KR20120022887A - 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 - Google Patents

고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교정된 아크를 가지는 고-압력 방전 램프(5)를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트에 관한 것이고, 상기 회로 어레인지먼트는 제 1 하프-브리지(6) 내의 적어도 하나의 제 1(Q1) 및 하나의 제 2 전자 스위치(Q2); 직류 전압 신호(U0)를 하프-브리지 어레인지먼트에 공급하기 위한 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부; 램프 초크(L1) 및 차단 커패시터(7)를 포함하고 하프-브리지 중심에 그리고 고-압력 방전 램프(5)를 접속시키기 위한 적어도 하나의 접속부에 커플링되는 부하 회로(9); 제 1(Q1) 및 제 2 전자 스위치(Q2)를 위한 적어도 하나의 제 1(G1) 및 제 2(G2) 트리거링 신호를 제공하기 위한 트리거링 회로(8)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 트리거링 신호(G1, G2)는 동일 주파수를 가지는 펄스-폭-변조된 신호들이고, 서로에 관하여 상기 두 개의 트리거링 신호들의 펄스 폭들 및 두 개의 트리거링 신호들의 위상 각들이 서로 독립적으로 설정될 수 있고, 두 개의 트리거링 신호들이 저-주파수 사이클에서 각각 인버팅될 수 있다. 본 발명은 추가로 상기 설명된 회로 어레인지먼트를 포함하는 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이고, 아래의 단계들은 가스 방전 램프의 동작 동안 수행되는데, 단계들은 제 1 및 제 2 트리거링 신호를 이용하여 제 1 및 제 2 전자 스위치를 트리거링하는 단계 ? 상기 트리거링 신호들은 동일 주파수를 가지는 펄스 폭-변조된 신호들임 ?; 상기 트리거링 신호들의 펄스 듀티 팩터들을 가변시키거나 또는 설정하는 단계; 서로에 관하여 상기 두 개의 트리거링 신호들의 위상 각을 가변시키거나 설정하는 단계; 저-주파수 사이클에서 두 개의 트리거링 신호들을 인버팅하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT AND METHOD FOR OPERATING A HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP}
본 발명은 교정된(straightened) 아크를 가지는 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법 및 회로 어레인지먼트에 관한 것이고, 상기 회로 어레인지먼트는 제 1 하프-브리지에서 적어도 하나의 제 1 및 제 2 전자 스위치, 직류 전압 신호를 하프-브리지 어레인지먼트에 공급하기 위한 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부, 램프 초크(choke) 및 차단 커패시터를 가지며 한 측이 하프-브리지 중심 포인트에 커플링되고 다른 측이 고-압력 방전 램프를 접속하기 위한 적어도 하나의 단자에 커플링되는 부하 회로, 및 제 1 및 제 2 전자 스위치를 위하여 적어도 하나의 제 1 및 제 2 구동 신호를 제공하기 위한 구동 회로를 포함한다.
본 발명은 주 청구항의 일반적인 부분에 따라 가스 방전 램프들을 동작시키기 위한 방법 및 회로 어레인지먼트에 관한 것이다. 본 발명은 특히 가스 방전 램프들의 아크-교정 동작을 위한 회로 어레인지먼트에 관한 것이다.
고-압력 방전 램프들, 특히 표준 HCI 램프들을 동작시키기 위해, 또한 무수은, 분자-방사-도미네이팅 MF 램프들을 동작시키기 위해, 일반적으로 고속 정류(commutation)를 이용한 상대적 저-주파수 구형파 램프 전원이 사용된다. 전류 정류는 한쪽 전극 마모를 방지하기 위해 사용하고 램프가 정류 동안 꺼지지 않도록 충분히 빠른 극성 반전이 이루어져야 한다. 정류 시간은 전형적으로 100μs 범위 미만이어야만 한다. 정류 주파수는 일반적으로, 한편으로는 정류 프로세스 동안 짧은 불연속성들이 플리커링(flickering)과 같은 빛으로서 나타나지 않고 ? 이것은 정류 주파수가 바람직하게 50Hz 초과이어야 함을 의미함 ? 다른 한편으로 전자 동작 디바이스 및 핫 가스 방전 램프 둘 다로부터의 음향 방사들이 바람직하게 가청 주파수 범위 내에 있지 않도록, 즉, 정류 주파수가 바람직하게 200Hz 미만 이도록 선택된다. 최선의 결과들은 정류 주파수가 100Hz에서 공급 네트워크에 동기화되는 경우 획득되고, 결과적으로 정류 전이들 동안 전원의 가능한 리플(ripple) 및 변동들 사이에서 저-주파수 및 쉽게 볼 수 있는 혼합(mix) 모드들이 억제된다. 그러나 정류 주파수는 물론 종래의 램프 기하구조들의 경우에서 20kHz 및 150kHz 사이의 범위인 방전 아크의 자연 음향 공진들이 램프의 동작 동안 임의로 여기되지 않도록 20kHz 초과에서 가청 주파수 범위 초과로 설정되지 않아야만 한다. 아크의 공진 여기는 램프의 꺼짐 또는 심지어 램프의 파괴를 야기할 수 있는 아크 변동 및 아크 불안정을 초래할 수 있다.
일반적으로 가장 표준화된 고-압력 방전 램프들은 이것이 상당한 아크 불안정성들 및 아프 편향을 야기함이 없이 동작의 상기 설명된 간단한 구형파 모드를 사용하여 동작될 수 있다. 하지만, 고 종횡비(aspect ration)들을 가진 특정 램프 기하구조들은 별개의 문제이다, 즉, 램프 용기 길이 및 램프 용기 지름 사이의 높은 비를 가진 램프들, 또는 아크 길이 대 아크 직경, 또는 또한 특정 램프 가스 충전물을 가진 램프들의 경우에서는 별개의 문제이다.
이들 경우들에서, 안정성-감소 자연 음향 공진들을 여기하는 가능성 외에도, 또한 수직 또는 수평 버닝(burning) 포지션과 같은, 자신의 방향에 따라, 아크가 핫 램프 자신에서의 상향 힘들의 결과로서 상기 아크의 축 중심으로부터 상향으로 계획적으로 편향되고 결과적으로 상기 아크를 전극들 사이에서 아크 형상으로 형성하는 것은 가능하다. 유효 아크 길이의 변화로 인하여, 상기 아크-형상 편향들은 일반적으로 또한 예를 들어, 자연 음향 공진들의 포지션 또는 램프 전압과 같은 전기 플라즈마 동작 파라미터들의 변화를 야기하지만, 한편으로 상기 변화는 전자 동작 디바이스(안정기)와 아크의 안정적 동작을 위하여 매우 중요하다. 그러므로 이런 종류의 계획적 아크 편향은 마찬가지로 램프의 전기적 동작과의 문제들 및 고유 아크 불안정성을 야기할 수 있다.
추가로, 편향 아크의 단점들은 빛 및 반사기 시스템에서 연관된 고니오미트릭(goniometric) 빛 아웃커플링(outcoupling) 효율성들의 실제적 응용을 고려할 때 자명하다.
일반적으로 상향 힘들에 의해 유도되는 램프 내에서의 이러한 아크 편향들을 회피하기 위해 그리고 높은 종횡비를 가지는 방전 아크들의 일반적인 안정화를 위해, 아크 교정 동작 방법들이 지금 적용될 수 있다.
아크 교정의 경우에서, 전기적 동작 디바이스는 이것은 램프의 방전 아크시 특정 자연 음향 공진을 선택적으로 여기시키고, 자신의 형태 특성(modal property)들로 인하여 일반적으로 전형적인 변동들 또는 아크 불안정들을 야기하지 않고 오히려 특히 자신의 축 방향으로 아크의 안정성을 증가시킨다. 여기서 문제의 자연 공진들은 일반적으로 방위각 모드 구조를 가진 자연 공진이다. 아크 교정의 목적을 위해 제 2 방위각 음향 모드의 여기가 참조된다.
아크 교정을 위해 동작하는 자연 방위각 주파수들의 포지션은 램프의 기하구조(길이, 종횡비)뿐만 아니라 압력, 온도, 충전 가스, 출력 등 같은 램프의 일반적인 동작 파라미터들에 의존한다. 본 램프들의 경우에서, 방위각 고유 모드(eigenmode)들은 20kHz 내지 150kHz 사이의 범위, 전형적으로 60kHz이다.
렘프에서 특정 자연 음향 주파수의 목표된 여기를 위한 가장 간단한 방법은 전자 동작 디바이스에 의해 이미 고-주파수 공급 전압 또는 공급 전류로 이미 아크를 구동하는 것이다.
구형파 동작과 대조적으로, 여기서 고-주파수 동작 또는 직접 구동이 참조된다. 예를 들어, 전자 동작 디바이스에 의해 직접 구동 모드에서 목표된 방식으로 60kHz에서 렘프의 방위각 모드를 여기하는 것이 원해지면, 전자 동작 디바이스는 30kHz의 동작 모드 전환(changeover) 주파수의 정확히 절반에서 사인 곡선으로(sinusoidally) 램프를 구동해야만 한다. 상기 공급 전압 또는 상기 공급 전류의 진폭 스펙트럼은 30kHz의 단일 주파수 성분을 가질 수 있는 반면, 0의 일반 전력 라인 바로 다음에 있고 정확히 두배의 주파수, 달리 말해 60kHz에서 연관된 전력 스펙트럼, 달리 말해, 전력 및 전압의 곱(product)의 스펙트럼은 대응하는 음향 모드가 그 다음에 램프에서 여기될 단일 주파수 라인을 가질 것이다.
일반적으로 여기의 목표된 양(dosage)에 대하여, 전자 동작 디바이스에서의 여기 주파수는 원하는 모드의 실제 주파수 포지션이 어떤 경우에도 만족되도록 가볍게 스위핑되거나(swept) 또는 워블링되고(wobbled), 전형적으로 +-5kHz이다. 이 경우에 스윕 반복 레이트는 일반적으로 대략 100Hz이고, 요구된다면, 또한 전원에 동기화될 수 있다. 이 방법의 이점은 소위 직접 구동이 예를 들어, 하프-브리지와 같은 간단한 회로 어레인지먼트들로 구현될 수 있고, 결과적으로 전자 동작 디바이스가 보다 낮은 전자 오버헤드로 구성될 수 있다는 것이다. 직접 구동 방법의 단점은 직접 동작의 경우에 스루(through)-변조 팩터가 항상 100%이고 두 개의 자유도들이기 때문에, 스윕 범위 또는 스윕의 반복 주파수가 오직 부분 확장의 이점을 취할 수 있기 때문에, 원하는 음향 고유 모드의 여기 강도를 제어하기가 상대적으로 어렵다는 것이다.
스윕 범위의 크기는 바람직하게 도달되지 않아야만 하는 목표된 아크-교정한 활성 라인의 바로 인근에서 부가적인 자연 음향 주파수들이 일반적으로 존재하고, 이들이 여기 시 바람직하지 않게 아크 안정성에 악영향을 나타내기 때문에, 임의로 확장될 수 없다.
대체로, 스윕 반복 레이트 또는 스윕 반복 주파수는 또한 스윕 동작 동안 회피할 수 없는 전력 변동들이 상당한 오버헤드를 갖는 피드벡 제어 측정(measure)들에 의해서만 정확히 보상될 수 있고 상기 전력 변동들이 특히 50Hz 미만의 주파수들에서 빛의 변동으로서 눈에 띌 것이기 때문에 임의로 감소될 수 없다.
동작 디바이스에 의한 방전 아크의 특정 자연 음향 주파수의 목표된 적절한 양의(dosed) 여기를 위한 대안적인 방법은 사각파 동작과 비교하여 달성될 수 있다. 이런 상황에서, 이는 사각파 진폭 변조로서 지칭된다. 저-주파수 사각파 동작에서, 대응하는 주파수 성분은 특정 램프 자연 주파수의 전기적 여기를 달성하기 위해 사각파 램프 공급기 상에 진폭 변조로서 부가적으로 중첩되어야만 한다.
이 변조 방법을 이용하여, 변조된 주파수 성분은 절대적인 측면에서 램프에서의 실제 자연 주파수의 값에 의해 커버되고 변조된 주파수 성분은 사각파 신호의 전력 스펙트럼에서 직접 나타난다. 이 경우에서 직접 구동 방법의 경우에서처럼 주파수의 배가(doubling)가 존재하지 않는다.
예를 들어, 램프의 실제 자연 주파수가 60kHz인 경우, 변조된 주파수 성분은 또는 60kHz이어야만 한다. 라인이 모든 경우들에서 만족되도록, 일반적으로, 작은 스윕 범위가 마찬가지로 제공되어 램프 기하구조의 변형들 또는 충전물 특성들의 변형들이 커버된다.
원하는 여기 강도에 관하여, 변조 깊이의 선택은 목표된 여기가 추가의 악영향들 없이 아크 교정의 원하는 효과를 초래하도록 여기 강도가 마음대로 그리고 다른 조건들에 무관하게 변경될 수 있는 명확한 파라미터를 제공한다. 하지만, 사각파 동작에서 진폭 변조의 단점은 일반적으로 말하면, 전자 동작 디바이스에서 자신의 기술적 복잡성 및 시간-소비 구현이고, 이런 이유로 상기 사각파 동작에서 진폭 변조는 일반적으로 지금까지 전기 동작 디바이스들에서 거의 구현되지 않았다.
종래 기술에서 이 대안적인 방법에 관한 다양한 공개물들이 존재하지만, 이들 공개물들은 아크 교정의 목적을 위해 진폭 변조를 둘러싸는 환경들이 설명되는 점에서 모두 다소 형식적이고, 기술적 구현은 경제적이고 시장성이 있는 해법으로서 좀처럼 구현될 수 없는 구조적 회로 레이아웃들상에서만 도시된다.
US 제6147461호에서, 예를 들어, 방법은 고-압력 방전 램프의 사각파 동작에 대한 아웃커플링 스테이지로서 일반적으로 사용하는 풀-브리지 회로의 공급 전압이 변조된 직류 전압 공급기에 의해 구동되는 기술적 해법으로 설명되고, 변조는 램프 공급기의 사각파 신호상에서 오버레이(overlay)로서 발생한다.
진폭-변조된 직류 공급 전압을 발생시키기 위해, 고안된 변조 주파수에서 구동되는 표준 스텝-다운 컨버터의 형태의 별도의 변조 스테이지가 사용된다. 평탄화 특성은 스텝-다운 스테이지의 동작 주파수가 완전히 필터링되지 않고 결과적으로 공급 전압의 직접 전류 레벨상에서 원하는 깊이의 잔여물로서 남아있도록 평탄화 콘덴서로 튜닝(tune)된다.
도 8은 종래의 기술에 따른 회로 어레인지먼트(11)의 개략적 회로 레이아웃을 도시한다. 회로 어레인지먼트(11)는 DC-DC 컨버터(110), 교류 전압 발생 유닛(120) 및 풀-브리지 어레인지먼트(130)로 구성된다. 이 실시예에서, 도시된 회로는 처음에 적어도 2개의 초크들 및 5개의 스위치들을 가진다. 역률 정정 회로의 빌딩(building) 및 점화 유닛의 빌딩이 또한 여기서 고려되는 경우, 이런 토폴로지를 가진 전자 동작 디바이스는 적어도 3개의 초크들 및 7 또는 8개의 스위치들을 요구하여, 고 비용들을 유발한다. 변조 깊이는 회로 구성에 의해 여기서 미리 결정되고, 동작 동안 소프트웨어 제어를 통해 더 이상 무한 조정을 허용하지 않는다.
진폭 변조 없는 종래의 전자 동작 디바이스들은 일반적으로 6개보다 적은 스위치들로 구현될 수 있다. 종래의 기술에 따라 제안되는 풀-브리지를 가진 회로 어레인지먼트를 위한 공급 전압 변조 방법은 또한 고-압력 방전 램프를 위한 사각파 공급 전압을 발생시키기 위해 사용되는 다른 회로 토폴로지들에 적용될 수 있다.
종래의 기술에 따라 풀-브리지 접근법 외에 변조되지 않은 사각파 전압을 발생시키기 위한 다른 개념들이 존재한다. 이들 중 하나는 적절한 크기의 차단 커패시터들을 가진 하프-브리지 회로의 기술에 기반한다. 도 9에 도시된 이런 개념을 이용하여, 하프-브리지의 두 개의 스위치들(Q1, Q2)은 원하는 저-주파수 사각파 전압과 동기화하여 상보적으로 동작되고, 반대측 차단 커패시터들(CB)은 자신들이 긴 순방향 위상 동안 램프를 통해 전류를 완전히 흡수할 수 있고, 다음 역방향 위상 동안 램프를 통해 전류를 다시 방출할 수 있도록 자신들의 커패시턴스 측면에서 선택된다. 차단 커패시터들(CB)의 충전 및 방전 시간은 이 경우에 100Hz의 주파수에 대응하는 2*5ms에 해당한다. 하프-브리지(131) 및 큰 차단 커패시터들(CB)을 포함하는 회로 어레인지먼트는 진폭 변조를 하기 위해, 또한 교류 전압 발생 유닛(120)을 또한 갖추고, 이 변조는 그 다음에 램프에 가는 사각파 전류에 부가적인 영향을 미친다. 도시된 회로는 처음에 2개의 초크들 및 3개의 스위치들로 구성된다. 역률 정정 유닛의 빌딩 및 점화 유닛의 빌딩이 또한 고려되는 경우, 이 토폴로지를 가진 전자 동작 디바이스는 적어도 3개의 초크들 및 5개 내지 6개의 스위치들을 가질 것이다. 변조 깊이는 일반적으로 회로 구성에 의해 결정되고, 이 경우에서도 소프트웨어 제어에 의해 동작 동안 계속적으로 더 이상 조정될 수 없다. 진폭 변조를 이용하지 않는 이 하프-브리지 토폴로지에서 종래의 동작 디바이스들은 일반적으로 4개 미만의 스위치들로 구현될 수 있다.
본 발명의 목적은 교정 아크를 가지는 고-압력 방전 램프(5)를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트를 제공하는 것이고, 상기 회로 어레인지먼트는, 하프-브리지 어레인지먼트(6)에 적어도 하나의 제 1(Q1) 및 제 2 전자 스위치(Q2), 직류 전압 신호(U0)를 하프-브리지 어레인지먼트에 공급하기 위한 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부, 램프 초크(L1) 및 차단 커패시터(7)를 포함하고 한 측이 하프-브리지 중심 포인트에 커플링되고 다른 측이 고-압력 방전 램프(5)를 접속하기 위한 적어도 하나의 단자에 커플링되는 부하 회로(9), 및 상기 제 1(Q1) 및 제 2 전자 스위치(Q2)에 적어도 하나의 제 1 및 제 2 구동 신호를 제공하기 위한 구동 회로(8)를 포함하고, 상기 회로 어레인지먼트에서 변조 깊이는 동작 동안 계속 조정가능하고 제조하기에 경제적이다.
또한, 본 발명의 목적은 회로 어레인지먼트를 이용하여 수행될 수 있고, 변조 깊이가 동작 동안 연속적으로 조정될 수 있는 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
회로 어레인지먼트에 관한 목적은 교정 아크를 가지는 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트에 의해 본 발명에 따라 달성되고, 상기 회로 어레인지먼트는, 제 1 하프-브리지에서 적어도 하나의 제 1 및 제 2 전자 스위치, 직류 전압 신호를 하프-브리지 어레인지먼트에 공급하기 위한 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부, 램프 초크 및 차단 커패시터를 포함하고 한 측이 하프-브리지의 중심 포인트에 커플링되고 다른 측이 고-압력 방전 램프를 접속하기 위해 적어도 하나의 단자에 커플링되는 부하 회로, 상기 제 1 및 제 2 전자 스위치에 적어도 하나의 제 1 및 하나의 제 2 구동 신호를 제공하기 위한 구동 회로(8)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 구동 신호들은 동일 주파수의 펄스-폭-변조된 신호들이고, 서로에 관하여 두 개의 구동 신호들의 펄스 듀티 팩터 및 두 개의 구동 신호들의 위상 각들이 각 경우에 서로 독립적으로 설정될 수 있고, 두 개의 구동 신호들이 저-주파수 사이클에서 각각 인버팅될 수 있다. 양쪽 스위치들이 저 주파수에서 인버팅되는 고-주파수 펄스-폭 변조된 신호들에 의해 구동되고 서로에 대해 위상 각에서 그리고 펄스 폭 변조에서 개별적으로 조정가능하기 때문에, 발생된 동작 사각파 신호의 자유롭게 조정가능한 진폭 변조가 고-압력 방전 램프에 대하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 부하 회로에서, 방전 램프와 직렬로 접속되는 하나의 차단 커패시터(CB)로부터의 차단 커패시턴스가 이 경우에서 이점으로 이용된다. 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트는 부하 회로가 방전 램프에 관하여 공급 전압 단자들에 대칭으로 접속되는 두 차단 커패시터들에 의해 제공되는 차단 커패시턴스를 이용하는 경우 특히 잘 기능한다. 이 방식에서, 고-압력 방전 램프에 적용되는 전압은 특히 잘 대칭된다.
만약 회로 어레인지먼트가 가스 방전 램프의 점화를 위해 공진 회로를 여기하는 제 3 및 제 4 전자 스위치를 가진 제 2 하프-브리지를 가지는 경우, 고-압력 방전 램프에 대하여 유리한 공진 점화는 이용될 수 있다. 제 2 하프-브리지는 이 경우에서 제 1 하프-브리지의 센터 포인트 및 회로 접지 사이에서 유리하게 배열된다. 이 경우에서, 제 2 하프-브리지의 제 3 및 제 4 전자 스위치는 바람직하게 구동 회로에 의해 또한 제어된다.
방법에 관한 목적이 상기 설명된 바와 같은 회로 어레인지먼트를 가지는 고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법에 의해 본 발명에 따라 달성되고, 상기 가스 방전 램프의 동작 동안 아래의 단계들이 수행된다:
- 제 1 및 제 2 구동 신호로 제 1 및 제 2 전자 스위치를 구동하는 단계 ? 상기 구동 신호들은 동일 주파수의 펄스-폭-변조된 신호들임 ?,
- 상기 구동 신호들의 펄스 듀티 팩터들을 설정하는 단계,
- 서로에 관하여 상기 두 개의 구동 신호들의 위상 각을 설정하는 단계,
- 저-주파수 사이클에서 두 개의 구동 신호들을 인버팅하는 단계.
이 방법을 이용하여 저-주파수 사각파 전압이 상기 방법에 의해 간단하게 연속적으로 조정될 수 있는 고-주파수 진폭 변조를 가지는 고-압력 방전에 적용된다. 바람직하게 각 경우에서 서로 별도로 그리고 독립적으로 제 1 전자 스위치 및 제 2 전자 스위치에 대한 구동 신호의 펄스 듀티 팩터를 설정하는 것이 가능할 수 있다. 이에 기반한 바람직한 실시예에서, 펄스 듀티 팩터 또는 위상 각은 동작 동안 계속해서 가변될 것이다. 예를 들어, 이는 예를 들어, 입력 전압과 같은 변경된 경계 조건들에 응답하기 위해 필요할 수 있다.
고-압력 방전 램프의 점화를 위해, 아래의 단계들이 바람직하게 수행된다. 이 목적을 위해, 회로 어레인지먼트는 공진 회로뿐만 아니라 제 3 및 제 4 전자 스위치를 가진 제 2 하프-브리지를 가져야 한다:
- 상기 제 1 전자 스위치를 폐쇄하고, 상기 제 2 전자 스위치를 개방하는 단계,
- 공진 회로가 여기되고, 가스 방전 램프에 적용될 때 가스 방전 램프(5)의 점화를 초래하는 전압이 발생되는 방식으로 제 2 하프-브리지를 구동하는 단계,
- 상기-설명된 방법에 따라 제 1 하프-브리지를 동작시킬 뿐만 아니라 제 3 전자 스위치를 턴 온하고 제 4 전자 스위치를 턴 오프하는 단계.
고-압력 방전 램프의 유리한 공진 점화는 이 방법에 의해 수행된다.
아래의 단계들이 수행되는 경우, 고-압력 방전 램프는 공진 점화에 의해 시작될 뿐만 아니라 또한 동시에 유리한 램프-업(ramp-up) 곡선으로 즉시 동작된다. 이 목적을 위해 회로 어레인지먼트는 공진 회로뿐만 아니라 제 3 및 제 4 전자 스위치를 가진 제 2 하프-브리지를 가져야만 한다:
- 제 1 전자 스위치를 폐쇄하고 제 2 전자 스위치를 개방하는 단계,
- 공진 회로가 여기되고 가스 방전 램프에 적용될 때 가스 방전 램프의 점화를 초래하는 전압이 발생되는 방식으로 제 2 하프-브리지를 구동하는 단계,
- 미리 결정된 전력이 가스 방전 램프로 흐르는 방식으로 미리 결정된 주파수에서 제 2 하프-브리지를 구동하는 단계,
- 상기 설명된 방법에 따라 제 1 하프-브리지를 동작시킬 뿐만 아니라 제 3 전자 스위치를 턴 온하고, 제 4 전자 스위치를 턴 오프하는 단계.
막 설명된 이러한 두 개의 점화 방법들은 본 발명에 따른 실제 램프 동작이 수행되기 전에 고-압력 방전 램프를 시작하기 위해 실행된다.
고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 그리고 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 추가의 유리한 전개들 및 실시예들이 추가의 종속항들 및 아래의 설명으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명의 추가의 이점들, 특징들 및 세부사항들은 예시적인 실시예들의 아래의 설명으로부터 그리고 첨부된 도면들을 참고하여 나타날 수 있고, 동일하거나 기능적으로 동일한 엘리먼트들에는 동일한 참조 문자들이 제공된다. 도면들에서:
도 1은 하나의 차단 커패시터를 가지는 하프-브리지 어레인지먼트를 가진 제 1 실시예 변형에서 가스 방전 램프의 동작을 위한 진폭-변조 교류 신호를 발생시키기 위한 방법에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다.
도 2a-e는 저 진폭 변조에서 동작의 순방향 모드(상부 트랜지스터 전도) 동안 임의의 구동 신호들을 도시한다.
도 3a-e는 고 진폭 변조에서 동작의 순방향 모드(상부 트랜지스터 전도) 동안 임의의 구동 신호들을 도시한다.
도 4a-e는 저 진폭 변조에서 동작의 역방향 모드(하부 트랜지스터 전도) 동안 임의의 구동 신호들을 도시한다.
도 5a-e는 고 진폭 변조에서 동작의 역방향 모드(하부 트랜지스터 전도) 동안 임의의 구동 신호들을 도시한다.
도 6은 두 개의 대칭적으로 배열된 차단 커패시터들을 가지는 하프-브리지 어레인지먼트(5)를 가진 제 2 실시예 변형에서 가스 방전 램프의 동작을 위해 진폭-변조된 교류 신호를 발생시키기 위한 발명에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다.
도 7은 두 개의 대칭적으로 배열된 차단 커패시터들 및 공진 점화 디바이스를 가지는 하프-브리지 어레인지먼트를 가진 제 3 실시예 변형에서 가스 방전 램프의 동작을 위해 진폭-변조된 교류-전류 신호를 발생시키기 위한 발명에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다.
도 8은 풀-브리지 어레인지먼트에서 가스 방전 램프의 동작을 위한 진폭-변조된 교류 신호를 발생시키기 위한 종래의 기술에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다.
도 9는 하프-브리지 어레인지먼트에서 가스 방전 램프의 동작을 위한 진폭-변조된 교류 신호를 발생시키기 위한 종래의 기술에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다.
도 1은 하나의 차단 커패시터를 가지는 하프-브리지 어레인지먼트를 가진 제 1 실시예 변형에서 가스 방전 램프의 동작을 위한 진폭-변조된 교류-전류 신호를 발생시키기 위한 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트를 도시한다. 이 회로 어레인지먼트는 진폭 변조가 부가적으로 중첩될 수 있는 램프에 대한 사각파 전력 공급이 발생되고, 진폭 변조 깊이가 소프트웨어 제어 수단에 의해 계속적으로 조정될 수 있는 개념을 구현한다. 사각파 신호는 매우 낮은 주파수(대략적으로 50-150Hz)를 가지는 반면, 변조된 신호는 60kHz 주위의 범위에서 조정가능한 고 주파수를 가진다. 회로 어레인지먼트의 기본 개념은 역률 정정 회로 및 점화 회로를 가진 전자 동작 디바이스에 대한 전체 개념을 고려할 때 5개 미만의 MOS-FET들로 증가할 수 있는 두 개의 MOS-FET(전계-효과 트랜지스터)들에 의해 얻어진다. 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트는 두 개의 MOS-FET들을 포함하고 가스 방전 램프(5)에 전원을 공급하기 위한 부하 회로(7)가 접속되는 하프-브리지 어레인지먼트(6)를 가진다. 부하 회로(7)는 램프 초크(L1), 커패시터(C1) 및 차단 커패시터(CB)를 가진다. 하프-브리지 어레인지먼트(6)는 직류 전압 신호(U0)로 하프-브리지 어레인지먼트(6)에 전원을 공급하기 위하여 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부를 통해 공급되는 공급 전압에 의해 전원이 피드(feed)된다. 마이크로컨트롤러(8)는 회로 어레인지먼트를 제어하기 위해 사용되고, 제 1 MOS-FET(Q1) 및 제 2 MOS-FET(Q2)에 대한 제 1 및 제 2 구동 신호를 발생시킨다. 전류-감지 레지스터(RS)는 하프-브리지(6)와 직렬로 접속되고, 마이크로컨트롤러(8)는 전류-감지 레지스터(RS)를 통해 전류를 탭핑(tapping)한다.
가스 방전 램프(5)에서, 도 1에 따른 회로 어레인지먼트는 마이크로컨트롤러(8)의 프로그래밍을 통해 조정가능한 진폭 변조 깊이를 가진 저-주파수 사각파 전압을 발생시킨다. 회로 어레인지먼트는 큰 차단 커패시터(CB)를 사용한 하프-브리지 인버터 원리에 기반한다. 차단 커패시터의 크기 또는 커패시턴스는 상기 차단 커패시터에서 설정되는 직류 전압 레벨이 전체 긴 사각파 사이클 동안(대략적으로 5ms) 대체로 일정하게 유지되도록 선택되어야만 한다. 정상 상태에서, 차단 커패시터의 직류 전압 레벨은 UCB=1/2*U0 주위에 놓인다. 하지만 이 경우에서, 진폭 변조는 도입부에서 언급된 종래의 기술에서처럼 별도의 변조 단계에 의해 이루어지는 것이 아니고, 양쪽 MOS-FET들(Q1, Q2)에 의해 원하는 전류 또는 전압 레벨이 램프에서 구축되고, 동시에 램프 전류가 원하는 깊이로 변조되는 방식으로 개별적인 하프-사이클들 동안 구동되는 각각의 경우에서 이루어진다. 이 경우에서, 진폭 변조 깊이는 또한 양쪽 하프-브리지 MOS-FET들을 구동함으로써 설정될 수 있다. 게이트들을 구동하기 위해 요구되는 스위칭 시퀀스들은 마이크로컨트롤러의 소프트웨어 수단들에 의해 발생되고, 상기 소프트웨어 수단으로부터 상업적으로 이용 가능한 게이트 구동기 스테이지들을 통해 게이트들에 공급된다. 이 방법을 구현하기 위한 개별적인 단계들은 아래에 설명된다:
처음에, 하프-브리지에는 일정한 중간 회로 전압(U0)이 공급된다. 중간 회로 전압(U0)은 역률 정정 회로(도시 안됨)에 의해 제공되고, 전형적으로 U0=400VDC 내지 500VDC에 달한다. 다음으로, 두 개의 사각파 저-주파수 전류 사이클들은 두 개의 MOS-FET들의 각각의 회로를 통해 형성된다. 여기서, 저-주파수 신호의 순방향 및 역방향 위상들은 이미 상기 언급된 바와 같이, 각각의 경우에서 대략적으로 5msec 지속된다. 순방향 사이클에서 상부 MOS-FET(Q1)는 스텝-다운 컨버터와 같이 구동되고, 스위칭 주파수(fmod=1/Tmod=1/T)는 일정하게 유지된다. MOS-FET(Q1)의 일정한 동작 주파수는 고안된 변조 주파수에 대응한다. 선택된 동작 주파수는 또한 물론 스윕된 진폭 변조 주파수에 따라 어떠한 제한 없이 예를 들어, ±5kHz까지 쉽게 가변되거나 또는 스윕될 수 있다.
상부 MOS-FET(Q1)의 턴-온 시간(t1), 즉, 제 1 구동 신호의 펄스 지속기간(ton)은 처음에 스텝-다운 조건(v=Uout/U0=ton/T)이 존재하도록, 즉, ton<=(Uout/U0)*T도록 선택된다. fmod=60kHz의 변조 주파수는 T=16μs의 기간 지속기간을 초래할 수 있고, U0=450V 내지 Uout=340V의 출력 전압의 원하는 스텝-다운은 ton=12.6μs의 펄스 지속기간을 초래할 수 있다. 이 턴-온 시간 동안 초크(L1)에서 설정되고 있는 최대 전류(Imax)는 (Uo-Uout)=L1*Imax/ton 또는 Imax=(1/L1)*(U0-Uout)*ton으로부터 계산되고, 여기서, U0=450V 및 Uout=340V 및 (U0-Uout)=(450V-340V)=110V이고, L1=0.5mH, Imax는 2.77A에 달한다.
이 짧은 턴-온 페이스의 끝에서, 일반적인 전류 프리-러닝(free-running) 위상은 스텝-다운 초크에서 시작한다. 프리-러닝 위상의 지속기간(tfrei)은 인덕턴스(L1)의 값 및 순간 출력 전압(Uout)에 의존한다. 이는 Uout=L1*Imax/tfrei 또는 tfrei = =L1*Imax/Uout을 유지한다. 상기 값들을 사용하여 결과는 tfrei=4.0 μs의 프리-러닝 시간이다. 결과적으로 이러한 조건들이 주어질 때 스텝-다운 초크는 4.0μs 후 프리-러닝될 것이고, 그러므로 다음 개방 시간의 시작은 즉시 재-도입될 수 있다. 이 상태에서, 하프-브리지는 종래의 스텝-다운 컨버터의 원리에 따라 일정한 동작 주파수에서 동작할 수 있고, 램프는 부하로서 동작하는 차단 커패시터(CB)에 접속된다. 차단 커패시터(CB)의 크고 제한된 커패시턴스 때문에, 이 경우에서 5ms인 시간의 특정 시간 후, 전류 방향의 반전인 정류는 도입되어야만 하고, 이는 물론 램프와 접속된 기술적 이유들 때문에 바람직하다.
정류는 순방향 사이클에 대하여 현재 사용되는 구동 시퀀스들이 두 개의 게이트들에서 미러-이미지(mirror-image) 방식으로 교환된다는 점에서 손쉽게 이루어지고, 이때 하프-브리지는 이제 U0로부터 시작하는 스텝-다운 컨버터 대신에 회로 접지로부터 시작하는 스텝-업 컨버터로서 기능한다. 예를 들어, 순방향 사이클에서, 전압은 U0로부터 시작하여 340V로 110V 만큼 스텝 다운되고, 그 다음에, 역방향 사이클에서 회로 접지로부터 시작하여 110V로 110V 만큼 스텝 업된다. 하프-브리지의 출력에서 진폭 변조는 이 경우에서 아래의 방식으로 가변될 수 있다:
처음에, 출력에서 평탄화 커패시터(C1)의 크기는 스위칭 시간 값들의 기본 사양과 함께 진폭 변조에 대한 평균 목표 값이 설정되고, 그 다음 진폭 변조의 상기 평균 목표값 근처에서 가변될 수 있도록 선택된다. 하부 MOS-FET(Q2)가 이제 자연 프리-러닝 시간(예를 들어, 4.0μs+xμs)을 지나 전도 상태에서 활성을 계속 유지하는 경우, 평탄화 커패시터(C1)는 초크 및 하부 MOS-FET를 통해 약간의 범위로 역으로 방전되고, 결과적으로 평탄화 커패시터(C1)에 증가된 변조 변동의 효과를 가진다.
그러므로 자연 프리-러닝 시간을 지나 하부 MOS-FET(Q2)의 전도 상태의 지속기간은 초크(L1)의 출력에서 평탄화 커패시터(C1)의 진폭 변조 깊이를 결정한다. 상부 MOS-FET(Q1)의 턴-온 시간은 물론 턴-온 프로세스가 스위칭-부하-프리 조건들 하에서 계속해서 수행될 수 있도록 동일한 방식으로 다시 이동될 수 있다. 이 재조정이 수반하는 전력의 감소는 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 업스트림에 배치된 역률 정정 회로의 도움으로 이 경우에 중간 회로 전압(U0)인 입력 전압의 재조정에 의해 보상될 수 있다. 5ms 후, 정류를 이용하여 역 전류 방향을 도입하는 것이 원해지면, 이미 언급된 바와 같이, 막 설명된 회로는 두 개의 MOS-FET들(Q1 및 Q2)에 정확히 미러-이미지 방식으로 적용될 수 있고, 즉, 구동 신호는 인버팅되어야만 한다. 결과적인 신호 전개는 순방향 위상의 정확한 미러 이미지이다.
스텝-다운 컨버터 및 스텝-업 컨버터 둘 다로서의 하프-브리지의 교번 동작을 통해, 하프-브리지는 큰 차단 커패시터(CB)와 조합하여 사각파 발생기로서 사용될 수 있다. 스텝-다운 컨버터로부터 스텝-업 컨버터로의 동작 전환을 통해 전류 방향의 정류는 MOS-FET들(Q1 및 Q2)의 게이트들에서 신호 시퀀스들의 미러링 또는 인버팅에 의해 이루어진다. 밸런싱된 스위칭 시퀀스들에 의해, 하프-브리지는 일정한 동작 주파수로 구동될 수 있다. 평탄화 커패시터(C1)의 적합한 선택에 의해, 특정 진폭 변조는 발생된 사각파 서플라이 신호에 앞서 부과될 수 있다. 진폭 변조 주파수는 하프-브리지에 대한 동작 주파수의 선택에 의해 설정될 수 있다. 진폭 변조 깊이의 변형은 소프트웨어 수단에 의해 ton/toff 비를 통해 계속적으로 조정될 수 있다. 진폭 변조에서 상기 변형들에 동반되는 램프에서의 느린 전력 변경들은 역률 정정 회로의 출력 전압(U0)의 전력 조정을 통해 안정화될 수 있다.
진폭 변조가 가스 방전 램프(5)의 동작 위상 또는 시동 위상 동안 요구되지 않고 완전히 턴 오프될 경우, 그 다음에, 하프 브리지(6)의 동작 주파수는 선택적으로 평탄화 커패시터(C1)가 진폭에서의 변동들을 완전히 평탄화하는 예를 들어, 120kHz와 같은 높은 값에서 마이크로컨트롤러(8)에 의해 선택적으로 설정될 수 있다.
도 2a 내지 2d는 저 진폭 변조에서 동작의 순방향 모드(상부 트랜지스터(Q1) 전도)에서 MOS-FET들(Q1, Q2)을 구동하기 위한 방식 및 동작시 그것의 영향들을 도시한다. 게이트 신호들(UQ1, UQ2)은 제어 신호들(G1 및 G2)의 대응하는 파형 및 아날로그 공급 신호들(U0, UC1)의 대응하는 전개와 함께 도시된다.
전체적으로, 어떻게 진폭 변조가 구현될 수 있는지 및 미리 정의된 기간 지속기간(T) 내에서 두 개의 MOS-FET들(Q1, Q2)의 상보적인 턴-온 및 턴-오프 시간들의 변형을 통해 어떻게 진폭 변조 깊이가 사각파 신호를 조정될 것인지를 도시한다.
도 2a-d 및 도 3a-d는 전류가 램프를 통해 차단 커패시터에 흐를 때 순방향 동작에서의 상황으로 도시한다. 기간 지속기간은 T=16μs≡60kHz에 달한다.
도 2는 이 경우에서 저 진폭 변조에서 순방향 동작을 도시한다. 상부 MOS-FET의 턴-온 시간은 길고 하부 MOS-FET의 턴-온 시간은 짧다. 하부 MOS-FET의 짧은 턴-온 시간 동안 평탄화 커패시터(C1)의 방전은 단지 작고, 그 결과 커패시터에서의 변동, 그러므로 진폭 변조의 정도도 마찬가지로 단지 작다.
도 3은 더 높은 진폭 변조에서 순방향 동작을 도시한다. 상부 MOS-FET(Q1)의 턴-온 시간은 더 짧고, 하부 MOS-FET(Q2)의 턴-온 시간은 더 길다. 하부 MOS-FET(Q2)의 더 긴 턴-온 시간 동안 평탄화 커패시터(C1)의 방전은 더 높고, 그 결과 커패시터에서 변동, 그러므로, 진폭 변조의 정도가 높다.
도 2a 및 도 3a는 자신들이 마이크로컨트롤러에서 직접 발생되는 게이트 신호들(G1, G2)을 도시한다. 미리 정의된 동작 동안 턴-온/턴-오프 시간들 또는 변조 주파수는 소프트웨어 수단에 의해 가변될 수 있다. 도 2a에서, 상부 신호(G1)의 턴-오프 시간은 더 짧고, 잔여 변조는 더 작을 것이다. 도 3a에서, 턴-오프 시간은 더 길고, 잔여 변조는 더 클 것이다.
도 2b 및 도 3b는 어떻게 하프-브리지가 U0=450V의 일정한 중간 회로 전압에 의해 전원을 공급받고, 결과적으로 어떻게 회로가 하프-브리지 MOS-FET들(Q1 및 Q2)에서 형성되는지, 그리고 어떻게 스텝-다운 전압이 자신의 남아있는 변동들을 가지고 평탄화 커패시터(C) 상에서 전개되는지를 도시한다. 잔여 변조는 도 2b에서 더 작고, 도 3b에서 더 크다. 게이트 신호들(G1, G2)로부터 발생되는 구동 신호들(UQ1 및 UQ2)은 하부 섹션에서 도시된다. 신호(UQ2)는 신호(G2)에 대응하는 반면, 신호(UQ1)는 구동기에 의해 신호(G1)로부터 발생되는 신호이다.
도 2d 및 도 3d는 진폭 변조의 결과로서 또한 0인 일반 전력 라인 외에 f=60kHz의 라인을 가지는 상기 스펩-다운 전압의 푸리에 스펙트럼을 도시한다. 변조 라인은 도 2c에서 더 낮고 도 3c에서 더 높다.
도 2c, 도 2e 및 도 3c, 도 3e는 저-주파수 사각파 전압 및 고-주파수 변조 주파수 사이의 상호작용이 조사될 수 있도록 더 짧은 시간 분해능들에서 공급 및 전력 신호들을 도시한다. 특히, 평탄화 커패시터(UC1)의 전압은 고-주파수 사각파 전압에 의해 변조되는 저-주파수 사각파 전압을 매우 명확히 도시한다. 도 2e에서, 변조의 정도는 낮은 반면, 도 3e에서는 높다.
도 4 및 도 5는 전류가 차단 커패시터(CB)로부터 램프를 통해 흐르고 있을 때, 동작의 역방향 모드에서의 상황을 도시한다. 도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3에 관하여 미러-대칭형이다. 달리 말하면, 도 2 및 도 3에서 미러-이미지 방식으로 전치된 펄스 방식들은 어떻게 대응하는 아날로그 공급 신호들이 전개되는지를 도시한다. 순방향 모드 경우에서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 평탄화 커패시터에서 스텝-다운 전압은 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 역방향 모드 경우에서 U0=450V로부터 시작하여 대략적으로 110V 만큼 스텝 다운되는 반면, 평탄화 커패시터에서의 전압들은 Gnd=0V로부터 시작하여 대략적으로 110V 만큼 스텝 업된다. 순방향 위상 및 역방향 위상 사이에서 출력 전압들의 차이는 사각파 동작 전압으로서 램프의 말단에 공급되고, 이 경우에 진폭 변조가 부가적으로 제공된다. 구동 신호들(G1, G2, UQ1, UQ2)이 동작의 순방향 모드에 관하여 인버팅되는 것이 손쉽게 보여질 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 두 가지 추가의 실시예 변형들을 도시한다: 도 6은 여기서 차단 커패시턴스(7)가 U0 및 Gnd에 필수적으로 대칭적으로 접속되는, 두 개의 차단 커패시터들(CB1, CB2)을 포함하여 이용되는 차이를 가진 도 1의 회로 토폴로지를 반영한다. 이 타입의 차단 커패시터 커플링은 턴-온 후 고정 차단 전압(UCB=1/2*U0)이 두 개의 차단 커패시터들(CB1, CB2) 사이에서 더 빨리 구축되기 때문에, 정상 상태로의 전이 동안 더 우수한 응답을 나타낸다. 게다가, 이런 어레인지먼트에서, 중간 회로 전압(U0)은 또한 두 개의 차단 커패시터들(CB1, CB2)에 의해 동시에 차단 또는 버퍼링될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 제 3 실시예 변형을 도시한다. 여기서, 가스 방전 램프(5)를 동작하기 위한 하프-브리지 외에, 공진 점화에 의해 가스 방전 램프(5)의 점화를 위해 Q3, Q4로 구성되는 추가의 하프-브리지(66)가 도입된다. 램프가 시작되기 전에, 램프의 점화를 위한 공진 점화 전압은 표준으로서 공진 주파수에서 추가의 하프-브리지(66)의 시동에 의해 발생될 수 있다. 이 목적을 위해 하프-브리지(6)는 순방향 동작시 일정한 출력 전압으로 영구적으로 설정될 수 있고 점화 하프-브리지(66)에는 상기 일정한 출력 전압이 공급된다. 점화 초크(L2) 및 공진 커패시터(C2)로 구성되는 부가적으로 도입된 점화 공진 회로(67)는 또한 시작 위상 또는 램프 시동 동안 램프의 동작에 적합하고, 상기 경우에 필수 전류 소비가 점화 하프-브리지(66)에 대한 동작 주파수의 선택에 의해 쉽게 설정될 수 있다. 사각파 동작 모드로의 전환은 램프의 자연 음향 공진들이 활성화되기 바로 전에, 램프가 자신의 시동 위상 동안 거의 자신의 공칭(nominal) 범위 내에 있을 때까지 도입되지 않는다. 사각파 동작으로의 전환 후 점화 모듈은 물론 비활성으로 스위칭되어야만 하고, 이는 영구적으로 턴-온으로 설정되어 있는 점화 회로에서 상부 MOS-FET(Q3)에 의해 구현될 수 있는 반면, 점화 회로에서 하부 MOS-FET(Q4)는 영구적으로 턴 오프를 유지한다. 공칭 사각파 위상에서 점화 초크(L2)는 그 다음에 오직 램프 회로 내에서 수동 초크로서 존재한다.

Claims (10)

  1. 교정된 아크(straightened arc)를 가지는 고-압력 방전 램프(5)를 동작시키기 위한 회로 어레인지먼트(arrangement)로서,
    제 1 하프-브리지(6) 내의 적어도 하나의 제 1(Q1) 및 제 2 전자 스위치(Q2);
    직류 전압 신호(U0)를 하프-브리지 어레인지먼트에 공급하기 위한 공급 전압 접속부 및 기준 접지 접속부;
    램프 초크(Li) 및 차단 커패시터(7)를 포함하고 한 측이 하프-브리지 중심 포인트에 커플링되고 다른 측이 상기 고-압력 방전 램프(5)를 접속하기 위해 적어도 하나의 단자에 커플링되는 부하 회로(9); 및
    적어도 하나의 제 1(G1) 및 제 2(G2) 구동 신호를 상기 제 1(Q1) 및 상기 제 2 전자 스위치(Q2)에 제공하기 위한 구동 회로(8)
    를 포함하고,
    상기 제 1 및 상기 제 2 구동 신호(G1, G2)는 동일 주파수를 가지는 펄스-폭-변조된 신호들이고,
    서로에 관하여 두 개의 구동 신호들의 펄스 듀티 팩터(duty factor) 및 상기 두 개의 구동 신호들의 위상 각들은 각각의 경우에 서로 독립적으로 설정될 수 있고, 상기 두 개의 구동 신호들은 저-주파수 사이클에서 각각 인버팅될 수 있는,
    회로 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 회로는 상기 고-압력 방전 램프의 적어도 하나의 단자와 직렬로 접속되는 하나의 차단 커패시터(CB)로 구성되는 차단 커패시턴스를 가지는,
    회로 어레인지먼트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 회로는 각각의 경우에서 상기 고-압력 방전 램프의 적어도 하나의 단자로부터 상기 공급 전압 접속부로 및 상기 기준 접지 접속부로 각각 대칭으로 접속되는 두 개의 블록 커패시터들(CB1, CB2)로 구성되는 차단 커패시턴스를 가지는,
    회로 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 어레인지먼트는 상기 가스 방전 램프(5)를 점화하기 위한 공진 회로(67)를 구동하기 위한 제 3(Q3) 및 제 4(Q4) 전자 스위치를 가지며 상기 제 1 하프-브리지(6)의 중심 포인트 및 회로 접지 사이에 배열되는 제 2 하프-브리지(66)를 가지는,
    회로 어레인지먼트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 하프-브리지(66)의 상기 제 3(Q3) 및 상기 제 4(Q4) 전자 스위치는 마찬가지로 구동 신호(8)에 의해 구동될 수 있는,
    회로 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 회로 어레인지먼트를 가지는 고-압력 방전 램프(5)를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 가스 방전 램프(5)의 동작 동안,
    제 1 및 제 2 구동 신호(G1, G2)로 제 1 및 제 2 전자 스위치(Q1, Q2)를 구동하는 단계 ? 상기 구동 신호들은 동일 주파수를 가지는 펄스-폭-변조된 신호들임 ?;
    상기 구동 신호들(G1, G2)의 펄스 듀티 팩터들을 가변시키거나 또는 설정하는 단계;
    서로에 관하여 두 개의 구동 신호들의 위상 각을 설정하는 단계; 및
    저-주파수 사이클에서 상기 두 개의 구동 신호들을 인버팅하는 단계
    를 포함하는 단계들이 수행되는,
    고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    서로에 관하여 상기 두 개의 구동 신호들의 상기 위상 각은 동작 동안 가변되는,
    고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    각각의 경우에서 상기 제 1 전자 스위치(Q1) 및 상기 제 2 전자 스위치(Q2)에 대하여 상기 구동 신호(G1, G2)의 펄스 듀티 팩터들은 서로 별도로 독립적으로 설정되는,
    고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
  9. 제 4 항에 따른 회로 어레인지먼트를 동작시키기 위한 제 7 항에 있어서,
    상기 고-압력 방전 램프(5)를 점화하기 위해,
    상기 제 1 전자 스위치(Q1)를 폐쇄하고, 상기 제 2 전자 스위치(Q2)를 개방하는 단계,
    공진 회로(67)가 여기되고 상기 고-압력 방전 램프(5)를 점화하기 위해 상기 고-압력 방전 램프(5)의 단자들에 인도되는 전압이 발생되도록 제 2 하프-브리지(66)를 구동하는 단계,
    제 3 전자 스위치(Q3)를 턴 온하고 제 4 전자 스위치(Q4)를 턴 오프하는 단계
    를 포함하는 단계들이 수행되는,
    고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 고-압력 방전 램프(5)를 점화하기 위해,
    상기 제 1 전자 스위치(Q1)를 폐쇄하고 상기 제 2 전자 스위치(Q2)를 개방하는 단계,
    상기 공진 회로(67)가 여기되고, 상기 고-압력 방전 램프(5)를 점화하기 위해 상기 고-압력 방전 램프(5)의 단자들로 인도되는 전압이 발생되도록 제 2 하프-브리지(66)를 구동하는 단계,
    미리 결정된 전력이 상기 가스 방전 램프로 흐르도록 미리 결정된 주파수에서 상기 제 2 하프-브리지(66)를 구동하는 단계, 및
    제 3 전자 스위치(Q3)를 턴 온하고, 제 4 전자 스위치(Q4)를 턴 오프하는 단계
    를 포함하는 단계들이 수행되는,
    고-압력 방전 램프를 동작시키기 위한 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012062346A1 (de) * 2010-11-08 2012-05-18 Osram Ag Schaltungsanordnung und verfahren zur schnellen kommutierung beim rechteckbetrieb von hochdruckentladungslampen
EP2498081A1 (en) 2011-03-08 2012-09-12 Capres A/S Single-position hall effect measurements
CN103852626B (zh) * 2012-11-30 2016-09-07 海洋王（东莞）照明科技有限公司 一种直流电路探测装置
CN103037604B (zh) * 2013-01-04 2015-01-28 深圳市宝安区西乡啟骏电子厂 一种高压气体放电灯的控制方法及其高压气体放电灯
CN115218140B (zh) * 2022-08-12 2024-04-19 中国商用飞机有限责任公司 多模式组合调光的光学系统和调节光学系统照度的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4024374B2 (ja) 1998-03-18 2007-12-19 松下電器産業株式会社 放電ランプ点灯装置
US6144172A (en) * 1999-05-14 2000-11-07 Matsushita Electric Works R&D Laboratory, Inc. Method and driving circuit for HID lamp electronic ballast
AU2002237761A1 (en) * 2001-01-10 2002-07-24 Iwatt Corporation Phase-controlled ac-dc power converter
US6388398B1 (en) * 2001-03-20 2002-05-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Mixed mode control for ballast circuit
US6639368B2 (en) * 2001-07-02 2003-10-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Programmable PWM module for controlling a ballast
US6522089B1 (en) * 2001-10-23 2003-02-18 Orsam Sylvania Inc. Electronic ballast and method for arc straightening
DE10333820A1 (de) * 2003-07-24 2005-02-17 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer Hochdruckentladungslampe
DE102005028417A1 (de) * 2005-06-20 2006-12-28 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Vorrichtung zum Bereitstellen einer sinusförmig amplitudenmodulierten Betriebsspannung, Beleuchtungssystem und Verfahren zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten Spannung
DE102006061357B4 (de) * 2006-12-22 2017-09-14 Infineon Technologies Austria Ag Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe

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