KR20020010549A - 전극 필라멘트의 예열을 위한 스위치 교체형 방전 램프작동 장치 - Google Patents

Abstract

전극 필라멘트의 예열을 위한 스위치 교체형 방전 램프 작동 장치

방전 램프의 필라멘트들을 가열하기 위해서, 용도는 자주 해당 작동 장치들에서 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)로 구성된다. 특히 필라멘트 예열의 경우에, 하프 브릿지 회로와 작동 장치들을 위한 하프 브릿지 스위치(S1, S2)들의 턴-온 교체를 보장하기 위해 부하 전류 안에 충분히 높은 유도 성분의 결핍이 있다. 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)에 공기층을 삽입함으로써 스위치 교체는 예열의 경우나 낮은 조명 설정의 경우에 효과적일 수 있다.

Description

전극 필라멘트의 예열을 위한 스위치 교체형 방전 램프 작동 장치{OPERATING DEVICE FOR DISCHARGE LAMPS WITH SWITCH RELIEF FOR THE PREHEATING OF ELECTRODE FILAMENTS}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 가스 방전 램프용 작동 장치에 관한 것으로, 특히 전극 필라멘트(Ｗ1, Ｗ2)의 가열 가능성이 개선된 회로에 관한 것이다.

가스 방전 램프는 램프의 전극이 점화되기 전에 가열될 때 수명이 길어진다고 알려져있다. 이것을 위해 예열 시간을 갖는 것이 일반적이다. 대체로, 전극들은 이러한 목적을 위해 예열을 위해 예열 전류가 인가되는 필라멘트로서 설계된다. 또한 램프의 작동 중에 특정 필라멘트 온도를 유지하기 위해서 필라멘트들을 통과하는 가열 전류가 요구된다. 특히, 이것은 램프가 어두워지는 경우이다.

가스 방전 작동과 독립된 것처럼 보이는 필라멘트 가열을 위한 회로는 특허EP 0 707 438에 나타나 있다. 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선(L11)은 이런 목적을 위해서 두 개의 하프-브릿지 스위치와 병렬로 연결되어 있다. 하프-브릿지에 의해 공급되는 AC 전압의 DC 성분을 거의 흡수하기 위해서 결합 커패시터(CB1)가 직렬로 연결된다. 게다가, 전기 스위치(S3)는 일차 권선과 직렬로 연결될 수 있고, 필라멘트의 가열을 켜거나 끄는데 사용될 수 있거나, 또는 펄스 제어 작동의 방법에 의하여 가열 레벨를 설정할 수도 있다. 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)는 필라멘트(W1, W2)에 가열 전류를 공급하는 다수의 이차 권선(L12, L13)을 갖는다. 일부 작동 장치들은 램프 전류와 비교하여 작은 직류 전류로 작동되는 필라멘트-모니터링 회로들을 갖는다. 이런 회로들의 기능을 손상시키지 않기 위하여, 이차 권선들을 통과하는 직류 전류의 흐름은 하나 이상의 방향에서 제한되어야 한다. 이것은 각각의 이차 권선들에 관련한 커패시터 또는 다이오드의 직렬 회로에 의해서 달성될 수 있다. 만약 한 개의 램프만 작동된다면, 이차 권선(L12, L13)은 대체로 각 필라멘트에 존재한다. 한 개의 필라멘트만을 가열하는 것은 예외적인 경우에만 요구될 수 있다. 직렬로 연결된 다수의 램프들이 작동될 때, 상호 접속된 필라멘트들을 위해서는 공통 이차 권선으로 충분하다. 아래 설명되는 바와 같이, 필라멘트 트랜스포머 및/또는 펄스 제어 작동의 적당한 크기 설정에 의한 필라멘트 가열 전류의 자유로운 선택의 가능성은 제한된다.

전기 작동 장치는 일반적으로 전기 스위치에 의하여 구성되며 시스템 전압 주파수와 비교하여 고주파의 전압을 출력하는 제너레이터를 갖는다. 그 때문에 램프를 작동시키는 에너지는 적당한 리액턴스 2단자 네트워크를 통해 이용 가능하다.높은 작동 주파수는 전기 스위치의 높은 스위칭 속도를 수반하며, 그 결과로 전기 스위치의 개별 스위칭 작동이 가능한 작은 손실을 갖는 것이 중요하다. 공진 및/또는 유사-공진 스위칭을 허용하고 따라서 스위칭 손실이 낮게 유지되는 몇 가지 회로 형태들이 상기 특허에 나타나 있다. 하프 브릿지는 램프용 전기 작동 장치의 분야에서 표준 형태로 자리 잡아 왔다. 여기에 포함된 것은 동작 전압(DC)의 중간 회로 전위(P)와 기준 전위(E)사이에 연결된, 두 전기 스위치(S1, S2)의 직렬 회로이다. 스위치의 연결점(M)은 스위치를 선택적으로 개폐함으로써 중간 회로 전위(P)와 기준 전위(E)에 연결된다. 만약 스위치가 폐쇄 작동으로 연결점(M)의 전위에 변화를 주면, 우선 높은 전압이 스위치에 존재하고, 이는 스위칭 작동 과정 중에 낮은 값으로 떨어진다. 스위치는 스위치 기능의 시작 시에 바로 전류를 수송해야 하기 때문에, 이것은 높은 스위칭 손실을 일으킨다. 따라서 낮은 전압이 스위치에 존재 할 때에만 스위치가 켜지게 하는 것이 목적이다. 하프 브릿지는 이와 같은 ZVS(제로-전압-스위칭)의 가능성을 제공한다. 만약 특정한 전제조건이 충족된다면, 연결점(M)의 전위는 다른 스위치가 폐쇄될 필요없이 스위치의 개방시 동작 전압(DC)의 한 전위에서 다른 전위까지 자동으로(유사-공진 형태로) 변한다. 전위가 자동으로 변한 후, 실제로 다른 스위치는 손실없이 개방될 수 있다. 전위의 자동 변화가 너무 빨리 진행되지 않게 하기 위해서, 부하-완화 커패시터(load-relieving capacitor)(CT)가 자주 두 개의 스위치 중에 적어도 하나에 병렬로 연결된다. 결과로 개방 스위치의 손실들은 감소되고, 스위치 동작에 의해 발생하는 간섭도 제거된다.

따라서 하프 브릿지 스위치의 개방시 연결점(M)에서 전위의 자동 변화를 벗어나는 상황을 발생시키기 위한 시도가 필요하다. 이를 위한 필요조건은 하프 브릿지에 의해 귀환되는 부하가 유도성 동작을 나타내야 한다는 것이다. 하프-브릿지에 램프들을 결합하기 위한 리액턴스 2단자 네트워크(Z)는 일반적으로 램프 인덕터(L2)를 포함한다. 따라서, 램프의 일반 작동에서, 하프 브릿지의 부하가 유도적으로 동작하는 동작 주파수를 설정하는 것은 쉽다. 만약, 반대로 상기 설명한 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)가 필라멘트들(W1, W2)을 예열하는데 사용되고, 램프들이 예열상태에 있다면, 부하 임피던스에 대한 램프 인덕터(L2)의 기여는 너무 낮아서 하프 브릿지 스위치(S1, S2)들을 신뢰가능하게 완화시키지 못한다. 램프 인덕터(L2)의 인덕턴스는 이러한 영향과 상호작용하기 위해서 적응될 수 있다. 그러나 이것은 램프 인덕터가 정상 작업동안 최적화되어야 하기 때문에 거의 불가능하다. 또한, 부하 임피던스의 인덕턴스를 증가시키기 위해서 부하-완화 커패시터(CT)의 커패시턴스를 감소시키는 것은 가능하다. 그러나, 이것은 다음과 같은 단점을 수반한다: 하프 브릿지 스위치(S1, S2)들의 턴오프 손실은 증가하고, 작동 장치가 발생시키는 무선 간섭은 더 강해지며, 부하-완화 커패시터(CT)를 통한 전류로부터 부가회로에서 에너지를 공급할 가능성들이 억제된다.

본 발명의 목적은 하프 브릿지 스위치(S1, S2)들이 실제로 전원이 끊기는 방식으로 턴온되는 예열 동작을 보장하는, 청구항 제 1항의 전제부에 따른 작동 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기층을 갖는 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 회로를 도시한다.

이러한 목적은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 작동 장치의 경우에, 청구항 제 1항의 특징부들을 이용하여 달성된다. 특히 유리한 개선 사항들을 종속항들에서 볼 수 있다.

램프들은 리액턴스 네트워크를 통해 중간점 전위(M)에서 하프 브릿지에 의해 공급되는 AC전압에 연결된다. 상기 네트워크는 대부분 램프 인덕터(L2)와 공진 커패시터(CR)로 구성되는 직렬 공진 회로를 포함한다. 하프 브릿지에 의해 공급되는 AC 전압의 DC 전압 성분을 흡수하는 결합 커패시터(CB2)를 램프와 직렬로 연결할 필요가 있다. 또한 이 결합 커패시터(CB2)는 하나가 중간회로 전위(P)에 연결되거나 하나가 기준 전위(E)에 연결되는 방식의 두 가지 형태로 설계될 수도 있다. 점화하기 위해, 하프 브릿지의 스위칭 주파수는 공진회로(L2, CR)의 공진 주파수에 가깝다.

램프들은 예열동안 점화되지 않으며, 이것은 램프 전류가 흐르지 않는다는 것을 의미한다. 램프에서 너무 빨리 가스가 방전되는 것을 피하기 위해서, 예열하는 동안 램프 전압은 높지 않아야 한다. 그 결과 공진 회로를 통과하는 전류 또한 낮다. 램프 전류는 예열하는 동안 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선 전류에 의해 실제로 영향을 받는다. 하프 브릿지 스위치(T1, T2)가 턴오프되는 순간, 부하는 유도 특성에 의해 조절됨으로써 연결점(M)의 전위에 변화를 줄 수 있는 충분한 에너지를 저장하고 있어야 한다. 트랜스포머의 특성이 이상적인 트랜스포머의 특성에 가능한 가깝게 되도록 시도하는 것이 통상적이다. 그러므로 공지된필라멘트 트랜스포머는 공기층을 갖지 않는다. 제조 공정 중에 발생하는 공기층이 가능한 작게 유지되도록 하는 시도가 이루어진다. 본 발명에 따르면, 공기층이 의도적으로 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)에 삽입된다. 그러므로 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)는 에너지를 저장할 수 있다. 하프 브릿지 스위치가 턴오프될 때, 이 에너지는 연결점(M)의 전위 변화에 영향을 주고, 따라서 하프 브릿지 스위치(S1, S2)가 실제로 전원이 끊기는 방식으로 낮은 손실을 가지며 턴온되게 한다.

어떠한 공기층도 포함하는 것이 계획되지 않은 트랜스포머에서 생산공정중에 발생한 공기층의 폭은 실제로 0.1mm 이하이다. 통상적인 작동 장치에서 본 발명에 따른 효과를 나타내는 것이 계획된 공기층은 최소한 0.1mm의 폭을 가져야 한다. 그러므로 본 발명에 따른 공기층과 본 발명에 따르지 않는 공기층를 구별하는 것은 쉽다.

결합 커패시터(CB)는 대부분 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선과 직렬로 연결된다. 상기 커패시터는 우선 하프 브릿지에 의해 발생하는 AC 전압의 DC 전압 성분을 제거시킨다. 또한 주어진 적당한 크기 설정으로, 가열 전류의 세기를 결정할 수도 있다. 스위치(S3)는 또한 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선과 직렬로 연결될 수도 있다. 상기 스위치는 필라멘트(W1, W2)의 가열을 턴온 또는 오프시키거나 또는, 펄스 제어 동작에서 가열 전류를 조절할 수도 있다.

또한 하프 브릿지 스위치들을 전류를 끊는 방식으로 턴오프시키는 문제는 풀브릿지 배열(full bridge arrangement)로 연결된 스위치들에 똑같이 적용된다. 풀 브릿지의 각각 한쪽 반은 하프 브릿지에 대해 상기 진술한 것과 동일하게 해석된다.

본 발명은 실시예에 의해 더 자세하게 아래에서 설명된다. 도면은 본 발명에 따른 공기층을 갖는 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 회로를 도시한다.

중간 회로 전위(P)와 기준 전위(E)사이에서, 동작 전압원(DC)은 도면의 회로에 DC 전압을 공급한다. 두개의 스위치(S1, S2) 직렬 회로로 형성되는 하프 브릿지는 이 DC 전압원(DC)에 연결된다. 하프 브릿지는 스위치의 연결점(M)에서 시스템 전압 주파수와 비교하여 높은 주파수의 AC 전압을 발생시킨다. 프리 휠링 다이오드(free wheeling diode)(D1, D2)는 이 스위치와 병렬로 연결된다. 부하 완화 커패시터(CT)는 상부 스위치(S1)와 병렬로 연결된다. 또한 부하 완화 커패시터(CT)는 동일한 효과를 발생시키는 방식으로 하부 스위치(S2)와 병렬로 연결될 수도 있다. 필라멘트 가열 회로의 제1 회로는 하부 스위치(S2)와 병렬로 연결된다. 제1 결합 커패시터(CB1)는 스위치와 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선(L11)에 직렬로 연결된다. 또한 필라멘트의 제1 회로는 동일한 효과를 발생시키기 위해 상부 스위치(S1)와 병렬로 연결될 수 있다. 램프 인덕터(L2)는 하프 브릿지 스위치(S1, S2)의 연결점(M)에 연결된다. 제1 램프 연결부(A1)는 램프 인덕터의 다른 단부에 연결된다. 또한 그곳에 공진 커패시터(CR)의 연결부가 연결된다. 공진 커패시터(CR)의 다른 연결부는 동작 전압(DC)의 기준 전위(E)에 연결된다. 램프(A2)의 제2 연결부는 또한 제2 결합 커패시터(CB2)를 통해 기준 전위(E)에 연결된다. 또한 공진 커패시터(CR)는 기준 전위(E)에 연결되는 대신에 동일한 효과로 제2 램프 연결부(A2)에 연결될 수 있다. 램프(Lp)의 제1 필라멘트(W1)는 제1 램프 연결부(A1)와 제3 램프 연결부(A3) 사이에 연결된다. 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 이차 권선(L12)은 병렬로 연결된다. 램프(Lp)의 제2 필라멘트(W2)는 제2 램프 연결부(A2)와 제4 램프 연결부(A4) 사이에 연결된다. 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 이차 권선(L13)은 병렬로 연결된다. 한 개의 램프(Lp)만을 갖는 회로가 도면에 나타나 있다. 그러나 회로는 또한 다수의 직렬 연결 램프들에 사용될 수 있다. 따라서 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)는 가열된 필라멘트들에 따라 추가의 이차 권선들에 의해 보완되어야 한다.

본 발명은 스위치 교체형 방전 램프 작동 장치의 전극 필라멘트가 실제로 전원이 끊기는 방식으로 턴온되는 예열 동작을 보장한다.

Claims (9)

1. 중간 회로 전위(P)와 기준 전위(E)사이의 DC 전압원;

   중간점 전위(M)를 갖는 하프 브릿지를 형성하며, 하나(S1)는 상기 중간 회로 전위(P)에 연결되고 나머지 하나(S2)는 상기 기준 전위(E)에 연결되며, 선택적으로 스위칭 온-오프 됨으로써 AC 전압이 상기 중간점 전위(M)에서 발생하도록 하는 두 개의 직렬 연결된 전기 스위치(S1, S2); 및

   이차측(L12, L13)에서는 필라멘트들(W1, W2)에 에너지를 출력하고, 일차측(L11)에서는 상기 하프 브릿지에 의해 발생한 상기 AC 전압으로부터 에너지를 끌어당기는 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)를 포함하는 가열 부재를 갖는 가스 방전 램프용 전기 안정기로서,

   상기 필라멘트 트랜스포머의 코어는 상기 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 전기적 데이터를 기초로 작동하는 공기층을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공기층은 최소한 0.1mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
3. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 하프브릿지 스위치(S1, S2)와 병렬로 부하 완화 커패시터(CT)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 램프는 램프 인덕터(L2)와 공진 커패시터(CR)로 구성되는 직렬 공진 회로를 통하여 상기 하프 브릿지에 연결되는데, 상기 램프는 상기 공진 커패시터(CR)와 병렬로 연결되며, 상기 램프를 통과하는 전류는 하나 이상의 결합 커패시터(CB2)를 통과하여 흘러야 하는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)는 이차 권선(L12, L13)과 병렬 연결에 의하여 하나 이상의 필라멘트(W1, W2)에 가열 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
6. 제 5항에 있어서, 하나 이상의 방향에서 상기 관련된 이차 권선으로 흐르는 상기 직류 전류를 제한하는 전기 부재가 상기 하나 이상의 이차 권선(L12, L13)과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트 트랜스포머(L11, L12, L13)의 일차 권선(L11)은 상기 두개의 하프-브릿지 스위치(S1, S2)들 중 하나와 병렬로 연결된 일차 회로에 연결된 것을 특징으로 하는 전기 안정기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 일차 회로는 일차 권선(L11), 추가의 결합 커패시터(CB1)와 추가의 전기 스위치(S3)로 이루어진 직렬 연결부를 포함하는 것을특징으로 하는 전기 안정기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 하프 브릿지는 풀 브릿지를 형성하기 위해 두 개의 추가의 전기 스위치들에 의해 확장되는 것을 특징으로 하는 전기 안정기.