KR20110026010A - 고휘도 방전 램프의 순시 재점등을 위한 저점화-전압 인스턴트 스타트 - Google Patents

고휘도 방전 램프의 순시 재점등을 위한 저점화-전압 인스턴트 스타트 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 탈착 가능한 플러그-인 HID 램프를 선택적으로 수용하는 하우징을 포함한다. 하우징 내에 변압기 및 전기 회로가 수용되어, 25㎸ 미만에서 인스턴트 스타트, 순시 재점등 점화를 제공하게 된다. HID 램프의 인스턴트 스타트, 순시 재점등용 회로는 점화 전압을 HID 램프에 공급하며, 25㎸ 미만의 진폭 및 대략 20㎐로부터 대략 500㎐까지의 주파수 범위를 갖는 항복 전압 펄스들을 포함한다. 주파수가 100㎐ 보다 큰 것이 바람직하고, 주파수가 대략 150㎐인 것이 특히 바람직하다. 펄스들의 진폭은 대략 15㎸보다 작은 것이 바람직하고, 대략 8㎸ 내지 10㎸인 것이 특히 바람직하다. 펄스 폭은 대략 200㎱이고, 펄스의 피크는 주기적이며 그 주기는 대략 2㎳이다.

Description

고휘도 방전 램프의 순시 재점등을 위한 저점화-전압 인스턴트 스타트{LOW IGNITION VOLTAGE INSTANT START FOR HOT RE-STRIKE OF HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP}
본 발명은 방전 램프에 관한 것으로서, 특히, 램프의 인스턴트 스타트(instant start), 순시 재점등(hot re-strike)을 필요로 하는 세라믹 금속 핼라이드(CMH) 램프와 같은 고휘도 방전(HID: High Intensity Display) 램프에 관한 것이다. 소켓 조립체에 대해 교체가능한 HID 램프를 필요로 하는 특정 애플리케이션이 발견되고 있으며, 선택되는 형태들이 관련 용도의 애플리케이션을 찾을 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
인스턴트 스타트, 순시 재점등 애플리케이션에서, 점화 전압은 일반적으로 수만 볼트(예를 들어, 25㎸ 내지 30㎸) 수준이다. 이러한 고압으로 인해, 점화기로부터 램프 소켓까지 고압 케이블을 이용해야 하며, 따라서 우수한 전기절연이 필요하다. 따라서 조립체에 대한 비용이 상승한다. 추가적으로, 고압 케이블은 램프 점화 중 안테나로 작용함으로써 전자기 장애(EMI)를 나타낸다. 이는 의료 서비스같은 전자기 장애(EMI) 감지 애플리케이션에서 순시 재점등을 쓸모없게 만들 수 있다.
자동차 방전 헤드램프에서와 같은 다른 분야에서는 점화기, 램프 소켓, 그리고 램프를 단일 유닛 내에 일체형으로 구성하는 것이 알려져 있다. 이러한 애플리케이션에서 램프를 교체해야할 경우, 램프, 점화기, 램프 소켓들이 일체형의 구성요소이기 때문에, 이 구성요소들 모두를 버리고 교체하게 된다. 그러나, 자동차 분야가 아닌 애플리케이션에서는 이러한 구성요소들 중 나머지의 유효 수명이 HID 램프의 수명으로 제한되는 것이 아니기 때문에 이와 같은 일체형 구성은 경제적으로 불가능하며, 전체 조립체를 교체하기 위한 추가적 비용이 불필요하다고 여겨진다. 따라서, 광고용 조명, 디스플레이 조명, 사무실, 점포, 박물관, 스테이지 조명, TV, 영화 스튜디오, 등과 같은 자동차 이외의 애플리케이션에서 HID 램프의 순시 재점등 애플리케이션에 대한 수요가 발생한다.
꺼진 후, 표준 HID 램프는 램프를 다시 켜는 데 일반적으로 5분으로부터 최대 15분에 달하는 냉각 시간이 필요하다. 이러한 냉각 시간은 램프가 핫 상태일 때 HID 램프의 아크 튜브('발광관'이라고도 함) 내부의 압력이 대기압의 수십배 수준일 수 있기 때문에 필요한 것이다. 바꾸어 말하자면, 콜드 램프를 스타트시킬 수 있는 5㎸ 미만의 전형적인 또는 정규의 점화 전압이, HID 램프가 핫 상태일 때는 이격된 전극들 사이의 고압 플라즈마 갭 사이에서 재점화를 위해 충분히 강한 전기장을 제공하지 못한다. 핫 램프의 HID 인스턴트 스타트 재점등(즉, 순시 재점등)를 달성하기 위해, 조립체에 훨씬 더 높은 점화 전압이 요구된다. 자동차용 방전 헤드램프에는 통상적으로 25㎸보다 큰 점화 펄스가 사용되고 있으며, 특정 애플리케이션용의 다른 순시 재점등 HID 램프에서는 30㎸를 넘는 점화 펄스가 사용되었다.
이러한 높은 점화 전압으로 인해 많은 문제점과 추가적인 비용들이 발생한다. 예를 들어, 높은 점화 전압으로 인해 전극 팁이 스퍼터링되어, 전극의 유효 수명을 단축시키고 결국 램프 고장을 일으킨다. 높은 점화 전압은 또한 아크의 벽체 상에 전극 물질을 증착시켜서 광 방사 플라즈마로부터의 광을 차단하고 램프 성능을 저하시킨다. 더욱이, 높은 점화 전압의 인스턴트 스타트 HID 시스템에서는 불필요한 아크 발생을 방지하기 위해 절연이 반드시 증가되어야 한다. 절연 증가로 인해 램프 설계가 복잡해지고 비용이 상승한다. 높은 점화 전압으로 인해 심각한 전자기 장애 문제가 또한 발생하여, 시스템 설계자는 전자기 장애를 수용할 수 없는 소정의 산업에서 점화 펄스를 차폐하기 위한 추가적인 예방책을 취해야만 한다. 더욱이, 점화 전압 발생기는 더 높은 점화 전압을 발생시키기 위해 더욱 비용이 증가한다.
결과적으로, 종래의 기법에서는 훨씬 고가의 방식으로 인스턴트 스타트를 달성하게 된다. 에어에 대한 유전체 항복 전압은 밀리미터 당 대략 3㎸이다. 20㎸ 레벨보다 큰 점화 전압 이용시, 항복 에어 갭은 표준 HID 램프의 경우 2㎜ 미만으로부터 인스턴트 스타트 조명 시스템의 경우 7㎜보다 큰 값으로 증가한다. 이는, 더 높은 점화 전압에 대한 절연을 제공함으로써, 그리고 고압 정격 램프 베이스 및 램프 홀더를 제공함으로써, 그리고 점화 펄스 전달에 요구되는 고압 케이블을 또한 이용함으로써, 인스턴트 스타트 시스템에 상당한 비용을 안기게 된다. 따라서, 25㎸ 수준의 순시 재점등 점화 펄스는 상당한 전자기 장애를 일으키게 되고 시스템 차폐를 위해 추가적인 노력을 필요로 한다. 교체가능한 HID 램프와, 신뢰할 수 있고 반복가능하며 비용이 저렴한 조립체의 순시 재점등 애플리케이션을 위한 개선된 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 교체가능한 HID 램프와, 신뢰할 수 있고 반복가능하며 비용이 저렴한 조립체의 순시 재점등 애플리케이션을 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
램프 조립체는 HID 램프, 변압기, 그리고, 25㎸ 미만의 전압에서 램프의 인스턴트 스타트, 순시 재점등 점화를 제공하는 전기 회로를 포함한다.
HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로는 25㎸ 미만의 진폭 및 대략 20㎐로부터 대략 500㎐까지의 주파수 범위를 갖는 항복 전압 펄스를 제공하는 수단을 구비한, HID 램프에 점화 전압을 공급하는 수단을 포함한다. 주파수가 100㎐ 보다 큰 것이 바람직하고, 주파수가 대략 150㎐인 것이 특히 바람직하다.
항복 전압 펄스 제공 수단의 진폭은 대략 15㎸보다 작은 것이 바람직하고, 대략 8㎸ 내지 10㎸인 것이 특히 바람직하다. 항복 전압 펄스 제공 수단의 펄스 폭은 대략 200㎱이고, 펄스의 피크는 주기적이며 그 주기는 대략 2㎳이다.
본 발명의 주된 장점은 인스턴트 스타트, 순시 재점등 HID 램프조립체와 관련된 비용 절감에 있다.
본 발명의 주된 장점은 인스턴트 스타트, 순시 재점등 HID 램프에 요구되는 항복 전압을 크게 감소시키는 능력에 있다.
본 발명의 다른 장점은 인스턴트 스타트, 순시 재점등 애플리케이션들과 관련된 고정 설계의 유연성을 높이고 전자기 장애를 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 장점들은 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽고 이해한 후에 명백해질 것이다.
도 1은 종래의 HID 애플리케이션에 사용되는 램프 소켓의 사시도,
도 2는 제 1 바람직한 실시예의 램프 조립체의 전개 사시도,
도 3은 도 2의 소켓 하우징 조립체의 확대 사시도,
도 4는 순시 재점등 이전의 종래 기술에 따른 아크 튜브의 개략도,
도 5는 종래 기술의 배열에 사용되는 순시 재점등 점화 펄스의 그래프,
도 6은 점화 펄스 이후 종래 기술에 따른 아크 튜브의 개략도,
도 7 내지 도 9는 인스턴트 스타트, 순시 재점등을 위한 새로운 점화 펄스 배열을 도시하는, 도 4 내지 도 6과 유사한 도면,
도 10은 대표적인 펄스 반복 주파수들을 갖는 점화 펄스 진폭에서의 점화 펄스 진폭의 개선된 감소를 나타내는 개략도,
도 11 및 도 12는 바람직한 전기 회로의 개략적 회로도.
도 1은 HID 램프(도시되지 않음)를 탈착가능하게 보유하는, 통상적으로 사용되는 종래의 램프 소켓 하우징 또는 베이스(100)를 도시한다. 특히, 소켓 하우징은 관련 전원(도시되지 않음)에 연결되는 제 1 단부(106, 108)들을 각각 구비한 제 1 및 제 2 파워 케이블(102, 104)을 포함한다. 램프 조립체가 인스턴트 스타트, 순시 재점등 애플리케이션용으로 의도된 것일 때, 파워 케이블(102, 104)은 비교적 대형의 고압 케이블로서, 수만 볼트 수준의 전압을 운반할 수 있도록 실질적인 절연체를 가지며, 따라서, 25㎸ 내지 30㎸ 수준의 볼트 점화 펄스를 소켓 하우징에 수용되는 램프에 제공할 수 있다. 따라서, 파워 케이블은 소스로부터 연장되며, 상기 소스는 수백 볼트 수준(1200V 미만)으로부터 25㎸ 내지 30㎸까지 전압을 부스팅하는 변압기와 안정기(도시되지 않음)를 포함한다. 파워 케이블의 제 2 단부(110, 112)는 소켓 하우징 내에서 종료되며, 대응하는 리세스(124, 126) 내에 수용되는 전기 커넥터(120, 122)에 전기적으로 연결된다. 리세스, 특히, 커넥터는 커넥터들을 분리시키는 에어 갭 사이에서의 항복을 방지하기 위해 미리 결정된 12 mm 간격(표준 간격임)과 같은 소정 치수만큼 서로 이격된다.
소켓 하우징은 HID 램프의 베이스부의 맞은 편 측부들과 기계적으로 맞물리도록 커넥터 사이에 직각으로 배치되는 제 1 및 제 2 스프링 클립(130, 132)들을 더 포함한다. 또한, 차후의 비교 용도로, 변압기 및 점화기 조립체가 소켓 하우징으로부터 멀리 이격되어 배치된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 특히, 램프 조립체가 램프 소켓 하우징(200)을 포함하는 데, 이러한 램프 소켓 하우징(200)의 바람직한 예가 세라믹 하우징이다. 단일의 케이블(202)만이 도시되지만, 이 케이블이 제 1 및 제 2 절연 와이어를 수용하는 저전압 케이블일 수도 있고, 대안으로서, 각각의 파워 케이블이 단일 와이어를 수용할 수 있도록 구성된 제 2 파워 케이블(도시되지 않음)일 수도 있다. 다시, 와이어들의 제 1 단부(206, 208)들은 관련 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 연결되도록 구성되고, 제 2 단부(210, 212)들은 유효 전기 회로나 인쇄 회로 보드(PCB)(214)에 연결된다. 추가적으로, 코어 둘레로 감긴 금속 와이어로 구성되는 변압기(216)가 소켓 하우징(200)에 또한 고정되어, 1200V 미만의 입력 전압으로부터 25,000V(25kV) 미만의 요망하는 인스턴트 스타트, 순시 재점등 점화 전압까지, 바람직하게는 8,000V 내지 10,000V(8~10kV) 사이의 범위까지 전압을 부스팅시킬 수 있다. 하우징(200)은 변압기 및 인쇄 회로 보드를 수용하기 위한 치수를 갖는 내부 공동을 포함한다. 그후, 단부 뚜껑 부재(218)가 하우징의 단부를 닫는다. 서로 대향된 커넥터(220, 222)들이 관련 리세스(224, 226) 내에 수용된다. 추가적으로, 스프링 클립(230, 232)들이 하우징에 고정되어, HID 램프(240)의, 특히, HID 램프(240)의 베이스부(242)의, 대향된 표면들을 기계적으로 조이도록 구성된다. HID 램프는, 밀폐된 아크 튜브(248) 내에 수용되어 소정 치수 또는 아크 방전 갭만큼 이격된 제 1 및 제 2 전극(244, 246)들을 포함한다. 아크 튜브의 내부는 충전 기체를 수용하여, 전극 사이에서의 충분한 전위 형성에 따라, 충전 기체가 분해되고 아크를 구축하여, 충전 기체가 소정 스펙트럼의 광을 방출하는 플라즈마가 된다. 제 1 및 제 2 외부 리드(250, 252)들이 엔빌롭으로부터 연장되고, 소켓 하우징의 전기 커넥터(220, 222)와 동일한 치수만큼 서로 이격된다. 이러한 방식으로, HID 램프(240)는 소켓 하우징에 탈착가능하게 고정되고 외측 리드(250, 252)들이 관련 리세스(224, 226) 내에 수용되어, 커넥터(220, 222)와의 전기적 연결을 구축하게 된다. 다음에는, 스프링 클립(230, 232)들이 램프의 베이스부(242)와 맞물린다.
변압기(216)가 전기 커넥터(220, 222)에 인접하여 위치하기 때문에, 매우 짧은 거리의 고압 와이어만이 선호 배열에서 요구된다. 이는 각각의 케이블(102, 104)이 고압을 운반하는 도 1의 종래의 배열에 비해 조립체의 잠재적 전자기 장애 영향을 제한한다. 더욱이, 인쇄 회로 보드가 세라믹 하우징 내에 수용된다. 이러한 배열에 따라 안정기가 멀리 떨어진 위치에 배치되며, 결과적으로, 램프의 작동과 관련된 온도 상승이 안정기 작동에 악영향을 미치지 않을 것이다. HID 램프의 인스턴트 스타트, 순시 재점등 애플리케이션을 위해 점화기가 램프 소켓 내에 일체형으로 구성된다. 예를 들어, 인스턴트 스타트, 순시 재점등은, 소정 시간 주기동안 스위치-오프된 후 바로 스타트되며, 다시 스위치 온 될 때, 1초 후 정격 광속(rated luminous flux)의 적어도 80%를 방출하도록 바로 스타트되는 램프를 말한다. 안정기는 램프 소켓 하우징(200) 내부에 배치되는 점화기에 저압 케이블(202)을 통해 수백 볼트 범위의 저압 파워를 공급한다. 점화기는 변압기(216)와 연계된 회로나 인쇄 회로 보드(214)를 포함하여, 전압을 수백 볼트로부터 HID 인스턴트 스타트 달성에 필요한 전압 수준까지 부스팅한다. 잘 알려진 바와 같이, 25㎸ 내지 30㎸의 점화 펄스가 과거에 사용되었다. 아래 설명되는 바와 같이, 다른 실시예에서는 25㎸ 미만의 순시 재점등 점화 항복 전압 레벨이 가능하며, 항복 전압 레벨이 20㎸ 미만인 것이 더 바람직하며, 특히 8㎸ 내지 10㎸ 레벨인 것이 바람직하다. 일체형 램프 소켓은 고압 케이블을 제거하여 본질적으로 고압 경로를 거의 0으로 감소시키며, 이는 다시 전자기 장애를 감소시킨다. 안정기는 고정 설계의 광원으로부터 멀리 위치하고, 따라서, 안정기의 수명과 신뢰도가 증가한다. 고정 설계는 또한 유연성이 크다. 더욱이, 램프를 교체하여야 할 경우, 점화기, 전기 회로, 또는 하우징과 관련된 추가적인 교체 비용없이 램프를 하우징(200)으로부터 제거할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 순시 재점등 애플리케이션용 종래 기술의 점화 전압을 예시한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, HID 램프(340)는 아크 튜브(348) 내의 아크 갭에 의해 서로 이격된 제 1 및 제 2 전극(344, 346)을 포함한다. 항복 전압 펄스에 따라, 전자들이 음극으로부터 아크 튜브(348) 내의 플라즈마를 거쳐 제 2 전극(또는 양극)(346)으로 이동한다. 순시 재점등 펄스가 1㎳ 내지 3㎳ 동안 인가되는 20㎸보다 큰 수준의 펄스로 도 5에 도시된다. 이러한 높은 항복 전압에 의해, 전자가 순시 재점등을 위해 제 2 전극에 도달할 수 있음을 보장할 수 있다.
도 7 내지 도 9에 유사하게 도시되는 바와 같이, 본 발명은 종래 기술에 요구되는 높은 항복 전압에 대한 대안의 해법을 제공한다. 특히, HID 램프(440)가 아크 튜브(448) 내에 수용된 제 1 및 제 2 전극(444, 446)들을 포함한다. 전극들 사이에서 전기장이 변하기 때문에, 고주파수의 일련의 점화 펄스들이 사용된다. 예를 들어, 도 8은 200㎱ 동안 인가되는 10㎸ 수준의 점화 펄스들(삼각파 형태의 점화 펄스로 도시됨)이 2㎳ 만큼 이격되어 HID 램프의 인스턴트 스타트, 순시 재점등을 구현함을 제시하고 있다. 도 9에 도시되는 바와 같이 개별 펄스들에 의해 전자들이 양극을 향해 작용할 수 있다.
도 10에 도시되는 실제 테스트는, 20㎐의 반복 주파수로 제공되는 대략 13㎸의 점화 펄스 진폭이 인스턴트 스타트 순시 재점등 제공에 충분하다는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 150㎐ 주파수의 10㎸ 펄스들이 램프를 성공적으로 리-스타트시켰으며, 심지어 500㎐ 주파수의 8㎸ 펄스들이 인스턴트 스타트, 순시 재점등을 구현하였다. 당 업자가 이해가능한 수준에서, 이는 종래 기술에서 요구되던 대략 25㎸ 수준으로부터 상당한 감소에 해당한다. 이에 따라, 종래 기술의 스타트 배열에 비해 실질적인 절감이 달성되었다.
표준 HID 램프는 25㎸와 30㎸ 사이의 점화 전압 및 냉각 시간을 통상적으로 요구하며, 높은 점화 전압으로 인해 전극이 스퍼터링될 수 있기 때문에 추가적인 비용을 야기한다. 스퍼터링은 전극 수명을 단축시키고 램프 고장을 야기한다. 스퍼터링은, 아크 튜브의 벽체에 전극 물질을 또한 증착시키며, 따라서 플라즈마로부터의 광을 차단하여 램프 성능을 더 저하시킨다. 높은 점화 전압은 아크 방지를 위해 절연도 증가를 요구하여, 램프 설계를 추가적으로 복잡하게 하고 비용 추가의 원인이 된다. 높은 점화 전압은 극심한 전자기 장애를 또한 나타내며, 점화 펄스에 대한 추가적 차폐를 고려한 시스템 설계를 요구한다.
본 발명은 다른 한편, 낮은 점화 전압으로 HID 인스턴트 스타트를 가능하게 하면서, 종래 배열의 높은 점화 전압과 관련된 문제점 및 추가 비용들을 감소시키는, 해법을 제공한다. 본 발명은 HID 인스턴트 스타트 시스템을 더욱 적당한 가격으로 구성하며, 사무실, 창고, 긴급 조명, 등과 같은 좀더 일반화된 애플리케이션에 적용할 수 있게 한다. 본 발명 및 관련 방법은 비교적 작은 진폭의 복수의 점화 펄스들을 이용하여, HID 램프가 핫 상태일 때, 예를 들어, 순시 재점등 상태일 때, 전극들 사이의 고압 플라즈마 사이에서 전자들을 중계하여 인스턴트 스타트(예를 들어, 순시 재점등)를 달성하게 된다. 각각의 점화 펄스에 의해, 전자들이 전극 팁들 사이의 총 플라즈마 갭의 일부분만을 이동한다고 판단된다. 전자들이 제 1 전극(또는 음극)의 원 위치로 돌아가도록 진동하기 전에, 다음 점화 펄스가 인가되어 전자들을 아크 갭의 다른 일부분만큼 이동시킨다. 점화 펄스가 고주파수로 반복될 때, 전자들이 일 전극으로부터 다른 일 전극으로 플라즈마 갭 사이에서 이동하여, 작은 크기나 진폭의 점화 펄스로 스타트를 달성하게 될 것이다. 가능한 고주파수에서 점화 펄스를 반복하는 것이 이론적으로 바람직하지만, 실제로는 점화 펄스 반복 주파수가 하드웨어적으로 그리고 그외 다른 시스템 고려사항으로 인해 제한된다. 대략 500㎐의 주파수와 10㎸ 미만의 진폭에서 반복되는 점화 펄스로 충분한 인스턴스 스타트, 순시 재점등 결과가 도출되었다. 1000㎐ 및 2000㎐와 같이, 점화 펄스의 반복 주파수가 500㎐를 넘을 때, 인스턴트 스타트 변화를 얻기 위한 점화 펄스의 진폭이 거의 변하지 않는다. 고주파수에서 회로 및 램프의 와류 커패시턴스 및 인덕턴스가 점화 펄스를 감쇠시키는 것으로 판단되며, 점화 펄스 주파수를 더 증가시키기 위한 비용이 실질적으로 증가하게 된다. 따라서, 램프 조립체들은 램프 수명, 성능, 비용, 안전성, 그리고 전자기 장애에 관련된 관련 장점들을 달성할 수 있다. 전극으로부터 스퍼터링되는 물질이 줄어들어 전극 수명이 연장된다. 전극으로부터 스퍼터링되는 물질이 줄어듦에 따라, 아크 튜브의 벽체에 증착되는 물질 역시 줄어든다. 따라서, 아크 튜브가 어두워지는 현상이 훨씬 느린 속도로 진행되고, HID 램프는 루멘 출력이 초기 루멘 출력의 50%일 때 유효 램프 수명에 도달한다고 간주되기 때문에 훨씬 높은 루멘 유지 특성을 나타내서, 이와 같이 아크 튜브가 어두워지는 현상이 감소함에 따라 램프 수명이 연장된다.
도 11 및 12는 앞서 설명한 인스턴트 스타트, 순시 재점등 실시예들에 사용되는 도식적 회로도다. 도 11은 네 개의 입력 배열을 도시하는 데, 입력 A와 입력 B는 커패시터(500) 충전을 위한 직류 입력(예를 들어 ~400V)이다. 전압은 시간에 따라 요망 수준까지 커패시터에 전하를 누적시켜서 정격 스파크 갭(rated spark gap)(502)에 대해 충분한 전압 레벨(예를 들어, ~350V에서 정격)을 제공한다. 스파크 갭(502)은 기체 방전관으로서, 정상 조건하에서 전기전도성이 아니다. 스파크 갭(502) 양단의 전압이 정격 전압(예를 들어, ~350V)보다 높아질 때, 스파크 갭(502) 내의 기체가 이온화되고 방전된다. 스파크 갭(502)은 순간적으로 전기전도성이 된다. 커패시터(500), 스파크 갭(502), 그리고 변압기(508)의 주권선(506)이 전기 루프를 형성한다. 커패시터(500)에 저장된 전하는 스파크 갭(502)을 통해 변압기(508)의 주권선(506)으로 운반되며, 변압기(508)의 주권선(506)에서 전압 펄스가 발생된다. 변압기(508) 주권선(506)의 전압 펄스는, 변압기(508)의 권수비(turn ratio)에 의해 변압기(508) 보조 권선(510)의 훨씬 큰 전압 펄스로 추가적으로 부스팅되어 램프(520)를 인스턴트 스타트시키게 된다. 다시, 일례로서, 50:1 의 권수비를 이용할 경우, 변압기의 주권선측으로부터의 전압이 램프(520)를 위한 10㎸ 인스턴트 스타트, 순시 재점등 전압이 되도록 부스팅된다. 저항기(504)가 사용되어 충전 전류를 제어할 수 있고, 저항기(504)가 일례로서 50 Kohm의 정격을 가질 수 있으나, 커패시터 및 스파크 갭 정격과 마찬가지로, 이들이 본 발명의 범위 및 의도로부터 벗어남이 없이 변경될 수 있다. 램프가 다시 켜지면, 오픈 회로가 스파크 갭 정격 전압 아래로 강하되어 어떤 전압 펄스도 발생하지 않을 것이다.
제 3 및 제 4 입력, C와 D는 램프의 연속 작동을 위한 저압 교류 입력이다. MOV 또는 제너 다이오드(522)가 스타팅 중 전압을 클램핑하는 회로 부분에 제공됨으로써, 예컨대 대략 10Kv의 재점등 전압이 회로의 프론트엔드까지 통과하지 못하게 된다. 인덕터(524)가 회로 내에 또한 제공되어 회로를 안정화시킨다.
도 11의 배열(네개의 입력)은 순시 재점등 부분으로부터 회로의 저압 램프 작동 부분을 분리시키는 장점을 가진다. 다른 한편, 안정기가 램프로부터 멀리 위치하여 와이어와 관련한 추가적인 비용이 존재한다.
도 12는 인스턴트 스타트, 순시 재점등 HID 램프와 연계하여 사용되는 대안의 회로다. 특히, 이는 램프 작동을 위한 저전압 연결인 제 1 및 제 2 입력 E와 F를 포함하는 세개의 입력 배열을 도시한다. 제 3 입력 G는 인스턴트 스타트, 순시 재점등(예를 들어, ~400V 또는 그 이상의 직류 입력)를 위해 (회로의 제 1 및 제 2 부분에 공통인) 제 1 입력 E와 연계하여 작동하여, 커패시터(600)를 충전시키게 된다. 스파크 갭(602) 및 저항기(64)는 도 11의 실시예와 관련하여 참조된 바와 유사한 정격을 가질 수 있다. 스파크 갭(602) 양단의 전압이 정격 전압(예를 들어 ~350V)보다 높아질 경우, 스파크 갭(602) 내부의 기체가 이온화되어 방전된다. 스파크 갭(602)은 순간적으로 전기전도성이 된다. 커패시터(600), 스파크 갭(602), 그리고 변압기(608)의 주권선(606)이 전기 루프를 형성한다. 커패시터(600)에 저장된 전하가 스파크 갭(602)을 통해 변압기(608)의 주권선(602) 내로 전달되고, 변압기(608)의 주권선(606)에서 전압 펄스가 발생된다. 변압기(608) 주권선(606)의 전압 펄스는 변압기(608)의 권수비에 의해 변압기(608) 보조 권선(610)의 더 큰 전압 펄스로 추가적으로 부스팅되어, 램프(620)를 인스턴트 스타트시키게 된다. MOV 또는 제너 다이오드(622)가 제 1 및 제 2 입력 사이에서 연장되어 전압을 클램핑하게 되고 회로의 저압 부분을 다시 보호하게 된다. 램프가 리-스타트되면, 입력 E 및 F를 통해 제공되는 저압의 교류 전류가 HID 램프를 계속하여 작동시킬 것이다.
이러한 회로부들은 도 12의 실시예에서 서로 완전하게 분리되지 않는다. 그러나 이 회로는 단 세개의 와이어만을 가지기 때문에, 도 11의 네개의 입력 연결에 비해 비용을 절감시킬 수 있다.
종래의 순시 재점등 애플리케이션과 본 발명으로 달성된 애플리케이션 간에 비용 차이가 50% 이상일 수 있다. 점화 펄스의 주파수가 증가할 때, 요건 항복 전압이 감소하며, 이러한 감소는 지금까지 대략 20%의 감소 수준에 불과하고 알려져 있다. 놀랍게도, 본 배열에서는 펄스 파라미터들이 항복 전압 측면에서 20%보다 실질적으로 더 우수한 감소율을 달성한다. 이러한 점화 버스트에서, 점화는 0.25초 미만의 수준에 불과하다. 초기 버스트가 램프를 재점등하기에 불충분할 경우, 회로는 일반적으로 연장된 시간 주기동안 펄스를 공급한다. 대안으로서, 점화 버스트가 지정 횟수로 제한되어 절연체의 일상적인 마모를 방지할 수 있다. 이는 안정기 회로에 구성될 수 있다.
간단한 전자 장치들이 고정 주기 및 동일 진폭과 관련되기 때문에 펄스들이 주기적인 것이며 동일 진폭을 가진다고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 배열에 제한되어서는 안된다. 일반적으로, 가변 주기 및 가변 진폭에 관련된 비용들이 사용될 필요가 없다. 추가적으로, 파동이 HID 램프의 인스턴트 스타트, 순시 재점등에 대한 명백한 영향없이 삼각파, 구형파, 또는 그외 다른 펄스 형태를 취할 수 있다. G12 타입 HID 램프 리드들 사이의 표준 간격은 12㎜이다. 13㎸ 내지 14㎸에서 램프의 베이스에서 밀폐된 글래스나 소켓에서 아크가 발생할 위험성이 존재하기 때문에, 10㎸ 미만(바람직하게는 8㎸ 근처)의 수준에서 순시 재점등을 달성하는 능력이 실질적인 개선점이 된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 앞서의 상세한 설명을 읽고 이해한 후 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 명백하다. 본 발명은 이러한 수정 및 변경 모두를 포함하는 것으로 판단되어야 한다.

Claims (20)

  1. 고휘도 방전(HID; High Intensity Discharge) 램프의 인스턴트 스타트를 위한 회로에 있어서,
    HID 램프에 점화 전압을 공급하는 수단을 포함하며,
    상기 점화 전압을 공급하는 수단은 25㎸ 미만의 진폭과 대략 20㎐ 이상의 주파수를 갖는 항복 전압 펄스(breakdown voltage pulses)를 제공하는 수단을 구비하는
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압 펄스를 제공하는 수단의 주파수가 100㎐보다 큰
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 주파수가 대략 150㎐인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 진폭이 대략 10㎸인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 진폭이 대략 15㎸ 미만인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 진폭이 대략 13㎸인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 주파수가 대략 20㎐인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 진폭이 대략 10㎸인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 주파수가 대략 150㎐인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 진폭이 대략 8㎸인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 주파수가 대략 500㎐인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 항복 전압을 제공하는 수단의 펄스 폭이 대략 200㎱인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스의 피크는 주기적이며, 그 주기가 대략 2㎳인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스는 삼각파 또는 구형파 중 하나인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스는 대략 2000㎐까지의 범위를 갖는
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 HID 램프는 세라믹 금속 핼라이드(CMH) 램프인
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 펄스는 실질적으로 동일한 진폭을 갖는
    HID 램프의 인스턴트 스타트용 회로.
  18. HID 램프를 재점등하는 방법에 있어서,
    20㎸ 미만의 진폭을 갖는 저전압 펄스를 HID 램프에 제공하는 단계와,
    대략 20㎐ 내지 대략 500㎐ 범위의 주파수에서 상기 저전압 펄스를 반복하는 단계를 포함하는
    HID 램프 재점등 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 저전압 펄스를 HID 램프에 제공하는 단계는 대략 8㎸의 진폭에서 이루어지며, 상기 주파수는 대략 500㎐인
    HID 램프 재점등 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 저전압 펄스를 HID 램프에 제공하는 단계에서, 저전압 펄스의 펄스 폭은 대략 200㎱이고, 펄스 사이의 시간 주기는 대략 2㎳인
    HID 램프 재점등 방법.
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