고압가스방전램프의점화용회로장치

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
H05B 41/24
(11) 공개번호 특1999-008296
(43) 공개일자 1999년01월25일
(21) 출원번호 특1997-707822
(22) 출원일자 1997년11월04일
번역문제출일자 1997년11월04일
(86) 국제출원번호 PCT/DE 97/000256 (87) 국제공개번호 WO 97/33456
(86) 국제출원출원일자 1997년02월12일 (87) 국제공개일자 1997년09월12일
(81) 지정국 EP 유럽특허 : 오스트리아 벨기에 스위스 리히텐슈타인 독일 덴마크
스페인 프랑스 영국 그리스 아일랜드 이탈리아 룩셈부르크 모나코
네덜란드 포르투칼 스웨덴 핀랜드
국내특허 : 일본 대한민국 미국
(30) 우선권주장 196 08 658.2 1996년03월06일 독일(DE)
(71) 출원인 로베르트보쉬게엠베하 랄프홀거베렌스;뢰저
독일 데-70442 스튜트가르트 페.오.복스 30 02 20
(72) 발명자 고릴레,인고
독일 데-71739 오베리에싱겐 아호른베그 11
(74) 대리인 이병호, 최달용
심사청구 : 없음
(54) 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치
요약
본 발명은 브리지 회로(10)를 갖는 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치에 관한 것으로서, 최소한 1개의
분기 중에 2개의 피제어 스위칭 트랜지스터(11, 12)가 설치되어 있다. 고압가스 방전램프(1)는 브리지
회로(10)의 브리지 분기를 거쳐서 점화 및 작동 에너지의 공급을 받아 브리지 회로(10)의 브리지 분기(13
내지 16)중에 트랜스(7)의 1차 권선(9)이 설치되고, 트랜스의 2차쪽(6)에 공진회로(6, 8)가 설치되며, 이
공진회로에 따라서는 고압가스 방전램프(1)는 2차쪽의 공진회로(6, 8)에서 작동 및 점화 에너지의 공급을
받아 작동과정 및 점화과정이 고주파 여진되도록 구성되어 있다. 고압가스 방전램프(1)의 점화를 위한
트랜스(7)의 변성비(UEZ)가 고압가스 방전램프(1)의 연속(정상)작동시 발생된 변성비(UEB)에 비해서 높아
지도록 구성되어 있다. 이 같은 사실은 점화때의 변성비(UEZ)의 증대 때문에 트랜스(7)의 1차 권선(9)이
감긴 회선체의 일부(9K)의 단락에 의해 실시된다. 상기한 단락은 특히 트랜지스터(30)에 의해 제어된다.
대표도
도1
명세서
기술분야
본 발명은 청구항 제 1 항의 상위 개념으로서 규정된 고압가스 방전램프(high-pressure gas discharge
lamp)의 점화용 회로장치에 관한 것이다.
배경기술
독일특허 출원 제 DE 3729383A1 호에서 공지의 고압가스 방전램프 작동용 회로장치는 브리지 회로(bridge
circuit)를 갖추고, 이 브리지 회로에서는 최소한 1개의 분기중에서 2개의 피제어 스위칭 트랜지스터가
설치되고, 또 상기 고압가스 방전램프는 브리지 회로의 브리지 분기를 거쳐서 점화 및 작동 에너지의 공
급을 받는다.
상술한 공지의 회로장치에서 고압가스 방전램프는 용량성 하프 브리지(half bridge)로서 구성된 브리지
회로중에 직접 설치되고, 여기서 해당 램프와 직렬로 초크 코일(choke coil)이 설치되어 있다. 또한 회
로 배치 구성체와 직렬로 점화 트랜스의 2차 권선이 설치되어 있다. 램프의 공급 전류는 스위칭 트랜지
스터의 온-오프비 또는 듀티율(duty ratio)의 변화에 의해 제어되어 스타트시 정해진 만큼 변화된다. 바
이폴러(양극성)(bipolar)의 공급 전류 펄스의 펄스 반복 주파수는, 예를 들면 나트륨 램프의 경우 거의
300Hz이며, 여기에 30∼70KHz의 비교적 고주파의 전압이 중첩된다. 스타트 온-오프비 또는 듀티율은 약
0.7로 조정 셋팅되고 정상 동작시의 온-오프비 또는 듀티율은 약 0.5로 조정 셋팅되어 있다.
상기 공지의 회로장치는 자동차내에 내장시킬 수 있으며, 저전압치, 예를 들면 6V 또는 12V의 저전압치를
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갖는 직류 전압원에서 전류 공급을 받는 고압가스 방전램프의 스타트 및 작동에 사용하고 있거나 사용할
수 있는가를 파악할 수 없다.
일반적으로 상기 공지의 회로장치에 대해서 말할 수 있는 것은, 사용된 구성 소자는 한편에서는 대량 설
치되고 다른 편에서는 사용된 구성 소자가 현저히 대형 크기이며 또한 대형 크기여야 한다. 그것은 저주
파수 아래에서의 작동에 대해서 설계되어야 하기 때문이다. 이와 같은 사실은 불합리하게도 고압가스 방
전램프의 스타트 및 작동을 위하여 상기와 같은 종류의 회로장치를 가능한한 저렴하게 구성하고 설계하며
작동시킨다는 요청에 역행한다.
2가지의 다른 방식으로 작동하며, 자동차에 알맞는 고압가스 방전램프가 시판되고 있다. 한편의 방식에
서는 스타트뿐만 아니라 작동 또는 연속(정상)작동도 소위 공진 모드로 실시된다. 여기서 스타트
주파수, 즉 램프 점화때 약 80KHz인 정상 또는 연속 작동 주파수는 거의 8∼16KHz이다. 다른 방식에서의
램프는 소위 공진의 직류 동작 모드로 작동되며, 다시 말해서 직류의 극성이 몇 번이고 반복된다. 극성
전환 주파수는 거의 400Hz이다. 램프의 점화는 별개의 펄스 점화 장치를 거쳐서 행해진다. 사용된 램프
는 소위 크세논 램프(xenon lamp)이고, 그것의 고압은 약 80bar이다. 아크의 점화를 위해서는 가장 열악
한 공차(tolerance) 조건을 감안해서 24KV의 고전압이 필요하다. 정상 작동중 소요 전압은 약 85V이다.
상기 두 가지 방식에 있어서 근본적인 단점의 근거가 되는 것은 다음과 같다. 즉 이 경우에도 비교적 다
수의 구성부분 및 특별한 점화 장치가 필요하고 다시 구성부분이 상당히 대형 크기이고 고전압을 견디는
용량을 갖추어야 한다. 그에 따라 불합리하게도 상당히 높은 비용, 상당히 높은 손실전력 및 현저한 소
요 공간을 초래한다.
본 출원과 동시에 행해지며, 고압가스 방전램프의 작동용 회로장치라는 명칭의 본 출원인에 의한 출원에
서는, 브리지 회로의 브리지 분기중에 트랜스(transformer)의 1차 권선이 설치되어 있고 트랜스의 2차쪽
에 공진회로가 설치되고, 이 공진회로에 따라서는 고압가스 방전램프는 2차쪽의 공진회로에서 작동 및 점
화 에너지의 공급을 받아 또한 작동 과정 및 점화 과정의 쌍방이 고주파 여진 되도록 구성된다. 여기서
점화시의 주파수는 정상 작동시의 주파수 보다 현저히 높게 선정된다.
상기 회로장치에서 트랜스의 2차, 1차 코일간의 변성비는 다음과 같이 선정된다. 즉 정상 작동 모드, 즉
고압가스 방전램프의 작동 상태 모드와 해당 램프의 작동이 스타트되는 점화 모드 사이에서 절충되는 설
계 시방이 되도록 선정된다. 여기서 변성비(UE)는 고정값이다. 정상 작동의 경우는 작은 UE로 충분하나
점화의 경우는 UE가 커야 한다. 쌍방의 작동 모드의 요구를 충족하는 고정적 변성비(UE)를 찾아내는 상
술한 절충된 설계 시방은 찾아보기 어렵다. 이와 같은 사실은, 특히 구성물의 크기를 높이 방향으로 제
한하는 경우에 성립한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치에 있어서, 청구항 제 1 항의 특징 사항의 구성 요건에
의해 얻을 수 있는 이점으로서, 구성 소자는 그것의 크기 및 설계 시방 선택 측면에서 작은 변성비로 작
동 모드만으로 적합할 수 있는, 즉 고압가스 방전램프의 작동 상태를 최적화 할 수가 있다는 점이다.
이 같은 사실은 본 발명에 의해 다음과 같이 달성된다. 즉 고압가스 방전램프의 점화를 위한 트랜스의
변성비가 고압가스 방전램프의 여진 작동때 발생한 변성비에 비해서 높게 되도록 구성되는 것이다. 즉,
점화의 경우에 대해서 UEz UEE 또는 UEz UEB가 성립하도록 한 것이다.
종속된 청구항 중에 규정된 수단에 의해 청구항 제 1 항에 규정한 회로장치의 유리한 발전 형태 및 개선
이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 점화시에 변성비의 증대를 위해 트랜스의 1차 권선의 감은 회수의 일
부가 단락되도록 구성되는 것이다. 여기서 본 발명의 바람직한 발전 형태에서는 피제어 트랜지스터를 이
용하여 단락시킨다.
본 발명의 특히 바람직한 발전 형태에서, 트랜지스터는 1차 권선의 일부분이 단락되기 때문에 제어 로직
또는 마이크로 콘트롤러에서 그것의 제어 펄스를 받아들이고, 상기 마이크로 콘트롤러는 브리지 회로의
피제어 스위칭 트랜지스터도 제어하도록 구성되는 것이다.
본 발명을 도시한 1개 또는 복수의 실시예에 따라 이하의 기재에서 설명한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따라 구성된 회로장치의 블럭 접속도
도 2는 점화과정과 그 후의 시간에 관한 램프전압의 특성 경과를 도시한 다이아그램
실시예
도 1에는 본 발명에 의해 구성되는 회로장치의 블럭 접속도를 개략적으로 도시한다.
고압가스 방전램프(1)는 그것의 전극(2, 3)이 트랜스(7)의 2차 권선(6)의 양단(4, 5)에 접속되어 있다.
전극(2, 3) 사이에는 고압가스 방전램프(1)와 병렬로 콘덴서(8)가 접속되어 있다. 콘덴서(8)의 용량 및
트랜스(7)의 2차 권선(6)의 인덕턴스에 의해, 트랜스의 2차쪽에는 공진회로가 형성되고 상기 공진회로에
의해 고압가스 방전램프(1)는 작동 및 점화 에너지를 공급받는다.
트랜스(7)의 1차 권선(9)은 브리지 회로(10)의 분기중에 설치된다. 도시한 브리지 회로(10)는 소위 용량
성 하프 브리지이고 이 하프 브리지에서는 1개의 분기, 여기서는 왼쪽의 분기중에 2개의 피제어 스위칭
트랜지스터(11, 12)가 설치된다. 양 스위칭 트랜지스터(11, 12)의 접속점(13)은 브리지 분기의 한쪽 단
자를 형성한다. 다른 쪽의 분기인, 오른쪽 분기중에는 콘덴서(14, 15)가 설치된다. 양 콘덴서(14, 15)
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의 접속점(16)은 브리지 분기의 제 2 단자를 형성한다. 상기 브리지 분기에서, 단자(13, 19)간에는 상술
한 트랜스(7)의 1차 권선(9)이 설치된다. 스위칭 트랜지스터(11)와 콘덴서(14)는 단자(17)로서 서로 접
속된다. 스위칭 트랜지스터(12)와 콘덴서(15)는 단자(18)로서 서로 접속되며, 또한 공급 전압원의 접지
전위 0에 접속되고, 양극( )과 접지 전위 0와의 사이에 전지 전압(UB)이 가해진다. 회로장치의 제어 로직
을 실시하는 마이크로 콘트롤러(19)는 그것의 단자(20, 21)를 공급 전압(UB)의 양극( )이나 접지 전위 0에
접속시킨다. 마이크로 콘트롤러(19)의 제어 출력(22, 23)쪽은 부가의 피제어 스위칭 트랜지스터(11, 1
2)의 제어 입력쪽에 접속되어 있다.
본 발명에 의하면 피제어 트랜지스터(30)가 설치되고 이 피제어 트랜지스터(30)의 제어단자(31)는 제어
로직을 실시하는 마이크로 콘트롤러(19)에 접속된다. 트랜지스터(30)의 스위칭 구간은 트랜스(7)의 1차
권선(9)내의 브리지 단자(13)와 접속점(32) 사이에 설치된다. 접속점(32)은 1차 권선(9)을 9K부분(이것
은 점화때 트랜지스터(30)의 스위치를 온(on)시키므로써 단락됨)과 9Z부분(이것은 상기 점화때 작용함)으
로 나눈다. 점화 후 고압가스 방전램프(1)가 연속 작동할 때, 트랜지스터(30)가 억제된다면 1차 권선
(9)의 전체, 즉 9K 9Z가 작용한다.
본 발명에 의하면 고압가스 방전램프(1)는 그것의 점화 및 정상 작동에 대하여 2개의 다른 변성비(UEZ,
UEB)로 동작한다. 트랜지스터의 1차 권선은 다음과 같이 설정된, 즉 정상 작동에 충분한 비교적 작은 UEB
로서 설정되는 경우에 대해서 구성 소자의 최적화를 행하게 할 수 있는 비교적 작은 UEB가 발생하도록 설
정된다. 이 경우에 있어서 트랜지스터(30)는 억제 상태로 놓이고 1차 권선(9)은 작용상태로 놓인다.
고압가스 방전램프(1)의 점화 작동 모드에 대해서 희망하는 비교적 높고 또 훨씬 높은 변성비(UEZ)를 달성
하도록, 희망하는 점화 전압을 사용할 수 있기 때문에 점화 작용 모드 중 트랜지스터는 스위치를 온시키
므로써 접속된다. 그에 따라 1차 권선(9)의 9K부분은 9K부분에 해당하는 회선체(卷回體)를 단락시키고 1
차 권선(9)의 9Z부분만이 점화 작동 모드로서 9Z부분에 해당하는 회선체를 작동시킨다. 상술한 본 발명
에 따라 구성된 회로장치를 사용해서, 특히 소형이며 저렴한 소자를 구성하며 이것의 사용을 감안하여 유
리한 설계사양을 행할 수 있다.
도 2는 점화 과정 전후의 시간에 관한 고압가스 방전램프의 전압(UL) 특성 경과를 도시한다. 시간축(t)위
에는 시간을 μs로 표시하고 수직축 위에는 램프 전압(UL)을 볼트(V) 내지 킬로볼트(KV)로 표시한다. 전
압(UL)은 값 0에서 싸인(sine)파 형상으로 점화 공진회로의 특성에 상응해서 점점 커진다. 도시한 실시예
에서 6μs가 경과한 후에는 고압가스 방전램프의 점화에 필요한 동작 전압에 달한다. 이 후 고압가스 방
전램프에는 훨씬 낮은 전압, 예를 들면 85V만이 생기는, 즉 아크의 유지에 필요한 작동 전압이 발생한다.
다이어그램에서 명백한 바와 같이, 약 6μs의 고압가스 방전램프 투입시간은 매우 바람직한 영역에 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
브리지 회로(10)를 갖춘 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치로서 최소한 1개의 분기중에 2개의 피제어
스위칭 트랜지스터(11, 12)가 설치되고, 상기 고압가스 방전램프(1)는 브리지 회로(10)의 브리지 분기를
거쳐서 점화 및 작동 에너지의 공급을 받고, 브리지 회로(10)의 브리지 분기(13 내지 16)중에 트랜스(7)
의 1차 권선(9)이 설치되며, 트랜스(7)의 2차쪽(6)에 공진회로(6, 8)가 설치되고 상기 공진회로에 따라서
고압가스 방전램프(1)는 2차쪽의 공진회로(6, 8)에서 작동 및 점화 에너지의 공급을 받아 작동 과정 및
점화 과정이 고주파 여진되도록 구성된 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치에 있어서,
고압가스 방전램프(1)의 점화를 위한 트랜스(7)의 변성비(UEZ)가 고압가스 방전램프(1)의 작동때 발생하는
변성비(UEB)에 비해서 높여지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 점화시의 변성비(UEZ)의 증대를 위해 트랜스(7)의 1차 권선(9)의 감은 회수의 일부(9
K)가 단락되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치.
청구항 3
제 2 항에 있어서, 상기 단락은 피제어 트랜지스터(30)를 사용해서 실시되도록 구성되는 것을 특징으로
하는 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치.
청구항 4
제 3 항에 있어서, 상기 트랜지스터(30)는 제어로직 또는 마이크로 콘트롤러(19)에서 트랜지스터(30)의
제어펄스를 받아들이고, 상기 제어로직 또는 마이크로 콘트롤러(19)는 브리지 회로(10)의 피제어 스위칭
트랜지스터(11, 12)도 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고압가스 방전램프의 점화용 회로장치.
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