KR101636830B1 - 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로 - Google Patents

변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터부의 용량을 줄일 수 있고, 공진시 램프에 인가되는 전압을 절반으로 줄일 수 있는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로를 제공한다.
본 발명에 따른 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로는, 직류 전원(110); 직렬연결된 업 스위치와 다운 스위치가 상기 직류 전원(110)에 결합하고, 상기 직류 전원(110)으로부터 인가되는 직류전압을 변환하여 구형 펄스를 출력하는 하프 브릿지 인버터부(120); 상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭에 연결되고, 상기 하프 브릿지 인버터부(120)로부터 출력되는 구형 펄스를 소정의 크기를 가진 싸인 파형으로 변환하는 LC 공진부(130); 상기 LC 공진부(130)의 공진 리액터(Lr)와 공진 캐패시터(Cr) 사이에 배치되는 트랜스(150); 및 상기 트랜스의 1차측 코일과 상기 하프 브릿지 인버터부 사이에 연결되고, 직류분을 차단하기 위하여 배치되는 직류차단용 캐패시터를 포함하고, 상기 LC 공진부(130)는, 상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭과 상기 트랜스(150)의 1차측 사이에 연결되는 상기 공진 리액터; 및 상기 트랜스(150)의 2차측 코일의 절반과 병렬연결되는 상기 공진 캐패시터를 포함한다.

Description

변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로{RESONANT TYPE IGNITION CIRCUIT USING A TRANSFORMER FOR HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP}
본 발명은 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로에 관한 것이다.
메탈할라이드 램프 및 초고압 수은 램프 등의 고휘도 방전 (HID: High Intensity Discharge) 램프는, 그 발광 효율의 장점과 고휘도 방전 램프 자체의 소형화가 가능하기 때문에 일반 조명기구 이외에 전조등 등의 차량용 등구나 프로젝터 텔레비젼 수상기의 광원 등으로 사용되는 사례가 늘고 있다.
이런 종류의 방전 램프를 시동하려면 고전압이 필요하기 때문에 일반적으로 고압의 펄스 시동 전압을 발생하는 이그니션 회로가 고휘도 방전 램프 점등 장치에 구비된다.
그러나 이그니션 회로와 HID 램프 간의 거리가 멀어짐에 따라 HID 램프에 인가되는 전압의 강하 현상으로 기동이 원활치 않다. 따라서 이를 해결하기 위한 대책으로 공진형 이그니션 회로를 이용하여 점등 시 고전압을 발생시킬 수 방법이 제시되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LC 공진을 이용한 고압 펄스형 이그니션 회로이고, 도 2는 도 1 각부의 전압 또는 전류 파형도이다.
종래기술에 따른 LC 공진을 이용한 고압 펄스형 이그니션 회로는 직류전원(110), 인버터부(120), LC 공진부(130), 및 램프(140)를 포함한다.
인버터부(120)는 번갈아 스위칭하는 제1 및 제2 스위칭소자(Q1, Q2)를 이용하여 직류전원(110)으로부터 인가되는 직류전압을 구형 펄스로 변환한다.
LC 공진부(130)는 인버터부(120)로부터 출력되는 구형 펄스를 소정의 크기를 가진 싸인 파형으로 변환하고, 램프(140)에 인가한다. 이때 공진주파수는 123kHz이고, 공진 캐패시터는 123nF를 사용해야 한다.
그러나 이와 같은 고압 펄스형 이그니션 회로는 LC 공진을 이용하므로 과전류가 발생하여 이그니션 회로 내 인버터부의 용량이 커지게 되는 단점이 있다.
본 발명은 인버터부의 용량을 줄일 수 있는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공진시 램프에 인가되는 전압을 절반으로 줄일 수 있는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로는, 직류 전원(110); 직렬연결된 업 스위치와 다운 스위치가 상기 직류 전원(110)에 결합하고, 상기 직류 전원(110)으로부터 인가되는 직류전압을 변환하여 구형 펄스를 출력하는 하프 브릿지 인버터부(120); 상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭에 연결되고, 상기 하프 브릿지 인버터부(120)로부터 출력되는 구형 펄스를 소정의 크기를 가진 싸인 파형으로 변환하는 LC 공진부(130); 상기 LC 공진부(130)의 공진 리액터(Lr)와 공진 캐패시터(Cr) 사이에 배치되는 트랜스(150); 및 상기 트랜스의 1차측 코일과 상기 하프 브릿지 인버터부 사이에 연결되고, 직류분을 차단하기 위하여 배치되는 직류차단용 캐패시터를 포함하고, 상기 LC 공진부(130)는, 상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭과 상기 트랜스(150)의 1차측 사이에 연결되는 상기 공진 리액터; 및 상기 트랜스(150)의 2차측 코일의 절반과 병렬연결되는 상기 공진 캐패시터를 포함한다.
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바람직하게는, 상기 트랜스의 1차측 턴수는 2차측 턴수보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로에 따르면, 인버터부의 용량을 줄일 수 있어서 제조비용을 대폭 낮출 수 있고, 전체적인 크기를 줄일 수 있으며, 공진시 램프에 인가되는 전압을 절반으로 줄일 수 있기 때문에 램프의 장수명화에 유리하다.
도 1은 종래기술에 따른 LC 공진을 이용한 고압 펄스형 이그니션 회로도,
도 2는 도 1의 회로의 각부의 전압 또는 전류 파형도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로도,
도 4는 도 3의 회로의 시뮬레이션 파형도, 및
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 탭을 가진 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로도이고, 도 4는 도 3의 회로의 시뮬레이션 파형도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로는 직류 전원(110), 하프 브릿지 인버터부(120), LC 공진부(130), 램프(140), 트랜스(150), 및 직류차단용 캐패시터(160)를 포함한다.
하프 브릿지 인버터부(120)는 번갈아 스위칭하는 제1 및 제2 스위칭소자(Q1, Q2)를 이용하여 직류 전원(110)으로부터 인가되는 직류전압을 구형 펄스로 변환한다.
LC 공진부(130)는 공진 리액터(Lr)와 공진 캐패시터(Cr)를 이용하여 하프 브릿지 인버터부(120)로부터 출력되는 구형 펄스를 소정의 크기를 가진 싸인 파형으로 변환하고, 램프(140)에 인가한다.
트랜스(150)는 공진 리액터(Lr)와 공진 캐패시터(Cr) 사이에 배치되어 2차측의 턴수비를 높게 함으로써 2차 측에 고전압을 생성하고, 하프 브릿지 인버터부의 출력단에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 공진 캐패시터에 인가되는 전압을 동일하게 유지하면서도 공진 캐패시터(Cr)는 2.2nF에 불과하여 트랜스가 없는 종래기술(123nF)에 비하여 공진 캐패시터의 정전용량을 1/55로 줄일 수 있다. 즉, 공진 캐패시터의 정전용량은 트랜스의 턴수비의 제곱에 반비례하여 줄어드는 대신, 1차측 전류는 트랜스의 턴수비에 반비례하여 커진다. 따라서, 램프에 인가되는 기동 전압을 동일하게 유지한다는 조건에서 볼 때, 종래의 트랜스를 사용하지 않은 경우보다 본 발명의 트랜스를 사용하는 경우에 하프 브릿지 인버터부의 출력단에 흐르는 전류가 현격하게 줄어든다.
직류차단용 캐패시터(160)는 공진 캐패시터(Cr)에 비해 큰 값으로 설계되어 공진에 영향을 주지 않는다. 즉, 공진 캐패시터(Cr)는 직류차단용 캐패시터(160)에 비해 작기 때문에 램프까지의 전선 길이에 따른 기생 캐패시터 성분(Co)이 공진 주파수에 영향을 미친다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 트랜스의 2차 측에 생성되는 고전압으로 인해 내압이 큰 캐패시터를 사용해야 하는 문제를 여전히 안고 있다. 이에 본 발명의 다른 실시예에서는, 변압기 2차측에 탭을 내어 공진 캐패시터(Cr)를 설치함으로써 공진시 램프에 인가되는 전압을 절반으로 줄일 수 있는 구성을 제시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 탭을 가진 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예와 대부분이 동일하고, 트랜스의 2차측 중앙에 탭을 내어 공진 캐패시터(Cr)를 접속한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 트랜스의 2차측 중앙에 1 대 1 턴수로 탭을 내어 절반의 턴수에만 공진 캐패시터(Cr)가 설치됨에 따라 공진시 램프에 인가되는 전압을 절반으로 줄이는 효과가 있다. 즉, 상대적으로 내압이 낮은 공진 캐패시터를 사용할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110: 직류 전원
120: 하프 브릿지 인버터부
130: LC 공진부
140: HID 램프
150: 트랜스
160: 직류차단용 캐패시터

Claims (5)

  1. 직류 전원(110);
    직렬연결된 업 스위치와 다운 스위치가 상기 직류 전원(110)에 결합하고, 상기 직류전원(110)으로부터 인가되는 직류전압을 변환하여 구형 펄스를 출력하는 하프 브릿지 인버터부(120);
    상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭에 연결되고, 상기 하프 브릿지 인버터부(120)로부터 출력되는 구형 펄스를 소정의 크기를 가진 싸인 파형으로 변환하는 LC 공진부;
    상기 LC 공진부(130)의 공진 리액터(Lr)와 공진 캐패시터(Cr) 사이에 배치되는 트랜스(150); 및
    상기 트랜스의 1차측 코일과 상기 하프 브릿지 인버터부 사이에 연결되고, 직류분을 차단하기 위하여 배치되는 직류차단용 캐패시터를 포함하고,
    상기 LC 공진부는,
    상기 하프 브릿지 인버터부(120)의 중앙 탭과 상기 트랜스(150)의 1차측 사이에 연결되는 상기 공진 리액터; 및
    상기 트랜스(150)의 2차측 코일의 절반과 병렬연결되는 상기 공진 캐패시터
    를 포함하는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스의 1차측 턴수는 2차측 턴수보다 작은 것을 특징으로 하는 변압기를 사용하는 고휘도 방전 램프용 공진형 이그니션 회로.
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