를 생성하는 제어부와, 상기 전류량 제어 전압 신호를 전송받는 전류량 제어 단자를 구비하고, 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류, 상기 트랜스포머의 2차측 전압, 전류량 제어단자로 전송되는 전류량 제어 전압 신호를 입력 받아, 트랜스포머 1차측으로부터 입력되는 상기 1차측 전류의 한계치를 조절한 후, 조절된 1차측 전류와 상기 램프전류간의 비교값에 따른 펄스폭변조(PWM) 신호를 상기 트랜스포머의 1차측으로 전송하고, SMPS 내 배치되는 전류제어 모드로 동작하는 PWM IC를 포함하는 에이치아이디 램프 안정기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 HID램프 안정기는, 상기 HID램프를 점화시키는 점화부의 입력단의 H-브리지부의 일측 노드에 직렬 연결되어 상기 점화부로 입력되는 전류를 램프전류로서 검출할 수 있도록 하는 램프전류 검출저항과, 상기 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 펄스폭변조신호를 스위칭하는 MOSFET과, 상기 MOSFET의 소스단에 직렬 연결되어 트랜스포머의 1차측 전류를 검출할 수 있도록 하는 1차측전류 검출저항을 포함한다.
또한, 상기 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류를 필터링하는 커패시터를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 램프전류를 증폭하여 입력받는다.
또한, 상기 전류량 제어 전압 신호는 상기 제어부에서 펄스폭변조된 신호로 출력된 후 소정의 적분을 거쳐 직류(DC) 신호로서 상기 PWM IC의 전류량 제어단자에 인가된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
일반적으로 SMPS와 같은 전원회로의 피드백 제어방법에는 크게 2가지 방식이 있는데, 하나는 전압제어 방식이고 다른 하나는 전류제어 방식이다. 따라서 상기 전압제어 방식을 따를 시에 SMPS 내의 PWM IC는 전압제어 모드로 동작하며, 전류제어 방식을 따를 시에 PWM IC는 전류제어 모드로 동작한다. 본 발명의 설명에 앞서 본 발명의 이해를 돕기 위하여 전압제어 모드로 동작하는 일반적인 PWM IC의 동작 모습을 도 4와 함께 설명하고, 전류제어 모드로 동작하는 일반적인 PWM IC의 동작 모습을 도 5와 함께 간단히 설명하기로 한다.
도 4는 전압제어 모드로 동작하는 전압제어 모드 PWM IC의 일반적인 동작모습을 도시한 그림이다.
트랜스포머의 입력측을 1차측이라 하고 출력측을 2차측이라고 할 때, 보통의 전원회로는 2차측 전압을 피드백 받아서 내부 에러 앰프를 거쳐 VEA전압이 나온다. 상기 전압과 오실레이터 전압(VST)을 비교하고 내부 로직을 거친 후 펄스폭변조(PWM) 파형이 스위칭 소자인 MOSFET으로 나가면서 출력전압에 맞는 시비율(duty rate)이 조정되는 원리이다. 이러한 펄스폭변조 신호가 생성되는 예시를 도 5에 도시하였는데, 오실레이터 전압(VST)에 따라 펄스폭변조의 시비율(duty rate)이 달라짐을 알 수 있다. 상기와 같은 전압제어 모드의 PWM IC로 동작하는 방식은 회로구성이 간단하고 2차측의 안정된 전원을 피드백 받음으로 인해 노이즈를 덜 타는 장점이 있으며, 반면에, 2차측의 피드백 전송으로 인해서 시스템의 응답 특성이 느리다는 단점이 있다.
상기와 같이 전압제어 모드의 PWM IC를 이용해 HID램프의 정격전력을 구현하는 또 다른 방식의 예를 종래 기술의 도 2에 도시하였는데, 상기 도 2를 보면, 도 4와 같이 트랜스포머의 2차측의 전압을 직접 피드백 받지 않고 제어부(150;MCU)에서 HID램프(160)에 인가되는 트랜스포머의 2차측 전압과 전류를 이용해 연산된 소모전력을 근거로 하여 임의로 피드백 전압을 조절하여 PWM IC로 인가하는 구조를 취하고 있다. 그런데, 이는 상기 종래 기술에서 살핀 바와 같이, HID램프가 노후화될 시에 램프출력 전류의 순간적 변화에 민첩하게 대처할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 도 2의 종래 기술은 HID램프의 전압과 전류를 이용해 소모전력을 연산해 전력제어를 한다고 되어 있지만, 엄밀히 말하면 단순히 램프의 상태를 보고 제어부에서 피드백 전압만 제어하여 출력하는 것에 불과하다.
한편, 도 6은 전류제어 모드로 동작하는 전류제어 모드 PWM IC의 일반적인 동작 모습을 도시한 도면이다.
상기 도 4에 도시한 전압제어 모드의 PWM IC와 달리, 전류제어 모드 PWM IC는 1차측에서 측정한 전류값을 PWM IC에 보내면 PWM IC는 상기 전류값과 2차측 피드백 전압에서 나온 VEA전압을 비교하여 PWM을 출력하는 구조이다. 이러한 전류제어 모드 PWM IC의 장점은, 전압제어 모드로 동작시보다 1차측에서 측정되는 전류를 이용한다는 점에서 응답특성이 빠르고 시스템이 보다 안정적인 특징을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 전류제어 모드로 동작하는 전류제어 모드 PWM IC를 이용하지만, 종래의 전류제어 모드의 동작 방식과 달리 PWM IC내의 전류량 제어단자(VCL)를 이용하여 고속의 응답특성을 갖도록 하며 동시에 안정적인 HID램프 구동을 이루도록 하는 기술적 특징을 가진다. 이러한 본 발명에 대하여 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 전류량 제어단자(VCL)를 이용한 전류제어 모드로 동작하는 HID램프 안정기의 회로 블록도이다.
본 발명은 크게 정전력제어라는 특징과 PWM IC에 존재하는 상기 전류량 제어단자(VCL)를 이용하는 특징을 가진다.
본 발명의 SMPS(710)는, 트랜스포머의 1차측을 스위칭하는 스위칭소자(714;예 컨대, MOSFET)와 그라운드 사이에 1차측전류 검출저항(715;R2)을 두어, 검출된 1차측전류를 PWM IC(711)로 전송하여 전류제어를 통해 정격전력을 구현하는데, 이러한 정격전력 구현은 정전력제어를 통해 이루어진다. 상기 정전력제어란, 트랜스포머의 1차측을 흐르는 전류값의 최대크기를 PWM IC(711)의 전류량 제어단자(VCL)에 입력되는 전류량 제어 전압 신호를 제어부(750)에서 조절하면, 트랜스포머의 1차측 전류는 HID램프(760) 등이 구현되는 2차측 부하가 증가하여도 지정된 1차 전류값을 초과하지 못하는데, 이로 인하여 트랜스포머로 전달되는 전력량을 제한할 수 있는 제어 방법을 말한다. 상기와 같은 정전력제어를 통해 2차측에 전달되는 전력량을 일정하게 제한할 수 있는데, 예컨대, 트랜스포머 2차측으로 정해진 크기의 전력량이 전달되면(예컨대, 35W가 전달되고 회로손실은 없다고 가정함), 정해진 전력량에서 부하전류(예컨대, 35W, 정격전압 85V, 정격전류 35/85=412mA)가 정격전류보다 작으면 전압이 정격전압보다 높아지고(이는 1차측에서 정격전력을 보내오기 때문임), 부하전류가 높으면 전압이 낮아진다. 이러한 동작은 일정량의 전력제한으로 구현되며 전류감소 시에 전압상승, 전류과다 시에 전압강하 현상이 전기적 반사작용으로 이루어지며 대단한 고속 응답성을 가진다.
한편, 상기 전류량 제어단자(VCL)는 1차측에 입력되는 전류의 피크치를 제한하는 전류 제한(current limit) 기능을 가지고 있다. 즉, 보통 정상적으로 동작에서는 영향을 주지 않지만, 만약, 2차측 부하가 단락되거나 입력측에 과도한 전류가 흘렀을 때 측정된 1차측 전류가 전류 리미트 전압(최대 허용 전류값을 전압으로 표현한 값)까지 가면 도 8과 같이 1차측으로 그 이상의 전류가 흐르지 않도록 PWM IC의 출력값을 조절하는 기능이다.
일반적으로 전류제어용 PWM IC는 다양한 종류가 있는데, 그 중의 하나로서 전류량 제어단자(VCL)를 가지는 PWM IC가 존재한다. 상기 전류량 제어단자(VCL)라고 하는 것은 최대허용 전류값을 전압으로 표현하기 위한 것이다. 보통 전압제어 모드 PWM IC는 VCL 이라는 Pin 자체가 없이 2개의 핀으로 이루어져 있으나, 본 발명에서 적용할 PWM IC는 전류량 제어단자(VCL) 핀을 포함해 전체 3개의 입력 핀을 가진 전류제어 모드 PWM IC(예컨대, TI사의 UC2856)로서, 본 발명의 이러한 VCL 핀을 포함하는 전류제어 모드 PWM IC를 가지고서 구현한다. 따라서 상기 3개의 입력핀을 통해 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류, 상기 트랜스포머의 2차측 전압, 전류량 제어 전압 신호를 입력받게 된다.
본 발명은 상기 전류량 제어단자에는 제어부의 전류량 제어 전압 신호가 전류 리미트 전압으로서 인가되는데, 제어부에서 인가되는 전류량 제어 전압 신호에 따라 HID램프에 일정한 전류를 공급할 수 있다. 즉, 본 발명의 제어부(750)는 2차측에 구현된 HID램프(760)에서 소모되는 소모전력에 따라 전류량 제어단자(VCL)로 입력되는 전류량 제어 전압 신호를 가변적으로 변화시켜 상기 전류량 제어단자로 입력함으로써 1차측 전류의 피크값을 조절할 수 있으며, 이러한 1차측 전류의 변동에 따라 2차측 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다.
전류제어 모드 PWM IC(711)의 전류량 출력전류를 조절하기 위하여, 상기 전류제어 모드 PWM IC는 2차측에서 측정된 램프전류를 증폭기를 통해 트랜지스터(712)의 이미터(E)로 입력받으며, 전류 피크량 조절을 위한 제어부(750)의 전류량 제어 전압 신호는 상기 트랜지스터의 베이스(B)로 입력된다. 한편, 상기 전류제어 모드 PWM IC의 내부 구동 모습은 일반적인 전류제어 모드 PWM IC의 구동 모습과 동일하므로, 이러한 PWM IC의 내부 소자에서의 동작 연관 관계의 상세한 설명은 생략한다
상기 제어부(750)는 램프전류 검출저항으로부터 램프전류와 트랜스포머의 2차측 출력되어 정류된 램프전압을 입력받아 소모전력 연산 후 이에 따른 전류량 제어 전압 신호를 PWM IC의 전류량 제어단자로 출력한다. 즉, 상기 제어부(750)는, HID램프가 점등된 후 일정한 안정시간이 지나면 2차측의 램프전류 검출저항(731)으로부터 측정한 전류량과 2차측 출력전압인 램프전압을 연산(P=VI)하여 소모전력을 구하고, 이러한 소모전력과 미리 설정된 정격전력을 비교하여 그 차이를 고려하여 전류량 제어단자로 전류량 제어 전압 신호를 출력한다. 따라서 1차측 스위칭 전류를 가감하고 이것은 2차측으로의 전달전력을 제어하게 하여 HID램프에서의 소모전력이 정격전력에 이르게 한다.
따라서 본 발명은 전력량의 변화가 생겼을 때 제어부에서 발생되는 펄스폭의 비를 조절하여 HID램프에서의 소모전력이 정격전력에 이르도록 한다. 예컨대, 35W에서 오차가 커지면 크게 펄스폭이 바뀌고 오차가 작으면 작게 펄스폭이 변화하게 하여 부드럽게 35W 정상상태로 수렴하도록 한다.
종래에는 PWM IC에서 오차분이 생겼을 때 변화를 준 것을 HID 램프에서 반응을 보고 다시 피드백 받아서 제어에 적용시킨것에 비해, 본 발명은 1차측에서 전류의 피크값을 제한함으로써 2차측을 제어하기 때문에 2차측 전력이 부족할 시에 전류 리미트 전압(VCL)을 부족한 부분 만큼 올려주고 2차측 전력이 과도하면 전류 리미트 전압(VCL)을 제한하여 2차측에 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 함으로써 전체적인 동작을 1차측 전류로 조절하여 시스템의 안정성을 상승시킬 수 있다.
결국, HID램프의 전체적인 소모전력 제어는 HID램프 전류와 전압의 연산, 1차측으로의 궤환 및 제어를 통한 폐회로망을 통해 구현하고 1차측 SMPS의 전류제어 모드를 이용한 정전력 제어를 이용하여 HID램프의 순간전력 변동에 고속 응답할 수 있게 하여 안정된 HID램프 구동을 수행할 수 있게 한다. 또한, 1차측에서 전류 피크값을 제한하여 2차측 전류를 제어하기 때문에 부하측에서 무슨 일이 있어도 항상 일정한 전류를 2차측 부하에 공급할 수 있어 시스템이 안정화 될 수 있다.
참고로, 도 9는 본 발명의 전류제어 모드로 동작 시에 파형을 도시한 그래프로서, 상기 도 9를 보면, HID램프에서 측정된 전류가 감소될 때 HID램프의 전압이 상승하면서 전력이 35W를 유지하게 하는 것을 볼 수 있다.
한편, 상기 커패시터(716)가 1차측전류 검출저항(715)과 병렬로 연결되어 있는데, 이는 일반적인 회로에서의 필터링 역할을 하는 것이다. 검출되는 2차측 전류에 노이즈가 있을 수 있기 때문에 이에 대한 필터링을 수행하는 것이다.
한편, 상기 램프전류 검출저항(731)에 검출된 전류가 제어부(750)에 입력될 때 전류 증폭기(751)를 거쳐 전류를 일정 크기만큼 증폭시킬 수 있다. 램프전류 검출저항(731)을 통해 입력되는 전류가 미세할 시에 이를 증폭시켜 램프전류를 용이하게 감지하기 위함이다.
또한, 상기 제어부(750)을 통해 PWM IC(711)의 전류량 제어단자(VCL)로 전류량 제어 전압 신호로 입력될 때, 상기 제어부를 통해 출력되는 전류량 제어 전압 신호는 일반적인 PWM 제어신호일 수 있다. 이러한 PWM 제어신호가 출력될 경우에는 제어부와 전류량 제어단자(VCL) 사이에 적분기를 구비하여 제어부에서 출력되는 전류량 제어 전압 신호를 DC 신호로 변환하여 전류량 제어단자로 입력한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 1차측에서 전류 피크값을 제한하여 2차측 전류를 제어하기 때문에 2차측 부하에서 무슨 일이 있어도 항상 일정한 전류를 부하에 공급할 수 있어, 시스템이 안정될 수 있는 장점이 있다. 또한 1차측에서 전류를 제어함으로써, 응답 특성이 전압제어로 하는 방식에 비해 빠르게 되는 효과가 있다.
또한, HID 램프의 수명은 ON/OFF 특성이 좋아야 하는데 이는 램프가 켜지고 나서 꺼진 후 재점등시에 램프에 맞는 전류가 공급 되어져야 한다. 램프가 뜨거울 때 많은 전류가 램프에 공급되면 램프의 수명을 단축시키고 램프가 차가울 때 충분한 전류가 흐르지 못하면 점등이 잘 안될 수 있다. 1차측 전류 피크값의 최대치를 제어함으로써 얻는 효과는 점등시 램프의 상태를 파악하여 초기부터 전류의 양을 안정되게 조절하여 램프가 ON/OFF시에 램프가 뜨거울 때는 과도한 전류가 흐르지 않게하고 램프가 차가울 때는 충분한 전류를 공급함으로써 램프에 부담을 주지 안으면서 안정되게 점등시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 트랜스포머의 2차측에 설치된 HID램프에 공급되는 램프전류와 트랜스포머의 2차측의 정류된 출력전압을 입력받아 이들로부터 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어 전압 신호를 생성하는 제어부와,
    상기 전류량 제어 전압 신호를 전송받는 전류량 제어 단자를 구비하고, 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류, 상기 트랜스포머의 2차측 전압, 전류량 제어단자로 전송되는 전류량 제어 전압 신호를 입력 받아, 트랜스포머 1차측으로부터 입력되는 상기 1차측 전류의 한계치를 조절한 후, 조절된 1차측 전류와 상기 램프전류간의 비교값에 따른 펄스폭변조(PWM) 신호를 상기 트랜스포머의 1차측으로 전송하고, SMPS 내 배치되는 전류제어 모드로 동작하는 PWM IC를 포함하는 에이치아이디 램프 안정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 HID램프를 점화시키는 점화부의 입력단의 H-브리지부의 일측 노드에 직렬 연결되어 상기 점화부로 입력되는 전류를 램프전류로서 검출할 수 있도록 하는 램프전류 검출저항과,
    상기 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 펄스폭변조신호를 스위칭하는 MOSFET과,
    상기 MOSFET의 소스단에 직렬 연결되어 트랜스포머의 1차측 전류를 검출할 수 있도록 하는 1차측전류 검출저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 에이치아이디 램 프 안정기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 1차측으로 입력되는 1차측 전류를 필터링하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에이치아이디 램프 안정기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 램프전류를 증폭하여 입력받는 것을 특징으로 하는 에이치아이디 램프 안정기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류량 제어 전압 신호는 상기 제어부에서 펄스폭변조된 신호로 출력된 후 소정의 적분을 거쳐 직류(DC) 신호로서 상기 PWM IC의 전류량 제어단자에 인가되는 것을 특징으로 하는 에이치아이디 램프 안정기.
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