KR101413696B1 - 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기 및 방법 - Google Patents

적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기(10)에 관한 것이고, 상기 전자 안정기는 입력 스테이지(12) 및 출력 스테이지(14)를 포함하고, 상기 입력 스테이지(12)는 출력 스테이지(14)에 대한 직류 동작 전압을 그 출력에 제공하기 위해 설계되고, 역률 보정을 위한 다수의 부분 장치들(20a 내지 20c)를 포함하는 역률 보정 장치(20) ― 상기 부분 장치들은 서로 병렬로 접속됨 ―, 및 n개의 부분 장치들(20a 내지 20c)을 제어하기 위한 제어기(22)를 더 포함하고, 상기 역률 보정 장치(20)의 출력부에 제공될 전력은 현재 제공될 전체 전력(Pges)이고, 상기 부분 장치 i에 의해 제공될 전력은 부분 장치 i의 현재 제공될 부분 전력(Pteili)이고, 상기 제어기(22)는 현재 제공될 부분 전력들(Pteili)이 서로 상이하도록 현재 제공될 부분 전력들(Pges)의 함수로서 적어도 하나의 제 1 및 제 2 부분 장치(20a 내지 20c)를 제어하도록 구성된다. 게다가, 본 발명은 대응하는 안정기(10) 상에서 적어도 하나의 방전 램프(LA)를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기 및 방법{ELECTRONIC BALLAST AND METHOD FOR OPERATING AT LEAST ONE DISCHARGE LAMP}
본 발명은 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기에 관한 것이고, 상기 전자 안정기는 입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하고, 상기 출력 스테이지는 적어도 하나의 방전 램프를 접속시키기 위한 제 1 출력 접속부 및 제 2 출력 접속부뿐 아니라, 제 1 출력 접속부 및 제 2 출력 접속부 사이에 제공된 출력 전력을 가변시키기 위한 제어 입력부를 가지며, 상기 입력 스테이지는 그 출력부에 출력 스테이지에 대한 DC 동작 전압을 제공하도록 설계되고, 상기 입력 스테이지는 교류 공급 전압을 접속시키기 위한 제 1 입력 접속부 및 제 2 입력 접속부; EMC 필터(EMC = 전자기 호환성); 정류기 ― 상기 EMC 필터는 제 1 입력 접속부 및 제 2 입력 접속부와, 정류기 사이에 결합됨 ―; 출력 스테이지에 DC 동작 전압을 제공하기 위한 캐패시터; 및 정류기 및 캐패시터 사이에 결합된 역률 보정 장치를 포함하고, 상기 역률 보정 장치는 병렬로 상호접속된 역률 보정을 위한 n개의 부분 장치들뿐 아니라, 상기 n개의 부분 장치들을 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고, 역률 보정 장치의 출력부에 제공될 전력은 현재 제공될 총 전력이고, 부분 장치 i에 의해 제공될 전력은 부분 장치 i의 현재 제공될 부분 전력이다. 게다가, 본 발명은 상기 전자 안정기 상에서 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 디밍 가능한(dimmable) 전자 안정기들, 즉 전자 안정기들에 의해 제공된 총 전력이 넓은 범위에서 가변될 수 있는 방식으로 제어될 수 있는 전자 안정기들에 관한 것이다. 예컨대, 제공될 300W의 총 전력을 위해 설계된 전자 안정기는 60%에서 180W의 총 전력, 및 20%에서 대략 60W의 총 전력을 제공한다.
첨부물(A1)의 표 1은 예컨대 각각의 PFC 스테이지에 의해 제공될 부분 전력의 함수로서 일반적인 전자 안정기의 3개의 병렬 접속된 PFC 스테이지들의 스위칭 주파수(fPFC)(PFC = 역률 보정)의 변화를 나타낸다. 따라서, 300W의 제공된 총 전력(PGes)을 가정하면, 즉 각각의 PFC 스테이지가 100W를 제공하면, 스위칭 주파수(fPFC)는 74.6kHz이다. 240W의 제공될 총 전력을 가정하면, 즉 각각의 PFC 스테이지가 80W의 부분 전력을 제공하면, 스위칭 주파수(fPFC)는 93.2 kHz이다. 120W의 제공될 총 전력을 가정하면, 즉 각각의 PFC 스테이지가 40W의 부분 전력을 제공하면, 스위칭 주파수(fPFC)는 이미 상당한 186 kHz로 상승한다. 마지막으로 스위칭 주파수(fPFC)는 60W의 제공될 총 전력을 가정하면, 즉 각각의 PFC 스테이지가 20W를 제공하면 심지어 372.9 kHz로 상승한다.
표 1에 나타낸 다음 추가 파라미터들은 다음 변수들에 관한 것이다: Unetz는 두 개의 입력 접속부들 사이에 접속된 교류 공급 전압의 rms 값이다. Inetz는 입력 접속부들을 통해 흐르는 전류의 rms 값이다. Inetz max는 입력 접속부들을 통해 흐르는 전류의 최대 값이고 Urail은 정류기의 출력부에 제공된 DC 동작 전압이다. 표 1의 중간 블록은 PFC 스테이지들, 즉 역률 보정을 위한 부분 장치들에 관한 변수들을 나타낸다. 따라서, L은 PFC 스테이지에 사용된 인덕터의 양이다. IL , max는 이런 인덕터를 통해 흐르는 최대 전류이다. Ton은 PFC 스테이지 스위치의 스위치 온 시간이고, Toff는 PFC 스테이지 스위치의 스위치 오프 시간이다. 마지막으로, 표 1의 최종 컬럼은 얼마나 많은 PFC 스테이지들이 각각 제공된 총 전력을 달성하기 위하여 동시에 동작하는가를 나타낸다.
전자 안정기들에 대해 결정된 EMC 표준, 현재 EN55015를 만족시키기 위하여, 전체 전력 범위, 즉 매우 넓은 범위의 스위칭 주파수(fPFC)에 대해 효과적이도록 EMC 필터를 설계하는 것이 요구된다. EMC 필터의 복잡성 및 비용들의 필연적인 증가가 존재한다. 게다가, 스위칭 주파수(fPFC)는 제공될 매우 작은 총 전력들에 대해 상당히 증가하여, 이 경우 역률 보정 장치의 효율성은 원하지 않는 방식으로 현저하게 감소한다.
그러므로 본 발명의 목적은 경제적인 EMC 필터의 사용이 가능해지도록 일반적인 안정기 및/또는 일반적인 방법을 추가로 개발하는데 있다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 전자 안정기, 및 청구항 제 14 항의 특징들을 가진 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 부분 장치들의 현재 제공될 부분 전력들이 서로 상이한 방식으로 현재 제공될 총 전력의 함수로서 적어도 제 1 및 제 2 부분 장치를 제어하도록 제어 장치가 설계될 때 상기 목적이 달성될 수 있다는 발견을 바탕으로 한다. 이런 기본적인 생각은 다양한 구현 가능성들을 열어두고, 바람직한 실시예들의 다음 설명을 미리 언급하지 않으면서 부분 장치들 중 적어도 하나를 완전히 턴 오프하거나, 상이한 부분 전력들이 제공되도록 상이한 부분 장치들의 크기를 설정하는데 있는 두 개의 바람직한 가능성들이 특히 언급된다. 이에 따라 임의의 경우 각각의 부분 장치들이 제공될 스위칭 주파수(fPFC) 및 부분 전력을 참조하여 상기 부분 장치들의 최적 동작 포인트 근처에서 항상 동작되도록 할 수 있는 것이 보장될 수 있다. 한편으로, 이것은 부분 장치들의 스위칭 주파수가 매우 좁은 범위 내에 있기 때문에, EMC 필터의 보다 바람직한 설계를 가능하게 한다. 게다가, 부분 장치들의 각각 최적 동작 포인트 근처에서의 동작으로 인해, 역률 개선 장치의 효율성은 디밍(dimmed) 동작의 경우 개선된다.
바람직한 실시예에서, 제어 장치는 현재 제공될 총 전력을 제공하기 위하여 m개의 부분 장치들만이 동작되는 방식으로 현재 제공될 총 전력의 함수로서 부분 장치들을 제어하도록 설계되고, m≤(n-1)이 참을 유지하고, n은 모든 부분 장치들의 수를 나타낸다. 이미 언급된 바와 같이, 이것은 부분 장치의 최적 동작 포인트 근처에서 각각의 부분 장치를 동작시키는 것의 가능성을 열어둔다. 이에 따라 스위칭 주파수(fPFC)를 낮은 값들로 유지하는 것은 가능하다.
역률 보정 장치에 의해 현재 제공될 총 전력은 아날로그 또는 디지털 제어 신호, 특히 디밍 신호를 평가함으로써 바람직하게 결정된다. 특히 소위 DALI 신호에 대해 여기에서 언급된다. 결과적으로, 순서적으로 출력 스테이지에 일반적으로 결합되는 인버터의 스위치들을 제어하기 위하여 여기서 평가될 신호는 또한 역률 보정 장치의 부분 장치들을 제어하는 제어 장치에 공급된다.
대안적으로, 역률 보정 장치에 의해 현재 제공될 총 전력은 전자 안정기에서 결정된 전기 변수들, 특히 역률 보정 장치의 입력부에 있는 전류 및 전압, 역률 보정 장치의 출력부에 있는 전류 및 전압, 및/또는 출력 스테이지의 출력부에 있는 전류 및 전압을 평가함으로써 결정될 수 있다. 상기 전기 변수들이 전자 안정기의 다른 제어를 위하여 임의의 경우 결정될 수 있다는 것은 여기서 특히 유리하다. 그러므로 이들은 또한 역률 보정 장치에 의해 현재 제공될 총 전력을 결정하기 위하여 큰 비용 없이 사용될 수 있다.
부분 장치들의 부분 전력들은 제 1 입력부 접속을 통하여 흐르는 전류의 반파(half wave) 시작시 위상 시프트가 할당될 수 있다. 제어 장치는 그 다음 현재 제공될 총 전력 및/또는 액티브(active) 부분 장치들의 수의 함수로서 액티브 부분 장치들 사이에서 위상 시프트를 가변시키기는 것에 특정 선호도를 가지고 설계된다. 예컨대, 만약 역률 보정 장치가 동일한 부분 전력을 출력하고 120°의 위상 시프트로 동작되는 3개의 부분 장치들을 포함하면, 이들 부분 장치들 중 하나가 턴 오프된 후, 위상 시프트는 두 개의 나머지 부분 장치들 사이에서 180°로 설정된다. 만약 부분 장치들이 제공될 다른 부분 전력들을 위해 설계되면, 액티브 부분 장치들의 수에 의해 분할된 360°와 다른 위상 시프트들은 유리할 수 있다.
특히 바람직한 실시예는 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들이 상이한 현재 부분 전력들을 제공하도록 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들을 제어하도록 제어 장치가 설계된다는 점에서 구별된다. 예컨대, 3개의 부분 장치들을 포함하는 역률 보정 장치의 경우, 부분 장치들이 그들 사이에서 제공될 총 전력을 50%, 30% 및 20%로 분할하는 것이 제공될 수 있다. 적어도 단지 하나의 부분 장치가 이 경우 낮은 부분 전력을 제공하도록 동작되기 때문에, 높은 총 레벨에서 역률 보정 장치의 효율성을 유지하는 것은 여기서 가능하다.
대안적으로 또는 부가적으로, 현재 부분 장치들의 수에 따라, 제어 장치는 추가로 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들이 동일한 현재 부분 전력들을 제공하도록 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들을 제어하도록 설계될 수 있다. 제공될 총 전력은 예컨대 3개의 부분 장치들의 경우 40%, 40%, 20%로 미리 분할될 수 있다. 또한 여기서 종래 기술로부터 공지된 절차의 모드의 경우보다 높은 역률 보정 장치의 효율성을 달성하는 것은 가능하다.
게다가, 부분 장치가 최대 현재 부분 전력을 위해 설계될 때, 제 1 또는 추가 부분 장치를 스위칭 오프하기 위한 동작 포인트가 현재 제공될 총 전력의 감소가 발생할 때 (현재 제공될 총 전력)/(액티브 부분 장치들의 수-1) = 팩터(A) * (최대 현재 부분 전력)과 같이 선택되는 것은 바람직하고, 이것은 0.8 <= A <= 1인 팩터(A)에 대해 참을 유지한다. 따라서, 드롭-바이(drop-by) 디밍이 발생할 때 제 1 또는 추가 부분 장치를 턴 오프함으로써 그들의 최대 전류 부분 전력들의 80 내지 100% 범위 내에서 나머지 부분 장치들을 동작시키는 것이 가능할 때까지 제공될 총 전력이 강하할 때 액티브 부분 장치들 중 하나가 턴오프 된다.
대조하여, 하나의 부분 장치가 최대 현재 부분 전력을 위해 설계될 때 추가 부분 장치를 스위칭 온하기 위한 동작 포인트가 현재 제공될 총 전력이 증가하는 경우 (현재 제공될 총 전력)/(액티브 부분 장치들의 수) = 팩터(B) * (최대 현재 부분 전력)와 같이 선택되는 것이 제공될 수 있고, 이는 0.8 <= B <= 1인 팩터(B)에 대해 참을 유지한다. 따라서, 현재 제공될 총 전력에 대해 액티브 부분 장치들은 그들의 최대 현재 부분 전력의 80 내지 100% 범위에서 동작되고, 추가 부분 장치는 현재 제공될 총 전력이 추가로 증가되면 동작된다. 부분 장치들의 연속적인 턴 온 및 턴 오프는 적당하게 선택된 히스테리시스들에 의해 방지될 수 있다.
두 개의 최종 언급된 조치들은 각각의 부분 장치들이 설계된 범위 내에서 항상 동작되는 것을 보장한다. 다른 한편 부분 장치의 최적 턴 오프 및/또는 턴 온은 역률 보정 장치는 가능한 한 항상 최적 효율성으로서 그리고 가능한 한 낮은 스위칭 주파스(fPFC)에 의해 구분 지어지는 범위 내에서 항상 동작되도록 고정된다.
게다가, 이는 제공될 최대 총 전력에 대해 제공될 최대 총 전력 = 팩터(C) * (제공될 최대 부분 전력들의 합)을 유지할 때 바람직하고, 이는 0.8 <= C <= 1인 팩터(C)에 대해 참을 유지한다.
각각의 부분 장치는 바람직하게 전자 스위치를 포함하고, 제어 장치는 불연속 모드로 부분 장치들을 동작시키도록 설계되고, 제어 장치는 현재 제공될 총 전력의 함수로서 전자 스위치의 스위치 온 시간을 가변시키도록 설계된다. 이런 조치는 특히 구현하기 쉽고 큰 비용 없이 본 발명의 기본 생각을 구현할 가능성에 기여한다. 이 경우, 부분 장치들은 간략화를 위해 동일하게 설계될 수 있고, 부분 장치는 턴 오프되고 및/또는 부분 장치는 각각의 부분 장치의 스위치를 다르게 구동함으로써만 상이한 부분 전력들을 제공하도록 동작된다.
이 경우, 제어 장치는 하나 또는 각각의 전자 스위치의 스위치 온 시간이 규정된 임계값 아래로 떨어질 때, 특히 부분 장치의 동작을 정지시키도록 설계될 수 있다. 이것은 특히 마이크로프로세서에 의해 쉽게 구현될 수 있고, 레지스터(register)가 스위치 온 시간을 결정하기 위해 이용된다. 레지스터의 용량(content)은 추가 레지스터에 저장된 규정된 임계값과 매우 쉽게 비교될 수 있다.
제어 장치는 하나 또는 각각의 전자 스위치의 스위치 온 시간이 규정된 임계값을 넘어 상승될 때, 추가 부분 장치를 동작시키도록 대응하여 설계될 수 있다.
추가 바람직한 실시예들은 종속항들로부터 뒤따른다.
본 발명의 전자 안정기를 참조하여 상기 제공된 바람직한 실시예들, 및 이들의 장점들은 상기 실시예들 및 장점들이 적용될 수 있는 범위까지 본 발명의 방법에 대해 대응하여 유효하다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 지금 첨부된 도면들을 참조하여 하기에 보다 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 전자 안정기의 예시적인 실시예의 설계 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 예시적인 실시예와, 종래 기술에 대해 제공될 총 전력에 대비한 스위칭 주파수(fPFC)의 비교를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 예시적인 실시예와, 종래 기술에 대해 제공될 총 전력에 대비한 스위칭 주파수(fPFC)의 비교를 도시한다.
첨부 A는 종래 기술로부터 공지된 일반적인 전자 안정기에 대한 다양한 전기 변수들을 도시한다.
첨부 A2는 본 발명의 전자 안정기의 제 1 예시적인 실시예와 제 2 예시적인 실시예에 대한 대응 전기 변수들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 전자 안정기(10)의 예시적인 실시예의 개략적인 설계도이다. 전자 안정기(10)는 입력 스테이지(12) 및 출력 스테이지(14)를 포함한다. 출력 스테이지(14)는 특히 인버터 및 램프 인덕터를 포함하는 다수의 전자 컴포넌트들(도시되지 않음)을 포함한다. 상기 출력 스테이지(14)는 방전 램프(LA)를 접속시키기 위한 제 1 출력 접속부(A1) 및 제 2 출력 접속부(A2)를 더 포함한다. 입력 스테이지는 제 1 입력 접속부(E1) 및 제 2 입력 접속부(E2)를 포함하고, 상기 제 1 접속부와 제 2 입력 접속부 사이에 교류 공급 전압(Unetz), 특히 선전압이 접속될 수 있다. 그 다음에 EMC 필터(16)가 있고 상기 EMC 필터에 정류 장치(18)가 접속된다. 그 다음에 본 경우 제어 장치(22)를 통하여 제어되는 3개의 병렬 접속된 PFC 스테이지들(20a 내지 20c)을 포함하는 역률 보정 장치(20)가 존재한다. 부분 전력(Pteil1 내지 Pteil3)은 각각의 부분 장치의 출력부에 제공된다. 역률 보정 장치(20)의 출력부에는 총 전력(PGes)이 제공되고, 상기 총 전력은 부분 장치들(20a 내지 20c)에 의해 제공된 부분 전력들(Pteil1 내지 Pteil3)의 합으로부터 형성된다. 역률 보정 장치(20)의 출력부에 제공된 캐패시터(C1)는 출력 스테이지(14)에서 DC 동작 전압으로서 소위 중간 회로 전압(UZW)을 제공한다. 출력 스테이지(14)는 제 1 출력 접속부(A1) 및 제 2 출력 접속부(A2) 사이에 제공된 출력 전력(PA)을 선택적으로 가변시키는 제어 입력부(St)를 가진다. 또한 예시적으로 부분 장치(20c)의 설계가 도시되고, PFC 스테이지들의 다른 실시예들은 마찬가지로 즉시 본 발명을 적용하기에 적당하다. 본 예시적인 실시예에서, PFC 스테이지는 전류(IL)가 흐르는 PFC 인덕터(L)를 포함한다. PFC 스테이지는 제어부(22)에 의해 제어되는 스위치(S1)뿐 아니라, 다이오드(D1) 및 캐패시터(C2)를 포함한다.
본 발명의 전자 안정기의 제 1 예시적인 실시예에 대한 첨부물(A2)에서 표 2에는, 첨부물(A1)에서 표 1과 관련하여 이미 도입된 것과 대응하는 다수의 전기 변수들이 지정된다. 이런 예시적인 실시예에서, 부분 장치들(20a 내지 20c)은 최대 부분 전력이 120 W의 Pteil1이도록 설계된다. 모두 3개의 PFC 스테이지들은 300 W의 총 전력(PGes)을 제공하도록 동작되고, 각각의 PFC 스테이지에 의해 제공된 전력은 100 W이고, 표 2의 라인 1을 참고하라. 라인 2에 따라, 종래 기술에서처럼 모두 3개의 PFC 스테이지들은 240W의 총 전력을 제공하도록 동작되어, 각각의 PFC 스테이지는 80W의 부분 전력을 제공한다. 그러므로 표 2의 제 1 라인 및 제 2 라인에 따른 스위칭 주파수들(fPFC)은 표 1의 제 1 라인 및 제 2 라인의 스위칭 주파수들(fPFC)에 대응한다. 표 2의 라인 3에 따라, 240W의 총 전력을 제공하도록 하나의 PFC 스테이지는 이제 턴 오프되고, 즉 단지 두 개의 PFC 스테이지들만 계속 동작하고, 상기 두 개의 PFC 스테이지들은 각각 120W의 부분 전력(Ptei1)을 제공한다. 3개의 PFC 스테이지들의 동작 동안 각각의 PFC 인덕터(L)를 통한 전류들의 위상 시프트는 120°만큼 서로 오프셋 되고, 두 개의 부분 장치들의 동작 동안 이런 위상 시프트는 180°이고 제어 장치(22)에 의한 적당한 제어에 의해 설정된다. 표 2의 라인 3으로부터 추측되는 바와 같이, 스위칭 주파수(fPFC)는 62.1 kHz로 강하한다. 라인 4에 따라, 120W의 총 전력(PGes)을 제공하기 위하여, 124.3 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)는 60W의 부분 전력을 각각 제공하는 두 개의 PFC 스테이지들의 동작 동안 도달된다. 만약 120W의 총 전력(PGes)이 하나의 PFC 스테이지를 동작시킴으로써 제공되면 ― 표 2의 라인 5 참조 ―, 스위칭 주파수(fPFC)는 62.1 kHz로 강하한다. 60W의 총 전력(PGes)이 3개의 PFC 스테이지들의 동작 동안 제공되었을 때, 이와 비교하여 스위칭 주파수(fPFC)는 표 1의 라인 3에 따라 186.4 kHz였고, 따라서 대략 3배 이상이다.
60W의 총 전력(PGes)과 단지 하나의 PFC 스테이지의 동작을 제공하기 위하여, 표 2의 라인 6에 따라, 124.3 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)에 도달하는 것은 가능하다.
372 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)는 표 1의 라인 4에 따른 3개의 PFC 스테이지들의 동작 동안 동일한 총 전력(PGes)를 제공할 때 요구된다.
도시를 위하여, 도 2b는 제 1 예시적인 실시예(점선) 및 연관된 종래 기술(실선)에 대해, 제공될 총 전력(PGes)에 대한 스위칭 주파수(fPFC)의 프로파일을 도시한다. 대응하는 총 전력들(PGes) 및 스위칭 주파수들(fPFC)은 도 2a에 제공된다.
도 2b는 어떻게 스위칭 주파수(fPFC)가 종래 기술의 경우 제공될 작은 총 전력들(PGes)의 경우 크게 증가하고, 본 예시적인 실시예에서 기껏 124 kHz인지를 도시한다. 가장 낮은 스위칭 주파수(fPFC)가 본 발명에 대해 여전히 대략 60 kHz이기 때문에, 그 결과는 요구된 스위칭 주파수들(fPFC) 중 작은 대역폭이고 이것은 극히 간단하므로, EMC 필터(16)의 경제적 설계를 유발한다.
부분 장치들(20a 내지 20c), 즉 100W의 최대 부분 전력을 제공하기 위한 개별 PFC 스테이지들은 첨부물(A2)의 표 3에 따른 예시적인 실시예에 나타난다. 300W의 총 전력(PGes)을 제공하기 위하여 모두 3개의 PFC 스테이지들은 동작되고, 각각의 PFC 스테이지는 100W의 부분 전력을 제공한다 ― 표 3의 라인 1 참조 ―. 200W의 총 전력(PGes)은 제공되고 모두 3개의 PFC 스테이지들은 표 3의 라인 2에 따라 동작되고, 그 결과는 112.0 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)이다. 만약 200W의 동일한 총 전력(PGes)이 두 개의 PFC 스테이지들만을 동작시킴으로써 제공되면 ― 상기 두 개의 PFC 스테이지들 각각은 100W에 기여하고, 표 3의 라인 3 참조 ―, 결과는 단지 74.6kHz의 스위칭 주파수(fPFC)이다.
각각의 PFC 스테이지가 50W의 부분 전력에 기여하는 방식으로 두 개의 PFC 스테이지들을 동작시킴으로써 100의 총 전력(PGes)을 제공하는 것은 149.1 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)를 형성한다. 만약 동일한 총 전력(PGes)이 단지 하나의 PFC 스테이지만을 동작시킴으로써 제공되면 ― 표 3의 라인 5 참조 ―, 그 결과는 74.6 kHz의 스위칭 주파수(fPFC)이다. 124.3 kHz의 스위칭 주파수(fPFC) ― 표 3의 라인 6 참조 ― 는 단지 하나의 PFC 스테이지만을 동작시킴으로써 60W의 총 전력(PGes)을 제공한다.
도 3b는 제 2 예시적인 실시예(점선) 및 대응하는 종래 기술(실선)에 대해 제공된 총 전력(PGes)에 대한 스위칭 주파수(fPFC)의 프로파일의 비교를 도시한다. 도 3a는 제공될 스위칭 주파수(fPFC)와 총 전력(PGes)의 연관된 값들을 제공한다. 종래 기술에서 스위칭 주파수(FPFC)가 작은 총 전력들(PGes)이 제공되면 가파르게 상승하는 반면, 제 2 예시적인 실시예의 경우 대략 75 내지 150 kHz 사이의 윈도우 내에 놓이는 것을 다시 한번 명확하게 알 수 있다. 이런 윈도우는 확실히 제 1 예시적인 실시예의 경우에서보다 약간 넓지만, 제 2 예시적인 실시예는 개별 PFC 스테이지들의 보다 경제적인 설계가 가능해지고, 즉 제 1 예시적인 실시예에서 개별 PFC 스테이지들은 120W의 부분 전력을 제공하도록 설계되지만, 개별 PFC 스테이지들에 대해 제 2 예시적인 실시예에서 100W의 설계는 충분하다.
도시된 예시적인 실시예들에서, 각각의 PFC 스테이지에 의해 제공된 전력은 개별 PFC 스테이지들의 스위치들의 스위치 온 시간(Ton) 및 스위치 오프 시간(Toff)을 가변시킴으로써 이루어진다. 도시된 두 개의 예시적인 실시예들과 무관하게, 본 발명은 또한 상이한 부분 전력들에 대해 부분 장치들의 크기를 설정하거나 제어 장치(22)에 의해, 특히 각각의 스위치(S1)의 스위치 온 및 스위치 오프 시간들을 가변시킴으로써 상이한 부분 전력들을 제공하기 위하여 동일한 부분 장치들을 제어하는 것을 커버한다. 총 전력(PGes)의 감소가 제공되면, 부분 장치는 부분 장치가 턴 오프된 후, 나머지 부분 장치들이 제공될 최대 부분 전력의 대략 80 내지 100%인 부분 전력으로 동작될 수 있는 것이 발생할 때마다 바람직하게 턴 오프된다. 반대로 제공될 부분 전력(PGes)이 증가하면, 부분 장치는 상기 부분 장치가 스위칭 온된 후 부분 장치들이 최대 전류 부분 전력의 80 내지 100%를 제공하도록 동작되는 것이 발생할 때 스위칭 온된다.
역률 보정 장치에 의해 현재 제공될 총 전력은 제어 입력부(St)에 적용된 신호를 평가하고, 또한 고려된다면, 특히 역률 보정 장치(20)의 입력부에 있는 전류 및 전압, 역률 보정 장치(20)의 출력부에 있는 전류 및 전압 및/또는 스테이지(14)의 출력부(A1,A2)에 있는 전류 및 전압에 대해 전자 안정기에서 결정된 전기 변수들을 평가함으로써 결정될 수 있다.
Figure 112010013355158-pct00001
Figure 112010013355158-pct00002
Figure 112010013355158-pct00003

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기로서,
    상기 전자 안정기는 입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하고, 상기 출력 스테이지는 상기 적어도 하나의 방전 램프를 접속시키기 위한 제 1 출력 접속부 및 제 2 출력 접속부뿐 아니라, 상기 제 1 출력 접속부 및 상기 제 2 출력 접속부 사이에 제공되는 출력 전력을 가변시키기 위한 제어 입력부를 가지며, 상기 입력 스테이지는 그 출력부에서 상기 출력 스테이지에 대한 DC 동작 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 입력 스테이지는,
    교류 공급 전압을 접속시키기 위한 제 1 입력 접속부 및 제 2 입력 접속부;
    EMC 필터;
    정류기 ― 상기 EMC 필터는 상기 제 1 입력 접속부 및 상기 제 2 입력 접속부와, 상기 정류기 사이에 결합됨 ―;
    상기 출력 스테이지에 상기 DC 동작 전압을 제공하기 위한 캐패시터; 및
    상기 정류기 및 상기 캐패시터 사이에 결합되는 역률 보정 장치(power factor correction device) ― 상기 역률 보정 장치는 병렬로 상호접속되는 역률 보정을 위한 n개의 부분 장치들(partial device)뿐 아니라 상기 n개의 부분 장치들을 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 역률 보정 장치의 출력부에 제공될 전력은 현재 제공될 총 전력이고, 상기 부분 장치 i에 의해 제공될 전력은 상기 부분 장치 i의 현재 제공될 부분 전력임 ― 를 포함하고,
    상기 제어 장치는 상기 부분 장치들의 현재 제공될 부분 전력들이 서로 상이한 방식으로 현재 제공될 총 전력의 함수로서 적어도 제 1 부분 장치 및 제 2 부분 장치를 제어하도록 구성되고,
    하나의 부분 장치는 최대 현재 부분 전력을 위해서 구성되고, 제 1 부분 장치 또는 추가 부분 장치를 스위칭 오프하기 위한 동작 포인트는 상기 현재 제공될 총 전력이 감소하는 경우에
    (현재 제공될 총 전력)/(액티브 부분 장치들의 수 - 1) = 팩터 A*(최대 현재 부분 전력)으로 선택되고,
    여기서 0.8 <= A <= 1인,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 m개의 부분 장치들만이 상기 현재 제공될 총 전력을 제공하도록 동작되는 방식으로 상기 현재 제공될 총 전력의 함수로서 상기 부분 장치들을 제어하도록 구성되고, 여기서 m≤(n-1)인,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 역률 보정 장치에 의한 상기 현재 제공될 총 전력이 아날로그 제어 신호 및 디지털 제어 신호로 구성되는 그룹으로부터 선택된 신호를 평가함으로써 결정되도록 상기 전자 안정기가 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 역률 보정 장치에 의한 상기 현재 제공될 총 전력이,
    상기 전자 안정기에서 결정된 전기 변수들을 평가하는 것,
    상기 역률 보정 장치의 출력부에서의 전류 및 전압을 평가하는 것, 및
    상기 출력 스테이지의 출력부에서의 전류 및 전압을 평가하는 것 중 적어도 하나에 의해 결정되도록 상기 전자 안정기가 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부분 장치들의 부분 전력들은 상기 제 1 입력 접속부를 통하여 흐르는 전류의 반파의 시작시에 위상 시프트를 할당받고,
    상기 제어 장치는 상기 현재 제공될 총 전력 및 액티브 부분 장치들의 수 중 적어도 하나의 함수로서 상기 액티브 부분 장치들 사이의 위상 시프트를 가변시키도록 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들이 상이한 현재 부분 전력들을 제공하도록 상기 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들을 제어하도록 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들이 동일한 현재 부분 전력들을 제공하도록 상기 적어도 두 개의 액티브 부분 장치들을 제어하도록 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하나의 부분 장치는 최대 현재 부분 전력을 위해 구성되고, 추가 부분 장치를 스위칭 온하기 위한 동작 포인트는 현재 제공될 총 전력이 증가하는 경우
    (현재 제공될 총 전력)/(액티브 부분 장치들의 수)) = 팩터 B * (최대 현재 부분 전력)으로서 선택되고, 여기서 0.8 <= B <= 1인,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제공될 최대 총 전력에 대하여,
    제공될 최대 총 전력 = 팩터 C * 제공될 최대 부분 전력들의 합
    이고, 여기서 0.8 <= C <= 1인,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    각각의 부분 장치는 전자 스위치를 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 부분 장치들을 불연속 모드로 동작시키도록 구성되며, 상기 제어 장치는 현재 제공될 총 전력의 함수로서 상기 전자 스위치의 스위치 온 시간을 가변시키도록 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 하나 또는 각각의 전자 스위치의 상기 스위치 온 시간이 규정가능한 임계값 미만으로 떨어졌을 때 부분 장치를 동작 중지(deactivate)시키도록 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 하나 또는 각각의 전자 스위치의 상기 스위치 온 시간이 규정가능한 임계값을 초과하여 상승될 때 추가 부분 장치를 동작시키도록 설계되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  13. 입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하는 전자 안정기 상에서 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 출력 스테이지는 상기 적어도 하나의 방전 램프를 접속시키기 위한 제 1 출력 접속부 및 제 2 출력 접속부뿐 아니라, 상기 제 1 출력 접속부 및 상기 제 2 출력 접속부 사이에 제공된 출력 전력을 가변시키기 위한 제어 입력부를 가지며,
    상기 입력 스테이지는 그 출력부에서 상기 출력 스테이지에 대한 DC 동작 전압을 제공하도록 구성되고, 교류 공급 전압을 접속시키기 위한 제 1 입력 접속부 및 제 2 입력 접속부뿐 아니라, EMC 필터, 정류기 ― 상기 EMC 필터는 상기 제 1 입력 접속부 및 상기 제 2 입력 접속부와, 상기 정류기 사이에 결합됨 ―, 상기 출력 스테이지에 상기 DC 동작 전압을 제공하기 위한 캐패시터, 및 상기 정류기 및 캐패시터 사이에 결합되는 역률 보정 장치를 포함하고,
    상기 역률 보정 장치는 병렬로 상호접속된 역률 보정을 위한 n개의 부분 장치들뿐만 아니라, 상기 n개의 부분 장치들을 제어하기 위한 제어 장치를 포함하고,
    상기 역률 보정 장치의 출력부에 제공될 전력은 현재 제공될 총 전력이고, 상기 부분 장치 i에 의해 제공될 전력은 상기 부분 장치 i의 현재 제공될 부분 전력이고,
    상기 방법은;
    최대 현재 부분 전력을 위해서 하나의 부분 장치를 구성하는 단계 ― 제 1 부분 장치 또는 추가 부분 장치를 스위칭 오프하기 위한 동작 포인트는 상기 현재 제공될 총 전력이 감소하는 경우에
    (현재 제공될 총 전력)/(액티브 부분 장치들의 수 - 1) = 팩터 A*(최대 현재 부분 전력)으로 선택되고, 여기서 0.8 <= A <= 1임 ―;
    제 1 부분 장치 및 제 2 부분 장치의 현재 제공될 부분 전력들이 서로 상이한 방식으로 상기 현재 제공될 총 전력의 함수로서 적어도 상기 제 1 부분 장치 및 상기 제 2 부분 장치를 제어하는 단계
    를 포함하는,
    전자 안정기 상에서 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 역률 보정 장치에 의한 상기 현재 제공될 총 전력이 디밍 신호를 평가함으로써 결정되도록 상기 전자 안정기가 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 역률 보정 장치에 의한 상기 현재 제공될 총 전력이 상기 역률 보정 장치의 입력부에서의 전류 및 전압을 평가함으로써 결정되도록 상기 전자 안정기가 구성되는,
    적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 전자 안정기.
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