KR100912831B1 - Method And System For Controlling High Intensity Discharge Lamp Using Digital Signal Processor - Google Patents

Method And System For Controlling High Intensity Discharge Lamp Using Digital Signal Processor Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 신호 처리 장치를 이용한 램프 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 개시된 램프제어방법 및 시스템은 동일한 위상을 갖는 입력전압과 입력전류를 생성하는 역률보정기와 입력 전압 및 입력전류로부터 램프에 인가될 출력전압과 출력전류를 생성하는 전자식안정기가 하나의 중앙처리장치에 의해 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우 기존의 제품에 비해 가격이 많이 낮아지고 제품 전체의 부피가 감소하게 되며, 제품의 호환성이 높아지고, 높은 용량의 입출력원에도 대응 가능하게 되는 이점이 있다.The present invention relates to a lamp control method and system using a digital signal processing apparatus, the disclosed lamp control method and system is applied to the lamp from the power factor corrector and the input voltage and input current to generate an input voltage and an input current having the same phase An electronic ballast which generates an output voltage and an output current is characterized by being controlled by one central processing unit. According to the present invention there is an advantage that the price is much lower than the existing product and the volume of the whole product is reduced, the compatibility of the product is increased, and also capable of coping with a high capacity input and output source.

DSP, 램프, 역률보상기, 전자식안정기. DSP, lamp, power factor compensator, electronic ballast.

Description

디지털 신호 처리 장치를 이용한 고휘도 방전 램프의 제어 방법 및 시스템{Method And System For Controlling High Intensity Discharge Lamp Using Digital Signal Processor}Method and System for Controlling High Brightness Discharge Lamp Using Digital Signal Processing System

도 1은 본 발명에 따른 램프제어시스템의 구성도.1 is a block diagram of a lamp control system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전압원과 정류회로의 회로도 및 전원전압과 전원전류의 파형을 도시한 그래프.Figure 2 is a circuit diagram of the voltage source and rectifier circuit according to the present invention and a graph showing the waveform of the power supply voltage and power supply current.

도 3은 본 발명에 따른 역률 보정기의 회로도.3 is a circuit diagram of a power factor corrector according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 역률 보정기의 인덕터에 흐르는 전류의 파형을 도시한 그래프.Figure 4 is a graph showing the waveform of the current flowing through the inductor of the power factor corrector according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 제어기의 제어에 따른 역률 보정기의 동작 파형을 도시한 그래프.Figure 5 is a graph showing the operation waveform of the power factor corrector under the control of the controller according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 역률 보정기의 동작 파형에 따른 등가 회로도.Figure 6 is an equivalent circuit diagram according to the operation waveform of the power factor corrector according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 역률 보정기의 제어 방식에 따른 전류 파형을 도시한 그래프.7 is a graph showing a current waveform according to the control method of the power factor corrector according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 제어기에서 역률보정기를 제어하는 모듈을 도시한 블럭도.8 is a block diagram illustrating a module for controlling a power factor corrector in a controller according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 전압원의 전원 전류의 파형을 도시한 그래프.Figure 9 is a graph showing the waveform of the power supply current of the voltage source according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 역률 보정기의 출력 전압 및 인덕터에 흐르는 전류 의 파형을 도시한 그래프.Figure 10 is a graph showing the waveform of the output voltage and the current flowing in the inductor of the power factor corrector according to the present invention.

도 11은 일반적인 메탈 할라이드 램프의 기본 구조도.11 is a basic structural diagram of a typical metal halide lamp.

도 12는 일반적인 메탈 할라이드 램프에서의 가스 방전의 전압과 전류 사이의 특성을 도시한 그래프.12 is a graph showing the characteristic between voltage and current of gas discharge in a typical metal halide lamp.

도 13은 메탈 할라이드 램프의 부성 저항 특성을 도시한 그래프.FIG. 13 is a graph showing negative resistance characteristics of a metal halide lamp. FIG.

도 14는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 회로도.14 is a circuit diagram of an electronic ballast in accordance with the present invention.

도 15는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 등가 회로도.15 is an equivalent circuit diagram of an electronic ballast according to the present invention.

도 16은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 주파수 특성을 도시한 그래프.16 is a graph showing the frequency characteristics of the electronic ballast according to the present invention.

도 17은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 등가 회로도.17 is an equivalent circuit diagram of an electronic ballast according to the present invention.

도 18은 본 발명에 따른 램프의 시동상태 및 정상 상태에 따른 전자식 안정기의 출력 주파수 특성을 도시한 그래프.18 is a graph showing the output frequency characteristics of the electronic ballast according to the starting state and the normal state of the lamp according to the present invention.

도 19는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 등가 회로도.19 is an equivalent circuit diagram of an electronic ballast according to the present invention.

도 20은 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 주파수의 변화에 따른 동작점의 이동을 도시한 그래프.20 is a graph showing the movement of the operating point according to the change in frequency in the electronic ballast according to the present invention.

도 21은 본 발명에 따른 램프제어시스템을 실제로 구현한 예시사진.21 is an exemplary photograph actually implementing a lamp control system according to the present invention.

도 22는 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 시동 상태에서의 시동전압의 시뮬레이션 파형을 도시한 그래프.22 is a graph showing a simulation waveform of the starting voltage in the starting state in the electronic ballast according to the present invention.

도 23은 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 시동 상태에서 측정된 시동전압의 파형을 도시한 그래프.23 is a graph showing the waveform of the starting voltage measured in the starting state in the electronic ballast according to the present invention.

도 24는 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 정상 상태에서의 출력 전압 및 출력 전류의 시뮬레이션 파형을 도시한 그래프.24 is a graph showing a simulation waveform of the output voltage and the output current in the steady state in the electronic ballast according to the present invention.

도 25는 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 정상 상태에서 측정된 출력 전압 및 출력 전류의 파형을 도시한 그래프.25 is a graph showing waveforms of output voltage and output current measured in a steady state in an electronic ballast according to the present invention.

본 발명은 디지털 신호 처리 장치를 이용한 램프 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 램프의 점등에 필요한 역률보정기 및 전자식 안정기가 중앙처리장치에 의해 제어되도록 하는 램프제어방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a lamp control method and system using a digital signal processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a lamp control method and system for allowing a power factor corrector and an electronic ballast to be controlled by a central processing unit.

메탈 할라이드 (Metal Halide;MH) 램프 등의 고휘도 방전등(High Intensity Discharge Lamp;HID)은 그 밝기가 밝고 소모 전력이 적어서 조명의 사용자의 만족 및 에너지 절약 차원에서 극히 유용하다는 장점이 있다. High Intensity Discharge Lamps (HIDs), such as metal halide (MH) lamps, are bright and have low power consumption, which is extremely useful in terms of user satisfaction and energy saving.

그러나 고휘도 방전등은 높은 펄스 파형의 시동전압을 필요로 한다. 또한 아크 방전을 이용하여 점등 되므로 점등 시의 전류를 제어하기 위한 안정기 회로가 필요하다. However, high brightness discharge lamps require a high pulse waveform starting voltage. In addition, since the lamp is turned on by using arc discharge, a ballast circuit is needed to control the current when the lamp is turned on.

또한 최근, 유럽 표준 IEC 1000-3-2 등과 같은 고조파에 대한 각종 국제 규제의 강화로 고조파의 저감과 역률 보상 회로에 대한 관심이 증대되고 있다. 이는 기존의 다이오드 정류기를 입력단에 사용하는 전력 변환 시스템에서는 입력 전류에 다량의 고조파가 발생하여 이에 의해 많은 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 이에 따라 고휘도 방전등에 적용되는 저, 중급 전력 변환 장치에도 단위 역률을 위한 역률 보상 회로의 채용이 보편화되어 가고 있다. In recent years, interest in reducing harmonics and power factor correction circuits has increased due to the strengthening of various international regulations on harmonics such as the European standard IEC 1000-3-2. This is because a large amount of harmonics are generated in the input current in the power conversion system using a conventional diode rectifier at the input stage, thereby causing a lot of problems. Accordingly, the adoption of a power factor correction circuit for unit power factor has become commonplace in low and medium power converters applied to high-brightness discharge lamps.

이를 위해 고휘도 방전등용의 역률 보상 회로 및 전자식 안정기 제품들이 FairchildTM, On Semiconductor®, Texas InstrumentTM 등의 반도체 회사들에 의해 개발되어 왔다. For this purpose, the power factor correction circuit of the high intensity discharge lamp and an electronic ballast products have been developed by the semiconductor companies such as Fairchild TM, ® On Semiconductor, Texas Instrument TM.

그러나 기존의 역률 보상 회로 및 전자식 안정기는 각각 전용의 집적회로를 이용하여 아날로그적 회로를 구성해 구현된 경우가 대부분이어서, 제품의 호환성이 떨어지고, 제품의 부피가 커지며, 제품의 개발 기간 및 비용이 증대되고, 향후 새로운 기능의 추가 및 제품의 성능 향상시 많은 비용과 기간이 소모된다는 문제점이 있다. However, conventional power factor correction circuits and electronic ballasts are often implemented by configuring analog circuits using dedicated integrated circuits, resulting in incompatibility, increased product volume, and increased product development period and cost. In addition, there is a problem that a lot of cost and time are consumed when adding new functions and improving performance of a product in the future.

또한 국내외에서 개발된 기존의 전자식 안정기 제품의 경우 300W 미만의 낮은 용량의 램프에 대하여만 전자식 안정기 제품이 개발되어 있다는 문제점이 있다.In addition, the existing electronic ballast products developed at home and abroad has a problem that the electronic ballast products are developed only for the lamp of a low capacity of less than 300W.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 디지털 신호 처리 장치를 이용한 램프 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a lamp control method and system using a digital signal processing apparatus.

특히 역률보정기와 전자식안정기가 미리 입력된 소프트웨어를 통해 하나의 중앙처리장치에 의해 제어되도록 하는 램프제어방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, it is an object of the present invention to provide a lamp control method and system in which a power factor corrector and an electronic ballast are controlled by a central processing unit through pre-input software.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 동일한 위상을 갖는 파형을 갖는 입력전압과 입력전류를 생성하는 역률보정기와 역률보정기에 연결되어 입력전압과 입력전류로부터 램프에 인가될 출력전압과 출력전류를 생성하는 전자식안정기를 중앙처리장치에서 제어하도록 하는 램프제어방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is connected to a power factor corrector and a power factor corrector for generating an input voltage and an input current having a waveform having the same phase to generate an output voltage and an output current to be applied to the lamp from the input voltage and the input current. An object of the present invention is to provide a lamp control method and system for controlling an electronic ballast in a central processing unit.

도 1은 본 발명에 따른 램프제어시스템의 구성도이다. 이를 통해 본 발명의 램프제어시스템에 대해 설명하도록 한다.1 is a block diagram of a lamp control system according to the present invention. This will be described with respect to the lamp control system of the present invention.

도 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 램프제어시스템(100)은 정류회로(20) 및 램프(50)에 연결되어 있다. 정류회로(20)는 전압원(10)과 램프제어시스템(100)에 연결되어 있다. As shown in FIG. 1, the lamp control system 100 according to the present invention is connected to the rectifier circuit 20 and the lamp 50. The rectifier circuit 20 is connected to the voltage source 10 and the lamp control system 100.

램프제어시스템(100)은 역률보정기(30), 전자식안정기(40) 및 제어기(60)를 포함한다. 제어기(60)는 중앙처리장치(61)를 포함한다.The lamp control system 100 includes a power factor corrector 30, an electronic ballast 40, and a controller 60. The controller 60 includes a central processing unit 61.

전압원(10)은 일반적으로 가정 등에서 사용되는 교류 전압원을 말한다.The voltage source 10 generally refers to an AC voltage source used in homes or the like.

정류회로(20)는 전압원(10)을 통해 인가되는 교류 전압을 입력받아 고압의 직류전압을 출력하는 회로를 말한다. 도 2에는 일반적인 정류회로인 다이오드 정류기 회로 및 이에 연결된 전압원(10)을 포함하는 회로도와 전원전압 VIN 및 전원전류 IIN의 파형을 표시한 그래프가 도시되어 있다.The rectifier circuit 20 refers to a circuit that receives an AC voltage applied through the voltage source 10 and outputs a high voltage DC voltage. FIG. 2 is a circuit diagram including a diode rectifier circuit, which is a general rectifier circuit, and a voltage source 10 connected thereto, and a graph showing waveforms of a power supply voltage V IN and a power supply current I IN .

도 2는 본 발명에 따른 전압원과 정류회로의 회로도 및 전원전압과 전원전류의 파형을 도시한 그래프이다. 도 2의 회로도에서 교류전원인 전압원(10)에서 공급 되는 전압인 VIN의 최대값 부근의 짧은 시간 동안에만 4개의 다이오드로 구성된 정류기에 전류가 흐르게 된다. 결국 전압원(10)에서 공급되는 IIN은 폭이 좁은 피크 값이 큰 펄스성 파형의 전류가 된다. 2 is a circuit diagram of a voltage source and a rectifying circuit according to the present invention and a graph showing waveforms of a power supply voltage and a power supply current. In the circuit diagram of FIG. 2, current flows to the rectifier composed of four diodes only for a short time around the maximum value of V IN , which is the voltage supplied from the voltage source 10, which is an AC power source. As a result, I IN supplied from the voltage source 10 becomes a current of a pulsed waveform having a large narrow peak value.

동일한 장소에서 많은 수의 램프 및 전자식 안정기가 설치 및 작동하게 되는 경우에는 이러한 펄스성 파형의 전류가 동시에 전자식 안정기 및 램프에 인가되어 그 영향이 심해지고 다른 전자기기가 오작동 되는 등의 부작용이 발생한다. When a large number of lamps and electronic ballasts are installed and operated in the same place, these pulsed waveform currents are simultaneously applied to the electronic ballasts and lamps, causing severe effects and malfunctioning of other electronic devices. .

역률보정기(30)는 이러한 펄스성 파형의 전원전류 IIN을 입력받아 정현파 형태의 입력전류를 출력한다. 또한 역률보정기(30)는 고압의 직류전압을 출력하되, 동일한 위상을 갖는 입력전압과 입력전류를 생성한다.The power factor corrector 30 receives the power current I IN of the pulsed waveform and outputs a sinusoidal input current. In addition, the power factor corrector 30 outputs a high voltage DC voltage, but generates an input voltage and an input current having the same phase.

도 3은 본 발명에 따른 역률보정기(30)의 회로도이다. 도 3의 회로도에는 수동필터의 평활 축전기 대신에 비절연 형태의 인덕터 에너지 축적형의 쵸퍼컨버터(Boost Converter)를 부가한 역률보상회로(Power Factor Correction;PFC)가 나타나 있다. 쵸퍼컨버터는 인가되는 전압보다 더 높은 전압을 출력하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터의 일종이다. 본 발명의 역률보정기(30)에는 위의 쵸퍼컨버터 외에도 여러 가지 역률 보정 회로나 기법들이 적용될 수 있다.3 is a circuit diagram of a power factor corrector 30 according to the present invention. The circuit diagram of FIG. 3 shows a power factor correction circuit (PFC) in which a non-isolated inductor energy storage type chopper converter of a non-isolated type is added instead of a smoothing capacitor of a passive filter. Chopper converters are a type of DC-DC converter that outputs a voltage higher than the voltage applied. In addition to the above chopper converter, various power factor correction circuits or techniques may be applied to the power factor corrector 30 of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 역률 보정기의 인덕터에 흐르는 전류의 파형을 도시한 그래프이다. 이를 통해 본 발명의 역률보정기(30)에서 동일한 위상을 갖는 입력전압과 입력전류를 생성하는 원리에 대해 설명하도록 한다.Figure 4 is a graph showing the waveform of the current flowing through the inductor of the power factor corrector according to the present invention. This will be described for the principle of generating an input voltage and an input current having the same phase in the power factor corrector 30 of the present invention.

정류회로(20)에서 정류된 펄스형 파형의 전류가 역률보정기(30)에 인가되면 도 4에서와 같이 수십 킬로 헤르쯔(kHz) 이상의 주파수로 전 주기에 걸쳐 도 3의 인덕터 Lb에 흐르는 전류 ILb를 검출한다. When the current of the pulsed waveform rectified in the rectifier circuit 20 is applied to the power factor corrector 30, the current I Lb flowing in the inductor Lb of FIG. 3 over the entire period at a frequency of several tens of kilohertz (kHz) as shown in FIG. Detect.

ILb의 크기가 0 이 되는 시점에서 도 4의 Q1을 온(ON)시키고, ILb의 값이 정류회로(20)에서 출력되어 역률보정기(30)에 인가된 입력전압의 값에 비례하는 최대값이 되는 시점에서 도 4의 Q1을 오프(OFF)시키는 방식으로 스위칭한다. At the time when I Lb becomes 0, the maximum Q1 of FIG. 4 is turned ON and the value of I Lb is output from the rectifier circuit 20 to be proportional to the value of the input voltage applied to the power factor corrector 30. When the value reaches a value, switching is performed by turning off Q1 of FIG. 4.

이와 같은 Q1의 스위칭 방법에 의할 경우, 역률보정기(30)에서 ILb의 파형은 순사인파의 파형에 가깝게 된다. ILb는 도 3의 역률보정기(30)의 우측의 커패시터 C2에서의 입력전압 VO와 동상이 되므로 역률이 거의 1에 가깝게 된다. 또한 Q1을 스위치로 사용할 때 Q1 자체의 전력손실이 거의 0이 되어 회로 전체의 효율이 높아진다.According to the switching method of Q1, the waveform of I Lb in the power factor corrector 30 is close to the waveform of the pure sine wave. Since I Lb becomes in phase with the input voltage V O at the capacitor C2 on the right side of the power factor corrector 30 of FIG. 3, the power factor becomes almost one. In addition, when Q1 is used as a switch, the power loss of Q1 itself becomes almost zero, which increases the efficiency of the entire circuit.

도 5는 본 발명에 따른 제어기의 제어에 따른 역률보정기(30)의 동작 파형을 도시한 그래프이고, 도 6은 이러한 역률보정기(30)의 동작 파형에 따른 역률보정기(30)의 등가 회로도이다.5 is a graph showing an operation waveform of the power factor corrector 30 according to the control of the controller according to the present invention, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the power factor corrector 30 according to the operation waveform of the power factor corrector 30.

도 5의 (a)에서 첫 번째 그래프의 VL은 도 3의 인덕터 Lb에 인가되는 전압을 말한다. Vd는 정류회로(20)에 의해 역률보정기(30)에 인가되는 전압으로 도 3에서 좌측의 커패시터 C1에 인가되는 전압을 말한다. Vo는 역률보정기에서 생성되는 입력전압으로 도 3의 우측의 커패시터 C2에 인가되는 전압을 말한다.In FIG. 5A, V L in the first graph refers to a voltage applied to the inductor Lb of FIG. 3. Vd is a voltage applied to the power factor corrector 30 by the rectifier circuit 20 and refers to a voltage applied to the capacitor C1 on the left side of FIG. 3. Vo is an input voltage generated by the power factor corrector and refers to a voltage applied to the capacitor C2 on the right side of FIG. 3.

도 5의 (b)에서 Ts는 Q1을 온-오프 시키는 주기를 말하고, tON은 Q1을 온 시 키는 시간, tOFF는 Q1을 오프 시키는 시간을 말한다. Ipic는 전류의 최대값인 피크 전류의 크기를 말한다.In FIG. 5B, Ts denotes a period for turning Q1 on and off, t ON denotes a time for turning Q1 on, and t OFF denotes a time for turning Q1 off. Ipic is the magnitude of the peak current which is the maximum value of the current.

도 6의 (a)는 Q1이 온 된 상태인 tON의 시간 동안의 역률보정기(30)의 등가회로도이고, 도 6의 (b)는 Q1이 오프 된 상태인 tOFF 시간 동안의 역률보정기(30)의 등가회로도이다.FIG. 6A is an equivalent circuit diagram of the power factor corrector 30 during the time t ON when Q1 is turned on, and FIG. 6B is a power factor corrector during the t OFF time Q1 is turned off. 30 is an equivalent circuit diagram.

등가회로가 도 6과 같이 되는 이유는 Q1이 온 된 상태인 tON의 시간 동안 도 3의 인덕터 Lb에는 에너지가 축적되고 다이오드 D2가 차단되며, Q1이 오프 된 상태인 tOFF의 시간 동안에는 Lb에 축적되었던 에너지가 다이오드 D2를 통해 출력측으로 방출되기 때문이다.The reason why the equivalent circuit is shown in FIG. 6 is that energy is accumulated in the inductor Lb of FIG. 3 during the time of t ON in which Q1 is on, and diode D2 is cut off, and Lb is in the time of t OFF in which Q1 is off. This is because the accumulated energy is released to the output through diode D2.

도 7은 본 발명에 따른 역률 보정기의 제어 방식에 따른 전류 파형을 도시한 그래프이다. 역률보정기(30)의 출력이 높아지게 되면 Critical conduction mode의 경우 전류의 피크 값이 매우 커지게 되어 인덕터 Lb의 설계가 어려워지고 반도체 스위치인 Q1에 대한 부담이 커지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 도 7에서와 같이 Average mode로 전류를 제어하는 역률 제어 방식을 따른다.7 is a graph illustrating a current waveform according to a control method of a power factor corrector according to the present invention. When the output of the power factor corrector 30 is increased, the peak value of the current becomes very large in the critical conduction mode, making the design of the inductor Lb difficult and the burden on the semiconductor switch Q1. Therefore, in the present invention, the power factor control method of controlling the current in the average mode as shown in FIG.

본 발명에 따른 램프제어시스템(100)에서 중앙처리장치(61)는 다음의 세 가지 모듈에 따라 역률보정기(30)를 제어한다. 세 가지 모듈은 도 8에 나타난 바와 같이 전압제어모듈(801), 전류제어모듈(802) 및 펄스폭변조(Pulse Width Modulation;PWM) 신호발생모듈(803)을 포함한다.In the lamp control system 100 according to the present invention, the central processing unit 61 controls the power factor corrector 30 according to the following three modules. The three modules include a voltage control module 801, a current control module 802, and a pulse width modulation (PWM) signal generation module 803, as shown in FIG.

전압제어모듈(801)은 메모리 등에 미리 저장된 지령전압값 V*을 입력받아 지령전류값 I*을 출력한다. 지령전압값 V*은 도 3의 역률보정기의 우측의 커패시터 C2에 인가될 전압값 Vo에 해당한다. 즉, 전압제어모듈(801)의 기본적인 동작은 커패시터 C2의 양단간의 전압 Vo가 일정한 값을 유지하도록 제어하는 것이다. The voltage control module 801 receives the command voltage value V * stored in advance in the memory and outputs the command current value I *. The command voltage value V * corresponds to the voltage value Vo to be applied to the capacitor C2 on the right side of the power factor corrector of FIG. 3. That is, the basic operation of the voltage control module 801 is to control the voltage Vo between both ends of the capacitor C2 to maintain a constant value.

전압제어모듈(801)에서 지령전압값 V*으로부터 지령전류값 I*을 산출하는 원리는 다음과 같다. 전압제어모듈(801)은 [수학식 1]을 통해 dVo가 양수이면 I*도 양의 값을 갖도록 하고, dV가 음수이면 I*도 음의 값을 갖도록 제어한다.The principle of calculating the command current value I * from the command voltage value V * in the voltage control module 801 is as follows. The voltage control module 801 controls I * to have a positive value if dVo is positive through Equation 1, and I * to have a negative value if dV is negative.

Figure 112007040796029-pat00001
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전류제어모듈(802)은 전압제어모듈(801)로부터 지령전류값 I*을 전달받아 듀티비(Duty Ratio)를 산출한다. 지령전류값 I*은 도 5(b)에서 인덕터에 흐르는 전류 ILb의 피크값인 IPIC의 값에 해당한다. The current control module 802 receives the command current value I * from the voltage control module 801 and calculates a duty ratio. The command current value I * corresponds to the value of I PIC which is the peak value of the current I Lb flowing through the inductor in FIG. 5 (b).

전류제어모듈(802)에서 출력되는 듀티비는 펄스폭변조 신호발생모듈(803)에서 도 3의 Q1의 온/오프 시간의 비율을 말하는 것으로, 듀티비는 도 5의 (b)에서 한 주기 TS 동안의 tON과 tOFF의 비율을 나타낸다.The duty ratio output from the current control module 802 refers to the ratio of the on / off time of the Q1 of FIG. 3 in the pulse width modulation signal generation module 803, and the duty ratio is one period T in FIG. Shows the ratio of t ON and t OFF during S.

전류제어모듈(802)에서 입력받은 지령전류값 I*으로부터 듀티비를 산출하는 원리는 역률보정기(30)의 회로마다 달라질 수 있다. 그 중 일실시예인 쵸퍼컨버터의 경우 그 원리는 [수학식 2]에 의한다. [수학식 2]에서 D는 듀티비를 말하고, ILb는 역률보정기(30)에서 출력되는 입력전류, IIN은 역률보정기(30)에 입력되는 전원전류를 말한다. The principle of calculating the duty ratio from the command current value I * received from the current control module 802 may vary for each circuit of the power factor corrector 30. In the case of one embodiment of the chopper converter, the principle is based on [Equation 2]. In Equation 2, D denotes a duty ratio, I Lb denotes an input current output from the power factor corrector 30, and I IN denotes a power current input to the power factor corrector 30.

Figure 112007040796029-pat00002
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펄스폭변조 신호발생모듈(803)은 이러한 듀티비를 전류제어모듈(802)로부터 입력받아 도 3의 스위치 Q1을 온/오프 시키는 펄스폭변조 신호를 발생시킨다. 이러한 펄스폭변조 신호발생모듈(803)은 일반적인 펄스폭변조 신호발생 원리를 따른다.The pulse width modulation signal generation module 803 receives the duty ratio from the current control module 802 and generates a pulse width modulation signal for turning on / off the switch Q1 of FIG. 3. The pulse width modulation signal generation module 803 follows a general pulse width modulation signal generation principle.

결국, 본 발명에 따른 제어기(60)는 미리 저장된 지령전압값 V*으로부터 위의 세 개의 모듈을 통해 도 3의 스위치 Q1을 온/오프시키는 펄스폭변조 신호를 생성함으로써 역률보정기(30)를 제어한다. As a result, the controller 60 according to the present invention controls the power factor corrector 30 by generating a pulse width modulation signal for turning on and off the switch Q1 of FIG. 3 through the above three modules from the prestored command voltage value V *. do.

이 경우 각 모듈에서의 계산에 필요한 ILb나 IIN 등의 정보는 모두 역률보정기(30)의 회로에서 측정되어 제어기(60)로 피드백된다.In this case, all information such as I Lb or I IN required for calculation in each module is measured in the circuit of the power factor corrector 30 and fed back to the controller 60.

도 9는 도 2의 전압원의 전원 전류 IIN의 파형을 도시한 그래프이고, 도 10은 역률 보정기의(30)에서 생성되는 입력전압 Vo 및 인덕터에 흐르는 전류 ILb의 파형을 도시한 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing waveforms of power supply current I IN of the voltage source of FIG. 2, and FIG. 10 is a graph showing waveforms of input voltage Vo and current I Lb flowing in an inductor generated by the power factor corrector 30.

이에 나타난 바와 같이, 도 9에서 전원 전류 IIN은 펄스형 파형의 전류이지만, 역률보정기(30)에서 생성되는 입력전압 Vo는 직류전압에 가깝고, 인덕터에 흐 르는 입력전류 ILb의 파형은 순사인파의 파형에 가까운 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, the power supply current I IN is a pulse-shaped current, but the input voltage Vo generated by the power factor corrector 30 is close to the DC voltage, and the waveform of the input current I Lb flowing through the inductor is a forward sine wave. You can see that it is close to the waveform of.

도 11은 일반적인 메탈 할라이드 램프의 기본 구조도이다. 본 발명에 적용되는 램프는 고휘도 방전등, 그 중에서도 메탈 할라이드 램프인 것이 바람직하다. 이하에서는 메탈 할라이드 램프의 일반적 특성에 대해 설명하도록 한다.11 is a basic structural diagram of a general metal halide lamp. It is preferable that the lamp applied to this invention is a high brightness discharge lamp, especially a metal halide lamp. Hereinafter, general characteristics of the metal halide lamp will be described.

메탈할라이드 램프와 같은 방전램프는 형광(Fluorecent) 램프나 백열(Incandescent) 램프와는 달리 방전관 내부(Arc Tube)와 외구(Bulb 또는 Outer Jacket)의 2중 구조로 되어 있고, 방전관 내부와 외구 사이에는 진공 혹은 질소로 충전된다.Unlike fluorescent lamps or incandescent lamps, discharge lamps such as metal halide lamps have a double structure of an arc tube and an outer jacket or an outer jacket. It is filled with vacuum or nitrogen.

방전관 안에는 3개의 전극이 있고, 이 중 두 개의 전극인 주전극에 의해서는 실제 방전이 일어나며, 보조전극은 두 개의 주전극 중 어느 하나의 옆에 위치하며 가는 텅스텐으로 되어 있다.There are three electrodes in the discharge tube, and the actual discharge is caused by the main electrode, which is two of them, and the auxiliary electrode is made of thin tungsten next to any one of the two main electrodes.

도 12는 일반적인 메탈 할라이드 램프에서의 가스 방전의 전압과 전류 사이의 특성을 도시한 그래프이다. 이에 나타난 바와 같이 기체 방전 단계는 절연 파괴(Break Down), 글로우 방전(Glow Discharge), 글로우 방전에서 아크 방전으로의 천이(Glow To Arc Transition) 및 아크 방전(Arc Discharge)의 4단계로 이루어진다.12 is a graph showing the characteristic between voltage and current of gas discharge in a typical metal halide lamp. As shown therein, the gas discharge step includes four stages: break down, glow discharge, glow to arc transition, and arc discharge.

도 12의 그래프에 나타난 것처럼 절연 파괴 단계에서 방전 램프가 시동되기 위해서는 주전극 사이에 고전압이 필요하다. 이러한 고전압에 의해 방전관 내의 절연이 파괴되면 글로우 방전이 시작되고, 수 ms 내에 글로우 방전에서 안정된 아크 방전 단계에 이르게 된다.As shown in the graph of FIG. 12, a high voltage is required between the main electrodes in order to start the discharge lamp in the dielectric breakdown step. When the insulation in the discharge tube is broken by such a high voltage, the glow discharge starts, leading to a stable arc discharge step from the glow discharge within a few ms.

도 13은 메탈 할라이드 램프의 부성 저항(Negative Resistance) 특성을 도시한 그래프이다. 글로우 방전에서 아크 방전으로 천이될 때 열전자의 방출이 커져 램프 자체의 임피던스는 줄어들기 시작한다. 결국 아크 방전 단계에서는 도 13에서 보여지는 바와 같이 램프의 전류가 증가함에 따라 램프의 전압이 떨어지는 부성저항 특성이 나타난다.FIG. 13 is a graph illustrating negative resistance characteristics of a metal halide lamp. As the transition from glow discharge to arc discharge increases the release of hot electrons and the impedance of the lamp itself begins to decrease. As a result, in the arc discharge step, as shown in FIG. 13, a negative resistance characteristic in which the voltage of the lamp falls as the current of the lamp increases.

따라서 본 발명의 전자식안정기(40)는 램프(50)의 시동을 위해 절연 파괴 단계에서 램프에 높은 출력전압을 공급해야 한다. 또한 전자식안정기(40)는 아크 방전 단계에서 램프(50)에 부성 저항 특성에 의해 과도한 전류가 흐르지 않도록, 아크 방전 단계에서 램프(50)에 공급되는 전류의 크기를 제한해야 한다. Therefore, the electronic ballast 40 of the present invention must supply a high output voltage to the lamp in the dielectric breakdown step to start the lamp 50. In addition, the electronic ballast 40 should limit the amount of current supplied to the lamp 50 in the arc discharge step so that excessive current does not flow to the lamp 50 in the arc discharge step by the negative resistance characteristic.

전자식안정기(40)가 이러한 기능들을 수행할 수 있도록 하기 위해 제어기(60)의 중앙처리장치(61)는 전자식안정기(40)의 회로에 인가되는 주파수의 크기를 변화시켜 전자식안정기(40)에서 생성되는 출력전압과 출력전류의 크기를 제어한다.In order to enable the electronic ballast 40 to perform these functions, the central processing unit 61 of the controller 60 changes the magnitude of the frequency applied to the circuit of the electronic ballast 40 and generates it in the electronic ballast 40. Controls the output voltage and the magnitude of the output current.

도 14는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 회로도이다. 회로 좌측의 직류전원 Vo는 역률보정기(30)에서 생성되는 입력전압 Vo에 해당한다. 14 is a circuit diagram of an electronic ballast according to the present invention. The DC power Vo on the left side of the circuit corresponds to the input voltage Vo generated by the power factor corrector 30.

앞서 언급한 바와 같이 전자식안정기(40)는 램프(50)를 동작시킬 수 있는 충분히 큰 시동 전압을 램프(50)에 제공해야 하고, 일정 크기의 전압 및 전류를 램프(50)의 동작 중에 계속 제공해야 한다. 이를 위해 전자식안정기(40)는 일반적으로 부하 의존적 특성을 갖는 공진 인버터 회로를 이용한다.As mentioned above, the electronic ballast 40 must provide the lamp 50 with a large enough starting voltage to operate the lamp 50 and continue to provide a certain amount of voltage and current during operation of the lamp 50. Should be. To this end, the electronic ballast 40 generally uses a resonant inverter circuit having a load dependent characteristic.

도 15는 도 14의 전자식안정기(40)의 회로 및 램프(50)의 회로를 간략화한 회로도이다. 여기서 RL은 램프(50)를 모델링 한 것이다. 고주파로 구동되는 메탈 할라이드 램프는 전압과 전류가 동상으로 나타나므로 순 저항 성분만으로 모델링 될 수 있다. 또한 직렬 커패시턴스 CS는 병렬 커패시턴스 CP보다 훨씬 더 큰 값을 갖는다.FIG. 15 is a simplified circuit diagram of a circuit of the electronic ballast 40 of FIG. 14 and a circuit of the lamp 50. R L is modeled after the lamp (50). High-frequency metal halide lamps can be modeled with pure resistive components because the voltage and current appear in phase. In addition, the series capacitance C S has a much larger value than the parallel capacitance C P.

도 16은 본 발명에 따른 전자식안정기(40)의 주파수 특성을 도시한 그래프이다. 이에 나타난 바와 같이 도 15의 공진 회로는 주파수 선택적 특성을 갖으며, 그 중에서도 대역통과필터(Band Pass Filter;BPF)의 특성을 갖는다.16 is a graph showing the frequency characteristics of the electronic ballast 40 in accordance with the present invention. As shown in FIG. 15, the resonant circuit of FIG. 15 has a frequency selective characteristic, and among them, a band pass filter (BPF).

전자식안정기(40)의 공진 인버터는 크게 2가지의 동작 상태를 갖는다. 첫 번째 상태는 절연파괴 단계인 시동 직전 상태이고, 두 번째는 글로우 방전 및 아크 방전의 단계인 시동 후 상태이다.The resonant inverter of the electronic ballast 40 has two operating states. The first state is just before starting, which is the breakdown phase, and the second state is after starting, which is the stage of glow discharge and arc discharge.

도 17은 램프(50)의 시동 직전 상태에 대한 도 15의 전자식안정기(40) 회로의 등가회로도이다. 시동 직전 상태에서는 램프 RL이 매우 크기 때문에 도 15의 공진 인버터 회로는 LS, CS, CP가 직렬 연결된 회로로 모델링 된다. 여기서 고전압을 얻기 위해서 시동 구간의 스위칭 주파수는 매우 높다.FIG. 17 is an equivalent circuit diagram of the circuit of the electronic ballast 40 of FIG. 15 for a state immediately before starting the lamp 50. Since the lamp R L is very large in the state immediately before starting, the resonant inverter circuit of FIG. 15 is modeled as a circuit in which L S , C S and C P are connected in series. Here, the switching frequency of the starting section is very high in order to obtain a high voltage.

시동 직전 상태의 도 17의 회로에서 공진주파수 fo와 특성임피던스 Zo, 양호도 Qo는 다음과 같이 근사화될 수 있다.In the circuit of FIG. 17 immediately before starting, the resonance frequency fo, the characteristic impedance Zo, and the good quality Qo can be approximated as follows.

Figure 112007040796029-pat00003
Figure 112007040796029-pat00003

Figure 112007040796029-pat00004
Figure 112007040796029-pat00004

Figure 112007040796029-pat00005
Figure 112007040796029-pat00005

도 18은 본 발명에 따른 램프의 시동 직전 상태 및 시동 후의 정상 상태에 따른 전자식 안정기의 출력 주파수 특성을 도시한 그래프이다. 실제 회로의 경우, QO의 값은 20보다 크도록 설계된다. 18 is a graph illustrating output frequency characteristics of the electronic ballast according to a state immediately before starting and a normal state after starting of the lamp according to the present invention. For real circuits, the value of Q O is designed to be greater than 20.

따라서 시동 직전 상태(before igniting)에서 전자식안정기(40)의 회로의 공진 특성은 도 18에서처럼 매우 날카로운 곡선을 그린다. 램프(50)의 초기 점등을 위해 필요한 높은 출력전압은 LS와 CP 사이의 공진을 이용해 생성된다. Therefore, the resonance characteristic of the circuit of the electronic ballast 40 in the before igniting state is very sharp curve as shown in FIG. The high output voltage required for the initial lighting of the lamp 50 is generated using the resonance between L S and C P.

도 17의 회로에서 LS를 통해 흐르는 공진 전류 iLS는 공진이 진행됨에 따라 서서히 증가하며 CP에 걸리는 전압 VCP는 다음과 같이 표현된다. In the circuit of FIG. 17, the resonance current i LS flowing through the L S gradually increases as resonance progresses, and the voltage V CP applied to C P is expressed as follows.

Figure 112007040796029-pat00006
Figure 112007040796029-pat00006

요컨대, 본 발명에서는 결국 램프(50)의 시동을 위한 고전압 펄스의 획득을 위해 CS>>CP의 조건으로 회로가 설정된다. 시동 직전에 전자식안정기(40)의 회로는 커패시터 CS는 무시된 채 인덕터 LS와 커패시터 CP만 동작하게 되며, CP와 LS의 공진주파수 부근에서 CP의 양단에 약 1 kV의 시동전압을 생성한다.In short, in the present invention, the circuit is finally set under the condition of C S >> C P to obtain a high voltage pulse for starting the lamp 50. Just before starting, the circuit of the electronic ballast 40 operates only the inductor L S and the capacitor C P, ignoring the capacitor C S , and starts about 1 kV at both ends of C P near the resonance frequency of C P and L S. Generate a voltage.

도 19는 램프(50)의 시동 후 상태에 대한 도 15의 전자식안정기(40) 회로의 등가회로도이다. 전압 VCP가 점화 전압에 도달하자마자 램프(50)는 시동이 되어 발광하기 시작한다. 시동 직전에 높은 값의 저항을 갖던 램프(50)는 시동 후 저항 값이 급격히 낮아진다.19 is an equivalent circuit diagram of the electronic ballast 40 circuit of FIG. 15 for a post-start state of the lamp 50. As soon as the voltage V CP reaches the ignition voltage, the lamp 50 starts up and starts emitting light. The lamp 50, which had a high value of resistance immediately before starting, rapidly lowered in resistance after starting.

따라서 시동 후의 상태에서 CP는 그 값이 CS에 비해 매우 작으므로 CP는 회로에 미치는 영향이 비교적 적으므로 도 15의 회로도는 도 19의 회로도와 같이 LS, CS,RL의 구조로 간략화된다.Thus, C P is, since the value is very small compared to C S C P is the structure of the L S, C S, R L, such as the effect on the circuit is relatively small because the circuit diagram of Figure 15 a circuit diagram is 19 in the state after the start-up Is simplified.

도 19에서 구형파 전압 VS는 [수학식 7]과 같이 표현된다. VS의 성분 가운데 실제 공진회로의 동작에 영향을 미치는 것은 기본파 성분이며, 기본파 성분의 실효값 Veff은 [수학식 8]과 같이 표현된다. VO는 도 14의 회로도에서 좌측에 인가된 전압과 같다.In FIG. 19, the square wave voltage V S is expressed by Equation 7 below. Among the components of V S, the fundamental wave component affects the operation of the actual resonant circuit, and the effective value V eff of the fundamental wave component is expressed by Equation (8). V O is equal to the voltage applied on the left in the circuit diagram of FIG. 14.

Figure 112007040796029-pat00007
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Figure 112007040796029-pat00008
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전자식안정기(40)의 공진회로에 인가되는 전압의 기본파 주파수 w에 대한 공진회로의 램프(50)의 부하 RL에 흐르는 전류 Ir의 실효값은 다음과 같이 표현된다.The effective value of the current Ir flowing in the load R L of the lamp 50 of the resonant circuit with respect to the fundamental wave frequency w of the voltage applied to the resonant circuit of the electronic ballast 40 is expressed as follows.

Figure 112007040796029-pat00009
Figure 112007040796029-pat00009

램프(50)의 시동 후의 단계는 글로우 방전 단계인 시동 직후의 단계와 아크 방전 단계인 정상 상태 단계로 나눌 수 있다.The stage after the start of the lamp 50 can be divided into a stage immediately after the start of the glow discharge stage and a steady state stage of the arc discharge stage.

정상 상태 단계에서 램프(50)의 저항은 RMAX가 되며, 이 때 램프(50)에 흐르는 전류 I1은 구동 주파수 w1에서 램프(50)의 정격 전류 In과 같게 되고, 이는 [수학식 10]과 같이 나타난다.In the steady state stage, the resistance of the lamp 50 becomes R MAX , where the current I 1 flowing in the lamp 50 is equal to the rated current In of the lamp 50 at the driving frequency w 1 , which is represented by Equation 10 ] Appears.

Figure 112007040796029-pat00010
Figure 112007040796029-pat00010

시동 직후 단계에서 램프(50) RL에 흐르는 전류 I2는 램프(50)의 정격전류 In의 1.2배가 요구되며, 램프(50)의 임피던스 RL은 최소 저항 RMIN이 된다. 이 경우 구동 주파수 w2에서 I2는 [수학식 11]과 같이 나타난다.In the stage immediately after starting, the current I 2 flowing in the lamp 50 R L is required to be 1.2 times the rated current In of the lamp 50, and the impedance R L of the lamp 50 becomes the minimum resistance R MIN . In this case, I 2 is represented by Equation 11 at the driving frequency w 2 .

Figure 112007040796029-pat00011
Figure 112007040796029-pat00011

도 20은 본 발명에 따른 전자식 안정기에서 주파수의 변화에 따른 동작점의 이동을 도시한 그래프이다. 도 20의 그래프는 램프(50)의 부하 저항이 변화되는 경우 구동 주파수의 이동과 램프에 흐르는 전류의 변화를 나타낸다. 20 is a graph showing the movement of the operating point according to the change in frequency in the electronic ballast according to the present invention. The graph of FIG. 20 shows the movement of the driving frequency and the change of the current flowing through the lamp when the load resistance of the lamp 50 changes.

이에 나타난 것처럼, 램프(50)의 시동 직후 상태에서 램프(50)는 낮은 임피던스 RMIN을 갖고 출력전류가 I2로 제한되며 비교적 높은 주파수인 w2에서 동작점이 형성된다. 램프(50)가 정상 상태에 도달하면 램프(50)의 임피던스가 RMAX로 높아지고 출력 전류 I1이 요구되므로 비교적 낮은 주파수인 w1에서 동작점이 형성된다.As shown here, in the state immediately after the start of the lamp 50, the lamp 50 has a low impedance R MIN , the output current is limited to I 2 , and an operating point is formed at a relatively high frequency w 2 . When the lamp 50 reaches the steady state, the impedance of the lamp 50 rises to R MAX and the output current I 1 is required, so an operating point is formed at a relatively low frequency w 1 .

이러한 원리를 바탕으로 본 발명의 제어기(60)는 전자식안정기(40)에 인가되 는 구동 주파수를 변경시켜 램프(50)에 인가되는 출력전압 및 출력전류의 크기를 제어한다. 제어기(60)에 포함된 중앙처리장치(61)는 미리 저장되어 있는 프로그램에 따라 [수학식 10] 및 [수학식 11]을 이용하여 전자식안정기(40)에 인가되는 주파수 w1과 w2를 결정한다. Based on this principle, the controller 60 of the present invention changes the driving frequency applied to the electronic ballast 40 to control the magnitude of the output voltage and the output current applied to the lamp 50. The central processing unit 61 included in the controller 60 sets the frequencies w 1 and w 2 applied to the electronic ballast 40 using [Equation 10] and [Equation 11] according to a program stored in advance. Decide

전자식안정기(40)로 램프(50)를 구동하는 경우 램프(50)의 시동 후 수 msec 이내에 램프(50)는 정상상태로 도달하게 된다. 따라서 정상 상태에 도달하기 이전의 수 msec 동안 제어기(60)는 전자식안정기(40)에 일정한 주파수 w2를 인가한다.When the lamp 50 is driven by the electronic ballast 40, the lamp 50 reaches a steady state within several msec after the lamp 50 is started. Therefore, the controller 60 applies a constant frequency w 2 to the electronic ballast 40 for several msec before reaching the steady state.

램프(50)의 정상 상태 단계에서 전자식안정기(40)의 구동주파수 w1과 양호도 Q1은 각각 다음과 같이 표현된다.In the steady state stage of the lamp 50, the driving frequency w 1 and the good quality Q 1 of the electronic ballast 40 are expressed as follows.

Figure 112007040796029-pat00012
Figure 112007040796029-pat00012

Figure 112007040796029-pat00013
Figure 112007040796029-pat00013

램프(50)의 시동 직후 상태 단계에서 전자식안정기(40)의 구동주파수 w2와 양호도 Q2는 각각 다음과 같이 표현된다. 단, w2 > w1 이다.In the state step immediately after the start of the lamp 50, the driving frequency w 2 and the good quality Q 2 of the electronic ballast 40 are expressed as follows, respectively. Provided that w 2 > w 1 .

Figure 112007040796029-pat00014
Figure 112007040796029-pat00014

Figure 112007040796029-pat00015
Figure 112007040796029-pat00015

도 21은 본 발명에 따른 단일 중앙처리장치(61)를 이용하여 실제로 구현한 램프제어시스템(100)의 예시사진이다. 실험 장치의 구성은 [표 1]에 나타난 바와 같다.21 is an exemplary photograph of a lamp control system 100 actually implemented using a single central processing unit 61 according to the present invention. The configuration of the experimental apparatus is as shown in [Table 1].

파라미터parameter value 전원 전압 VIN Supply voltage V IN 110 Vac110 Vac 스위칭 주파수 wo Switching frequency w o 32 kHz32 kHz 입력 인덕터 LbInput Inductor Lb 540 uH540 uH 출력 커패시터 CsOutput capacitor Cs 1640 uF1640 uF 출력 전압 VRL Output voltage V RL 300 V300 V

도 22는 본 발명에 따른 전자식안정기(40)에서 시동 직후 상태에서의 램프에 인가되는 전압 VRL의 시뮬레이션 파형을 도시한 그래프이다. 도 23은 본 발명에 따른 전자식안정기(40)에서 시동 직후 상태에서 측정된 램프에 인가되는 전압 VRL의 파형을 도시한 그래프이다. 시뮬레이션 및 실제 측정에서 전압 값은 모두 1 kV/div였다.22 is a graph showing a simulation waveform of the voltage V RL applied to the lamp in the state immediately after starting in the electronic ballast 40 according to the present invention. 23 is a graph showing the waveform of the voltage V RL applied to the lamp measured in the state immediately after starting in the electronic ballast 40 according to the present invention. In the simulation and actual measurements, the voltage values were all 1 kV / div.

도 24는 본 발명에 따른 전자식안정기(40)에서 정상 상태에서의 출력 전압 및 출력 전류의 시뮬레이션 파형을 도시한 그래프이고, 도 25는 본 발명에 따른 전자식안정기(40)에서 정상 상태에서 측정된 출력 전압 및 출력 전류의 파형을 도시한 그래프이다. 시뮬레이션 및 실제 측정에서 진압 값은 모두 200 V/div 였고, 전류값은 모두 5 A/div 였다.24 is a graph showing a simulation waveform of the output voltage and the output current in the steady state in the electronic ballast 40 according to the present invention, Figure 25 is an output measured in the steady state in the electronic ballast 40 according to the present invention It is a graph showing waveforms of voltage and output current. In the simulation and actual measurements, the suppression values were all 200 V / div and the current values were all 5 A / div.

시동 직후 상태 및 정상 상태에서 모두 실제 측정 결과가 컴퓨터 프로그램에 의한 시뮬레이션 결과에 잘 부합한다는 것을 알 수 있다.It can be seen that the actual measurement results are in good agreement with the simulation results by the computer program in both normal and normal conditions immediately after startup.

본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method of the present invention can also be embodied in computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, which are also implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). It also includes. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

이상에서 실시예를 통해 설명한 본 발명의 기술적 범위는 상기 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 발명의 범위에 속한다 해야 할 것이다.The technical scope of the present invention described above through the embodiments is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is evident to those who have knowledge. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the scope of the invention described in the claims of the present invention.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 램프제어방법 및 시스템에 의할 경우 기존 의 램프 제어와는 달리, 단일한 중앙처리장치를 이용하여 역률보상기와 전자식안정기를 통합적으로 제어할 수 있게 된다. 기존의 하드웨어적인 각각의 집적회로를 이용해 구현된 역률보상회로와 전자식안정기회로의 제품과 달리, 본 발명에 의할 경우 메모리에 입력된 소프트웨어에 의해 중앙처리장치의 연산 및 제어가 이루어지므로, 기존의 제품에 비해 가격이 많이 낮아지고 제품 전체의 부피가 감소하게 된다. 또한 소프트웨어에 의해 제어된다는 점에서 기존의 여러 램프나 전압원 등에 사용 가능한 호환성이 높아지고, 제품의 다양한 변형이 용이하며, 기존의 제품에 비해 높은 용량의 입출력원에도 대응 가능하다는 장점이 있다.As described above, in the case of the lamp control method and system according to the present invention, unlike the conventional lamp control, it is possible to integrally control the power factor compensator and the electronic ballast using a single central processing unit. Unlike the products of the power factor correction circuit and the electronic ballast circuit implemented using each of the existing hardware integrated circuits, since the operation and control of the central processing unit is performed by software input into the memory according to the present invention, The price is much lower than the product and the volume of the whole product is reduced. In addition, since it is controlled by software, the compatibility that can be used for various existing lamps or voltage sources is increased, various modifications of the product are easy, and there is an advantage that it can cope with high-capacity input / output sources compared to existing products.

Claims (6)

펄스폭변조신호에 따라 동일한 위상을 갖는 입력전압과 입력전류를 생성하는 역률보정기;A power factor corrector for generating an input voltage and an input current having the same phase according to the pulse width modulation signal; 주파수 선택적인 공진회로를 포함하고, 점등 단계에 따라 변화하는 주파수정보에 기초하여 상기 입력전압과 상기 입력전류로부터 출력전압과 출력전류를 생성하고, 상기 생성된 출력전압과 출력전류를 점등 단계에 따라 임피던스가 변화하는 고휘도 방전 램프로 제공하는 전자식안정기; 및And a frequency selective resonant circuit, generating an output voltage and an output current from the input voltage and the input current based on the frequency information that changes according to the lighting step, and generating the generated output voltage and output current according to the lighting step. An electronic ballast for providing a high-brightness discharge lamp whose impedance changes; And 상기 역률보정기 및 상기 전자식안정기에 연결되고, 소정의 지령전압정보로부터 산출된 지령전류정보의 듀티비를 이용하여 상기 펄스폭변조신호를 상기 역률보정기로 제공하고, 상기 변화하는 주파수정보를 상기 전자식안정기로 인가함으로써 상기 출력전압과 출력전류의 크기를 제어하는 중앙처리장치를 포함하며, The pulse width modulated signal is connected to the power factor corrector and the electronic ballast, and the pulse width modulated signal is supplied to the power factor corrector using the duty ratio of the command current information calculated from predetermined command voltage information. It includes a central processing unit for controlling the magnitude of the output voltage and the output current by applying a, 상기 변화하는 주파수정보는The changing frequency information 상기 고휘도 방전 램프의 시동 단계에 대한 제1 주파수정보;First frequency information about a startup step of the high brightness discharge lamp; 상기 시동 단계 직후인 글로우 방전 단계에 대한 제2 주파수정보; 및 Second frequency information about a glow discharge step immediately after the startup step; And 상기 글로우 방전 단계 후 정상 상태에 도달한 아크 방전 단계에 대한 제3 주파수정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전 램프의 제어시스템.And a third frequency information on the arc discharge step reaching the steady state after the glow discharge step. 제1항에 있어서, 상기 중앙처리장치는 According to claim 1, wherein the central processing unit 상기 소정의 지령전압정보를 입력받아 상기 소정의 지령전류정보를 산출하는 전압제어모듈;A voltage control module configured to receive the predetermined command voltage information and calculate the predetermined command current information; 상기 소정의 지령전류정보를 입력받아 소정의 듀티비를 산출하는 전류제어모듈; 및 A current control module which receives the predetermined command current information and calculates a predetermined duty ratio; And 상기 듀티비를 입력받아 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호발생모듈을 포함하며, A pulse width modulated signal generation module configured to receive the duty ratio and generate a pulse width modulated signal, 상기 역률보정기에서 상기 입력전압과 상기 입력전류를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전 램프의 제어시스템.And control the power factor corrector to generate the input voltage and the input current. (a) 역률보정기가, 중앙처리장치로부터 입력되는 펄스폭변조신호에 따라 동일한 위상을 가지는 입력전압과 입력전류를 생성하는 역률보정단계; 및a power factor correction step of generating, by the power factor corrector, an input voltage and an input current having the same phase according to a pulse width modulated signal input from the CPU; And (b) 전자식안정기가, 상기 중앙처리장치로부터 입력되는 주파수정보에 기초하여 상기 입력전압과 상기 입력전류로부터 출력전압과 출력전류를 생성하고, 점등 단계에 따라 임피던스가 변화하는 고휘도 방전 램프로 상기 생성된 출력전압과 출력전류를 제공하는 출력단계;를 포함하고,(b) The electronic ballast generates an output voltage and an output current from the input voltage and the input current based on the frequency information input from the central processing unit, and generates the high brightness discharge lamp whose impedance varies according to the lighting stage. And an output step of providing the output voltage and the output current. 상기 중앙처리장치로부터 입력되는 주파수정보는Frequency information input from the CPU is 상기 고휘도 방전 램프의 시동 단계에 대한 제1 주파수 정보와,First frequency information about a start-up step of the high brightness discharge lamp; 상기 시동 단계 직후인 글로우 방전 단계에 대한 제2 주파수 정보와, Second frequency information for the glow discharge step immediately after the start-up step, 상기 글로우 방전 단계 후 정상 상태에 도달한 아크 방전 단계에 대한 제3 주파수 정보를 포함하며,And third frequency information on the arc discharge step reaching the steady state after the glow discharge step, 상기 출력전압과 출력전류의 크기는 상기 중앙처리장치로부터 입력되는 주파수정보에 기초하여 상기 점등 단계에 따라 상이하게 생성되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전 램프의 제어방법.The magnitude of the output voltage and the output current is controlled to be generated differently according to the lighting step based on the frequency information input from the central processing unit. 제3항에 있어서, 상기 (a) 단계는The method of claim 3, wherein step (a) (a1) 상기 중앙처리장치가 소정의 지령전압정보로부터 소정의 지령전류정보를 산출하는 단계;(a1) calculating, by the central processing unit, predetermined command current information from predetermined command voltage information; (a2) 상기 중앙처리장치가 상기 산출된 지령전류정보로부터 소정의 듀티비를 산출하는 단계; 및(a2) calculating, by the central processing unit, a predetermined duty ratio from the calculated command current information; And (a3) 상기 중앙처리장치가 상기 산출된 듀티비로부터 상기 펄스폭변조신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전 램프의 제어방법.and (a3) the central processing unit generating the pulse width modulated signal from the calculated duty ratio. 삭제delete 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 고휘도 방전 램프의 제어방법을 실현시키기 위한 프로그램을 수록한 기록매체.A recording medium which records a program for realizing the control method of the high brightness discharge lamp of any one of Claims 3-4.
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