KR20120088771A - 고휘도 방전램프의 제어방법 및 고휘도 방전램프의 전력공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 주파수 및 일정한 충전율(充塡率)의 신호를 밸러스트 회로 및 램프에 직렬 연결된 스위치들로부터 공급하는 단계를 포함하며, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 밸러스트 회로 및 상기 램프(9)에 반(半)-브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2)로부터 공급된 주기적으로 변화하는 주파수 및 50/50 %의 일정한 충전율의 신호가 사용되며, 여기서, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서(C1), 상기 램프(LAMP) 및 공진회로를 형성하는 제1 인덕턴스(L1) 및 제2 콘덴서(C2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 램프 및 밸러스트와 반(半) 또는 전(全) 브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들을 공급하는 안정된 전압원을 포함하며, 상기 밸러스트는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수의 신호의 발생기 및 변조된 진폭 임펄스들을 발생시키기 위한 발생기 제어장치를 포함하며, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수 및 일정한 충전율의 신호 발생기(CONTROL 1) 및 일정한 주파수 및 가변 충전율의 최소한 1개의 신호 발생기를 포함하는 제어장치(CONTROL 2)를 포함하고, 여기서, 상기 제어장치(CONTROL 2)의 출력은 상기 제어 시스템(CONTROL 2)이 상기 신호 발생기(CONTROL 1) 동작 주파수를 변화시키는 변조된 폭의 신호 발생기 임펄스들로 전달하기 위해 사용되도록 하는 방식으로 신호 발생기(CONTROL 1)의 제어 입력에 연결되며, 여기서, 상기 신호 발생기(CONTROL 1)는 반(半) 브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2)과 연결되고, 상기 밸러스트는 제1 콘덴서(C1), 제1 인덕턴스(L1), 제2 콘덴서(C2), 상기 램프(LAMP)를 상기 제2 콘덴서(C2)와 분리시키는 제2 인덕턴스(L2)를 포함하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고휘도 방전램프의 제어방법 및 고휘도 방전램프의 전력공급 시스템에 관한 것이다.
100 내지 150 lm/W의 범위의 고효율 덕분에, 고휘도 방전램프들은 도시나 기타 대형의 조명 시스템에서 널리 사용된다. 전형적인 고휘도 방전램프의 점화 및 전력공급 시스템에는, 유도 밸러스트(BALLAST), 및 램프의 점화시까지 이러한 밸러스트상에서 고전압을 발생시키는 스타터(starter)가 있다. 점화 후에, 밸러스트의 인덕턴스는 램프를 통해 흐르는 전류를 제한한다. 전극들의 저하를 감소시키기 위해, 방형파(方形波) 공급전압이 고휘도 방전램프에 제한된 인덕턴스(BALLAST)를 제공하기 위해 종종 사용된다.
방전램프에 교류(AC) 주전원을 공급하는 전형적인 시스템은 약 400 V의 안정된 전압의 내부적인 근원인 다이오드 정류기 및 역률 보정 시스템(PFC)으로 구성된다. 이 전압은, 전(FULL) 또는 반 브리지(HALF BRIDGE) 형태의, 전자 스위치들(트랜지스터들)의 직렬 시스템을 제공하며, 적절한 제어 시스템에 의해 제어되는 것은 설정치(設定値)의 교류전압의 원천이고, 이 설정치에서의 직렬 인덕턴스의 값은 램프를 통해 흐르는 전류를 상기 설정치로 제한한다. 조정된 주파수를 갖는 회로에는, 직렬 공진회로를 얻기 위해, 램프에는 병렬로 그리고 인덕턴스에는 직렬로 연결된 콘덴서가 추가된다. 직렬로 연결된 스위치에서 이 회로의 자체 공진 주파수에 근접한 주파수의 교류전압을 발생시키는 것은 상기 회로의 콘덴서에서의 교류 고전압을 유도시킨다. 이 전압은 방전램프의 점화를 시동하는데 사용된다.
2009년 3월 오스람(OSRAM)사(社)에 의해 발행된, "고휘도 방전램프 - 전력량을 감소시키는 것에 관한 기술적인 정보"의 문서는 방전램프로 공급된 전력의 감소 및 조정방법에 관한 것이다. 전형적인 해결책들에서, 램프로 공급된 전력을 안정화시키는 유일한 성분은 인덕턴스인 반면, 설정전류 안정도 및 주요 주파수에서의 전력 조정은 예상 전력에 대한 인덕턴스를 선택함으로써 이루어진다. 이러한 해결책은 주요 매개변수들의 변화에 민감하며, 실제로, 도시의 조명 시스템에 대한 개별적인 공급 네트워크의 구성을 가능하게 한다.
1 kHz 이상의 주파수를 사용하는 고휘도 방전램프를 공급하는 것은 음파의 형성을 야기시키며, 이것은 공급과정(1 kHz 내지 1 MHz)의 광대역의 주파수 범위에서 음향 공진(音響共振)을 초래한다. 이러한 현상은 방전 아크의 불안정, 램프의 깜박임 및 극단의 경우에는 버너의 기계적인 손상까지도 야기시키는 플라즈마를 통한 전류의 흐름을 불안정하게 한다. 이러한 효과를 제거하는 전형적인 방법들은 고휘도 램프에 2개의 과정들의 전압 - 공진이 발생할 수 있는 주파수 범위의 주요 전압, 및 방전 아크를 안정화시키는 더 높은 주파수 범위의 2차 전압 - 을 공급하는 것을 포함한다. 유럽특허 EP1327382는, 역(逆)음향 공진을 감소시키기 위해 밸러스트를 공급하는 방형파 전압의 주파수 변조(FM) 및 펄스폭 변조(PWM)가 사용되며, 이것은 공급파의 부가적인 진폭변조(AM)를 초래하는, 방전램프의 전력공급방법에 관한 것이다.
상기 설명된 해결책들에 따르면, 램프로 공급된 전력의 조정은 램프 전극들에서의 전류과 전압의 측정 그리고 공급전압파의 매개변수들의 변화를 포함하는데, 이들은 예컨대, 전압 크기의 변화, 주파수의 변화 또는 그 충전율(充塡率)의 변화 등이다.
고휘도 방전램프의 점화를 유도하기 위해서는, 2,5 kV 내지 15 kV의 고전압을 발생시키는 것이 필요하다. 적절한 전압을 발생시키는 방법들 중에서 하나는 인덕턴스와 콘덴서를 가지는 회로를 공급하는 것이며, 상기 콘덴서는 상기 인덕턴스와는 직렬로 그리고 상기 램프와는 병렬로 연결되고, 상기 콘덴서와 상기 인덕턴스는 상기 회로의 공진 주파수에 근접한 주파수의 전류가 흐르는 직렬 공진회로를 형성한다. 점화전압에 도달한 후, 램프의 점화는 상기 램프에 병렬로 연결된 콘덴서에서의 고전압 발생의 결과로서 시작된다.
국제특허 WO2008/132662는, 램프에 병렬로 연결된 콘덴서에서의 점화시에 고전압을 발생시키거나, 또는 램프에서의 방전 아크의 약화를 검출하기 위해, 제한 인덕턴스 및 직렬연결된 스위치들(트랜지스터들)을 사용하는 전 브리지(FULL BRIDGE) 공급 시스템을 갖는 시스템들에서의 점화 시스템의 사용에 관한 것이다.
직렬공진 점화시스템의 경우, 공진 콘덴서에서 고전압을 얻는 효율성은 상기 콘덴서의 용량에 의존한다. 실제로, 램프 시스템에 대해 안전한 전류 세기의 범위(20A 까지)에 대해, 공진 콘덴서에서의 수 킬로볼트나 수십 킬로볼트의 치수의 전압을 얻기 위해, 그 용량은 수 나노 패럿(nano farad)으로 제한된다. 한편, 이 콘덴서의 용량은 공진 주파수와 직접 관련된다.
(여기서 : 
- 공진 주파수, 
- 인덕턴스, 
- 커패시티).
상기 공진 주파수는 상기 공진 주파수와 방전등에 공급되는 전압 및 상기 방전등에 공급된 예상 전력에 의존하는 제한 인덕턴스 
의 값에 의존한다. 일반적으로, 음향파 이상의 과정들에 의해 공급되는 30 내지 400 W의 범위의 전력의 램프들의 경우, 인덕턴스 
의 값은 수십 
내지 수 
의 범위이다. 결과적으로, 이들 시스템들에서 얻어진, 다음과 같은 
의 값들은 :
(
- 성능 계수(性能係數), 
- 시스템의 대체 직렬저항, 
- 인덕턴스, 
- 커패시티) 크며 공진 곡선들은 가파른 경사들로 특징지워지고, 이것은 방전램프들의 특별한 공진 점화시스템에 대한 유도 주파수들의 아주 정밀한 선택의 필요성을 초래한다. 상업 제품들의 매개변수들의 인정된 허용치에 기인하여, 인덕턴스와 커패시티의 실제값들의 다양성은 시스템의 공진 주파수의 확산을 초래하며, 이것은 차례로 고전압을 발생하기 위한 공급전압 주파수의 변화를 사용하는 기술의 수행을 촉구한다. 전형적으로, 직렬공진 점화시스템들에 대해, 이 공진 시스템을 제공하는 주파수는, 이 시스템의 공진 주파수보다 더욱 높은 값으로부터, 점화가 발생해야 하는 상기 공진 주파수에 근접하는 공진 주파수 이상의 주파수를 거쳐, 동작 주파수(인덕턴스가 전류를 설정 전력에 해당하는 값으로 제한하는 주파수)까지 감소한다. 상기 유도 주파수가 상기 공진 주파수에 근접해질수록, 램프의 결함이나 손상의 경우, 전압 및 전류의 갑작스런 증대가 공진회로에서 발생하며, 이것은 그 회로의 손상이나 다른 시스템 소자들의 손상을 초래할 수 있다. 시스템의 실제적인 배열에서, 상기 위험은 보호 시스템의 사용을 촉구한다.
본 발명은 선택적인 고휘도 방전램프의 제어방법과 고휘도 방전램프의 전력 공급 시스템을 제공한다.
본 발명의 고휘도 방전램프의 제어방법은 가변 주파수 및 일정한 충전율(充塡率)의 신호를 밸러스트 회로 및 램프에 직렬연결된 스위치들로부터 공급하며, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 밸러스트 회로 및 램프에 반-브리지(half-bridge) 형태로 직렬연결된 전자 스위치로부터 제공된 주기적으로 변화하는 주파수 및 50/50 %의 일정한 충전율의 신호가 사용되는 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서, 상기 램프 및 공진회로를 형성하는 제1 인덕턴스 및 제2 콘덴서를 포함한다. 바람직하게는, 주기적으로 변화하는 주파수 및 50/50 %의 일정한 충전율의 신호는 제어장치에 의해 발생되는 일정한 주파수 및 가변 충전율의 방형 신호(方形信號)를 제어함으로써 신호 발생기로부터 얻어진다. 특히, 상기 밸러스트 회로는 제2 콘덴서로부터 상기 램프를 분리시키는 제2 인덕턴스를 포함한다. 특별히, 안정된 전압원 및 직렬연결된 전자 스위치들 사이에서 공급전류의 값은, 바람직하게는 측정소자에 의해, 측정되며, 그리고 얻어진 값을 근거로 하여, 제2 콘덴서 단자와 접지 사이의 전류의 값 및 상기 제2 인덕턴스 단자와 접지 사이의 전류의 값이 결정된다.
바람직하게는, 고휘도 방전램프의 점화 모드에서, 고전압 및 주기적으로 변동하는 주파수의 신호가 공진회로의 여기 상태로 공급되며, 상기 여기신호는 공진 주파수의 이하의 값으로부터 더욱 낮은 최대 주파수의 신호이며, 상기 주파수에 대해 제1 인덕턴스와 제2 콘덴서를 포함하는 공진회로에서 발생된 전압의 레벨은 램프의 점화에 충분하다. 특히, 점화 모드에서, 주기적으로 변동하는 주파수의 신호의 공급 동안, 전류값은, 바람직하게는 측정소자에 의해, 콘덴서 단자와 접지 사이에서 측정되고, 전류의 설정값이 비교장치들의 비교기에서 비교되며, 상기 전류값이 상기 설정값을 초과할 때, 신호의 전달이 정지된다. 선택적으로, 상기 점화 모드에서, 주기적으로 변동하는 주파수의 신호의 공급 동안, 상기 전류값은, 바람직하게는 측정소자에 의해, 인덕턴스 단자와 접지 사이에서 측정되고, 상기 전류의 설정값은 비교장치들의 비교기에서 비교되며, 상기 전류값이 상기 설정값에 도달할 때, 상기 여기신호의 전달은 정지되고 램프 공급모드에서의 신호의 전달은 시작된다.
바람직하게는, 고휘도 방전램프의 공급 모드에서, 최소값으로부터 최대값으로 그리고 다시 최대값으로부터 최소값으로, 싸이클로 그리고 평탄하게 변조되는 주파수가 사용된다.
바람직하게는, 램프로 공급된 전력의 조정은 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 변화에 의한 주파수 변화를 사용함으로써 수행된다.
특히, 상기 고휘도 방전램프는 나트륨 램프이다. 특히, 주파수 변화에 대해, 최소한 1개의 변조 주파수가 사용되며 변조도는 15 %를 초과하지 않고, 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 범위는 0.1 내지 10 이다. 바람직하게는, 상기 변조된 주파수는 50 kHz 이며, 상기 변조 주파수는 240 Hz 이며 변조도는 10 % 이다.
특히, 상기 고휘도 방전램프는 메탈할라이드(metal halide) 램프이다. 특히, 주파수 변화에 대해, 최소한 1개의 변조 주파수가 사용되며 변조도는 20 %를 초과하지 않고, 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 범위는 0.1 내지 10 이다. 바람직하게는, 상기 변조된 주파수는 130 kHz 이며, 상기 변조 주파수는 240 Hz 이며 변조도는 10 % 이다. 바람직하게는, 램프에 공급된 전력은 제어장치에서 PWM 과정의 충전율을 변화시킴으로써 조정된다. 상기 PWM 과정의 충전 비율의 변화는 마이크로 칩의 제어를 사용함으로써 수행된다.
바람직하게는, 특히 상기 값이 적절한 램프의 동작을 위한 비교장치에서의 비교기상의 전류 설정값보다 더욱 낮을 때, 방전 아크의 약화는 제2 인덕턴스 단자와 접지 사이의 전류값을 근거로 하여 검출된 다음, 램프 점화모드가 재개된다. 바람직하게는, 램프의 동작을 불가능하게 하는 램프의 결함 또는 그 손상은 제2 인덕턴스 단자와 접지 사이의 전류값을 근거로 하여 검출되고, 특히 램프의 냉각에 필요한 시간 주기 후에 수행된 점화 시도 후에, 상기 전류값이 적절한 램프의 점화를 위한 비교장치에서의 비교기상의 설정값과 다를 때를 검사한다.
바람직하게는, 방전 아크 약화를 검출하고 램프의 점화를 재개한 후, 상기 램프로 전달되는 전력값은 감소하고 만일 상기 아크가 약화되지 않으면 상기 전력값은 유지되며, 아크 약화의 경우에, 상기 점화 모드는 재개되고 전력의 감소 과정이 재시도된다.
고휘도 방전램프의 공급 시스템은 램프 및 밸러스트와 반(Half) 또는 전(Full) 브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들을 공급하는 안정된 전압원을 포함하며, 상기 밸러스트는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수의 신호발생기 및 변조된 진폭 임펄스들을 발생시키기 위한 발생기 제어장치를 포함하며, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수 및 일정한 충전율의 신호 발생기 및 일정한 주파수 및 가변 충전율의 최소한 1개의 신호발생기를 포함하는 제어장치를 포함하고, 여기서, 상기 제어장치의 출력은 상기 제어 시스템이 상기 신호발생기 동작 주파수를 변화시키는 변조된 폭의 신호발생기 임펄스로 전달하기 위해 사용되도록 하는 방식으로 신호발생기의 제어 입력에 연결되며, 여기서, 상기 신호발생기는 반(半) 브리지 형태로 직렬연결된 전자 스위치와 연결되고, 상기 밸러스트는 제1 콘덴서, 제1 인덕턴스, 제2 콘덴서, 상기 램프를 제2 콘덴서와 분리시키는 제2 인덕턴스를 포함한다. 바람직하게는, 상기 밸러스트는 램프의 입력단자 상의 제1 콘덴서 및 제1 인덕턴스 및 상기 램프에 병렬로 연결된 제2 콘덴서 및 상기 램프를 제2 콘덴서와 분리시키는 상기 램프 출력단자 상의 제2 인덕턴스를 포함하고, 여기서, 제1 인덕턴스 및 제2 콘덴서는 서로 직렬로 배열되어 공진회로의 일부를 형성한다. 특히, 직렬연결된 스위치들의 출력에서 발생된 전압 신호는 방형이며 그 충전율은 50 % 이다. 특히, 상기 시스템은, 공급전류값의 측정을 위한, 안정된 전압원과 직렬연결된 전자 스위치들 사이의 측정소자를 포함한다. 선택적으로, 상기 시스템은 제1 인덕턴스와 제2 콘덴서를 갖는 공진회로에 흐르는 전류의 측정을 위한 측정소자를 포함한다. 특히, 상기 시스템은 램프에 흐르는 전류의 측정을 위한 측정소자를 포함한다. 바람직하게는, 상기 측정소자들은 저항성 측정장치들이다. 선택적으로, 상기 측정소자들은 유도성 측정장치들이다.
바람직하게는, 상기 제어장치는 발생기 PWM 및 비교장치를 포함하며, 상기 발생기 PWM을 제어한다. 특히, 상기 발생기 PWM는 상기 비교장치에 의해 제어되는 PWM 출력을 갖는 마이크로 칩이다.
바람직하게는, 상기 고휘도 방전램프는 나트륨 램프이다.
선택적으로, 상기 고휘도 방전램프는 메탈핼라이드 램프이다.
본 발명에 따른 고휘도 방전램프의 제어방법 및 공급 시스템은 많은 장점들을 제공하며, 조명 시스템들의 실제적인 실시예들에서 일상적인 사용을 위한 주요한 해결책을 제공한다. 상기 시스템은 고효율의, 전통적이면서도 전자적인 해결책들로부터 더욱 개선된, 그리고 또한, 예술적인 전자 모델들에 비해, 제어 및 주요 시스템들의 배열의 단순함에 의해 특징지워진다. 과도한 전압이나 전류에 기인하는 시스템 손상의 위험이 제거되기 때문에, 제어방법 및 시스템 배열은 램프 점화모드에서의 안전한 기능성을 제공한다. 게다가, 본 발명에 따른 제어방법은, 소비전력을 특정 설정 레벨로 안정시키는 선택기능을 가지므로, 램프 공급 매개변수들의 자동적인 조정을 제공한다. 다음으로, 본 발명에 따른 방법은, 자체-조정 레벨을 설정하는 가능성을 가지므로, 램프에 의해 소비된 전력을 조정 가능하게 한다. 본 발명에 따른 방법 및 시스템의 사용은, 수행된 조정성 알고리즘, 낡은 램프들의 조명시간의 현저한 연장에 기인하여, 적절한 램프의 더욱 긴 사용시간을 제공한다.
조명 시스템에서의 본 발명에 따른 해결책의 사용은 스트로보 효과가 없는 조명을 가능하게 한다(전통적인 해결책들에 비해, 깜박거림 효과가 주요 주파수보다 2배 높은 주파수, 즉, 100 Hz 또는 120 Hz, 에서 발생함).
게다가, 본 발명에 따른 시스템에서의 역률 보정모듈 PFC의 수행 덕분에, 수동적인 전력손실의 제거가 달성되며(상기 역률은 
= 0.99 에 해당하기 때문에), 이것은 유선 및 공급선에서의 저항성 손실의 감소로 이끈다. 광범위한 입력전압 및 전압 변화에 대한 고저항성의 사용 가능성은 지방의 조명 시스템들을 제공하기 위한 개별적인 전력 네트워크의 설정의 필요성을 제거 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기본적이면서도 기하학적인 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 동적인 전력 조정을 위한 수단이 장착된 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 동적인 전력 조정을 위한 수단과 보조의 측정장치들이 장착된 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 점화 모드에 따라 기능하는 시스템에서의 시간에 대한 주파수의 변화의 도표이다.
도 5는 점화 모드에 따라 기능하는 시스템에서의 전압 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 제어장치 출력 및 신호발생기 출력에서의 전압을 도시한 도면이다.
도 7은 신호발생기 출력 주파수에 대한 램프에 흐르는 전류의 도표이다.
도 8은 신호발생기에 연결된 제어장치의 예시적인 해결책을 도시한 도면이다.
도 9는 나트륨 램프가 시스템에 설치될 때, 주파수 변화의 도표이다.
도 10은 메탈할라이드 램프가 시스템에 설치될 때, 주파수 변화의 도표이다.
도 11은 비교기의 출력 상태들 및 이들 상태들의 비동기 샘플값들에 해당하는, 램프 공급시스템에 의해 소비된 전류 변화를 도시한 도면이다.
도 12는 디지털 전력 조정의 예시적인 알고리즘의 논리적인 루프를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 동적인 전력 조정을 위한 수단이 장착된 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 동적인 전력 조정을 위한 수단과 보조의 측정장치들이 장착된 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 점화 모드에 따라 기능하는 시스템에서의 시간에 대한 주파수의 변화의 도표이다.
도 5는 점화 모드에 따라 기능하는 시스템에서의 전압 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 제어장치 출력 및 신호발생기 출력에서의 전압을 도시한 도면이다.
도 7은 신호발생기 출력 주파수에 대한 램프에 흐르는 전류의 도표이다.
도 8은 신호발생기에 연결된 제어장치의 예시적인 해결책을 도시한 도면이다.
도 9는 나트륨 램프가 시스템에 설치될 때, 주파수 변화의 도표이다.
도 10은 메탈할라이드 램프가 시스템에 설치될 때, 주파수 변화의 도표이다.
도 11은 비교기의 출력 상태들 및 이들 상태들의 비동기 샘플값들에 해당하는, 램프 공급시스템에 의해 소비된 전류 변화를 도시한 도면이다.
도 12는 디지털 전력 조정의 예시적인 알고리즘의 논리적인 루프를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된, 본 발명에 따른 고휘도 방전램프의 공급 시스템은 교류전류 네트워크로부터 공급되며, 전형적으로 약 400 V의 안정된 내부 전압원과, 다이오드 정류기 및 역률 보정시스템 PFC을 포함한다. 상기 안정된 전압원은, 반(Half) 브리지 형태와 같은, 전자 키들로 기능하는 Tl 및 T2를 포함하는, 직렬 연결된 전자 스위치들을 공급하고 있다. 상기 직렬 연결된 전자 스위치들은, 신호발생기 CONTROL 1에 의한 제어의 결과로서, 직렬 인덕턴스 L1의 값이 램프 LAMP를 통해 흐르는 전류를 설정 레벨로 제한하는, 설정값의 교류 전류원이 된다. 상기 시스템에는, 직렬 공진회로를 얻기 위해, 상기 램프 LAMP에는 병렬로 그리고 상기 인덕턴스 L1에는 직렬로 연결된 콘덴서 C2가 추가된다. 인덕턴스 L1 및 콘덴서 C2를 갖는 자유로이 흐르는 회로의 공진 주파수에 근접한 주파수의 교류전압을 직렬 연결된 스위치들 T1 및 T2에서 발생시키는 것은 콘덴서 C2에서의 높은 교류전압의 발생을 유도하며, 상기 전압은 방전램프 LAMP의 점화를 유도하기 위해 사용되고 있다.
상기 신호발생기 CONTROL 1은 전압 또는 전류 제어되는 가변 주파수 및 일정한 충전율(50/50 %)의 발생기(1)를 포함한다. 상기 신호발생기 CONTROL 1은 상기 발생기(1)의 주파수를 변조하기 위한 일정한 주파수와 가변 충전율 PWM의 발생기(2)를 포함하는 제어장치 CONTROL 2와 연결된다. 상기 시스템은 상기 램프 LAMP를 상기 콘덴서 C2와 분리하는 부가적인 인덕턴스 L2를 포함한다. 놀랍게도, 다음에 설명되는 특징을 갖는 상기 부가적인 인덕턴스 L2 및 제어장치 CONTROL 2의 도입은 본 발명에 따른 방전램프 LAMP의 동작의 안정과 혁신적인 제어방법, 특히 점화방법, 고휘도 방전램프의 전력의 공급 및 조정방법의 실현을 제공한다.
도 2는 도 1에 도시된 고휘도 방전램프의 공급 시스템의 바람직한 수정예를 도시하는 도면이다. 이 수정예는 램프의 동작제어, 특히 상기 고휘도 방전램프 LAMP에 의해 소비된 전력의 제어를 가능하게 한다. 도 2에 따른 시스템은 PFC 시스템 및 직렬 연결된 전자키들 T1 및 T2 및 시스템의 나머지 부분 사이의 측정소자 A1을 포함한다. 상기 측정소자 A1는 공급전류의 값을 측정하는 기능을 한다. 상기 측정소자 A1는 저항성 측정장치 또는 유도성 측정장치일 수 있다.
도 2에 따른 시스템은, 제어장치 CONTROL 2에서, 최소한 1개의 비교기를 포함하는 비교장치(3)를 포함한다. 상기 비교장치(3)는 상기 측정소자 A1의 출력에 연결되어 그 상태를 상기 설정값과 비교함으로써 분석하며, 이 비교결과는 상기 발생기(2)의 출력 매개변수들을 수정하기 위해 사용되고, 이것은 신호발생기 CONTROL 1의 출력 매개변수들의 변화를 초래하여, 직렬 연결된 전자키들 T1, T2를 제어하며 램프 LAMP의 동작 매개변수들의 변화를 야기시킨다.
도 3은 도 2에 따른 시스템의 다른 변형 예를 도시한다. 도 3의 시스템은 부가적인 측정소자들 A2 및 A3 및 상기 비교장치(3)에서의 해당 비교기들을 포함한다. 상기 측정소자들 A2 및 A3는 전류값을 측정하기 위해 기능한다. 상기 측정소자들 A2 및 A3는 저항성 측정장치들, 유도성 측정장치들 또는 그 결합일 수 있다. 상기 측정소자들 A2 및 A3이 위치하는 시스템 위치들에서 결정된 전류의 직접적인 측정을 근거로 하여, 진보된 측정 및 제어 과정들이 램프의 점화모드와 동작모드의 둘 다에서 실현된다. 상기 콘덴서 C2와 공급 전원의 음극과 연결된 상기 측정소자 A2는 콘덴서 C2를 통해 흐르는 전류의 측정을 위해 고안된 것이다. 상기 인덕턴스 L2와 공급전원의 음극과 연결된 상기 측정소자 A3는 인덕턴스 L2를 통해 흐르는 전류의 측정을 위해 고안된 것이다.
상기 측정소자들 A2 및 A3에 의해 결정된 또는 A2 또는 A3가 위치하는 시스템의 위치에서 결정된, 전류의 측정값들은 비교장치(3)에서의 설정값들과 비교되며, 상기 발생기(2)의 이러한 비교출력 매개변수들을 근거로 하여 수정되고, 이것은 신호 발생기 CONTROL 1의 출력의 적절한 변화를 초래한다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 공급 시스템은 혁신적인 고휘도 방전램프의 점화방법의 실현을 가능하게 한다. 지금까지 사용된 방전램프를 위한 공급-점화 시스템들에서의 공진 점화방법(특히 음향 주파수 이상의, 1 kHz 이상의 주파수에 대해)은 L1-C2 회로의 공진 주파수보다 더욱 높은 주파수의 교류전압 과정을 갖는 공진회로 L1-C2를 제공하는 단계를 포함한다. 다음으로, 상기 주파수는, 공진 콘덴서에서 발생된 전압이 램프의 점화에 충분한, 상기 공진 주파수에 근접한 값으로 감소된다. 점화 후, 제한 인덕턴스 L1가 설정값에서 상기 램프 LAMP에 흐르는 전류를 제한하는 값까지, 주파수의 추가적인 감소가 발생한다. 이 방법은 공진 주파수와의 상기 주파수의 피할 수 없는 등가화를 초래하며, 램프의 결함이나 손상의 경우, 이것은 공급 시스템에 의해 소비된 전류의 실질적인 값들에서의 공진 콘덴서 상의 아주 높은 전압의 발생을 초래한다. 고전압 및 고전류 값은 점화 시스템의 손상을 야기시키기 때문에, 적절한 측정-보호 시스템들을 사용하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 공진 점화방법은 공진회로에 주기적으로 변동하는 주파수의 전압을 공급하는 단계를 포함한다. 이 방법에 따르면, 상기 공진회로에는, 주기적인 주파수 변화를 갖는, 공진 주파수 이하의 주파수가 공급된다. 점화 동안의 주파수의 가변성의 도표가 도 4에 도시되어 있다. 상기 도표 상에서 F는 주파수 축을 나타내며, T는 시간축을 나타내고, Fres는 회로 L1-C2의 공진 주파수를 나타내며, Fstat는 일정한 주파수(점화가 발생하는)를 나타내고, Fmax는 동적 점화에서의 변조된 주파수의 최대값을 나타내며, Fmin는 동적 점화에서의 변조된 주파수의 최소값을 나타낸다. 인덕턴스 L1 및 콘덴서 C2를 포함하는 직렬 공진회로에는 최소 주파수 Fmin로부터 최대 주파수 Fmax까지의 범위의 교류전압이, 이들 값들 사이의 이러한 주파수의 주기적인 변화를 가지면서, 공급된다. 주파수 Fmin 및 주파수 Fmax 둘 모두는 상기 공진 주파수 Fres뿐만 아니라 점화가 발생하는 일정한 주파수인, Fstat로부터 더욱 낮다.
주파수 Fmax의 값은 놀랍게도 항상 주파수 Fstat의 값보다 더욱 작음이 강조되어야 한다. 상기 사실에 기인하여, 공진회로에 의해 소비된 전류는 또한 공진 주파수 이상의 주파수를 사용하는 기술의 상태에 따른 방법에서보다 더욱 낮다.
본 발명에 따른 점화방법의 원리가 도 5에 도시되어 있으며, 이것은, 점화 공진 시스템에 일정한 주파수의 전압 V( ignition F stat .) 및 변조된 주파수의 전압 V( ignition F mod .)을 공급할 때, 이 시스템에서 얻어진 전압들의 그래프들을 나타낸다. 상기 그래프 상에서 V 축은 입력전압에 대한 콘덴서 C2 전압의 비(比) V( C2 )/Vin을 결정하는 축을 나타내며, F (kHz) 축은 주파수 축을 나타내고, 동작(Operation) 범위는 동작 위상에서의 주파수 변조의 범위를 나타내며, 변조된 점화(Modulated Ignition) 범위는 동적 점화 동안의 주파수 변조의 범위에 해당하고, 정적인 점화(Static Ignition)는 콘덴서 C2상의 전압이 점화에 충분한 일정한 주파수를 나타낸다. Fres는 L1-C2 회로의 공진 주파수를 나타낸다.
놀랍게도, 실험적 결과들은, 실제의 시스템들의 다양한 공진 주파수값에 불구하고(이들 시스템들에서 사용된 상업적 제품들의 실제의 인덕턴스 및 커패시티 값들의 다양성에 기인하는), 점화 동안의 점화 시스템에 의해 소비된 최대 전류가 최대 허용치들을 초과하지 않을 정도로 최대 주파수 Fmax가 공진 주파수와 다를 수 있음을 보여준다. 실험 동안, 상기 시스템들은 직렬 연결된 트랜지스터들 T1, T2의 공급전압이 395 V에 달하고, 소자 매개변수들의 값과 그들의 허용치는 각각 콘덴서 C1에 대해 : 47 nF (±5 %), 인덕턴스 L1에 대해 : 600 μΗ (±10 %), 콘덴서 C2에 대해 : 1,175 nF (±5 %), 인덕턴스 L2에 대해 : 25 μΗ (±10 %)인 시험을 받았다. 인덕턴스 L1 및 콘덴서 C2를 포함하는 회로에 대한 공진 주파수 값은 약 190 kHz에 달한다. 상기 주파수 값은, 도 4 및 도 5에 정의된 원리에 따라, 240 Hz의 주파수와 이 주파수 값을 증가 및 감소시키는 동등한 시간 주기들을 가지면서, 140 kHz의 Fmin 내지 160 kHz의 Fmax 범위 내에서 변화되었다. 실험 동안, 점화 테스트들은, 도 1에 따른 시스템을 사용하여, 도 4 및 도 5에서처럼 주파수 변조의 혁신적인 방법을 사용하여 점화를 개시함으로써, 70 W 내지 400 W 범위의 전력의 고휘도 나트륨 램프 및 메탈할라이드 방전램프들에 대해 행해졌다. 냉각(50℃ 이하의 온도의) 및 가열된 나트륨 램프 경우의 점화 효율은 10 ms의 변조된 과정을 갖는 공진 시스템의 공급시간에서 80% 에 달했다. 냉각된 램프들이 1분의 주기 동안 정상의 동작상태로 가열되거나 주위의 온도에서 냉각되는 둘 모두의 경우에서, 상기 공급시간을 30 ms로 연장시킴으로써 그 효율이 100 % 까지 증가되었다. 메탈할라이드 램프들의 점화의 경우, 100 %의 점화 효율이 각각 50 ms의 변조시간 동안 달성되었다. 정상의 동작상태로 가열된 램프의 재-점화는 5분에 달하는 냉각 주기를 필요로 했다.
점화 동안, 인덕턴스 L1과 콘덴서 C2를 갖는 공진회로 및 직렬 연결된 트랜지스터들 T1, T2에 의해 소비된 평균 전력은 50 W를 초과하지 않았던 반면, 전류의 평균 순시값들(50 μs 이하의 시간)은 수 암페어를 초과하지 않았다. 이러한 값들은 유니폴라 트랜지스터에 근거한 반(半) 및 전(全) 브리지 형태의 전형적인 시스템에 대해 안전한 것으로 증명되었으며, 램프의 점화를 위해 충분한 주기 동안 고전압을 유지 가능하게 한다. 하우징에서의 램프의 결함의 경우, 이들 소자의 과전류는 발생하지 않았다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법의 사용은 놀랍게도 상기 공급 시스템을 손상으로부터 보호하는 부가적인 소자의 사용의 필요성을 배제할 수 있게 한다.
음향 공진현상은, 기술개발 동향으로부터의 해결책들을 찾고자 하는, 1 kHz 이상의 주파수의 교류전류가 공급된 고휘도 방전램프의 사용에 관련된 중요한 문제이다. 상기 현상은 램프의 깜박임 및 극한의 경우에는, 램프 버너의 기계적인 손상까지도 야기시키는 방전 아크를 불안정하게 만든다. 반(半) 및 전(全) 브리지 및 밸러스트 위상(位相) 기하학에 근거한 공지 시스템들에서, 이 현상은 복잡한 변조방법들, 주파수에 근거한 주파수 변조(FM) 및 진폭에 근거한 진폭 변조(AM)의 둘 모두, 에 의해 제거 또는 제한된다. 놀랍게도, 도 1에 따른 시스템(또한 도 2 및 도 3의 바람직한 형태)을 사용하는 것은, 기술개발 동향과 관련하여 램프를 공진 콘덴서 C2와 분리시키는 부가적인 인덕턴스 L2를 포함하며, 상기 역현상의 제거가 주파수 변조의 비교적 간단한 기술을 사용하여 달성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에서 상기 발생기(2)(일정한 주파수 및 가변 충전율의 발생기)를 포함하는 제어장치 CONTROL 2가 사용되며, 상기 발생기(1)를 갖는 신호 발생기 CONTROL 1를 제어한 다음, 상기 직렬 연결된 전자키 T1 및 T2 출력에서의 주파수 전압 과정이 발생기(1)(전류 또는 전압을 제어하는, 가변 주파수 및 일정한 충전율의 발생기)의 주파수에 해당하는 방식으로 직렬 연결된 전자키 T1 및 T2를 제어한다. 상기 발생기(1)는 일정한 주파수와, 도 8에 도시된 PWM1 및/또는 PWM2와 같은, 가변 충전율의 발생기 PWM, 상기 제어장치 CONTROL 2에 포함된, 출력으로부터 제어된다.
도 8은 일정한 충전율 및 가변 주파수의 전류 제어된 발생기인 발생기(1) 및 발생기들의 장치 PWM를 갖는 발생기(2)를 도시하며, 여기서, PWM 1은 제1 발생기 PWM를 나타내며 PWM 2는 제2 발생기 PWM를 나타내고, R(F min.)는 발생기(1)의 최소 주파수를 결정하는 저항기를 나타내며, 소자들 R', R'', R''', R'''', C, C' 은 저항-용량성 수동소자을 나타낸다.
수행된 실험에서, 신호 발생기 CONTROL 1 및 직렬 연결된 T1 및 T2 키로서 페어칠드(Fairchild) 사(社)에 의해 공급된 집적 전자 시스템 FSFR2100이 사용되었으며, 상기 시스템은 가변 주파수의 전류 제어된 발생기, 직렬연결된 유니폴라 트랜지스터들 및 직렬연결된 상기 트랜지스터들의 제어기를 포함한다. 도 6은 발생기 PWM 2의 출력에 의해 신호발생기 CONTROL 1를 주파수 제어하는 원리를 도시한다. 발생기 PWM 2의 출력 상태가 높을 때(이것은 F(CONTROL 2)로 도시됨 - 제어 시스템 CONTROL 2의 출력에서), 신호발생기 CONTROL 1의 주파수 F(CONTROL 1)는 증가하며, 상기 출력상태가 낮을 때는 감소하고, 상기 변화는 일정하지만 반드시 선형이지는 않다. 도 8은 발생기 PWM 2의 상태의 변화에 의해 신호발생기 CONTROL 1의 주파수 변화의 비선형 함수를 실현하는 예시적인 시스템을 도시한다. 발생기 PWM 2의 출력상의 고(高)상태는 신호발생기 CONTROL 1의 주파수의 증가에 해당하고, 저(低)상태는 이 주파수의 감소에 해당하도록 바이폴라 트랜지스터들 및 소자들 R', R'', R''', R'''', C, C'이 상기 시스템에 사용된다. 본 발명에 따른 시스템에서의 주파수들의 변화는 램프 LAMP에 흐르는 전류의 값들의 변화를 초래한다. 이 관계는 도 7에 도시되어 있고, 도 7에 따르면, 곡선 Ⅱ는 직렬 연결된 스위치들 T1 및 T2의 출력에서의 전압 V(V)를 나타내며, 곡선 Ⅰ는, 이들 변화들에 상응하는, 램프 LAMP에 흐르는 전류값의 변화 I(A)의 과정을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주파수가 더욱 낮아질수록 상기 램프에 전달된 전류 및 전력은 더욱 높아지며, 주파수가 더욱 높아질수록 상기 램프에 전달된 전류 및 전력은 더욱 낮아진다. 본 발명에 따른 시스템의 사용에 의해 행해진 실험들에 의하면, 70 내지 400 W 범위의 전력의 나트륨 방전램프들의 안정한 동작은, 콘덴서 C1, 인덕턴스 L1, 램프 LAMP, 인덕턴스 L2의 직렬 공급선을 공급하고 있는, 30 내지 100 kHz의 범위의 주파수의 전압의 주파수 변조에 의해 달성 가능함이 나타났으며, 10 %의 변조도에서의 약 240 Hz의 주파수는 최대 또는 최소 주파수(도 9에 따른 Fmin, Fmax) 및 이 평균값에 대한 그들의 산술적인 평균값 사이의 차(差)의 절대치의 몫이다. 상기 변조도는 퍼센트로 표현된다. 실제로, 변조도는 다음의 방정식에 의해 표현될 수 있다:
변조도 = 
70 내지 400 W의 범위의 전력의 메탈할라이드 램프의 안정한 동작을 성취하기 위해, 100 내지 200 kHz의 범위의, 콘덴서 C1, 인덕턴스 L1, 램프 LAMP, 인덕턴스 L2의 직렬 공급선을 공급하는 전압 과정의 주파수는 1O %의 변조도의 약 240 Hz의 주파수의 과정에서 변조된다.
본 발명에 따른 시스템에서의 주파수의 변화의 도표는 도 9에 도시되어 있으며, 상기 주파수의 변화는 나트륨 램프의 안정된 동작의 달성을 가능하게 하고, 메탈할라이드 램프들에 대한 도표는 도 10에 도시되어 있다(여기서, F는 주파수 축을 나타내며, T- 시간축, Fmax - C1, L1, LAMP, C2의 지선(支線)을 공급하는 전압 과정의 최대 주파수, 및 Fmin - C1, L1, LAMP, C2의 지선(支線)을 공급하는 전압 과정의 최소 주파수). 램프 LAMP가 나트륨 램프일 때, 본 발명에 따른 시스템의 소자들의 매개변수들의 예시적인 값 및 도 10에 따른 도표에서의 매개변수들은 다음과 같다: 47 nF의 콘덴서 C1, 600 μΗ의 인덕턴스 L1, 1,175 nF의 콘덴서 C2, 25 μΗ의 인덕턴스 L2, 60 kHz의 Fmax, 46 kHz의 Fmin, 100 W의 램프 전력, 및 390 V에 달하는 PFC 장치로부터의 전압값. 램프 LAMP가 메탈할라이드 램프일 때, 본 발명에 따른 시스템의 매개변수들의 예시적인 값들 및 도 10에 따른 도표에서의 매개변수들은 다음과 같다: 47 nF의 콘덴서 C1, 200 μΗ의 인덕턴스 L1, 550 pF의 콘덴서 C2, 25 μΗ의 인덕턴스 L2, 140 kHz의 Fmax, 120 kHz의 Fmin, 100 W의 램프 전력, 및 390 V에 달하는 PFC 장치로부터의 전압값.
PFC 장치 출력전압은 부하로부터 독립적인 일정한 평균값을 가지기 때문에, 이 장치로부터 소비된 전류는 램프 LAMP에 의해 소비된 전력의 측정 및 제어를 위해 사용될 수 있다.
도 2는 전류 측정소자 A1이 추가되고 최소한 1개의 비교기(상기 제어장치 CONTROL 2의 일부인)를 갖는 비교장치(3)가 장착된, 상기 측정소자 A1의 출력에 연결된, 도 1에 따른 시스템을 도시한다. 본 발명에 따른 시스템의 상기 배열은 램프 LAMP에 의해 소비된 전력의 자동 제어함수의 실행을 가능하게 한다. 상기 램프 LAMP에 의해 소비된 전류값의 변화 및 이에 상응하는 비교기 출력의 상태들의 예시적인 도표가 도 11에 도시되어 있고, 여기서, I(X)는 전류의 설정값을 의미하며, 이 설정값과 상기 램프 LAMP에 의해 소비된 전류의 순시치와 비교되고, 상기 전류값은 상기 측정소자 A1에서 측정되는 반면, I(A1)는 상기 측정소자 A1에서 측정된 전류값이다. 상기 전류의 순시치는 밸러스트(BALLAST) 및 램프 LAMP를 제공하는 주파수에 의존한다(도 7에 도시됨). 전류의 가변범위의 최대값이 상기 전류의 설정값I(X)으로부터 더욱 낮을 때, 상기 비교장치(3)로부터의 비교기 출력의 상태는 낮다[BIT(comp)= 0]. 이 범위의 최소값이 I(X)보다 더욱 높을 때, 상기 비교장치(3)로부터의 비교기 출력의 상태는 높다[BIT(comp)= 1]. 상기 I(X)값이 가변범위내에 있을 때, 상기 코스(course)는 빠르게-변하는 방형 파형이다(0-1 비트들의 변화). 바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템에서의 소비전력의 시스템 조정의 고정밀도를 유지하기 위해서는, I(X) 값들은 상기 I(X) 값들이 측정된 전류의 가변범위 내에 있었던 방식으로 선택된다. 자동 전력조정의 유사한 시스템에서, 상기 비교장치(3)에서의 비교기 출력상의 빠르게-변화하는 방형 전압파형은 집적된 비활성 시스템 R-C에 의해 평균화될 수 있고, 상기 전류의 평균값들 및 상기 램프 LAMP에 의해 소비된 전력에 해당하는 느리게-변화하는 전압을 얻을 수 있다.
이 전압은 상기 제어장치 CONTROL 2에서의 발생기(2)의 PWM 과정의 충전율을 직접 변조할 수 있다. 이러한 방식으로 달성된 관계, 증가하는 주파수에 대한 감소하는 시간의 비(比), 는 비교기(3) 출력상의 평균 전압값에 의존하여 램프에 공급된 전력을 제한하며, 1 % 보다 나쁘지 않은 정확도로 설정 레벨상의 이 전력을 안정시킨다. 마이크로 칩 시스템에서, 도 12에 도시된 것과 같은, 간단한 예시적인 대수를 사용한, 도 11에서와 같은, 수 킬로헤르쯔(kilohertz)보다 낮은 주파수에 의한, 상기 비교장치(3)에서의 비교기 출력상태 S{BIT(comp)}의 샘플링은 1 % 보다 양호한 조정 정확도를 달성 가능하게 한다. 예시적인 대수의 함수 기능은, 비트 S{BIT(comp)}의 상태에 의존하여, 보조 변수 A를 증가 또는 감소시키는 것을 포함한다. 상기 설정값, 양의 B 또는 음의 C를 얻은 후, 제어장치 CONTROL 2의 발생기(2)에 대한 충전율의 적절한 감소 또는 증가가 발생하고, 변수 A의 값은 0이 된다. B 와 C의 값들의 변화는 램프 LAMP에 의해 소비된 전력의 안정화된 값을 변화시킬 수 있다. 본 발명에 따른 시스템에는 2.2 오옴(ohms)의 저항기(전류 측정소자로서 기능하는), ATMEL 사(社)에 의해 공급된 아날로그 비교기 LM393 및 마이크로 컨트롤러 ATMEGA 8(PWM 2로 기능하는)이 장착되어 있다.
본 발명에 따른 이러한 시스템에서, 소비된 전력 안정화의 정밀도의 달성된 레벨은 1 % 보다 양호하며 상기 전력 안정화는 측정 항기 A1 매개변수 안정도에만 의존한다.
도 3은, 부가적인 전류 측정소자들 A2, A3가 추가된, 도 2에 따른 시스템을 도시한다. 도 3의 시스템 실시예는 제어-점화 시스템의 부가적이면서 바람직한 기능의 용이한 수행을 가능하게 한다. 상기 전류 측정소자 A2는 점화 공진회로에 흐르는 전류의 값들이 감시를 위해 기능할 수 있으며, 예시적인 실시예에서, 이것은 마이크로 칩 FSFR2100 의 과부하 검출의 입력에 연결된 0.1 오옴(ohm)의 측정 저항기이며 너무 과도한 전류 및 손상으로부터 이 회로를 보호한다. 상기 전류 측정소자 A3는 램프 LAMP의 존재와 적절한 램프의 점화를 검출하는 기능을 한다. 상기 소자 A3에 흐르는 전류의 결함은 램프 LAMP에 흐르는 전류의 결함과 같으므로, 적절한 점화를 불가능하게 하는 램프의 결함이나 그 손상과도 같다. 본 발명에 따른 예시적인 시스템에서, 상기 측정소자 A3는 0.5 오옴(ohm)의 측정 저항기이며, 이 저항기에서의 전압 강하에 의해 측정되는 이 저항기에 흐르는 전류의 값은, 상기 비교장치(3)에서의 설정값과의 비교 후, 제어장치 CONTROL 2의 마이크로 컨트롤러 ATMEGA 8의 제어 입력상의 상태의 변화를 야기시킨다.
마이크로 컨트롤러와 공조하는 상기 측정소자 A3의 예시적이면서도 바람직한 사용은 조명 약화의 검출의 경우에서의 램프에 공급된 전력의 감소를 포함하며, 이것은, 정격 전력 레벨에서 적절히 동작할 수 없는, 낡은 램프들의 동작을 가능하게 한다.
1 : 가변 주파수 및 일정한 충전율(50/50 %)의 발생기
2 : 일정한 주파수와 가변 충전율 PWM의 발생기
3 : 비교장치
2 : 일정한 주파수와 가변 충전율 PWM의 발생기
3 : 비교장치
Claims (32)
- 가변 주파수 및 일정한 충전율(充塡率)의 신호를 밸러스트 회로 및 램프에 직렬 연결된 스위치들로부터 공급하는 단계를 포함하며, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 밸러스트 회로 및 상기 램프(LAMP)에 반(半)-브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2)로부터 공급된 주기적으로 변화하는 주파수 및 50/50 %의 일정한 충전율의 신호가 사용되며, 여기서, 상기 밸러스트 회로는 최소한 1개의 콘덴서(C1), 상기 램프(LAMP) 및 공진회로를 형성하는 제1 인덕턴스(L1) 및 제2 콘덴서(C2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항에 있어서, 주기적으로 변화하는 주파수 및 50/50 %의 일정한 충전율의 신호는 제어장치(CONTROL 2)에 의해 발생되는 일정한 주파수 및 가변 충전율의 방형 신호(方形信號)를 제어함으로써 신호발생기(CONTROL 1)로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸러스트 회로는 상기 제2 콘덴서(C2)로부터 상기 램프(LAMP)를 분리시키는 제2 인덕턴스(L2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 안정된 전압원(PFC) 및 상기 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2) 사이에서 공급전류의 값은, 바람직하게는 측정소자(A1)에 의해, 측정되며, 그리고 얻어진 값을 근거로 하여, 제2 콘덴서(C2) 단자와 접지 사이의 전류의 값 및 제2 인덕턴스(L2) 단자와 접지 사이의 전류의 값이 결정되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 고휘도 방전램프의 점화 모드에서, 고전압 및 주기적으로 변동하는 주파수의 신호가 공진회로의 여기 상태로 공급되며, 상기 여기신호는 공진 주파수의 이하의 값(Fstat)으로부터 더욱 낮은 최대 주파수(Fmax)의 신호이며, 상기 주파수(Fstat)에 대해 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제2 콘덴서(C2)를 포함하는 공진회로에서의 상기 제2 콘덴서(C2)에서 발생된 전압의 레벨은 램프(LAMP)의 점화에 충분한 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제5항에 있어서, 점화 모드에서, 주기적으로 변동하는 주파수의 신호의 공급 동안, 전류값은, 바람직하게는 측정소자(A2)에 의해, 제2 콘덴서(C2) 단자와 접지 사이에서 측정되고, 전류의 설정값이 비교장치들(3)의 비교기에서 비교되며, 상기 전류값이 상기 설정값을 초과할 때, 신호의 전달이 정지되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 점화 모드에서, 주기적으로 변동하는 주파수의 신호의 공급 동안, 상기 전류값은, 바람직하게는 측정소자(A3)에 의해, 제2 인덕턴스(L2) 단자와 접지 사이에서 측정되고, 상기 전류의 설정값은 상기 비교장치들(3)의 비교기에서 비교되며, 상기 전류값이 상기 설정값에 도달할 때, 상기 여기신호의 전달은 정지되고 램프 공급모드에서의 신호의 전달은 시작되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 고휘도 방전램프의 공급 모드에서, 최소값(Fmin)으로부터 최대값(Fmax)으로 그리고 다시 최대값으로부터 최소값으로, 싸이클로 그리고 평탄하게 변조되는 주파수가 사용되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제8항에 있어서, 상기 램프(LAMP)로 공급된 전력의 조정은 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 변화에 의한 주파수 변화를 사용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고휘도 방전램프(LAMP)은 나트륨 램프인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 주파수 변화에 대해, 최소한 1개의 변조 주파수가 사용되며 변조도는 15 %를 초과하지 않고, 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 범위는 0.1 내지 10 인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제11항에 있어서, 상기 변조된 주파수는 50 kHz 이며, 상기 변조 주파수는 240 Hz 이며 상기 변조도는 10 % 인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고휘도 방전램프는 메탈할라이드 램프인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 주파수 변화에 대해, 최소한 1개의 변조 주파수가 사용되며 상기 변조도는 20 %를 초과하지 않고, 주파수가 감소하고 있는 시간 주기에 대한 주파수가 증가하고 있는 시간 주기의 비율의 범위는 0.1 내지 10 인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제14항에 있어서, 상기 변조된 주파수는 130 kHz 이며, 상기 변조 주파수는 240 Hz 이며 상기 변조도는 10 % 인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 램프(LAMP)에 공급된 전력은 상기 제어장치(CONTROL 2)에서 PWM 과정의 충전율을 변화시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제어장치(CONTROL 2)에서의 상기 PWM 과정의 충전 비율의 변화는 마이크로 칩의 제어를 사용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 상기 값이 적절한 램프(LAMP)의 동작을 위한 비교장치(3)에서의 비교기상의 전류 설정값보다 더욱 낮을 때, 방전 아크의 약화는 제2 인덕턴스(L2) 단자와 접지 사이의 전류값을 근거로 하여 검출된 다음, 램프 점화모드가 재개되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 상기 램프의 냉각에 필요한 시간 주기 후에 수행된 점화 시도 후에, 상기 전류값이 적절한 램프(LAMP)의 점화를 위한 비교장치(3)에서의 비교기상의 설정값과 다를 때, 상기 램프의 동작을 불가능하게 하는 램프(LAMP)의 결함 또는 그 손상은 제2 인덕턴스(L2) 단자와 접지 사이의 전류값을 근거로 하여 검출되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 방전 아크 약화를 검출하고 램프의 점화를 재개한 후, 상기 램프로 전달되는 전력값은 감소하고 만일 상기 아크가 약화되지 않으면 상기 전력값은 유지되며, 아크 약화의 경우에, 상기 점화 모드는 재개되고 전력의 감소 과정이 재시도되는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 제어방법.
- 램프 및 밸러스트와 반(半) 또는 전(全) 브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들을 공급하는 안정된 전압원을 포함하며, 상기 밸러스트는 최소한 1개의 콘덴서 및 최소한 1개의 인덕턴스를 포함하고, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수의 신호의 발생기 및 변조된 진폭 임펄스들을 발생시키기 위한 발생기 제어장치를 포함하며, 상기 시스템은 전압 또는 전류 조정된 주파수 및 일정한 충전율의 신호 발생기(CONTROL 1) 및 일정한 주파수 및 가변 충전율의 최소한 1개의 신호 발생기를 포함하는 제어장치(CONTROL 2)를 포함하고, 여기서, 상기 제어장치(CONTROL 2)의 출력은 상기 제어 시스템(CONTROL 2)이 상기 신호 발생기(CONTROL 1) 동작 주파수를 변화시키는 변조된 폭의 신호 발생기 임펄스들로 전달하기 위해 사용되도록 하는 방식으로 신호 발생기(CONTROL 1)의 제어 입력에 연결되며, 여기서, 상기 신호 발생기(CONTROL 1)는 반(半) 브리지 형태로 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2)과 연결되고, 상기 밸러스트는 제1 콘덴서(C1), 제1 인덕턴스(L1), 제2 콘덴서(C2), 상기 램프(LAMP)를 상기 제2 콘덴서(C2)와 분리시키는 제2 인덕턴스(L2)를 포함하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항에 있어서, 상기 밸러스트는 램프의 입력단자 상의 제1 콘덴서(C1) 및 제1 인덕턴스(L1) 및 상기 램프(LAMP)에 병렬로 연결된 제2 콘덴서(C2) 및 상기 램프(LAMP)를 상기 제2 콘덴서(C2)와 분리시키는 상기 램프 출력단자 상의 제2 인덕턴스(L2)를 포함하고, 여기서, 상기 제1 인덕턴스(L1) 및 상기 제2 콘덴서(C2)는 서로 직렬로 배열되어 공진회로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 또는 제22항에 있어서, 직렬 연결된 스위치들(T1, T2)의 출력에서 발생된 전압 신호는 방형이며 그 충전율은 50 % 인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제11항 또는 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 시스템은 공급전류값들의 측정을 위한 안정된 전압원(PFC)과 직렬 연결된 전자 스위치들(T1, T2) 사이의 측정소자(A1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제2 콘덴서(C2)를 갖는 공진회로에 흐르는 전류의 측정을 위한 측정소자(A2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 램프(LAMP)에 흐르는 전류의 측정을 위한 측정소자(A3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제24항 또는 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 측정소자들(A1, A2, A3)은 저항성 측정장치들인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제24항 또는 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 측정소자들(A1, A2, A3)은 유도성 측정장치들인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치(CONTROL 2)는 발생기 PWM 및 비교장치(3)를 포함하며, 상기 발생기 PWM을 제어하는 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제29항에 있어서, 상기 발생기 PWM는 상기 비교장치(3)에 의해 제어되는 PWM 출력을 갖는 마이크로 칩인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고휘도 방전램프(LAMP)은 나트륨 램프인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
- 제21항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고휘도 방전램프(LAMP)은 메탈핼라이드 램프인 것을 특징으로 하는 고휘도 방전램프의 공급 시스템.
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