KR102045578B1 - 가스 방전 램프를 시동하기 위한 방법 및 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 아크를 미포함한 전원차단된 상태에서 안정적인 광 생성 상태로 전이할 때 가스 방전 램프(16)를 구동시키기 위한 방법에 관한 것으로, 본 방법에서 부스터 커패시터(C2)는 점화 전압 펄스 이후에 수반된 전이 상에서 전류 경로를 경유하여 방전된다. 전류 경로는 가스 방전 램프(16)를 통해 흐르는 전류를 안내하고, 이러한 전류 경로 내에서 인덕턴스(L1)는 적어도 하나의 스위치(S5)와 직렬로 위치한다. 본 방법은, 스위치(S5)가 수회동안 교번적으로 열리고 닫힘으로써 부스터 커패시터(C2)가 클록식으로 방전된다는 것을 특징으로 한다. 독립항은 방법을 실시하기 위해 설비된 제어 회로에 관한 것이다.

Description

가스 방전 램프를 시동하기 위한 방법 및 제어 회로{METHOD AND CONTROL CIRCUIT FOR STARTING A GAS-DISCHARGE LAMP}
[0001] 본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 방법 및 독립적 장치 청구항의 전제부에 따른 제어 회로에 관한 것이다.
[0002] 이러한 방법 및 이러한 제어 회로는 각각 그 자체로 공지되어 있다. 가스 방전 램프의 구동 시, 특히 도로 차량(road vehicle)의 조명 장치에 사용되도록 설비된 가스 방전 램프의 구동 시, 가스로 채워진 유리 벌브(glass bulb) 내의 2개의 전극들 사이에 광 아크가 발생한다. 광 아크를 미포함한 전원차단 상태로부터 안정적 광 생성 상태로 전이할 때, 복수 개의 상들(phases)이 상이할 수 있으며, 이러한 상들은 점화, 전이(take-over) 및 시동으로 구분되어 있다. 이후, 안정적으로 연소하는 광 아크를 포함한 정상 구동이 이루어진다.
[0003] 우선, 점화를 위해 점화 전압 펄스는 전극에 인가된다. 점화 전압 펄스는 매우 짧고, 전극들 사이의 전계에서 가스 입자의 이온화를 야기한다. 펄스형 점화 전압의 크기는, 자동차 전조등 용도로 업계 통상적인 가스 방전 램프의 경우에 20 kV 와 30 kV 사이이다.
[0004] 이후, 전이라고 명명되는 상에서, 부스터 커패시터 내에 저장된 에너지는 이온화된 가스 입자를 심하게 가속화함으로써 충돌 이온화에 의해 전극들 사이에서 전하의 사태항복(avalanche breakdown)이 발생하도록 사용된다. 사태항복은 광 아크를 점화시켜 유지한다.
[0005] 이 때, 사전에 약 400 V로 충전된 부스터 커패시터의 전압은 안정적 구동 시 나타나는 연소 전압이 되도록 감소한다. 이러한 연소 전압은 Hg 포함 램프에 있어서 약 80 V이다. Hg 미포함 램프는 43 V의 연소 전압으로 구동한다. 일반적으로, 연소 전압은 램프의 실시예에 따라 30 V와 120 V 사이일 수 있다. 전이 상은 예컨대 수백 마이크로초가 걸린다.
[0006] 전이 이후에, 가스 방전 램프의 시동은 일시적인 직류 구동으로 이루어지고, 직류 구동은 전극의 신속한 가열을 위해 기능한다. 직류 상의 통상적 길이는 50 ㎳이다. 일반적으로, 제1 직류 상 이후에는 반전된 극성을 가진 동일한 길이의 제2 직류 상이 뒤따른다.
[0007] 이어서, 가스 방전 램프는 정상 구동 시 250 Hz 내지 800 Hz의 주파수, 특히 약 400 Hz의 주파수를 가진 교류 전압과, 그리고 램프의 실시예에 따라 종속적인 두 전극들 사이에서의 연소 전압의 값으로 구동하며, 이러한 연소 전압의 값은 30 V와 120 V 사이이다. 교류 전압에 의한 구동은 전극 감소(electrode burn off)를 제한하는 역할을 한다.
[0008] 이러한 맥락에서 본 발명은 전이라고 명명하는, 부스터 커패시터의 방전 상에 관한 것으로, 이러한 전이 상에 의해 전하 가속화 및 충돌 이온화의 결과로 인한 사태항복을 위한 에너지가 제공된다. 전이란 개념은 광 아크로의 전이를 가리킨다.
[0009] 가스 방전 램프의 전이 거동은 특히, 전이 상 동안 제공된 에너지량에 의존한다. 확실히 반복 구현 가능한 전이를 위해, 즉 광 아크의 생성이 신뢰할만하게 이루어지기 위해, 부스터 커패시터로부터 방전 전류의 전류 흐름의 시간은 소정의 최소값을 초과하고 그리고 이러한 시간 동안 방전 전류의 전류 세기는 소정의 최소값에 미달하지도 않고 소정의 최대값을 초과하지도 않는 것이 필요하다.
[0010] 최대값에 한정하는 것은 가스 방전 램프, 및 방전 전류를 안내하는 회로 소자들을 비허용 수준의 높은 전류 부하로부터 보호하는 역할을 한다. 반면, 최소값 및 최소 시간에 미달하지 않는 것은, 부스터 커패시터의 방전 이후 광 아크의 소멸을 방지하기 위해 필요하다.
[0011] 광 아크를 미포함한 전원 차단된 상태로부터 안정적으로 광을 생성하는 가스 방전 램프의 상태로 전이될 때, 부스터 커패시터는 점화 전압 펄스 이후에 수반된 전이 상에서 전류 경로를 경유하여 방전되고, 전류 경로는 가스 방전 램프를 통해 흐르는 전류를 안내하고, 이러한 전류 경로 내에서 인덕턴스는 적어도 하나의 스위치와 직렬로 위치한다. 종래 기술에서, 이러한 인덕턴스는 점화 펄스를 제공하는 점화 트랜스포머(ignition transformer)의 2차 인덕턴스에 의해 형성된다. 그리고
[0012] 방전 전류는 부스터 커패시터와 직렬로 연결된 방전 저항을 경유하여 유출된다. 따라서, 부스터 커패시터는 에너지원으로서 방전 저항 및 가스 방전 램프로 이루어진 직렬 회로에 위치한다. 방전 저항은 방전 전류 회로 내에서의 저항을 증대시키고, 이는 방전을 시간적으로 연장시키고, 방전 전류의 크기는 감소시킨다.
[0013] 이러한 회로에서, 부스터 커패시터 내에 저장된 에너지는, 방전 시 방전 저항과 가스 방전 램프의 임피던스 비율로, 방전 저항 및 가스 방전 램프로 나눠진다. 여기서 방전 저항의 에너지 비율은 열로 변환되고, 광 아크의 생성 및 유지를 위해 제공되지 않는다. 가스 방전 램프의 냉간 시동 시, 가스 방전 램프는 방전 저항에 비해 작은 값을 가짐으로써, 저장된 에너지의 최대 부분은 방전 저항 내에서 쓸모없이 열로 변환된다.
[0014] 특히, 저항의 주변 온도가 150℃로 증대된 경우, 방전 저항의 적합한 치수 결정은 기술적 및 경제적으로 어렵다.
[0015] 이러한 배경을 고려하여, 본 발명의 과제는, 각각 서두에 언급한 종류의 방법 및 제어 회로를 제공하는 것으로, 이는, 가스 방전 램프에는 가스 방전 램프의 상태와 무관하게, 특히 가스 방전 램프의 유형, 연식, 제조사 및 제조 조건적인 특성 편차와 무관하게, 성공적인 전이를 위해 필요한 에너지가 공급되는 것을 보장한다. 이 때, 하나 이상의 방전 저항의 치수 결정과 연관하여 언급된 기술적이고 경제적인 어려움은 발생하지 않는다.
[0016] 이러한 과제는, 각각, 독립적 청구항들 중 어느 하나의 청구항의 특징들에 의하여 해결된다. 방법적 견지에 따른 본 발명은, 부스터 커패시터가 수 회 동안 교번적으로 이루어지는 스위치의 닫힘과 열림에 의해 클록식으로 방전되는 것을 고려한다.
[0017] 이에 상응하여, 장치적 견지에 따른 본 발명은, 제어 회로가 설비되되, 스위치가 수회동안 교번적으로 열리고 닫힘에 따라 부스터 커패시터가 클록식으로 방전되도록 설비된다는 것을 고려한다.
[0018] 이를 통해, 스위치 제어부의 클록 내에서 실시되는, 방전 전류 세기의 증대된 값과 감소한 값 사이의 변화가 나타난다. 이러한 변화에 의해, 원하는 평균적 방전 전류 세기가 발생할 수 있고, 방전 전류 세기는 소정의 한계값 미만이다. 이로써, 전류 제한이라는 과제는 해결된다. 종래 기술의 방전 저항과 다르게, 인덕턴스는 부스터 커패시터 내에 저장된 에너지 중 상기 인덕턴스에 할당된 부분을 비가역적으로 열로 변환하지 않고, 가역적으로 자기장 에너지로 변환한다. 자기장 에너지는 스위치의 열림 시 사용되되, 가스 방전 램프를 통하는 전류 흐름을 스위치의 개방 상태에서도 유지하기 위해 사용된다. 이를 통해, 램프를 통하는 전류 흐름은 스위치의 개방 상태에서도 지연된 상태로만 감쇠한다.
[0019] 결과적으로, 부스터 커패시터 내에 저장된 에너지 중 가급적 많은 부분이 전이를 위해, 즉 사태항복의 해소 및 전극과 가스 방전 램프 사이의 안정적 광 아크의 생성을 위해 제공된다는 이점이 있다. 바꾸어 말하면: 본 발명에 의해, 부스터 커패시터 내에 저장된 에너지 중에 종래 기술보다 더 많은 부분이 가스 방전 램프에 전달된다.
[0020] 관련된 소자들은 종래 기술의 방전 저항에 비해 더 낮은 열적 부하에 노출되고, 더 낮은 전류 용량을 위해 더 작고 합리적 가격으로 치수결정될 수 있다.
[0021] 부스터 커패시터도 더욱 양호한 에너지 활용에 의하여 축소될 수 있다. 오늘날 종래 기술에 따라 사용되는 호일 커패시터(foil capacitor) 대신, 예컨대 전해 커패시터 또는 세라믹 층 커패시터와 같이 다른 유형의 커패시터도 사용될 수 있다. 세라믹 커패시터의 단점은, 전압이 높을 때의 상기 커패시터가, 전압값이 더 낮을 때 상기 커패시터의 용량의 40%보다 훨씬 적은 용량을 포함한다는 것이다. 이는 클록된 방전의 더 높은 효율에 의해 보상될 수 있다.
[0022] 또한, 방전 전류는 점화 직후에 종래 기술보다 더 신속하게 증대된다. 이는 전이 거동에 긍정적으로 작용한다. 열간 점화 시 평균적으로 현저히 더 높은 전이 전류는 열간 점화 거동에 긍정적으로 작용한다. 마찬가지로, 클록 주파수 및/또는 클록 주파수의 듀티 사이클(duty cycle)의 변화에 의해 전이 전류의 시간적 진행에 영향을 미칠 수 있다는 것도 이점이다.
[0023] 클록된 부스터 방전의 시간적 제어는, 원칙적으로, 이미, 소모적인 부가 회로 형성 없이 시간 제어된 클록 발생기(clock generator)에 의해 가능하다.
[0024] 또 다른 이점은 종속항, 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 도출된다.
[0025] 앞에 언급된 특징들 및 이하에 더 설명할 특징들은, 본 발명의 틀을 벗어나지 않는 한, 각각 제공된 조합으로뿐만 아니라, 다른 조합으로도 또는 독자적으로도 사용될 수 있음은 자명하다.
[0026] 도면
[0027] 본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있고, 이하의 설명에서 더 상세히 설명된다. 이 때, 다양한 도면에서 동일한 참조번호는 각각 동일한 요소를 가리킨다. 각각 개략도로 도시된다:
[0028] 도 1은 본 발명에 따른 제어 회로의 제1실시예를 도시한다;
[0029] 도 2는 본 발명에 따른 방법을 명료화하기 위해 본 발명에 따른 회로와 종래 기술에 따른 회로에서 부스터 커패시터의 방전 전류의 진행을 도시한다; 그리고
[0030] 도 3은 본 발명에 따른 제어 회로의 제2실시예를 도시한다.
[0031] 개별적으로, 도 1은 제어 회로(10)를 도시하고, 제어 회로는 연결부들(12, 14)을 경유하여 가스 방전 램프(16)에 연결되고, 연결부들(18, 20)을 경유하여 전기적 에너지 공급부(22)에 연결된다. 바람직한 형성예에서, 가스 방전 램프(16)는 자동차 조명 장치의 가스 방전 램프를 가리키고, 특히 점화 장치가 내장된 D1- 또는 D3- 또는 D5 유형의 램프를 가리킨다. 그러나, 본 발명은 외부의 점화 장치를 포함하는 D2, D4 또는 D6 유형의 램프에도 사용될 수 있다. 이 경우, 전기적 에너지 공급부(22)는 자동차의 전기적 온-보드형 전력공급장치(on-board power supply) 내에서 전류원 또는 전압원이며, 예컨대 자동차 배터리이다.
[0032] 도시된 형성예에서, 가스 방전 램프(16)는 버너(24), 즉 2개의 전극을 구비하며 가스 충진된 유리 벌브 및 내장된 점화 장치를 포함하고, 이에 대해 도 1은 점화 트랜스포머의 2차 인덕턴스(26)를 도시한다. 2차 인덕턴스(26)는 전류 경로 내에서 버너(24)와 직렬을 이루면서 연결부들(12, 14) 사이에 위치하고, 점화 트랜스포머의 미도시된 1차 권선의 자기장에 의한, 이에 상응하는 여기에 대한 반응으로서, 수 kV의 크기, 특히 20 내지 30 kV의 크기를 가진 점화 전압 펄스를 생성하기 위해 설비된다.
[0033] 버너(24)를 경유하는 전류 흐름은 제어 회로(10)의 제어 모듈(27)에 의해 제어되고, 이를 위해 제어 모듈은 스위치(S1 내지 S5)를 경유하여 이어지는 다양한 전류 경로들을 닫는다. DC/DC 컨버터는 가스 방전 램프(16)의 전원 연결 전에 커패시터들(C1, C2)을 제1값의 전압(U1)으로 충전하고, 가스 방전 램프(16)의 광 아크가 안정적으로 연소할 때 안정적인 제2값의 전압(U1)을 제공한다.
[0034] 제어 모듈(27)은, 본 발명에 따른 방법의 진행 또는 방법의 구현을 제어하기 위해 제공된다. 일 형성예에서, 제어 모듈(27)은 계산 용량 및 저장 용량을 가진 집적된 스위치 회로이며, 이러한 스위치 회로는 이 방법을 제어하도록 프로그래밍되어 있다.
[0035] 바람직한 형성예에서, 제1값은 약 400 V이다. 제2값, 즉 버너 전압은 램프의 실시 형태에 따라 30 V와 120 V 사이이다. 도시된 형성예에서, 전압(U1)은 접지(30)에 대해 네거티브이다. 그러나, 제공된 회로의 원칙은 포지티브 전압(U1)을 위해서도 사용될 수 있다. 단, 이 경우에, 프리러닝 다이오드들(free running diodes) D1, D2, D3, D4, D5는 반대 방향으로 연결되어야 한다. 커패시터(C2)는 부스터 커패시터이다. 커패시터(C1)는 평활 커패시터(smoothing capacitor)이다.
[0036] 저항(R1)은 부스터 커패시터(C2)를 위한 충전용 저항(charging resistor)이고, 스위치(S5)의 닫힘 시 가교된다. 따라서, 이러한 저항은 방전 전류를 반송(carrying)하지 않고, 이러한 점에서 종래 기술의 방전 저항과 비교할 수 없다. 종래 기술의 방전 저항은 방전 전류를 안내하고, 따라서 부스터 커패시터(C2) 내에 저장된 에너지를 열로 변환한다.
[0037] 방전 전류를 제한하며 방전 시간을 시간적으로 연장하는 기능과 관련하여, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 제어 회로(10)의 형성예에서, 방전 저항은, 방전 전류 경로 내에서 인덕턴스(L1)와 직렬로 위치한 스위치(S5)와 함께 인덕턴스(L1)로 대체되고, 그리고 스위치(S5)를 클록식으로 열고 닫는 제어 모듈(27)로 대체된다.
[0038] 이하, 전이 상과 관련하여, 도시된 제어 회로(10)의 거동이 설명된다. 스위치(S5, S1, S4)는 제1 방법 단계에서 점화 전에 닫힌다. 스위치(S2, S3)는 열려 있다.
[0039] 컨버터 출력에서는 우선 약 400 V의 전압이 지배적이다. U1은 삼각형(30)으로 표시된 기준 전위에 대해 네거티브이다. 부스터 커패시터(C2)는 이러한 전압으로 충전되어 있다. 인덕턴스(L1)를 경유하여 어떠한 전류도 흐르지 않는다.
[0040] 짧은 고전압 점화 펄스의 결과로, 가스 방전 램프(16)는 상기 가스 방전 램프의 두 전극들 사이에서 전류를 안내할 수 있다. 전류 흐름에 의해, 전압(U1)은 파괴된다. 인덕턴스(L1)의 U1측의 상단은 C2측의 하단에 대해 포지티브임으로써, 인덕턴스(L1)에 의해 전압이 발생한다. 전압은 부스터 커패시터(C2) 로부터 공급된 인덕턴스(L1)에 의해 전류를 구동시킨다. 전하 및 이로 인하여 부스터 커패시터(C2)의 저장된 에너지는 줄어든다. 부스터 커패시터(C2)의 에너지 손실은 가스 방전 램프(16), 및 인덕턴스(L1)의 자기장으로 나눠진다.
[0041] 가스 방전 램프 안에 유입되지 않는 에너지 비율이 오믹 방전 저항 내에서 비가역적으로 열로 변환되는 종래 기술과 다르게, 본 경우에 에너지는 인덕턴스(L1)의 자기장내에 가역적으로 저장된다.
[0042] 방전 전류의 전류 세기가 임계값으로 증대될 수 있기 전에, 이후의 방법 단계에서 방전 전류 회로 내의 스위치, 예컨대 스위치(S5)는 다시 개방된다. 이 경우 인덕턴스(L1)의 자기장은 파괴되고, 이는 유도 작용에 의해, 인덕턴스(L1)를 통한 전류 흐름이 지연된 상태로만 감소하도록 야기한다. 이 때 이러한 전류는 스위치(S5)가 개방될 때 프리러닝 다이오드(D1)를 경유하여 기준 전위쪽으로 유출된다. 감소하는 방전 전류 세기가 충분히 더욱 감소하자마자, 스위치(S5)는 이후의 방법 단계에서 다시 닫힌다. 방전 전류가 다시 증대되고, 자기장이 생성되는 등등의 결과가 이어진다. 결과적으로, 부스터 커패시터(C2)의 클록식 방전이 이루어지고, 이러한 방전에서 용량적으로 저장된 에너지의 최대 부분은 전이 상 동안 버너(24) 내에서 광 아크 발생 및 안정화를 위해 사용될 수 있다.
[0043] 이러한 방법에 의해 그리고 스위치(S5)의 적절한 전원 연결 시간과 전원 차단 시간의 선택에 의해, 램프를 통해 흐르는 전이 전류는 소정의 한계내에서 자유롭게 조절될 수 있음으로써, 소정의 최대값은 초과되지 않고, 시간 범위 종속적인 최소값에 미달되지 않는다. 이러한 최소값은 광 아크의 유지를 위해 필요하다.
[0044] 이러한 기본 원칙은 DC/DC 컨버터의 출력 전압(U1)의 포지티브 값 및 네거티브 값을 위해 적용될 수 있다. 도시된 제어 회로(10)는 U1의 네거티브 값을 위해 설비된다. U1의 포지티브 값을 위해 반대 극성을 가진 프리러닝 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5)이 장착되어야 한다.
[0045] 도 2는 본 발명에 따른 방법과 연관하여 본 발명에 따른 제어 회로에 의해 달성되는 바와 같은 경과(34)에 비교하여 종래 기술에서 시간에 따른 방전 전류의 경과(32)의 질적인(qualitative) 형태를 도시한다. 경과(32)에서, 방전 전류는 우선, 원칙적으로 비효율적으로 높은 최대값으로 증대되어, 이후에 비교적 신속하게 감소한다.
[0046] 반면, 경과(34)에서, 도 2의 도면과 다르게 우선 상승(32)보다 더 급격하고 더 신속하게 이루어질 수 있는 상승은, 방전 전류 경로 내에서 인덕턴스(L1)와 직렬로 위치한 스위치의 개방에 의해, 경과(32)의 최대값보다 더 낮은 값에서 중단된다. 이어서, 이러한 스위치가 클록식으로 다시 닫히고 열림으로써, 도시된 전류 프로파일(34)이 질적으로 발생하고, 이러한 전류 프로파일에서 평균적 전류 세기는 경과(32)보다 비교적 더 긴 시간에 걸쳐 유지된다. 확실한 전이 거동을 위해, 이러한 평균적 전류 세기가 적어도 약 300 ㎲ 동안 유지되고, 이 때 약 3 A의 방전 전류가 흐르는 것이 유리하다. 곡선들(32, 34)을 비교함으로써, 상기 조건이 전류 프로파일(32)에 의한 경우보다 전류 프로파일(34)에 의해 더욱 양호하게 충족된다는 것을 알 수 있다. 그 밖에도, 경과(34)에서는 경과(32)의 비효율적으로 높은 초기 최대값이 없다. 상기의 비효율적으로 높은 초기 최대값은 방전 저항, 및 가스 방전 램프(16) 자체를 포함하여 방전 전류 경로 내의 다른 소자들에 심한 열적 부하를 야기한다.
[0047] 부스터 커패시터(C2)의 방전과 결부된 전이 상 이후에는, 일시적인 직류 구동에 의한 가스 방전 램프의 시동이 뒤따른다. 직류 상의 통상적 길이는 50 ㎳이다. 일반적으로, 제1 직류상에는 반전된 극성을 가지며 동일한 길이의 제2 직류 상이 연결된다. 이어서, 가스 방전 램프는 정상 구동 시, 250 Hz 내지 800 Hz의 주파수, 특히 약 400 Hz의 주파수를 가진 교류 전압과, 그리고 두 전극들 사이의 연소 전압에 의해 구동한다. 연소 전압은 램프의 실시 형태에 따라 30 V와 120 V 사이이다. 이를 위해, 스위치(S4, S1)를 경유하는 전류 흐름과 스위치들(S1, S2, S3, S4)로부터 H 브리지의 스위치(S3, S2)를 경유하는 대안적 전류 흐름이 교번적으로 전환된다. 이러한 전환은 제어 모듈(27)에 의해 이루어짐으로써, 이러한 스위치는 이에 상응하여 열리고 닫힌다. 스위치(S1 내지 S5)는 바람직하게는 트랜지스터이다. 교류 전압에 의한 구동은 전극 감소를 제한하는 역할을 한다. 이러한 점은 도 3의 대상물에 대해서도 유사하게 적용된다.
[0048] 도 3은 본 발명에 따른 제어 회로의 제2실시예로서 제어 회로(110)를 도시한다. 제어 회로(110)는 도 1의 제어 회로(10)에 비해, 상기 제어 회로(110)가 별도의 인덕턴스(L1) 및 별도의 스위치(S5) 없이 부스터 커패시터(C2)의 클록식 방전을 한다는 점에서 상이하다. 도 1의 제어 회로(10)의 인덕턴스(L1) 대신, 이 경우에 점화 트랜스포머의 2차 인덕턴스(26) 및 H 브리지를 형성하는 스위치들(S1, S2, S3, S4) 중 적어도 하나의 스위치는 부스터 커패시터(C2)의 클록식 방전을 위해 역할한다. 전이 상에서 회로(110)는 이하에 설명하는 방식으로 작동한다.
[0049] 스위치들(S1, S4)은 점화 전에 닫힌다. 스위치들(S2, S3)은 열려 있다. 가스 방전 램프(16)의 점화 이후에 램프는, 버너(24)를 통하는 전류 흐름으로 인하여 DC/DC 컨버터(28)의 생성된 전압(U1)을 강하시킨다. 이러한 점은 도전되기 시작한 디커플링 다이오드(decoupling diode)(D1)에 의한 전압차를 야기한다. 이제 실질적으로, 평활 커패시터(C1)와 부스터 커패시터(C2)의 병렬 회로 및 이로 인하여 완전한 출력 전압(U1)은 H 브리지를 경유하여 직접적으로 점화부에 인가된다. 이러한 점은, 버너(24), 및 점화 트랜스포머의 2차 인덕턴스(26)를 통해 시간에 걸쳐 상승하는 전류를 야기한다. 한계 전류의 도달 시, 전류를 안내하는 두 스위치ㄷ드들(S1, S4)이 열리거나, 또는 프리러닝을 보장하고 DC/DC 컨버터(28)의 C1측의 출력에서 과전압을 방지하기 위해 하부의 전류 안내 스위치(S4)만 열린다. 이제 H 브리지를 통하여 어떠한 전류도 더 이상 흐를 수 없다.
[0050] 이하에서, 우선, 전류를 안내하는 두 개의 H 브리지-스위치(S4, S1)가 열린 경우를 고찰한다. 2차 인덕턴스(26)는 상부의 열린 H 브리지 스위치(S2)의 프리러닝 다이오드(D3)를 통해 더욱 평활 커패시터(C2)쪽으로 전류를 더 구동시킨다. 2차 인덕턴스(26)를 통하는 전류는, 스위치(S1, S4)가 다시 전원 연결될 때까지 감소한다. 평활 커패시터(C1)에는 과전압이 발생할 수 있다.
[0051] 이하에서는, 대안적으로, 전위에 따라 상부의 전류 안내 H 브리지 스위치(S4)만 열리고, 전위에 따라 하부의 스위치(S1)만 닫힌 채로 남아있는 경우가 고찰된다. 2차 인덕턴스(26)는, 전위에 따라 하부의 열린 H 브리지 스위치(S2)의 프리러닝 다이오드(D3) 및 전위에 따라 하부의 닫힌 H 브리지 스위치(S1)를 통해 다시 가스 방전 램프(16)를 통해 전류를 더 구동시킨다. 평활 커패시터(1)에 과전압이 발생하지 않는데, 전류 회로가 닫혀 있기 때문이다. 가스 방전 램프(16)를 통한 전류는 감소하기 시작한다. 특정한 시간 이후에, 사전에 열린, H 브리지의 스위치(S4)는 다시 닫힌다. 가스 방전 램프(16)를 통한 전류 및 이로 인하여 버너(24)를 통한 전류뿐만 아니라 2차 인덕턴스(26)를 통한 전류도 다시 상승하기 시작한다.
[0052] 다른 형성예에 따르면, 전위에 따라 하부의 전류 안내 H 브리지 스위치(S1)만 열린다. 이 경우, 2차 인덕턴스(26)는, 전위에 따라 상부의 열린 H 브리지 스위치(S3)의 프리러닝 다이오드(D4)를 통해 그리고 전위에 따라 상부의 닫힌 H 브리지 스위치(S4)를 통해 다시 가스 방전 램프(16)를 통해 전류를 더 구동시킨다. 전류 회로가 닫혀 있으므로, 평활 커패시터(C1)에서 어떠한 과전압도 발생하지 않는다. 인덕턴스(26) 또는 버너(24)를 통하는 전류는 감소하기 시작한다. 특정한 시간 이후에, 사전에 열린, H 브리지의 스위치(S1)가 다시 닫힌다. 버너(24) 및 2차 인덕턴스(26)를 통하는 전류는 다시 상승하기 시작한다.
[0053] 이러한 3개의 설명된 형성예들 각각을 위해, 가스 방전 램프(16)를 통해 흐르는 전이 전류가 이에 상응하여 스위치(S4) 또는 스위치(S1 및 S4)의 전원 연결 시간 및 전원 차단 시간의 선택에 의해 소정의 한계 내에서 자유롭게 조절될 수 있다는 점이 적용된다. 이로써, 최대값이 초과되지 않고, 시간 범위 종속적인 최소값이 미달되지 않는다. 이러한 최소값은 광 아크를 유지하기 위해 필요하다. 일 형성예에서, 이러한 시간 제어는 각각 사용된 제어 회로를 이에 상응하여 프로그래밍하거나 회로 기술적으로 구현함으로써 얻어진다. 이러한 점은 도 1에 도시된 특정 형성예와 무관하다.
[0054] 점화 회로의 2차 인덕턴스(26)를 사용하는 제어 회로(110)에서는, 제어 회로(10)에 사용된 별도의 인덕턴스(L1) 및 스위치(S5)는 생략될 수 있다. 제어 회로(10, 110)의 기본 원칙은 DC/DC 컨버터(28)의 포지티브 출력 전압뿐만 아니라 네거티브 출력 전압(U1)을 위해서도 사용할 수 있다. 다이오드(D1 내지 D5)의 도시된 연결 방향으로, 도시된 제어 회로(126)는 접지(30)에 대해 네거티브한 DC/DC 컨버터(28)의 출력 전압(U1)의 값을 위해 설비된다. U1의 포지티브 값을 위해, 디커플링 다이오드(D1) 및 반전된 순방향 및 역방향을 포함한 프리러닝 다이오드들(D2, D3, D4, D5)이 연결되어야 한다.
[0055] 그 외에, 제어 회로(110)는 제어 회로(10)와 같이 유도성 에너지 저장과 관련하여, 클록된 방전의 동일한 기본 원칙에 따라 작동한다. 이러한 점에서, 특히, 도 1의 제어 모듈(26)의 형성에 관한 실시예는 도 3의 제어 모듈(126)을 위해서도 적용된다.
[0056] 방법의 형성예에서, 방전 전류의 전류 세기가 측정되고 그리고, 적어도 하나의 스위치는 전류세기가 소정의 제1 임계값을 초과할 때 열리고, 전류 세기가 소정의 제2 임계값 미만일 때 닫힌다.
[0057] 일 형성예에서, 제1 임계값은 소정의 기준값과 소정의 편차폭의 비율의 합으로서 결정되고, 제2 임계값은 기준값과 소정의 제2 임계값의 차로서 결정된다.
[0058] 이를 통해 이력 거동(hysteresis behavior)이 생성된다. 이력 콘트롤러에 의한 제어를 위해, 램프를 통하는 전이 전류는 측정 장치에 의해 감지되고, 기준 신호와 비교된다. 도 3에서 측정 장치는 측정 저항(36)에 의해 구현되되, 제어 모듈(126) 내에서 측정 저항(36)에 의한 전압의 평가와 관련하여 구현된다. 이와 유사하게 또 다른 형성예에서, 도 1에 따른 회로는 전압 측정을 위해 설비된 제어 모듈(27)과 연관하여 이러한 측정 저항(36)을 포함한다.
[0059] 도 1의 제어 회로(10) 내의 스위치(S5) 또는 도 3의 제어 회로(110) 내의 스위치(S4) 또는 스위치들(S1 및 S4)은 기준값과 일부분, 예컨대 이력의 절반의 합에 도달 시 전원차단된다. 이력의 일부분, 예컨대 그 절반을 제외하고 기준값에 미만이면, 스위치 또는 스위치들은 다시 전원 연결된다. 평균적으로, 기준값에 비례하는 전류 흐름이 발생한다. 기준값은 다시, DC/DC 컨버터(28)의 출력 전압(U1) 및/또는 부스터 커패시터(C2)상에서의 나머지 전압(U2)과 같은 다른 파라미터에 종속적으로 될 수 있거나, 또는 적합한 제어 소프트웨어를 이용하여 임의적 방식으로 제어될 수 있다. 이로써, 더 긴 시간을 지나서도 가스 방전 램프(16)를 통한 충분한 전류 흐름이 보장될 수 있다.
[0060] 다른 형성예에서, 적어도 하나의 스위치는 고정적 주파수 및 고정적 듀티 사이클로
[0061] 열리고 닫힌다.
[0062] 이력 조정에 대한 대안예에서, 제어 회로(10) 내의 스위치(S5) 또는 제어 회로(110) 내의 스위치(S4) 또는 스위치들(S1 및 S4)은 적합한 고정적 주파수 및 적합한 고정적 듀티 사이클로 제어된다. 듀티 사이클 및 주파수를 적합하게 선택함으로써, 가스 방전 램프(16)를 통하는 전류는 최대 허용값으로 한정된다.
[0063] 전이 동안 강하하는 전압(U1)에 의해, 고정적 듀티 사이클 및 고정적 주파수일 때, 연결된 전류는 자동적으로 감소하고, 이는 가스 방전 램프(16)를 통하는, 시간에 따라 감소하는 전이 전류를 야기한다. 이로써, 더 긴 시간을 지나서도, 가스 방전 램프(16)를 통한 충분한 전류 흐름이 보장될 수 있다.
[0064] 대안적 형성예는 가변적 주파수 및/또는 가변적 듀티 사이클을 포함한 제어를 고려한다. 이러한 형성예에서, 제어 회로(10) 내의 스위치(S5) 또는 제어 회로(110) 내의 스위치(S4) 또는 스위치들(S1, S4)은 가변적 주파수 및/또는 적합한 가변적 듀티 사이클로 제어된다. 듀티 사이클 및/또는 주파수의 적합한 제어에 의해, 전이 전류는 시간적 경과 중에 임의적으로 영향을 받을 수 있다. 이로써, 더 긴 시간을 지나서도, 가스 방전 램프를 통한 충분한 전류 흐름이 보장될 수 있다.
[0065] 고정적 주파수 및 고정적 듀티 사이클을 포함한 제어에 비해, 가변적 제어 주파수 및/또는 가변적 듀티 사이클일 때, 전이 전류의 시간적 경과 내에서 더 많은 자유도가 얻어진다. 고정적 주파수 및 고정적 듀티 사이클을 포함한 제어와 달리, 예컨대 시간적 평균으로 일정한 방전 전류의 값으로 조정하는 것이 가능하다.

Claims (13)

  1. 광 아크를 미포함한 전원차단 상태로부터 안정적으로 광을 생성하는 상태로 전이할 때 가스 방전 램프(16)를 구동하는 방법에 있어서,
    점화 전압 펄스 이후에 수반된 전이 상에서 부스터 커패시터(C2)를 전류 경로를 통해 방전시키는 단계, 상기 전류 경로는 서로 직렬로 배치된 인덕턴스(L1), 상기 부스터 커패시터(C2) 및 적어도 하나의 스위치(S5)를 포함하는 회로 브랜치를 통해 상기 가스 방전 램프(16)로부터 흐르는 전류를 안내함; 및
    상기 적어도 하나의 스위치(S5)를 수회동안 교번적으로 열리고 닫힘으로써 클록식으로 상기 부스터 커패시터(C2)를 방전시키는 단계를 포함하고,
    방전 전류의 전류 세기가 측정되고, 상기 적어도 하나의 스위치(S5)는 상기 전류 세기가 소정의 제1 임계값을 초과할 때 열리고, 상기 전류 세기가 소정의 제2 임계값에 미만일 때 닫히는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치(S5)는 상기 클록식 방전을 위해 시간 제어되면서 열리고 닫히는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 클록식 방전을 위해 전류를 안내하는 단일의 스위치만 또는 H 브리지의 두 전류 안내 스위치들은 동시에 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제1대안예로서, 상기 클록식 방전을 위해 H 브리지 회로의, 전위에 따라 상부의 전류 안내 스위치만 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    제1대안예로서, 상기 클록식 방전을 위해, H 브리지 회로의, 전위에 따라 하부의 전류 안내 스위치만 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 임계값은 소정의 기준값과 소정의 편차폭의 비율의 합으로서 결정되고, 상기 제2 임계값은 상기 기준값과 소정의 제2 임계값의 차로서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기준값은 상기 부스터 커패시터(C2)에 하전된 DC/DC 컨버터(28)의 출력 전압 또는 상기 부스터 커패시터(C2)에 의한 나머지 전압(U2)에 의존하여 사전 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치(S5)는 고정적 주파수 및 고정적 듀티 사이클로 열리고 닫히는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치(S5)는 가변적 주파수 및 가변적 듀티 사이클 중 적어도 하나로 열리고 닫히는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 광 아크를 미포함한 전원 차단 상태로부터 안정적으로 광을 생성하는 상태로 전이될 때 가스 방전 램프(16)를 구동하기 위해 설비되며, 부스터 커패시터(C2)를 포함하고, 점화 전압 펄스 이후에 수반된 전이 상에서 상기 부스터 커패시터(C2)를 전류 경로를 통해 방전하도록 설비되고, 상기 전류 경로는 서로 직렬로 배치된 인덕턴스(L1), 상기 부스터 커패시터(C2) 및 적어도 하나의 스위치(S5)를 포함하는 회로 브랜치를 통해 상기 가스 방전 램프(16)를 통해 흐르는 전류를 안내하는 제어 회로(10)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치(S5)가 수회동안 교번적으로 열리고 닫힘으로써 상기 부스터 커패시터(C2)를 클록식으로 방전하도록 설비되고,
    방전 전류의 전류 세기가 측정되고, 상기 적어도 하나의 스위치(S5)는 상기 전류 세기가 소정의 제1 임계값을 초과할 때 열리고, 상기 전류 세기가 소정의 제2 임계값에 미만일 때 닫히는 것을 특징으로 하는 제어 회로(10).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어 회로(10)는 DC/DC 컨버터(28)를 포함하고, 상기 인덕턴스(L1)는, 상기 DC/DC 컨버터(28)의 2개의 출력 단자들 사이에서 상기 부스터 커패시터(C2) 및 스위치(S5)와 직렬로 연결되고, 적어도 하나의 스위치(S4)와 상기 가스 방전 램프(16)로 이루어진 직렬 회로에 대해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 제어 회로(10).
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어 회로(10)는 DC/DC 컨버터(28)를 포함하고, 인덕턴스(26)는 상기 가스 방전 램프(16)와 직렬로 연결되고, 상기 부스터 커패시터(C2) 및 상기 부스터 커패시터의 충전 저항(R1)으로 이루어진 직렬 회로에 대해 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 제어 회로(10).
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