KR20060047430A - 고압 방전 램프를 작동하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시간 주기에 따른 파형을 갖는 바이폴라 공급 전류 및 사전 설정된 전력을 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 방법에 관한 것으로, 상기 고압 방전 램프는 램프 작동의 안정화를 위해 주기적으로 반복되는 시간 간격에서 상기 공급 전류의 영점 통과 직후에 추가의 전력을 공급받으며, 이때 시간에 걸쳐 평균된 총 전력이 사전 설정된 전력과 일치한다.

Description

고압 방전 램프를 작동하는 방법{METHOD FOR OPERATING A HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP}

도 1은 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프가 정격 전력으로 작동하는 경우 상기 램프의 전류, 전압 및 전력의 시간에 따른 파형을 도시한 그래프이다.

도 2는 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프가 정격 전력보다 낮은 전력으로 작동하는 경우 상기 램프의 전류, 전압 및 전력의 시간에 따른 파형을 도시한 그래프이다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 고압 방전 램프를 작동하는 방법에 관한 것이다.

예컨대 C.H. Sturm 및 E. Klein의 저서, "전기 램프용 작동 장치 및 회로(Betriebsgeraete und Schaltungen fuer elektrische Lampen)"(Siemens AG, 제 6판, 1992년)에 바이폴라 공급 전류를 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 방법이 기술되어 있다. 상기 문서는 실질적으로 구형파 파형을 가진 바이폴라 공급 전류를 사용한 고압 방전 램프의 작동을 기술하고 있다.

고압 방전 램프는 정상적인 작동을 위해 규정된 에너지 수지(energy budget)를 필요로 한다. 고압 방전 램프의 에너지 수지가 불안하면 고압 방전 램프의 작동 특성이 변동된다. 예컨대 규정되지 않은 방전 아크 형성으로 야기된 전극 침식 또는 깜박임(flickering)으로 인해 램프 수명이 단축될 수 있다. 바이폴라 공급 전류를 사용하여 고압 방전 램프를 작동하는 경우, 공급 전류의 극성 반전시 상기 공급 전류가 영점을 통과하는 것은 램프의 위험한 작동 상태를 나타낸다. 특히, 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프와 같이, 열 전도도가 높은 비교적 두꺼운 전극을 가진 고압 방전 램프의 경우, 공급 전류가 영점을 통과하는 동안 열 전달량이 증가함에 따라 램프 전극이 더 강하게 냉각된다.

이러한 경우, 고압 방전 램프에 공급된 전력이 공급 전류의 극성 반전에 앞서 램프 전극을 충분히 가열하지 못할 수도 있다. 그에 상응하여, 램프 전극의 방출 성능이 저하되며, 극성 반전 이후의 가용 전압이 전체 장치, 즉 방전 아크 및 전극에 걸쳐서 적절한 전류 흐름을 유지하고 상기 전류를 최대한 신속하게 공급하는 데 있어 충분치 못하게 된다. 그 결과, 고압 방전 램프에서 방전 아크의 깜박임이 관찰될 수 있다. 이는 특히 매우 노후화된 램프의 경우에 해당된다.

본 발명의 목적은, 시간 주기적인 바이폴라 공급 전류를 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 동안 전술한 문제가 발생하는 것을 방지하는 것이다. 특히 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프의 신뢰성 있는 작동 방법을 제공하는 것을 제 2의 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 고압 방전 램프가 주기적으로 반복되는 시간 간격에서 공급 전류의 영점 통과 직후에 추가의 전력을 공급받으며, 시간에 걸쳐 평균된 총 전력이 사전 설정된 전력과 일치하는 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방법을 통해 성취된다. 본 발명의 매우 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 기술된다.

놀랍게도 전환(commutation) 이전에, 즉 공급 전류 내지는 램프 전류의 극성 반전 이전에 전극을 예열하는 것보다 전환 직후에 과부하를 공급하는 것이 더욱 중요하다는 사실을 발견하였다. 전환 직후에 추가 전력을 공급하면, 특히 전극에 의해 야기되며 전극 내로 더 높은 전력을 도입함으로써 더 빠르게 가열되도록 하거나 더 빠르게 안정 상태로 전이되도록 하는 전압 상승(소위 전극 강하 전압)의 이용에 의해 고압 방전 램프의 깜박임 없는(flicker-free) 작동이 보증된다. 그러한 전극 강하 전압이 완전하게 이용될 수 없는 경우, 매우 오랜 시간 동안 가열이 지속되고, 전극은 상기 시간에 걸쳐서 비규정 아크 스폿, 그에 상응하는 방전 아크 이동 및 전극 침식 강화를 일으키는 저전류(low current) 흐름을 갖는 모드로 유지된다.

본 발명에 따라 시간 주기적 파형을 가진 바이폴라 공급 전류 및 사전 설정된 전력을 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 방법은, 상기 고압 방전 램프가 주기적으로 반복되는 시간 간격에서 공급 전류의 영점 통과 직후에 추가의 전력을 공급받으며, 시간에 걸쳐 평균된 총 전력이 사전 설정된 전력과 일치하는 것을 특징으로 한다. 고압 방전 램프에 추가 전력이 공급되는, 주기적으로 반복되는 시간 간격은 상기 고압 방전 램프의 공급 전류의 극성이 반전되는 시간에 근접하도록 배치된다. 바람직하게는 상기 주기적으로 반복되는 시간 간격은 공급 전류의 극성 반전 직후뿐만 아니라 공급 전류의 극성 반전 직전 또는 영점 통과 직전에도 배치된다. 공급 전류의 극성 반전 직전에 추가 전력이 공급되면, 공급 전류의 영점 통과시 램프 전극이 냉각되는 것을 고려하고 그로 인하여 야기되는 전술한 단점들에 대처하기 위해 시스템이 그에 상응하게 더 강하게 가열될 수 있다. 공급 전류의 극성 반전 이후의 결정적인 추가 전력 공급은 소위 전극 강하 전압 및 그에 따른 더 높은 전력 소비에 의해 냉각된 램프 전극을 최대한 신속하게 가열하기 위해 사용된다.

추가 전력 공급을 위한, 주기적으로 반복되는 시간 간격의 지속은 바람직하게 각각 공급 전류의 반주기 지속 시간의 1% 내지 40%이다. 고압 방전 램프의 주기적으로 반복되는 시간 간격 동안 적용되는 추가 전력의 순시값(instantaneous value)은 바람직하게 사전 설정된 전력값의 1% 내지 300%의 범위에 놓인다.

또한, 본 발명에 따른 작동 방법은 고압 방전 램프의 감광(dim), 즉 휘도 조정을 가능하게 한다. 따라서 시간에 걸쳐 평균된 고압 방전 램프의 총 전력이 상기 고압 방전 램프의 정격 전력보다 더 낮은 값으로 조정될 수 있다.

하기에는 한 바람직한 실시예를 참고로 본 발명이 더 상세히 설명된다.

도 1 및 도 2를 사용하여, 자동차의 헤드라이트 내에 사용하기 위해 제공되며 35와트의 정격 전력을 가진 매우 노후화된 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프를 기초로 하여 본 발명에 따른 작동 방법이 기술된다. 상기 램프는, 이온화 가능한 충전재가 봉입된 석영 유리로 만들어진 방전관 및 상기 방전관 내부에 광방출 가스 방전을 발생시키기 위한 전극을 가진다. 이온화 가능한 충전제는 크세논 및 나트륨, 스칸듐, 아연 및 인듐과 같은 금속들의 할로겐 화합물을 함유한다.

이러한 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프는 앞에서 인용한 서적의 해당 페이지에 기술된 기본 회로를 가진 작동 장치에 의해 실질적으로 구형파 파형을 가진 바이폴라 공급 전류를 공급받는다.

램프의 상기 구형파 바이폴라 공급 전류의 주파수 및 상기 바이폴라 공급 전류와 동위상에 있는 상기 램프의 구형파 바이폴라 공급 전압은 약 250Hz이다. 도 1에서 공급 전류와 공급 전압의 시간에 따른 파형 및 램프의 순간 전기 전력은 일반적인 단위인 암페어, 볼트 및 와트로 도시되어 있다. 시간축은 밀리 초millisecond) 단위로 눈금이 그려져 있다. 공급 전류 및 공급 전압의 반주기의 지속 시간은 각각 2 밀리 초이다 공급 전류는 대부분의 양의 반주기 및 음의 반주기 동안 약 0.5암페어 내지 -0.5암페어의 값을 갖는다. 그와 유사하게, 대부분의 양의 반주기 및 음의 반주기 동안의 공급 전압은 약 50볼트 내지 -50볼트에 달한다. 공급 전류 및 공급 전압의 극성 반전 직전 및 직후에만 전술한 변수들이 훨씬 더 높은 값을 취함에 따라, 상기 시점에 증가된 전력이 램프 내로 도입된다. 증가된 전력이 도입되는 지속 시간은 공급 전류의 극성 반전 직전 및 직후에 각각 공급 전류의 반주기의 11%, 즉 약 0.22 밀리 초이다. 공급 전류의 양의 반주기 및 음의 반주기의 대부분에 걸쳐서 램프의 순간 전기 전력 소비는 약 30와트의 값으로 거의 일정하다. 공급 전류의 각각의 극성 반전 직전에 각각 0.22 밀리 초의 시간 동안 램프에 약 95와트의 전기 전력이 인가되고, 공급 전류의 각각의 극성 반전 직후에 역시 각각 0.22 밀리 초의 시간 동안 램프에 약 80와트의 전기 전력이 인가된다. 공급 전류의 전체 주기 또는 1개의 주기에 걸쳐서 평균된 램프 전력 소비는 약 35와트이다.

도 2에는, 동일한 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프에 관하여 상기 램프가 감광(dim) 상태에서, 즉 정격 전력인 35와트 대신 단 25와트의 평균 전력 소비로 작동되는 경우 공급 전류, 공급 전압 및 순간 전기 전력의 시간에 따른 파형이 도시되어 있다. 공급 전류의 양의 반주기 및 음의 반주기의 대부분에 걸쳐서 램프의 순간 전기 전력 소비는 20와트의 값으로 거의 일정하다. 공급 전류의 각각의 극성 반전 직전 및 직후에 각각 0.22 밀리 초의 시간 동안 램프에 100와트 이하의 전기 전력이 인가된다. 전체 주기에 걸쳐서 평균된 램프 전력 소비는 약 25와트이다.

상기 램프의 공급 전류가 영점을 통과하기 직전에 상기 램프가 표준 작동 방식으로 감광되거나, 단지 전력이 증가하는 것으로 램프가 소등될 수 있다.

본 발명을 통해, 시간 주기적인 바이폴라 공급 전류를 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 동안 전술한 문제가 발생하는 것을 방지하고, 특히 무수은 할로겐 금속증기 고압 방전 램프의 신뢰성 있는 작동 방법을 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 시간 주기에 따른 파형을 갖는 바이폴라 공급 전류 및 사전 설정된 전력을 이용하여 고압 방전 램프를 작동하는 방법으로서,

   상기 고압 방전 램프가 주기적으로 반복되는 시간 간격에서 상기 공급 전류의 영점 통과 직후에 추가의 전력을 공급받으며, 시간에 걸쳐 평균된 총 전력이 사전 설정된 전력과 일치하는 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 주기적으로 반복되는 시간 간격은 상기 공급 전류의 영점 통과 직전에도 배치되는 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 주기적으로 반복되는 시간 간격의 지속은 각각 상기 공급 전류의 반주기 전체 지속 시간의 1% 내지 40%인 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 추가 전력의 순시값(Instantaneous value)은 상기 사전 설정된 전력값의 1% 내지 300%의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방 법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 고압 방전 램프의 감광(dim)을 위해 시간에 걸쳐 평균된 총 전력이 사전 설정된 전력보다 더 낮은 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 고압 방전 램프의 작동 방법.

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