KR20070044027A - 램프를 제어하는 제어 유닛, 그 제어 방법, 램프 드라이버,프로젝션 시스템, 조명 시스템, 디스플레이 시스템, 직시ｌｃｄ 시스템 및 조명기구 - Google Patents

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람베르투스 에이치. 씨. 데 브라우베르
패트릭 제이. 지즐스트라
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

다양한 동작 모드 동안 램프를 제어하기 위한 램프 드라이버용 제어 유닛이다. 램프를 흐르는 전류는 점화 모드 동안 제1 시작값에서부터 최대값까지 바람직하게는 선형으로 증가된다. 램프는 순조롭게 기동되며 점화 모드에서 이미 따뜻하다. 보다 높은 램프 전압을 발생시키고, 스위칭 동작이 개선된다. 전류(commutation)를 획득하기 위해 다운-컨버터의 듀티 사이클을 바꿈으로써 더욱 개선될 수 있다. 런-업 모드 동안 교류발전기를 고주파수(> 100kHz)에서 동작하게 유지시킴으로써 더욱 개선될 수 있다.
램프, 점화 모드, 스위칭 동작, 다운-컨버터, 듀티 사이클, 교류발전기

Description

램프를 제어하는 제어 유닛, 그 제어 방법, 램프 드라이버, 프로젝션 시스템, 조명 시스템, 디스플레이 시스템, 직시 ＬＣＤ 시스템 및 조명기구{A CONTROL UNIT FOR A LAMP DRIVER PROVIDING SMOOTH TRANSITION BETWEEN OPERATION MODES}
본 발명은 램프 드라이버용 제어 유닛에 관한 것이며, 특히 예를 들어 프로젝션 시스템에 포함된 UHP(ultra-high performance) 광원용 램프 드라이버에 관한 것이다. 본 발명의 제어 유닛은 HPM(high pressure mercury) 또는 HID(high-intensity discharge) 램프에 특히 유용하다.
종래 기술 설계에서의 기능은 고전압을 발생하는 HPM 램프를 점화시키는 것이다. 램프는 점화된 후, 제한된 전류로 인해 서서히 따뜻해진다. 램프는 자신의 최고 전력에 도달하면, 램프 전력을 일정하게 유지시키는 전력 제어부로 넘어간다. 이것을 실현시키기 위해 설계 내에 여러 모드들을 규정한다. 이러한 모드들에는 다음이 포함된다:
1. 휴지 모드(램프가 꺼짐).
2. 교정 모드(램프 전류 센서 회로의 정적 및 동적 제로 전류 레벨을 규정함).
3. 점화 모드(램프가 점화되어 약 5kV의 전압이 발생됨, 일정한 전류가 램프 를 통해 흐름).
4. 런-업 모드(램프를 통해 전달된 제한된 전류로 인해 램프 전압이 서서히 높아짐, 다운-컨버터가 매우 낮은 듀티 사이클로 스위칭됨)
5. 정상 동작 모드(램프가 특정 전압에 도달한 후, 전력 제어 알고리즘으로 들어감).
'램프 끄기' 명령이 발행되거나, 너무 높은 램프 전압이 검출되거나, 너무 낮은 램프 전류가 검출되면, 휴지 모드로 다시 들어간다.
US 특허 출원 번호 US 2003/0127993호에서는 고주파 전자식 안정기(hallast)를 개시하고 있다. 고주파 안정기는 가스 방전 램프의 시작 동작 동안 가스 방전 램프에 대한 램프 전류를 확립한다. 전압 레벨은 점화 모드에 대응하는 전극 가열 단계 동안 거의 일정하게 유지된다. 런-업 모드에 대응하는 아크관 가열 단계 동안, 전압은 램프의 동작 암페어 레벨에 도달할 때까지 증가한다. 런-업 암페어 레벨보다 크거나 또는 그와 동일한 램프 전류의 동작 암페어 레벨이 확립된다.
상기 특허 출원의 단점은 다운-컨버터의 스위칭 동작이 불량하다는 것과 램프가 순조롭게(smoothly) 런-업하지 않는다는 것이다. 또 다른 단점은 램프 드라이버의 다양한 동작 모드 간의 전이가 순조롭지 않다는 것이다.
본 발명의 목적은 램프 드라이버의 다양한 동작 모드들 간의, 특히 점화 모드와 런-업 모드 간의 순조로운 전이를 제공하는 제어 유닛을 램프 드라이버에 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 램프 드라이버에 관련하여 스위칭 동작이 개선된 제어 유닛을 램프 드라이버에 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 및 다른 목적은 적어도 점화 모드, 런-업 모드 및 정상 동작 모드 동안 램프의 동작을 제어하도록 적응된 제어 유닛을 램프 드라이버에 제공함으로써 이루어지며, 그 제어 유닛은;
- 초기에 점화 모드에서, 미리 정해진 전류 시작값을 램프에 제공하기 위한 수단,
- 이어서 점화 모드에서, 제공되는 전류를 미리 정해진 최대값까지 증가시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 및 다른 목적은 적어도 점화 모드, 런-업 모드 및 정상 동작 모드 동안 램프 드라이버를 제어하기 위한 방법을 제공함으로써 이루어지며, 그 방법은;
- 초기에 점화 모드에서, 미리 정해진 전류 시작값을 램프에 제공하는 단계,
- 이어서 점화 모드에서, 제공되는 전류를 미리 정해진 최대값까지 증가시키는 단계를 포함한다.
제공되는 전류가 점화 모드 동안 증가한다는 사실로 인해, 램프가 순조롭게 기동되며, 또한 점화 모드에서 이미 따뜻해서 보다 높은 램프 전압이 발생된다. 또한, 램프의 스위칭 동작이 개선된다.
램프에 대한 미리 정해진 전류 시작값은 램프 사양에 따라 0.1A 내지 0.5A 사이인 것이 바람직하다.
제공되는 전류의 미리 정해진 최대값은 램프 사양에 따라 3.5A 내지 4.0A 사이인 것이 바람직하다. 제공되는 전류의 미리 정해진 최대값은 약 3.7A인 것이 더욱 바람직하다.
증가시키는 수단은 전류를 적어도 거의 선형으로 증가시키도록 적응된 것이 바람직하다. 이는, 전자 장치가 일반적으로 최종 값까지 보다 순조롭게 스위칭하기 때문에 이롭다. 또한, 램프의 수명도 향상될 수 있다.
램프 드라이버는 다운-컨버터 및 교류발전기를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제어 유닛은 다운-컨버터의 듀티 사이클을 바꿈으로써 전류의 전류(commutation)를 획득하도록 더욱 적응된다. 이에 따라 램프 전류 진폭 및 램프를 흐르는 전류의 방향이 제어된다. 이에 따라, 다운-컨버터의 보다 양호한 스위칭 동작이 런-업 단계 동안 획득된다.
다운-컨버터의 듀티 사이클은 설정 레벨을 정확한 듀티 사이클로 바꾸도록 디지털-대-아날로그 컨버터(DAC)의 출력을 바꿈으로써 바뀔 수 있다.
종래 기술에서, 점화 단계에서는 다운-컨버터뿐만 아니라 교류발전기도 스위칭된다. 교류발전기는 상대적으로 고주파수에서, 바람직하게는 100kHz 이상에서 스위칭하여 점화 전압을 생성한다. 램프가 꺼질 때, 램프 전류가 흐를 것이며, 이는 다운-컨버터에 의해 제어될 것이다. 점화 모드 이후, 교류발전기는 보통 고주파수에서 상대적으로 낮은 주파수로, 바람직하게는 1kHz 이하로 낮아지고, 램프 드라이버는 런-업 모드로 들어갈 것이다. 따라서, 런-업에서 램프 전압은 통상적으로 낮다. 다운-컨버터는 램프 전류를 제어하기 위해 정상 주파수 범위 밖의 매우 낮고 매우 높은 듀티 사이클을 실현시켜야만 한다. 다운-컨버터의 듀티 사이클을 바꿔 전류의 전류(commutation)를 획득함으로써, 상기 문제점들이 해결된다. 듀티 사이클은, 다운-컨버터의 출력 전압이 전류(commutation) 측에 존재하는 평균 전압 이하 또는 그 이상이도록 바뀌는 것이 바람직하다. 전류(commutation) 측의 평균 전압은 스위칭 사이클의 듀티 사이클에 의존하며, 여기서 주파수는 충분히 높다고 가정한다.
제어 유닛은, 교류발전기를 런-업 모드 동안 고주파수(즉, 100kHz 이상이 바람직함)에서 동작하게 유지하도록 제어하고, 측정된 램프 전압이 미리 정해진 값과 동일할 때 주파수가 감소하게끔 제어하도록 더욱 적응될 수 있다.
종래 기술의 램프 드라이버에서, 교류발전기는 특정한 고정 시간 동안, 즉 점화 모드 동안 고주파수에서만 동작한다. 본 발명의 이 실시예에 따르면, 런-업 모드 동안 고주파수가 유지된다. 따라서, 주파수 감소는 특정한 시간 간격에 의존하기 보다는 런-업 모드의 종료에 의존하여 행해져야만 한다. 런-업 모드의 종료는 램프 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다. 램프 전압이 미리 정해진 값에 도달하면, 런-업 모드가 종료되고 정상 동작 모드에 들어간다. 다운-컨버터 측은 이에 따라 교정될 필요가 있다. 이는 다운-컨버터의 새로운 출력 전압에 대한 정확한 램프 전류를 획득하도록 듀티 사이클을 바꿈으로써 달성될 수 있다. 이 출력 전압은 전류(commutation) 측에서의 전압 변화 및 램프가 켜졌을 때 램프의 제너 속성(zener property)에 의해 변한다.
제어 유닛은 향후 UHP 광원을 포함하는 프로젝션 시스템에 끼워 넣어질 수 있는 램프 드라이버에 이롭게 구현될 수 있다. UHP 광원은 예를 들어 HPM 또는 HID 램프일 수 있다. 이와 달리, 램프 드라이버는 조명 시스템(illumination system), 조명기구(luminaire) 또는 디스플레이 시스템, 예를 들어 프로젝션 디스플레이 시스템에서 구현될 수 있다. 전술된 바와 같은 램프 드라이버를 포함하는 디스플레이 시스템은 또한 직시 LCD 시스템에도 채용될 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, 제어 유닛 및/또는 램프 드라이버는 임의의 다른 적절한 장치에 이용될 수 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 양태들은 다음에 설명되는 실시예를 참조하여 자명해지고 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 램프 드라이버에 대한 회로 다이어그램.
도 1은 본 발명에 따른 램프 드라이버에 대한 회로 다이어그램을 도시한다. 회로의 우측은 다운-컨버터(1)로서 동작하고, 회로의 좌측은 교류발전기(2)로서 동작한다.
다운-컨버터(1)는 제1 커패시터(3), 제2 커패시터(4), 유도 코일(5), 제1 FET(전계 효과 트랜지스터; 6) 및 제2 FET(7)를 포함한다. 다운-컨버터(1)의 듀티 사이클은 유도 코일(5)의 전류인 출력 전류를 결정한다.
교류발전기(2)는 커패시터(8), 유도 코일(9), 제1 FET(10) 및 제2 FET(11)를 포함한다. 제2 교류발전기 FET(11)가 동작중일 때는, 램프에 공급되는 전압이 커 패시터(3)에 공급되는 전압이 된다. 한편, 제1 교류발전기 FET(10)가 동작중일 때는, 램프 전류는 방향을 바꾸고, 램프에 공급되는 전압은 공급 전압에서 커패시터(3)에 공급되는 전압을 뺀 것이 된다. 회로의 우측은 2가지 기능을 갖는다. 그것은 램프를 점화시키기 위한 점화 전압을 생성하고, 점화 모드가 종료된 후 저주파수에서 교류발전기로서 기능한다. 커패시터(8)와 유도 코일(9)은 함께 공진 회로를 형성한다.
본 발명에 따르면, 점화 모드와 런-업 모드는 개별적으로 정의된다. 점화 모드로 들어갈 때, 램프가 점화될 때 램프를 통해 상대적으로 낮은 전류가 흐르게 되는 다운-컨버터(1)의 시작값이 선택된다. 이어서, 점화 모드 동안, 램프 전류가 바람직하게는 선형으로 최대값까지 증가한다. 이는 램프가 순조롭게 기동되고 점화 모드에서 이미 따뜻하다는 것을 보증한다. 또한, 램프 전압은 따뜻한 램프 때문에 더욱 높아질 것이다. 더욱 높아진 램프 전압 때문에, 커패시터(3)에는 에너지 레벨이 보다 높게 되어, 다운-컨버터(1)가 스위칭되지 않는 것과 램프가 꺼지는 것이 방지된다.
회로의 점화 단계 동안, 다운-컨버터(1)뿐만 아니라 교류발전기(2)도 스위칭된다. 교류발전기(2)는 고주파수 모드, 바람직하게는 100kHz 이상의 주파수에서 스위칭하여, 커패시터(8) 상에서의 점화 전압을 생성한다. 램프가 꺼졌을 때, 램프 전류가 흐를 것이며, 이는 다운-컨버터(1)에 의해 제어될 것이다. 점화 모드 이후, 교류발전기(2)는 그것의 스위칭 주파수를 고주파수에서 상대적으로 낮은 주파수로, 바람직하게는 1kHz 이하로 낮출 것이며, 램프 드라이버는 런-업 모드로 들 어갈 것이다.
일 실시예에서, 그러나, 교류발전기(2)는 점화 모드 이후 상대적으로 높은 주파수에서 계속 스위칭한다. 이는 전류(commutation) 측에의 중간점이 레일(rail) 전압의 약 절반이 된다라는 효과를 갖는다. 램프 전류의 전류(commutation)는 커패시터(3) 상의 전압이 레일 전압 절반의 이하 또는 이상이도록 다운-컨버터(1)의 듀티 사이클을 바꿈으로써 실현될 수 있다. 이에 따라 전류가 전류된다(commutation). 이는 램프의 런-업 동안 다운-컨버터의 스위칭 동작이 더욱 개선된다는 이점을 갖는다. 또한, 다운-컨버터(1)는 본 실시예에서의 교류발전기의 공명 회로(8, 9)의 발진 주파수 이상에서 항상 스위칭될 것이다. 마지막으로, 본 실시예에서는 장치를 스위칭함에 있어서 짧은 시간을 요구하지 않다.
전류(commutation) 측의 고주파수 스위칭은 런-업 모드의 종료에 의존하여 종료되어야만 한다. 이런 순간(instant)은 램프 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다. 램프 전압이 특정 레벨에 도달하면, 런-업 모드가 종료되고 램프는 정상 동작 모드로 들어간다. 램프 전압은 커패시터(3) 상의 전압에서 레일 전압의 절반을 뺌으로써 용이하게 측정될 수 있다. 또한, 다운-컨버터(1) 측은 런-업 모드 동안 참조번호 12에서 인가되는 기준 전류 Iref를 조정함으로써 교정될 필요가 있다. 이는 다운-컨버터(1)의 듀티 사이클을 바꿔 새로운 출력 전압에 대한 정확한 램프 전류를 획득함으로써 달성될 수 있다. 듀티 사이클은 디지털-대-아날로그 컨버터(DAC)의 출력을 바꿈으로써 바뀔 수 있다.
본래 상황에서는
Figure 112007015228122-PCT00001
이 적용된다. 새로운 상황에서는
Figure 112007015228122-PCT00002
이 적용된다.
본 발명이 선호되는 실시예들에 관련하여 설명되었지만, 여기에 설명된 특정한 형태에 한정되도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 단지 청구된 청구항에 의해서만 한정된다. 청구항에서, 포함한다는 용어는 다른 구성요소 또는 단계들의 존재를 배제하는 것은 아니다. 이외에, 개별적인 특징들이 상이한 청구항들에 포함될 수 있더라도, 이들은 이롭게 조합될 수 있으며, 서로 다른 청구항에 포함됐다는 것이 특징들의 조합이 실행불가능하고/하거나 이롭지 않다는 것을 의미하는 것은 아니다. 이외에, 단일 참조가 복수를 배제하는 것은 아니다. 따라서, "어떤", "제1", "제2" 등은 복수를 배제하는 것은 아니다. 또한, 청구항 내의 참조부호는 범위를 제한하는 것으로 구성되어서는 안된다.

Claims (12)

  1. 적어도 점화 모드, 런-업(run-up) 모드 및 정상 동작 모드 동안 램프의 동작을 제어하도록 적응된, 램프 드라이버용 제어 유닛으로서,
    초기에 점화 모드에서, 미리 정해진 전류 시작값을 상기 램프에 제공하기 위한 수단; 및
    이어서 상기 점화 모드에서, 상기 제공되는 전류를 미리 정해진 최대값까지 증가시키기 위한 수단
    을 포함하는 램프 동작 제어 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증가시키는 수단은 상기 전류를 적어도 거의 선형으로 증가시키도록 적응된 제어 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 램프 드라이버는 다운-컨버터 및 교류발전기를 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 상기 전류의 전류(commutation)를 획득하기 위해 상기 다운-컨버터의 듀티 사이클을 바꾸도록 적응되는 제어 유닛.
  4. 제3항에 있어서, 또한 상기 교류발전기를 런-업 모드 동안 고주파수에서 동작하게 유지하도록 제어하고, 측정된 램프 전압이 미리 정해진 값과 동일할 때 상기 주파수를 낮아지게 하도록 적응되는 제어 유닛.
  5. 제1항에 따른 제어 유닛을 포함하는 램프 드라이버.
  6. UHP(ultra-high performance) 광원 및 제5항에 따른 램프 드라이버를 포함하는 프로젝션 시스템.
  7. 제5항에 따른 램프 드라이버를 포함하는 조명 시스템(illumination system).
  8. 제5항에 따른 램프 드라이버를 포함하는 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 디스플레이 시스템은 프로젝션 디스플레이 시스템인 디스플레이 시스템.
  10. 제8항에 따른 디스플레이 시스템을 포함하는 직시(direct view) LCD 시스템.
  11. 제5항에 따른 램프 드라이버를 포함하는 조명기구.
  12. 적어도 점화 모드, 런-업 모드 및 정상 동작 모드 동안 램프 드라이버를 제어하기 위한 방법으로서,
    초기에 점화 모드에서, 미리 정해진 전류 시작값을 상기 램프에 제공하는 단 계; 및
    이어서 상기 점화 모드에서, 상기 제공되는 전류를 미리 정해진 최대값까지 증가시키는 단계
    를 포함하는 램프 제어 방법.
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