KR100865746B1 - 램프의 안정기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

고압 방전 램프의 안정기는 스위칭 소자를 이용하여 입력 전압으로부터 고압 방전 램프의 구동 전압을 생성하는 인버터를 포함한다. 이때, 인버터 구동부는 출력 주파수를 이용하여 스위칭 소자의 온/오프를 제어하며, 주파수 결정 단자에 연결되어 있는 저항에 흐르는 전류량에 따라서 출력 주파수를 램프의 공명 주파수 대역이 아닌 점등 주파수 대역에서 가변한다.

안정기, HID(High Intensity Discharge) 램프, 음향 공명

Description

램프의 안정기 및 그의 동작 방법{BALLAST FOR LAMP AND METHOD FOR OPERATING THEREOF}

본 발명은 안정기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.

고압 방전(High Intensity Discharge, HID) 램프는 방전관 내의 방전에 의해 점등되며, HID 램프를 점등하기 위해서는 안정기가 필수적이다. 안정기는 점등 시에 HID 램프에 고전압을 걸어주고 점등 후에는 HID 램프에 일정한 전압을 공급하여 전류를 제한하는 역할을 한다. 이와 같이 안정기는 점등 시에 고전압을 필요로 하므로, 초기 점등 전류를 고려하지 않으면 안정기 내의 스위칭 소자의 파손을 가져올 수 있다.

이러한 HID 램프는 물리적인 구조로 인해 특정 주파수 대역에서 음향 공명(Acoustic Resonance)이 발생한다. 음향 공명은 방전관 내의 압력 변화 때문에 아크 방전이 불안정한 상태가 되어 광원의 떨림인 플리커 현상이 나타난다. 또한, 음향 공명이 심해지면 부분적인 과열로 인해 HID 램프를 파열시킨다. 따라서, HID 램프를 점등하기 위해서는 음향 공명의 제거 또한 필수적이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 음향 공명을 제거할 수 있는 램프의 안정기 그의 동작 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 초기 점등 전류의 공급을 제한할 수 있는 램프의 안정기 및 그의 동작 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 램프에 연결되는 안정기가 제공된다. 안정기는 인버터, 그리고 인버터 구동부를 포함한다. 인버터는 스위칭 소자를 이용하여 입력 전압으로부터 상기 램프의 구동 전압을 생성한다. 그리고 인버터 구동부는 출력 주파수를 이용하여 상기 스위칭 소자를 온/오프하는 구동 신호를 생성하여 상기 스위칭 소자에 전달하며, 상기 출력 주파수를 상기 램프의 공명 주파수 대역이 아닌 점등 주파수 대역에서 가변하는 구동 제어부를 포함한다. 이때, 상기 구동 제어부는, 제1 주파수 결정 단자를 포함하며, 상기 제1 주파수 결정 단자에 흐르는 전류량에 기초하여 상기 출력 주파수를 가변한다.

본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 듀티비에 따라서 스위칭하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 램프에 구동 전압을 공급하는 인버터를 포함하는 안정기가 제공된다. 안정기는 제1 저항, 제1 커패시터, 그리고 구동 제어부를 포함한다. 구동 제어부는 상기 제1 저항과 상기 제1 커패시터를 이용하여 상기 램프의 공명 주파수 대역이 아닌 점등 주파수 대역에서 출력 주파수를 결정하고, 상기 제1 저항에 흐르는 전류량에 따라서 상기 점등 주파수 대역에서 상기 출력 주파수를 가 변하며, 상기 출력 주파수를 이용하여 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 상기 듀티비를 결정한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 램프에 구동 전압을 공급하는 안정기의 동작 방법이 제공된다. 이 방법은, 제1 및 제2 주파수 결정 단자에 각각 연결되어 있는 커패시터 및 저항을 이용하여 출력 주파수를 결정하는 단계, 상기 출력 주파수에 따라서 적어도 하나의 스위칭 소자의 듀티비를 결정하는 단계, 상기 듀티비에 따라 상기 적어도 하나의 스위칭 소자가 온/오프되어 상기 램프로 구동 전압을 공급하는 단계, 그리고 상기 저항에 흐르는 전류량을 제어하여 상기 출력 주파수를 변경하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 램프의 음향 공명 주파수 대역이 아닌 점등 주파수 대역에서 출력 주파수를 선택하여 램프의 음향 공명 현상을 제거할 수 있으며, 주파수 결정 단자의 전류량을 제어하여 출력 주파수를 가변하고, 출력 주파수에 따라서 램프의 조명을 제어할 수가 있다.

또한, 고전압을 필요로 하는 초기 점등 모드에서 초기 점등 전류를 제어할 수 있으므로, 안정기 내의 스위칭 소자의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 램프의 안정기 및 그의 동작 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고압 방전 램프의 안정기를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 정상 모드와 초기 점등 모드에서의 공진 커브 특성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 안정기는 필터부(100), 정류부(200), 역률 보상 회로부(300), 인버터(400), 인버터 구동부(500) 및 보호 회로부(600)를 포함한다.

필터부(100)는 교류 전원(AC)의 서지(surge)를 제거하고 교류 성분의 노이즈를 필터링하여 정류부(200)로 출력한다.

정류부(200)는 필터링된 교류 전원(AC)의 교류 전압을 전파 정류하여 역률 보상 회로부(300)로 공급한다. 이러한 정류부(200)는 브릿지 다이오드 등으로 이루어질 수 있다.

역률 보상 회로부(300)는 전파 정류된 전압을 직류 전압으로 변환하여 인버터(400)로 출력하며, 역률 보상 회로부(300)는 직류 전압으로 변환될 때 발생되는 전류와 전압의 위상 차를 제어하여 역률을 보상하는 역할을 수행한다.

인버터(400)는 역률 보상 회로부(300)에서 생성된 직류 전압을 이용하여 듀티비에 따라 스위칭하는 스위칭 소자, 예를 들면 트랜지스터의 온/오프 동작에 의해 구동 전압을 생성하여 HID 램프(Lp)로 전달한다. 이때, 인버터(400)는 하프 브릿지(Half-Bridge), 풀 브릿지(Full-Bridge) 등으로 이루어질 수 있으며, 도 1에서는 하프 브릿지(Half-Bridge) 인버터를 도시하였다.

구체적으로, 인버터(400)는 트랜지스터(M1, M2) 및 공진 회로(410)을 포함한다. 공진 회로(410)는 인덕터(L) 및 커패시터(Cs, Cp, Cq)를 포함하며, 점등에 필요한 충분한 전압과 전류를 HID 램프(Lp)에 공급한다. 역률 보상 회로부(300)의 출력단에 드레인이 연결되어 있는 트랜지스터(M1)의 소스가 트랜지스터(M2)의 드레인에 연결되어 있으며, 트랜지스터(M2)의 소스는 접지단에 연결되어 있다. 그리고 두 트랜지스터(M1, M2)의 접점과 HID 램프(Lp) 사이에 인덕터(L) 및 커패시터(Cs)가 직렬로 연결되어 있으며, 직렬로 연결되어 있는 두 커패시터(Cp, Cq)가 HID 램프(Lp)에 병렬로 연결되어 있다. 이때, 트랜지스터(M1, M2)는 인버터 구동부(500)로부터의 제어 신호(S_1, S_2)에 따라 온/오프되어 구형파 전압을 발생시키며, 인 덕터(L) 및 커패시터(Cs)에 의해 공진이 발생하면서 정현 파형의 전압이 발생된다. 이와 같이 발생된 정현 파형의 전압이 HID 램프(Lp)의 구동 전압으로 사용된다. 도 1에서는 트랜지스터(M1, M2)를 n 채널 전계 효과 트랜지스터, 특히 NMOS(n-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 도시하였으나, 유사한 기능을 하는 다른 트랜지스터가 이들 트랜지스터(M1, M2)로 사용될 수도 있다.

이러한 공진 회로(410)는 도 2에 도시한 바와 같은 초기 점등 모드와 정상 모드에서의 공진 커브 특성을 가진다. 도 2에서, Wig는 초기 점등 주파수이고, Wig_r은 점등 전 공진 주파수이고, Wo는 정상 상태의 공진 주파수이며, Ws는 정상 상태의 구동 주파수이다.

초기 점등 모드에서는 HID 램프(Lp) 양단의 저항 값이 매우 커서 전류가 커패시터(Cp)로 흐르게 된다. 이때, 커패시터(Cp)의 임피던스와 최대 전류에 의해 고전압이 형성되면서 HID 램프(Lp)가 점등된다. 즉, 인덕터(L), 커패시터(Cs, Cp, Cq)의 값에 의해서 초기 점등 모드에서의 초기 점등 주파수가 결정되며, 초기 점등 주파수는 도 2에 도시된 "A" 지점이 될 수 있다. 따라서, "A" 지점의 초기 점등 주파수로 구동하면, 고전압이 형성되면서 HID 램프(Lp)가 점등된다. 정상 모드에서는 HID 램프(Lp) 양단의 저항 값이 작아지므로, 구동 주파수를 "B" 지점으로 변경하여 HID 램프(Lp)의 점등을 유지시킨다.

인버터 구동부(500)는 음향 공명이 발생하는 공명 주파수 대역을 피한 점등 주파수 대역에서 출력 주파수를 생성하고, 생성된 출력 주파수를 이용하여 인버터(400)의 스위칭 소자, 즉 트랜지스터(M1, M2)의 구동 신호(S_1, S_2)를 생성한 다. 이때, 구동 신호(S_1, S_2)는 서로 반대 위상을 갖는다. 출력 주파수는 초기 점등 모드에서의 초기 점등 주파수 및 정상 모드에서의 구동 주파수를 포함한다. 이때, 출력 주파수에 따라서 트랜지스터(M1, M2)의 구동 신호(S_1, S_2)의 듀티비가 결정된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 구동부(500)는 주파수를 결정하는 두 단자(이하, 주파수 결정 단자라 함)에 연결된 주파수 결정 소자를 이용하여 출력 주파수를 결정하며, 정상 모드에서 주파수 결정 단자에 흐르는 전류값에 따라서 점등 주파수 대역에서 출력 주파수를 가변한다.이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 구동부(500)는 음향 공명이 발생하는 공명 주파수 대역을 피한 점등 주파수 대역에서 출력 주파수를 생성/가변하므로, HID 램프(Lp)의 음향 공명 현상을 제거할 수가 있다.

보호 회로부(600)는 피드백 전압(Vp)을 이용하여 HID 램프(Lp)의 쇼트(short) 및 오픈(open)을 검출하여 역률 보상 회로부(300) 및 인버터 구동부(500)의 동작을 중단시킨다. 이때, 피드백 전압(Vp)은 두 커패시터(Cp, Cq)에 의해 HID 램프(Lp)의 구동 전압이 분압된 전압에 대응한다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 구동부에 대해 도 2 내지 도 7을 참고로 하여 자세하게 설명한다.

도 3은 도 1에 도시된 인버터 구동부의 회로도이고, 도 4는 도 3에 도시된 신호 생성부의 개략적인 회로도이다. 도 5는 도 3에 도시된 제어 신호(S_PWM2)의 파형도이고, 도 6은 제어 신호(S_PWM2)에 따른 인버터의 타이밍도이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 방법을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 인버터 구동부(500)는 제어 신호 생성부(510), 저항(R1), 커패시터(C1), 점등 전류 회로부(520), 구동 제어부(530), 회로 차단부(540) 및 재점등 회로부(550)를 포함한다.

제어 신호 생성부(510)는 입력단(IN1)이 마이크로컨트롤러(도면 미도시)에 연결되고 출력단(OUT1)이 저항(R1)의 일단에 연결되어 있다. 제어 신호 생성부(510)는 마이크로컨트롤러(도면 미도시)로부터 생성되는 제어 신호(S_PWM1)를 이용하여 구동 제어부(530)의 동작을 허용하는 제어 신호(S_PWM2)를 생성하여 구동 제어부(530)로 출력한다.

구체적으로, 도 4를 보면, 제어 신호 생성부(510)는 전압 추종기(Voltage follower)(512, 514, 516), 저항(R11, R12, R13, R14) 및 트랜지스터(Qs)를 포함한다. 전압 추종기(512/514/516)는 반전 단자(-)가 출력 단자(OUT3/OUT4/OUT5)에 연결되어 있는 연산 증폭기로 형성된다.

구체적으로, 전압 추종기(512)는 비반전 단자(+)가 제어 신호 생성부(510)의 입력단(IN1)에 연결되어 있으며 반전 단자(-)가 출력단(OUT3)에 연결되어 있다. 전압 추종기(514)는 비반전 단자(+)가 전원(Vcc)과 접지단 사이에 직렬로 연결되어 있는 두 저항(R12, R13)의 접점에 연결되어 있고, 반전 단자(-)가 출력단(OUT4)에 연결되어 있다. 그리고 두 전압 추종기(512, 514)의 출력단(OUT3, OUT4) 사이에 저항(R11, R14)이 직렬로 연결되어 있다. 전압 추종기(516)는 비반전 단자(+)가 두 저항(R11, R14)의 접점에 연결되어 있고, 반전 단자(-)가 출력단(OUT5)에 연결되어 있다. 전압 추종기(516)의 출력단(OUT5)이 트랜지스터(Qs)의 컬렉터에 연결되어 있고, 트랜지스터(Qs)의 이미터가 제어 신호 생성부(510)의 출력단(OUT1)에 연결되어 있다. 그리고 트랜지스터(Qs)의 베이스가 마이크로컨트롤러(도면 미도시)에 연결되어 있다. 마이크로컨트롤러(도면 미도시)는 정상 모드에서 트랜지스터(Qs)를 턴온시키는 제어 신호(S_s)를 출력한다.

이러한 제어 신호 생성부(510)는 입력단(IN1)으로 제어 신호(S_PWM1)가 입력되면, 전압 추정기(512)는 제어 신호(S_PWM1)의 전압을 출력한다. 그리고 저항(R12, R3)은 전원(Vcc)의 전압을 분압하고, 전압 추종기(514)는 두 저항(R12, R13)에 의해 분압된 전압(Vd1)을 출력한다. 다음, 두 저항(R11, R14)은 제어 신호(S_PWM1)의 전압과 전압(Vd1)을 분압하고, 전압 추종기(516)는 두 저항(R11, R14)에 의해 분압된 전압(Vd2)을 출력한다. 트랜지스터(Qs)는 정상 모드에서 턴온되어 전압 추종기(516)의 출력 전압을 출력단(OUT1)을 통해 출력한다. 이때, 전압 추종기(516)의 출력 전압이 제어 신호(S_PWM2)가 된다.

예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 제어 신호 생성부(510)는 하이 레벨과 로우 레벨이 각각 0V 및 5V인 제어 신호(S_PWM1)를 이용하여 하이 레벨이 3.3V이고 로우 레벨이 2.8V인 제어 신호(S_PWM2)를 생성할 수 있다. 도 3에서는 트랜지스터(Qs)를 NPN 트랜지스터로 도시하였으나, NPN 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.

다시, 도 3을 보면, 점등 전류 회로부(520)는 트랜지스터(Q1), 커패시터(C2) 및 저항(R2, R3)를 포함한다. 저항(R2)이 저항(R1)의 일단과 접지단 사이에 연결되 어 있고, 커패시터(C2)가 저항(R1)의 일단과 마이크로컨트롤러(도면 미도시)로부터 출력되는 제어 신호(S_ini)에 의해 온/오프되는 트랜지스터(Q1)의 이미터 사이에 연결되어 있다. 또한, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터가 접지단에 연결되어 있다. 그리고 저항(R3)이 커패시터(C2)에 병렬로 연결되어 있다. 이때, 마이크로컨트롤러(도면 미도시)는 초기 점등 모드에서 트랜지스터(Q1)를 턴온시키는 제어 신호(S_ini)를 출력한다. 도 3에서는 트랜지스터(Q1)를 PNP 트랜지스터로 도시하였으나, PNP 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.

구동 제어부(530)는 주파수 생성부(532) 및 구동 신호 생성부(534)를 포함한다. 주파수 생성부(532)는 출력 주파수를 결정하는 주파수 결정 단자(IN2, IN2')와 출력단(OUT5)을 가진다. 주파수 결정 단자(IN2)에 저항(R1)의 타단이 연결되어 있으며, 주파수 결정 단자(IN')와 접지단 사이에 커패시터(C1)가 연결되어 있다. 그리고 출력단(OUT5)이 구동 신호 생성부(534)에 연결되어 있다.

주파수 생성부(532)는 커패시터(C1) 및 저항(R1)을 이용하여 출력 주파수를 결정한다. 이때, HID 램프(Lp)는 초기 점등 모드에서 고전압을 필요로 하므로, 초기 점등 주파수가 구동 주파수보다 높다. 따라서, 초기 점등 주파수가 구동 주파수보다 높게 결정될 수 있도록 커패시터(C1, C2) 및 저항(R1, R2, R3)의 값이 설정되어 있다. 예를 들면, 초기 점등 주파수는 240kHz로 설정되고 구동 주파수는 55kHz~65kHz와 80kHz~90kHz로 설정될 수 있다.

또한, 주파수 생성부(532)는 저항(R1)에 흐르는 전류량에 따라서 정상 모드에서의 구동 주파수를 변경한다. 본 발명의 실시 예에서는 저항(R1)에 걸리는 전압 을 변경하여 저항(R1)에 흐르는 전류량을 변경한다. 이때, 저항(R1)에 흐르는 전류량이 커지면 출력 주파수는 작아지고 저항(R1)에 흐르는 전류량이 작아지면 출력 주파수는 커지게 된다.

즉, 정상 모드에서는 트랜지스터(도 4의 Qs)가 턴온되므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 주파수 생성부(532)의 주파수 결정 단자(IN2)로 제어 신호(S_PWM2)의 전압이 입력된다. 제어 신호(S_PWM2)는 소정의 듀비티를 가지고 하이 레벨과 로우 레벨을 교대로 가지므로, 제어 신호(S_PWM2)의 전압에 따라서 저항(R1)에 흐르는 전류량이 변하게 된다. 따라서, 주파수 생성부(532)는 저항(R1)에 흐르는 전류량에 따라서 구동 주파수를 변경하여 신호 생성부(532)로 출력한다. 실질적으로, 구동 제어부(530)로 출력되는 제어 신호(S_PWM2)는 소정의 지연을 가진다. 즉, 제어 신호(S_PWM2)의 전압 레벨이 곧바로 변경되지 않고, 소정의 지연 시간을 가지고 로우 레벨에서 하이 레벨 또는 하이 레벨에서 로우 레벨로 변경되므로, 이 기간 동안에는 다양한 구동 주파수가 생성될 수 있다.

구동 신호 생성부(534)는 주파수 생성부(532)에서 생성된 주파수를 이용하여 구동 신호(S_1, S_2)를 생성하여 트랜지스터(M1, M2)로 전달한다. 그러면, 트랜지스터(M1, M2)는 구동 신호(S_1, S_2)에 따라서 턴온/턴오프되어 HID 램프(Lp)의 구동 전압을 생성한다.

차단 회로부(540)는 저항(R6) 및 트랜지스터(Q2)를 포함한다. 저항(R3)을 통해 입력되는 제어 신호(S_OFF)에 의해 온/오프되는 트랜지스터(Q2)가 구동 제어부(520)와 접지단 사이에 연결되어 있다. 트랜지스터(Q2)가 턴온되면 구동 제어 부(520)는 구동을 중단한다. 도 3에서는 트랜지스터(Q2)를 NPN 트랜지스터로 도시하였으나, NPN 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.

재점등 회로부(550)는 저항(R4, R5) 및 트랜지스터(Q3)를 포함한다. 저항(R4)을 통해 입력되는 제어 신호(S_set)에 의해 온/오프되는 트랜지스터(Q3)가 저항(R1)과 접지단 사이에 연결되어 있다. 이때, 트랜지스터(Q3)가 턴온되면 커패시터(C2)가 방전된다. 만약, 초기 점등 모드에서 커패시터(C2)에 충전된 전압을 방전시키지 못하면 초기 점등 주파수를 생성하지 못한다. 도 3에서는 트랜지스터(Q3)를 PNP 트랜지스터로 도시하였으나, PNP 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 인버터 구동부(500)의 동작에 대해 설명하면, HID 램프(Lp)는 초기 점등 모드, 구동 모드 및 재점등 모드로 이루어진다.

초기 점등 모드에서는 트랜지스터(도 3의 Q1)가 턴온되고, 트랜지스터(Q2, Q3, 도 4의 Qs)가 턴오프된다. 그러면, 구동 제어부(530)의 내부 전원(도면 미도시)에 의해 저항(R1)을 통해 커패시터(C2)가 충전된다. 이때, 주파수 생성부(532)는 커패시터(C1)와 저항(R1)을 이용하여 초기 점등 주파수를 생성하여 구동 신호 생성부(534)로 전달한다. 그러면, 구동 신호 생성부(534)는 초기 점등 주파수를 이용하여 구동 신호(S_1, S_2)를 생성하여 트랜지스터(M1, M2)의 게이트로 출력한다. 그리고 트랜지스터(M1, M2)는 구동 신호(S_1, S_2)에 따라서 온/오프되어 HID 램프(Lp)로 구동 전압을 공급하여 초기 점등을 개시한다.

초기 점등 주파수에 의해 HID 램프(Lp)가 점등되고 난 후, 정상 모드에서 HID 램프(Lp)를 구동하기 위해서는 구동 주파수를 변경해야 한다. 예를 들면, 도 2의 "A" 지점에서 "B" 지점으로 주파수를 변경해야 한다. 이때, 저항(R1) 및 커패시터(C2)에 의해 구동 주파수를 서서히 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 초기 점등 주파수에서 구동 주파수로 주파수를 서서히 변경함으로써, 트랜지스터(M1, M2)의 파손을 방지할 수가 있다.

초기 점등이 개시된 후, 정상 모드에서는 트랜지스터(도 4의 Qs)가 턴온되고, 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)가 턴오프된다. 그러면, 제어 신호 생성부(510)는 제어 신호(S_PWM2)를 출력하고, 제어 신호(S_PWM2)가 저항(R1)을 통해 주파수 생성부(532)로 입력된다. 주파수 생성부(532)는 저항(R1)에 흐르는 전류량에 따라서 구동 모드에서의 구동 주파수를 변경하고, 구동 신호 생성부(534)는 구동 주파수를 이용하여 구동 신호(S_1, S_2)를 생성하여 트랜지스터(M1, M2)의 게이트로 출력한다. 그리고 트랜지스터(M1, M2)는 구동 신호(S_1, S_2)에 따라서 온/오프되어 HID 램프(Lp)로 구동 전압을 공급한다. 이때, 제어 신호(S_PWM2)는 하이 레벨과 로우 레벨을 가지므로, 하이 레벨이 입력될 때의 구동 주파수와 로우 레벨이 입력될 때의 구동 주파수가 달라진다. 따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 제어 신호(S_PWM2)의 듀티비를 이용하여 HID 램프(Lp)의 밝기를 제어할 수도 있다. 즉, 하이 레벨이 입력될 때의 구동 주파수(예를 들면, 60kHz)와 로우 레벨이 입력될 때의 구동 주파수(예를 들면, 80kHz)의 혼합 비율에 따라서 HID 램프(Lp)의 밝기를 제어할 수 있다. 이때, 혼합 비율은 마이크로컨트롤러(도면 미도 시)에 의해 결정될 수 있다.

한편, 재점등 모드에서는 트랜지스터(Q3)가 턴온되고, 트랜지스터(Q1, Q2, Qs)가 턴오프된다. 그러면, 커패시터(C2)가 방전된다. 이러한 재점등 모드는 초기 점등 모드 직전에 동작될 수 있다.

그리고 피드백 전압(Vp)으로부터 HID 램프(Lp)의 이상 동작이 감지되면, 트래지스터(Q2)가 턴온된다. 그러면, 구동 제어부(530)는 내부 전원의 공급을 차단하여 인버터 구동부(500)의 구동을 중단시켜 안정기를 보호한다.

도 8은 도 1에 도시된 보호 회로부의 개략적인 회로도이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 보호 회로부(600)는 비교기(610, 620), 트랜지스터(Q11, Q22) 및 제어 신호 생성부(630, 640)를 포함한다. 비교기(610/620)의 비반전 단자(+)가 두 커패시터(Cp, Cq)의 접점에 연결되어 있으며, 비교기(610/620)의 반전 단자(-)가 기준 전압(Vref1/ref2)이 연결되어 있다. 비교기(610/620)의 출력단(OUT6/OUT7)이 트랜지스터(Q11/Q22)의 베이스에 연결되어 있으며, 트랜지스터(Q1/Q2)의 이미터와 트랜지스터(Q11/Q22)의 컬렉터 사이에 제어 신호 생성부(630/640)에 연결되어 있다. 트랜지스터(Q11)는 트랜지스터(Q22)와 반대 타입의 트랜지스터로서, 도 8에서는 트랜지스터(Q11)를 PNP 트랜지스터로, 트랜지스터(Q22)를 NPN 트랜지스터로 도시하였다. 제어 신호 생성부(630/640)는 트랜지스터(Q11/Q22)의 턴온 시에 제어 신호(S_OFF)를 생성하여 역률 보상 회로부(300) 및 인버터 구동부(500)로 출력한다. 이때, 기준 전압(Vref1)은 0V보다 높은 전압, 예를 들면 0.3V 정도로 설정되어 있으며, 기준 전압(Vref2)은 소정의 전압, 예를 들 면 HID 램프(Lp)의 오픈을 감지할 수 있는 전압으로 설정되어 있다.

HID 램프(Lp)가 쇼트되면, 두 커패시터(Cp, Cq)에 의해 분압된 전압이 0V가 되므로, 비교기(610/620)는 로우 레벨을 가지는 펄스를 트랜지스터(Q11/Q22)의 게이트로 출력한다. 그러면, 트랜지스터(Q11)는 턴온되고 트랜지스터(Q22)는 턴오프된다.

또한, HID 램프(Lp)가 오픈되면, 두 커패시터(Cp, Cq)에 의해 분압되는 전압이 높아지므로, 비교기(610/620)는 하이 레벨을 가지는 펄스를 트랜지스터(Q11/Q22)의 게이트로 출력한다. 그러면, 트랜지스터(Q11)는 턴오프되고 트랜지스터(Q22)는 턴온된다.

즉, 비교기(610/620)로부터 출력되는 펄스로부터 HID 램프(Lp)의 쇼트 또는 HID 램프(Lp)의 오픈을 감지할 수 있으며, HID 램프(Lp)의 쇼트/HID 램프(Lp)의 오픈 시에 제어 신호 생성부(630/640)에서 제어 신호(S_OFF)를 생성하여 출력하므로, 안정기의 구동이 중지된다. 따라서, HID 램프(Lp)의 쇼트 또는 오픈이 발생되었을 때 안정기를 보호할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고압 방전 램프의 안정기를 개략적으로 나타낸 블록도이고,

도 2는 정상 모드와 초기 점등 모드에서의 공진 커브 특성을 나타낸 도면이고,

도 3은 도 1에 도시된 인버터 구동부의 회로도이고,

도 4는 도 3에 도시된 신호 생성부의 개략적인 회로도이고,

도 5는 도 3에 도시된 제어 신호(S_PWM2)의 파형도이고,

도 6은 제어 신호(S_PWM2)에 따른 인버터의 타이밍도이고,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 제어 방법을 나타낸 도면이고,

도 8은 도 1에 도시된 보호 회로부의 개략적인 회로도이다.

Claims (14)

1. 램프에 연결되는 안정기에 있어서,

   스위칭 소자를 이용하여 입력 전압으로부터 상기 램프의 구동 전압을 생성하는 인버터,

   제1 저항,

   접지단에 제1단이 연결되어 있는 제1 커패시터,

   정상 모드에서 상기 제1 저항의 제1단에 제1 하이 레벨 전압과 제1 로우 레벨 전압을 교대로 가지는 제1 제어 신호를 출력하는 제어 신호 생성부,

   상기 제1 저항의 제2단에 연결되어 있는 제1 주파수 결정 단자 및 상기 제1 커패시터의 제2단에 연결되어 있는 제2 주파수 결정 단자를 포함하며, 상기 제1 저항과 상기 제1 커패시터를 이용하여 출력 주파수를 결정하는 주파수 생성부, 그리고

   결정한 상기 출력 주파수를 이용하여 상기 스위칭 소자를 온/오프하는 구동 신호를 생성하여 상기 스위칭 소자에 전달하는 구동 신호 생성부

   를 포함하며,

   상기 제1 제어 신호의 듀티비에 따라 상기 제1 하이 레벨 전압에 대응하는 제1 출력 주파수와 상기 제1 로우 레벨 전압에 대응하는 제2 출력 주파수의 혼합 비율이 결정되며, 상기 혼합 비율에 의해 상기 램프의 조명이 제어되는 안정기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 인버터 구동부는,

   상기 제1 저항의 제1단과 상기 접지단 사이에 연결되어 있으며, 상기 정상 모드 이전의 초기 점등 모드에서 턴온되는 제1 스위치,

   상기 제1 스위치와 상기 제1 저항의 제1단 사이에 연결되어 있는 제2 커패시터,

   상기 제1 저항의 제1단과 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항, 그리고

   상기 제2 커패시터에 병렬로 연결되어 있는 제3 저항을 포함하는 안정기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 초기 점등 모드 직전의 재점등 모드에서 턴온되며, 턴온 시에 상기 제2 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 제3 스위치

   를 더 포함하는 안정기.
5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 신호 생성부는,

   제1 전압을 공급하는 제1 전원과 제2 전압을 공급하는 제2 전원 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 분압하여 제3 전압을 출력하는 복수의 제4 저항,

   제2 하이 레벨 전압과 제2 로우 레벨 전압을 교대로 가지는 제2 제어 신호의 전압과 상기 제3 전압을 분압하여 제4 전압을 출력하는 복수의 제5 저항, 그리고

   상기 정상 모드에서 턴온되며, 턴온 시에 상기 제4 전압을 출력하는 제4 스위치를 포함하며,

   상기 제1 제어 신호는 상기 제4 전압에 대응하는 안정기.
6. 삭제
7. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구동 전압을 이용하여 상기 램프의 이상 동작을 감지하여 상기 인버터의 구동을 중단시키는 회로 차단부

   를 더 포함하는 안정기.
8. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스위칭 소자는,

   상기 입력 전압과 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하며,

   상기 인버터는,

   상기 제1 및 제2 트랜지스터의 접점과 상기 램프 사이에 직렬로 연결되어 있는 인덕터 및 제3 커패시터, 그리고

   상기 램프에 병렬로 연결되어 있는 제4 커패시터를 포함하는 안정기.
9. 듀티비에 따라서 스위칭하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 램프에 구동 전압을 공급하는 인버터를 포함하는 안정기에 있어서,

   제1 저항,

   제1 커패시터,

   상기 제1 저항에 흐르는 전류량과 상기 제1 커패시터를 이용하여 출력 주파수를 결정하고, 결정한 상기 출력 주파수를 이용하여 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 상기 듀티비를 제어하는 구동 제어부, 그리고

   정상 모드에서 상기 제1 저항에 하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압을 가지는 제어 신호를 전달하는 제1 스위치

   를 포함하며,

   상기 제어 신호의 듀티비에 따라 상기 하이 레벨 전압에 대응하는 제1 출력 주파수와 상기 로우 레벨 전압에 대응하는 제2 출력 주파수의 혼합 비율이 결정되며, 상기 혼합 비율에 의해 상기 램프의 조명이 제어되는 안정기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 저항과 접지단 사이에 연결되어 있으며, 상기 정상 모드 직전의 초기 점등 모드에서 턴온되는 제2 스위치,

    상기 제1 저항과 상기 제2 스위치 사이에 연결되어 있는 제2 커패시터, 그리고

    상기 제1 저항과 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항

    을 더 포함하는 안정기.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서,

    상기 제2 커패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있으며, 상기 초기 점등 모드 직전의 재점등 모드에서 턴온되어 상기 제2 커패시터를 방전시키는 제3 스위치

    를 더 포함하는 안정기.
13. 램프에 구동 전압을 공급하는 안정기의 동작 방법에 있어서,

    제1 및 제2 주파수 결정 단자에 각각 연결되어 있는 커패시터 및 저항을 이용하여 출력 주파수를 결정하는 단계,

    상기 출력 주파수에 따라서 적어도 하나의 스위칭 소자의 듀티비를 결정하는 단계,

    상기 듀티비에 따른 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 온/오프에 의해 상기 램프로 구동 전압을 공급하는 단계, 그리고

    상기 저항에 흐르는 전류량을 제어하여 상기 출력 주파수를 변경하는 단계

    를 포함하며,

    상기 변경하는 단계는,

    상기 정상 모드에서 하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압을 가지는 제어 신호를 상기 저항으로 출력하는 단계를 포함하며,

    상기 제어 신호의 듀비티에 따라 하이 레벨 전압에 따른 제1 출력 주파수와 상기 로우 레벨 전압에 따른 제2 출력 주파수의 혼합 비율이 결정되며, 상기 혼합 비율에 의해 상기 램프의 조명이 제어되는 안정기의 동작 방법.
14. 삭제

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