KR200253226Y1 - 고압방전 램프용 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고주파 서어지로 인한 고주파 장애(EMI) 문제를 해결한 제논램프(XENON LAMP)라이트로 사용되는 고압방전램프의 구동회로를 제공하기 위해, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류 및 공진회로부(200); 스위칭 제어신호(G1, G2)의 제어에 의해 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭에 의해 고주파 신호를 생성하는 인버터부(400); 출력측 신호가 피드백 인가되어, 출력측으로부터 측정된 파워가 소정치 이상일 경우에 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 상기 스위칭 제어신호를 발함으로써 출력파워가 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 최초 램프 점등시에는 상기 스위칭 소자의 스위칭을 시작하는 발진 동작을 개시하도록 하는 정전압 및 발진회로부(300); 입력 교류전원을 브릿지 다이오드 회로들(BD1-BD4)을 통하여 전파 정류한 직류로 변환시켜 역율 개선 및 램프에 안정된 직류전압을 공급하는 고주파 정류부(500); 고주파 전류에 의한 램프 예열을 행하는 고주파 시동회로부(600); 및 고조파 노이즈 성분의 억제를 행하는 고조파 함유율 극소화 회로부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고압방전 램프용 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP}

본 고안은 고압방전(High Intensity Discharge: HID) 램프용 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 제논탐조등과 같은 고전압 고전류의 고압방전 램프를 구동하기 위한 자려식 전자식 안정기에 관한 것이다.

일반적인 전자식 안정기는 안정기에 시동용 반도체 소자를 포함시킨 것으로, 그 스위칭 작용이나 전극 가열용 권선으로 전극을 예열하고 반도체 스위칭 작용으로 램프를 시동시키며, 점등 중에는 램프 전류 및 전극 가열용 권선에 의해 전극이 가열되는 회로방식에 사용되는 안정기로서, 자체의 LC 공진회로에 의해 발진되는 자려식과, 별도의 발진기를 사용하는 본 고안에 관한 타려식이 있다.

일반적인 전자식 안정기는 재래식 안정기보다 여러 가지 장점이 있으나, 전압변동 및 서어지 전압에 약하다는 문제점이 있어 반드시 보호회로를 내장하게 되어 있으며, 시동시에 대한 특별한 대책이 필요하다.

한편, 일반적인 고압방전 램프는 수은등, 고압 나트륨등, 금속 할로겐등과 같이 고전압을 갖고 있으며, 튜브의 내부는 점등시 고온 플라즈마 상태로 되어 간다. 이와 같은 고압방전 조건을 조성하기 위해, 최근에는 전자식 안정기가 주로 사용되고 있는 바, 고압방전 램프용 자려식 전자식 안정기로서 PCT공개 제WO99/51066호와 같은 것이 있다.

먼저, 상기 공보의 전자식 안정기를 도1을 들어 설명한다.

도1에 도시된 바와 같은 종래의 일반적인 HID 전자식 안정기는, 입력전원 공급부(1), 컨버터부(2), 인버터부(3), 출력정합부(4), 완충DC전원부(5), 파워제어부(6) 및 게이트 변압기부(7)로 이루어진다.

입력전원 공급부(1)는, 교류전원의 전압을 안정화시키도록 퓨즈(FUSE), 바리스터(ZNR), 콘덴서(C301-C303) 및 변압기(TR1)로 이루어지며, 전원전압을 안정화시킨다.

입력전원 공급부에서 안정화된 교류전압은 다음 단의 컨버터부(2)로 인가되어, 브리지 다이오드(D301-D304)에 의해 정류되며, 초크코일(TR2) 및 콘덴서(C304)에 의해 평활화되고, 정류된 DC전류가 다음 단인 인버터부(3)로 인가된다.

인버터부(3)는, 정류된 DC전원이 인가되는 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(K1, K2), 정류된 DC 전원에 의해 충전된 전압을 다이악에 인가하여 다이악(D311)을 턴온하기 위한 제2 콘덴서(C313) (다이악이 턴온되면 스위칭 트랜지스터(K2)도 턴온됨), 게이트 변압기(TR5)에 의해 검출된 공진신호가 인가되는 제1 및 제2 게이트 파형정형 집적회로(IC1, IC2)로 이루어진다. 즉, 램프의 시동시에,제2 콘덴서(C313)에 충전된 전압에 의해 다이악(D311)이 턴온되면, 제2 스위칭 트랜지스터(K2)가 스위칭되며, 자유공진신호가 출력정합부(4)로 여기된다. 그리고 게이트 변압기(TR5)가 공진회로의 신호를 검출하여 제1 및 제2 게이트 파형정형 집적회로(IC1, IC2)로 인가한다. 다시 상기 집적회로는, 게이트 보호 제너 다이오드 내의 제어전압을 전압원 및 전류원으로 통과시키기 위해 인가된 신호를 제1 스위칭 트랜지스터(K1)의 게이트로 인가하며, 반사신호 전압이 증가할 때까지 상기 게이트로 포지티브 게이트 전압 신호를 인가하며, 상기 전압이 감소할 경우에는 게이트 상의 전위가 게이트 변압기(TR5) 상의 전위보다 더 높음에 따라 제1 트랜지스터를 턴온하여, 게이트 전위를 네가티브 게이트 전위로 감소시켜 전압원의 전위에 다다르게 하는 바, 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터가 반사신호와 동기되어 스위칭되므로, 그 출력이 공진을 일으켜 연속적으로 발진하게 된다. 저항 R302 및 R303은 다이악(D311) 및 콘덴서(C313)와 함께 초기신호 생성장치로 사용되며, 저항 R304 및 다이오드 D312는 초기신호 생성을 제거한다. 콘덴서 C311 및 C312는 스위칭 트랜지스터(K1, K2)의 전압상승율을 억제한다.

출력정합부(4)는, 시정수를 결정하는 공진 코일(TR4)과 제1 내지 제3 공진콘덴서(C307-C309), 및 튜브 전압과 매칭되는 권선비를 갖고(전압이 높을 때에 권선비는 높다) 출력이 공진 상태에 있지 않을 때에 생성된 반사파워를 완충DC전원부(5)로 되돌리는 출력변압기(TR3)를 갖는다.

완충DC전원부(5)는, 출력정합부(4)로부터 생성된 반사 파워를 입력하는 제1 및 제2 다이오드(D307, D308), 입력 전력이 충전되어 DC전압의 리플성분을 감소시키는 제3 및 제4 콘덴서(C305, C306), DC전압이 로우 레벨에 있는 상태에서 제1 및 제2 다이오드를 통해 제3 및 제4 콘덴서로 충전전압을 보상하기 위한 제3 및 제4 다이오드(D305, D306)로 이루어진다.

파워제어부(6)는, 제1 연산증폭기(U2), 제1 저항기(R315), 제2 연산증폭기(U1), 제2 저항기(R307) 및 제3 저항기(R306)를 포함한다. 그리고, 제1 연산증폭기(U2)는, 출력제어 집적회로(IC3) 내에서 제1 DC전류 검출저항기(R301)로부터 검출된 값과 제2 및 제3 DC전압 검출저항기(R308, R309)로부터 검출된 값을 곱한 값으로 제2 전류원(A2)을 제어함으로써, 최종적으로 게이트 변압기(TR5)의 전류를 제어한다. 상기 제어된 전류는 제1 저항기(R315)에서 전압으로 바뀌게 되며, 제2 연산증폭기(U1)는 상기 전압을 기준 전압과 연산한다. 상기 연산된 결과는 제2 저항기(R307)로 출력되는 바, 출력된 값은 제3 저항기(R306)에서 파워 설정값으로서 설정되어, 제1 연산증폭기(U2)로 입력된다.

또한, 파워제어부(6)는, 제1 비교기(U3), 제4 저항기(R311), 제2 비교기(U4), 제5 저항기(R314), 제1 스위치(SW1) 및 제3 비교기(U5)를 더 포함한다. 그리고, 제1 비교기(U3)로 온도센서의 검출값이 입력되며, 제4 저항기(R311)에 의해 제1 비교기(U3)의 비교값이 설정된다. 만약, 검출온도가 제1 비교기(U3)에서의 설정값보다 더 높을 경우 제1 연산증폭기(U2)의 출력이 차단된다. 또한, 광센서의 검출값이 제2 비교기(U4)로 입력되며, 제5 저항기(R314)에 의해 제2 비교기(U4)의 비교값이 설정되며, 검출된 외부조도가 제2 비교기(U4)에서의 설정값보다 더 높을 경우 제1 연산증폭기(U2)의 출력이 차단된다. 또한, 제1 스위치(SW1)의 신호가입력되면, 제1 연산증폭기(U2)의 출력 차단이 제거된다. 아울러, 제2 전류원(A2)에서 제어된 전류값이 제1 저항기(R315)에서 전압으로 변경되는 바, 상기 전압값이 제3 비교기(U5)에 의하여 기준전압과 비교되어, 만약 큰 양의 전류가 흐르면 제1 연산증폭기(U2)의 출력이 차단된다.

더구나, 파워제어부(6)는, 램프가 소망의 재점등 시간 내에 점등되지 않을 경우 제1 연산증폭기의 출력을 차단하는 타이머, 상기 시간을 설정하는 시정수를 결정하는 제6 저항기(R316)와 제5 콘덴서(C315), 및 전원전압이 작은 경우 제1 연산증폭기의 출력을 차단하는 과소전압 차단기를 더 포함한다.

게이트 변압기부(7)의 게이트 변압기(TR5)는, 출력정합부(4)에서의 공진신호를 검출하여 제1 및 제2 게이트 파형정형 집적회로(IC1, IC2)로 검출된 신호를 인가한다.

따라서, 이상의 종래기술에 의하면, 초기에 인버터부(3)의 초기시동부(C313, D311, R302, R303)에 의해 스위칭 트랜지스터(K2)가 스위칭되어 출력정합부(4)의 공진회로(C307-C309, TR4)의 자유공진이 개시되고, 시동이 이루어지면 초기신호는 초기신호 제거부(R304, D312)에 의해 제거되며, 출력정합부는 개시된 공진주파수로 계속하여 공진을 하면서 램프를 점등시킨다.

그리고, 출력정합부(4)의 출력이 공진 상태에 있지 않을 때에 생성된 반사파워는 완충DC전원부(5)의 제1 및 제2 다이오드(D307, D308)에 의해 제3 및 제4 콘덴서(C305, C306)로 반사되어지고, 제3 및 제4 다이오드(D305, D306)에 의해 충전전압의 보상이 이루어진다. 또한, 출력전류는 저항(R315)에 의해 검출되어, 바람직한출력전류 설정을 행하게 되며, 입력파워 검출기(R301, R308, R309, 승산기)로부터 검출된 신호와 비교되어 게이트 변압기(TR5)의 제어를 행하게 된다.

그러나, HID 램프 중에서도, 일반 고전압 방전등이 상대적으로 저전류에서 방전되는데 비해, 야간 행사 및 경관조명에 사용되는 등의 장거리 조사용 서치라이트나 군용 및 해상 탐조등으로 사용되는 제논램프는 6kV 내지 12kV 의 고전압에 더구나 점등시 순간적인 고전류가 흐르게 된다. 또한 플리커링 현상을 없애기 위해서, 고주파 시동회로에 의한 고주파의 고전압을 생성하여 주어야 하는 바, 이렇게 되면 서어지 전류 및 고주파 장애로 인하여 다른 전자장비에 장애를 주게 되므로, 실제로 일정 이상의 고주파 성분 및 고전압 그리고 일정 이상의 서어지 전류의 발생은 금지되었다. 결국 서치라이트를 이용하는 야간행사의 흥미도 반감될 수 밖에 없었다.

더구나, 도시의 역사적인 건조물이나 교량을 연출 조명하는 라이트 업(light up)이나 야간 경관 조명으로 아름다운 도시를 조성하기 위한, 또는 아름다운 이벤트 행사나 야간 방송과 같은 야간 특수 조명에 있어서는 초고압 특수조명이 필요하게 되는 바, 일반적인 상용전원(220V)으로 이상과 같은 고압 전력의 생성을 위해서는 대형의 고가인 변압기 등이 사용되어져야 하며 막대한 전력 손실이 생기게 되는 바, 이는 바로 정류기의 대형화 및 원가 상승으로 이어지는데 반해, 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로에 의하면, 상용전원을 일단 정류하여 직류로 변환하고 변환된 직류를 다시 고주파 발진회로에 의하여 발진시킨 고주파 발진펄스를 다시 고주파 정류함에 의해 소형의 변압기만으로 고압 전압,전류를 생성하는 것이 가능하며 따라서 전력손실을 최소화하고 원가절감을 가져오도록 함에 있다.

본 고안은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은, 소형의 고효율의 그리고 고주파 서어지로 인한 고주파 장애(EMI) 문제를 해결한 서치라이트로 사용되는 고압방전램프의 구동회로를 제공하는 것이다.

본 고안의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 고안의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 고압방전 램프용 전자식 안정기의 회로도.

도 2는 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 회로도.

도 3은 도 2의 고주파 시동회로부의 상세 회로도.

도 4는 본 고안에 따른 고압방전 램프부의 외관도.

도 5는 본 고안에 따른 고압방전 램프용 안정기의 외관도.

도 6 내지 도 10은 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형의 파형도로서,

도 6은 무부하시의 입력 발진펄스 파형도이고,

도 7 및 도 8은 각각 운전도중의 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형도이며,

도 9 및 도 10은 각각 시동시의 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입력전원 공급부 2 : 컨버터부 3 : 인버터부

4 : 출력정합부 5 : 완충DC전원부 6 : 파워제어부

7 : 게이트 변압기부

100 : 입력전원 공급부 200 : 정류 및 공진회로부

300 : 정전압 및 발진회로부 400 : ARC 인버터부

500 : 고주파 정류부 600 : 고주파 시동회로부

700 : 고조파 함유율 극소화회로부 800 : 정류기 보호회로부

900 : 램프

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로는, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류 및 공진회로부(200); 스위칭 제어신호(G1, G2)의 제어에 의해 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭에 의해 고주파 신호를 생성하는 인버터부(400); 출력측 신호가 피드백 인가되어, 출력측으로부터 측정된 파워가 소정치 이상일 경우에 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 상기 스위칭 제어신호를 발함으로써 출력파워가 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 최초 램프 점등시에는 상기 스위칭 소자의 스위칭을 시작하는 발진 동작을 개시하도록 하는 정전압 및 발진회로부(300); 입력 교류전원을 브릿지 다이오드 회로들(BD1-BD4)을 통하여 전파 정류한 직류로 변환시켜 역율 개선 및 램프에 안정된 직류전압을 공급하는 고주파 정류부(500); 고주파 전류에 의한 램프 예열을 행하는 고주파 시동회로부(600); 및 고조파 노이즈 성분의 억제를 행하는고조파 함유율 극소화 회로부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고조파 함유율 극소화 회로는, 상기 램프 전극의 양단에 병렬접속되는 서어지 전압을 흡수하기 위한 콘덴서(C10, C11)와, 상기 램프 전극의 양단에 병렬접속되는 저항(R6)과 바리스터(ZNR2) 및 콘덴서(C12)의 병렬회로로 이루어지는 고주파 노이즈 감쇄회로와, 상기 램프의 음극단에 접속되는 일측이 접지된 바리스터(ZNR3) 및 콘덴서(C13)의 병렬회로와, 상기 램프의 양극측 단자에 접속된 일측이 접지된 바리스터(ZNR4)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 고주파 정류부는 제1 내지 제4 브릿지 다이오드(BD1-BD4)로 구성되며, 각 브릿지 다이오드의 제1 단자와 제2 단자는 각각 저항(R2-R5)을 통해 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제1 단자가 그리고 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제2 단자가 상호 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제1 단자가 그리고 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자가 상호 접속된다. 또한, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자에는 각각 상기 출력측 변압기(TR2)의 2차측이 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자는 고주파 시동회로부(600)를 통해 램프(900)의 (+)측 단자에 그리고 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자는 직접 상기 램프(900)의 (-)측 단자에 접속되어 이루어지며,

상기 고주파 시동회로(600)는, 승압용 제1 고주파 트랜스(TR3)와, 상기 제1고즈파 트랜스의 1차측의 LC병렬회로(R7, C14, C15)와, 상기 고주파 유도 제2 고주파 트랜스(TR4)와, 상기 제1 및 제2 고주파 트랜스(TR1, TR2)의 사이의 미세조정을 위한 가변콘덴서(VC1)의 극간격 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면 도2 및 도3을 참조하여 본 고안의 최적 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 회로도이며, 도 3은 도 2의 고주파 시동회로부의 상세 회로도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로는, 크게 입력전원 공급부(100), 정류 및 공진회로부(200), 정전압 및 발진회로부(300), ARC 인버터부(400), 고주파 정류부(500), 고주파 시동회로부(600), 고조파 함유율 극소화회로부(700) 및 정류기 보호회로부(800)로 구성된다. 참조부호 900은 예를들어 군용 및 해상 탐조, 경과조명, 야간 이벤트 행사에서 사용되는 서치라이트용 제논램프이다.

본 고안은 자려식 고주파 발진 방식을 채택하고 있는 바, 이는 DIAC를 사용하여 일정 전압 이상에서 DIAC가 도통하여 궤환식 발진회로를 초기 구동하는 방식을 사용한다. 본 고안에 관한 영상조명 정류기는 고장율에 대비하여 자려방식을 채택하여 안정된 출력 전압 전류를 얻어 고주파 다이오드를 사용하는 정류회로를 다시 채택하여 램프에 안정적인 전압 및 전류를 공급하게 된다.

먼저, 입력전원 공급부(100)는 도 1의 종래의 고압방전등용 안정기 회로의 입력전원 공급부(1)와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

다음, 입력된 안정화된 AC 전원은 정류 및 공진회로부(200)의 브릿지 다이오드(D1-D4)를 통해 정류되며, 상기 정류된 전압은 다이오드(D2) 및 평활용 콘덴서(C7)에 의해 평활화된다. 또한, 상기 콘덴서의 일측 전위 단자는 저항(R1)에 직렬접속되는 바, 상기 정류된 전압은 다시 노이즈 필터(C5, C6, C7)에 의하여 필터링되는 것이 바람직하다. 상기 노이즈 필터 회로에는 다음 단인 인버터부(400)가 접속된다. 여기에서 상기 공진회로가 RLC 직병렬 공진회로로 구성되면 전원에서 램프로 방사시키는 전기에너지의 양을 조절하게 되며, 변화가 큰 펄스를 안정하게 유지시켜 줌으로써 고주파 서어지 특성과 역율이 향상되게 된다.

인버터부(400)는 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)에 의해 이루어지는 바, 상기 제1 트랜지스터(Q1) 및 제2 트랜지스터(Q2)의 소오스/드레인 단자간에는 병렬로 다이오드 D6 및 D7 그리고 콘덴서 C8 및 C9가 각각 병렬로 접속되며, 또한 제2 트랜지스터(Q2)의 출력단에는 출력측 변압기(TR2)의 1차측이 접속된다. 또한, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 게이트 단자에는 정전압 및 발진회로(300)로부터의 제어신호(G1, G2)가 인가된다.

한편, 상기 정전압 및 발진회로(300)는 상기 정류 및 공진회로부(200)의 정류된 직류전압이 전원으로 인가되어 내부에서 적절한 분압저항(미도시됨)을 통해 일례로 20V 및 8V로 된 구동전원에 의해 구동되며, 상기 출력측 변압기(TR2)의 2차측 신호가 피드백 인가되어, 정류기의 출력측으로부터 측정된 파워가 소정치 이상일 경우에는 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 스위칭을 고주파(25kHz∼37kHz)로 제어함으로써 출력파워가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

아울러, 최초 점등시에는 고주파 시동회로(600)에 의해 고주파 시동이 이루어지는 바, 이를 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도2 및 도 3에서 보듯이, 고주파 시동회로(600)의 입력은 입력전원 공급부(100)의 양 단(P1, P2)에 접속된다. 일측 입력단은 시동 스위치(SW1)을 통해 그리고 타측은 LC병렬회로(L1, C14, C15)를 통해 제1 고주파 트랜스(TR3)의 1차측에 접속된다. 상기 제1 고주파 트랜스의 2차측은 가변콘덴서(VC1)가 병렬로 접속되며, 다시 컨덴서(C16)을 통해 제2 고주파 트랜스(TR4)의 1차측에 접속된다, 상기 제2 고주파 트랜스(TR4)의 2차측의 출력단의 일측(P3)은 고주파 정류부(500)에 접속되며, 타측(P4)은 램프(900)의 (+)단자에 접속된다.

따라서 입력측을 통해 입력된 고주파 반사 성분을 포함하는 전원이 먼저 기생저항을 포함하는 RLC 공진회로(L1, C14, C15)에서 반사된 고주파 성분을 흡수하게 되면서 충전된다. 상기 콘덴서가 충분히 충전되면 1차 고주파 트랜스(TR1)에서 고압으로 승압되고, 다시 2차 고주파 트랜스(TR4)에서 1200V까지 승압되어 진다. 그리고 이때 상기 시동스위치(SW1)를 '턴온'하면, 일시에 많은 전류(일례로 140A)가 흐르면서 램프(900)가 점등되어지며, 점등 후에는 상기 고주파 시동회로는 단절되고 고주파 정류부(500)에서의 고압 직류가 상기 램프에 지속적으로 공급되게 된다. 이때 개략적인 고주파 전압값은 상기 고주파 트랜스의 턴수에 의해 결정되나 더 미세한 조정은 상기 가변컨덴서(VC1)의 조정에 의하여 이루어진다.

도 1의 종래의 발진회로부와 유사한 내부의 발진회로부(미도시됨)에서 상기 트랜지스터의 스위칭을 시작하는 발진 동작을 개시하도록 하는 바, 이에 대해서는도 1의 종래기술을 참조하여 당업자가 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 즉, 입력 전압의 ±30V 변동된 정류전압을 일정한 고주파 DC 전압으로 ARC 정류회로로 공급하기 때문에 출력을 고르게 얻을 수 있어 램프 수명이 크게 연장된다.

따라서, 정전압 및 발진회로(300)로부터의 스위칭 제어신호 G1 및 G2의 제어에 의해 제1 및 제2 트랜지스터의 스위칭이 고주파로 이루어짐으로써, 상기 인버터부는 25kHz∼37kHz에 달하는 고주파 신호를 발생시킨다.

또한, 상기 출력측 변압기(TR2)의 2차측은 고주파 정류부(500)에 접속된다. 고주파 정류부는 네 개의 브릿지 다이오드(BD1-BD4)로 구성된다. 각 브릿지 다이오드의 제1 단자와 제2 단자는 각각 저항(R2-R5)을 통해 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제1 단자가 그리고 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제2 단자가 상호 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제1 단자가 그리고 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자가 상호 접속된다. 또한, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자에는 각각 상기 출력측 변압기(TR2)의 2차측이 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자는 상기 고주파 시동회로부(600)의 출력측의 일측 단자(P3)에 접속되고 (상기 고주파 시동회로부(600)의 출력측의 타측 단자(P4)는 램프(900)의 (+)측 단자에 접속된다), 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자는 직접 상기 램프(900)의 (-)측 단자에 접속된다.

즉, 고주파 정류회로는 입력 교류전원을 브릿지 다이오드 회로들을 통하여전파 정류한 직류로 변환시켜 역율 개선 및 램프에 안정된 직류전압을 공급하게 된다. 또한, 제논램프를 점등하는 순간 과도현상에 의하여 과전압 과전류가 인가되어 램프 흑화 현상에 악영향을 줄 수 있는 바, 약 0.05-0.8초간의 고주파 전류의 램프 예열이 필요하며, 이를 위하여 본 고안의 고주파 시동회로는 LC 회로 및 하이브리드 IC를 이용한 회로를 채택하여 흑화를 방지함으로써 램프의 수명을 연장시킨다.

다른 한편, 상기 램프의 양단에는 고조파 함유율 극소화회로(700)가 접속된다. 고조파 함유율 극소화회로(700)는 도 2의 우측 하단에서 보는 바와 같이, 서어지 전압을 흡수하기 위한 콘덴서(C10, C11)가 램프 양극에 병렬접속된다. 즉, 출력측 변압기(TR2)의 리액터 성분 및 상기 고주파 정류부(500)의 저항 성분(R2-R5)와 더불어 상기 콘덴서(C10, C11)는 실질적인 RLC공진회로를 구성함으로써 서어지 성분을 효과적으로 흡수하게 된다. 아울러, 저항(R6)과 바리스터(ZNR2) 및 콘덴서(C12)의 병렬회로로 이루어지는 고주파 노이즈 감쇄회로가 상기 램프 양 전극간에 병렬접속되며, 다시 상기 램프의 음극단에는 일측이 접지된 바리스터(ZNR3) 및 콘덴서(C13)의 병렬회로가 접속되며, 램프의 양극측 단자에도 일측이 접지된 바리스터(ZNR4)가 접속된다. 즉, 이제까지의 이벤트 행사 조명에는 DMX 512 신호 방식을 채택하였는 바, 고주파 서어지로 인하여 다른 기기에 장해를 일으켜 아직까지는 사용이 불가능한 것으로 인식되어 왔으나, 본 고안의 고압방전 램프용 구동회로는 EMI 극소화 회로를 개발 내장하여 고주파 성분이 함유된 전파 장애를 제거함으로써 고조파 함유율을 0.8% 이하로 함으로서 EMI 문제가 해결되며 주변의 전자 정밀기기에도 악영향을 주지 않게 된다.

마지막으로 정류기 보호회로(800)에 대하여 설명하면, 이 역시 도 1의 종래의 정류기 보호회로(6)와 유사하다. 즉, 상기 정류 및 공진회로부(200)의 평활용 콘덴서(C4)의 일측 전압 및 상기 노이즈 필터(C5-C7)의 일측 전압을 측정하여 입력측 정보를 받아들이며, 상기 출력측 변압기(TR2)의 또다른 2차측 코일로부터 출력측 정보를 받아들여, 정류기가 이상 발진이나 이상 전압을 보일 경우에 상기 정전압 및 발진회로부(300)로 게이트 제어신호(G1', G2')를 발함으로써 상기 인버터부(400)의 스위칭용 트랜지스터(Q1, Q2)의 온/오프를 통해 정류기를 보호하도록 하는 바, 이 역시 도 1의 종래의 보호회로(6)에 의해 당업자라면 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 정류기 보호회로는 과전압이나 과전류뿐만 아니라 서머스탯(미도시됨)을 통해 정류기의 온도이상으로 부터도 정류기를 보호할 필요가 있다. 이외에도 디스플레이 구동회로가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

이상, 본 고안에 관한 고압방전 램프용 구동회로의 동작에 대해 설명하면, 상기 인버터 회로(400)에 의해 여기된 고주파 전압 (일례로 25kHz∼37kHz, 1.2 kV) 이 고주파 정류회로(500)에 의해 정류되어 직류전원으로 바뀌며, 동시에 고주파 시동회로(600)에 의해 고전압으로 바뀌어 램프에 인가되는 바, 램프의 양단에는 램프의 시동 전에는 80V 정도의 전압이 계속 걸리는 상태에 있게 되며, 정전압 및 발진회로의 기동에 의해 램프에서의 고압방전이 행하여지는 순간에는 약 6-12 kV의 고압이 램프양단에 걸리게 되어 약 5kW의 고압이 순간적으로 방전됨으로써 램프의 점등이 시작된다. 일단 램프가 점등되면, 램프 양 전극단에는 약 30V의 전압이 계속적으로 인가되며, 이때 램프 양 전극 간에는 약 140A의 전류가 흐르게 된다.

한편, 램프에 인가되는 고주파 전원신호에 비해 서어지와 같은 노이즈 성분이 10% 이내로 제한되면, EMI의 문제가 해결된다고 하는 바, 본 고안에 관한 고조파 함유율 극소화 회로(700)를 사용하게 되면, 노이즈의 함유율이 최대 0.8% 이내로 제한되어 다른 전자기기에 악영향을 주는 EMI 문제를 해결하는 것이 가능하게 된다.

도 4은 본 고안에 따른 고압방전 램프부의 실제 외형의 일례를 보여주고 있으며, 도 5는 본 고안에 따른 고압방전 램프용 안정기의 실제 외형의 일례를 보여주고 있다.

한편, 도 6 내지 도 10은 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형의 파형도를 도시하고 있는 바, 도 6은 무부하시의 입력 발진펄스 파형도이고, 도 7 및 도 8은 각각 운전도중의 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형도이며, 도 9 및 도 10은 각각 시동시의 종래기술 및 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로의 입력파형도이다. 상기 파형도는 '메크로닉스 LT224'에 의해 측정되었으며, 각 파형도에서 황색(1번)은 입력 전압 파형을, 녹색(2번)은 입력 전류 파형을 나타내고, 아래쪽의 적색(3번)은 출력 전압 파형을, 그리고 청색(4번)은 출력 전류 파형을 나타내고 있다. 출력 파워값이 맨아래에 계산되어 있다.

즉, 무부하시(이는 램프운전 이전으로 생각할 수 있다)의 입력 발진 펄스는 거의 왜곡이나 서어지 성분이 없음을 알 수 있다. 이는 출력측으로부터 어떠한 서어지도 거의 발생하고 있지 않기 때문이다. 그러나, 도 7에서와 같이 종래의 장치의 경우, 부하가 걸리게 되는 경우(운전 도중), 입력측의 입력 및 출력에는 많은 고조파 서어지 성분이 입력측으로 반사되어 입력측 입력 및 출력 파형에 포함되어 있음을 알 수 있다. 이와는 달리, 본 고안에 따른 구동회로에서는, 종래 장치의 출력(약 3kW)에 비해 더 큰 출력(약 7kW)을 출력함에도 불구하고, 출력측의 고조파 서어지 성분을 고조파 함유율 극소화회로부(700) 등에서 흡수하여 버리기 때문에 거의 입력측으로 고조파 서어지 성분이 반사되지 않음을 알 수 있다.

시동시에 있어서도, 도 9의 종래장치에서의 입력 및 출력에 있어서의 서어지 성분은, 도 10의 본 고안의 구동회로에서의 입력 및 출력에 있어서의 서어지 성분보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 이는 특히 입력측에 있어서는 반사되는 고조파 서어지 성분의 영향으로 더욱 뚜렷한 차이를 느낄 수 있다.

이상 본 고안을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 고안의 한계는 다음의 실용신안등록청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 고압방전 램프용 구동회로에 의하면, 고주파 정류 구동회로 채택으로 효율이 높으며 (소비전력 30% 이상 절감 및 무부하시의 소비전력이 거의 없다), 램프 수명을 20% 이상 연장시킬 수 있고, 플리커링 현상을 최대한 억제할 수 있는가 하면, 램프 점등이 즉시 가능하게 되고 점등시의 밝기를 최대로 할 수 있으며, 서어지 및 전파방해 극소화 회로 채택으로 다른전자장비에 고주파 장애로 인한 악영향을 주지 않으며, 외국의 이벤트 행사용 및 군용 서치라이트 조명기기인 리니어 방식(트랜스 방식)에 비하여 용량 무게를 1/3로 줄였으며, 자연빛에 아주 가까운 제논 램프 구동 안정화 전자회로 채택이 가능하게 되었다.

Claims (4)

1. 고압방전 램프의 점등용 구동회로로서,

   입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류 및 공진회로부(200);

   스위칭 제어신호(G1, G2)의 제어에 의해 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭에 의해 고주파 신호를 생성하는 인버터부(400);

   출력측 신호가 피드백 인가되어, 출력측으로부터 측정된 파워가 소정치 이상일 경우에 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 상기 스위칭 제어신호를 발함으로써 출력파워가 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 최초 램프 점등시에는 상기 스위칭 소자의 스위칭을 시작하는 발진 동작을 개시하도록 하는 정전압 및 발진회로부(300);

   입력 교류전원을 브릿지 다이오드 회로들(BD1-BD4)을 통하여 전파 정류한 직류로 변환시켜 역율 개선 및 램프에 안정된 직류전압을 공급하는 고주파 정류부(500);

   고주파 전류에 의한 램프 예열을 행하는 고주파 시동회로부(600); 및

   고조파 노이즈 성분의 억제를 행하는 고조파 함유율 극소화 회로부(700)를포함하는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 구동회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고조파 함유율 극소화 회로는,

   상기 램프 전극의 양단에 병렬접속되는 서어지 전압을 흡수하기 위한 콘덴서(C10, C11)와,

   상기 램프 전극의 양단에 병렬접속되는 저항(R6)과 바리스터(ZNR2) 및 콘덴서(C12)의 병렬회로로 이루어지는 고주파 노이즈 감쇄회로와,

   상기 램프의 음극단에 접속되는 일측이 접지된 바리스터(ZNR3) 및 콘덴서(C13)의 병렬회로와,

   상기 램프의 양극측 단자에 접속된 일측이 접지된 바리스터(ZNR4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 구동회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고주파 정류부는 제1 내지 제4 브릿지 다이오드(BD1-BD4)로 구성되며, 각 브릿지 다이오드의 제1 단자와 제2 단자는 각각 저항(R2-R5)을 통해 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제1 단자가 그리고 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제2 단자가 상호 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제3 브릿지 다이오드(BD3)의 제1 단자가 그리고 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자 및 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자가 상호 접속된다. 또한, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제2 단자 및 제2 브릿지 다이오드(BD2)의 제2 단자에는 각각 상기 출력측 변압기(TR2)의 2차측이 접속되며, 제1 브릿지 다이오드(BD1)의 제1 단자는 고주파 시동회로부(600)를 통해 램프(900)의 (+)측 단자에 그리고 제4 브릿지 다이오드(BD4)의 제1 단자는 직접 상기 램프(900)의 (-)측 단자에 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 구동회로.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고주파 시동회로(600)는, 승압용 제1 고주파 트랜스(TR3)와, 상기 제1 고즈파 트랜스의 1차측의 RLC병렬회로(R7, C14, C15)와, 상기 고주파 유도 제2 고주파 트랜스(TR4)와, 상기 제1 및 제2 고주파 트랜스(TR1, TR2)의 사이의 미세조정을 위한 가변콘덴서(VC1)의 극간격 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 구동회로.