KR101103629B1

KR101103629B1 - 플래시램프용 점등 장치

Info

Publication number: KR101103629B1
Application number: KR1020090132485A
Authority: KR
Inventors: 정성호; 김수근; 오광환; 이지호
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2012-01-11
Also published as: KR20110075912A

Abstract

본 발명은 플래시램프용 점등 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 플래시램프용 점등 장치는 상용교류전원이 정류되어진 구동전원을 입력받아 고주파 교류전원으로 변화시켜 출력하는 고주파 스위칭 컨버터와, 상기 고주파 스위칭 컨버터에서 출력되는 교류전원을 1차측 코일에 입력받아 2차측 코일에 유도시키는변압기와, 상기 변압기의 2차측 코일에 유도된 교류 전원을 제공받아 부고전압과 시머전압을 생성하고 출력하여 플래시램프의 점등상태를 유지시키는 시머 구동부와,상기 플래시램프를 이온화시키기 위한 전압을 발생시키는 트리거펄스 발생부와, 상기 고주파 스위칭 컨버터의 상기 변압기로의 스위칭 동작을 제어하는 고주파 발생부와, 미리 결정된 신호에 따라 상기 고주파 발생부와 상기 트리거펄스 발생부에 제어신호를 출력하는 마이크로콘트롤러 제어부를 포함한다. 그에 따라, 트리거펄스발생 온/오프제어와 부고전압과 시머전압의 공급을 소형화 부품인 마이크로콘트롤러를 이용하여 제어함으로써 전체 시스템의 구조를 간소화하고 부피를 축소하고 고주파 직류전압으로 시머동작을 유지시킴으로써 평활회로를 사용하지 않아 시스템의 부피를 축소하고 플래시램프에 인가되는 시머전압과 시머전류의 실효값은 감소하여 플래시램프의 수명을 증가시킬수 있도록 하기 위한 것이다.

플래시램프, 시머전압, 시머전류, 시머회로, 마이크로콘트롤러

Description

플래시램프용 점등 장치{Ignition device for a flash lamp}

본 발명은 레이저 시스템에서의 플래시램프용 점등 장치에 관한 것이다.

레이저 발생은 기본적으로 유도방출현상을 이용하여 광을 방출 및 증폭시키는 이득매질과, 상기 이득매질에 에너지를 전달하는 펌핑장치와, 상기 이득매질 양단에 반사율이 높은 2개의 평면거울을 서로 평행하게 위치시켜 광 증폭 현상을 유지시키는 공진기에 의해 이루어진다.

펌핑장치의 에너지가 이득매질에 전달되면 바닥상태에 있던 이득매질의 원자가 들뜬 상태로 올라간다. 들뜬 상태의 원자는 유도방출현상에 의해 광을 방출하고 방출된 광은 공진기 사이를 왕복하면서 이득매질에 의해 증폭된다. 이득매질에 의해 증폭된 광의 세기가 문턱값(이득매질의 이득계수가 공진기의 소멸계수와 같아질 경우의 광의 세기)을 넘어서면 레이저가 발생하게 된다.

레이저를 발생시키기 위해 많이 사용되는 방법은 결정 또는 비정질 고체 물질인 이득매질에 대전류를 플래시램프(크세논(Xenon) 또는 크립톤(Krypton) 램프)에 방전시킴으로써 발생되는 광에너지를 조사하여 유도방출현상을 일으켜 레이저를 발생시키는 방식이 있다. 이 경우 플래시램프에 방전되는 대전류는 일반적으로 충 전용 대용량 콘덴서에 에너지를 충전하였다가 스위치소자를 통해 순간적으로 방전시킴으로서 발생하게 된다.

이때, 초기 비점등상태의 플래시램프가 점등상태로 변환되기 위해서는 플래시램프 양단에 고전압(예를 들어 10kV)을 인가하여 플래시램프 내의 비활성기체를 이온화시켜 전류가 흐를 수 있는 방전통로를 형성하고(이를 '트리거'라고도 한다) 최소한의 직류전류를 흐르게 함으로 점등상태를 유지시키는 방식을 사용한다.

일반적으로, 플래시램프를 초기점등하고 점등상태를 유지시키기 위해서는 3종류의 전원 전압(또는 전류)으로 고전압, 부고전압 및 시머전압이 요구된다. 플래시램프 초기점등을 위해서 고전압(예를 들어 10kV)을 플래시램프 양단에 인가한다. 이 때 고전압을 인가하기 전에 부고전압(예를 들어 1kV)을 플래시램프 양단에 인가해 주는데, 이는 상대적으로 더 낮은 고전압에서도 플래시램프의 초기점등이 가능하게 한다. 예를 들어 동일한 플래시램프를 초기점등한다고 했을 때 부고전압이 없는 상태에서는 15kV 이상의 고전압을 인가해야 초기점등이 가능하다고 하면 1kV의 부고전압이 인가된 상태에서는 10kV의 고전압을 인가해도 초기점등이 가능해진다. 부고전압이 높을수록 초기점등이 가능한 고전압의 낮아진다. 그러나, 너무 높은 부고전압은 플래시램프의 수명을 단축시키므로 적당한 값을 가지도록 설계된다. 또한, 점등 상태를 유지하는 최소한의 직류 전류를 시머(Simmer) 전류라고 한다. 시머 전류는 레이저가 펄스형태로 출력될 경우 매 펄스마다 고전압을 플래시 램프에 인가하여 램프의 수명을 단축시키는 현상을 방지하는 것에 목적이 있다. 일반적으로, 플래시램프의 점등상태를 유지하기 위해서는 수백mA의 시머전류와 수백V의 시머전압 이 필요하다.

도 1은 종래에 사용되고 있는 플래시램프용 점등 장치의 블록 구성 예시도이다.

도 1을 참조하면, 플래시램프용 점등 장치는 상용교류전원을 시스템으로 입력시키는 전원스위치(SW1)와, 상기 전원스위치(SW1)의 온동작상태에서 시스템의 동작상태를 3가지 모드로 조정하기 위한 시스템동작모드스위치(124)와, 상기 전원스위치(SW1)와 시스템동작모드스위치(124)의 동작에 따른 전원 출력을 감지함으로써 시스템 전원의 입력여부를 감지하는 전원 온/오프감지부(123)와, 상기 전원스위치(SW1)가 온동작상태에서 상기 시스템동작모드스위치(124)에 의해 시스템 동작상태를 유지하면 상기 상용교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 출력하는 정류 및 평활부(100)와, 상기 정류 및 평활부(100)에서 출력되는 직류전원을 주파수 제어신호에 따라 해당 고주파로 스위칭하여 변압기(T1)의 1차측 코일(W1)에 인가하는 고주파스위칭컨버터(101)와, 제어신호에 따라 단속되는 릴레이(RLY1)의 온동작시 상기 변압기(T1)의 2차측 코일(W2)을 통해 유도되어진 전원을 입력받아 Q배 이상 더 높은 직렬공진 주파수를 발생시키는 LC공진부(110)와, 상기 LC공진부(110)에서 출력되는 고주파전원을 정류하는 고주파정류 및 평활부(111)와, 상기 고주파정류 및 평활부(111)에서 출력되는 정류전원을 입력받아 시머전류를 감지하는 시머전류 감지부(112)와, 상기 고주파정류 및 평활부(111)에서 출력되는 정류전원을 입력받아 트리거 펄스를 생성하여 출력하는 트리거펄스 발생부(113)와, 상기 시머전류 감지부(112)에서 출력되는 신호를 입력받아 트리거펄스 발생부(113)에서 트리거 펄스 를 생성시키지 못하도록 하는 트리거펄스발생정지신호부(114)와, 상기 고주파스위칭컨버터(101)의 주파수를 변경시켜 상기 변압기(T1)의 1차측 코일(W1)에 걸리는 전압의 크기를 변경시키는 여진주파수제어부(102)와, 상기 시머전류 감지부(112)에서 출력되는 신호를 입력받아 그 논리상태를 반전하여 출력하는 인버터(INT)와, 상기 전원 온/오프감지부(123)의 출력신호와 상기 시스템동작모드스위치(124)의 모드선택신호를 입력받아 논리곱연산하여 그 연산결과를 출력하는 제 2앤드게이트(AND2)와, 상기 제 2앤드게이트(AND2)의 출력신호를 입력받아 소정의 기설정된 논리값(예를 들어 논리 "1")이 출력되는 경우 상기 릴레이(RLY1)를 온동작시키는 릴레이구동부(120)와, 상기 릴레이구동부(120)의 출력신호를 입력받아 기설정된 소정시간동안 카운팅하여 기설정된 시간이 경과하면 이를 통지하는 타이머회로(122)와, 상기 타이머회로(122)의 통지신호와 상기 인버터(INT)의 출력신호를 입력받아 논리곱연산하여 그 연산결과를 출력하는 제 1앤드게이트(AND1), 및 상기 제 1앤드게이트(AND1)의 출력신호를 입력받아 소정의 기설정된 논리값(예를 들어 논리 "1")이 출력되는 경우 상기 릴레이구동부(120)의 동작을 강제 중지시키기 위한 릴레이구동 오프신호 발생부(121)로 구성된다.

상술한 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 발생되었다.

첫 번째 문제점은 플래시램프의 트리거펄스 및 시머전류 공급의 온/오프제어와, 상용교류전원에 순단 현상이 발생하였을 경우 장치의 원치 않는 가동상태 방지와, 플래시램프의 노후화 등에 기인한 트리거 및 시머동작 불능 상황에 대비하고자 릴레이(RLY1)와 릴레이구동부(120)와 릴레이구동 오프신호 발생부(121)와 전원 온/ 오프감지부(123)와 시스템동작모드스위치(124)와 제 2앤드게이트(AND2)와 타이머회로(122)와 제 1앤드게이트(AND1)와 인버터(INT)를 사용하고 있다는 점이다. 이는 다수개의 모듈로 회로를 구성함에 따라 구조의 복잡성이 증가한다는 문제점이 있다.

두 번째 문제점은 부고전압(Sub-high voltage)과 시머동작 온상태에서 시머전압을 정전압 형태로 유지하기 위해 평활회로를 사용하는데 이는 장치의 규모가 커진다는 문제점이 있다.

마지막으로 트리거펄스발생정지신호부(114)의 출력신호에 의해 트리거펄스발생부(113)의 동작을 강제 종료시킨 후에도 트리거펄스발생정지신호부(114)의 출력신호를 지속적으로 유지해야되기 때문에 전력의 손실이 발생한다는 점이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 종래 플래시램프용 점등 장치의 규모를 소형화하고 구조의 복잡성을 감소시킨 플래시램프용 점등 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플래시램프용 점등장치는 상용교류전원이 정류되어진 구동전원을 입력받아 고주파 교류전원으로 변화시켜 출력하는 고주파 스위칭 컨버터와, 상기 고주파 스위칭 컨버터에서 출력되는 교류전원을 1차측 코일에 입력받아 2차측 코일에 유도시키는 변압기와, 상기 변압기의 2 차측 코일에 유도된 교류 전원을 제공받아 부고전압과 시머전압을 생성하고 출력하여 플래시램프의 점등상태를 유지시키는 시머 구동부와, 상기 플래시램프를 이온화시키기 위한 전압을 발생시키는 트리거펄스 발생부와, 상기 고주파 스위칭 컨버터의 상기 변압기로의 스위칭 동작을 제어하는 고주파 발생부와, 미리 결정된 신호에 따라 상기 고주파 발생부와 상기 트리거펄스 발생부에 제어신호를 출력하는 마이크로콘트롤러 제어부를 포함한다.

여기에서, 상기 시머 구동부는 상기 고주파발생부의 온동작시 상기 변압기의로부터 고주파 교류 전압을 입력받아 상기 고주파 교류 전압 보다 높은 고주파 직류전압을 발생시키는 배압회로와, 상기 고주파발생부의 온동작시 상기 변압기로부터 고주파 교류 전압을 입력받아 정류하는 고주파정류부를 포함한다.

상기 플래시램프용 점등장치는 상기 시머 구동부의 동작을 감지하여 상기 시머 동작을 나타내는 신호를 마이크로콘트롤러제어부로 출력하는 시머 동작 감지부를 더 포함한다.

여기에서, 상기 시머 동작 감지부는 상기 시머 구동부와 상기 플래시램프 사이에 연결되어 상기 시머 구동부에 연결된 단자의 전압과 상기 플래시램프에 연결된 단자의 전압차가 발생하면 상기 시머 동작을 나타내는 신호를 출력한다.

여기에서, 상기 미리 결정된 신호는 사용자 요청에 의해 발생되는 신호 또는 미리 결정된 조건이 충족되면 발생되는 신호이다.

여기에서, 상기 미리 결정된 신호는 상기 시머 동작을 나타내는 신호이다.

여기에서, 상기 트리거펄스 발생부는 외부 또는 내부 저전압을 입력받아 고 주파 교류 전압을 발생시키는 트리거펄스 변압기와, 상기 외부 또는 내부 저전압을 상기 트리거펄스 변압기로 스위칭하는 스위치와, 상기 트리거펄스 변압기로부터 고주파 교류 전압을 제공받아 고주파 직류 전압을 발생시키는 트리거펄스 배압 회로를 포함한다.

여기에서, 상기 마이크로콘트롤러 제어부는 미리 결정된 신호에 따라 상기 스위치에 관련한 스위칭 동작을 제어한다.

여기에서, 상기 마이크로콘트롤러 제어부는 상기 스위치를 미리 결정된 턴온 구간 동안 턴온하는 스위칭 동작을 상기 시머 동작을 나타내는 신호를 수신할 때까지 반복한다.

여기에서, 상기 마이크로콘트롤러 제어부는 상기 스위치를 미리 결정된 턴온 구간 동안 턴온하는 스위칭 동작의 횟수가 미리 결정된 스위칭 횟수를 초과하면 상기 고주파발생부의 동작을 중단하여 상기 상용교류전원이 상기 시머 구동부로 인가되지 않도록 한다.

여기에서, 상기 스위치는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)이다.

여기에서, 상기 트리거펄스 발생부는 상기 스위치의 스위칭 횟수를 제어하여 츨력 전압을 가변한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 소형화 부품인 마이크로콘트롤러를 이용하여 트리거펄스발생 온/오프 제어와 부고전압과 시머전압의 공급을 제어함 으로써 전체 시스템의 구조를 간소화하고 부피를 축소할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 고주파 직류전압으로 시머동작을 유지시킴으로써 평활회로를 사용하지 않아 시스템의 부피를 축소하고 플래시램프에 인가되는 시머전압과 시머전류의 실효값은 감소하고 이를 통해 플래시램프의 수명이 증가할 것이 기대된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래시램프용 점등 장치의블록 구성도를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 플래시램프용 점등 장치는 정류 및 평활부(200), 고주파 스위칭 컨버터(201), 배압회로(210), 고주파정류부(211), 시머동작 감지부(212), 트리거펄스 발생부(213), 마이크로콘트롤러 제어부(220), 및 고주파 발생부(202)를 포함한다.

정류 및 평활부(200)는 상용교류전원을 정류 및 평활하여 직류전원으로 출력한다. 고주파 스위칭 컨버터(201)는 상기 정류 및 평활부(200)에서 출력되는 직류전원을 주파수 제어신호에 따라 해당 고주파로 스위칭하여 변압기(T2)의 1차측 코일(W3)에 인가한다. 시머 구동부는 배압회로(210) 및 고주파 정류부(211)를 포함한다. 시머 구동부는 플래시램프(Lamp2)의 시머 전압을 발생시키고, 부고전압(sub-high voltage)를 발생시킨다.

배압회로(210)는 상기 변압기(T2)의 2차측 코일(W4)을 통해 유도되는 전원을 입력받아 수 배 이상 높은 고주파 직류전압을 발생시킨다. 고주파 정류부(211)는 상기 변압기(T2)의 2차측 코일(W4)을 통해 유도되는 고주파 교류전원을 입력받아 정류한다.

시머동작 감지부(212)는 상기 배압회로(210)와 고주파정류부(211)에서 출력되는 고주파 직류전압을 입력받아 시머동작를 감지한다.

트리거펄스 발생부(213)는 외부 혹은 내부의 저전압(예를 들어 30V)을 입력받아 고전압의 트리거펄스를 발생시킨다. 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 상기 시 머동작 감지부(212)의 출력신호와 사용자 요청신호에 따라 트리거펄스 발생부(213)에서 트리거펄스를 생성시키지 못하도록 한다. 고주파 발생부(202)는 상기 마이크로콘트롤러 제어부(220)의 제어신호를 입력받아 고주파스위칭 컨버터(201)의 스위칭 동작을 제어한다. 다시 말해, 고주파 발생부(202)는 마이크로콘트롤러 제어부(220)의 제어신호에 따라 고주파 스위칭 컨버터(201)의 변압기(T2)로의 스위칭 동작을 제어한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 플래시램프용 점등 장치에 대한 세부구성은 첨부한 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플래시램프용 점등 장치의 상세 블록 구성을 나타낸 도면이다. 도 3의 구성은 본 발명을 실제적으로 적용하는 경우 하나의 실시예이며 본 발명의 회로구성이 첨부한 도 3에 도시되어 있는 구성에 한정적이지 않음을 미리 밝혀둔다.

도 2을 기준으로 도 3에 도시되어 있는 구성과 도 4, 5와 6 의 파형을 참조하여 본 발명에 따른 플래시램프용 점등 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상용교류전원은 정류 및 평활회로(200)에서 직류전원으로 변환되고 고주파스위칭컨버터(201)에 입력된다. 마이크로콘트롤러 제어부(220)의 제어신호에 따라 고주파발생부(202)의 온동작시 상기 고주파스위칭 컨버터(201)의 스위칭 동작에 의해 발생되는 고주파 교류전압은 변압기(T2)의 1차측 코일(W3)에 입력되고 2차측 코일(W4)에 전송된다.

상기 변압기(T2)의 2차측 코일(W4)에 유도되는 고주파 교류전압은 배압회 로(210)에 인가된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 배압회로(210)는 콘덴서(C1, C2)와 다이오드(D3, D4)로 구성되어 있다. 배압회로(210)는 변압기(T2)의 2차측 코일(W4)에 유도된 고주파 교류전압으로부터 상기 고주파 교류전압의 ±피크 전압의 절대값보다 수 배 높은 고주파 직류전압으로 변환한다.

이 실시예에서 배압 회로(210)는 2배압 회로이다. 구체적으로, 배압 회로(210)에서 교류전압은 - 값일 때 다이오드 D3를 통과해 콘덴서 C1에 인가되어 축적되고, 교류전압은 + 값일 때 다이오드 D4를 통과해 콘덴서 C2에 인가되어 축적된다. 그에 따라, 배압 회로(210)는 콘덴서(C1, C2)에 축적된 전압을 출력하므로, 상기 고주파 교류전압의 피크 전압보다 2 배 높은 고주파 직류전압을 출력한다.

본 발명은 도 3에 도시된 배압 회로(210)의 상세 구성에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 도출될 수 있는 어떠한 배압 회로의 구성도 포함할 수 있다.

또한, 상기 변압기(T2)의 2차측 코일(W4)에 유도된 고주파 교류전압은 고주파 정류부(211)에 입력되어 정류된다.

상기 배압회로(210)와 고주파정류부(211)의 각 출력전압은 역전류 방지용 다이오드(D6)의 캐소드 단자에서 합쳐져서 시머동작감지부(212)의 션트저항(R1)을 거쳐 플래시램프(Lamp2)에 인가된다. 이 때 플래시램프(Lamp2)에 인가되는 전압파형은 도 4에 도시되어 있다.

구체적으로, 시머동작 감지부(212)는 시머 구동부와 플래시램프(Lamp2) 사이에 위치되어 있다. 시머동작 감지부(212)는 시머 구동부와 플래시램프(Lamp2) 사이 에 연결된 션트저항(R1)을 포함하고, 션트 저항(R1) 양단의 전압들을 입력으로 하는 연산 증폭기(OP)를 포함한다. 또한, 시머 동작 감지부(212)는 연산 증폭기(Operational Amplifier; OP AMP)의 출력을 입력받아 그에 따른 신호를 출력하는 포토커플러(PC)를 포함한다.

플래시램프(Lamp2)가 점등되어 시머 동작이 시작되면, 시머동작 감지부(212)의 션트저항(R1) 양단에 전압차가 발생한다. 구체적으로, 시머동작 감지부(212)의 션트 저항(R1)의 시머 구동부에 연결된 단자에서의 전압은 높고, 플래시램프(Lamp2)에 연결된 단자의 전압은 플래시램프(Lamp2)가 점등되어 전압이 소비되었으므로 낮게 된다.

그에 따라, 시머동작 감지부(212)의 션트 저항(R1)의 양단에 전압차가 발생하며, 그에 따라 연산 증폭기(OP)의 출력이 발생되어 포토커플러(PC)에 인가되고 그에 따라 포토커플러(PC)의 출력신호가 마이크로콘트롤러제어부(220)에 전달된다.

이 경우, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 사용자 요청신호에 따라 트리거펄스 발생부(213)에서 트리거펄스를 생성하지 못하도록 할 수 있다. 트리거펄스 발생부(213)는 스위치(301), 트리거펄스 변압기(T3), 및 트리거펄스 배압 회로(310)를 포함한다. 스위치(301)는 외부 또는 내부 저전압을 트리거펄스 변압기(T3)로 스위칭할 수 있다. 트리거펄스 변압기(T3)의 출력은 트리거펄스 배압회로(310)에 제공된다. 트리거펄스 배압회로(310)는 2개의 콘덴서(C3, C4) 및 2개의 다이오드(D7및 D8)를 포함한다.

마이크로콘트롤러 제어부(220)는 사용자 요청신호에 따라 스위치(301)를 턴 온 또는 턴오프한다. 스위치(301)는 바람직하게 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)로 구성될 수 있다. 이 경우, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 MOSFET의 게이트 단자에 트리거 전압을 인가하여 MOSFET을 턴온한다.

상기 스위치(301)의 온동작시 외부 혹은 내부 저전압은 트리거펄스 변압기(T3)의 1차측 코일(W5)에 입력되고 2차측 코일(W6)에 전송된다. 상기 트리거펄스 변압기(T3)의 2차측 코일(W6)에 유도된 고주파 교류전압은 트리거펄스 배압회로(310)에서 고주파 직류전압으로 변환되어 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 파형으로 플래시램프(Lamp2)에 인가된다. 트리거펄스 배압회로(310)에서 출력되는 고주파 직류 전압은 스위치(301)의 스위칭 횟수에 따라 그 크기가 정해진다. 스위치(301)가 턴 온된 기간 동안에 트리거펄스 배압회로(310)에 고주파 교류전압이 인가되므로, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 스위치(301)의 온 및 오프 기간을 조정하여 트리거펄스 배압회로(310)에서 출력되는 고주파 직류 전압의 크기를 결정할 수 있다.

구체적으로, 트리거펄스 배압회로(310)는 2개의 콘덴서(C3, C4)와 2개의 다이오드(D7, D7)로 구성된다. 트리거펄스 배압 회로(310)에서 교류전압은 - 값일 때 다이오드 D7를 통과해 콘덴서 C3에 인가되어 축적되고, 교류전압은 + 값일 때 다이오드 D8를 통과해 콘덴서 C4에 인가되어 축적된다.

이러한 트리거펄스 배압회로(310)의 동작은 마이크로콘트롤러 제어부(220)가 스위치(301)를 한 번 스위칭할 때 일어난다. 그러므로, 스위치(301)가 턴온될 때마다 트리거펄스 배압회로(310)의 콘덴서(C3, C4)에 전압이 충전되며, 그에 따라 스 위칭 횟수가 증가할수록 트리거펄스 배압회로(310)의 출력 전압의 크기가 커진다. 그에 따라, 트리거펄스 배압회로(310)는 콘덴서(C3, C4)에 축적된 전압을 출력하므로, 상기 2차측 코일(W6)에 유도된 고주파 교류전압 보다 최대 2 배 높은 고주파 직류전압을 출력할 수 있다.전술한 바와 같이, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 스위치(301)의 온 및 오프 기간을 조정하여 트리거펄스 배압회로(310)에서 출력되는 고주파 직류 전압의 크기를 결정할 수 있다. 따라서, 트리거펄스 배압회로(310)는 스위치(301)의 스위칭 횟수에 따라 다른 크기의 고주파 직류전압을 출력한다. 그러므로, 스위치(301)의 온 기간이 짧으면, 트리거펄스 배압회로(310)의 콘덴서(C3,C4)에 적은 양의 전압이 축적된다. 그러므로, 트리거펄스 배압회로(310)로부터 출력되는 고주파 직류전압의 크기는 트리거펄스 배압회로(310)에 인가되는 고주파 교류전압의 양의 피크 전압값보다도 작을 수도 있다.

그러므로, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 스위칭 횟수를 제어하여 트리거펄스발생부(213)의 출력 전압을 제어할 수 있다. 상술한 트리거펄스발생부(213)의 출력전압은 첨부한 도 5에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 트리거펄스발생부(213)의 출력전압은 스위치(301)의 스위칭 횟수에 따라 조절 가능하다. 도 5(a)는 스위치(301)의 스위칭 횟수가 10인 경우의 트리거펄스 발생부(213)의 출력전압을 나타내며, 도 5(b)는 스위치(301)의 스위칭 횟수가 20인 경우의 트리거펄스 발생부(213)의 출력전압을 나타낸다.

도 5(a)의 트리거펄스 발생부(213)의 출력전압은 플래시램프(Lamp2) 내의 비활성 기체를 이온화시키는데 필요한 전압 크기를 갖지 않기 때문에, 플래시램 프(Lamp2)에서 사용되지 않아 시간에 따라 그 크기가 유지되고 있다.

도 5(b)의 트리거펄스 발생부(213)의 출력전압은 플래시램프(Lamp2) 내의 비활성 기체를 이온화시킬 만큼의 전압 크기를 가지므로, 플래시램프(Lamp2)에 인가되어 사용되었으며, 그에 따라 전압 크기가 급격하게 감소되었다.

트리거펄스 발생부(213)의 출력전압은 플래시램프의 이온화 전압의 크기에 따라 변경될 수 있다. 다시 말해, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 트리거펄스 발생부(213)의 출력전압을 플래시램프의 특성에 따라 그 값을 조절할 수 있다.(예를 들어 5kV~15kV).

트리거펄스 발생부(213)의 출력전압이 플래시램프(Lamp2)에 공급되어, 플래시램프(Lamp2)내의 비활성 기체가 이온화되었으면, 플래시램프의 점등 상태를 유지하는 최소한의 전류인 시머 전류를 플래시램프(Lamp 2)가 소비한다. 이러한 플래시램프(Lamp2)의 시머동작 온 상태에서 시머전압은 첨부한 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 고주파 직류전압의 파형을 가진다. 이를 통해 플래시램프의 점등상태를 유지하는 시머전압과 시머전류의 실효값은 감소한다.

플래시램프(Lamp2)의 시머동작 온상태에서 시머동작 감지부(212)의 션트저항(R1) 양단에 전압차가 발생하고 이를 통해 포토커플러(PC)의 출력신호가 마이크로콘트롤러제어부(220)에 전달된다.

이때, 마이크로콘트롤러제어부(220)는 포토커플러(PC)의 출력신호가 입력될 경우 스위치(301)의 스위칭 동작을 중단시키고 이를 통해 트리거펄스발생부(213)의 트리거 동작은 종료된다. 이 경우, 트리거 동작의 종료 상태는 소정의 신호가 있을 때까지는 유지되기 때문에 트리거펄스 발생동작의 종료를 유지하기 위한 전력손실은 발생하지 않는다. 상기 소정의 신호는 사용자의 요청에 의해 발생할 수도 있으며 미리 정해진 조건이 만족하면 발생할 수도 있다. 미리 정해진 조건은 예컨대, 현재의 시간이 임의의 시간에 도달하거나 하는 등이 될 수 있다.

또한, 이상과 같은 시머동작 상태를 유지하는 과정에서 상용교류전원이 오프되는 경우가 발생하였을 때 재차 상용교류전원이 입력되는 경우라도 플래시램프용 점등 장치가 가동상태로 진입하지 않고 오프상태를 유지한다.

구체적으로 설명하면, 상용교류전원이 입력 중단되어 플래시램프가 오프되면, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 소정의 신호가 입력되기 전까지 플래시램프를 온하지 않는다. 다시 말해, 마이크로콘트롤러 제어부(220)는 소정의 신호가 입력되지 않으면, 트리거펄스 발생부(213) 및 고주파 발생부(202)를 동작시키지 않는다. 이는 고주파발생부(202)와 트리거펄스발생부(213)의 동작이 마이크로콘트롤러제어부(220)를 통한 소정의 신호에 의해서만 이루어지기 때문이다.

또한, 플래시램프의 노후화 등에 기인한 트리거 및 시머 불능 상황에 대비하고자 마이크로콘트롤러제어부(220)의 트리거펄스발생 시도횟수를 일정 횟수(예를 들어 10번)로 제한하고 일정 횟수 시도 후 시머동작 감지부(212)의 출력신호가 없을 경우 마이크로콘트롤러 제어부(220)에서 고주파 발생부(202)의 동작을 중단시켜 플래시램프용 점등 장치의 동작을 종료시킨다.

이러한, 마이크로콘트롤러 제어부의 동작을 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 마이크로콘트롤러 제어부는 먼저 단계 710에서 플래시램프 점등이 요청되었는 지를 판단한다. 전술한 바와 같이, 플래시램프의 점등 요청은 사용자에 의해 이루어지거나, 미리 정해진 조건이 충족되는 경우 발생할 수 있다.

플래시램프의 점등이 요청되면, 마이크로콘트롤러 제어부는 단계 720에서 트리거펄스 발생을 위한 스위칭 동작을 실행한다. 구체적으로, 마이크로콘트롤러 제어부는 트리거펄스 발생부에 포함된 트리거펄스 배압 회로에 전압을 제공하는 스위치를 미리 결정된 턴온 구간만큼 턴온하는 스위칭 동작을 수행한다. 그에 따라, 트리거펄스 배압 회로는 입력 전압을 제공받아 일반적으로 입력 전압보다 큰 전압을 출력한다.

동시에, 마이크로콘트롤러 제어부는 상용 전원으로부터 발생된 직류 전원을 플래시램프의 동작을 위한 전압을 발생시키는 컴포넌트들, 즉, 배압회로(210), 고주파 정류부(211)로 제공하기 위한 고주파 스위칭 컨버터(201)의 스위칭 동작을 제어하는 고주파 발생부(202)를 동작시킨다.

이어서, 마이크로콘트롤러 제어부는 시머 동작을 감지하였는 지를 판단한다. 시머 동작은 플래시램프(Lamp2)가 점등된 후 플래시램프의 점등 상태를 유지하는 최소한의 직류전류를 소비하는 동작인데, 시머동작 감지부(212)에 의해 감지된다. 시머동작 감지부(212)는 시머 동작을 감지하면 이를 나타내는 출력 신호를 마이크로콘트롤러 제어부에 제공한다.

마이크로콘트롤러 제어부는 시머 동작 온상태를 나타내는 신호를 수신하였는 지를 판단함으로써 시머 동작을 감지할 수 있다. 시머 동작을 감지하였으면 마이크로콘트롤러 제어부는 단계 740에서 스위치(301)의 스위칭 동작을 중단함으로써 트리거펄스발생부(213)의 트리거 동작은 종료시킨다. 즉, 마이크로콘트롤러 제어부는 단계 740에서 트리거펄스 발생 동작을 종료한다.

마이크로콘트롤러 제어부는 시머 동작을 감지하지 않았으면 단계 750으로 진행하여 스위치(301)의 스위칭 동작 횟수가 미리 결정된 스위칭 횟수를 초과하였는 지를 판단한다.

스위치(301)의 스위칭 동작 횟수가 소정 스위칭 횟수를 초과하였으면, 마이크로콘트롤러 제어부는 단계 760에서 상용 전원을 차단한다. 구체적으로 마이크로콘트롤러 제어부는 고주파 발생부(202)의 동작을 중단시킴으로써 상용교류전원이 시머 구동부로 전압이 인가되지 않도록 하여 플래시램프용 점등 장치의 동작을 종료시킨다.

이와 같이, 본 발명은 기존 플래시램프용 점등 장치에서 플래시램프의 트리거펄스 및 시머전류 공급의 온/오프제어와, 상용교류전원에 순단 현상이 발생하였을 경우 장치의 원치 않는 가동상태 방지와, 플래시램프의 노후화 등에 기인한 트리거 및 시머동작 불능 상황에 대비하고자 사용된 릴레이와 릴레이구동부와 릴레이구동 오프신호 발생부와 전원 온/오프감지부와 시스템동작모드스위치와 제 2앤드게이트와 타이머회로와 제 1앤드게이트와 인버터(INT)를 마이크로콘트롤러로 대체한다.

그에 따라 본 발명은 기존 플래시램프용 점등 장치보다 그 규모가 소형화되고 구조의 복잡성을 감소시킨 플래시램프용 점등 장치를 제공할 수 있다.이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위 에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 플래시램프용 초기점등방법의 블록구성 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 플래시램프용 초기점등방법의 블록구성 예시도,

도 3은 도 2에 도시되어 있는 본 발명에 따른 플래시램프용 초기점등방법의 실제 회로 구성 예시도,

도 4는 본 발명에 따른 부고전압 측정 파형 그래프를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 고전압 측정 파형 그래프를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 시머전압 측정 파형 그래프를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 마이크로콘트롤러 제어부의 동작을 나타낸 도면.

Claims

플래시램프용 점등장치에 있어서,

상용교류전원이 정류되어진 구동전원을 입력받아 고주파 교류전원으로 변화시켜 출력하는 고주파 스위칭 컨버터와,

상기 고주파 스위칭 컨버터에서 출력되는 교류전원을 1차측 코일에 입력받아 2차측 코일에 유도시키는변압기와,

상기 변압기의 2차측 코일에 유도된 교류 전원을 제공받아 부고전압과 시머전압을 생성하고 출력하여 플래시램프의 점등상태를 유지시키는 시머 구동부와,

상기 플래시램프를 이온화시키기 위한 전압을 발생시키는 트리거펄스 발생부와,

상기 고주파 스위칭 컨버터의 상기 변압기로의 스위칭 동작을 제어하는 고주파 발생부와,

사용자 요청에 의해 발생되는 신호 또는 미리 결정된 조건이 충족되면 발생되는 신호에 따라 상기 고주파 발생부와 상기 트리거펄스 발생부에 제어신호를 출력하는 마이크로콘트롤러 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등장치.
제 1항에 있어서,

상기 시머 구동부는

상기 고주파발생부의 온동작시 상기 변압기로부터 고주파 교류 전압을 입력 받아 상기 고주파 교류 전압 보다 높은 고주파 직류전압을 발생시키는 배압회로와,

상기 고주파발생부의 온동작시 상기 변압기로부터 고주파 교류 전압을 입력받아 정류하는 고주파정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제1항에 있어서,

상기 시머 구동부의 동작을 감지하여 시머 동작을 나타내는 신호를 마이크로콘트롤러제어부로 출력하는 시머 동작 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제3항에 있어서,

상기 시머 동작 감지부는 상기 시머 구동부와 상기 플래시램프 사이에 연결되어 상기 시머 구동부에 연결된 단자의 전압과 상기 플래시램프에 연결된 단자의 전압차가 발생하면 상기 시머 동작을 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
삭제
제3항에 있어서,

상기 사용자 요청에 의해 발생되는 신호 또는 미리 결정된 조건이 충족되면 발생되는 신호는 상기 시머 동작을 나타내는 신호인 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제1항에 있어서,

상기 트리거펄스 발생부는

외부 또는 내부 저전압을 입력받아 고주파 교류 전압을 발생시키는 트리거펄스 변압기와,

상기 외부 또는 내부 저전압을 상기 트리거펄스 변압기로 스위칭하는 스위치와,

상기 트리거펄스 변압기로부터 고주파 교류 전압을 제공받아 고주파 직류 전압을 발생시키는 배압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제7항에 있어서,

상기 마이크로콘트롤러 제어부는 미리 결정된 신호에 따라 상기 스위치에 관련한 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제6항에 있어서,

상기 마이크로콘트롤러 제어부는 스위치를 미리 결정된 턴온 구간 동안 턴온하는 스위칭 동작을 상기 시머 동작을 나타내는 신호를 수신할 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제9항에 있어서,

상기 마이크로콘트롤러 제어부는 상기 스위치를 미리 결정된 턴온 구간 동안 턴온하는 스위칭 동작의 횟수가 미리 결정된 스위칭 횟수를 초과하면 상기 고주파발생부의 동작을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제7항에 있어서,

상기 스위치는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)인 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.
제7항에 있어서,

상기 트리거펄스 발생부는 상기 스위치의 스위칭 횟수를 제어하여 출력 전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 플래시램프용 점등 장치.