KR100210548B1 - 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 주파수(f)에 따라 극성이 변하는 전류를 발생시키는 스위칭 소자가 제공된 DC-AC변환기와, 전류 센서(SE)와, 주파수(f)에 따라 스위칭 소자를 교대로 도통시키는 구동 신호를 발생시키는 구동 회로(III)와, 전류 센서에 결합되고 적어도 하나의 스위칭 소자를 구비하여, 부하 회로(B) 양단의 전압과 부하 회로(B)를 통해 흐르는 전류 사이의 위상차와, 최소한도로 요구되는 위상차에 대한 척도인 제2신호에 의존하는 제어 신호를 발생시키는 측정 회로(I)와, DC-AC변환기의 동작 상태에 제어 신호에 의존하는 변화를 유발하는 제어 회로(II)를 포함하는 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, DC-AC변환기의 동작 상태의 스위칭 소자의 주파수 f에 속하는 주기의 나머지 구간동안 스위칭 소자가 비도통 상태가 되는 것에 존재한다.

그에 따라, 동작 상태에 비교적 빠른 변화가 존재하는 경우에서도, 용량성 동작이 매우 짧은 구간동안만 발생되거나 전혀 발생되지 않는 것이 가능하다.

Description

방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치

제1도는 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예에 대한 개략적 도면.

제2도는 제1도에 도시된 실시예의 상세도.

제3도 및 제4도는 제1도 및 제2도에 도시된 DC-AC변환기 내의 전압 및 전류의 형태를 도시한 도면.

제5도는 측정 전류 I의 양호한 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

I : 측정 회로 II : 제어 회로

III : 구동 회로 IV : 비교기

V : AND게이트

본 발명은, 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치로서, -주파수 f에 따라 교대로 도통 및 비도통됨으로써 교차 극성을 가진 전류를 발생시키는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하며, DC전압원에 접속되기에 적합한 단부가 제공된 회로 A, -회로 A에 결합되고, 램프 접속 단자 및 유도성 수단을 포함하는 부하 회로 B, -주파수 f에 따라 상기 스위칭 소자를 교대로 도통 및 비도통 되게 하는 구동 신호를 발생시키는 구동 회로, -전류 센서, -전류 센서와 스위칭 소자에 결합되어 부하 회로 B양단의 전압과 부하 회로 B를 통해 흐르는 전류 사이의 위상차에 의존하는 제어 신호를 발생시키는 측정 회로, -DC-AC변환기의 동작 상태에서 제어 신호에 의존하는 변화를 초래하는 제어 회로를 구비한 DC-AC변환기를 포함하는 회로 장치에 관한 것이다.

이러한 회로 장치는 유럽 특허 출원 제178852호로부터 공지된다.

공지된 회로 장치에 있어서, 동작 상태의 변화는 주파수 f의 변화로 이루어진다. 공지된 회로 장치에 의해 램프가 동작될 경우, 주파수 f에 따라 변하는 극성을 가진 전류 J가 부하 회로 B를 통해 흐르고, 부하 회로 B의 단부 사이에는 f와 동일한 반복 주파수를 가진 주기적 전위 Vp가 존재한다. 일반적으로, J는 Vp보다 앞서거나 느릴 것이다. J가 Vp보다 느릴 경우, 동작은 유도성이고 Vp와 J사이의 위상차는 양의 값을 가진다. J가 Vp를 앞설 경우, 동작은 용량성이고 Vp와 J사이의 위상차는 음의 값을 가진다.

용량성 동작의 경우 스위칭 소자에는 큰 전력 낭비가 일어난다. 이것은 손상을 일으킬 수도 있다. 그러므로, DC-AC변환기의 용량성 동작은 일반적으로 바람직하지 못하다.

용량성 동작과는 대조적으로, 유도성 동작은 비교적 낮은 전압이 스위칭 소자 양단에 존재하는 동안 회로 A의 스위칭 소자가 도통됨으로써 스위칭 소자에서 발생하는 전력 낭비가 비교적 낮아지는 것을 의미한다. DC-AC변환기의 용량성 동작은, 예컨대, 부하 회로 B를 형성하는 부품의 하나 또는 여러 특성이 이들 부품의 수명동안 변한다는 사실 때문에 발생할 수 있다. 용량성 동작은 또한, 예컨대, 전류가 부하 회로 B를 통해 흐르는 동안 접속 단자사이에 어떠한 램프도 존재하지 않을 경우에도 발생할 수 있다.

공지된 회로 장치에 의한 동작의 경우 측정 회로가 용량성 동작을 검출하는 순간 주파수 f를 변화시키므로 비교적 긴 동작은 금지된다. 그러나, 예컨대, 회로 A내의 스위칭 소자의 유형에 따라, 주파수 f의 단지 한 주기 또는 몇 주기 동안의 스위칭 소자의 용량성 동작이 스위칭 소자에 손상을 유발할 수 있다.

본 발명의 목적은 특히, 용량성 동작이 발생할 때, 회로 장치가 용량성 동작에 존재하는 시간 간격이 매우 짧아짐으로써, 용량성 동작으로 인한 큰 전력 낭비 및 DC-AC변환기의 부품에 미치는 손상이 방지되는 회로 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 서두에서 언급한 유형의 회로 장치에서, DC-AC변환기의 동작 상태의 변화가, 스위칭 소자의 주파수 f에 속하는 주기의 나머지 부분동안 스위칭 소자가 비도통 상태가 된다는 점에 있는 것에 의해 달성된다. DC-AC변환기의 동작 상태에서의 이런 변화는 매우 빠르게 이루어질 수 있다. 이와 같이 빠른 변화 덕분에, 본 발명에 따른 회로 장치의 용량성 동작은, 실제로 스위칭 장치의 접속된 부하에서 갑작스런 변화가 일어날 경우에도, 매우 작은 구간 동안에만 일어나거나, 전혀 발행하지 않을 수있다.

측정 회로에는 최소 한도로 요구되는 위상차에 대한 척도인 기준 신호를 사용하는 것이 가능하다. 즉, Vp와 J사이의 위상차가 최소한도로 요구되는 위상차 보다 작을 경우 제어 신호가 제어 회로를 동작시킨다.

최소한도로 요구되는 위상차 값이 용량성과 유도성 동작 사이에서 경계를 형성하기 때문에 이 위상차 값은 제로가 되도록 선택될 수도 있다. 그러나, 최소한 도로 요구되는 위상차에 대한 값 제로의 단점은 DC-AC변환기가 용량성 상태가 된 후까지도 측정 회로가 제어 회로를 동작시키지 않는다는 것이다. 제어 신호를 발생시키고 DC-AC변환기의 동작 상태에 있어서 변화를 일으키기 위해서는 일정한 시간 간격이 요구되기 때문에, 일반적으로 제로보다는 큰 값을 가진 최소한의 위상차 값을 선택하는 것이 바람직하다.

제어 신호가 연속적이지 않고 주기적으로 발생될 경우, 일반적으로 최소한도로 요구되는 위상차값을 제어 신호의 두개의 연속적인 값사이의 기간에 비례하여 커지도록 선택하는 것이 바람직하다.

스위칭 소자가 비도통되는 순간에 전류 센서를 통해 흐르는 전류의 값은 주기적 전위 Vp와 전류 J사이의 위상차에 대한 척도이다. 이것은 다음의 방법으로 측정 회로를 설계하는 것을 가능하게 한다. 측정 회로는 제1입력이 전류 센서에 결합되고 기준 신호가 다른 입력에 제공되는 비교기를 포함하는데, 이때 제어 신호는 이 비교기의 출력 신호 및 구동 신호에 의존한다. 제1입력에 존재하는 신호는 전류 센서를 통해 흐르는 전류로부터 유도된다. 기준 신호는 제2신호로서 동작하며, 이것은 최소한도로 요구되는 위상차에 대한 척도이다. 따라서 측정 회로의 일부분은 간단하고도 신뢰할만한 방식으로 실현된다.

본 발명에 따른 회로 장치의 유리한 실시예에 있어서, DC-AC변환기는 불완전한 1/2-브릿지 회로이고 전류센서는 부하 회로의 일부분을 형성한다. 이것의 장점은 전류 J가 Vp의 한 주기동안 회로 B를 통해 사실상 연속적으로 흐른다는 것이다. 전류 센서가 회로 A의 일부분을 형성할 경우, Vp의 각 주기의 1/2동안만 전류가 전류 센서를 통해 흐를 것이다. 이러한 이유 때문에, Vp와 J사이의 위상 차의 측정은 전류 센서를 통과시키는 Vp의 각 주기의 1/2동안에만 이루어질 수 있다. 그러나, 전류 센서가 회로 B의 일부분을 형성할 경우, Vp와 J사이의 위상차는 Vp의 각 주기의 양쪽 1/2에 측정될 수 있다. 이것은 두개의 연속적인 측정 사이의 시간 간격이 매우 작은 값으로 선택되는 것을 가능하게 해준다.

본 발명에 따른 회로 장치의 특별한 실시예는 구동 신호가 스위칭 소자를 교대로 도통시키는 주파수 f를 조정하므로써 램프에 의해 소모된 전력을 제어하는 회로에 전류 센서가 결합되는 것을 특징으로 한다. 이러한 DC-AC변환기가 사용될 경우, 램프에 의해 소모되는 전력이 제어될 수 있으며, 동시에 주파수 변화에 의해 유발된 임의의 용량성 동작은 매우 짧은 지속 기간을 가질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.

제1도에서, 참조 숫자(1)은 회로 A의 제1단자를 나타내고 (2)는 회로 A의 다른 단자를 나타낸다. (1 및 2)는 DC전압원의 단자에 접속되기에 적합하다. 회로 A는 주파수 f에 따라 교대로 도통 및 비도통됨으로써 교차 극성의 전류를 발생시키기 위한 스위칭 소자를 포함한다. B는 유도성 수단 및 램프 접속 단자를 포함하는 부하 회로이다. 부하 회로 B는 회로 A에 결합된다. 램프 La는 램프 접속 단자에 접속된다.

III는 회로 A의 스위칭 소자를 교대로 도통 및 비도통 시키는 구동 신호를 발생시키는 구동 회로를 나타낸다.

I는 부하 회로 B양단의 전압과 부하 회로 B를 통한 전류 사이의 위상차에 의존하는 제어 신호를 발생시키기 위한 측정 회로를 나타낸다.

이 목적을 위해, 측정 회로 I는 전류 센서 회로 A의 스위칭 소자에 결합된다. 측정 회로 I의 출력은 제어 회로 II의 입력에 접속된다. 제어 회로 II는 스위칭 소자의 소자의 주파수 f에 속하는 주기의 나머지 부분동안 스위칭 소자가 비도통되도록 하는 회로이다. 이 목적을 위해, 제어 회로 II의 출력은 구동 회로 III의 입력에 접속된다. 구동 회로 III는 회로 A의 스위칭 소자에 접속된다.

제1도에 도시된 회로 장치의 동작은 다음과 같다.

입력 단자(1 및 2)가 DC전압원의 전극에 접속될 때, 구동 회로는 회로 A의 스위칭 소자가 주파수 f에 따라 교대로 도통 및 비도통되도록 한다. 결과적으로, 전류 J는 주파수 f에 따라 변하는 극성을 가지면서 부하 회로를 통해 흐르고, 주기적 전압이 부하 회로 B의 단부 사이에 존재한다. 일반적으로, 주기적 전압 Vp와 전류 J사이에는 위상차가 존재할 것이다. 측정 회로 I는 상기 위상차에 의존하는 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호에 따라, 제어 신호는 II는 스위칭 소자의 주파수 f에 속하는 주기의 나머지 부분동안 스위칭 소자가 비도통되도록 할 것이다.

제2도에 있어서, 회로 A는 단부(1 및 2), 스위칭 소자(S1 및 S2), 및 다이오드(D1 및 D2)에 의해 형성된다. 부하 회로 B는 코일 L, 램프 접속 단자(K1 및, 캐패시터(C1 및 C2), 및 전류 센서(SE)로 구성된다. 램프 L_A는 부하 회로에 접속될 수도 있다. 이 실시예에 있어서 코일 L은 유도성 수단을 형성한다. 스위칭 소자(S1)의 주 전극이 단자(1)에 접속되고 스위칭 소자(S2)의 주 전극이 단자(2)에 접속되는 식으로 입력 단자(1 및 2)는 스위칭 소자(S1 및 S2)의 직렬 회로에 의해 상호 접속된다. 스위칭 소자(S1)는 다이오드(D1)의 양극이 두개의 스위칭 소자(S1 및의 공유점(P)에 접속되는 식으로 다이오드 D1과 병렬 접속된다. 스위칭 소자(S2)는 다이오드(D2)의 양극이 단자(2)에 접속되는 식으로 다이오드(D2)와 병렬 접속된다.

스위칭 소자(S2)는 코일 L, 접속 단자 K1, 램프 L_A, 접속 단자 K2, 캐패시터 C2 및, 도시된 실시예에서 저항에 의해 형성되는 전류 센서 SE를 포함하는 직렬 회로와 병렬 접속된다. 램프 L_A는 캐패시터 C1와 병렬 접속된다. 센서 SE의 양 단부는 측정 회로 I의 분리된 입력에 접속된다. 측정 회로 I의 다른 입력은 스위칭 소자의 제어 전극에 접속된다. 구동 회로 III의 한 출력은 스위칭 소자 S1의 제어 전극에 접속되며, 구동 회로 III의 제2출력은 스위칭 소자 S2의 제어 전극에 접속된다.

제2도에 도시된 DC-AC변환기의 동작은 다음과 같다.

단자(1 및 2)가 DC전압원의 전극에 접속될 때, 구동 신호는 스위칭 소자(S1 및 S2)가 반복 주파수 f에 따라 교대로 도통되도록 한다. 따라서 두 스위칭 소자의 공유점 P은 DC전압원의 네거티브 및 포지티브 전극에 교대로 접속된다. 결과적으로, 사실상 방형파(square-wave)인 전압 Vp가 반복 주파수 f에 따라 점 P에 존재한다. 이 사실상 방형파인 전압 Vp는 반복 주파수 f에 따라 변하는 극성을 갖는 전류 J가 부하 회로 B에 흐르게 한다. Vp와 J사이에는 반복 주파수 f에 의존하는 위상차가 존재한다. 측정 회로 I는 사실상 방형파인 전압 Vp와 전류 J사이의 위상차에 의존하는 제어 신호를 발생시킨다. 제어 신호에 따라, 제어 회로는 스위칭 소자의 주파수 f에 속하는 주기의 나머지 동안 스위칭 소자가 비도통 되도록 한다. 스위칭 소자가 비도통되도록 하는 것은 사실상 방형파인 전압 Vp의 상승 또는 하강 에지와 거의 일치한다. 이것은 예컨대, 교류 전류 J의 순시치가 최소한도로 요구되는 위상차에 대한 척도인 기준 레벨 이하로 떨어질 경우 도통하는 스위칭 소자를 비도통되도록 함으로써 사실상 방형파인 전압 Vp와 교류 전류 J사이의 위상차를 제어하는 것을 가능하게 한다.

제3도 및 제4도에 있어서, 가로축은 시간 차원을 상대 치수로 나타내며 세로축은 전류 또는 전압 차원을 상대 치수로 나타낸다. J는 부하 회로 B에 흐르는 전류이다. Vp는 두 스위칭 소자(S1 및 S2)의 공유점 P에 존재하는 사실상 방형파인 전압이다. 도시된 상황에서, 전류 J는 위상이 전압 Vp보다 뒤지므로 유도성 동작이 달성된다. e는 Vp와 J사이의 위상차이고 g는 Vp와 J사이의 최소한도로 요구되는 위상차이다. e'는 시간적으로 Vp의 상승 에지와 일치하는 전류 J의 순시치인 동시에 Vp와 J사이의 위상차에 대한 척도이다.

제4도에서, i_A는 회로 A에서의 전류이다. 이 전류는 Vp의 각 주기의 한쪽 1/2동안은 흐르지 않는다.

제5도에서, IV는 입력(3 및 4)을 가진 비교기이다. 비교기 IV의 출력은 논리 AND게이트 V의 입력에 접속된다. 참조 숫자(5)는 논리 AND게이트 V의 다른 입력을 나타낸다. V의 출력은 제어 회로 II의 입력에 접속된다.

입력(3 및 4) 중, 입력(4)은 전류 센서 SE에 결합되고, 입력(3)에는 Vp와 J사이의 위상차의 최소한도로 요구되는 값에 대한 척도인 기준 신호가 존재한다. 입력(5)은 스위칭 소자의 제어 전극에 결합된다.

전류 J가 포지티브에서 네거티브로 변할 때, 제5도에 도시된 회로의 동작은 다음과 같다.

전류 센서를 통해 흐르는 전류가 감소할 때, 입력(4)에 존재하는 신호의 값은 입력(3)에 존재하는 기준 신호의 값 이하로 떨어진다. 이것은 비교기 IV의 출력에서의 신호가 로우에서 하이로 변하게 한다. 대응하는 스위칭 소자(S1 및 S2)가 도통 상태일 경우, 입력(5)에서의 신호가 하이로 되어, 논리 AND게이트 V의 출력에서의 신호는 로우에서 하이로 변한다. 측정 회로의 이 실시예에서 논리 AND게이트 V의 출력에서의 신호는 제어 신호이고 제어 회로(II)를 동작시켜 도통 중인 스위칭 소자를 비도통 되도록 한다.

주기적 전압 Vp과 교류 전류 J사이의 위상차가 최소한도로 요구되는 값보다 클 경우, 관련 스위칭 소자가 비도통 상태이므로, 입력(5)에서의 신호는, 비교기 IV의 출력에서의 신호가 로우에서 하이로 변하는 순간에 로우가 된다. 이러한 상황에서 논리 AND게이트의 출력에서의 신호는 로우가 되고 제어 회로 II는 동작 되지 않는다.

전류 J가 포지티브에서 네거티브로 변하는 순간에 위상차를 검사하는 상술된 것과 유사한 방식으로, 전류 J가 네거티브에서 포지티브로 변할 때 입력(3,4, 및 5)에 존재하는 신호의 적용을 통해 동일한 측정 회로의 검사를 수행하는 것이 가능하다 이런 식으로 교류 전류 J의 매 사이클마다 2번 위상차 검사를 실행하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 회로 장치의 실용적 실시예에 있어서, 측정 회로는 제5도에 도시된 것처럼 설계되었다. 주파수 f는 28KHz였다. DC-AC변환기의 용량성 동작을 초래하는 회로 장치의 부하에서의 순간적 변화 없이 램프 접속 단자로부터 발화 램프(burning lamp)를 제거하는 것이 가능하다는 것이 알려져 있다.

Claims (4)

1. 주파수(f)에 따라 교대로 도통 및 비도통됨으로써 교차 극성(alternating polarity)을 가진 전류를 발생시키기 위한 최소한 하나의 스위칭 소자를 포함하며, DC전압원에 접속되기에 적합한 단부를 가진 회로(A); 상기 회로(A)에 결합되고, 램프 접속 단자 및 유도성 수단을 포함하는 부하회로(B); 상기 스위칭 소자를 주파수(f)에 따라 교대로 도통 및 비도통시키는 구동 신호를 발생시키는 구동 회로; 전류 센서; 상기 전류 센서 및 상기 스위칭 소자에 결합되어 상기 부하 회로(B) 양단의 전압과 상기 부하 회로(B)를 통해 흐르는 전류 사이의 위상차에 의존하는 제어 신호를 발생시키는 측정 회로; 및 DC-AC변환기의 동작 상태에, 상기 제어 신호에 의존하는 변화를 일으키는 제어 회로; 가 제공된 DC-AC변환기를 포함하는, 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치에 있어서, 상기 DC-AC변환기의 동작 상태의 상기 변화는, 상기 스위칭 소자의 주파수(f)에 속하는 주기의 나머지 부분 동안 상기 스위칭 소자가 비도통되는 것에 있으며, 상기 제어 신호는 최소로 요구되는 위상차에 대한 척도인 기준 신호에 의존하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정 회로는 상기 전류 센서에 결합된 한 입력과 상기 기준 신호가 제공되는 다른 입력을 가진 비교기를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 구동 신호 및 상기 비교기의 출력 신호에 의존하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
3. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 DC-AC변환기는 불완전한 1/2-브리지(half-bridge) 회로이고, 상기 전류 센서는 상기 부하 회로(B)의 일부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 구동 신호가 상기 스위칭 소자를 교대로 도통시키는 주파수(f)를 조정함으로써 상기 램프에 의해 소모된 전력을 제어하는 회로에 결합되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.