KR100873207B1

KR100873207B1 - 자동차용 고휘도방전 램프 안정기 회로

Info

Publication number: KR100873207B1
Application number: KR1020077020183A
Authority: KR
Inventors: 토마스 제이. 리바리치; 피터 그린
Original assignee: 인터내쇼널 렉티파이어 코포레이션
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2008-12-10
Also published as: WO2006096638A2; US20060197470A1; US7288898B2; EP1854341A2; WO2006096638A3; JP2008532251A; KR20070102596A; CN101427610A

Abstract

고휘도 램프를 구동하기 위한 전자 안정기가 제공된다. 상기 안정기는 DC 입력 전압을 수신하고 부스팅된 DC 출력 전압을 제어된 전류와 함께 출력하는 전압 부스트단과 상기 부스팅된 DC 출력 전압을 상기 HID 램프를 구동할 수 있는 스위칭된 AC 전압으로 변환하는 스위칭단과 그리고 상기 전압 부스트단과 상기 스위칭단에 연결되어 이들 모두를 제어하는 IC 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 고휘도방전 램프 안정기 회로{AUTOMOTIVE HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP BALLAST CIRCUIT}

본 출원은 2005년 3월 4일에 출원된 미국 가출원(60/658,615) "자동차용 HID 제어 IC{AUTOMOTIVE HID CONTROL IC}를 기초로 우선권을 주장하며, 상기 가출원의 전체 내용이 본 발명에 참조로서 통합된다.

본 발명은 고휘도방전(high intensity discharge:HID) 램프들에 전력을 제공하는 것에 관련된 것이며, 보다 구체적으로는 램프 전류 및 전압을 지속적으로 모니터링 하고 조절하기 위한 신규한 회로에 관련된 것이다.

1800년대 후반의 최초의 자동차들에는 헤드라이트들(headlights)이 장착되지 않았었다. 자동차 헤드라이트들은 1885년에 자동차에 장착되어 야간에도 운전이 가능하도록 하였다. 최초의 전기적 헤드램프들은 1905년에 등장하여 마침내 일반화 되었다. 실드빔(Sealed beam) 헤드라이트는 1970년대에 사용되었으며 1980년대 및 1990년대에 할로겐 헤드램프들로 대체되었다. 현재는, 상기 할로겐 헤드라이트들은 HID 램프들로 대체되고 있다.

HID 램프는 제논 가스(xenon gas)로 채워진 캡슐 내의 전기 아크(electric arc)로부터 생성되는 고휘도 빛을 제공한다. 상기 아크는 할로겐 램프에서의 발 광(glowing) 필라멘트보다 상당히 더 많은 빛을 생성한다. HID 램프는 할로겐 램프보다 자동차의 전기적 시스템으로부터 더 적은 전력을 끌어내며, 더 내구성이 강하고, 더 높은 휘도(intensity), 더 긴 수명, 그리고 보다 나은 방향성(directivity)을 가진다.

HID 램프들은 특수 설계된 내부 유리관 안에 있는 텅스텐 전극들에 걸쳐있는 전기 아크를 점등(striking)하여 빛을 생성한다. 상기 관은 가스 및 금속들로 채워져 있다. 상기 가스는 상기 램프들의 시작(starting)을 돕고 일단 그것들이 증발점(point of evaporation)까지 가열되면 상기 금속들은 빛을 생성한다. HID 램프들은 작은 패키지에서 대량의 빛을 생성한다.

HID 램프는 전형적으로 점등을 위해 더 높은 전압(예, 400V)을 요구하며, 전압이 더 낮고(예, 100V) 수 암페어 범위의 전류를 가지는 동작 영역(operating region)이 뒤따르게 된다. 이러한 동작 영역에서, 정전력 출력을 유지하는 것이 바람직하다. 특히 자동차에 적용하는데 있어, 초기 스타트업(startup) 시간동안에도 일정한 발광을 달성하는 것 또한 바람직하다.

HID 램프의 긴 수명을 위해서 정상 운영 상태 동안 램프로의 전력 공급을 조정하는 것이 중요하다. 따라서, HID 램프의 수명을 늘리고 야간 빛 출력을 유지하기 위해서는 정상 운영동안 램프로의 정전력을 제공하는 것이 바람직하다.

HID 안정기 회로(도 1)에 대한 전형적인 선행기술 해법은 부스트단(10) 및 풀브리지 인버터단(12)을 포함한다. 부스트단(10)은 DC 배터리 전압을 부스팅하고 DC 버스 출력 전압을 전형적인 400VDC 값으로 조정한다. 풀브리지단(12)은 저주파수(전형적으로 200Hz)에서 램프(13)를 구동하고 램프(13)에 AC 전압 파형을 제공한다. 부스트단(10)은 전형적으로 제어 IC(14)로 제어되며, 여러개의 제어 IC들은 다양한 IC 제조자들에 의해 상품화된다. 풀브리지단(12)은 두 개의 인터내셔널 렉티파이어(International Rectifier) IR2153 자가발진 게이트 드라이버 IC들(18)을 사용하여 제어될 수 있다. 이산 제어 회로(19)는 전형적으로 풀브리지단(12)을 제어하고 다음의 기능들을 수행하는데 사용된다.

1)램프 점등(점등 회로(20)의 ON/OFF 제어)

2)램프 전압 및 전류를 감지

3)다양한 램프 장애 상태들을 검출

4)점등 타이밍 제공

5)장애 이벤트의 수를 카운트

6)장애 발생시 또는 장애 카운터가 타임아웃될 시에 안정기를 리셋하거나 오프

이러한 솔루션은 전형적으로 높은 구성요소 수, 많은 영역의 PCB(인쇄 회로 기판:Printed Circuit Board) 공간, 높은 제조 비용, 그리고 높은 전반적인 안정기 회로 비용으로 연결되는 많은 수의 제어 IC들을 필요로 한다. 보다 나은 솔루션은 구성요소 수를 줄이고, PCB 기판 공간을 줄이고, 제조 비용, 전체적인 안정기 비용을 줄이고, 안정성을 향상시키기 위해 단일 IC로 가능한 한 많은 기능들을 집적하는 것이다. 나아가, 자동차용 HID 램프로 정전력을 공급하고 유지하며, 나아가 중요한 예열시간 동안에도 일정한 램프 밝기를 제공하게 될 정전력 제어 회로에 대한 필요가 있다. 나아가, 특히 자동차에 적용함에 있어, 램프가 작동하지 않을 경우에 램프의 즉시 점등(hot restrike)을 제공하는 HID 안정기 또한 필요하다.

HID 램프를 구동하기 위한 전자식 안정기가 제공된다. 안정기와 그 구성요소들은 안정기에 연결되는 IC로 제어된다. 전자 안정기는

DC 입력 전압을 수신하고 부스팅된 DC 출력 전압을 제어된 전류와 함께 출력하는 전압 부스트단과;

상기 부스팅된 DC 출력 전압을 상기 HID 램프를 구동할 수 있는 스위칭된 AC 전압으로 변환하는 스위칭단과;

캐스캐이드 회로 및 점등 유닛을 포함하고, 여기서 점등 모드동안 상기 캐스캐이드 회로는 다수의 높은 값의 저항들을 통해 점등 유닛으로 고전압을 제공하고, 상기 고전압은 상기 램프 내의 아크를 발생시키고 상기 램프를 점등하기 위해 상기 램프에 흐르게 될 고전류를 발생하며, 상기 캐스캐이드 회로는 상기 램프가 점등되었을 때 디스에이블되지 않으며; 그리고

적어도 두 개의 캐패시터들로부터 2단 방전을 제공하는 즉시 점등(hot restrike) 회로를 포함하며, 여기서 상기 점등 모드 동안 제 1 캐패시터는 제 1 전압으로 충전되고 그리고 제 2 캐패시터는 제 2 전압으로 충전되며 그 후에 상기 제 1 캐패시터는, 상기 제 2 캐패시터가 상기 램프로 방전되는 시간인, 상기 DC 버스 전압이 임계값 레벨 아래로 강하할 때까지 상기 램프로 방전되는 것을 특징으로 한다.

안정기에 연결되는 IC는

PWM 신호의 온(ON)시간과 오프(OFF)시간을 설정하는 회로와, 여기서 상기 PWM 신호는 상기 설정된 온시간 및 오프시간에 따라서 상기 전압 부스트단의 제어된 스위치를 제어함으로써 상기 부스팅된 DC 출력 전압 전류를 증가시키거나 감소시키며;

상기 스위칭단에 제어신호들을 제공하는 구동기와, 여기서 상기 스위칭단은 상기 부스팅된 DC 출력 전압을 제공받고 상기 HID 램프에 AC 전력을 제공하며;

상기 PWM 신호의 듀티 사이클을 설정하는 회로를 포함하여 상기 제어된 스위치를 제어하고, 상기 회로는 상기 램프에 제공된 전력을 제어하기 위한 부스팅된 Dc 출력 전압 및 출력 전류에 응답하고;

상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 스위칭단으로부터의 출력 전류를 감지하는 감지 회로를 포함하는 램프 전력 제어 회로를 포함하고, 전류 제어 루프는 만약 상기 램프 전류가 최대 레벨에 있다면 상기 램프 전력을 제어하고, 상기 램프 전류가 최대 레벨 미만이라면 상기 램프 전력을 제어하는 전력 제어 루프를 제어하며; 그리고

점등 후에 즉시 고휘도 출력을 제공하고 상기 램프를 냉각 상태에서 공칭 동작 온도가 되도록 상기 램프를 증속구동하도록 하는 예열 프로파일 회로와;

제어 유닛으로의 연결을 위한 제어기 유닛 인터페이스를 포함하며, 상기 제어기 유닛은 직접 IC 제어기 제어하고 그리고 이를 통해 상기 전압 부스트단 및 상기 스위칭단을 제어하며, 상기 제어기 유닛은 상기 안정기가 서로 다른 모델 램프들과 동작하도록 사용자로 하여금 상기 IC 제어기를 재프로그램하게 할 수 있게 하며 여기서 IC 제어기는 디폴트 램프 전력 요구사항을 설정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

안정기 및 IC가 HID 램프의 점등 및 동작 단계들 동안 정전력을 제공하는 안정기 회로의 DC 버스 전압 및 전류를 검출을 위해 제공된다. 상기 진보적인 시스템 및 방법은 안정기 회로 풀브리지로 제공되는 입력 DC 버스 전압을 조절함을써 정상 운영동안 정전력을 유지하고, 상기 풀브리지는 드라이버단으로부터 입력 제어 신호를 수신한다.

본 발명에 따라, 풀브리지의 발진주파수가 드라이버단에 의해 설정되어 싱크 및 소스 전류가 내부 임계값들 사이에서 램핑업 및 램핑다운한다. 따라서, 상기 발진 주파수는 50% 듀티 싸이클 및 고정된 내부 데드타임(dead-time)을 가지고 풀브리지의 소스전류를 지속적으로 램핑업(ramp up) 및 램핑다운(ramp down)한다. 상기 발진 주파수가 상기 소스 전류를 램핑업할 때, 상기 풀브리지 게이트 드라이버는 상기 풀브리지의 제 1 로우 사이드 스위치 및 제 2 하이 사이드 스위치를 ON으로 스위칭하고, 상기 풀브리지의 제 2 로우 사이드 스위치 및 제 1 하이 사이드 스위치를 OFF로 스위칭한다. 그리고 상기 발진 주파수가 상기 소스 전류를 램핑다운할 때에는, 상기 풀브리지 게이트 드라이버는 상기 풀브리지의 상기 제 2 로우 사이드 스위치 및 제 1 하이 사이드 스위치를 ON으로 스위칭하고 상기 풀브리지의 제 1 로우 사이드 스위치 및 제 2 하이 사이드 스위치를 OFF로 스위칭한다.

본 발명은 또한 상기 풀브리지에 제공되는 DC 버스 전압 및 상기 풀브리지의 출력 전류를 감지한다. 상기 감지된 전류는 전류 기준 임계값과 비교되며 상기 감지된 전압은 전압 기준 임계값과 비교된다. 만약 상기 전압이 상기 전압 기준 임계와 비교하여 더 높거나 증가되었고 그리고/또는 상기 전류가 상기 전류 기준 임계와 비교하여 더 높거나 증가되었다면, 상기 입력 DC 버스 전압을 제공하는 부스트/플라이백단으로 제공되는 PWM 구동 신호는 LOW로 설정된다. 만약 상기 전압이 상기 전압 기준 임계와 비교하여 더 낮거나 또는 감소되었다면, 상기 부스트/플라이백 단으로의 상기 PWM 구동 신호는 HIGH로 설정된다.

따라서 만약 부스트/플라이백단으로의 PWM 구동 신호가 HIGH로 설정되면, 그것은 부스트/플라이백단 스위치를 온하여 DC 버스 전압을 증가시킨다. PWM ON 타임/OFF 타임 싸이클의 최대 OFF 타임은 외부 캐패시터의 충전 시간에 의해 설정된다. 부스트/플라이백단에 의해 제공되는 풀브리지로의 입력 전압은 이와같이 PWM 신호에 따라 증가되거나 감소된다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 후술할 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.

본 발명에 대한 설명을 목적으로, 바람직한 도면들이 도시되지만 본 발명은 도시되는 특정 구성예들 및 실시예들로 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부되는 도면을 참조하여 후술되는 발명의 상세한 설명에 의해 명확해 진다.

도 1은 종래의 공지된 HID 안정기 회로를 도시하는 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안정기 제어 IC를 포함하는 HID 회로를 도 시하는 간략화된 개략적 블록 다이아그램이다.

도 3은 안정기 제어 IC의 상세한 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 4는 제 1 실시 회로를 도시하는 본 발명의 안정기 제어 IC에 대한 개략적인 응용 다이아그램이다.

도 5는 제 2 회로 실시를 도시하는 본 발명의 안정기 제어 IC에 대한 개략적인 응용 다이아그램이다.

도 6은 본 발명의 안정기 제어 IC에 대한 상태 다이아그램이다.

도 2에 도시된 HID 제어 IC(23)는, 점등 및 예열(warm-up) 제어, 안정기의 정상 또는 운영 동작 풀브리지 제어, 그리고 장애방지를 위해, 안정기의 입력에서 입력 부스트/플라이백 변환기를 제어함으로써, 풀브리지 인버터단으로 제공되는 DC 버스 전압 제어를 위한 필수적인 회로를 제공한다. 도 4는 IC(23)가 안정기의 입력단에서 의사공진(quasi-resonant) 플라이백 변환기를 제어하고, HID 램프에 대한 풀브리지(22)를 구동하고, 예열 및 동작모드들 동안 램프 전력을 제어하고, 점등 및 예열 프로파일 카운터 시간을 설정하며 개부하(open-load) 및 단락회로(short-circuit) 상태로부터 장애 방지를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 프로그래밍에 대한 외부 MCU로의 인터페이스도 제공된다(도 5).

플라이백 변환기 제어

도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 안정기는 의사공진 플라이백 변환기 회로(21)를 포함한다. 비록 플라이백 변환기 회로가 도시되었지만, 부스트 변환기 역시 사용될 수 있을 것이다. 플라이백 변환기는 저전압 스위치(16)가 사용될 수 있다는 점에서 이점을 제공한다. 회로(21)는 ICOMP 핀(7)에서의 최대 전류 제어 및 PCOMP 핀(8)에서의 최대 전력 제어의 저전압들을 이용하여 플라이백 MOSFET 스위치(16)의 게이트 드라이브 ON 타임을 결정한다. 플라이백 MOSFET(16)의 드레인 전압은 ZX 핀(5)에 연결된 제한 저항 RZX를 통해 모니터링되어 언제 OFF로 스위칭할지를 결정한다. MOSFET(16)가 OFF로 스위칭될 때, 역시 플라이백 MOSFET(16)의 드레인에 연결된 캐패시터 CRES는 정의된 주파수에서 상기 드레인 전압을 끌어 올린 후에 다시 제로로 떨어뜨릴 것이다. 드레인 전압이 영이 되었다고 결정되면, IC(23)는 ON 타임을 설정함으로써 MOSFET를 다시 ON으로 스위칭시킨다. 이런식으로, MOSFET가 낮은 온도에서 동작할 수 있도록 하면서, MOSFET(16)의 영전압 스위칭이 달성될 수 있으며

디폴트 최대 플라이백 OFF 타임이 TOFF 핀(6)에 의해 설정된다. 만약 TOFF 핀(6)에 연결된 외부 CTOFF 캐패시터에 의해 결정되는 시간의 종료 이전에, 플라이백 MOSFET(16)를 ON으로 스위칭하는 어떤 신호도 검출되지 않는다면, MOSFET 게이트는 다시 ON으로 스위칭될 것이다.

IC(23)내에서, 플라이백 변환기(21)는 PWM, CS, ZX, TOFF, ICOMP 및 PCOMP 핀들 그리고 관련 회로를 사용하여 제어된다. 도 3 및 4를 참조하면, PWM 핀(1)은 외부 플라이백 MOSFET(16)에 대하여 플라이백 PWM 싱크/소스 MOSFET 게이트 드라이버 출력(ON/OFF 게이트 신호)으로서 역할한다. PWM 핀(1)에서의 PWM 신호의 ON타임은 ICOMP 핀(7)을 설정하는 PWM ON 타임/램프 전류 제한에 대한 전압에 의해 또는 PCOMP 핀(8)을 설정하는 PWM ON 타임/램프 정전력상의 전압에 의해 정해진다. 어떤 핀에 의하든지 낮은 전압에서 정해진다. 이들 두 보상 핀들은 램프가 정전력 또는 전류 제한 모드에 있는지 여부에 따라 플라이백 ON 타임을 제어한다.

구체적으로, ICOMP 핀(7)은 PWM 게이트 드라이버 출력의 ON 타임을 결정한다. 외부 레지스터 RS가 램프 전류 측정을 위한 접지와 로우사이드(low-side) 풀브리지 MOSFET들인 MLS1, MLS2와 접지와의 사이에 놓여진다. 이 램프 전류는 램프 전류 감지 ISENSE 핀(18)에서 감지된다. 램프 전류 및 램프 전력에 대한 두개의 제어 루프가 있다. 램프 전류 제어 루프는 증폭기 OTA2에 형성된다. 전력 제어 루프는 멀리플라이어(39) 및 증폭기 OTA1에 형성된다. 상기 회로들은 함께 정전력 제어 루프 및 전류 제한 제어 루프(38)를 형성한다. 핀(7)에 연결된 외부 캐패시터 CICOMP는 전류 제한 제어 루프의 루프 속도를 설정한다.

ISENSE 핀(18)에서 풀브리지 램프 전류의 감지에 응답하여, 전류 제한 제어 루프는 내부 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기 OTA2를 사용하여 OC 핀(19)에서 설정된 램프 전류 제한 임계에서 프로그래밍된 전압에 근거하여 전류를 조정한다. OC 핀(19)에서의 전압은 외부 저항 ROC와 함께 내부 전류 소스(IREF 핀(9)를 설정하는 IC 기준 전류에서 저항 RIREFF에 의해 프로그래밍 또는 설정됨)에 의해 설정된 전압 임계이다. 이 전압 임계는 ISENSE 핀(18)에서 검출되는 램프 전류에 대한 상위 전류 제한 임계이다.

만약 ISENSE 핀(18)에서의 전압이 OC 핀(19)에서의 전압보다 더 크다면, OTA2는 상기 핀에서 외부 캐패시터 CICOMP를 방전하기 위해 ICOMP 핀(7)으로부터 전류를 싱크(sink)함으로써, 전압을 감소시키게 될 것이다. 이것은 PWM ON 타임을 감소시키고 플라이백 전류를 감소시켜 풀브리지(22) 램프 전류를 감소시킬 것이다.

만약 ISENSE 핀(18)에서의 전압이 OC 핀(19)에서의 전압보다 작다면, 그 반대현상이 발생하고 ICOMP 핀(7)에서의 전압은 PWM ON 타임을 증가시키고 풀브리지(22) 램프 전류를 증가시키기 위해 증가할 것이다. 이와 같이, ISENSE에서 램프 전류를 감지함으로써, 플라이백 스위치(16)를 제어하는 전류 제어 루프가 설정된다.

전력 제어 루프 역시 제공된다. 이것은 PCOMP 핀(8)에서 전압에 의해 정해진다. 이 전압은 또한 정전력 제어 루프에 대한 PWM ON 타임을 조종한다. PCOMP 핀에서의 전압은 또한 PWM 게이트 드라이버 출력의 ON 타임을 결정한다. 정전력 제어 루프는 ISENSE 핀(18)에서 램프 전류와 핀(17)에 연결된 저항 분배기의 외부 저항 RVSENSE에 의해 감지된 VSENSE 핀(17)에서의 램프 전압(DC 버스 전압)을 감지한다. 상기 램프 전압 측정은 정전력 제어 루프 및 OV 핀(20)에 의해 프로그래밍된 최대 부스트 출력 전압을 위해 사용된다. OV 핀(20)의 기능은 아래에서 설명된다.

정전력 제어 루프는 감지된 제어 및 전압을 내부 배율기(39)로 곱한다. 상기 배율기 이득은 MULT 핀(16)에 의해 설정되고 외부 레지스터 RMULT에 의해 정해진다. 배율기의 출력은 내부 OTA1을 사용하여 PCOMP 핀(8)을 조절함으로써 고정된 내부 2V 임계로 조정된다. 핀(8)에 연결된 외부 캐패시터 CPCOMP는 정전력 제어 루프의 루프 속도를 설정한다.

만약 배율기 출력 전압이 내부 전력 기준 전압보다 더 크다면, OTA1은 상기 핀에서 외부 캐패시터 CPCOMP를 방전하도록 PCOMP로부터 전류를 싱크할 것이며 그 결과 전압을 감소시킬 것이다. 이것은 PWM ON 타임을 감소시키고 플라이백 전류를 감소시켜 풀브리지 램프 전류를 줄이는 결과 램프 전력을 감소시킨다.

만약 배율기 출력 전압이 내부 2V 기준 전압보다 작다면, 그 반대현상이 일어날 것이고 PCOMP 핀 전압은 증가하여 플라이백 ON 타임을 증가시켜 풀브리지 램프 전류를 증가시키고 램프 전력을 증가시킬 것이다. 그러나, ICOMP 핀(7)은 또한 전류 제한 제어 루프에 대한 ON 타임을 조정하고 COMP 핀(ICOMP 또는 PCOMP)의 어떤 전압이든지 낮으며, ON 타임에 PWM을 조정할 것이다.

전류 감지 CS 핀(2)은 플라이백 트랜스포머 및 플라이백 MOSFET(16)에 대한 싸이클바이싸이클 피크 전류 보호를 제공한다. 외부 저항 RF가 ON 타임동안 플라이백 MOSFET(16)에서의 순간 전류를 감지하기 위해 플라이백 MOSFET(16)의 소스와 전력 접지와의 사이에 놓여진다. 감지 저항 RF에 걸리는 전압이 CS 핀(2)에서 내부 1.2V 임계를 초과한다면, PWM 핀(1) 출력은 'LOW'가 되어 플라이백 MOSFET(16)을 턴오프하고 피크 전류를 제한할 것이다. PWM 핀(1) 출력은, TOFF 핀(6)을 프로그래밍하는 플라이백 PWM 최대 OFF타임이 타임아웃되거나 또는 플라이백 MOSFET(16) 드레인 전압의 제로 크로싱이 검출될 때까지 'LOW'로 남아있을 것이다. 최대 OFF 타임은 외부 캐패시터 CTOFF에 의해 설정되며, 외부 캐패시터 CTOFF는 TOFF 핀(6)에서 램프 시간을 0 내지 2V로 설정한다. 상기 최대 OFF 타임 설정은 상기 플라이백 제어 회로(21)의 중요연속 및 연속전도 모드들 간의 경계를 결정한다.

플라이백 PWM 핀(1) 출력은 최대 출력 전압을 제한하기 위한 OV 핀(20)을 설정하는 최대 플라이백 출력 전압 임계와 VSENSE 핀(17)으로부터 ON 및 OFF로 스위칭될 수도 있다. 이 전압 임계는 VSENSE 핀(17)에서 측정될 때 부스트 출력 전압에 대한 상위 전압 제한 임계이다. 이는 외부 저항 ROV와 함께 IC 기준 전류 IREF 핀(9)에서 저항에 의해 프로그래밍되는 내부 전류 소스(42)에 의해 설정된다. OV 임계는 일차적으로 오픈 로드 상태들 또는 램프 점등 동안 최대 풀브리지 전압(플라이백 출력 전압)을 제한 및 제어하는데 사용된다. 내부 2V 기준 전압와 함께 IREF 핀(9)에서 외부 저항 RIREF는 내부의 정확한 기준 전류를 결정하며, 이것은 CT,OV 및 OC 핀들에 사용된다.

풀브리지/램프(22)에 걸리는 출력 전압의 측정치인 VSENSE 핀(17)에서의 전압이 OV 핀(20)에서 전압을 초과한다면, PWM 핀(1) 출력은 'LOW'로 갈것이고 플라이백 변환기는 턴오프 될 것이다. 상술한 바와 같이, PWM 핀(1) 출력은 TOFF 핀(6)이 타임아웃 된 후에 또는 네거티브 트랜지션(negative-going transition)이 플라이백 의사공진 전압 제로 크로싱 검출 입력 ZX 핀(5)에서 검출된 후에 다시 턴온 될 것이다. 출력 전압이 OV 임계에서 적은 양의 히스테리시스를 뺀 이하로 다시 감소할 때, 플라이백 변환기는 PWM 핀(1)에서 신호의 제어하에서 동작할 것이다.

플라이백 MOSFET(16) 드레인으로부터 전압은 플라이백 드레인 전압이 게이트 드라이버 출력 PWM 핀(1)에서 각 스위칭 싸이클의 OFF 타임 동안 0에 도달할 때 검출을 위한 신호를 제공한다. 1.7V 아래(2V~300mV 히스테리시스)의 ZX 핀(5)에서의 네거티브 신호(negative-going signal)는 게이트 드라이버 출력 PWM 핀(1)에서 OFF 타임의 끝과 다음 ON 타임의 시작을 시그널링한다.

풀브리지 제어

출력에서 풀브리지단(22)은 점등 직후를 제외하고는, 바람직하게는 약 500Hz의 주파수에서 발진하며, 확장된 시간(extended period)동안 각 극성을 유지하여 램프 소등의 가능성을 줄이게 된다. 이것의 목적은 단순하게 램프 전극들에 침전물을 유발하는 이전(migration)를 방지함으로써 램프 수명을 늘리는 것이다. 풀브리지는 전력 제어에 영향을 미치지 않는다.

IC(23)으로의 VCC공급은 VBUS에 연결된 저항 RAUX를 통해 얻어질 수 있고, 이는 과도 전력을 제거함이 없이 저항이 IC(23)로 공급하도록 하면서, 정상 운영 동안 전형적으로 80 내지 100V의 범위에 있을 것이다. IC는 또한 그것의 초기 시작 전압을 바로 안정기의 DC 입력으로부터 얻을 수 있으며 또한 DC 버스 전압이 매우 낮을 때 점등의 처음 시점에서 그곳으로부터 전력을 이끌어낼 수도 있다.

풀브리지(22)는 내부 회로(27)의 CT,LO1,VS1,HO1,VB1,LO2,VS2 및 VB2 핀들로 제어된다. 풀브리지 발진 주파수 설정 CT 핀(10)에서 외부 캐패시터 CT는 풀브리지의 스위칭 주파수를 프로그래밍한다. CT 핀(10)에서 싱크 및 소스 전류는 내부 2V 및 5V 임계들 사이에서 CT 전압을 램프업 및 램프다운한다. 상기 핀에서 전압이 램프업함에 따라, 로우사이드 게이트 드라이버 LO1 핀(25) 및 하이사이드 게이트 드라이버 HO2 핀(23)에서의 풀브리지 싱크/소스 게이트 드라이버 출력들은 'ON'이고 그리고 로우사이드 게이트 드라이버 LO2 핀(21) 및 하이사이드 게이트 드라이버 HO1 핀(27)에서는 'OFF'이다. 전압이 램프다운할 때, LO2 핀(21) 및 HO1 핀(27)에서의 출력들은 'ON'이고 그리고 LO1 핀(25) 및 HO2 핀(23)에서의 출력들은 'OFF'이다. 풀브리지는 이런식으로 50%의 듀티 싸이클 및 고정된 내부 데드타임(예, 1.2us)을 가지고 발진을 계속한다.

내부 풀브리지 로직(29), 로우사이드 드라이버들(32,33), 600V 하이사이드 드라이버들(34,35) 및 부트스트랩 MOSFET(36,37)는 풀브리지(22)를 ON/OFF 하는것을 담당한다. 드라이버 로직(29)은 LO1 핀(25) 및 스위치 MLO1에서의 출력이 ON일때, HO2 핀(23) 및 스위치 MHO2에서의 출력들 또한 ON이다. 역으로, 드라이버 로직(23)이 LO2 핀(21) 및 스위치 MLO2에서의 출력이 ON 일 때 HO1 핀(27) 및 스위치 MHO1에서의 출력이 또한 ON임을 또한 보장한다. 이런 식으로 풀브리지(29)를 스위칭함으로써, AC 대칭 구형파 전압이 램프에서 유지된다.

내부 부트스트랩 MOSFET(36,37)은 각각 LO1 핀(25)이 'HIGH'로 설정될 때에는 그 시간동안 풀브리지 하이사이드 드라이버 공급 전압 입력 VB1 핀(28)로, 그리고 LO2 핀(21)이 'HIGH'로 설정될 때에는 풀브리지 하이사이드 드라이버 공급 전압 입력 VB2 핀(24)로 공급 전류를 제공하도록 턴온된다. 이것은 외부 고전압 부트스트랩 다이오드들에 대한 필요없이 하이사이드 드라이버들의 공급 전압을 유지한다. VB1 핀(28) 및 VB2 핀(24) 모두 집적된 부트스트랩 MOSFET를 통해 IC 공급 전압 입력 VCC 핀(3)으로부터 내부적으로 공급된다. 부가적으로, 스위치 MHS1 및 MHS2로부터의 풀브리지 하이사이드 드라이버 공급 반환(return)은 각각 VS1 핀(26) 및 VS2 핀(22)에서 수신된다.

램프 전력 제어

점등

예를 들면, 부스트 토폴로지인 플라이백 토폴로지를 사용하는 이점은 만약 트랜스포머(66)의 권수비가 1에서 4로 되고 점등시에 요구되는 최대 버스 전압이 400V라면, 100V MOSFET 디바이스가 사용될 수 있다는 점에 있다. 도시된 플라이백 구성에서, 100V의 드레인대소스 전압(VDS) 최대 비율이 가능하기 때문에, MOSFET(16)는 매우 낮은 RDSon를 가진다.

처음에, 회로는 램프에 부하가 없는 점등 모드에 있다. DC 버스 전압은 플라이백 변환기(21)가 발진하기 시작할 때 400V로 급속히 상승한다.

점등 모드에서, DC 버스에서의 전압은, 램프에 걸리는 충분히 높은 전압을 발생하여 점등을 일으킬 수 있도록, 점등 유닛(60)을 활성화하기에 충분히 높아진다. 점등 유닛(60)은 또한 큰 네거티브 전압 ZH를 요구한다. 이 큰 네거티브 전압 ZH는 캐스캐이드 회로(62)에 의해 이 안정기에서 발생된다. 상기 캐스캐이드 회로는 플라이백 인덕터(66) 2차 와인딩의 AC 측에 연결된 캐패시터 CC1, CC2와 다이오드 DC,DC2 및 DC3의 배열을 포함한다. 고전압이나 매우 적은 전류가 요구된다. 캐스캐이드 회로는 여러개의 높은 값을 가지는 R1,R2,R3 및 R4를 통해 점등 유닛(60)에 연결된다.

이 높은 전압 ZH가 발생할 때, DC 버스가 큰 부하를 경험하도록 하면서, 아크가 램프에서 발생하고 높은 전류가 즉시 램프에 흐른다. 큰 부하는 전압을 로우레벨로 끌어내린다. 이때 램프는 소등거나 동작을 계속하며, 예열 단계로 들어간다. 만약 램프가 이 단계에서 꺼진다면, 플라이백 변환기는 점등 유닛이 램프를 다시 스타트하도록 하면서, DC 버스 전압을 다시 400V로 상승시킬 것이다. 점등시에 수많은 비성공적인 시도들 후에, IC(23)는 타임아웃되고 플라이백 변환기를 디스에이블링하는 장애 모드로 들어갈 것이다. 이 시점에서 램프는 동작할 수 없거나 연결된 램프가 없는 것으로 가정한다.

만약 램프가 성공적으로 점등되고, 그런 다음 전류는 높고 전압은 매우 낮을 것이다. DC 버스 전압은 캐스캐이드 회로가 큰 충분한 네거티브 전압이 발생하여 점등 유닛이 램프가 점등될 때 동작을 시도하도록 활성화시키도록 충분히 상승하지 않아, 그 결과 어떤 특수 회로도 점등 후에 점등유닛을 디스에이블하는데 필요하지 않다.

이러한 초기 단계 동안, 플라이백 변환기(21)가 램프에 걸리는 전압이 증가하기 시작할 때까지 램프에 공급하는 정전류원으로서 동작하도록 하면서, 최대 전류는 제한된다. 이것은 전형적으로 아크 온도가 램프내에서 상승하는 수초 후에 일어날 것이다. 전압이 상승할수록, 램프 전류는 떨어지고 내부 배율기(39)는 램프 전력을 제어할 것이다. 내부 배율기(39)는 VSENSE 핀(17) 및 ISENSE 핀(18)을 통해 제공된 피드백 전압에 아날로그 곱셈을 가하여 램프 전력을 계산한다. 배율기의 이득은 MULT 핀(16)에서 외부 RMULT 저항으로 프로그램될 수 있다. 배율기 출력은 POUT 핀(15)에서 모니터링될 수 있고, 외부 저항 RPOUT를 통해 COM에 연결된다. 배율기에 의해 결정되는 램프 전력에 비례하는 스케일링 가능한(scalable) 출력 전압은 이렇게 제공된다.

배율기(39) 출력은 내부 기준 전압과 비교되고 에러 전압은 OTA1에 의해 PCOMP 핀(8)에서 발생된다. 유사하게 ICOMP 핀(7)은, ISENSE 핀(18)로부터의 피드백 전압이 OC 핀(19)에서 과전류 임계 전압과 직접 비교될 때, 에러 전압을 발생한다. 램프 전류가 최대로부터 떨어질 때, 전력 제어 루프(38)는 배율기를 사용하여 램프 전력을 제어하면서 인계한다. 에러 전압은 플라이백 변환기(21)의 ON 타임을 결정하여 출력 및 램프 전력으로 옮겨지는 에너지 양을 제어한다.

정규 동작/예열 단계

예열 단계 동안 OTA1에 제공되는 전력 제어 루프에 대한 전력 기준은 여러 개의 타임드(timed) 단들에서 설정된다. 처음에 전력은 공칭 전력보다 훨씬 높게 프로그램되며 이것은 예열 단계를 통한 여러 단계들에서 감소되어 마침내 공칭 램프 전력에 도달한다. PCLK 핀(13)에서 캐패시터 PCLK는 예열 기간 내에 각각의 전력 레벨 단계들에 대한 타이밍을 제공하도록 나누어지는 클럭을 설정한다. 이것은 예열 프로파일로 알려져 있다. 예열 프로파일은 PIN 핀(14)을 VCC 핀(3)에 연결함으로써 인에이블될 수 있으나 만약 PIN 핀(14)에서의 입력 전압이 내부 임계보다 낮게 머물러 있다면 디스에이블 될 수 있다. 이러한 경우에 스위치(50)가 "0"위치에 있을 때, 핀 PIN에서, 외부적으로 가해진 DC 제어 전압에 의해 전력 레벨을 0부터 5V까지로 설정하는 것이 가능하다. 저항 RMULT 값은 이득 및 최대 전력을 설정할 것이다.

예열 프로파일의 목적은 점등 직후에 램프로부터의 고휘도출력을 제공하는 것이다. 만약 램프가 공칭 전력에서 구동된다면, 빛 출력은 처음에 매우 낮을 것이기 때문에, 충분한 빛 출력을 즉시 보장하고 그리고 상기 램프를 냉각(cold) 상태로부터 공칭 동작 온도로 가능한 빨리 끌어올리기 위해서, 처음에 램프를 증속구동하는 것이 필요하다. 이것은 특히 자동차용에 있어서 중요하다. 결국 상기 램프 전 력은, 안정기가 장애 검출을 통해 스위치오프 또는 셧다운 될 때까지 상기 기간의 나머지 동안 전력 제어 루프를 통해 공칭 레벨로 유지될 것이다.

즉시 (재)점등(Hot Restrike)

이 HID 안정기 설계는 또한 예를 들어, 빛이 턴오프되지만 여전히 핫 상태에 있으며 그 빛을 다시 턴온하는 것이 요구될 때, 즉시 (재)점등을 제공할 수 있어야 한다. HID 램프들은 핫 상태일 때보다 높은 에너지 방전이 즉시 (재)점등할 것을 요구한다. 점등 유닛(60)은 램프를 점등하는데 필요한 매우 높은 전압을 발생할 수 있지만, 아크는 그 직후에 소등되는 경향을 가진다. 그 결과, 이 문제가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 점등 후에 즉시 재점등, 또는 DC 버스로부터 램프로 방전된 에너지의 적절한 양을 제공하는 것이 필수적이다.

본 발명은 CBUS1 및 CBUS2를 통한 2단계 방전을 제공함으로써 즉시 재점등을 달성한다. 점등 모드 동안, DZB 및 R9를 통해 CBUS1은 400V로 충전되고 CBUS2는 250V로 충전될 것이다. 점등 후에, CBUS2 또한 램프로 방전할 시간인, DC 버스 전압이 250V아래로 떨어질 때까지. CBUS1은 램프로 방전할 것이다. CBUS1은 즉시 재점등 동안 소등되는 램프의 주요 원인이 아크가 발생될 때 과도한 에너지 방전이기 때문에 CBUS2보다는 상당히 적다. 너무 적은 에너지 방전은 전압이 더 낮은 레벨로 떨어질 때 역시 문제이며, CBUS2는 그 시점에서 부가적인 에너지를 제공할 필요가 있다.

램프 전압은 램프 그 자체에 의해서 정해지고, 그래서 전류만이 램프 전력을 제어하는데 이용가능하다. PCOMP 핀(8)에서 캐패시터 CPCOMP의 값은전력 제어 루프(25)의 루프 속도를 결정한다. 상기 전력 제어 루프(25)는 상기 랩프 전력이 상 기 램프 동작의 서로 다른 단계(phase)에서 제어되도록 한다. 특히, 상기 램프의 예열 기간 동안에는 밝기가 자동차 드라이버에 대해 일정하게 남도록 상기 램프를 증속 구동(over drive)하는 것이 바람직하다. 램프의 예열이 완료된 때에는, 헤드라이트로부터 일정한 루멘 출력을 제공하도록 전력은 정전력(constant power)으로 유지된다. 예열 프로파일 및 정전력 제어 양자 모두의 기능들은 내부 배율기(multiplier)와 전력 제어 루프(35)에 의해 획득된다.

점등 및 예열 카운터들

상기 제어 IC(23)은 점등 시간 및 예열 프로파일 시간을 결정하는 카운터드을 포함한다. 점등 카운터를 위한 점등 클럭 주파수는 ICLK 핀(11)에서 외부 캐패시터 FLTCLC에 의해 설정되거나 프로그램되고, 그리고 내부 점등 타이머는 점등 시간을 결정한다. ICLK 핀(11)과 이의 대응하는 캐패시터 FLTCLK는 램프가 점등되지 않는다면 장애 모드(Fault Mode)로 들어가기 전에 HID 안정기가 점등 모드에 남아있는 시간의 양을 프로그래밍하도록 한다. 따라서, ICLK 핀(11)은 소정의 횟수의 시도 후에 상기 램프가 점등에 실패하도록 상기 HID 안정기를 안전하게 오프(off)되게 하는데 필수적이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 단계(86)에서 상기 IC(23)가 점등 모드에 들어가면, 상기 점등 클럭 및 카운터가 작동되어 ICLK를 카운트하기 시작한다. 만약 램프가 성공적으로 점등한다면, VSENSE 핀(17)에서 측정된 출력 전압은 0V/3 또는 3으로 나누기된 OV 핀(20)에서의 전압 아래로 감소될 것이며, 상기 점등 타이머는 재설정되고 디스에이블 될 것이고, 그리고 상기 IC(23)은 예열 모드 단계(88)에 들어갈 것이다. VSENSE 핀(17)이 상기 점등 타이머가 타임아웃되기 전에 0V/3 아래로 감소하는데 실패한다면, 상기 IC(23)는 단계(92)에서 장애 모드로 들어가고 상기 IC는 셧다운될 것이다. 상기 장애 모드에서, 플라이백(21) 및 풀브리지(22)는 디스에이블될 것이다.

다시 도3 및 도4에서, 예열 카운터 클럭 주파수는 PCLK 핀(13)에서 외부 캐패시터 CPCLK에 의해 설정되거나 프로그램되고, 그리고 내부 점등 타이머가 상기 예열 시간을 결정한다. 소정의 프로파일 곡선을 충족하도록 기준 전력이 특정 시간 지점들에서 증가 또는 감소하도록, 상기 예열 카운터로부터의 다중 출력들인 예열 전력 프로파일 제어 블록(41)에 연결된다. 상기 램프의 루멘 출력이 예열 동안에 일정하도록 상기 프로파일 곡선이 설정되어야 한다. 예를 들어, 상기 프파일은 선형 램핑업 프로파일, 지수적 램핑업 프로파일, RC 램핑업 프로파일 등을 가질 수 있으며, 이는 따라서 상기 전력 기준을 예열 카운터로부터의 특정 시간 지점 신호들에서 변경함으로써 형상지어질 수 있다. 상기 곡선의 형상은 상기 전력 제어 블록으로 내부적으로 고정되지만, 상기 프로파일은 핀(13)에서 캐패시터 CPCLK를 감소 또는 증가시킴으로써 단축 또는 연장될 수 있다. 상기 CPCLK 캐패시터는 또한 정전력모드(도6의 단계(90)) 가기 전에 상기 HID 안정기가 예열 모드에 남아있는 시간을 설정 또는 프로그램할 수 있다.

장애 방지

상기 IC(23)는 램프의 점등 실패 및 부하에서 개회로(open circuit) 또는 단락회로(short circuit)에 대해서 보호를 제공한다. 상기 개회로 보호는 OV 핀(20)과 VSENSE 핀(17)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 출력 전압은 외부 저항 분배기 네트워크와 함께 VSENSE 핀(17)에서 측정되고 그리고 과전압 임계치는 OV 핀(20)에서 외부 저항기 ROV로 프로그램된다. VSENSE 핀(17)에서의 전압이 OV 임계치를 초과한다면, 상기 PWM 핀(1) 출력은 상기 플라이백을 디스에이블시키도록 "로우"로 된다. 상기 VSENSE 핀(17)에서의 전압이 소정의 히스테리시스 양만큼 (전형적으로 200mV) OV 아래로 떨어질 때, 상기 출력 전압은 다시 감소하고 상기 플라이백은 다시 시작할 것이다. 이는, 외부 점등 회로소자가 램프를 점등시키도록 시도하는 동안, 상기 출력 전압을 최대값으로 제한되도록 유지할 것이다.

전류 감지 저항(RS)은 총 부하 전류를 감지하도록 전력 그라운드와 로우측 풀브리지 MOSFET들(MLS1 및 MLS2) 양자 모두의 소스 사이에 위치한다. 단락회로 상태 동안에, ISENSE 핀(18) 전압은 OC 핀(19) 전압 이상으로 증가하고 상기 IC(23)은 장애 모드로 돌입하여(도6의 단계(92)) 디스에이블될 것이다. 상기 플라이백(21) 및 풀브리지(22)는 안전하게 디스에이블될 것이다. 마지막으로, 램프가 점등에 실패하면, VSENSE 핀(17)은 OV/3 임계값 이상으로 유지되고 점등 타이머는 타임아웃될 것이다. 이는 IC(23)이 장애 모드(도6에서 단계(92))에 들어가 안전하게 셧다운되도록 할 것이다.

외부 MCU 로의 인터페이싱

이제 도5를 보면, 마이크로 제어기(50)는 전력 기준을 직접적으로 제어하고 기설정된 예열 프로파일들을 HID 제어 IC 내로 바이패스할 수 있다. 상기 마이크로 제어기는 단순할 필터를 통해 DC로 전환되는 PWM 출력을 생산한다. 상기 필터는 PIN 핀(14)에 접속된 캐패시터 CPIN과 저항(RPIN)으로부터 형성된다. 이는 마이크로 제어기(50)가, 필요에 따라 프로그램될 수 있는, 램프 전력을 직접적으로 제어하도록 한다.

도시된 구성에서, 배율기(39) 출력 POUT 핀(15)은 내부 A/C 변환기를 통해 마이크로 제어기에 의해 모니터되며, 이는 그것이 필요한 동작을 유지하는데 필요한 PIN 제어 전압으로 조정하도록 한다. 상기 풀브리지 발진기와 그리고 장애 카운터들에 대해 필요한 클록 신호들은 외부 캐패시터들로부터가 아니라 마이크로 제어기에 의해 또한 제공된다.

램프 전압과 램프 전류를 마이크로 제어기의 A/D 변환기를 통해 직접 모니터하는 것이 또한 가능하며, 뿐만 아니라 HID 제어 IC(23) 내의 아날로그 배율기를 이용하는 대신에 디지털식으로 상기 곱셈을 수행하는 것도 가능하지만, 이는 필수적인 것은 아니다.

시스템 내에 마이크로 제어기를 구비함으로써, HID 안정기로 하여금 예컨대 램프가 실패했다거나 수명이 거의 다한 때, 그리고 교체되어야 할 때를 표시하도록, 자동차 내의 관리시스템으로 메시지를 전송하도록 하는 통신 특색을 또한 추가할 수 있다. 마이크로 제어기(50)로의 5V 공급은 상기 안정기 제어 IC(23)의 VCC 공급선에 접속된 선형 조절기를 통해 용이하게 제공된다.

도5에 도시된 바와 같이, 상기 IC(23)는 외부 마이크로 제어기 유닛(MCU)(50)로 인터페이싱될 수 있다. 상기 IC(23)은 0V로부터 5VDC 아날로그 전력 제어 입력의 외부 전압에 의해 설정된 램프 전력 제어 PIN 핀(14)에 대한 기준을 포함한다. 이는 예컨대 외부 MCU(50)로부터의 외부 입력으로 하여금 램프 전력을 예열 및/또는 정전력 모드에 대해 프로그램하도록 한다. 이는 서로 다른 예열/정전력 설정을 필요로 하는 서로 다른 램프 유형에 대한 HID 안정기를 프로그래밍할 때 필요할 수 있다. PIN 핀(14)에서의 전압을 5.1V 이상으로 설정하는 것은 IC(23)을 내부적으로 고정된 예열 및 정전력 설정들로 프로그램할 것이다. 따라서, 로우단 안정기는 내부적으로 고정된 예열 프로파일을 갖는 단일 IC 해법을 사용할 수 있고, 그리고 하이단 안정기는 제조 동안에 더욱 유연한 MCU(50)을 포함할 수 있다.

상기 IC(23)는 출력 전력 핀, POUT 핀(15)을 더 포함할 수 있다. POUT 핀(15)에서의 외부 저항 RPOUT은 상기 MCU(50)로 램프 전력을 모니터링하는데 사용되는 전압을 생성한다. 따라서 상기 MCU(50)는 서로 다른 램프 유형과 예열 프로파일들에 따라서 PIN 핀(14)를 설정하고 그리고 실제 출력 전력이 프로그램된 기준과 매칭(matching)하는 것을 확실히 하도록 POUT 핀(15)을 모니터링함으로써 상기 출력 전력을 직접 모니터할 수 있다.

예를 들어, HG 핀(12)은 MCU(50)로 하여금 무수은 램프 프로파일을 설정하도록 한다. MCU(50) 없이, HG 핀(12)은 VCC 핀(3)으로 접속하는 것은 상기 예열 전력 제어를 무수은 HID 램프들에 대한 정확한 예열 프로파일로 설정할 것이다. 상기 핀을 IC 그라운드 귀로 COM 핀(4)에 접속하는 것은 예열 전력 제어를 수은기반 HID 램프들에 대한 정확한 예열 프로파일로 설정할 것이다.

본 발명이 본 발명의 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 다른 수많은 변형 및 수정 그리고 다른 사용들이 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 따라 서, 본 발명은 본 명세서의 특정 개시사항에 의해 제한되지 않는 것이 바람직하다.

Claims

고휘도 방전램프(HID)를 구동하기 위한 전자 안정기로서:

DC 입력 전압을 수신하고 부스팅된 DC 출력 전압을 제어된 전류와 함께 출력하는 전압 부스트단과;

상기 부스팅된 DC 출력 전압을 상기 HID 램프를 구동할 수 있는 스위칭된 AC 전압으로 변환하는 스위칭단과; 그리고

상기 전압 부스트단과 상기 스위칭단에 연결되어 이들 모두를 제어하는 IC 제어기를 포함하여 구성되며, 여기서 상기 IC 제어기는:

PWM 신호의 온(ON)시간과 오프(OFF)시간을 설정하는 회로와, 여기서 상기 PWM 신호는 상기 설정된 온시간 및 오프시간에 따라 상기 전압 부스트단의 제어된 스위치를 제어함으로써 상기 부스팅된 DC 출력 전압 전류를 증가시키거나 감소시키며;

상기 스위칭단에 제어신호들을 제공하는 구동기와, 여기서 상기 스위칭단은 상기 부스팅된 DC 출력 전압을 제공받고 상기 HID 램프에 AC 전력을 제공하며;

상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 스위칭단으로부터의 출력 전류를 감지하는 감지 회로를 포함하는 램프 전력 제어 회로와; 그리고

상기 제어된 스위치의 상기 온시간 또는 상기 오프시간 중 하나 또는 양자 모두를 제어하도록 상기 PWM 신호의 듀티 사이클을 설정하는 회로를 포함하며,

상기 설정하는 회로는 상기 램프에 제공된 상기 전력을 제어하도록 상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 출력 전류에 응답하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 상기 IC 제어기는 점등 모드와 정규 동작 모드를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 램프 전력 제어 회로는 전류 제어 루프와 전력 제어 루프를 포함하며, 그리고 여기서 상기 램프의 전류가 기설정된 최대 레벨에 있다면, 상기 전류 제어 루프가 상기 램프 전력을 제어하고, 그리고 상기 램프의 전류가 상기 기설정된 최대 레벨보다 낮으면, 상기 전력 제어 루프가 상기 램프 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제4항에 있어서, 상기 전류 제어 루프는 상기 감지된 출력 전류와 기준 값을 수신하고 상기 PWM 신호를 제어하고 이에 따라 상기 램프 전력을 제어하도록 에러 신호를 제공하는 제1 증폭기단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제5항에 있어서, 상기 전력 제어 루프는 상기 램프 전력에 비례하는 신호를 생성하도록 상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 출력 전류를 수신하는 배율기단과, 그리고 상기 램프 전력에 비례하는 상기 신호를 수신하고 상기 PWM 신호를 제어하 고 이에 따라 상기 램프 전력을 제어하도록 에러 신호를 제공하는 제2 증폭기단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 캐스케이드 회로와 점등 유닛을 더 포함하며, 여기서 상기 점등 모드 동안에 상기 캐스케이드 회로는 상기 점등 유닛에 고전압을 제공하고, 상기 고전압은 상기 램프에서 아크를 발생시켜 상기 램프에 전류가 흘러 상기 램프를 점등시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제7항에 있어서, 상기 캐스케이드 회로는 상기 램프가 불이 켜지면 디스에이블되는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제6항에 있어서, 상기 IC는 점등 후에 즉시 고휘도 출력을 제공하고 상기 램프를 냉각 상태에서 공칭 동작 온도가 되도록 상기 램프를 증속구동하도록 하는 예열 프로파일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제2항에 있어서, 2단 방전을 제공하는 즉시 점등(hot restrike) 회로를 더 포함하며, 여기서

상기 점등 모드 동안에 제1 캐패시터는 제1 전압으로 충전되고 제2 캐패시터는 제2 전압으로 충전되며, 그리고

그 후에, 상기 DC 버스 전압이 임계 레벨 아래로 강하할 때까지 상기 제1 캐패시터는 상기 램프로 방전하고, 이때 상기 제2 캐패시터도 상기 램프로 방전하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제9항에 있어서, 상기 예열 프로파일 회로에 의해 설정되는 예열 기간은 상기 배율기단에 대한 전력 기준이 복수의 타임드단들에서 설정되는 전력 레벨 단계들을 포함하며, 여기서 상기 전력 기준은 초기에 공칭 램프 전력보다 높게 설정되고 그 후에 상기 공칭 램프 전력에 도달하도록 상기 예열 기간 동안에 복수의 단계들에서 감소되는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 상기 안정기 및 상기 HID 램프는 자동차에서 사용되는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 상기 전압 부스트단은 부스트 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 상기 전압 부스트단은 플라이백 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서, 상기 전압 부스트단 제어 스위치는 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 상기 스위칭단은 풀브리지인 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제16항에 있어서, 상기 풀브리지의 스위치들은 MOSFET들인 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 예열 모드, 장애 방지 모드, 및 즉시 재점등 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
제1항에 있어서, 제어기 인터페이스 유닛을 더 포함하며, 여기서 상기 제어기 인터페이스 유닛은 상기 IC 제어기를 직접 제어하고 그리고 이를 통해 상기 전압 부스트단 및 상기 스위칭단을 제어하며, 상기 제어기 인터페이스 유닛은 상기 안정기가 서로 다른 모델 램프들과 동작하도록 사용자로 하여금 상기 IC 제어기를 재프로그램하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제19항에 있어서, 상기 IC 제어기는 상기 램프를 동작하도록 하는 디폴트 설정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 안정기.
고휘도 방전(HID) 램프를 구동하는 안정기를 제어하는 집적회로(IC) 제어기로서:

DC 입력 전압을 부스팅된 DC 출력 전압으로 부스팅하도록 PWM으로 상기 안정기의 전압 부스트단을 제어하는 제1 회로와, 여기서 상기 IC 제어기는 점등 모드와 정규 동작 모드를 포함하며;

상기 부스팅된 DC 출력 전압을 상기 HID 램프를 구동할 수 있는 스위칭된 AC 전압으로 변환함으로써 스위칭된 AC 전압을 상기 램프에 제공하도록 상기 안정기의 스위칭단을 제어하는 제2 회로와; 그리고

상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 스위칭단의 출력 전류를 감지하는 감지 회로를 포함하는 램프 전력 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로(IC) 제어기.
제21항에 있어서, 인터페이스 제어기 유닛으로의 접속을 위한 인터페이스 회로를 더 포함하며, 상기 인터페이스 제어기 유닛은 상기 IC 제어기를 집적 제어하고 그리고 이를 통해 상기 제1 회로와, 상기 제2 회로와, 그리고 상기 램프 전력 제어 회로를 제어하며, 상기 인터페이스 제어기 유닛은 사용자로 하여금 서로 다른 동작 요구사항을 갖는 서로 다른 램프 모델들과 동작하도록 상기 IC 제어기를 재프로그램하도록 하는 것을 특징으로 하는 집적회로(IC) 제어기.
청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제22항에 있어서, 상기 IC 제어기는 상기 램프를 동작하도록 하는 디폴트 설정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로(IC) 제어기.
청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
제21항에 있어서, 상기 램프 전력 제어 회로는 만약 램프 전류가 최대 레벨에 있다면 상기 램프 전력을 제어하는 전류 제어 루프와, 그리고 만약 상기 램프 전류가 최대 레벨 미만이라면 상기 램프 전력을 제어하는 전력 제어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로(IC) 제어기.
제25항에 있어서, 상기 전류 제어 루프는 상기 감지된 출력 전류와 기준 값을 수신하고 상기 PWM 신호를 제어하고 이에 따라 상기 램프 전력을 제어하도록 에러 신호를 제공하는 제1 증폭기단을 포함하고, 그리고

상기 전력 제어 루프는 상기 램프 전력에 비례하는 신호를 생성하도록 상기 부스팅된 DC 출력 전압과 상기 출력을 수신하는 배율기단과, 그리고 상기 램프 전력에 비례하는 상기 신호를 수신하고 상기 PWM 신호를 제어하고 이에 따라 상기 램프 전력을 제어하도록 에러 신호를 제공하는 제2 증폭기단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로(IC) 제어기.