KR101401719B1 - 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 HID램프 교체 알림 장치에 관한 것으로서, 차량의 HID램프 노후화가 감지되면 해당 HID램프의 교체를 경고함을 특징으로 한다. 본 발명의 차량용 HID램프 교체 알림 장치는 스위칭 전압을 출력하는 SMPS와, 상기 SMPS에서 출력된 스위칭 전압을 승압시켜 램프전압 및 램프전류로서 2차측으로 출력하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에서 승압된 램프전압을 정류하여 DC전압으로 변환하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부에서 출력된 DC전압을 사각파 AC전압으로 변환하여 HID램프에 인가하는 H-브리지와, 상기 HID램프의 노후화를 경고 알람하는 LED경고등과, 상기 트랜스포머의 2차측에 출력되는 램프전압과 램프전류를 입력받아 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어신호를 상기 SMPS로 전송하며, 상기 램프전압이 임계치 이상일 경우에는 상기 LED경고등을 점등시킨다.

Description

차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치{Apparatus for alerting HID lamp replacement}

본 발명은 차량의 에이치아이디(HID)램프의 노후화가 감지되면 해당 HID램프의 교체를 경고하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 야간 운행 시에 전조등을 할로겐램프로 사용하고 있으며, 할로겐램프는 비교적 낮은 전압에서도 간편하게 점등시킬 수 있으나, 휘도와 밝기가 비교적 낮고 연색성이 좋지 않으며, 수명이 비교적 짧다는 문제점이 있다. 이러한 할로겐램프의 문제점을 해결하기 위하여 할로겐램프의 밝기와 휘도를 유지하면서 비교적 수명이 길고 연색성이 뛰어난 에이치아이디램프(HID; High Intensity Discharge Lamp; 고휘도 방전 램프, 이하 'HID램프'라 함)가 사용되어지고 있다. 상기 HID램프를 점등시키고 안정된 빛을 유지시키기 위해서 필요한 것이 HID램프 안정기(Ballast)이다.

도 1은 일반적인 HID램프 안정기의 내부 구성 블록도이다.

상기 도 1에서 도시한 바와 같이 HID램프 안정기(100; Ballast)의 구성 블록은, SMPS(110; Switching Mode Power Supply), 정류부(120), 사각파 AC 전압을 만 들기 위한 H-브리지부(130; H-Bridge), 점화용 고압발생을 위한 점화부(140;Igniter), 2차측 출력에 따른 피드백을 수행하는 제어부(150)를 포함한다.

상기 HID램프 안정기(100)의 동작을 설명하면, 초기 입력전압(DC9V~16V)이 인가되면 SMPS(110)에서 100KHz~500KHz의 스위칭 전압이 만들어진 후 트랜스포머에서 승압이 이루어지고 승압된 전압이 정류부(120)에서 정류됨으로써 DC380V ~ DC500V 전압이 만들어진다. 이 전압으로 점화부(140)에서는 20KV 이상의 고압펄스를 발생시키고 이 고압펄스로 HID램프(160)를 점화시킨다.

상기 HID램프(160)가 점화한 후 곧 이어서 SMPS(110)에서는 트랜스포머 2차측 정류된 전압이 DC70~110V가 되도록 한 후 H-브리지부(130)에서 200Hz~500Hz의 사각파 전압을 만들어 HID램프(160)에 공급한다. 그리고 HID램프(160)가 점화하고 일정 시간이 지나서 안정화되면 HID램프(160)의 정격전력(현재 사용되는 HID램프는 35W가 표준임) 제어가 필요하게 된다.

HID램프(160)의 전력제어에 있어서 입력전압의 변동 및 여러 조건의 변화에도 불구하고 점등 유지 시에 정격전력(35W)을 유지하기 위한 전력제어는 매우 중요하다.

상기 정격전력을 유지하기 위한 전력제어는 도 2에 도시한 바와 같이, HID램프(160)에 인가되는 램프전압 및 램프전류를 측정하여 제어부(150)에서 전류제어 신호를 PWM IC(111)로 인가함으로써 정격전력을 유지하게 한다. 이를 위하여 SMPS(110)내에 있는 PWM IC(111)는 제어부(150)로부터 전류제어 신호를 받아서 내부 증폭기(112; error AMP)를 거치게 하고, 이를 오실레이터 전압과 비교(113)하고 내부 로직을 거친 후 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)된 신호를 스위칭 소자인 MOSFET(114)으로 출력한다.

이때, 제어부(150; MCU; Main Control Unit)는 상기 전류제어 신호를 PWM IC9111)로 인가하기 위하여, 피드백 받은 램프전류와 램프전압을 이용하여 소모전력(P=VI)을 연산하고, 상기 연산된 소모전력과 미리 설정되어 있는 정격전력(예컨대, 35W)을 비교하여 그 차이만큼 SMPS(110)의 전압제어 부분을 가감 보상하는 전류량 제어신호를 상기 SMPS에 전송함으로써, HID램프(160)에 가해지는 소모전력이 정격전력을 유지하도록 한다.

그런데 HID램프(160)가 초기에는 전압이 보통 약 85V 이지만, 오랜 기간 사용하게 되면 이 전압은 조금씩 상승하게 된다. 이때 안정기는 35W 전력을 맞추기 위해 HID램프의 노후화로 인해 증가하는 전압에 반비례하여 전류를 조금씩 낮추어서 35W 전력제어가 지속되어지도록 한다.

즉, HID램프(160)가 사용시간의 경과에 따라 노후화가 진행되면 전압이 유지되는 기간 동안에서도 균일한 방전전류가 흐르지 않고 순간 소모전력이 변동하게 된다. 특히, H-브리지의 출력인 사각파 AC 파형이 바뀌는 지점에서는 HID램프 내부의 이온화된 전자의 흐름이 전압의 방향이 바뀜에 따라 역방향으로 흘러야 하나 운동성의 노후화로 인해 HID램프의 특성이 균일하지 않고 순간적으로 점등이 정지되거나 HID램프의 불 밝기가 흔들린다. 전력제어가 정확히 되지 않아 HID램프가 소등 된 후 HID램프의 전압이 일정전압 이상 올라가면, 안정기는 다시 HID램프를 점등하게 된다.

상기와 같이 HID램프(160)의 노후화로 인해 HID램프가 온/오프(점등/소등) 반복하거나 소등하면, 운전자는 이러한 HID램프의 오동작을 육안으로 확인하고 나서야 HID램프의 노후화로 인해 수명이 다 되었다는 것을 알 수 있다.

결국, 운전자는 HID램프의 오동작이 발생되어 그 오동작을 육안으로 확인하기 전까지는 HID램프의 노후화를 확인할 수가 없어, HID램프 오동작 전에 미리 HID램프를 교체하는 등의 예방 조치를 취하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 HID램프의 노후화를 감지하여 운전자에게 사전에 이를 미리 경고해주어, 운전자가 HID램프 오동작 전에 미리 HID램프를 교체할 수 있도록 한다.

본 발명의 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치는 차량의 에이치아이디램프를 구동시키는 램프전압이 임계치 이상이 될 경우, 에이치아이디램프 교체를 알리는 LED경고등을 점등시킨다.

또한, 본 발명의 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치는 스위칭 전압을 출력하는 SMPS와, 상기 SMPS에서 출력된 스위칭 전압을 승압시켜 램프전압 및 램프전류로서 2차측으로 출력하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에서 승압된 램프전압을 정류하여 DC전압으로 변환하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부에서 출력된 DC전압을 사각파 AC전압으로 변환하여 에이치아이디램프에 인가하는 H-브리지와, 상기 에이치아이디램프의 노후화를 경고 알람하는 LED경고등과, 상기 트랜스포머의 2차측에 출력되는 램프전압과 램프전류를 입력받아 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어신호를 상기 SMPS로 전송하며, 상기 램프전압이 임계치 이상일 경우에는 상기 LED경고등을 점등시킨다.

상기 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치는, 상기 에이치아이디램프의 초기 점등 시에 상기 정류부에서 출력된 DC전압을 고압펄스로 하여 상기 에이치아이디램프를 점등시키는 점화부를 더 포함한다.

상기 LED경고등은 차량은 운전계기판에 구비됨을 특징으로 하며, 상기 임계치는 110[V] 임을 특징으로 한다.

상기 램프전압은 상기 트랜스포머의 2차측에서 출력되는 전압을 분배시킨 분배전압임을 특징으로 한다.

본 발명은 에이치아이디램프의 교체 시기가 도래하면 이를 감지하여 경고함으로써, 운전자가 에이치아이디램프 오동작 전에 미리 에이치아이디램프를 교체할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 HID램프 교체 알림 장치를 도시한 블록도 이다.

자동차 내의 사용조건에는 입력전압의 수시변동, 자동차 내의 다른 부하의 동작여부에 따른 순간전압강하, 광범위한 사용온도 범위에 따른 HID램프 소모전력의 제어를 정밀하게 하지 않으면 순간 광량변동이 발생할 수 있다. HID램프는 점화 시에 HID램프 자체온도 및 외부온도에 소모전력량이 매우 민감하고 점등유지 시에 입력전압에 매우 민감하다. 즉, HID램프에 공급되는 전압이 조금만 높아지거나 낮아져도 소모전력은 높아진 전압변동분 또는 낮아진 전압변동분의 자성에 비례하여 증가 또는 감소한다. 또한, 실제 HID램프 소모전력이 정격전력보다 많으면 HID램프 특성상 급격한 수명단축을 초래하고 소모전력이 정격전력보다 낮으면 점등이 정지된다.

이하, 본 발명의 실시 예에서는 안정기에서 이루어지는 전력제어를 이용한 HID램프의 교체 알림 장치를 설명한다.

SMPS(110; Switching Mode Power Supply)는 초기 DC전압(DC9V~16V)을 입력받아 펄스폭변조 형태의 100KHz ~ 500KHz의 스위칭 전압을 출력한다. SMPS(110)내에 있는 PWM IC(111)는 제어부(150)로부터 전류제어 신호를 받아서 내부 증폭기(112; error AMP)를 거치게 하고, 이를 오실레이터 전압과 비교(113)하고 내부 로직을 거친 후 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)된 신호를 스위칭 소자인 MOSFET(114)으로 출력한다.

트랜스포머는 상기 SMPS에서 출력 전압을 승압시킨 전압 및 전류(이하, 램프 전압, 램프전류라 함)를 2차측을 통해 정류부(120)로 출력한다.

정류부(120)는 상기 트랜스포머로부터 승압된 전압을 정류하여 DC380V ~ DC500V의 전압을 출력하고, H-브리지(130)는 정류부에서 출력된 DC 전압을 200Hz ~ 500Hz 형태의 사각파 AC전압으로 변환하여 HID램프로 출력한다.

점화부(140)는 코일의 상호 유도 작용을 통해 정류부의 정류된 전압으로부터 HID램프를 초기 시동시킬 높은 고압펄스인 이그나이터 전압을 발생시킨다.

LED경고등(300)은 HID램프(160)의 노후화가 감지될 때 점등되는 경고등으로서, 제어부(150)는 램프전압이 미리 설정한 임계치 이상이 될 때 HID램프가 노후화되었다고 판단하고 상기 LED 경고등을 점등시킨다.

제어부(150; MCU; Main Control Unit)는 트랜스포머의 2차측에 검출저항에서 검출된 램프전류와 램프전압을 입력받는다. 상기 램프전압은 트랜스포머의 2차측 전압을 그대로 입력받아 사용할 수 있지만, 트랜스포머의 2차측에 연결된 저항을 이용한 분배전압으로서 램프전압으로 사용할 수 있다.

상기 제어부(150)는 검출되는 램프전류와 램프전압을 각각 피드백받아서, 소모전력(P=VI)을 연산하고, 상기 연산된 소모전력과 미리 설정되어 있는 정격전력(예컨대, 35W)을 비교하여 그 차이만큼 SMPS(110)의 전압제어 부분을 가감 보상함으로써, HID램프(160)에 가해지는 소모전력이 정격전력을 유지하는 정전력 제어를 수행한다.

즉, 제어부(150)는 HID램프 실제 소모 전력량과 기준전력(예컨대, 35W)를 비교하여 그 차이를 제어부의 PWM출력을 이용하여 SMPS의 전류량 제어단자로 전송하 고, SMPS는 1차측 스위칭 주파수를 가감하여 2차측으로의 전달전력을 제어하여 HID램프에서의 소모전력이 정격전력이 35W에 이르게 한다. 따라서, 예컨대, 트랜스포머 2차측으로 정해진 크기의 전력량이 전달되면(예컨대, 35W가 전달되고 회로손실은 없다고 가정함), 정해진 전력량에서 부하전류(예컨대, 35W, 정격전압 85V, 정격전류 35/85=412mA)가 정격전류보다 작으면 전압이 정격전압보다 높아지고(이는 1차측에서 정격전력을 보내오기 때문임), 부하전류가 높으면 전압이 낮아진다.

한편, HID램프가 초기에는 전압이 보통 약 85V 이지만, 오랜 기간 사용하게 되면 이 램프전압은 조금씩 상승하게 된다. 이때 안정기는 35W 전력을 맞추기 위해 전압에 반비례하여 전류를 조금씩 낮추어서 35W 전력제어가 지속되어지도록 한다.

상기와 같이 HID램프(160)가 사용시간의 경과에 따라 노후화가 진행되면 램프전압이 상승하게 되는데, 일정 임계치(예컨대, 110V) 이상의 전압이 넘게 되면 균일한 방전전류가 흐르지 않고 순간 소모전력이 변동하게 되어 HID램프의 특성이 균일하지 않고 순간적으로 점등이 정지되거나 HID램프의 불 밝기가 흔들린다. 특히, 사각파 AC 파형이 바뀌는 지점에서는 HID램프 내부의 이온화된 전자의 흐름이 전압의 방향이 바뀜에 따라 역방향으로 흘러야 하나 운동성의 노후화로 인해 HID램프의 특성이 균일하지 않아 안정적인 점등이 이루어지지 않을 수 있다.

따라서 제어부(150)는 상기 램프전압이 HID램프의 노후화로 인해 임계치 이상의 전압값을 가질 때 이를 운전계기판을 통해 운전자에게 HID램프 교체 알람 신호를 출력할 수도 있다. 하지만, 이는 일예일뿐 본 발명은 이에 국한되지 않고 발라스트의 외부에 LED 경고등과 같은 경고 수단을 배치할 수도 있는 등 운전자에게 HID램프 교체 알람 신호를 출력하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다. 운전자는 이러한 HID램프 교체 알람 신호를 통하여 사전에 HID램프 교체 등의 조치를 취하여 안전 운전을 위한 주행 상태를 유지할 수 있다.

이를 위하여 제어부(150)가 직렬로 연결된 LED경고등(300)을 구비하고 있어, 램프전압이 임계치를 넘을 때에는 상기 LED경고등(300)을 점등시키는 기능을 수행한다. 안정기 내의 제어부(150)는 전력제어를 위해 지속적으로 램프전압을 입력받고 있기 때문에, 램프의 노후화로 인해 입력되는 램프전압이 임계치(110V) 이상이 됨을 감지하면, 상기 LED경고등(300)을 점등시켜 운전자가 램프의 교체시기를 알 수 있도록 할 수도 있다.

상기 LED경고등(300)은 운전계기판에 설치되어 있어, 운전자가 주행 중에 손쉽게 램프 교체 시기를 알 수 있도록 한다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 일반적인 HID램프 안정기의 내부 구성 블록도이다.

도 2는 HID램프 안정기의 세부 회로도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 HID램프 교체 알림 장치를 도시한 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 안정기 110: SMPS

120: 정류부 130: H-브리지

140: 점화부 150: 제어부

300: LED경고등

Claims (6)

1. 차량용 에이치아이디램프로서,

   스위칭 전압을 출력하는 SMPS; 상기 SMPS에서 출력된 스위칭 전압을 승압시켜 램프전압 및 램프전류로서 2차측으로 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 승압된 램프전압을 정류하여 DC전압으로 변환하여 출력하는 정류부; 상기 정류부에서 출력된 DC전압을 사각파 AC전압으로 변환하여 에이치아이디램프에 인가하는 H-브리지; 상기 에이치아이디램프의 노후화를 경고 알람하는 LED경고등; 상기 트랜스포머의 2차측에 출력되는 램프전압과 램프전류를 피드백 입력받아 소모전력을 연산한 후, 미리 설정된 정격전력과 상기 소모전력의 차이에 따른 전류량 제어신호를 상기 SMPS로 전송하여 상기 에이치아이디램프에 가해지는 소모전력이 상기 정격전력을 유지하도록 하며, 상기 램프전압이 임계치 이상일 경우에는 상기 LED경고등을 점등시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치는, 상기 에이치아이디램프의 초기 점등 시에 상기 정류부에서 출력된 DC전압을 고압펄스로 하여 상기 에이치아이디램프를 점등시키는 점화부를 더 포함하는 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 LED경고등은 차량은 운전계기판에 구비됨을 특징으로 하는 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 임계치는 110[V] 임을 특징으로 하는 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 램프전압은 상기 트랜스포머의 2차측에서 출력되는 전압을 분배시킨 분배전압임을 특징으로 하는 차량용 에이치아이디램프 교체 알림 장치.
6. 삭제

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