KR100924415B1 - 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연 변압기를 구비한 적어도 하나의 유전적으로 임피드된 방전 램프(La1)를 동작시키기 위한 회로 어셈블리에 관한 것으로, 상기 절연 변압기는 적어도 하나의 유전적으로 임피드된 방전 램프(La1)를 위한 동작 신호를 생성하기 위한 스위치(T1)뿐만 아니라 그 스위치(T1)에 펄스폭 변조된 구형파 신호를 제공하도록 구성되는 상기 스위치(T1)를 위한 트리거링 회로(14)가 장착된다. 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위칭-온 시간은 트리거링 회로(14)에 접속된 저항 어셈블리(20)의 저항 값(R1, R2, R3)에 따라 좌우되는데, 상기 저항 어셈블리(20)의 저항 값(R1, R2, R3)에는 적어도 하나의 시간-종속 성분(R3)이 제공된다. 또한, 본 발명에는 이러한 회로 어셈블리를 통해 적어도 하나의 유전적으로 임피드된 방전 램프(La1)를 동작시키기 위한 방법을 개시하고 있다.

Description

적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법{CIRCUIT ASSEMBLY AND METHOD FOR THE OPERATION OF AT LEAST ONE DIELECTRICALLY IMPEDED DISCHARGE LAMP}
본 발명은 플라이백 변환기를 구비한 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트에 관한 것으로, 상기 플라이백 변환기는 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프를 위한 동작 신호를 생성하기 위한 스위치, 및 그 스위치를 위한 구동 회로를 구비하고, 상기 구동 회로는 펄스폭 변조된 구형파 신호를 상기 스위치에 제공하도록 설계되고, 상기 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위칭-온 지속시간들은 구동 회로에 접속된 저항 어레인지먼트의 저항 값에 따라 좌우된다. 본 발명은 또한 이러한 회로 어레인지먼트를 사용하는 적어도 하나의 유전체 배리어 램프를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
US 6,323,600 B1에는 이러한 회로 어레인지먼트 및 이러한 방법의 설계 및 동작이 개시되어 있다. 이 경우에는, 플라이백 변환기가 유전체 배리어 방전 램프를 위한 DC 전압 소스, 변압기 및 단자들을 구비한다. 플라이백 변환기의 스위치에 적용되는 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위치-온 지속시간들을 변경시킴으로써, 변압기에 주입되는 에너지가 변할 수 있다. 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위치-온 지속시간이 길수록, 유전체 배리어 방전 램프에 제공되는 에너지는 더 커진다.
본 발명은 유전체 배리어 방전 램프를 디밍시키는(dimming) 문제점에 관한 것이다. 유전체 배리어 방전 램프를 디밍시키는 것은 이전에 공지되어 있지 않지만 원칙적으로 가능한데, 그 이유는 동작개시 이전에 전극들 사이에 존재하는 초기 커패시턴스가 동작개시 이후에는 차단되고 그럼으로써 램프는 적은 에너지를 사용하여 동작될 수 있기 때문이다, 즉, 램프가 디밍되기 때문이다. 이 경우에는, 일단 방전 램프가 스위칭 오프되면, 디밍 설정을 유지하는 것이 특히 유리하다. 방전 램프의 디밍 상태에서 스위칭 온 될 때 해당 분야에 공지되어 있는 회로 어레인지먼트에 의한 디밍 설정에 따라서 그 방전 램프에 제공되는 에너지가 그 방전 램프를 동작개시시키기에 충분하지 않게 되는 문제점을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 유전체 배리어 방전 램프를 디밍 상태에서 스위칭 온시키는 것을 가능하게 하기 위한 일반적인 회로 어레인지먼트 또는 일반적인 방법을 개발하는데 있다.
이러한 목적은 청구항 제 1항의 특징들을 갖는 회로 어레인지먼트에 의해서 그리고 청구항 제 10항의 특징들을 갖는 동작 방법에 의해서 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명은, 상술된 목적이 만약 저항 어레인지먼트의 저항 값이 적어도 하나의 시간-종속 성분을 갖는다면 달성될 수 있다는 인식에 기초한다. 이는, 램프를 동작개시하기 위해서 저항 어레인지먼트의 저항 값이 짧은 시간 기간 동안에 증가되고 또한 동작개시된 직후에는 회로 어레인지먼트가 스위칭 오프되었던 시간의 디밍 설정에 상응하는 저항 어레인지먼트의 저항 값으로 돌아가는 것을 가능하게 한다. 이는, 회로 어레인지먼트의 크기에 따라서, 램프로 하여금 사용자의 눈에 있어서 자신의 디밍 설정에서 실질적으로 스위칭 온되는 것을 가능하게 한다. 동작개시를 위해서 더 높은 에너지 레벨로 램프가 동작되는 짧은 시간 기간은 사용자가 거의 인지하지 못하거나 심지어는 전혀 인지하지 못할 정도의 짧게 설정될 수 있다.
그러므로, 바람직한 일실시예는 또한 미리 결정될 수 있는 시간 기간 이후에 시간-종속 성분을 중단(shut-down)시키기 위해서 타이밍 엘리먼트를 포함한다. 그 타이밍 엘리먼트는 예컨대 RC 엘리먼트의 형태일 수 있다.
램프의 적용 분야에 따라서, 시간-종속 성분의 중단 처리가 일단 미리 결정될 수 있는 시간 기간이 만료되면 갑자기 실행되거나 혹은 임시적인 전환 단계를 통해 실행되는 것이 또한 제공될 수 있다. 임시적인 전환 단계는 그 의도가 디밍 상태에 대한 사람 눈의 적응 단계를 제공하고자 하는 것일 때 바람직할 수 있다.
상기 미리 결정된 시간 기간은 바람직하게는 200 ㎳ 미만이고, 더 바람직하게는 20 ㎳ 내지 200 ㎳이며, 특히 40 ㎳ 내지 100 ㎳이다. 임시적인 전환 단계는 바람직하게는 최대 200 ㎳이고, 더 바람직하게는 30 ㎳ 내지 100 ㎳이다.
저항 어레인지먼트는 또한 바람직하게는 시간-독립 성분을 포함하는데, 상기 시간-독립 성분은 미리 결정될 수 있는 기본 저항 값 및 미리 결정될 수 있는 디밍 저항 값을 포함하고, 상기 디밍 저항 값은 회로 어레인지먼트의 디밍 설정에 따라 좌우된다. 이 경우에, 상기 기본 저항 값은 바람직하게도 일정하며, 상기 디밍 저항 값은 최소 값과 최대 값 사이에서 조정될 수 있다. 이는 시간-종속 저항 값, 기본 저항 값 및 디밍 저항 값의 크기를 조정할 수 있는 가능성을 제공하고, 그럼으로써 한편으로는 시간-종속 저항 값, 기본 저항 값 및 최대 디밍 저항 값의 합이 미리 결정될 수 있는 제한치 아래의 플라이백 변환기의 전력 출력을 제공하고, 다른 한편으로는 시간-종속 저항 값, 기본 저항 값 및 최소 디밍 저항 값의 합이 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프의 동작개시를 허용하는 플라이백 변환기의 전력 출력을 제공한다. 첫 번째 언급된 크기조정 규격은, 미리 결정될 수 있는 제한치 아래이기 때문에 회로 어레인지먼트에 대한 어떤 손상도 초래하지 않는 에너지 레벨의 제공이 회로 어레인지먼트의 램프의 동작개시 단계에서 요구되는 것을, 보장한다. 두 번째 언급된 크기조정 규격은, 심지어 최소 디밍 저항 값에 상응하는 램프의 최대 디밍 경우에도, 방전 램프를 동작개시하기에 충분한 에너지 레벨이 그 방전 램프에 제공되는 것을, 보장한다.
디밍 저항 값 및 기본 저항 값은 예컨대 전위차계에 의해서 구현될 수 있는데, 상기 전위차계는 그의 최소 설정에 있어서는 기본 저항 값 및 최소 디밍 저항 값으로 구성되는 저항 값에 상응하고, 그의 최대 설정에 있어서는 기본 저항 값 및 최대 디밍 저항 값으로부터의 저항 값에 상응한다.
바람직한 일실시예에서, 시간-종속 저항 값은 최대 디밍 저항 값의 50% 내지 70%이다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트를 참조하여 제안되는 바람직한 실시예들 및 장점들이 본 발명에 따른 동작 방법에 상응하는 방식으로 적용된다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 한 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 이제 설명될 것인데, 도면은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 바람직한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도면은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 예시적인 일실시예를 개략적으로 나타낸다.
도면은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 예시적인 일실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 경우에, 단자들(a, b) 사이에 접속되는 램프(La1)는 플라이백 변환기 토폴로지를 갖는 회로 어레인지먼트로부터 동작한다. 이를 위해서, 권선들(TR1-A, TR1-B, TR1-C)을 포함하는 변압기와 스위치(T1)가 예컨대 12V 또는 24V일 수 있는 DC 전압 소스(U0)와 기준 전위 사이에 배치된다. 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 이 부분에 대한 설계 및 동작은 DE 197 31 275.6에 상세히 개시되어 있다.
만약 스위치(T1)가 온 상태에 있다면, 기본적으로 DC 전압(U0)이 1차 권선(TR1-A)에 존재하고, 시간에 따라 선형적으로 상승하고 또한 트랜지스터(T1)의 스위치-온 지속시간 종료 시에 자신의 피크 값(Imax)에 도달하는 전류가 1차 권선(TR1-A)과 스위치(T1)를 통해 흐른다. 이때에, 전기 에너지(W)는 다음과 같고,
W = 0.5·LP·I2 max
상기 전기 에너지(W)는 인덕턴스(LP)를 갖는 1차 권선(TR1-A)의 자계에 저장된다.
스위치(T1)의 오프 단계 동안에는, 1차 권선(TR1-A)의 자계에 저장된 전기 에너지(W)가 감소하도록 허용되며, 램프(La1)에 본질적으로 출력된다. 램프(La1)는, 자신의 본질적으로 임피드된 전극들(10, 12)로 인해서, 변수(CL)를 무시할 수 없으며 또한 1차 권선(TR1-A)과 함께 공진 회로를 형성하는 커패시턴스를 갖는다.
2차 권선(TR1-B)에 의해서, 전압 펄스들의 전압 진폭(UP)은 1차 권선(TR1-A)의 회전수(nP)에 대한 2차 권선들(TR1-B, TR1-C)의 회전수(nS)의 비율(nS/nP)로 US인 값까지 상승(step-up)한다:
Figure 112008016177857-pct00001
그러므로, 전압 진폭(US)을 갖는 전압 펄스는 방전 램프(La1)에서 동작 또는 동작개시 전압으로서 이용될 수 있다. 스위치(T1)의 오프 단계 동안에, 방전 램프(La1)는 자신에게 인가되는 양의 극성을 갖는 전압 펄스들을 갖는다. 스위치(T1)는 대략 25 kHz 내지 100 kHz의 클록 주파수로 동작한다. 그에 따라서, 램프(La1)는 대략 25 kHz 내지 100 kHz의 펄스 반복율을 가지는 자신에게 인가되는 전압 펄스들을 갖는다.
이러한 방식으로 조정되는 펄스인 구형파 신호가 바람직하게 사용되고, 스위치-오프 지속시간들이 일정하며, 스위치-온 지속시간이 가변적이다. 자신의 출력 신호를 결합 커패시터(C1)를 통해서 스위치(T1)에 인가하는 전압-제어 발진기(VCO)를 구비한 구동 회로(14)가 구형파 신호들을 생성하는데 사용된다. 전압-제어 발진기(16)의 출력에서 제공되는 구형파 신호의 스위치-온 지속시간들은 VCO(16)의 입력(18)에 접속된 저항 어레인지먼트에 대한 저항 값에 따라 좌우된다. 저항 어레인지먼트(20)는 기본 저항 값(R1), 디밍 저항 값(R2) 및 시간-종속 저항 값(R3)을 포함한다. 이 경우에는 시간-종속 저항 값(R3)을 위한 시간 제어기가 커패시터(C2)를 포함하는데, 상기 커패시터(C2)는 바이폴라 트랜지스터(T2)의 베이스-에미터 경로에 적용되고, 다이오드(D1)와 병렬로 접속되는 저항(R4)을 통해서 충전될 수 있다. 이를 위해서, 저항(R4) 및 다이오드(D1)를 포함하고 있는 병렬 회로가 인버터(INV)의 출력에 접속되고, 상기 인버터(INV)는 입력 측 상에서, 한편으로는 입력 측 상에서 저항(R5)을 통해 전압 소스(U0)에 접속되고 다른 한편으로는 오퍼레이터에 의해서 오픈되거나 클로즈될 수 있는 스위치(T3)를 통해 접지 전위에 접속된다.
동작 : 만약 오퍼레이터가 방전 램프(La1)를 스위칭 온 시키기 위해서 스위치(T3)를 클로즈시킨다면, 인버터(INV)의 입력은 접지 전위에 접속된다. 그로 인해서, 그것의 출력에서는, 예컨대 5V인 미리 결정될 수 있는 전압 신호가 제공된다. 커패시터(C2)가 초기에는 충전되지 않고, 그 결과로 트랜지스터(T2)는 오프 상태에 있게 된다. 따라서, 기본 저항 값(R1), 램프가 스위칭 오프될 때 설정되는 디밍 저항 값(R2), 및 시간-종속 저항 값(R3)의 합이 VCO(16)의 입력(18)에 존재한다. 적절한 크기들이 주어지면, 이러한 세 가지 저항 값들의 합은 스위치(T1)에 인가될 펄스폭 변조된 구형파 신호에 대해서 충분히 높고, 그 결과로 램프(La1)를 동작개시하기 위해서 램프(La1)에 충분한 에너지가 제공된다. 다음으로, 커패시터(C2)가 저항(R4)을 통해서 충전되고, 이로부터 발생하는 시상수가 저항(R4) 및 커패시터(C2)의 크기를 적절히 조정함으로써 설정되는 것이 가능하다. 커패시터(C2)에서의 전압이 스위치(T2)를 온 상태로 스위칭하기에 충분히 높게 되자마자, 저항 어레인지먼트(20)의 총 저항은 기본 저항 값(R1) 및 디밍 저항 값(R2)의 합까지 감소된다. 그 결과, VCO(16)는 펄스폭 변조된 구형파 신호를 스위치(T1)에 제공하는데, 그 구형파 신호는 램프(La1)가 마지막으로 스위칭 오프되었던 시간에 저항(R2)의 디밍 설정에 상응하는 에너지 레벨을 갖는 램프(La1)에 대한 공급에 상응한다.
다이오드(D1)는 스위치(T3)가 신속하게 연속해서 클로즈되고 오픈되는 경우에 커패시터(C2)를 방전시키기 위해서 사용되고, 그 결과, 그 다음의 스위칭-온 처리 동안에, 즉, 스위치(T3)의 클로즈 동안에, 커패시터(C2)는 저항(R4) 및 커패시터(C2)의 크기들에 의해 설정되는 미리 결정된 시상수를 제공하기 위해서 다시금 방전된다.

Claims (10)

  1. 플라이백 변환기(flyback converter)를 구비한 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프(La1)를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트로서,
    상기 플라이백 변환기는,
    상기 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프(La1)를 위한 동작 신호를 생성하기 위한 스위치(T1), 및
    상기 스위치(T1)를 위한 구동 회로(14)
    를 구비하고,
    상기 구동 회로는 펄스폭 변조된 구형파 신호를 상기 스위치(T1)에 제공하도록 설계되고,
    상기 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위칭-온 지속시간들은 상기 구동 회로(14)에 접속된 저항 어레인지먼트(20)의 저항 값(R1, R2, R3)에 따라 좌우되며,
    상기 저항 어레인지먼트(20)의 상기 저항 값(R1, R2, R3)은 적어도 하나의 시간-종속 성분(R3)을 갖고,
    상기 회로 어레인지먼트는 미리 결정될 수 있는 시간 기간 이후에 상기 시간-종속 성분(R3)을 중단(shut-down)시키기 위해서 타이밍 엘리먼트(C2, R4)를 더 포함하는,
    회로 어레인지먼트.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시간-종속 성분(R3)의 중단 처리는 일단 미리 결정될 수 있는 시간 기간이 만료되면 갑자기 이루어지거나 혹은 임시적인 전환 단계를 통해 이루어지는,
    회로 어레인지먼트.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 미리 결정될 수 있는 시간 기간은 200 ㎳ 미만인,
    회로 어레인지먼트.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 임시적인 전환 단계는 최대 200 ㎳인,
    회로 어레인지먼트.
  6. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 저항 어레인지먼트(20)는 미리 결정될 수 있는 기본 저항 값(R1) 및 미리 결정될 수 있는 디밍 저항 값(dimming resistance value)(R2)을 포함하는 시간-독립 성분(R1, R2)을 포함하고, 상기 디밍 저항 값(R2)은 상기 회로 어레인지먼트의 디밍 설정에 따라 좌우되는,
    회로 어레인지먼트.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기본 저항 값(R1)은 일정하고, 상기 디밍 저항 값(R2)은 최소 값과 최대 값 사이에서 조정될 수 있는,
    회로 어레인지먼트.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 시간-종속 저항 값(R3), 상기 기본 저항 값(R1) 및 상기 디밍 저항 값(R2)은, 한편으로는 상기 시간-종속 저항 값(R3), 상기 기본 저항 값(R1) 및 최대 디밍 저항 값(R2)의 합이 미리 결정될 수 있는 제한치 아래의 플라이백 변환기의 전력 출력을 제공하고 다른 한편으로는 상기 시간-종속 저항 값(R3), 상기 기본 저항 값(R1) 및 최소 디밍 저항 값(R2)의 합이 상기 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프(La1)의 동작개시를 허용하는 플라이백 변환기의 출력 전력을 제공하도록, 크기가 정해지는,
    회로 어레인지먼트.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 시간-종속 저항 값(R3)은 최대 디밍 저항 값(R2)의 50% 내지 70%인,
    회로 어레인지먼트.
  10. 플라이백 변환기(flyback converter)를 구비한 회로 어레인지먼트를 사용하여 적어도 하나의 유전체 배리어 램프(La1)를 동작시키기 위한 방법으로서, 상기 플라이백 변환기는,
    상기 적어도 하나의 유전체 배리어 방전 램프(La1)를 위한 동작 신호를 생성하기 위한 스위치(T1), 및
    상기 스위치(T1)를 위한 구동 회로(14)를 구비하고,
    상기 구동 회로는 펄스폭 변조된 구형파 신호를 상기 스위치(T1)에 제공하도록 설계되고,
    상기 펄스폭 변조된 구형파 신호의 스위칭-온 지속시간들은 상기 구동 회로(14)에 접속된 저항 어레인지먼트(20)의 저항 값(R1, R2, R3)에 따라 좌우되며,
    상기 저항 어레인지먼트(20)의 상기 저항 값(R1, R2, R3)은 적어도 하나의 시간-종속 성분(R3)에 의해 시간-종속적인 방식으로 변하고, 상기 시간-종속 성분(R3)은 타이밍 엘리먼트(C2, R4)에 의해 미리 결정될 수 있는 시간 기간 이후에 중단되는,
    동작 방법.
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