KR20090099079A

KR20090099079A - 유도성 전력 공급 기체 방전 램프 회로

Info

Publication number: KR20090099079A
Application number: KR1020097016175A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 더블유. 바르만; 스콧 에이. 몰레마; 로날드 엘. 스토다드; 조슈아 케이. 스와넷케
Original assignee: 액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-09-21
Also published as: CA2674047A1; EP2106676B1; US7821208B2; CN101584252A; CN101584252B; WO2008084358A1; KR101595576B1; US20080164817A1; PL2106676T3; AU2007343105A1; EP2106676A1

Abstract

예열 주파수에서 2차 회로에 전력이 공급될 때 예열하고 동작 주파수에서 2차 회로에 전력이 공급될 때 정상 동작하는 점등기 회로를 갖는 2차 회로를 포함하는, 유도적으로 전력이 공급되는 기체 방전 램프 어셈블리가 개시된다. 한 실시예에서, 점등기 회로는 램프 전극들 사이에 연결된 예열 커패시터 및 2차 코일과 램프 사이에 위치된 동작 커패시터를 포함한다. 예열 커패시터는 예열 주파수에서 전력이 2차 회로에 공급될 때 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로가 램프의 기체를 통한 전기 흐름 경로보다 작은 임피던스를 갖도록, 그리고 동작 주파수에서 전력이 공급될 때 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로가 기체를 통한 전기 흐름 경로보다 큰 임피던스를 갖도록 선택된다. 1차 회로는 공진 주파수가 예열 주파수와 동작 주파수를 일치시키도록 조정될 수 있는 탱크 회로를 포함할 수 있다.

램프, 방전, 기체, 공진, 예열, 동작, 주파수, 코일, 임피던스

Description

유도성 전력 공급 기체 방전 램프 회로{INDUCTIVELY-POWERED GAS DISCHARGE LAMP CIRCUIT}

본 발명은 기체 방전 램프에 관한 것으로서, 특히 기체 방전 램프를 점등시키고 전력을 공급하는 회로에 관한 것이다.

기체 방전 램프는 여러 가지로 응용되어 사용되고 있다. 종래의 기체 방전 램프는 램프 슬리브(lamp sleeve) 내에서 서로 이격된 한 쌍의 전극을 포함한다. 기체 방전 램프는 일반적으로 불활성 기체가 봉입되어 있다. 많은 응용의 경우, 기체에 금속 증기(metal vapor)를 첨가하여 광 출력을 높이거나 아니면 영향을 미친다. 동작시, 전극들 사이에 기체를 통하여 전기가 흐르게 된다. 이로 인해 기체가 빛을 방전한다. 빛의 파장(예를 들어, 색)은 상이한 기체와 기체 내의 상이한 첨가물을 이용하여 변경할 수 있다. 일부 응용, 예를 들어, 형광등의 경우, 기체는 자외선 광을 방출하고, 자외선 광은 램프 슬리브 내부의 형광 코팅에 의하여 가시광으로 변환된다.

종래의 기체 방전 램프의 동작 원리는 비교적 쉽지만, 이는 통상적으로 특별한 점등 과정이 필요하다. 예를 들어, 종래의 기체 방전 램프를 점등하는 종래의 과정은 전극을 예열하여 전극 주변에 전자를 풍부하게 생성하고("예열" 단계), 이어 많은 전류를 전극에 충분한 크기로 인가하여 전기가 기체를 통하여 전극 양단에 아크 방전(arc)을 일으킨다["스트라이크(strike)" 단계]. 기체를 통해 아크 방전이 일어나면, 램프의 동작을 유지하는데 상당히 작은 전력이 필요하기 때문에 전력이 감소한다.

여러 응용에서, 전극은 전극을 직렬로 연결하고 백열 전구에서의 필라멘트와 같이 전극을 통하여 전류를 흐르게 하여 예열된다. 전류가 전극을 통하여 흐르면서 전극의 고유 저항이 전자를 여기시킨다. 전극이 충분히 예열되면, 전극 사이의 전기적인 직접 연결은 해제되고 전극 사이에는 전기가 흐르는 유일한 경로로서 기체를 통한 경로만이 남는다. 거의 동시에, 전자가 전극 양단의 아크(arc)를 일으키기에 충분한 전위차를 제공하도록 전극에 인가되는 전력이 증가한다.

점등기 회로(starter circuit)는 다양한 구조를 가지고 있으며 다양한 방식에 따라 동작한다. 한 가지 응용으로는, 전원 회로는 전력이 특정 범위 이상으로 인가되는 경우에만 두 전극 양단에 예열 전류를 인가하도록 구성되는 한 쌍의 변압기를 포함한다. 전력의 주파수를 변화시킴으로써, 예열 동작을 선택적으로 제어할 수 있다. 비록 기능적일지라도, 이러한 전원 회로는 부가적으로 두 개의 변압기를 사용하여야 하고, 이는 전원 회로의 비용 및 크기를 상당히 증가시킨다. 또한, 이러한 회로는 전원과 램프를 전기적으로 직접 연결하는 것을 포함한다. 전기적으로 직접 연결하는 것은 많은 단점이 있다. 예를 들어, 전기적으로 직접 연결하는 것은 램프를 설치하거나 제거할 때 사용자가 전기적으로 연결(및 기계적으로 연결)해야 한다. 또한, 전기적으로 직접 연결하는 것은 전원과 램프 사이에 놓여있는 전 기적인 문제의 위험도가 상대적으로 높다.

일부 응용의 경우, 기체 방전 램프는 유도성 결합(inductive coupling)을 통해 전력을 공급받는다. 이는 전기적인 직접 연결, 예를 들어 유선으로 연결할 필요가 없게 하며 또한 전원과 기체 방전 램프 사이를 어느 정도 분리시킨다. 비록 유도성 결합이 전기적인 직접 연결에 비하여 다양한 이점을 제공하지만, 유도성 결합을 이용하면 점등 과정이 복잡해진다. 유도성 시스템에서 점등기 회로의 동작을 제어하는 방법은 전극 사이를 선택적으로 전기적으로 직접 연결하기 위해 사용될 수 있는 자기 제어형 리드 스위치(magnetically controlled reed switch)를 마련하는 것이다. 이러한 점등기 구성은 확실하더라도 전자석과 리드 스위치를 아주 가까이 근접시켜야 한다. 또한, 이는 두 구성요소 사이에 특정한 방향을 필요로 한다. 전체적으로 이러한 요구사항은 전원 회로와 전체 램프 회로의 설계 및 구성에 있어서 중요한 제한이 될 수 있다.

본 발명은 2차 회로에 공급되는 전력의 주파수 변경을 통하여 예열 및 동작 모드에서 선택적으로 동작 가능한 기체 방전 램프에 대한 유도성 전원 회로를 제공한다. 한 실시예에서, 상기 전원 회로는 일반적으로 1차 코일에 공급되는 전력의 주파수를 변화시키는 주파수 제어기를 갖는 상기 1차 회로, 상기 1차 코일로부터의 전력을 유도적으로 받는 2차 코일을 갖는 2차 회로, 기체 방전 회로 및 예열 커패시터를 포함한다. 상기 예열 커패시터는 상기 1차 코일이 예열 주파수 범위 내에서 동작하는 경우 상기 램프를 예열하도록 선택되고 그리고 동작 주파수 범위 내에서 상기 1차 코일이 동작하는 경우 정상 램프 동작이 되도록 선택된다. 한 실시예에서, 상기 예열 커패시터는 상기 램프 전극 사이에 직렬로 연결된다.

한 실시예에서, 상기 예열 커패시터, 예열 주파수 및 동작 주파수는 상기 예열 주파수에서 상기 램프를 통한 전기 경로의 임피던스가 상기 전극을 통한 전기 경로의 임피던스 보다 크도록, 그리고 상기 동작 주파수에서 상기 램프를 통한 전기 경로의 임피던스가 상기 전극을 통한 전기 경로의 임피던스 보다 작도록 선택된다.

한 실시예에서, 상기 2차 회로는 상기 2차 코일과 램프 사이에 직렬로 배치되는 동작 커패시터를 포함한다. 동작 커패시터의 커패시턴스는 2차 코일의 인덕턴스와의 실질적으로 균형을 맞추도록 선택될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 예열 커패시터는 상기 동작 커패시터의 커패시턴스와 거의 동일한 커패시터를 가질 수 있다.

한 실시예에서, 상기 1차 회로는 상기 예열 주파수와 동작 주파수에서 1차 회로가 공진하여 동작할 수 있도록 구성된다. 한 실시예에서, 상기 1차 회로는 가변 커패시턴스를 갖는 탱크 회로와, 상기 탱크 회로의 커패시터를 선택적으로 변화시킬 수 있는 제어기를 포함한다. 상기 1차 회로는 가변 인덕터와 같이 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 변화시키는 대체 회로를 포함할 수 있다.

한 실시예에서, 가변 공진 탱크 회로는 하나 이상의 스위치의 동작에 의하여 선택적으로 동작할 수 있는 복수의 커패시터를 포함한다. 스위치(들)는 탱크 회로의 실제 커패시턴스가 예열 주파수 근처에서 상기 1차 회로를 공진시키도록 설정되는 제1 위치와, 탱크 회로의 실제 커패시턴스가 동작 주파수 근처에서 상기 1차 회로를 공진시키도록 설정되는 제2 위치 사이에서 동작할 수 있다.

한 실시예에서, 상기 탱크 회로는 상기 1차 코일과 접지 사이에 연결되는 탱크 동작 커패시터와, 상기 1차 코일과 접지 사이에서 상기 예열 커패시터에 병렬로 스위치 회선을 따라 연결되는 탱크 예열 커패시터를 포함한다. 동작시, 스위치는 예열 커패시터를 선택적으로 인에이블 또는 디스에이블시키도록 동작하여 상기 1차 회로의 공진 주파수를 상기 예열 주파수와 상기 동작 주파수 사이에서 전환시킨다.

다른 양상에 있어서, 본 발명은 기체 방전 램프를 점등시키고 동작시키는 방법을 제공한다. 이 양상의 한 실시예에서, 상기 방법은 상기 램프를 통한 전기 경로의 임피던스가 상기 예열 커패시터를 통한 전기 경로의 임피던스 보다 큰 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하여 상기 램프를 예열시키기에 충분한 시간 동안 상기 램프를 예열시키는 단계와, 상기 램프를 통한 전기 경로의 임피던스가 상기 예열 커패시터를 통한 전기 경로의 임피던스보다 작은 동작 주파수에서 상기 2차 회로에 전력을 공급하여 상기 램프를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.

한 실시예에서, 상기 예열 주파수는 상기 예열 커패시터와 상기 동작 커패시터의 결합 커패시턴스를 고려한 상기 제2 차 회로의 공진 주파수에 거의 대응되고, 상기 동작 주파수는 상기 동작 커패시터의 커패시턴스만을 고려한 상기 2차 회로의 공진 주파수에 거의 대응된다.

한 실시예에서, 상기 방법은 상기 1차 회로의 공진 주파수를 변화시켜 상기 예열 단계에서 상기 예열 주파수에 일치시키고 상기 동작 단계에서 상기 동작 주파수에 일치시키는 단계를 더 포함한다. 한 실시예에서, 이 단계는 추가로 상기 예열 단계와 상기 동작 단계 사이에서 상기 탱크 회로의 유효 커패시턴스(effective capacitance)를 변화시키는 것으로 정의된다. 다른 실시예에서, 이 단계는 추가로 상기 예열 단계와 상기 동작 단계 사이에서 상기 탱크 회로의 유효 인덕턴스(effective inductance)를 변화시키는 것으로 정의된다.

본 발명은 기체 방전 램프를 예열, 점등 및 전력을 공급하는 간단하고 효과적인 회로 및 방법을 제공한다. 본 발명은 복잡한 기능을 달성하는데 최소한의 구성요소만을 사용한다. 이는 회로 전체의 비용 및 크기를 감소시킨다. 또한 본 발명은 구성요소의 개수가 적고 구성 요소의 특징이 수동 소자이면서 동작 방식이 덜 복잡하기 때문에 신뢰성을 개선시킬 여지가 있다. 통상적인 응용의 경우, 1차 회로가 예열 주파수에서 동작 주파수로 전환될 때 시스템은 자동적으로 램프를 점등(또는 스트라이크)시킨다. 최초의 전환은 전극 양단에 충분한 전압이 걸리게 하여 전기가 기체를 통하여 전극 양단에 전기가 아크(arc)되게 한다. 일단 램프가 점등되면, 램프를 통한 임피던스가 감소하여 램프를 통한 전기 경로의 임피던스와 예열 커패시터를 통한 전기 경로의 임피던스 사이에 훨씬 더 큰 차이를 만든다. 이로 인해 정상 동작시, 예열 커패시터를 흐르는 전류의 양이 더욱 감소한다. 1차 회로의 공진 주파수를 선택적으로 조절 가능한 응용의 경우, 1차 회로는 예열 및 동작시 효율적인 공진 동작을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 2차 회로의 구성요소는 램프 베이스(lamp base)에 용이하게 통합되어 실용적인 구현을 촉진할 수 있다.

본 발명의 이러한 목적, 이점 및 특징은 현재 실시예 및 도면의 상세한 설명을 참고로 용이하게 이해되고 인식될 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 기체 방전 램프 시스템의 개략도이다.

도 2는 2차 회로 및 탱크 회로(tank circuit)의 회로도이다.

도 3은 기체 방전 램프의 점등 및 동작 방법의 일반적인 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 4는 대체 탱크 회로의 회로도이다.

도 5는 기체 방전 램프의 점등 및 동작 방법의 일반적인 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 6은 제2 대체 탱크 회로의 회로도이다.

도 1에 본 발명의 한 실시예에 따른 기체 방전 램프 시스템(10)이 도시되어 있다. 기체 방전 램프 시스템(10)은 일반적으로 기체 방전 램프(16)에 전원을 공급하는 1차 회로(12)와 2차 회로(14)를 포함한다. 1차 회로(12)는 1차 회로(12)에 의하여 유도적으로 전달되는 전력의 주파수를 선택적으로 변경하는 제어기(20)를 포함한다. 2차 회로(14)는 1차 코일(18)로부터의 전력을 유도적으로 수신하는 2차 코일(22) 및 기체 방전 램프(16)를 포함한다. 또한, 2차 코일(22)은 2차 코일(22)과 램프(16) 사이에 연결되어 있는 동작 커패시터(operating capacitor)(30) 및 램프 전극(24, 26) 사이에 직렬로 연결되어 있는 예열 커패시터(32)를 포함한다. 동 작시, 제어기(20)는 예열 커패시터(32)를 통한 전기 경로의 임피던스가 기체 방전 램프(16) 내의 기체를 통한 전기 경로의 임피던스보다 작도록 선택되는 예열 주파수에서 2차 회로(14)에 전력을 공급함으로써 램프(16)를 예열한다. 예열 후, 제어기(20)는 예열 커패시터(32)를 통한 전기 경로의 임피던스가 기체 방전 램프(16) 내의 기체를 통한 전기 경로의 임피던스보다 크도록 선택되는 동작 주파수에서 2차 회로(14)에 전력을 공급한다. 이로 인해 예열 커패시터(32)는 "디튜닝되고(detuned)", 이어서 기체 방전 램프(16) 내의 기체를 통한 전기 경로를 따라 전기 흐름이 발생된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예의 개략적인 도면이 도 1에 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 1차 회로(12)는 1차 코일(18)과, 원하는 주파수에서 1차 코일(18)에 전력을 공급하는 주파수 제어기(20)를 포함한다. 예시적인 실시예의 주파수 제어기(20)는 일반적으로 마이크로 제어기(40), 오실레이터(42), 드라이버(44) 및 인버터(46)를 포함한다. 오실레이터(42) 및 드라이버(44)는 별개의 구성요소이거나 예를 들어 마이크로 제어기(40) 내의 모듈과 같이 마이크로 제어기(40)에 통합될 수 있다. 본 실시예에서, 이러한 구성요소는 함께 탱크 회로(48)를 구동한다. 특히, 인버터(46)는 DC(직류) 전원(50)으로부터 탱크 회로(48)에 AC(교류) 전력을 제공한다. 탱크 회로(48)는 1차 코일(18)을 포함하고 또한 예상되는 동작 파라미터에서 1차 코일(18)의 임피던스를 맞추기 위하여 선택되는 커패시터(52)를 포함할 수 있다. 탱크 회로(48)는 직렬 공진 탱크 회로이거나 병렬 공진 탱크 회로일 수 있다. 본 실시예에서, 드라이버(44)는 인버터(46) 내 스위치를 동작시키는 데 필요한 신호를 제공한다. 이로 인해 드라이버(44)는 오실레이터(42)에 의해 설정되는 주파수에서 동작한다. 또한, 오실레이터(42)는 마이크로 제어기(40)에 의하여 제어된다. 마이크로 제어기(40)는 PIC18LF1320과 같은 마이크로 제어기이거나, 보다 일반적인 범용 마이크로프로세서일 수 있다. 설명하는 1차 회로(12)는 단지 예일 뿐이고, 가변 주파수에서 반드시 유도성 전력을 제공할 수 있는 임의의 1차 회로가 필수적으로 본 발명에 포함될 수 있다. 본 발명은 발명의 명칭이 "유도성 결합 밸러스트 회로(Inductively Coupled Ballast Circuit)"이고 2004년 11월 30일 등록된 Kuennen 등의 미국특허 제6,825,625호에 기재된 유도성 1차 회로에 통합될 수 있다. 미국특허 제6,825,625호는 여기에 참고로 편입된다.

전술한 바와 같이, 2차 회로(14)는 1차 코일(18)로부터 유도적으로 전력을 받는 2차 코일(22), 기체 방전 램프(16), 동작 커패시터(30) 및 예열 커패시터(32)를 포함한다. 도 2를 참고하면, 기체 방전 램프(16)는 램프 슬리브(60) 내에서 서로 이격되어 있는 한 쌍의 전극(24, 26)을 포함한다. 램프 슬리브(60)는 원하는 불활성 기체를 포함하고 또한 필요에 따라 금속 증기를 포함할 수 있다. 램프(16)는 2차 코일(22) 양단에 직렬로 연결되어 있다. 본 실시예에서, 제1 전극(24)은 2차 코일(22)의 한쪽 리드(lead)에 연결되어 있고, 제2 전극(26)은 2차 코일(22)의 반대쪽 리드에 연결되어 있다. 본 실시예에서, 동작 커패시터(30)는 2차 코일(22)과 제1 전극(24) 사이에 직렬로 연결되어 있고, 예열 커패시터(32)는 제1 전극(24)과 제2 전극(26) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 도 2에서, 탱크 회로(48)는 1차 코일(18)과 커패시터(52)로 도시되어 있다. 도 2에 도시하지 않았지만, 탱크 회로(48)는 커넥터(49)에 의하여 인버터(46)에 연결되어 있다.

시스템(10)의 동작에 대하여 도 3을 참고로 설명한다. 방법은 일반적으로 예열 주파수에서 전력을 2차 회로(14)에 공급하는 단계(100)를 포함한다. 예열 주파수는 램프(16)를 통한 전기 경로의 임피던스가 예열 커패시터(32)를 통한 전기 경로의 임피던스보다 큰 주파수로서 선택된다. 한 실시예에서, 주파수 제어기(20)는 동작 커패시터(30)와 예열 커패시터(32)의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 예열 주파수(fs라 한다)에서 전력을 2차 회로(14)에 공급하여 램프(16)를 예열한다. 본 실시예에서 fs를 계산하는 식을 이하에서 설명한다. 예열 주파수에서, 예열 커패시터(32)는 충분히 튜닝되어 전극(24, 26) 사이를 전기적으로 직접 연결시킨다. 이로 인해 예열 커패시터(32)를 통하여 전극(24, 26)으로 직접 전기가 흐른다. 이러한 전류의 흐름이 전극(24, 26)을 예열시킨다. 시스템(10)은 전극(24, 26)이 충분히 예열될 때까지 예열 주파수에서 전력을 계속해서 공급한다(102). 동작 중에서 예열 단계의 지속 시간은 응용별로 다를 것이지만, 통상적으로는 미리 정해진 기간일 것이고 종래의 기체 방전 램프에 있어서는 1 내지 5초의 범위 내에 있을 수 있다. 예열 후, 제어기(20)는 램프를 통한 전기 경로의 임피던스가 예열 커패시터(32)를 통한 전기 경로의 임피던스보다 작은 주파수로서 선택되는 동작 주파수에서 2차 회로(14)에 전력을 공급한다(104). 본 실시예에서, 동작 주파수는 동작 커패시터(30)의 공진 주파수와 거의 동일하며, fo라 한다. 본 실시예에서 fs를 계산하는 식에 대하여 이하에서 설명한다. 이러한 주파수 변경은 예열 커패시터(32)를 디튜닝되게 하고, 실제로 램프(16)를 통하여 전류를 흐르게 한다. 주파수 변경이 통상적으로는 예열 커패시터를 개방 회로로 동작하게 하는 것은 아니지만, 전류가 기체 방전 램프(16)의 기체를 통하여 전류를 아크시키기에 충분한 양으로 예열 커패시터에 흐르는 전류를 제한할 것이다. 그 결과, 동작 주파수로의 전환은 2차 회로(14)에서 생성된 전력이 램프 슬리브(60)에서 기체를 통한 한 전극(24)에서 다른 전극(26)으로의 전기 경로를 따르도록 한다. 초기에 이러한 주파수 변경은, 디튜닝된 예열 커패시터가 전극(24, 26) 양단에 충분한 전압이 걸리게 하여 전류가 기체를 통하여 아크시키기 때문에 램프를 점등(또는 스트라이크)시킬 것이다. 램프가 점등된 후에는 동작 주파수에서 계속하여 적절하게 동작할 것이다. 즉, 2차 회로(14)에 인가되는 주파수의 변경만으로 예열 단계에서 점등 (스트라이크) 단계를 거쳐 동작 단계로 램프가 바뀌도록 한다.

L은 2차 코일 인덕턴스, C1은 동작 커패시터의 커패시턴스, C2는 예열 커패시터의 커패시턴스, fs는 예열 주파수이고, fo는 동작 주파수이다.

예열 주파수와 동작 주파수를 결정하는 식은 특정 주파수를 제공하지만, "예열 주파수"와 "동작 주파수"라는 용어는 명세서와 청구범위에서 계산된 "예열 주파수"와 "동작 주파수"를 아우르는 주파수 범위를 포함하는 것으로 각각 이해하여야 한다. 일반적으로 말하면, 실제 주파수가 계산된 주파수와 동떨어질수록 시스 템 효율은 나빠질 수 있다. 일반적인 응용의 경우, 실제 예열 주파수와 실제 동작 주파수는 계산된 주파수의 일정 범위 내인 것이 바람직하다. 엄격한 제한은 없지만, 회로가 허용 가능한 효율로 계속해서 기능을 수행한다면 변경 폭이 더 커질 수 있다. 많은 응용의 경우, 예열 주파수는 동작 주파수의 약 2배이다. 1차 회로(12)는 기체 방전 램프(16)를 계속해서 더 이상 동작시키기를 원하지 않을 때까지(106) 전력을 2차 회로(14)에 공급할 수 있다.

원하는 경우, 1차 회로(12')가 예열 주파수와 동작 주파수 모두에서 공진하면서 동작하도록 1차 회로(12')는 선택적으로 조절 가능한 공진을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 기능을 포함하는 한 실시예에서, 1차 회로(12')는 탱크 회로(48')의 공진 주파수를 선택적으로 조절하여 예열 주파수와 동작 주파수를 일치시키는 가변 커패시턴스 탱크 회로(48')(도 4 참조)를 포함할 수 있다. 도 4는 탱크 회로(48')의 커패시턴스를 변경하는 간단한 회로를 나타낸다. 예시적인 실시예에서, 탱크 회로(48')는 1차 코일(18')과 접지 사이에 연결되어 있는 탱크 동작 커패시터(52a')와, 1차 코일(18')과 접지 사이에 스위치 회선(switched line)을 따라 연결되어 있으며 탱크 동작 커패시터(52a')와 병렬로 연결된 탱크 예열 커패시터(52b')를 포함한다. 스위치 회선은 스위치 회선을 개방하도록 선택적으로 동작 가능한 스위치(53')를 포함하여 탱크 회로(48')에서 탱크 예열 커패시터(52b')를 효과적으로 제거한다. 스위치(53')의 동작은 주파수 제어기(20), 예를 들어 마이크로 제어기(40) 또는 별개의 제어기에 의하여 제어될 수 있다. 스위치(53')는 본래 계전기(relay), FET, 트라이액(Triac) 또는 맞춤형(custom) AC 스위칭 장치와 같은 임의의 전기 스위치일 수 있다.

도 5를 참고로 하여 이러한 대체 동작에 대하여 설명한다. 1차 회로(12')는 탱크 회로(48')의 공진 주파수를 예열 주파수와 거의 같도록 조정한다(200). 1차 회로(12')는 이어 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급한다(202). 1차 회로(12')는 전극(24, 26)이 충분히 예열될 때까지 예열 주파숫에서 2차 회로에 전력을 계속 공급한다(204). 전극이 충분히 예열되면, 1차 회로(12')는 탱크 회로(48')의 공진 주파수를 동작 주파수와 거의 동일하도록 조정한다(206). 1차 회로(12')는 동작 주파수를 전환하여 그 동작 주파수에서 2차 회로(14')에 전력을 공급한다(208). 1차 회로(12')는 더 이상 필요하지 않을 때까지 계속하여 전력을 공급할 수 있다(210). 시스템(10)은 결함 상태(fault condition)가 발생하면(예를 들어, 램프가 타거나 제거되는 경우, 또는 단락 회로가 생기는 경우) 동작을 중지시키는 결함 로직을 포함할 수 있다.

대체적인 병렬 및 직렬 커패시턴스 부회로(subcircuit)를 이용하여 가변 커패시턴스를 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 탱크 예열 커패시터(52b")가 탱크 동작 커패시터(52a")와 직렬로 연결되어 있는 대체 탱크 회로(12")를 나타내지만, 스위치(53")의 동작에 의하여 예열 커패시터(52b") 주변 회로를 단락시키도록 스위치 회선이 포함되어 회로에서 예열 커패시터(52b")를 효과적으로 제거한다.

본 발명은 가변 커패시턴스 탱크 회로(48')와 관련하여 설명하였지만, 탱크 회로(48') 또는 1차 회로(12')의 공진 주파수를 예열 모드와 동작 모드 사이에서 가변시키는 다른 방법으로 확장된다. 예를 들어, 1차 회로는 가변 인덕턴스를 포 함할 수 있다. 이러한 대체 실시예(도시하지 않음)에서, 탱크 회로는 가변 인덕터와 이 가변 인덕터의 인덕턴스를 선택적으로 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 다른 예(도시하지 않음)로서, 탱크 회로는 가변 커패시턴스 탱크 회로와 관련하여 전술한 바와 같은 동일한 방법으로 제어기에 의하여 회로를 안과 밖으로 전환될 수 있는 복수의 인덕터를 포함할 수 있다.

본 발명의 현재 실시예에 대하여 설명하였다. 청구범위에 정해지는 바대로 본 발명의 사상 및 폭넓은 양상으로부터 벗어남이 없이 다양한 대체예 및 변경예가 이루어질 수 있으며, 청구범위는 균등 이론을 포함하여 특허법에 따라 해석되어야 한다. "a," "an," "the" 또는 "said"를 이용하여 청구범위에서 단수로 언급하는 구성요소들은 구성요소를 단수인 것으로 제한적으로 해석되어서는 아니 된다.

Claims

유도성 전력 공급 기체 방전 램프 어셈블리(inductively powered gas discharge lamp assembly)의 2차 회로로서,

기체 내에서 이격되어 있는 제1 전극과 제2 전극을 갖는 램프;

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되어 있는 2차 코일; 및

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되어 있는 제1 커패시터

를 포함하는 2차 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 커패시터는, 예열 주파수에서 상기 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 제1 커패시터를 통한 전기 흐름 경로가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로보다 작은 임피던스를 가지며, 동작 주파수에서 상기 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 제1 커패시터를 통한 상기 전기 흐름 경로가 상기 기체를 통한 상기 전기 흐름 경로보다 큰 임피던스를 갖도록 선택되는 특성을 갖는 2차 회로.
제1항에 있어서, 상기 2차 코일과 상기 제1 전극 사이에 직렬로 연결되는 제2 커패시터를 더 포함하는 2차 회로.
제3항에 있어서, 상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 2차 회로.
제3항에 있어서, 상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 제2 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 2차 회로.
기체 방전 램프 어셈블리로서,

주파수 제어기 및 1차 코일을 갖는 1차 회로; 및

2차 코일, 기체 방전 램프 및 예열 커패시터를 갖는 2차 회로

를 포함하고,

상기 기체 방전 램프는 기체 내에서 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 갖고, 상기 예열 커패시터는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되어 있고,

상기 주파수 제어기는 상기 예열 커패시터가 상기 기체를 통한 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로의 전기 흐름을 방해하는 예열 주파수에서, 그리고 상기 예열 커패시터가 상기 기체를 통한 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로의 전기 흐름을 허용하는 동작 주파수에서 선택적으로 동작 가능한 기체 방전 램프 어셈블리.
제6항에 있어서, 상기 2차 회로는 동작 커패시터를 포함하는 기체 방전 램프 어셈블리.
제7항에 있어서, 상기 동작 커패시터는 상기 2차 코일과 상기 제1 전극 사이에 직렬로 연결되어 있는 기체 방전 램프 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 예열 커패시터 및 상기 동작 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 것으로서 더 정의되는 기체 방전 램프 어셈블리.
제9항에 있어서, 상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 동작 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 것으로서 더 정의되는 기체 방전 램프 어셈블리.
기체 내에서 이격된 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 기체 방전 램프를 점등시키고 동작시키는 방법으로서,

상기 램프에 연결되는 2차 코일과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되는 예열 커패시터를 갖는 2차 회로를 제공하는 단계;

상기 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스보다 작은 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계; 및

상기 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스보다 작은 동작 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계

를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 예열 주파수에서 전력을 공급하는 단계는 상기 램프를 예열하기에 충분한 시간 동안 수행되는 방법.
제11항에 있어서, 상기 예열 주파수에서 전력을 공급하는 단계는 상기 램프를 예열하기에 충분한 미리 정해진 시간 동안 수행되는 방법.
제14항에 있어서, 상기 2차 회로는 동작 커패시터를 더 포함하고, 상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 동작 커패시터 및 상기 예열 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 방법.
제19항에 있어서, 상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 동작 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 방법.
기체 내에서 이격되어 있는 한 쌍의 전극을 갖는 기체 방전 램프를 점등시키고 동작시키는 방법으로서,

상기 기체 방전 램프의 상기 전극들 사이에 전기적으로 연결되는 예열 커패시터를 갖는 2차 회로를 제공하는 단계;

상기 예열 커패시터를 통한 상기 전극들 중 한쪽에서 상기 전극들 중 다른 쪽으로의 전기 흐름을 허용하도록 선택되는 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계; 및

상기 기체를 통한 상기 전극들 중 한쪽에서 상기 전극들 중 다른 쪽으로의 전기 흐름을 허용하도록 선택되는 동작 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계

를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 2차 회로에 동작 커패시터를 제공하는 단계를 더 포함하고,

상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 동작 커패시터 및 상기 예열 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 방법.
제16항에 있어서, 상기 2차 회로에 동작 커패시터를 제공하는 단계를 더 포함하고,

상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 동작 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 방법.
제16항에 있어서, 상기 예열 주파수는 상기 동작 주파수의 거의 2배인 방법.
제16항에 있어서, 상기 예열 주파수에서 전력을 공급하는 단계는 약 1 내지 5초 사이의 범위의 시간 동안 행해지는 방법.
유도성 전원 공급 기체 방전 램프 어셈블리의 유도성 전원 공급 시스템으로서,

예열 주파수 및 동작 주파수에서 동작 가능한 탱크 회로(tank circuit) 및 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 선택적으로 변화시키는 공진 주파수 제어기를 갖는 1차 회로;

기체 내에서 이격되어 있는 제1 전극과 제2 전극을 갖는 램프;

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 2차 코일;

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되는 제1 커패시터

를 포함하는 유도성 전원 공급 시스템.
제21항에 있어서, 상기 제1 커패시터는, 예열 주파수에서 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 제1 커패시터를 통한 전기 흐름 경로가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로보다 작은 임피던스를 가지며, 동작 주파수에서 상기 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 제1 커패시터를 통한 상기 전기 흐름 경로가 상기 기체를 통한 상기 전기 흐름 경로보다 큰 임피던스를 갖도록 선택되는 특성을 갖는 유도성 전원 공급 시스템.
제21항에 있어서, 상기 2차 코일과 상기 제1 전극 사이에 직렬로 연결되는 제2 커패시터를 더 포함하는 유도성 전원 공급 시스템.
제23항에 있어서, 상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 유도성 전원 공급 시스템.
제23항에 있어서, 상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 제2 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 유도성 전원 공급 시스템.
기체 방전 램프 어셈블리로서,

주파수 제어기 및 탱크 회로를 갖는 1차 회로 - 상기 주파수 제어기는 예열 주파수 및 동작 주파수에서 선택적으로 동작 가능하고, 상기 1차 회로는 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 선택적으로 변화시키는 수단을 더 포함함 - ; 및

2차 코일, 기체 방전 램프 및 예열 커패시터를 갖는 2차 회로

를 포함하고,

상기 기체 방전 램프는 기체 내에서 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 갖고,

상기 예열 커패시터는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되어 있고, 상기 예열 커패시터는 상기 예열 주파수에서 상기 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 기체를 통한 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로의 전기 흐름을 방해하며, 상기 예열 커패시터는 상기 동작 주파수에서 상기 2차 회로에 전력이 공급될 때 상기 기체를 통한 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극으로의 전기 흐름을 허용하는 기체 방전 램프 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 변화시키는 상기 수단은 상기 탱크 회로의 커패시턴스를 변화시키는 수단을 포함하는 기체 방전 램프 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 변화시키는 상기 수단은 상기 탱크 회로의 인덕턴스를 변화시키는 수단을 포함하는 기체 방전 램프 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 2차 회로는 동작 커패시터를 포함하는 기체 방전 램프 어셈블리.
제29항에 있어서, 상기 동작 커패시터는 상기 2차 코일과 상기 제1 전극 사이에 직렬로 연결되어 있는 기체 방전 램프 어셈블리.
제30항에 있어서, 상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 예열 커패시터 및 상기 동작 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 것으로서 더 정의되는 기체 방전 램프 어셈블리.
제31항에 있어서, 상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 동작 커패시터의 공진 주파수와 거의 동일한 것으로서 더 정의되는 기체 방전 램프 어셈블리.
제32항에 있어서, 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 변화시키는 상기 수단은 상기 1차 회로가 상기 동작 주파수에서 상기 2차 코일에 전력을 공급할 때 상기 동작 주파수에 거의 대응하도록, 그리고 상기 1차 회로가 상기 예열 주파수에서 상기 2차 코일에 전력을 공급할 때 상기 예열 주파수에 거의 대응되도록 상기 공진 주파수를 조정하는 제어기를 포함하는 기체 방전 램프 어셈블리.
기체 내에서 이격되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 기체 방전 램프를 점등시키고 동작시키는 방법으로서,

탱크 회로 및 탱크 회로 공진 주파수 제어기를 갖는 1차 회로를 제공하는 단계;

상기 램프에 연결되는 2차 코일과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 직렬로 연결되는 예열 커패시터를 갖는 2차 회로를 제공하는 단계;

상기 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스보다 작은 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계; 및

상기 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계 동안 상기 예열 주파수에 거의 대응되도록 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 조정하는 단계;

상기 예열 커패시터를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스가 상기 기체를 통한 전기 흐름 경로의 임피던스보다 작은 동작 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계; 및

상기 동작 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계 동안 상기 동작 주파수에 거의 대응되도록 상기 탱크 회로의 공진 주파수를 조정하는 단계

를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 예열 주파수에서 전력을 공급하는 단계는 상기 램프를 예열하기에 충분한 미리 정해진 시간 동안 수행되는 방법.
제34항에 있어서, 상기 조정 단계들 중 적어도 하나는 상기 탱크 회로의 커패시턴스를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 조정 단계들 중 적어도 하나는 상기 탱크 회로의 인덕턴스를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
기체 내에서 이격되어 있는 한 쌍의 전극을 갖는 기체 방전 램프를 점등시 키고 동작시키는 방법으로서,

탱크 회로를 갖는 1차 회로를 제공하는 단계;

상기 기체 방전 램프의 상기 전극들 사이에 전기적으로 연결되는 예열 커패시터를 갖는 2차 회로를 제공하는 단계;

상기 탱크 회로의 공진 주파수를 예열 주파수에 실질적으로 일치하도록 조정하는 단계;

상기 예열 커패시터를 통한 상기 전극들 중 한쪽에서 상기 전극들 중 다른 쪽으로의 전기 흐름을 허용하도록 선택되는 예열 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계;

상기 탱크 회로의 공진 주파수를 동작 주파수에 실질적으로 일치하도록 조정하는 단계; 및

상기 기체를 통한 상기 전극들 중 한쪽에서 상기 전극들 중 다른 쪽으로의 전기 흐름을 허용하도록 선택되는 동작 주파수에서 2차 회로에 전력을 공급하는 단계

를 포함하는 방법.
제38항에 있어서, 상기 조정 단계들 중 적어도 하나는 상기 탱크 회로의 커패시턴스와 상기 탱크 회로의 인덕턴스 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
제39항에 있어서, 상기 2차 코일에 동작 커패시터를 제공하는 단계를 더 포함하고,

상기 예열 주파수는 상기 2차 코일, 상기 동작 커패시터 및 상기 예열 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일하며,

상기 동작 주파수는 상기 2차 코일 및 상기 동작 커패시터의 직렬 공진 주파수와 거의 동일한 방법.