KR20040082388A - 방전 램프를 동작시키는 장치 및 방법 - Google Patents

방전 램프를 동작시키는 장치 및 방법 Download PDF

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반카스테른돌프에이치.제이.
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 고압 방전 램프를 동작시키는 장치에 관한 것으로서, 공급 전압으로부터 고압 방전 램프에 전력을 공급하는 스위치 모드 전력 공급기 회로, 적어도 하나의 전력 스위치 소자를 포함하는 전력 공급 회로, 고압 방전 램프에 공급되는 전력 또는 전류를 제어하는 스위치-온 상태 및 스위치-오프 상태로 적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 수단을 포함한다. 본 발명에 따라, 제어 수단은 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 스위치-온 상태의 온-타임(Ton)을 제어함으로써 런업 상태 동안 램프에 의해서 소비되는 전류 또는 정상 상태 동안 램프에 의해서 소비되는 전력을 제어하기 위하여 적응된다.

Description

방전 램프를 동작시키는 장치 및 방법{Device and method for operating a discharge lamp}
고-강도 방전(high-intensity discharge; HID) 램프들은 램프 수명을 연장하기 위하여 작은 전력 범위내에서 정상 상태 동작 동안 동작된다. 더욱이, 런업(run-up) 동작 동안에, 런업 전류, 즉 점화 직후의 전류는 엄격한 조건들을 만족해야 한다. 런업 전류는 빠른 런업을 허용하기에 충분해야 하지만, 램프에 손상을 줄 정도로 높지 않아야 한다.
램프 또는 밸러스트(ballast) 회로를 구동하는 구동 회로에서는, 정상 상태 동안의 전력 레벨 및 런업 상태 동안의 전류 레벨이 제어되어야 한다. 보다 상세하게는, 정상 상태에서 램프에 공급된 전력은 램프 전압과 관계없이 (정규 램프 사양들 내에서) 좁은 전력 폭으로 유지되어야 하고, 또한 런업 전류는 주어진 램프 사양들을 만족시키기 위하여 제한되어야 한다.
일반적으로, 램프를 구동하는 밸러스트 회로는 메인 전압과 램프사이에 연결된 스위치-모드 전력 공급기(SMPS)를 포함한다. HID 램프들은 고 주파수들에서 음향 공진되기 쉽기 때문에, HID 램프들은 구형파 전류 동작에서 비교적 낮은 주파수(실질적으로 100Hz)에서 구동되어야 한다.
3단 구동 회로 설계에서, HID 응용들에 대한 스위치 모드 전력 공급기는 업컨버터와 결합된, 예를 들면 메인 전압(230V, 50Hz)을 정류하는 2중 정류자인 프리콘디셔너(preconditioner)를 구비하는 제 1 단을 포함한다. 제 2 단은 출력 전류를 안정화시키는 순방향 또는 벅(buck) 변환기로 불리는 다운컨버터(DC-DC 변환기)를 또한 포함한다. 밸러스트 회로의 제 3 단은 구형파 전류 동작을 구현하기 위하여 정류자 하프 또는 풀 브리지 (및 점화기)를 포함한다. 앞에서 언급된 정상 상태 동안 전력 제어 및 런업 상태동안 전류 제어는 피드백 루프에서 구현될 것이다. 다운컨버터의 실제 출력 전력 레벨은 다운컨버터의 입력 전류를 측정하는 수단에 의해 결정될 수 있다. 제어 회로는 다운컨버터의 출력을 제어하기 위하여 제공된다. 입력 전압이 일정하다고 가정하면, 다운컨버터의 입력 전류는 입력 전력에 관하여 선형이다. 다운컨버터에서의 손실들이 일정하다고 다시 가정한다면, 제어 회로는 측정된 입력 전류에 근거하여, 다운컨버터의 출력 전력을 제어할 수 있다. 따라서, 정상 상태 동안 출력 전류 레벨은 다운컨버터의 입력 전류를 측정하고 측정된 입력 전류를 제어 회로에 제공함으로써 제어된다. 임계 불연속 모드의 동작의 경우에서, 이러한 형태의 제어는 Ipeak제어로 불리운다. 런업 상태를 나타내는 낮은 램프 전압들에 대해서, 출력 전력들 대신에 다운컨버터의 출력 전류가 제어되고 사용된 특정 형태의 램프에 대해 특정되는 고정 값으로 설정된다. 더욱 구체적으로는, 출력 전류는 제한되는데, 즉 최대 다운컨버터 전류는 런업 전류로 설정된다. 낮은 램프 전압들에 대하여, 일정한 전력 피드백은 포화되고 전류는 한정된다.
상기 피드백 제어의 결점은 램프 밸러스트 상호작용을 충분히 안정화시키는 데 너무 느리다는 것이다. 어떤 형태의 램프들 및 감소된 전력 레벨(희미한 램프들)들에서 동작되는 램프들에 대하여 동작하는 장치들은 불안정할 수 있고 램프는 꺼질 수 있다. 다른 약한 임계형의 램프들에 대하여, 동작은 어느정도 안정화 될 수 있다. 하지만, 동작하는 장치의 성능은 예를 들면 정류후 오버슈트(overshoot)-효과들때문에 오히려 열화될 수 있다. 검출된 입력 전류가 스위칭 프로세스에 의하여 발생된 제어 루프의 교란들을 제거하기 위하여 필터링되어야 하는 것이 이유들 중 하나다. 다른 결점은 피드백 제어가 불안정해질 수 있다는 것이다. 피드백 제어는 또한 비교적 복잡한 회로를 요구한다.
더 단순화된 2-상 밸러스트 설계에서 다운컨버터 및 정류자 브리지는 하프-브리지 정류 순방향(HBCF) 또는 풀-브리지 정류 순방향(FBCF) 토폴로지에 의해 대체된다. 하지만, 이 토폴로지에서 특히 HBCF에서, 피크 전류의 제어(Ipeak제어)를 구현하는데 필요한 피크 전류를 측정하는 것은 어렵거나 복잡하다.
본 발명은 고압 방전 램프를 동작시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 이점들, 특징들 및 상세 부분들은 첨부된 도면들에 참조하여 도시될 것이다.
도 1은 램프 및 램프를 구동하는 밸러스트 회로를 도시하는 개략도.
도 2는 스위치 모드 전력 공급기의 하프-브리지 정류 순방향 (HBCF) 토폴로지를 도시하는 개략도.
도 3은 스위치 모드 전력 공급기가 임계 불연속 모드에서 동작되는 경우에서 시간(t)의 함수로서, 스위치 모드 전력 공급기에 의해 공급되는 전류(I)의 그래프를 도시하는 도면.
도 4는 램프 전압(Ulamp)의 함수로서, 런업 단계 및 정상 상태 동안 램프 전력(Plamp) 및 램프 전류(Ilamp)의 그래프를 도시하는 도면.
도 5는 일정한 Ipeak-제어 및 일정한 Ton-제어에 대하여 램프 전압(Ulamp)의 함수로서 램프 전류(Ilamp)의 그래프를 도시하는 도면.
도 6은 일정한 Ipeak-제어 및 일정한 Ton-제어에 대하여 램프 전압(Ulamp)의 함수로서 램프 전력(Plamp)의 그래프를 도시하는 도면.
도 7a는 피드백없이 전력 제어기를 도시하는 개략도.
도 7b는 더 언급된 실시예의 부가된 피드백 전력 제어기를 도시하는 개략도.
도 8은 옵션의 딤 레벨(dim level) 입력 스위치를 포함하고, 결합된 피드백 및 Ton제어기를 구비한 전력 제어기를 도시한 회로 다이어그램.
따라서 본 발명의 목적은 정상 상태 동안의 램프 전력 및 런업 상태 동안의 램프 전류가 제어될 수 있고 상기 언급된 결점들이 제거되는, 고-강도 방전 램프용 스위치 모드 전력 공급기를 제공하는 것이다.
이 목적은 고압 방전 램프을 동작시키는 장치에서의 발명에 따라 달성될 수있는데:
공급 전압으로부터의 고압 방전 램프에 전력 또는 전류를 공급하는 스위치 모드 전력 공급기 회로로서, 적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 포함하는 전력 공급기 회로;
고압 방전 램프에 공급된 전력 또는 전류를 제어하는 스위치-온 및 스위치 오프 상태로 적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
상기 제어 수단은, 정상 상태 동안 램프에 의해 소비되는 전력 또는 적어도 하나의 전력 소자의 스위치-온 상태의 온-타임(Ton)을 제어함으로써 런업 단계동안 램프에 의해 소비되는 전류를 제어하는데 적응된다. 스위치 모드 전력 공급기의 온-타임(Ton)을 제어하는 수단에 의한 어떤 피드백 또는 측정없이 순방향 제어는 안정 및 단순 제어 회로를 제공한다. 또한 제어 속도는 스위치 모드 전력 공급기의 스위칭 주파수와 관련이 있고 따라서 표준 피드백 제어를 사용하는 경우에서의 제어 속도보다도 더 크다. 실질적으로 표준, 고속 피드백 제어는 약 1kHz 이하의 제어 속도를 제공한다. 본 발명에 따른 제어 속도는 스위치 모드 전력 공급기의 스위칭 주파수와 같고 실질적으로 적어도 100kHz이다.
바람직하게는 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)의 값은 미리 설정된(preset) 값인데, 미리 설정된 값은 사용된 형태의 방전 램프의 특성들에 의존한다. 정상 상태 동안, 각 방전 램프 형태는 램프형의 특징인 비교적 좁은 전력 폭에서 구동된다. 더욱이, 램프는 램프 전압에서 실질적으로 독립적인 이 전력 폭의 변이들 안에서 구동된다. 방전램프의 각 형태에 대하여, 구동되는 램프에서의 기준 전력은 공지된다. 결과적으로 전력 스위칭 소자/소자들의 온-타임(Ton)은 미리 설정되고 램프는 특정 기준 전력에서 구동된다.
수명 동안 램프 전압에서 비교적 작은 변이를 가진 램프의 경우에서 또는 변이들에 대해 덜 민감한 경우에서, 특정 방전 램프 형태에 대한 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)은 오히려 실질적으로 램프의 동작 중에 일정하다. 그래서, 비교적 간단한 회로 설계로 충분하다.
하지만, 수명 동안 램프 전압에서 비교적 큰 변이들 구비한 램프들, 좋은 색 특성을 위하여 정확한 전력 레벨을 요구하는 램프들인 임계 램프들의 경우에서, 그리고/또는 희미한 램프의 옵션를 제공받는 밸러스트 경우에서, 전력 제어는 넓은 범위에 대하여 일정한 와트수를 보장하도록 비교적 느린 피드백 제어로 확장된다. 이 저속 피드백은 피드백 루프에 대한 입력으로서 HBCF 또는 FBCF 토폴로지인, 다운컨버터의 입력 전류를 사용한다. 이 피드백 루프는 넓은 전압 범위에 대하여 정확한 전력 레벨을 보장한다. 더 자세하게는, 본 발명의 앞선 실시예에서 장치는:
전력 공급기의 입력 전류를 결정하는 입력 전류 결정 수단으로서, 결정된 입력 전류의 신호 표현을 제공하는 입력 전류 결정 수단;
제어 수단에 피드백 되는 상기 신호를 통한 피드백 수단을 포함하고,
상기 피드백 신호의 함수로서 적어도 하나의 스위칭 소자의 온-타임(Ton)을 제어하도록 적응된다.
더욱이, 출력 커패시터의 편파 변환(depolarization) 프로세스가 정류 동안 요구되지 않는 고-점(high peak) 전류를 일으킬 수 있는 HBCF 또는 FBCF 토폴로지들의 응용의 경우에서 전력 제어의 행위를 개선하기 위하여, 비교적 간단한 고속 피드백 제어는 바람직하게 부가된다. 더 자세하게, 본 발명의 앞선 실시예에서 장치는:
램프 전압을 결정하는 전압 결정 수단으로서, 결정된 램프 전압를 나타내는 신호를 제공하는 전압 결정 수단,
제어 수단에 피드백되는 상기 신호를 통한 피드백 수단을 포함하고,
상기 신호의 함수로서 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)을 제어하는데 적응된다. 부가된 빠른 피드백 제어의 반복 주파수는 스위치 모드 전력 공급기의 스위칭 주파수와 같거나 조금 낮다.
제어 수단은 피드백 신호를 처리하는 부가된 전력 제어기를 포함할 수 있고 전력 스위칭 소자/소자들의 Ton-타임을 제어하는 분리된 제어기 수단을 동작시킨다. 2개의 제어기들은 또한 결합될 수 있다.
다른 앞선 실시예에서 장치는 감소된 램프 전력 레벨을 설정하는 딤 레벨(dim level) 수단을 포함하는데, 딤 레벨 수단은 램프의 딤 레벨을 나타내는 신호를 제공하고, 제어 수단은 상기 신호의 함수로서 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)을 제어하기 위하여 적응된다. 제어 수단은 딤 신호를 처리하는 부가된 전력 제어기를 포함할 수 있고 전력 스위칭 소자/소자들의 Ton-타임을 제어하는 분리된 제어기를 동작시킨다. 정확한 전력 조정을 위하여, 단순한 빠르거나 느린 피드백 제어기 각각, Ton타임 제어기 및/또는 가능한 부가된 딤 레벨 제어기는 단일 장치에 결합될 수 있다.
부가된 제어기는 저-효율의 마이크로프로세서로 구현될 수 있는데, A/D-변환기들의 속도가 비교적 느린 평균 전력 조절에 대하여 결정적이지 않기 때문이다.
부가된 느린 피드백 제어의 반복 주파수는 100Hz 이하이고, 바람직하게는 약 10Hz 이하이다. 온-타임(Ton)은 스위치 모드 전원 공급기의 스위칭 주파수보다 훨씬 낮은 반복 주파수로 반복적으로 적응될 수 있기에, 느린 전력 교란들이 부가된 피드백 회로에 의해 제어되는 동안, 빠른 전력 교란들은 Ton-순방향 제어에 의해 제어된다.
본 발명의 다른 면에 따라, 고압 방전 램프를 동작시키는 방법이 제공되는데,
적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 사용하는 단계로서, 공급 전압으로부터 고압 방전 램프에 전력을 공급하는 단계;
제어 수단을 사용하는 정상 상태동안 램프에 의해 소비되는 전력을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어 수단은 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)을 고정함으로써 램프 전력를 제어한다.
바람직하게는 상기 방법은 사용된 형태의 방전 램프의 특성들에 의존하는 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 온-타임(Ton)의 값을 미리 설정하는 단계를 또한 포함한다.
도 1은 프리콘디셔너(preconditioner)(1)를 포함하는 고-방전 램프(L)를 위한 3-상 밸러스트(ballast)를 도시하는데, AC 공급 전압(전형적으로 230V 50HZ)을 DC 공급 전압으로 변환하는 정류기(2) 및 업컨버터(up-converter)(3)를 포함한다. 밸러스트는 에너지 버퍼(4), 다운컨버터(5), 구형파 동작에서 램프(L)를 동작하는 풀 브리지 정류자(full bridge commutator)(6)를 또한 포함한다. 풀 브리지 정류자(6)는 4개의 MOSFETS(7), 시리즈 점화자 변환기(8), 램프 커패시터(9) 및 점화 상태에서 램프를 동작하는 분리 점화기 회로(10)를 포함한다. 프리콘디셔너(1), 다운컨버터(5), 정류자(6)는 제어 회로(11)에 의해 제어된다.
끊어진 선들에서 이전 피드백 제어 루프가 도시된다. 다운컨버터(5)의 입력 전류(Isense)(5)는 측정되고 제어 회로(11)에 피드백된다. 측정된 입력 전류(Isense)에 근거하여, 제어 회로(11)는 다운컨버터(5)의 출력 전압(정상 상태) 또는 출력 전류(런업 상태)를 요구된 레벨으로 설정하기 위하여 다운컨버터를 제어한다.
도 2에서, 고-방전 램프에 대하여 2-상 밸러스트 끝 부분이 도시된다. 2-상 밸러스트에서 3-상 밸러스트중 회로의 마지막 2개의 상들이 결합된다. 3-상 밸러스트와 비교하면 2-상 밸러스트는 간단하고 제작비가 비교적 저렴하다. 도 2의 하프브리지 정류 순방향(half bridge commutating forward; HBCF) 회로는 제 1 MOSFET(T1), 제 2 MOSFET(T2), 제 1 및 제 2 다이오드(D1 및 D2), 램프 인덕터(8), 램프 커패시터(9), 램프(L) 및 2개의 커패시터들(Cs)을 도시한다. 하프 브리지대신에 풀 브리지가 가능한데, 커패시터들(Cs)이 MOSFETS로 대체된다. 하프 브리지 정류 순방향 회로 또는 풀 브리지 정류 순방향 회로는 0 볼트 스위칭를 허용하는 임계 불연속 모드에서 동작된다. 각 하프 정류 주기(100Hz의 요구 정류 주파수), 하나의 MOSFET(T1 또는 T2)은 다른 MOSFET의 다이오드(D2 또는 D1)과 결합하여 동작된다.
불연속 모드에서 동작될 때, 3-상 다운컨버터 회로 또는 2-상 하프/풀 브리지 정류 순방향 회로(FBCF/HBCF)의 평균 레벨은 전류의 최소 및 최대 레벨 또는 회로의 MOSFETS가 활성화되는(스위치-온 상태) 동안의 시간(Ton)에 의해 결정된다. 임계 불연속 모드에서 동작될 때, 최소 전류 레벨은 0 이지만, 출력 전류의 레벨은 도 3에서 도시되는, Ton-타임 또는 최대 전류 값(Ipeak)에 의해서만 결정될 수 있다.
표 1에서 더 앞서 언급된 피드백 제어에서 구현된 Ipeak제어를 위한 유효한 등식들이 도시된다. 정 전류(constant current)(Ipeak) 제어는 도 5 및 도 6에서 도시되는데, 램프 전류(Ilamp) 및 램프 전력(Plamp)은 램프 전압(Ulamp)의 함수로서 도시된다.
상수(Ton) 제어 및 상수(Ipeak) 제어를 위한 램프 전력 및 램프 전류
도 4의 왼쪽 부분에서 도시되는 런업 단계에서, 램프 전압은 비교적 낮고(전형적으로 20V) 램프 전류 레벨(Ilamp) 감소된 레벨에서 상수로 유지된다. 레벨은 사용되고 있는 특정 램프의 상세 사항에 의존한다. 런업 단계에서 가정의 전력 곡선은 대각선으로 도시된다. 이것은 짧은 시간 구간에서는 신뢰된다. 이 도면의 오른쪽에서 도시되는 정상 상태동안, 전류 레벨 대신에 전력 레벨이 상수로 유지된다. 따라서, 더 높은 전압을 위하여 피드백 제어 루프는 동작에 들어가고, 램프 전압과 별개로 전력을 일정한 레벨로 안정시킨다. 피드백 루프는 정상상태에서 넓은 램프 전압 범위에 대하여 일정한 전력선을 제공할 것이다.
피드백 루프를 사용하는 경우에서, 출력 전류 값은 일정한 전압 레벨이 유지되는 그 같은 한도에서 피드백 제어 회로(11)에 의해 정상 상태동안 적응된다. 예를 들어, 램프 전압이 100V에서 약 115V까지 변한다면, 램프 전력은 80W(a)에서 92W(b)까지 상승한다. 이것을 피하고, 전력 레벨(Plamp)을 일정하게 유지하기 위해서, 피드백 제어는 0.8A에서 0.7A까지 출력 램프 전류를 감소시킨다. 이것은 전력 레벨(Plamp)을 일정하게 유지하기 위하여, 전력 레벨(도 6에서 화살표 P2)의 감소를 발생시킨다. 이러한 도면들에서, 연속적인 얇은 선 및 끊어진 얇은 선은 피드백 제어가 발생하기 전(원래) 또는 후(감소), 상수(Ipeak)제어의 경우에서의 램프 전류 및 램프 전압을 나타낸다.
피드백 루프에서 스위칭 작용은 패쇄 루프에서 불안정성들을 피하기 위하여 필터링되어야 한다. 이것은 스위칭 주파수 아래로 응답 시간을 여러 배 감속시킨다.
본 발명에 따른 상수(Ton)에서, 임계 불연속 모드에서 유효한 등식들은 표 1의 오른면에 주어진다. 상수(Ton) 제어는 또한 도면들 5 및 6에서 도시되는 굵은 선들에 의해 또한 나타난다.
스위치 모드 전력 공급기 스위치-온 및/또는 스위치-오프 상태(Ton-제어)에 있는 동안 시간을 제어하는 제어 회로(11)의 경우에서, 램프 전력 곡선은 도 6에서 도시되는 것처럼 포물선 형태로 도시되는데, 전력 곡선은 정상 상태에서 짧은 시간구간상에서 동일하다. 전력 공급기 Ton-타임은 노미널(nominal) 또는 기준 램프 전압, 예를 들어 100V(점 a)인 기준 램프 전압에 대응하는 램프에 공급되는 전압 값으로 제어 회로(11)에 의해 미리 설정(preset)된다. 도 6에서 도시되는 것처럼, 미리 설정된 Ton-타임에 대한 전력 레벨은 상당히 넓은 전압 범위에서 실질적으로 일정하다. 현재의 고-방전 램프들은 기껏해야 노미널 램프 전압에서 5% 변동을 실질적으로 보여준다. 하지만, 램프의 재-점화의 결과로서 전압 피크에 이르는 것처럼, 램프 전압이 15%의 변화하는 경우에 있어서(예를 들면 100V에서 115V까지의 15% 증가), 이것은 램프 전력(Plamp)(점 d)의 비교적 작은 감소만이 발생한다. 따라서, 100부터 115V까지의 전압의 범위에서, 램프 전력은 다소 일정하다. 감소는 5%보다 작은데(P3), 실제 적용에서 수용 가능하다. 전력이 전압의 함수로서 정확히 일정하지 않지만, 감소된 램프 전압 범위내에서 수용 가능할 정도로 균일하다.
예를 들어 매우 높은 램프 전압들에서, 매우 큰 변동들에 대하여 전력 레벨은 또한 자동적으로 감소하는데, 유익한 재활용 행위를 초래하고 재활용 문제들을 감소시킨다.
상수(Ton-타임) 제어의 상위 서술은 스위치-모드 전력 공급의 고정된 입력 전압에서, 요구된 출력이 강제될 수 있고 상수(Ipeak) 제어에서 적용되어야 하는 피드백 회로는 생략되어야 하는 것을 보여준다. 게다가, 고정된 설정을 구비한 고정된 순방향 제어의 사용은 안정 램프 전력 제어 및 런업 전류 제어를 제공하고, 빠른 응답, 즉 정류자의 스위칭 주파수(100kHz)와 실질적으로 동일한 응답을 공급하는데, 트랜지언트(transient)들이 다음에 오도록 한다. 추가로 비교적 작은 단순 회로 설계로 충분하다.
위의 실시예에서, Ton-타임은 실질적으로 일정한 램프 전력 레벨 또는 기준 전력 레벨을 얻도록 일정하게 유지된다. 사용자가 램프 전력 레벨을 낮출 기회가 가지는 응용들, 또는 수명기간동안 램프 전압에서 큰 변동이 보여지는 임계 램프들 또는 램프가 적용되는 응용들에서, 또한 앞의 실시예에 따른 "피드 포워드(feed foward)" 제어는 비교적 느린 피드백 제어로 확대된다. 이 추가적인 피드백 제어는 전력 공급기의 미리 설정된 Ton-타임을 요구된 낮춰진 전력 레벨로 램프 전력을 낮추기 위하여 감소되도록 하거나 임계 램프들 경우에서 넓은 전압 범위에 대하여 더 일정한 램프 전력을 보증한다.
게다가, 앞의 실시예을 따른, HBCF 또는 FBCF-토폴로지를 사용하는, 2-상 전력 공급기의 경우에서, 추가적이고 빠른 피드백은 필요할 수도 있다. 직접 전환후, 즉 모든 전류가 반전된 후, 매우 높은 전류 피크들은 출력 커패시터의 편파 변환(depolarization)에 의해 초래되는 인덕터를 통해 흐른다. 또한 전류는 런업 단계 또는 단락-선로의 상황에서 감소되어야 한다. 그래서, HBCF-/FBCF-코일의 포화를 피하기 위하여, Ton-타임은 저 램프 전압으로 감소되어야 한다.
도 7a는 위에서 설명된 것처럼, 임의의 추가적인 피드백을 사용하지 않고 Ton전력 또는 전류 제어의 개략적인 표현을 도시한다. 도 7b는 추가적인 피드백이적용되는 Ton전력 또는 전류 제어의 개략적인 표현을 도시한다.
추가적인 제어 루프는 A/D-변환기들의 속도가 느린 평균 전력 조정에 대하여 임계가 아니기 때문에, 저-효율 마이크로프로세서 시스템에서 실현될 수 있다. 빠른 전력 교란들은 앞서 기술된 순방향 제어 부분(Ton)에 의해서 제어된다.
더욱이, 도 8은 램프의 다이어그램 및 추가적인 실시예에서 밸러스트 회로를 도시하는데, 램프의 다이밍(dimming)의 옵션이 제공된다. 램프 전력 레벨이 사용자에 의해 고정된 기준 전력 레벨에서 감소된 전력 레벨 세트로 감소될 때, 사용자는 추가적인 전력 제어기에 딤 레벨(dim level)의 신호 표현을 보내는 입력 제어(보이지 않는)를 동작한다. 추가적인 전력 제어기는 그때 전력 회로(도 7b)의 Ton타임(B)을 간접적으로 제어하거나 전력 회로, 즉 다운컨버터 회로 또는 하프/풀 브리지 정류 순방향(FBCF/HBCF)의 Ton타임을 직접 감소(도 8)시키기 위하여 Ton제어기(A)를 제어한다.
램프 전압에서 큰 변동을 보이는 램프들의 경우에서, 비교적 느린 전력 피드백 루프는 넓은 전압 범위에 대하여 정확한 전력 레벨을 보증하는데 사용된다. 이러한 피드백 루프(도 8)에서 측정된 입력 전류는 피드백된다.
HBCF- 또는 FBCF-토폴로지의 경우에서 추가의 고속 피드백 루프는 앞에 언급된 것처럼 구현될 수 있다. 이 피드백 루프에서 램프 전압은 상이한 램프 전압 측정을 회피하기 위하여 가급적 간접으로 측정된다. 도 7b에서 선(C)는 램프 전압같은 램프-관련 신호를 나타내는데, 그러한 신호는 전력 제어기에 피드백된다. 추가적인 전력 제어 회로는 Ton제어기가 전력 회로의 Ton타임을 감소시키도록 하는 이런 신호를 사용하는데, 따라서 램프 전압 축에 대하여 전력 곡선을 이동시킨다.
본 발명은 앞서 언급된 실시예에 한정되지 않는다; 추구한 권리들은 많은 변형들이 파악될 수 있는 범위내에서 다음의 청구항들에 의해 정의된다.

Claims (18)

  1. 고압 방전 램프를 동작시키는 장치에 있어서,
    공급 전압으로부터 상기 고압 방전 램프에 전력을 공급하는 스위치 모드 전력 공급기 회로로서, 적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 포함하는 상기 전력 공급기 회로;
    상기 고압 방전 램프에 공급되는 상기 전력 또는 전류를 제어하기 위해 스위치-온 상태 및 스위치-오프 상태로 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 제어하는 제어 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 스위치-온 상태의 온-타임(Ton)을 제어함으로써 런업 단계(run-up phase) 동안 상기 램프에 의해 소비되는 상기 전류 또는 정상 상태(steady phase) 동안 상기 램프에 의해 소비되는 상기 전력을 제어하도록 적응된, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)의 값은 미리 설정된(preset) 값이며, 상기 프리셋 값은 사용된 타입의 방전 램프의 사양들에 의존하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    특정 방전 램프 타입을 위한 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)은 실질적으로 일정한, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 공급기의 상기 입력 전류를 결정하는 입력 전류 결정 수단으로서, 상기 결정된 입력 전류를 나타내는 신호를 제공하는 상기 입력 결정 수단;
    상기 신호를 상기 제어 수단에 피드백시키는 피드백 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 피드백 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)을 제어하도록 적응된, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프 전압을 결정하는 전압 결정 수단으로서, 상기 결정된 램프 전압을 나타내는 신호를 제공하는 상기 전압 결정 수단,
    상기 신호를 상기 제어 수단에 피드백시키는 피드백 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 피드백 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)을 제어하도록 적응된, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    감소된 램프 전력 레벨을 설정하는 딤 레벨(dim level) 수단으로서, 상기 램프의 상기 딤 레벨을 나타내는 신호를 제공하는 상기 딤 레벨 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 신호의 함수로서 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)을 제어하도록 적응된, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 제어 수단을 제어하는 피드백 제어기를 포함하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 빠른 램프 전력 조정들을 제공하도록 적응되고, 상기 피드백 제어기는 비교적 느린 램프 전력 조정들을 제공하도록 적응되는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온-타임(Ton)은 상기 스위치 모드 전력 공급기의 스위칭 주파수 보다 낮은 반복 주파수에 반복적으로 적응되는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 공급기의 스위칭 주파수는 적어도 100kHz인, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 반복 주파수는 100Hz 이하이고, 바람직하게는 10Hz 이하인, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬 인덕터(L) 및 상기 램프에 병렬인 적어도 하나의 필터 커패시터(C)를 포함하는 필터 회로, 및 하프 또는 풀-브리지 전력 공급기가 사용되는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 공급기는 하프-브리지 또는 풀-브리지 정류 순방향 토폴로지를 포함하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 공급기는 다운컨버터를 포함하는, 고압 방전 램프를동작시키는 장치.
  15. 고압 방전 램프를 동작시키는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전력 스위칭 소자를 사용하여, 공급 전압으로부터 상기 고압 방전 램프에 전력을 공급하는 단계;
    제어 수단을 사용하여 정상 상태동안 상기 램프에 의해 소비되는 상기 전력을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)을 고정함으로써 상기 램프의 상기 정상 상태동안 상기 램프 전력을 제어하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 사용된 타입의 방전 램프의 사양들에 의존하여 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)의 값을 미리 설정하는 단계를 포함하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 방법.
  17. 제 15 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상기 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)은 실질적으로 일정하게 유지되는, 고압 방전 램프를 동작시키는 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 램프 전압을 결정하는 단계, 상기 결정된 램프 전압을 나타내는 신호를 제공하는 단계, 상기 신호를 상기 제어 수단에 피드백하는 단계, 및 상기 결정된 램프 전압의 함수로서 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 소자의 상기 온-타임(Ton)을 적응시키는 단계를 포함하는, 고압 방전 램프를 동작시키는 방법.
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