KR20090113329A

KR20090113329A - 가스 방전 램프를 구동하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20090113329A
Application number: KR1020097019171A
Authority: KR
Inventors: 로버투스 에이. 제이. 케이저; 저지 장자크; 로날드 이. 라부이; 베니 심펠라
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-10-29
Also published as: WO2008099329A1; JP2010518574A; CN101611654A; EP2111731A1; US20100026210A1

Abstract

가스 방전 램프(L)를 구동하기 위한 구동기(10)는, 메인 램프 전류 성분 및, 아크 직선화를 목적으로 하는, 리플 전류 성분을 갖는 램프 전류를 생성하기 위한 전류원(1, 2)을 포함한다. 제어기(3)는 리플 주파수(f_R) 및 리플 진폭(M)을 설정하도록 전류 생성기를 제어한다. 메모리(5)는 리플 주파수 및 리플 진폭에 대한 세트 포인트(SP)를 정의하는 데이터를 포함한다. 측정 디바이스(4)는 아크 곡률 및 아크 안정성을 나타내는 적어도 하나의 측정 신호를 제공한다. 제어기는, 제어기가 개선된 아크 직선화를 찾기 위해 리플 주파수 및 리플 진폭에 작은 조정을 가하는 리플 최적화 모드에서 동작할 수 있고, 이러한 개선이 발견되는 경우, 조정된 세트 포인트에 기초하여 전류 생성기를 제어하고, 또는 그렇지 않은 경우 메모리(5) 내의 본래의 세트 포인트(SP)에 기초하여 동작을 다시 계속한다.

가스 방전 램프, 리플, 아크, 직선화, 곡률, 안정성

Description

가스 방전 램프를 구동하기 위한 장치{APPARATUS FOR DRIVING A GAS DISCHARGE LAMP}

본 발명은 일반적으로 가스 방전 램프들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 고압 또는 고강도 방전 램프들에 관한 것이다.

가스 방전 램프가 수평 위치에서 동작될 때, 아크가, 무엇보다도, 중력 및 대류에 의하여 구부러진 형상을 취할 수 있다는 문제점이 발생한다는 것이 알려져 있으며, 고주파 전류 성분의 적용이 아크를 직선화하는 결과를 가져올 수 있다는 것도 또한 알려져 있는데; 예를 들면, US-5436533 및 EP-0713352를 참조한다. 일부 램프 유형들에 대해서는, 고주파가 스위핑된다면(swept) 유리하다.

문제점은, 아크 직선화를 달성하는 정확한 주파수들이 상이한 램프 유형들에 대해 동일하지 않고, 예를 들면, 제조 공차, 램프 방위의 상이함, 노화(ageing) 등으로 인해 동일한 유형의 상이한 램프들에 대해서조차 아크는 반드시 동일하지는 않다는 것이다. 또한, 문제점은, 고주파 전류 성분이 음향 공진(acoustic resonance)을 발생시킬 수 있고, 이 음향 공진은 광 깜빡임(light flicker), 아크 왜곡, 및 결국에는 아크 튜브의 고장을 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 복잡하게 하는 요인은 정확한 공진 주파수들이 상이한 램프 유형들에 대해 다 르고 동일한 유형의 상이한 램프들에 대해서조차 다를 수 있다는 것이다. 따라서, 모든 상황 하의 전류 리플 주파수가 공진들에 관하여 불리하지 않고 아크 직선화(arc-straightening)에 관하여 유익하도록, 고주파 전류 리플을 추가하도록 적응된 램프 구동기를 설계하는 것이 문제가 된다.

[발명의 개요]

상기의 문제점들을 극복하거나 적어도 감소시키는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 중요한 양태에 따르면, 아크 직선성 및 아크 안정성은, 바람직하게는 전기적 파라미터 또는 광학 파라미터를 감지함으로써 모니터링된다. 측정 데이터를 기초로 하여, 리플 주파수 및/또는 리플 진폭은 최적의 세팅(optimum setting)을 얻도록 적응된다. 이러한 세팅은 메모리에 저장되고, 차후의 시동에 대한 시작 포인트로서 이용된다.

추가적인 유익한 상세들은 종속 청구항들에서 언급된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은, 동일한 참조 부호들이 동일한 또는 유사한 부분들을 지시하는, 도면들을 참조하여 하나 이상의 바람직한 실시예들의 하기의 설명에 의해 더 설명될 것이다.

도 1은 가스 방전 램프를 구동하기 위한 전자 구동기를 개략적으로 나타내는 블록 다이어그램.

도 2는 실험의 결과들을 나타내는 그래프.

도 3은 램프 구동기의 적응적 동작을 개략적으로 나타내는 흐름도.

도 1은 가스 방전 램프(L)를 구동하기 위한 전자 구동기(10)를 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 램프(L)는 밀폐된 챔버 내에 서로 마주보는 두 개의 전극들을 갖는 유형의 것이다. 동작 동안에, 방전은 상기 챔버 내에서 유지되며, 이러한 방전은 전기적 아크로서 표시된다. 전기적 아크가 구부러진 형상(아크의 "휘어짐(bowing)")을 취할 수 있다는 것이 문제이다. 이것은 수평 작동에서, 즉, 아크가 수평적 방향인 경우에 발생할 수 있는데, 이러한 경우에 휘어짐은 주로 대류에 기인한다. 휘어짐은 또한 수직 작동에서도 발생할 수 있는데, 이러한 경우에 휘어짐은 램프 구조의 로렌츠 힘(Lorentz forces)에 기인하여 발생할 수 있다. 구부러진 형상을 취하는 아크의 경향은 아크가 챔버의 벽에 접촉하는 위험을 수반한다. 수평 작동뿐만 아니라 수직 작동 양쪽 모두의 상황에서, 아크 직선화는 더 긴 램프 수명에 대한 및/또는 램프의 더 좋은 기술적 특성들을 얻기 위한 해법이다. 가스 방전 램프들뿐만 아니라 아크 휘어짐의 문제도 그 자체가 공지되었기 때문에, 더욱 상세한 설명은 본원에서 생략된다.

구동기(10)는 제1 전류 생성기(1)를 포함하며, 이것은 이하에서는 메인 전류 생성기(main current generator)로서 표시될 것이다. 전류 생성기라는 표현은, 각각의 출력 단자들에서의 전류를 이들 단자들 사이의 전압과 실질적으로 무관하게 제공하는 전류원이라는 뜻으로 본 설명 및 청구항들에서 이용된다. 이상적으로 전류원은 0의 내부 어드미턴스(internal admittance)를 갖는다. 이러한 메인 전류 생성기는 램프 전극들에 연결된 출력 단자들을 가지며, 메인 또는 기본 램프 전류를 제공한다. 예를 들면, 램프 유형, 램프의 응용의 유형, 설계자의 취향 등에 따라, 이러한 메인 램프 전류는 DC 전류, 정류 DC 전류(commutating DC current), 사인 형상 전류, 삼각형 전류 등이 될 수 있다. 정류 DC 전류의 경우, 듀티 사이클은 50%일 수 있지만, 듀티 사이클이 변화되는 것도 또한 가능하다. 메인 램프 전류의 파형의 선택은 본 발명을 이해하는 것과 관련이 없다. 요망되는 파형을 갖는 램프 전류를 생성하기 위한 전류 생성기들은 그 자체가 공지되어 있기 때문에, 메인 전류 생성기(1)의 설계 및 동작에 대한 상세한 설명은 본원에서 생략된다.

이러한 예에서의 구동기(10)는 또한 제2 전류 생성기(2)를 포함하며, 이것은 이하에서는 또한 2차 전류 생성기로서 표시될 것이다. "리플 전류"로서 또한 표시될 사인 형상 2차 전류를 제공하는 이러한 2차 전류 생성기는 메인 전류 생성기(1)의 출력 단자들과 병렬로 램프 전극들에 연결된 출력 단자들을 가지며, 이에 따라 램프(L)는 메인 전류 생성기(1)로부터의 메인 램프 전류와 2차 전류 생성기(2)로부터의 리플 전류의 합을 수신한다.

두 개의 전류 생성기들이 병렬로 연결되기 때문에, 상이한 주파수들을 갖는 두 개의 파형들은 합 신호(sum signal)를 얻기 위해 더해질 수 있다. 메인 전류는 리플 주파수에 대하여 상대적으로 낮은 주파수일 수 있다. 특히, 메인 전류는 구형파일 수 있는데, 이러한 경우 합 전류(sum-current)는 그 위에 리플이 중첩된 구형파이다. 메인 전류가 리플 주파수에 대하여 상대적으로 높은 주파수인 것도 또한 가능한데; 특히, 메인 전류는 VHF 전류일 수 있다.

병렬로 연결된 두 개의 개별 전류 생성기 대신에, 다른 설계들이 가능하다는 것에 유의한다. 예를 들면, 전류 생성기들의 병렬 연결 대신에, 직렬 연결이 가능하다. 또한, 두 개의 전류 생성기들이 통합될 수 있으며; 이것은 구체적으로는 변조 파형으로서의 램프 전류, 예를 들면 리플 주파수의 진폭 변조된 VHF 캐리어를 생성하는 것을 가능하게 해준다. 또한, 출력 단자들의 병렬 연결 대신에, 결합 변압기(coupling transformer)가 이용되는 것도 또한 가능하다. 어떠한 경우에도, 기능적으로, 두 개의 전류 분배들은 개별적으로 고려되며, 따라서, 편의상, 병렬로 연결된 두 개의 개별 전류 생성기들이 도시된다.

리플 전류는 아크를 직선화하는 목적을 갖는다. 아크를 직선화하는 목적으로 리플 전류를 사용하는 것은 그 자체가 공지되었다는 것과, 아크를 직선화하는 목적으로 리플 램프 전류를 생성할 수 있는 전류 생성기들도 그 자체가 공지되었다는 것을 유의한다. 따라서, 2차 전류 생성기(2)의 설계 및 동작의 상세한 설명은 본원에서 생략된다.

2차 전류 생성기(2)는 제어가능한 전류 생성기이고, 구동기(10)는 2차 제어된 전류 생성기(2)를 제어하기 위한 제어기(3)를 더 포함한다. 메인 전류 생성기(1)가 또한 제어가능한 전류원이라는 것과, 제어기(3)가 또한 메인 제어된 전류 생성기(1)의 하나 이상의 특성을 제어하는 것은 가능하지만, 본원에서 논의되는 예시적인 실시예에서는, 메인 전류 생성기(1)는 고정된 세팅을 갖는다. 본 설명의 예시적인 실시예에서, 메인 전류는 정류 DC 전류일 수 있으며, 이 경우 정류 주파수 및 전류 크기는 고정된다. 일반적으로, 정류 주파수는 50 Hz - 10 kHz의 범위에 있을 수 있지만, 대략 100 Hz의 정류 주파수가 일반적이다. 램프의 유형에 따라, 일반적인 램프 전류 크기는 대략 1 A이다. 일반적인 램프 전압은 대략 100 V이다.

리플 전류에 관하여, 이것은 일반적으로 1 kHz 내지 100 kHz 범위의 리플 주파수를 가지며, 실제 리플 주파수는 제어기(3)로부터의 제어 신호(Sf)에 따른다. 리플 전류의 진폭은 메인 전류의 진폭에 의해 나뉘어진 리플 전류의 진폭으로서 정의되는 변조 깊이(modulation depth) M으로 표현된다. 일반적으로, 변조 깊이 M은 0 내지 40%의 범위에 있으며, 실제 변조 깊이는 제어기(3)로부터의 제어 신호(Sm)에 따른다.

리플 주파수 및 변조 깊이와는 별도로, 리플 전류는 몇몇의 추가적인 특성들을 가질 수 있다. 예를 들면, 리플 전류의 주파수는 하한 주파수에서 상한 주파수까지의 스윕 범위(sweep range)에서 스위핑될 수 있는데, 이 경우에 스윕 주파수, 스윕 범위, 스윕 형태(삼각형, 사인 형상 등)는 추가의 파라미터들이다. 대체로, 이들 파라미터들이 또한 제어기(3)에 의해 제어되는 것은 가능하며, 이러한 경우 이들 파라미터들에 관한 최적화는 또한 제어기(3)에 의해 실행될 수 있으며, 상기 최적화는 하기에서 논의될 최적화와 유사한 것이다. 그러나, 설계 단순화의 측면에서 바람직한 실시예에서, 언급된 파라미터들은 소정의 설계 고려사항들에 따라 고정된다. 상기 고정된 파라미터들의 상이한 세팅이 제어기(3)에 의한 제어 세팅을 다르게 할 수 있다는 점에서, 이들 파라미터들이 제어기(3)의 최종 세팅에 영향을 줄 수 있지만, 상기 고정된 파라미터들이 제어기에 대한 입력 파라미터들은 아니며; 그것들은 당연하게 받아들여진다는 것에 유의한다. 따라서, 이하의 논의에서, 상기 고정된 파라미터들은 무시될 것이다.

도 2를 참조로 하여 예시될 바와 같이, 리플 전류의 영향은 리플 주파수 및 변조 깊이에 복잡한 방식으로 의존한다. 도 2는 하나의 일반적인 가스 방전 램프로 수행된 실험의 결과를 보여주는 그래프이다. 이 램프는 70W의 세라믹 금속 할로겐화물 램프였다. 램프는 정류 DC 전류, 50%의 듀티 사이클, 90Hz의 정류 주파수, 0.7 A의 전류 크기에서 동작되었다. 이러한 메인 전류상에, 리플 전류가 변조되었고, 그의 주파수 및 변조 깊이는 변화되었다. 도 2의 수평 축은 리플 주파수 f_R을 나타내고, 도 2의 수직 축은 변조 깊이 M을 나타낸다. 그래프는 램프의 행동을 나타낸다.

실험은 다음과 같이 수행되었다.

먼저, 램프가 수평 방향으로 위치되어, 구부러진 아크를 발생시켰다. 리플 전류가 없는 램프 전압은 기본 램프 전압 V0로서 표시될 것이며; 이러한 실험의 램프에 대해서, 기본 램프 전압 V0는 103 V였다.

그 후, 특정한 리플 주파수가 선택되었다. 이러한 리플 주파수에서, 변조 깊이 M은 초기에 0으로 설정되었고, 그 후, 램프 전력이 일정하게 유지되는 동안, 1%씩 점차 증가되었다. 따라서, 측정 경로는 일정한 리플 주파수, 즉, 예를 들면, 선 21과 같은 도 2의 수직선에서 움직여졌다. 각 측정 포인트에서, 램프의 행동은 시각적으로 모니터링되었고, 또한 아크 직선화 및 아크 안정성이 정량적으로 측정되었다.

아크 직선화를 나타내는 목적 파라미터로서, 램프 전압 V(f_R, M)이 모니터링되었다. 램프 전압은 아크 길이에 비례하며, 구부러진 아크가 직선 아크보다 더 큰 길이를 갖는데; 이러한 실험의 램프에 대해서, 직선 아크의 경우의 램프 전압은 100V 였다. 따라서, ΔV(f_R,M) = V0 - V(f_R,M)로서 표현되는 램프 전압의 감소는 램프 직선화의 척도이다. 상대적인 전압 감소 ΔV_R(f_R,M) = ΔV(f_R,M)/V0를 취하는 것도 또한 가능하다. 아크 직선화가 또한 다른 방식으로, 예를 들면, 아크 중심의 실제 위치를 광학적으로 검출하는 것에 의해 측정될 수 있는 것을 유의한다. 또한, 램프 전압을 이용하는 것 대신에, 램프의 임피던스를 산출하기 위해 램프 전류를 고려하고, 임피던스를 지시 파라미터로서 이용하는 것이 가능하다.

아크 안정성을 나타내는 목적 파라미터로서, 다시 램프 전압 V(f_R,M)이 모니터링되었다. 램프 전압은 몇 차례 측정되었고, 측정된 전압들의 표준 편차 σ(V)가 산출되었다. 안정된 아크의 경우에, 램프 전압은 일정하고, σ은 0이다. 0보다 큰 σ의 값은 아크 길이의 변동과 이에 따른 불안정성을 나타낸다. 아크 안정성은 또한 다른 방법들로, 예를 들면, 아크 중심의 변위(displacement)를 광학적으로 검출함으로써, 또는 광 강도의 변동들을 광학적으로 검출함으로써 측정될 수 있다는 것을 유의한다. 또한 램프 전압의 변동들만을 고려하는 대신에, 아크 전도성(arc conductivity)을 산출하기 위해 램프 전류를 고려하고, 아크 전도성의 변동을 지시 파라미터로서 이용하는 것이 가능하다. 실험에서는, 또한 램프의 시각적 관측이 안정성의 양호한 징후를 보였다.

불안정성은, 무엇보다도, 시각적 깜박임을 초래하기 때문에, 과도한 불안정성은 수용되기 어렵다. 실험에서, 2%의 측정된 전압들의 표준 편차 σ(V)를 야기하는 불안정성은 수용되기 어려운 것으로 고려되었다. 다른 실험자들이 수용성의 상이한 조건들을 이용할 수 있다는 것은 명백할 것이다.

실험에서는, 실질적인 아크 직선화를 초래하지 않는 주파수들이 있는 것으로 보였다. 수직 측정 경로(21)의 측정 포인트들을 따를 때, 이러한 주파수에서, 결국에는, 비안정성 또는 아크 휘어짐이 수용될 수 없는 것으로 확인되는, 라인(21)의 포인트 A와 같은 곳에 포인트가 도달한다. 측정은 이 포인트에서 중단되었는데, 즉, 더 높은 변조 깊이에서의 추가 측정들은 수행되지 않았다.

상기는 많은 주파수 값들에 대해 반복되었다. 곡선(22)은 불안정성 또는 아크 휘어짐이 수용될 수 없는 것으로 확인된 포인트들의 컬렉션을 나타내는데, 이들 포인트들은 다이아몬드로 표시되었다. 이러한 곡선은 "수용성 경계(acceptability border)"로 칭해질 것이다. 이러한 곡선은 또한, 라인(22) 아래에서 동작할 때 램프가 안정하다는 것을 나타내는 "안정성 경계(stability border)"로도 칭해질 것이다. 도면에서, 음향 공진들에 의해 야기되는, 작은 리플조차도 불안정성을 초래하는 주파수 영역들이 존재하는 것을 볼 수 있다. 37 kHz에서의 하락은 제1 방위 공진 모드(azimuthal resonance mode)에 대응한다. 이러한 램프에 대한 제1 방사 공진 모드(radial resonance mode)는 도 2의 스케일의 바로 바깥쪽에 있는 80 kHz 근처에 위치하였다.

실험에서는, 실질적인 아크 직선화가 발생하는 측정 포인트들이 또한 발견되었다. 아크 직선화는 상대적인 전압 감소 ΔV_R(f_R,M)가 2%보다 높을 때는 실질적이라고 고려되었다. 다른 실험자들이 아크 직선화가 실질적인지 아닌지를 고려하기 위해 다른 임계값들을 이용할 수 있다는 것은 명백할 것이다.

실질적인 아크 직선화가 관측된 개별 측정 포인트들은 그래프에서 삼각형으로 표시된다. 그들이 클러스터들(23, 24, 25)에서 그룹화된 것을 볼 수 있다.

이렇게 램프 행동, 특히 주파수 fR 및 변조 깊이 M을 갖는 리플 전류에 대한 응답을 분석하여, 오퍼레이터는 리플 전류 파라미터들에 대한 동작 윈도우(operational window)를 정의할 수 있다. 이러한 동작 윈도우(26)에 대한 제안은 도 2에 도시된다. 이러한 동작 윈도우의 형상은 원형 또는 타원형, 또는 다른 적합한 형상일 수 있다. 편의상, 동작 윈도우(26)의 형상은 직사각형으로 선택된다. 이러한 경우에, 동작 윈도우(26)는, 서로 무관한, 동작 주파수 범위(27) 및 동작 변조 범위(28)에 대응한다. 동작 세트 포인트 SP는 동작 윈도우(26)의 중심으로 정의될 수 있다.

본 발명을 이해하기 위해, 수용성 경계(22)의 정확한 형상이 필수적인 것은 아니며, 또한 실질적인 아크 직선화를 갖는 클러스터들(23, 24, 25)의 정확한 형상 및 위치도 필수적인 것은 아니다. 사실, 이들 위치들 및 형상들은 램프 방위, 노화 등에 의해 변화할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 대체로, 동일한 램프 유형의 모든 램프들은 유사한 수용성 경계들 및 아크 직선화 클러스터들을 갖는다. 따라서, 이러한 램프 유형 중 하나의 표본에 수행된 실험들에 기초하여, 특정한 램프 유형에 대해, 미리, 동작 윈도우(26) 및 동작 세트 포인트 SP를 정의하는 것은 가능하다. 물론, 동일한 램프 유형 중 몇몇 표본들에 대해서 측정들을 반복하는 것이 바람직하다.

또한, 상이한 램프 유형들의 경우에는, 수용성 경계들의 형상들은 상이할 것이다. 그럼에도 불구하고, 도 2의 그래프와의 유사점들이 있을 것이고, 전부는 아닐지라도, 대부분의 램프 유형들의 경우에, 동작 윈도우(26) 및 동작 세트 포인트 SP를 정의하는 것은 가능할 것이지만, 상이한 램프 유형들에 대해 이러한 윈도우들의 위치 및 크기들은 상이할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 제어기(3)는 램프(L)에 대한 동작 윈도우(26)를 정의하는 데이터를 포함하고, 램프(L)에 대한 동작 세트 포인트 SP를 정의하는 데이터를 포함하는 비휘발성 메모리(5)를 구비한다. 이들 데이터는 구동기(10)의 제조업자에 의해 결정되어 메모리(5) 내에 기록된다.

동작 동안에, 제어기(3)는, 리플 전류를 최적의 세팅으로 적응적으로 설정하도록 2차 전류원(2)을 적응적으로 제어한다. 도 3은 이러한 적응적 동작을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

시동 시에(스텝 101), 제어기(3)는 우선 램프(L)가 리플 주파수 없이 정상 상태(steady state)에 도달하도록 해준다(스텝 102). 이것은 정상 상태를 검출함으로써 또는 단순히 소정의 시간 동안 기다림으로써 행해질 수 있다. 그 후, 스텝 103에서, 제어기(3)는 메모리(5)로부터 세트 포인트 SP의 주파수 및 변조 깊이에 대한 세트 포인트 데이터를 판독하고, 2차 전류원(2)에 대한 그것의 제어 신호들(Sp 및 Sm)을 설정하여(스텝 104), 2차 전류원(2)이 세트 포인트 SP에 대응하는 주파수 및 변조 깊이를 갖는 리플 전류를 생성하게 한다. 램프가 일정한 램프 전력에서 동작되는 것은 바람직하다.

이러한 세트 포인트 SP가 동작 윈도우(26) 내에 있고, 따라서 이러한 세팅이 이미 아크 직선화 효과를 제공한다는 것에 유의한다. 그러나, 상기 효과가 최적이 아닐 수 있다. 따라서, 제어기(3)는 이제 리플 최적화 모드에 진입한다. 세트 포인트 SP에서, 제어기(3)는 아크 직선성을 나타내는 정성적 값들뿐만 아니라, 아크 안정성을 나타내는 정성적 값들을 결정한다(스텝 105). 전술한 바와 같이, 아크 직선성 및 아크 안정성은 몇몇 방식들로 표현되고 측정될 수 있다. 상대적으로 간단하고, 이에 따라 선호되는 실시예에서, 구동기(10)는 램프 전압 V를 감지하고 그것의 출력이 제어기(3)에 연결된 전압 센서(4)를 포함하며, 제어기(3)는 램프 전압 V를 아크 길이 및 이에 따른 아크 직선성에 대한 척도로서 취하고, 램프 전압 V의 안정성(다수의 측정들의 표준 편차 σ)을 아크 안정성에 대한 척도로서 취한다. 세트 포인트 SP에서의 램프 전압은 V0(SP)로 표시될 것이고, 세트 포인트 SP에서의 램프 전압의 표준 편차 σ는 σ0(SP)로 표시될 것이다. 표준 편차 σ를 산출하기 위해 수행되는 측정들의 수는 중요하지는 않지만 바람직하게는 적어도 5회이다.

그 후, 제어기(3)는 주파수 f1 = f0 + Δf 및 본래의 세트 포인트 SP와 동일한 변조 깊이 M을 갖는, 즉 소정의 주파수 스텝 +Δf를 취함으로써, 이웃하는 세트 포인트 SP1을 산출한다. 제어기(3)는 이러한 이웃하는 세트 포인트 SP1가 여전히 동작 윈도우(26) 내에 놓여있는지 아닌지를 확인(스텝 111)하며; 그러한 경우에는 제어기(3)는 2차 전류 생성기(2)에 대한 그것의 제어 신호들을 변경하여서, 램프(L)가 이러한 이웃하는 세트 포인트 SP1에서 작동되게 하고(스텝 112), 램프 전압 V1(SP1) 및 표준 편차 σ1(SP1)를 측정한다(스텝 113).

마찬가지로, 제어기는 이웃하는 세트 포인트 SP2에 도달하도록 소정의 주파수 스텝 -Δf를 이용하여 주파수를 감소시킴으로써 세팅을 변경하고, 램프 전압 V2(SP2) 및 표준 편차 σ2(SP2)를 측정한다(스텝 121 - 123).

마찬가지로, 제어기는 이웃하는 세트 포인트 SP3에 도달하도록 소정의 변조 깊이 스텝 -ΔM를 이용하여 변조 깊이 M을 감소시킴으로써 세팅을 변경하고, 램프 전압 V3(SP3) 및 표준 편차 σ3(SP3)를 측정한다(스텝 131 - 133).

마찬가지로, 제어기는 이웃하는 세트 포인트 SP4에 도달하도록 소정의 변조 깊이 스텝 +ΔM를 이용하여 변조 깊이 M을 증가시킴으로써 세팅을 변경하고, 램프 전압 V4(SP4) 및 표준 편차 σ4(SP4)를 측정한다(스텝 141 - 143).

그 후, 제어기(3)는 최적 조건을 찾기 위해 (일반적으로 다수의 측정들의 평균으로서의) 전압의 측정된 값들과 전압 편차를 비교한다(스텝 151). 세트 포인트 SP가 최적 세팅인 경우에, 측정된 전압들 V1(SP1), V2(SP2), V3(SP3) 및 V4(SP4)는 V(SP)와 같거나 또는 그보다 높고, 표준 편차에 대해서도 마찬가지이다. 이러한 경우에, 어떠한 변경들도 요구되지 않으며; 제어기(3)는 SP의 세팅을 계속하고(스텝 152), 리플 최적화 모드에서 나간다(스텝 153). 제어기는 101, 105 또는 191로 점프할 수 있다.

만일 이웃하는 세트 포인트 SP1, SP2, SP3, SP4 중 하나 이상에서, 측정된 전압 V1(SP1), V2(SP2), V3(SP3) 또는 V4(SP4), 각각이 V(SP)보다 더 낮아, 개선된 아크 직선화를 나타내는 한편, 대응하는 측정된 표준 편차 σ1(SP1), σ2(SP2), σ3(SP3), 또는 σ4(SP4), 각각이 σ(SP)와 같거나 그보다 낮은 경우에, 가장 낮은 측정된 전압 Vx(SPx)를 갖는 하나의 이웃하는 세트 포인트 SPx가 결정되고(스텝 154) 이전의 세트 포인트 SP를 대체하는 새로운 세트 포인트 SP로서 선택된다. 제어기(3)는 이러한 새로운 세트 포인트 SPx의 대응하는 좌표들 f_R 및 M을 메모리(5) 내에 기록하고(스텝 155), 2차 전류원의 세팅을 새로운 세트 포인트 SPx로 변경하고(스텝 156), 추가 개선이 가능한지 확인하기 위해 스텝 111로 되돌아간다.

만일 이웃하는 세트 포인트가 V(SP)보다 더 낮은 측정된 전압을 가져, 개선된 아크 직선화를 나타내는 한편, 측정된 표준 편차가 σ(SP)보다 더 높아, 악화된 안정성을 나타내는 경우, 이웃하는 세트 포인트는 그럼에도 불구하고, 새로운 표준 편차(즉, 불안정성)가 소정의 수준 아래인 경우에는 이전의 세트 포인트 SP를 대체하는 새로운 세트 포인트 SP로서 받아들여질 수 있다.

단계 크기들 Δf 및 ΔM이 제어기(3)의 소프트웨어 내의 또는 메모리(5)에 저장된 소정의 값들로 고정될 수 있다는 것을 유의한다.

스텝 103에서 이용된 세트 포인트가 항상 동일한 세트 포인트인 고정된 세트 포인트일 수 있다는 것을 더 유의한다. 그러나, 전술한 바람직한 실시예에서는, 새로운 세트 포인트는 메모리(5)에 저장되며, 이에 따라, 다음 시동의 경우에 이전에 이용된 세트 포인트가 시작 포인트로 이용되고; 이러한 방식으로, 노화 등에 의한 변경된 세팅들은 자동적으로 시동 시에 고려된다.

전술한 리플 최적화 절차는 전원을 켤 때에만 수행될 수 있고, 리플 세팅은 그 후에 전원을 내릴 때까지 일정하게 유지된다. 이것은 고정적으로 설치되고, 적어도 하루에 한번 온/오프되는 램프들, 예를 들면, 사무실 조명의 램프들에 대해서 적합할 수 있다. 그러나, 리플 최적화 절차는 또한 나중에 동작 동안에 수행될 수도 있다. 예를 들면, 리플 최적화 절차는 정기적으로, 예를 들면, 매 10초마다 수행되는 것이 가능하며; 이것은 이동 가능한 램프들에 대해서 적합할 수 있다. 이것은 클럭 신호에 응답하여 리플 최적화 모드로 진입(스텝 191)하는 제어기로서 도 3에 예시된다.

램프(L)가 움직임 검출기 또는 광 셀(light cell)과 같은 광학 센서를 구비하는 것과, 제어기가 움직임 검출기 신호 또는 광학 센서 출력 신호에 대응하여 리플 최적화 모드로 진입(스텝 192)하는 것도 또한 가능하다.

안정성 파라미터가 모니터링 되는 것(예를 들면, σ(V))과, 제어기가 소정의 수준을 넘는 수준으로 검출된 안정성 파라미터의 상승(상승된 불안정성)(스텝 193)에 응답하여 리플 최적화 모드로 진입하는 것도 또한 가능하다.

요약하면, 본 발명은, 메인 램프 전류 성분 및, 아크 직선화를 목적으로 하는, 리플 전류 성분을 갖는 램프 전류를 생성하기 위한 전류원(1, 2)을 포함하는 가스 방전 램프(L)를 구동하기 위한 구동기(10)를 제공한다. 제어기(3)는 리플 주파수 f_R 및 리플 진폭 M을 설정하도록 전류원을 제어한다. 메모리(5)는 리플 주파수 및 리플 진폭에 대한 세트 포인트(SP)를 정의하는 데이터를 포함한다. 측정 디바이스(4)는 아크 곡률 및 아크 안정성을 나타내는 적어도 하나의 측정 신호를 제공한다.

제어기는, 제어기가 개선된 아크 직선화를 찾도록 리플 주파수 및 리플 진폭에 작은 조정을 가하는 리플 최적화 모드에서 동작할 수 있고, 이러한 개선이 발견되는 경우, 조정된 세트 포인트에 기초하여 전류원을 제어하고, 또는 그렇지않은 경우 메모리(5) 내의 본래의 세트 포인트 SP에 기초하여 동작을 다시 계속한다.

본 발명이 도면들과 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명이 설명적이고 예시적인 것으로 고려되어야 할 것이며 제한적인 것으로 고려되지 않아야 할 것이라는 것은 본 기술 분야에 숙련된 자에게 명확할 것이다. 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않으며; 오히려, 몇몇 변화들 및 변경들은 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같이 본 발명의 보호 범주 내에서 가능하다.

예를 들면, 상기의 예들에서, 램프는 저주파 구형파 전류에서 동작하며, 이러한 경우에 리플 주파수는 메인 주파수보다 더 높다. 그러나, 메인 전류가 대략 100 kHz - 2 MHz의 메인 주파수를 갖는 VHF 전류인 것이 가능하며, 이러한 경우에, 2차 전류의 주파수는 메인 주파수보다 더 낮다. 이러한 경우에, 램프 전류는 메인 전류의 진폭 변조에 의해 얻어질 수 있으며; 그럼에도 불구하고, 편의상, 이러한 상황에 대하여 문구 "리플"이 또한 이용될 것이다.

또한, 예시적인 실시예에서, 센서(4)는 램프 전압 판독만을 제공하고, 제어기는 전압 편차를 산출한다. 센서 그 자체가 제어기에 의해 수신될, 아크 길이 및 아크 안정성을 직접적으로 나타내는 출력 신호들을 생성하는 것도 가능하다.

또한, 예시적인 실시예에서, 윈도우(26)를 정의하는 데이터는 메모리(5)에 저장된다. 예를 들면, 이들 데이터가 제어기 소프트웨어에 통합되는 것도 또한 가능하다.

개시된 실시예들에 대한 다른 변화들은, 도면들, 명세, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 청구된 발명을 실시하는 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 구성 요소 또는 단계들을 제외하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 제외하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구항들에 상술된 몇몇 항목들의 기능들을 충족시킬 수 있다. 특정한 수단들이 서로 다른 종속 청구항들에서 상술 된다는 단순한 사실이 이들 수단의 조합이 이롭게 이용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 컴퓨터 프로그램은 광학 저장 장치, 또는 다른 하드웨어와 함께 또는 그의 일부로서 제공되는 고상(solid-state) 매체와 같은 적합한 매체에 저장/배포될 수 있으나, 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템들을 통하는 것과 같이 다른 형태로도 또한 배포될 수 있다. 청구항들의 임의의 참조 부호들은 범주를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.

상기에서, 본 발명은, 본 발명에 따르는 디바이스의 기능적 블럭들을 예시하는 블럭도를 참조하여 설명되었다. 하나 이상의 이들 기능적 블럭은 이러한 기능적 블럭의 기능이 개별 하드웨어 구성 요소들에 의해 수행되는 하드웨어에서 구현될 수 있지만, 하나 이상의 이들 기능적 블럭이 소프트웨어에서 구현되어, 이러한 기능적 블럭의 기능이 컴퓨터 프로그램, 또는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서 등과 같은 프로그램 가능 디바이스의 하나 이상의 프로그램 라인들에 의해 수행되는 것도 또한 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims

가스 방전 램프(L)를 구동하기 위한 구동기(10)로서,

제1 주파수 범위의 메인 램프 전류 성분 및 상기 제1 주파수 범위와 상이한 제2 주파수 범위의 리플(ripple) 전류 성분을 갖는 램프 전류를 생성하기 위한 전류 생성기(1, 2);

상기 리플 주파수(f_R) 및 리플 진폭(M)을 설정하도록 상기 전류 생성기를 제어하기 위한 제어 신호들(Sf, Sm)을 생성하는 제어기(3);

상기 리플 주파수(f_R) 및 리플 진폭(M)에 대한 세트 포인트(SP)를 정의하는 데이터를 포함하는 메모리(5);

아크 곡률(arc curvature) 및 아크 안정성(arc stability)을 나타내는 적어도 하나의 측정 신호를 제공하기 위한 적어도 하나의 측정 디바이스(4);

를 포함하며, 상기 제어기(3)는, 시동 시에, 상기 메모리(5)를 참조하고, 상기 메모리 내의 상기 데이터에 기초하여 상기 리플 주파수(f_R) 및 리플 진폭(M)을 설정하도록 설계되고,

상기 제어기(3)는, 상기 제어기가 상기 리플 주파수(f_R) 및 리플 진폭(M)에 작은 조정들(SP1, SP2, SP3, SP4)을 가하는 리플 최적화 모드에서 동작할 수 있고, 이러한 조정이 아크 곡률의 감소를 야기하는 경우, 상기 조정된 세트 포인트(SPx)에 기초하여 상기 전류원을 제어하고, 또는 그렇지 않은 경우 상기 메모리(5) 내의 상기 본래의 세트 포인트(SP)에 기초하여 동작을 다시 계속하는, 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는, 상기 조정이 아크 곡률의 감소를 야기하는 경우, 상기 조정된 세트 포인트(SPx)를 정의하는 데이터를 상기 메모리(5) 내에 저장하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는 시동 시에 즉시 상기 리플 최적화 모드로 진입하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는 시동 후에 시간 지연의 만료 후에 상기 리플 최적화 모드에 진입하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 구동기(10)는 램프 움직임 검출기를 더 구비하며, 상기 제어기(3)는 상기 램프의 움직임의 검출에 응답하여 상기 리플 최적화 모드에 진입하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는 상기 램프의 불안정성의 검출에 응답하여 상기 리플 최적화 모드에 진입하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는 상기 리플 최적화 절차를 정기적으로 수행하도록 클럭 신호에 응답하여 상기 리플 최적화 모드에 진입하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)에는 상기 리플 세트 포인트(SP)에 대한 동작 윈도우(26)를 정의하는 정보가 제공되며, 상기 제어기(3)는, 상기 리플 최적화 절차를 수행할 때, 상기 동작 윈도우(26) 내에 상기 리플 세트 포인트(SP)가 머무는 것을 보증하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 제어기(3)는, 상기 리플 최적화 절차 동안, 상기 리플 주파수(f_R+Δf, f_R-Δf) 및 상기 리플 진폭(M-ΔM, M+ΔM)을 독립적으로 변화시키고, 감소된 아크 곡률 및/또는 개선된 아크 안정성을 찾기 위해 상기 측정 신호의 대응하는 값들을 측정하도록 설계되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 측정 디바이스(4)는 램프 전압을 감지하도록 연결된 입력 단자들을 갖는 전압 센서를 포함하며;

상기 제어기(3)는 아크 곡률을 나타내는 것으로서 상기 센서 출력 신호(V)를 취하고,

상기 제어기(3)는, 일련의 다수의 램프 전압 측정치들을 취하고, 상기 측정된 램프 전압 기록들(readings)의 편차(σ)를 산출하고, 이러한 편차(σ)를 아크 안정성을 나타내는 것으로서 취하도록 동작하는, 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 측정 디바이스(4)는 램프 전압을 감지하도록 연결된 입력 단자들을 갖는 전압 센서를 포함하고;

상기 제어기(3)는 아크 곡률을 나타내는 것으로서 아크 전도성을 산출하기 위해 상기 램프 전류와 함께 상기 센서 출력 신호(V)를 취하고;

상기 제어기(3)는, 아크 전도성의 일련의 다수의 측정치들을 취하고, 상기 측정된 아크 전도성 기록들의 편차(σ)를 산출하고, 이러한 편차(σ)를 아크 안정성을 나타내는 것으로서 취하도록 동작하는, 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 측정 디바이스(4)는 상기 아크를 광학적으로 모니터링하기 위해 배열된 광학 센서를 포함하고;

상기 제어기(3)는 일련의 다수의 광학 센서 측정치들을 취하고, 상기 측정된 광학 센서 기록들의 편차(σ)를 산출하고, 이러한 편차(σ)를 아크 안정성을 나타내는 것으로서 취하도록 동작하는, 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 메인 전류 성분은 DC 전류인 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 메인 전류 성분은 정류 DC 전류(commutating DC current)인 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 메인 전류 성분은 AC 전류인 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 메인 전류 성분은 50 Hz 내지 10 kHz 범위의 주파수를 갖는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 메인 전류 성분은 100 kHz 내지 2 MHz 범위의 주파수를 갖는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제17항에 있어서, 상기 램프 전류는 상기 메인 전류의 진폭 변조에 의해 생성되는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 리플 전류 성분은 실질적으로 사인 형상(sine-shaped)인 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.
제1항에 있어서, 상기 리플 전류 성분은 1 kHz 내지 100 kHz 범위의 주파수를 갖는 가스 방전 램프를 구동하기 위한 구동기.