KR20060052338A - 방전램프 제어장치 - Google Patents

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KR20060052338A
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drive circuit
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게 리
고이치로 미우라
다케시 우에마쓰
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티디케이가부시기가이샤
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Abstract

방전램프(discharge-lamp)를 조명(lighting)하기 위한 방전램프 제어장치는 두 개의 전극(electrodes) 및 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛을 포함하며, 각각 이 전극을 통해 방전램프에 파워를 공급한다. 각각의 구동 유닛은 일차 코일(primary coil) 및 이차 코일(secondary coil), 및 이차 코일에 병렬 연결된 커패시터를 갖는 트랜스포머를 포함한다. 제1 구동 유닛은 제1 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고, 제1 주파수보다 낮은 주파수인 제2 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선(impedance characteristics)을 갖는다. 제2 구동 유닛은 제3 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고, 제3 주파수보다 낮은 주파수인 제4 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선을 갖는다. 제1 주파수는 제3 주파수보다 큰 값을 갖도록 설정된다. 제2 주파수는 제4 주파수보다 작은 값을 갖도록 설정된다. 구동 회로의 작동 주파수는 제4 주파수에서 제3 주파수 사이의 주파수 대역 내에서 선택된다.
방전램프(discharge-lamp), 제어장치(control device), 임피던스 특성(impedance characteristics)

Description

방전램프 제어장치{DISCHARGE-LAMP CONTROL DEVICE}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방전램프 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 2는 방전램프 제어장치 내의 마스터 구동 회로(master driving circuit) 및 슬레이브 구동 회로(slave driving circuit)의 임피던스 특성 곡선(impedance characteristics)을 도시한 그래프이다.
도 3은 방전램프 제어장치 내의 마스터 구동 회로 및 슬레이브 구동 회로의 또 다른 임피던스 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
도 4는 병렬 연결된 복수의 방전램프를 조명(lighting)하기 위한 방전램프 제어장치를 도시한 회로도이다.
도 5는 병렬 연결된 복수의 방전램프를 조명하기 위한 마스터 구동 회로 및 슬레이브 구동 회로의 임피던스 특성 곡선을 도시한 그래프이다.
도 6은 마스터 구동 회로의 임피던스가 슬레이브 구동 회로의 임피던스와 정합(matching)되는 AC(교류, alternating-current) 주파수를 탐색하는 회로도이다.
본 발명은, 예컨대 LCD(액정 표시 장치, liquid crystal displays)의 백라이 트(backlight)로 사용되는 방전램프를 제어하기 위한, 방전램프 제어장치에 관한 것이다.
LCD는 휴대용 퍼스널 컴퓨터 및 워드 프로세서를 위한 디스플레이 뿐만 아니라 퍼스널 컴퓨터용 모니터 및/또는 텔레비전에 널리 사용된다. 최근에는 LCD의 사이즈가 증가함에 따라, 병렬 연결된 복수의 방전램프를 조명(lighting)하기 위한 기기의 개수가 증가되어 왔다.
두 개의 전극(electrodes)을 갖는 한 개의 방전램프를 위한 방전램프 제어장치가 일본 특허 공보 2004-241136에 공개되어 있다. 방전램프 제어장치는 두 개의 전극에 각각 전기적으로 연결된 한 쌍의 인버터(inverter)를 포함한다. 이 장치는 고주파(high frequency)의 AC(교류, alternating-current) 파워를 인버터로부터 방전램프에 공급함으로써 방전램프의 조명을 제어한다.
그러나, 이 장치를 병렬 연결된 복수의 방전램프를 조명하기 위해 사용할 경우에, 각각의 방전램프마다 인버터 쌍이 필요하기 때문에, 파워 소모량 및 제조 비용이 증가한다. 이 문제점을 해결하기 위해, 복수의 방전램프를 조명하기 위한 새로운 시스템이 개발되었고, 두 개의 인버터 회로 및 각 인버터 회로에 연결된 두 개의 구동 회로를 갖는 시스템을 상업적으로 이용할 수 있다. 이 시스템에서, 병렬 연결된 복수의 방전램프의 두 개의 전극 중 하나에 한 개의 인버터가 연결된다.
그러나, 상기 새로운 시스템에서 병렬 연결된 복수의 방전램프가 조명될 때에, 구동 회로들로부터 방전램프들에 공급되는 전력량이 방전램프들의 임피던스의 변동(variation) 때문에 균형을 잃게(unbalance) 될 수 있다. 또한 AC 구동에 의 해 유도된 방전램프의 분산 용량(distributed capacities)때문에 파워 균형을 잃을 수 있다. 구동 회로의 파워가 균형을 잃게 되면 방전램프에 흐르는 전류 변동이 증가할 수 있기 때문에 방전램프의 작동 수명이 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 구동 회로 임피던스의 변동으로 인해 구동 회로의 파워 균형 및/또는 구동 회로의 전류 균형이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 현상은 방전램프의 길이 방향(longitudinal direction)에 따른 밝기 변동 및/또는 방전램프의 작동 수명의 감소를 초래한다.
구동 회로 임피던스를 보장하기 위해 구동 회로 내에 트랜스포머 및 밸러스트 커패시터(ballast capacitor)와 같은 다른 조절 소자를 설치하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 소자들의 특성의 초기 변화 때문에 구동 회로의 파워 균형 및 전류 균형을 얻는 것은 여전히 어렵다.
또한, 만일 트랜스포머와 커패시터를 더 엄격한 기준에 의해 선택할 경우, 그 소자들을 선택함에 따라 비용이 상승하고, 따라서 방전램프 제어장치의 제조 비용이 상승한다.
본 발명의 목적은 방전램프에 연결된 구동 회로들로부터 공급되는 전력량 및/또는 전류량을 쉽고 간편하게 균형을 이루게 할 수 있는 방전램프 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 두 개의 전극을 갖는 방전램프를 제어하기 위한 방전램프 제어장 치를 제공한다. 본 발명의 방전램프 제어장치는 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛을 포함한다. 제1 구동 유닛은, 작동 주파수(operating frequency)에서, 방전램프에 전력을 공급하기 위해 두 개의 전극 중 하나에 연결되도록 구성된다. 제1 구동 유닛은 제1 일차 코일(a first primary coil) 및 제1 이차 코일(a first secondary coil), 및 제1 이차 코일에 병렬 연결된 제1 커패시터를 갖는 트랜스포머를 포함한다. 제1 구동 유닛은 제1 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제2 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선(impedance characteristics)을 갖는다. 제2 주파수는 제1 주파수보다 작은 값이다. 제2 구동 유닛은, 작동 주파수에서, 방전램프에 전력을 공급하기 위해서 두 개의 전극 중 다른 하나에 연결되도록 구성된다. 제2 구동 유닛은 제2 일차 코일(a second primary coil) 및 제2 이차 코일(a second secondary coil), 및 제2 이차 코일에 병렬 연결된 제2 커패시터를 갖는 제2 트랜스포머를 포함한다. 제2 구동 유닛은 제3 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제4 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선을 갖는다. 제4 주파수는 제3 주파수보다 작은 값이다. 제1 주파수는 제3 주파수보다 높게 설정된다. 제2 주파수는 제4 주파수보다 낮게 설정된다. 작동 주파수는 제4 주파수에서 제3 주파수 사이의 주파수 대역 내에서 선택된다.
본 발명은 제1 라인과 제2 라인 사이에 병렬 연결된 복수의 방전램프를 제어하기 위한 방전램프 제어장치를 제공한다. 복수의 방전램프 각각은 두 개의 전극을 갖는다. 각각의 방전램프마다 두 개의 전극 중 하나는 제1 라인에 연결되고 다른 하나는 제2 라인에 연결된다. 방전램프 제어장치는 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛을 포함한다. 제1 구동 유닛은 작동 주파수에서 복수의 방전램프에 전력을 공급하기 위해 제1 라인에 연결되도록 구성된다. 제1 구동 유닛은 제1 일차 코일 및 제1 이차 코일, 및 제1 이차 코일에 병렬 연결된 제1 커패시터를 갖는 제1 트랜스포머를 포함한다. 제1 구동 유닛은 제1 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제2 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선을 갖는다. 제2 주파수는 제1 주파수보다 작은 값이다. 제2 구동 유닛은 작동 주파수에서 복수의 방전램프에 전력을 공급하기 위해 제2 라인에 연결되도록 구성된다. 제2 구동 유닛은 제2 일차 코일 및 제2 이차 코일, 및 제2 이차 코일에 병렬 연결된 제2 커패시터를 갖는 제2 트랜스포머를 포함한다. 제2 구동 유닛은 제3 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제4 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 임피던스 특성 곡선을 갖는다. 제4 주파수는 제3 주파수보다 작은 값이다. 제1 주파수는 제3 주파수보다 높게 설정된다. 제2 주파수는 제4 주파수보다 낮게 설정된다. 작동 주파수는 제4 주파수에서 제3 주파수 사이의 주파수 대역 내에서 선택된다.
본 발명의 다른 목적뿐만 아니라 본 발명 특유의 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 후술하는 설명에 의해 명백해 질 것이다. 본 발명의 여러 가지 면에 대한 실시예들을 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방전램프 제어장치(10)를 도시한다. 방전램프 제어장치(10)는 전원에서 공급된 파워로 방전램프(L)의 조명도(照明度)를 제어한다. 방전램프 제어장치(10)는 스위칭 회로(switching circuit)(20), 제어 회로(30), 마스터 구동 회로(40S), 및 슬레이브 구동 회로(40S)를 포함한다. 방전램프(L)는 그 양 단부(ends)에 전극(E1, E2)을 갖는 냉음극 튜브(cold-cathode tube)를 포함하도록 구성된다. 냉음극 튜브는 방전램프(L)의 일례라는 점과, 방전램프 제어장치(10)는 냉음극 튜브 뿐만 아니라 어떠한 종류의 방전램프라도 제어할 수 있다는 점에 주의해야 한다.
스위칭 회로(20)는 입력 단자(A, B) 및 출력 단자(C, D)를 갖는 인버터 회로를 포함하도록 구성된다. 스위칭 회로(20)는 전원(22)으로부터 DC(직류, direct-current) 전압(Vin)을 갖는 전력을 공급받기 위해 입력 단자(A, B)를 통해 전원(22)에 전기적으로 연결된다. 스위칭 회로(20)는, 각각의 구동 회로(40M, 40S)에 스위칭 주파수를 갖는 전력을 공급하기 위해, 출력 단자(C, D)를 통해 마스터 구동 회로(40M) 및 슬레이브 구동 회로(40S)에 전기적으로 연결된다. 스위칭 회로(20)는 제어 회로(30)에 연결된다.
제어 회로(30)는 스위칭 회로(20)의 스위칭을 제어하기 위해 제어 신호를 발생시킨다. 제어 신호는 스위칭에 있어서 스위칭 주파수 및 펄스 폭을 결정한다. 제어 회로(30)는 제어 신호를 이용해 스위칭 회로(20)에, 펄스 폭 변조(PWM, pulse-width modulation) 및 펄스 위상 변조(PPM, pulse phase modulation)와 같은 적절한 전력 제어를 수행한다.
마스터 구동 회로(40M)는 트랜스포머(TM) 및 공진 커패시터(resonant capacitor)(C1M)를 갖는다. 트랜스포머(TM)는 서로 동일한 극성을 갖도록 감겨진 일 차 코일(41) 및 이차 코일(42)을 갖는다. 트랜스포머(TM)는 상호 인덕턴스(mutual inducuance)(MM), 일차 코일 누설 인덕턴스(leak inductance)(LL1M), 이차 코일 누설 인덕턴스(LL2M), 여기 임피던스(exciting impedance)(L1M), 및 이차 인덕턴스(L2M)를 갖는다. 일차 코일(41)은 단자(C)와 단자(D) 사이에 전기적으로 연결된다. 이차 코일(42)은 공진 커패시터(resonant capacitor)(C1M)에 전기적으로 병렬 연결된다. 공진 커패시터(C1M)의 한 쪽 단부는 기준 전위(GM)에 연결되고, 그 다른 쪽 단부는 마스터 구동 회로(40M)의 출력 단자(F)에 연결된다. 커패시터(C2M)는 일차 코일(41)의 한 쪽 단부와 단자(D) 사이에 연결된다. 마스터 구동 회로(40M)는 단자(F) 및 밸러스트 커패시터(CBM)를 통해 방전램프(L)의 전극(E1)에 전기적으로 연결된다. 밸러스트 커패시터(CBM)는 마스터 구동 회로(40M)와 방전램프(L) 사이에 연결된다.
마스터 구동 회로(40M)는 병렬 연결된 여기 인덕턴스(exciting inductance)(L1M) 및 공진 커패시터(C1M)를 포함하는 병렬 공진 회로(parallel resonant circuit)를 포함한다. 또한 마스터 구동 회로(40M)는 병렬 연결된 공진 커패시터(C1M) 및 이차 인덕턴스(L2M)를 포함하는 직렬 공진 회로(serial resonant circuit)를 포함한다. 따라서, 방전램프(L)를 조명하기 전에, 마스터 구동 회로(40M)는 다음 식으로 주어지는 직렬 공진 주파수 f0sM 및 병렬 공진 주파수 f0pM을 갖 는 임피던스 특성 곡선 ZM을 갖는다.
Figure 112005061995638-PAT00001
Figure 112005061995638-PAT00002
여기에서 C1M은 공진 커패시터(C1M)의 커패시턴스 값이고, 직렬 공진 주파수 f0sM은 병렬 공진 주파수 f0pM보다 크다.
방전램프(L)를 조명한 후에 마스터 구동 회로(40M)의 직렬 공진 주파수(fsM) 및 병렬 공진 주파수(fpM)는 다음과 같이 변한다.
Figure 112005061995638-PAT00003
Figure 112005061995638-PAT00004
여기에서 CBM은 밸러스트 커패시터(CBM)의 커패시턴스 값이고, Zlamp는 방전램프(L)의 임피던스이고, 그리고 직렬 공진 주파수(fsM)는 병렬 공진 주파수(fpM)보다 크다.
상술한 바와 같이, 마스터 구동 회로(40M)의 직렬 및 병렬 공진 주파수(fsM, fpM)가 구동 회로에 연결된 방전램프(L)의 임피던스에 대한 함수라는 것이 명백하다.
슬레이브 구동 회로(40S)는 트랜스포머(TS)및 공진 커패시터(C1S)를 포함한다. 트랜스포머(TS)는 서로 반대 극성을 갖도록 감겨진 일차 코일(43) 및 이차 코일(44)을 포함한다. 트랜스포머(TS)는 상호 인덕턴스(MS), 일차 코일 누설 인덕턴스(coil leak inductance)(LL1S), 이차 코일 누설 인덕턴스(LL2S), 여기 인덕턴스(L1S), 및 이차 인덕턴스(L2S)를 갖는다. 일차 코일(43)은 단자(C) 및 단자(D) 사이에 전기적으로 연결된다. 이차 코일(44)은 공진 커패시터(C1S)에 병렬 연결된다. 공진 커패시터(C1S)의 한 쪽 단부는 기준 전위(GS)에 연결되고, 그 다른 쪽 단부는 슬레이브 구동 회로(40S)의 출력 단자(H)에 연결된다. 커패시터(C2S)는 일차 코일(41)의 한 쪽 단부와 단자(D) 사이에 연결된다. 슬레이브 구동 회로(40S)는 단자(H) 및 밸러스트 커패시터(CBS)를 통해 방전램프(L)의 전극(E2)에 전기적으로 연결된다. 밸러스트 커패시터(CBS)는 슬레이브 회로(40S)와 방전램프(L) 사이에 연결된다.
슬레이브 구동 회로(40S)는 병렬 연결된 공진 커패시터(C1S) 및 여기 인덕턴 스(L1S)를 갖는 병렬 공진 회로를 포함한다. 또한 슬레이브 구동 회로(40S)는 직렬 연결된 공진 커패시터(C1S) 및 이차 인덕턴스(L2S)를 갖는 직렬 공진 회로를 포함한다.
따라서, 방전램프(L)를 조명하기 전에, 슬레이브 구동 회로(40S)는 식(5) 및 식(6)으로 정의된, 마스터 구동 회로(40M)과 동일한 직렬 공진 주파수 f0sS 및 병렬 공진 주파수 f0pS를 갖는다. 방전램프(L)를 조명한 후에 슬레이브 구동 회로(40S)는 식(7) 및 식(8)로 정의된 직렬 공진 주파수(fsS) 및 병렬 공진 주파수(fpS)를 갖는다.
Figure 112005061995638-PAT00005
Figure 112005061995638-PAT00006
Figure 112005061995638-PAT00007
Figure 112005061995638-PAT00008
마스터 구동 회로(40M)의 경우와 마찬가지로, 슬레이브 구동 회로(40S)에서 직렬 공진 주파수 f0sS가 병렬 공진 주파수 f0pS보다 크다. 방전램프(L)를 조명한 후에도 직렬 공진 주파수(fsS)는 병렬 공진 주파수(fpS)보다 큰 값을 유지한다. 슬레이브 구동 회로(40S)의 직렬 및 병렬 공진 주파수(fsS, fpS)는, 마스터 구동 회로(40M)처럼 방전램프의 임피던스에 대한 함수로서 변화한다.
다음으로, 마스터 구동 회로(40M) 및 슬레이브 구동 회로(40S)의 특성을 설명한다.
트랜스포머(TS 및 TM)는, 일차 코일과 이차 코일의 극성(polalities)을 제외하고는, 동일한 구조 및 동일한 트랜스포머 전압비(voltage ratio)를 갖는다. 본 실시예에서, 구동 회로(40M 및 40S)는 극성을 제외하고는 동일한 특성을 갖도록 제조된 트랜스포머(TS 및 TM)를 구비한다. 커패시터(C1M 및 C1S)는 동일한 커패시턴스 값을 갖는다. 바꾸어 말하면 구동 회로(40M 및 40S)는, 커패시턴스 값을 포함하여 동일한 특성을 갖도록 제조된 커패시터(C1M 및 C1S)를 구비한다. 따라서, 슬레이브 구동 회로(40S)는 기본적으로 마스터 구동 회로(40M)과 동일한 임피던스 특성 곡선을 가질 것이다.
그러나 일반적으로 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스 특성 곡선 ZM은, 트랜스포머(TM, TS) 및 커패시터(C1M, C1S)의 제조상 허용 오차 때문에, 구동 회로(40M)와 구동 회로(40S)의 대응하는 소자가 동일한 특성을 갖도록 제조된 경우에도 슬레이 브 구동 회로(40S)의 임피던스 특성 곡선 ZS과 종종 일치하지 않는다.
도 2를 참조하면, 마스터 구동 회로(40M) 및 슬레이브 구동 회로(40S)는 아래와 같은 관계를 갖는 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS을 갖는다.
Figure 112005061995638-PAT00009
Figure 112005061995638-PAT00010
여기에서,
Figure 112005061995638-PAT00011
이다.
도 2는 식(9) 및 식(10)을 만족하는 슬레이브 구동 회로(40S) 및 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스 특성 곡선의 일례를 도시한다. 만일 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 식(9) 및 식(10)을 만족하는 관계를 갖는다면, 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS는 병렬 공진 주파수(fpS)에서 직렬 공진 주파수(fsS) 사이의 대역폭 내의 주파수 fc에서 교점(intersection)을 갖는다. 바꾸어 말하면, 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스 값 ZM은 주파수 fc에서 슬레이브 구동 회로(40S)의 임피던스 값 ZS와 동일하다.
다음으로, 방전램프 제어장치(10)의 동작을 설명한다. 스위칭 회로(20)가 제어 회로(30)로부터 제어 신호를 받으면, 스위칭 회로(20)는 전원(22)의 입력 파 워를, 제어 신호에 의해 정의된 스위칭 주파수 f를 갖는 고주파 AC 파워로 변환한다. 그 후에 스위칭 회로(20)는 고주파의 AC 파워를 마스터 구동 회로(40M) 및 슬레이브 구동 회로(40S)에 모두 공급한다.
마스터 구동 회로(40M)는 스위칭 주파수 f에 대응하는 작동 주파수에서 작동한다. 마스터 구동 회로(40M)는 스위칭 회로(20)로부터의 입력 전압을 출력 전압 VoutM으로 변환하며, 변환된 전압 VoutM을 방전램프(L)의 전극(E1)에 제공한다.
또한 슬레이브 구동 회로(40S)는 마스터 구동 회로(40M)와 동일한 작동 주파수에서 작동한다. 슬레이브 구동 회로(40S)는 스위칭 회로(20)로부터의 입력 전압을 출력 전압(VoutS)으로 변환하며, 출력 전압 VoutS를 방전램프(L)의 전극(E2)으로 공급한다. 마스터 구동 회로(40M)의 트랜스포머(TM)가 슬레이브 구동 회로(40S)의 트랜스포머(TS)와 반대 극성을 갖기 때문에, 출력 전압 VoutS와 VoutM사이에 180˚의 위상 시프트(shift)가 발생한다. 따라서, 방전램프(L)의 밝기를 제어하기 위해 방전램프(L)의 전극(E1)과 전극(E2) 사이에 전압 │VoutM + VoutS│이 인가된다.
도 2에 도시된 교차점에 해당하는 작동 주파수에서 마스터 구동 회로(40M)와 슬레이브 구동 회로(40S)를 구동할 때에, 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스는 슬레이브 구동 회로(40S)의 임피던스와 동일하다. 스위칭 회로(20)에서 마스터 구동 회로(40M)에 인가한 전압이 스위칭 회로(20)에서 슬레이브 구동 회로(40S)에 인가한 전압과 동일하기 때문에, 마스터 구동 회로(40M)로부터 공급된 전력은 슬레이브 구동 회로(40S)로부터 공급된 전력과 동일하다. 따라서, 마스터 구동 회로(40M)의 전력량이 슬레이브 구동 회로(40S)의 전력량과 균형을 이루기 때문에, 전극(E1)을 통해 방전램프(L)로 흐르는 전류량은 전극(E2)을 통해 방전램프(L)로 흐르는 전류량과 동일하다. 따라서, 방전램프(L)의 동작 수명에 대한 악영향을 막을 수 있다. 예컨대, 방전램프의 동작 수명 감소가 예방된다.
구동 회로(40M) 및 구동 회로(40S)가 동일한 임피던스를 가질 수 있도록, 구동 회로(40M 및 40S)를 방전램프 제어장치(10)에 조립한 후에 구동 회로(40M 및 40S)의 작동 주파수를 결정한다. 따라서, 구동 회로(40M 및 40S)를 구성하는 전기 소자의 선택 기준이 완화될 수 있다. 따라서, 방전램프 제어장치(10)를 제조함에 있어서 구동 회로(40M) 및 구동 회로(40S)에 동일한 임피던스를 설정하기 위해 구동 회로(40M 및 40S)를 구성하는 각각의 모든 전기 소자를 엄격하게 선택할 필요가 없다. 따라서, 방전램프 제어장치(10)의 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 방전램프(L)가 방전램프 제어장치(10)에 연결된 후에, 구동 회로(40M 및 40S)의 작동 주파수는 구동 회로(40M) 및 구동 회로(40S)가 동일한 임피던스를 갖도록 결정된다. 따라서, 방전램프(L)의 임피던스가 변하더라도 마스터 구동 회로(40M)로부터의 전력량은 슬레이브 구동 회로(40S)로부터의 전력량과 균형을 이룰 수 있다.
임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 아래의 식(11) 및 식(12)로 정의된 관계를 가질 경우, 방전램프 제어장치(10)는 식(9) 및 식(10)을 만족하는 구동 회로(40M 및 40S)와 유사한 장점을 갖는다.
Figure 112005061995638-PAT00012
Figure 112005061995638-PAT00013
여기에서
Figure 112005061995638-PAT00014
이다.
도 3은 식(11) 및 식(12)를 만족하는 구동 회로(40M 및 40S)의 임피던스 특성 곡선의 또 다른 예를 도시한다. 만일 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 식(11) 및 식(12)를 만족한다면, 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS는 직렬 공진 주파수(fsM)에서 직렬 공진 주파수(fsS)까지의 대역폭 내의 주파수 fc'에서 교차점을 가진다. 바꾸어 말하면, 주파수 fc'에서 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스는 슬레이브 구동 회로(40S)의 임피던스와 동일하다.
따라서, 만일 스위칭 회로(20)가 주파수 fc'에서 스위칭되고, 마스터 및 슬레이브 구동 회로(40M 및 40S)가 주파수 fc'에서 구동된다면, 마스터 구동 회로(40M)의 임피던스는 슬레이브 구동 회로(40S)의 임피던스와 동일하게 된다. 동시에, 구동 회로(40M) 및 구동 회로(40S)에 모두 동일한 전압이 인가되기 때문에, 구동 회로(40M)의 전력량은 구동회로(40S)의 전력량과 균형을 이룰 수 있다.
본 실시예에서, 방전램프 제어장치(10)는 단일 방전램프(L)의 조명을 제어한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이 방전램프 제어장치(10)는 병렬 연결된 복수의 방전램프(L)를 조명할 수 있다. 도 4를 참조하면, n개의 방전램프(L1 ~ Ln)가 병렬로 연결된다. 각각의 방전램프(Li)는 커패시터(CMi)를 통해 마스터 구동 회로(40M)의 출력 단자(F)에 연결된 하나의 전극 및 커패시터(CSi)를 통해 슬레이브 구동 회로(40S)의 출력 단자(H)에 연결된 또 다른 전극을 갖는다. "n"은 2 이상의 정수이고 "i"는 1에서 n 사이의 정수라는 것을 주의해야 한다.
복수의 방전램프(L)가 조명되기 위해 병렬 연결되면, 마스터 및 슬레이브 구동 회로(40M 및 40S)의 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS는 직렬 공진 주파수 및 병렬 공진 주파수와 같은 뽀족한 피크(peak) 임피던스를 갖지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 병렬 공진 주파수(fpM 및 fpS)는 저주파 대역 내에서 완만하게 최대 임피던스 값을 나타난다. 직렬 최대 공진 주파수(fsM 및 fsS)는 저주파 대역보다 높은 고주파 대역 내에서 최소 임피던스 값을 나타난다. 복수의 방전램프(L)를 조명한 후에 각각의 방전램프(L)는 서로 다른 임피던스를 갖기 때문에, 복수의 방전램프(L)를 제어하기 위한 구동 회로의 임피던스 특성 곡선은 단일 방전램프(L)를 위한 구동 회로의 임피던스 특성 곡선의 조합이 된다.
본 실시예에서, 각각의 구동 회로(40M, 40S)의 최소값 및 최대값은 각각 직 렬 공진 주파수 및 병렬 공진 주파수로 간주되고, 구동회로는 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 식(9) 및 식(10)을 만족하는 조건과 식(11) 및 식(12)를 만족하는 조건 중 하나의 조건을 만족할 수 있도록 구성되는데, 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 식(9) 및 식(10)을 만족하는 것이 바람직하다. 따라서, 임피던스 ZM 및 ZS가 서로 동일하게 되는 주파수(fc)는 방전램프 제어장치(10)의 작동 주파수와 같이 설정될 수 있다. 따라서, 구동 회로(40M 및 40S)가 복수의 병렬 연결된 방전램프(L)를 조명할 때에, 마스터 구동 회로(40M)의 전력량은 슬레이브 구동 회로(40S)의 전력량과 균형을 이룬다.
본 실시예에서, fpS에서 fsS까지의 미리 정한 주파수 대역 내의 주파수(fc)에서 교차하는 임피던스 특성 곡선 ZM, ZS을 갖는 구동 회로(40M 및 40S)에 대해 설명한다. 만일 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS가 미리 정한 주파수 대역 내의 교차점 주파수(fc)를 갖지 않는다면, 임피던스 ZM이 임피던스 ZS에 근접한 주파수 f가 스위칭 회로(20)의 스위칭 주파수로 설정된다. 바꾸어 말하면, 임피던스 ZM이 실질적으로 임피던스 ZS와 동일하다고 간주되는 주파수가 스위칭 회로(20)의 스위칭 주파수로서 설정될 수 있다.
본 실시예에서, 구동 회로(40M)의 전력은 구동 회로(40S)의 전력과 거의 균형을 이루도록 결정된다. 그 결과, 방전램프(L)의 작동 수명은 구동 회로의 파워 불균형으로 인해 감소하지 않으며, 방전램프(L)는 그 길이 방향(longitudinal direction)으로 균일하게 광을 방출할 수 있다.
임피던스 ZM이 임피던스 ZS와 동일하게 되는 주파수를 찾는 한 가지 방법은 구동 회로(40M 및 40S)의 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS를 시뮬레이션하는 것이다. 시뮬레이션에 의해 두 개의 특성 곡선의 교차점을 얻을 수 있고, 따라서 교차점 주파수가 작동 주파수(fc)로 설정될 수 있다.
또 다른 방법은 임피던스 특성 곡선 ZM 및 ZS의 교차점 주파수를 찾기 위한 실험을 하는 것이다. 도 6에 의하면, 임피던스 ZM이 임피던스 ZS와 정합(matching)되는 AC 주파수를 측정에 의해 찾을 수 있다. 트랜스포머(TM)의 일차 코일(41)을 통해 흐르는 전류(IM)의 양을 측정하기 위한 전류계(AM)를 마스터 구동 회로(40M)에 설치한다. 트랜스포머(TS)의 일차 코일(43)을 통해 흐르는 전류(IS)의 양을 측정하기 위한 또 다른 전류계(AS)를 슬레이브 구동 회로(40S)에 설치한다. 비교 측정기(comparator)(50)는 전류계(AM 및 AS)로부터 검출 신호를 수신하고, 하나의 검출 신호를 다른 신호와 비교한다. 제어 회로(30)는 ΔI = IM - IS = 0 의 관계가 만족되도록 스위칭 회로(20)의 스위칭 주파수를 선택한다.
방전램프 제어장치(10)가 단일 방전램프(L)를 조명하기 위해 사용될 때에도, 임피던스 ZM이 임피던스 ZS와 동일하게 되는 주파수(fc)를 찾을 수 있다.
이 경우에, 검출된 전류(IM)와 전류(IS)의 위상 정합은 교차 주파수(fc)를 찾기 위한 요소의 하나이다. 주어진 주파수에서 전류(IM)의 위상이 전류(IS)의 위상과 정합되는 것이 바람직하다. 그러나, 만일 주어진 주파수에서 전류(IM)의 위상과 전류(IS)의 위상이 정합되지 않고 전류(IM 및 IS)의 평균제곱근 전류(root-mean-square currents) 또는 유효 전류(effective currents)가 정합된다면, 임피던스 ZM 및 ZS는 주어진 주파수에서 서로 근사하다고 간주된다. 구동 회로(40M)의 전력은 주어진 주파수에서 구동 회로(40S)의 전력과 대체로 균형을 이룰 수 있다. 따라서, 조건 ΔI = IM - IS = 0 을 만족하는 주파수는 유효 전류 값 및/또는 유효 파워를 측정함으로써 결정될 수 있다. 결정된 주파수는 구동 회로(40M 및 40S)의 작동 주파수로 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 동일한 구조와 특성을 가진 전기 소자로 마스터 및 슬레이브 구동 회로를 조립한 후에, 임피던스 ZM이 임피던스 ZS와 정합을 이루는 주파수가 시뮬에이션 또는 실험에 의해 결정되고, 두 개의 구동 회로 전부에 대한 작동 주파수로 설정된다. 따라서, 마스터 구동 회로(40M)의 전력은 슬레이브 구동 회로(40S)의 전력과 균형을 이룬다. 또한, 구동 회로(40M)의 전류는 구동 회로(40S)의 전류와 균형을 이룬다. 따라서, 방전램프 제어장치를 조립할 때에 방전램프 제어 장치를 위한 전기 소자를 엄격하게 소팅(sorting)할 필요가 없다. 따라서, 방전램프 제어장치의 제조 비용이 감소할 수 있다.
상술한 실시예에서, 동일한 트랜스포머 전압 비율(voltage ratio)을 갖는 트랜스포머(TM, TS)를 사용하고, 동일한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터(C1M, C1S)를 사용한다. 그러나, 만일 구동 회로(40M, 40S)가 주어진 주파수에서 동일한 임피던스를 갖는다면, 상기 소자들(TM, TS; C1M, C1S)이 아닌 다른 전기 소자들을 구동 회로(40M, 40S)에 사용할 수 있다.
도면들을 참조함에 있어, 도면들 내에서 유사한 소자들은 동일한 참조 번호를 가지고 식별하였다. 상술한 설명 및 수반된 도면에 의해 본 발명의 실시예들을 설명했다는 것을 이해해야 한다. 물론, 본 공개 발명의 정신과 범위에서 벗어남 없이, 상술한 설명의 미루어 볼 때 여러 가지 변경, 추가 및 대체 가능한 디자인들이 해당 기술 분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서 본 발명이, 공개된 실시예에 한정되지 않을 뿐 아니라 후술한 청구항의 최대 범위내에서 실시될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
본 발명에 의해 방전램프에 연결된 구동 회로로부터 공급되는 전력량 및/또는 전류량이 쉽고 간편하게 균형을 이루게 되는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 두 개의 전극(electrodes)을 가진 방전램프(discharge-lamp)를 제어하기 위한 방전램프 제어장치에 있어서,
    작동 주파수에서 상기 방전램프에 전력(electric power)을 공급하기 위해 상기 두 개의 전극 중 하나에 연결되는 제1 구동 유닛(driving unit); 및
    상기 작동 주파수에서 상기 방전램프에 전력을 공급하기 위해 상기 두 개의 전극 중 다른 하나에 연결되는 제2 구동 유닛을 포함하며,
    상기 제1 구동 유닛은 제1 일차 코일(first primary coil) 및 제1 이차 코일(first secondary coil), 및 상기 제1 이차 코일에 병렬 연결된 제1 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 구동 유닛은 제1 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제2 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 제1 임피던스 특성 곡선(impedance characteristics)을 갖고,
    상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 작고,
    상기 제2 구동 유닛은 제2 일차 코일(second primary coil) 및 제2 이차 코일(second secondary coil), 및 상기 제2 이차 코일에 병렬 연결된 제2 커패시터를 포함하고,
    상기 제2 구동 유닛은 제3 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제4 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 제2 임피던스 특성 곡선을 갖고,
    상기 제4 주파수는 상기 제3 주파수보다 작으며,
    상기 제1 주파수는 상기 제3 주파수보다 높게 설정되고,
    상기 제2 주파수는 상기 제4 주파수보다 낮게 설정되고,
    상기 작동 주파수가 상기 제4 주파수에서 상기 제3 주파수 사이의 주파수 대역 내에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는,
    방전램프 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선이 상기 주파수 대역 내의 교차점 주파수(intersecting-point frequency)에서 상기 제2 임피던스 특성 곡선과 교차하고, 상기 교차점 주파수가 상기 작동 주파수로 설정되는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수가 상기 제1 구동 회로의 직렬 공진 주파수이고,
    상기 제2 주파수가 상기 제1 구동 회로의 병렬 공진 주파수이고,
    상기 제3 주파수가 상기 제2 구동 회로의 직렬 공진 주파수이고,
    상기 제4 주파수가 상기 제2 구동 회로의 병렬 공진 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선의 임피던스가 상기 제2 임피던스 특성 곡선의 임피던스와 동일한 상기 작동 주파수를 결정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동 회로 및 상기 제2 구동 회로 각각의 전류를 측정하는 전류계를 더 포함하고,
    상기 제어기가 상기 작동 주파수를 결정하기 위해 상기 전류계에 의해 측정된 상기 전류값을 수신하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 제1 구동 회로의 상기 전류의 평균제곱근 값(root-mean-square value)이 상기 제2 구동 회로의 상기 전류의 실효값(effective value)과 일치하도록 상기 작동 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 제1 구동 회로의 상기 전류의 위상이 상기 제2 구동 회로의 상기 전류의 위상과 일치하도록 상기 작동 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선의 임피던스가 상기 제2 임피던스 특성 곡선의 임피던스와 실질적으로 비슷한 값을 갖는 상기 작동 주파수를 결정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머가 동일한 구조 및 동일한 트랜스포머 전압 비율(transformer voltage ratio)을 갖고,
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터가 동일 커패시턴스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  10. 제1 라인(line)과 제2 라인 사이에 병렬로 연결된 복수의 방전램프를 제어하기 위한 방전램프 제어장치에 있어서,
    상기 복수의 방전램프는 각각 두 개의 전극을 가지며,
    각각의 방전램프에 대한 상기 두 개의 전극 중 하나는 상기 제1 라인에 연결되고, 다른 하나는 상기 제2 라인에 연결되며,
    작동 주파수에서 상기 복수의 방전램프에 전력을 공급하기 위해 상기 제1 라인에 연결되는 제1 구동 유닛; 및
    상기 작동 주파수에서 상기 복수의 방전램프에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 라인에 연결되는 제2 구동 유닛을 포함하고,
    상기 제1 구동 유닛은 제1 일차 코일 및 제1 이차 코일, 및 상기 제1 이차 코일에 병렬 연결된 제1 커패시터를 갖는 제1 트랜스포머를 포함하고,
    상기 제1 구동 유닛은 제1 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제2 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 제1 임피던스 특성 곡선을 갖고,
    상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 낮으며,
    상기 제2 구동 유닛은 제2 일차 코일 및 제2 이차 코일, 및 상기 제2 이차 코일에 병렬 연결된 제2 커패시터를 갖는 제2 트랜스포머를 포함하고,
    상기 제2 구동 유닛은 제3 주파수에서 최소 임피던스를 나타내고 제4 주파수에서 최대 임피던스를 나타내는 제2 임피던스 특성 곡선을 갖고,
    상기 제4 주파수는 상기 제3 주파수보다 낮으며,
    상기 제1 주파수는 상기 제3 주파수보다 높게 설정되고,
    상기 제2 주파수는 상기 제4 주파수보다 낮게 설정되고, 그리고
    상기 작동 주파수가 상기 제4 주파수에서 상기 제3 주파수 사이의 주파수 대역 내에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선이 상기 주파수 대역 내의 교차점 주파수에서 상기 제2 임피던스 특성 곡선과 교차하고,
    상기 교차점 주파수가 상기 작동 주파수로 설정되는 것을 특징으로 하는 방 전램프 제어장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 주파수가 상기 제1 구동 회로의 직렬 공진 주파수이고,
    상기 제2 주파수가 상기 제1 구동 회로의 병렬 공진 주파수이고,
    상기 제3 주파수가 상기 제2 구동 회로의 직렬 공진 주파수이고,
    상기 제4 주파수가 상기 제2 구동 회로의 병렬 공진 주파수인 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선의 임피던스가 상기 제2 임피던스 특성 곡선의 임피던스와 동일한 상기 작동 주파수를 결정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 구동 회로와 상기 제2 구동 회로 각각의 전류를 측정하는 전류계를 더 포함하고,
    상기 제어기가 상기 작동 주파수를 결정하기 위해 상기 전류계에 의해 측정된 상기 전류값을 수신하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 제1 구동 회로의 상기 전류의 평균제곱근 값이 상기 제2 구동 회로의 상기 전류의 실효값과 일치하도록 상기 작동 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 제1 구동 회로의 상기 전류의 위상이 상기 제2 구동 회로의 상기 전류의 위상과 일치하도록 상기 작동 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 특성 곡선의 임피던스가 상기 제2 임피던스 특성 곡선의 임피던스와 실질적으로 비슷한 값을 갖는 상기 작동 주파수를 결정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제1 트랜스포머 및 제2 트랜스포머가 동일한 구조 및 동일한 트랜스포머 전압 비율을 갖고,
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터가 동일한 커패시턴스 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방전램프 제어장치.
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