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KR20040051604A - 가스 방전 램프 구동 방법과 장치 및 다운컨버터 디바이스 - Google Patents

가스 방전 램프 구동 방법과 장치 및 다운컨버터 디바이스 Download PDF

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KR20040051604A
KR20040051604A KR10-2004-7005210A KR20047005210A KR20040051604A KR 20040051604 A KR20040051604 A KR 20040051604A KR 20047005210 A KR20047005210 A KR 20047005210A KR 20040051604 A KR20040051604 A KR 20040051604A
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KR
South Korea
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downconverter
output
voltage
power
gas discharge
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KR10-2004-7005210A
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KR100932143B1 (ko
Inventor
코우벤베르그윈스톤디
란게슬라그빌헬무스에이치엠
오스트보겔즈루도비쿠스에프제이
투넨요하니스에이에이
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 가스 방전 램프(1)를 구동하는 방법에 관한 것이며, 이 가스 방전 램프에는 상대적으로 높은 전압 및 상대적으로 낮은 전류를 갖는 제 1 DC 전력이 제공된다. 상기 제 1 DC 전력은 상대적으로 낮은 전압과 상대적으로 높은 전류를 갖는 제 2 DC 전력으로 다운 컨버팅된다. 이 제 2 전력은 정류기를 통해서 가스 방전 램프에 제공된다. 상기 다운 컨버팅 단계는 적어도 두 개의 단계로 수행되며, 상기 적어도 두 개의 단계 중 제 1 단계는 상기 제 1 DC 전력을 상기 제 1 DC 전력의 전압보다 낮지만 상기 제 2 DC 전력의 전압보다 높은 중간의 DC 전압을 갖는 중간의 DC 전력으로 다운 컨버팅하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 가스 방전 램프(1)를 구동하는 장치에서 사용되는 다운컨버터 디바이스(30)를 제공한다. 이 다운컨버터 디바이스는 상기 중간의 DC 전력을 상기 제 2 전력으로 다운 컨버팅하는, 직렬로 연결된 적어도 두 개의 다운컨버터 유닛(31,32)을 포함한다.

Description

가스 방전 램프 구동 방법과 장치 및 다운컨버터 디바이스{METHOD AND APPARATUS FOR DRIVING A GAS DISCHARGE LAMP}
UHP(ultra high pressure) 램프는 일반적으로 가스 충진된 전구 내에 두 개의 전극을 포함하며 점화 후에는 아크(arc)가 이 두 개의 전극 사이에서 발생하여 빛을 생성한다.
이러한 램프를 구동하는 전자 밸러스트(ballast)는 일반적으로 다운컨버터 디바이스 및 정류기 디바이스(a commutator device)를 직렬로 포함한다. 다운컨버터 디바이스는 입력 DC 전압을 수신하여 출력 DC 전류를 생성한다. 다운컨버터 디바이스는 특정 DC 전압 소스로부터 자신의 입력 DC 전압을 수신하지만 일반적으로 전자 밸러스트는 AC 메인 전원으로부터 전력 공급을 하며 다운컨버터 디바이스의 입력단에 접속된 업컨버터를 포함하며 이로써 AC 메인 전압을 DC 전압으로 정류시킨다. 정류기 디바이스는 다운컨버터 디바이스에 의해 생성된 DC 전류를 AC 전류로 변환시키며 이 AC 전류가 변압기를 통해서 램프에 인가된다.
상술된 타입의 전자 밸러스트는 통상적으로 알려져 있다. 본 기술 분야의 현재 상태에서는, 다운컨버터 디바이스는 입력 전압을 출력 전류로 바로 변환시키는 오직 하나의 다운컨버터 유닛으로 구성된다. 이러한 설계는 몇몇 단점을 가지고 있다. 이 단점들은 현재의 상황에서는 허용될 수 있지만 램프 전압이 감소하거나 램프 전류가 증가하게 되면 불리한 상황으로 작용한다.
UHP 램프는 특히 이 램프가 높은 휘도를 가지기 때문에 유용한데, 이 때문에 이 램프는 특히 프로젝터 장치에서 사용된다. 이렇게 프로젝터 장치에서 사용되기 위해서는, 임의의 램프의 광 생성 스폿(light-generating spot)이 가능한한 작아야 한다. 또한, 증가된 전력을 갖는 램프가 필요하다. 이러한 필요는 램프 전극들을 서로 보다 가깝게 배치시키고 램프 전류를 증가시킴으로써 만족될 수 있다. 램프 전극들을 서로 보다 가깝게 배치하게 되면 아크가 보다 짧아지며 이로써 광 생성 스폿도 짧아지고 또한 램프 전압은 낮아질 것이다.
다운컨버터에서의 첫번째 1 문제점은 다운컨버터 내부의 전력 손실이 입력 전압 대 출력 전압의 비율에 의존하기 때문에 이 비율이 클수록 스위칭 손실이 보다 증가된다는 것이다.
두번째 문제점은 다운컨버터 내부의 코일의 인덕턴스 값이 입력 전압 대 출력 전압의 비율에 의존하기 때문에 이 비율이 클수록 인덕턴스 값이 보다 커질 수있다는 것이다.
다른 문제점은 감소하는 출력 전압과 증가하는 출력 전류로 인해서, 입력 전압은 동일하게 유지되지만 다운컨버터 내부의 스위치는 보다 작은 듀티 싸이클로 보다 큰 전류를 스위칭해야 하며 이로써 스위칭 특성이 효율적이지 않게 된다는 것이다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 다운컨버터 디바이스를 위한 보다 효율적인 설계를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 직렬로 연결된 제 1 다운컨버터 유닛과 제 2 다운컨버터 유닛을 포함하는 2 스테이지 다운컨버터 디바이스를 제공하며, 상기 제 1 다운컨버터 유닛은 입력 DC 전압을 수신하여 이를 중간 전압으로 변환시키며 제 2 다운컨버터 유닛은 이 중간 출력 전압을 제 1 다운컨버터 유닛으로부터 수신하여 요구된 출력 DC 전류를 생성한다. 각 다운컨버터 유닛에서, 입력 전압 대 출력 전압의 비율은 이제 보다 낮아지게 되며 상기 중간 전압의 정확한 값은 필수적인 것은 아니지만 이는 상기 두 다운컨버터 유닛에서의 전압 비율을 최적화하기 위해서 적응될 수 있는 설계 파라미터이고 전력은 상기 전압 비율에 따라서 손실된다. 또한, 각 다운컨버터 유닛은 보다 효율적으로 동작하게 되며 각 다운컨버터 내부의 코일은 크기가 보다 작아질 수 있으며 보다 높은 주파수로 동작하게 되며 이로써 자기 물질의 양이 줄어들게 된다.
본 발명의 상술된 측면, 특징 및 장점과 다른 측면, 특징 및 장점이 이제 도면을 참조하는 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명 부분으로부터 보다 상세하게 이해될 것이다.
본 발명은 가스 방전 펌프를 구동하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 UHP 램프를 구동하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명은 이러한 타입의 램프를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이지만 본 발명은 여기에만 한정되는 것이 아니다.
도 1은 가스 방전 램프를 구동하는 구동 장치의 기능 블록도,
도 2는 종래 기술 다운컨버터 디바이스의 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다운컨버터 디바이스의 도면,
도 4a는 램프를 통한 전류의 파형을 나타내는 도면,
도 4b는 램프를 통과하는 안티-플러터(anti-flutter) 펄스를 포함하는 전류의 파형을 나타내는 도면,
도 5는 다운컨버터 유닛의 제어를 설명하는 블록도,
도 6은 다른 실시예의 도면.
도 1은 가스 방전 램프(1)를 위한 구동 장치(10)의 기능 블록도이다. 장치(10)는 AC 메인 전력 소스(2)에 접속된 것으로 구성되고 AC/DC 변환기(11)를 포함하며 이 변환기는 그 입력단에서 통상적으로 약 220 볼트인 AC 메인 전압을 수신하고 통상적으로 약 400 볼트인 DC 출력 전압을 그 출력단에서 제공한다.
구동기 장치(10)는 다운컨버터 장치(12)를 더 포함하고 이 다운컨버터장치(12)는 AC/DC 변환기(11)의 DC 출력 전압을 수신하며 램프(1)에 제공하기에 적합한 DC 출력 전류 Iout를 그의 출력단에서 제공하는 전류 소스로서 기능한다. 램프(1)가 UHP 램프이면, 다운컨버터(12)의 출력 전류 Iout는 통상적으로 약 6 암페어 크기가 될 것이다. 램프(1)의 램프 특성은 램프(1) 양단의 전압 강하 정도를 결정하고 이로써 다운컨버터(12)의 출력 전압을 결정하며, 여기서 이 출력 전압은 통상적으로 약 75 볼트의 크기이다.
구동기 장치(10)는 DC 전류 Iout를 AC 전류로 변환하는 정류기(13)를 더 포함한다.
AC/DC 변환기(11) 및 정류기(13)의 설계 및 동작은 본 발명의 어떤 부분도 형성하지 않으며 현재의 기술 상태의 변환기 및 정류기가 사용될 수 있다. 그러므로, AC/DC 변환기(11) 및 정류기(13)의 설계 및 동작은 본 명세서에서 상세하게 설명되지 않을 것이다.
도 2는 최신 기술의 다운컨버터 장치의 기본적인 설계를 도시한다. 통상적으로, 이러한 다운컨버터 장치는 DC 입력 전압을 수신하는 두 개의 입력 단자(21,22)와 출력 전류를 제공하는 두 개의 출력 단자(23,24)를 포함한다. 도시된 실례에서, 포지티브 입력 단자(21)는 제어가능한 스위치(25)에 접속되며 이 스위치는 코일(26)의 제 1 단자에 접속되고 코일의 다른 단자는 포지티브 출력 단자(23)에 접속된다. 네거티브 입력 단자(22)는 네거티브 출력 단자(24) 및 다이오드(27)의 애노드에 접속되며 이 다이오드의 캐소드는 스위치(25)와 코일(26) 간의 노드에 접속된다. 제어가능한 스위치(25)는 제어 신호(S)를 수신하며 이 신호는 스위치(25)로 하여금 통상적으로 200 kHz의 크기인 사전결정된 레이트로 개방 및 폐쇄되게 한다. 전압이 이렇게 스위칭됨으로써, 코일(26)은 삼각형 형상의 전류를 생성할 것이다.
상술한 바와 같이, 다운컨버터 장치는 전류 소스로서 기능하며 그의 출력 단자(23,24)에서의 출력 전압은 출력 단자(23,24)에 접속된 부하의 임피던스에 의해 결정된다. UHP 타입의 램프가 실제로 사용되는 경우에, 출력 단자(23,24)에서의 출력 전압은 통상적으로 약 75 볼트의 크기일 것이다. 그러나, 이러한 램프에서 그들의 전극 간 거리가 보다 짧아지게 되면, 다운컨버터(12)의 출력 단자(23,24)에서의 출력 전압은 감소하지만 입력 단자(21,22)에서의 입력 전압은 동일하게 유지되어 입력/출력 비율은 증가된다. 만일에 램프 전력을 그대로 유지시킬 필요가 있다면, 램프 전류는 증가해야 하며 이러한 램프의 전력을 증가시킬 필요가 있다면, 전류는 비례적으로 증가하는 것보다 더 크게 증가해야 할 것이다. 이로써 상술된 문제가 발생하게 된다.
도 3은 이러한 문제를 극복하도록 설계된 본 발명에 따른 다운컨버터 장치(30)를 도시한다. 기본적으로, 본 발명에 따른 다운컨버터(30)는 직렬로 구성된 두 개의 다운컨버터 스테이지(31,32)를 포함하며, 이 각 스테이지는 통상적인 설계를 갖는다. 그러므로, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)는 상술된 바와 같이 AC/DC 변환기(11)의 출력 전압과 같은 DC 입력 전압을 수신하는 두 개의 입력 단자(41,42)를 포함한다. 또한, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)는 제 1 제어 신호 (S1)에 의해서 제어되며 제 1 코일(46)과 제 1 다이오드(47)의 캐소드 간의 노드에접속된 1 제어가능한 스위치(45)를 포함하며, 여기서 상기 다이오드의 애노드는 네거티브 입력 단자(42)에 접속된다. 제 1 노드(48)에 대향하는 제 1 코일(46)의 반대되는 단부는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 포지티브 출력 단자(43)를 구성하며 네거티브 입력 단자(21)는 네거티브 출력 단자(44)를 결정하는 기준 라인을 구성한다.
이와 마찬가지로, 제 2 다운컨버터 스테이지(32)는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 포지티브 출력 단자(43)에 접속된 포지티브 입력 단자(51)와, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 네거티브 출력 단자(44)에 접속된 네거티브 입력 단자(52)를 갖는다. 이 제 2 다운컨버터 스테이지(32)는 포지티브 출력 단자(53) 및 네거티브 출력 단자(54)를 구비하여 램프 전류를 제공한다. 제 2 제어 신호(S2)에 의해 제어되는 제 2 제어가능한 스위치(55)는 포지티브 입력 단자(51)에 접속되며 제 2 다이오드(57)의 캐소드와 제 2 코일(56) 간의 제 2 노드(58)에 접속되며 이 제 2 코일의 다른 단부는 포지티브 출력 단자(53)에 접속되고 제 2 다이오드(57)의 애노드는 네거티브 입력 단자(52) 및 네거티브 출력 단자(54) 간의 기준 라인에 접속된다.
제 1 포지티브 출력 단자(43)와 제 2 포지티브 입력 단자(51) 간의 접속부(이후부터는 노드 M으로 지칭됨)에서의 전압 Vm은 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 제 1 포지티브 입력 단자(41)에서의 전압보다 낮으며 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 제 2 포지티브 출력 단자(53)보다 높다는 사실은 본 기술 분야의 당업자에게는 분명할 것이다. 이러한 중간 전압 Vm의 정확한 값은 본 기술 분야의 당업자에게는 분명한 바와 같이 제 2 제어 신호(S2)의 듀티 싸이클에 대한 제 1 제어 신호(S1)의 듀티 싸이클 및 제 1 코일(46) 및 제 2 코일(56)의 인덕턴스에 의존한다. 바람직하게는, 중간 전압 Vm 값이 약 175 볼트가 되도록 구성 요소들이 설계된다. 이로써, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 입력 전압 대 출력 전압의 전압 비율은 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 입력 전압 대 출력 전압의 전압 비율과 대략적으로 동일하며 그 값은 약 2.3이다.
이렇게 다운컨버터 장치(30)를 2 스테이지 다운컨버터로서 설계함으로써, 각 다운컨버터 스테이지(31,32)에 대한 요구 수준이 그의 출력단 및 그의 입력단에서의 요구 조건을 동일하게 만족시켜야 하는 종래 기술 다운컨버터 장치(12)와 같은 1 스테이지 다운컨버터 장치에 대한 요구 수준보다 작아지게 된다. 구체적으로 말하자면, 이제 제 1 다운컨버터 스테이지(31)는 제 2 다운컨버터 스테이지(32)와 무관하게 입력단(41)에서 예상되는 높은 전압을 관리할 수 있도록 최적화될 수 있으며 제 2 다운컨버터 스테이지(32)는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)와 무관하게 높은 램프 전류를 관리할 수 있도록 최적화될 수 있다. 이로써, 높은 입력 전압 뿐만 아니라 높은 출력 전류도 관리할 수 있도록 설계되어야 하는 단일 코일(26)을 갖는 대신에, 상대적으로 낮은 전류에서 상대적으로 높은 전압을 관리할 수 있는 제 1 코일(46)과 상대적으로 낮은 전압에서 상대적으로 높은 전류를 관리할 수 있는 제 2 코일(56)을 가질 수 있다. 이 두 코일(46,56) 각각의 크기는 이 두 코일의 결합된 자기 물질의 양이 단일 코일(26)을 구현하는 데 필요한 자기 물질의 양보다 적게 될 수 있도록 작아질 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제공되는 2 스테이지 다운컨버터 장치(30)에서의 손실은 통상적인 1 스테이지 다운컨버터 장치(12)에서의 손실보다 매우 작다.
이는 컴퓨터 모의 실험의 테스트 결과를 나타내는 다음의 실례에 의해서 증명되는데, 이 모의 실험의 경우, 램프(1)는 UHP 램프이며, 구동기는 4 암페어 전류를 전달하고 램프 전압은 75 볼트이다. 다운컨버터 장치에서의 입력 전압은 400 DC 볼트로 가정된다. 코일(26)에서의 손실은 약 3 와트였으며 제어가능한 스위치에서의 스위칭 손실은 약 3.5 와트였고 제어가능한 스위치(25)에서의 전도 손실(conduction loss)은 약 1.6 와트였으며 다이오드(27)에서의 손실은 약 4 와트였고 이로써 총 손실은 약 12 와트였다.
이와 대조적으로, 본 발명에 의해 제공된 설계에서, 보다 작은 코일들이 사용될 수 있으며, 각각의 손실은 약 1.75 와트였다. 제 1 제어가능한 스위치(45)에서의 스위칭 손실은 약 0.2 와트였으며 제 2 제어가능한 스위치(55)에서의 스위칭 손실은 약 0.3 와트였다. 제 1 및 제 2 제어가능한 스위치에서의 각각의 전도 손실은 약 1.2 와트 및 약 1.1 와트였다. 제 1 다이오드(47) 및 제 2 다이오드(57)에서의 각각의 손실은 약 1 와트 및 2.5 와트였다. 이로써, 본 발명에 의해 제공된 2 스테이지 다운컨버터 장치(30)에서의 총 손실은 약 9.8 와트였으며 이로써 약 20% 손실이 감소된다.
2 스테이지 다운컨버터 장치(30)의 전반적으로 적합한 동작을 위해서, 제 2 다운컨버터 장치(32)의 입력 단자(51,52)에는 일정한 전압이 공급될 필요가 있다. 이는 도 3에서 도시된 바와 같이 제 2 다운컨버터 장치(32)의 입력 단자(51,52) 위에 캐패시터(50)를 배치시킴으로써 성취될 수 있다. 캐패시터(50)는 제 1 다운컨버터(31)의 일부로서 간주될 수 있으며 이로써 확장된 제 1 다운컨버터(31)는 전압 소스처럼 동작한다. 또한, 캐패시터(50)는 제 2 다운컨버터(32)의 입력단의 일부로서 간주될 수 있다. 이와 달리, 캐패시터(50)는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 출력 단자(43,44)와 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 입력 단자(51,52) 간의 개별적인 결합 스테이지로서 간주될 수 있다.
실제로, 소형 캐패시터가 또한 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 출력 단자(53,54) 위에 접속된다. 명료성을 위해서 도 3에서는 도시되지 않은 이 캐패시터는 출력 전압을 안정화하기보다는 출력 전류를 필터링하는 기능을 한다.
제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 포지티브 입력 단자(51)에서의 전압은 이 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 출력단(53,54)에서의 어떠한 부하 변화에도 상관없이 가능한한 일정해야 한다. 이는 매우 높은 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터(50)를 선택함으로써 성취된다. 보다 큰 부하 변화가 예상될수록 캐패시터(50)의 크기는 보다 크게 선택되어야 한다. 그러나, 보다 대형의 캐패시터를 사용하는 것은 불리하다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 제어가 제 2 다운컨버터 스테이지(31)의 출력단에서의 부하 변화에 응답할 수 있도록 적응된다.
일반적으로, 두 개의 타입의 부하 변화로 분류될 수 있다. 제 1 타입의 부하 변화는 의도적인 부하 변화이며 제 2 타입의 부하 변화는 의도되지 않거나 예상되지 않은 우연한 부하 변화이다.
의도적 부하 변화의 실례는 이후에 설명될 바와 같이 이른바 안티 플러터 전류 펄스(anti-flutter current pulse)이다.
도 4a는 램프(1)를 통한 전류의 파형을 도시한다. 다운컨버터 장치(30)는 일정한 크기를 갖는 전류로서 간주될 수 있는 전류를 생성하며 이 전류의 크기는 I30으로서 표시된다. 정류기(13)은 이 DC 전류를 AC 전류로 변환시키며 정류기(13)로부터 출력된 AC 전류는 싸인 파형(sine-shape)이 아니며, 정류기(13)로부터 출력된 출력 전류는 변하는 방향을 갖는 일정한 전류로서 간주될 수 있다. 달리 말하면, 정류기(13)로부터 출력된 출력 전류는 도 4a에 도시된 바와 같이 +I30또는 -I30이다.
HP 램프는 정류 동안 즉 전류 방향이 변하는 짧은 시간 동안에 다소 바람직하지 못한 행동을 보인다. 이 바람직하지 못한 행동은 도 4b에 도시된 바와 같이 정류 이전에 바로 전류를 근소하게 증가시킴으로써 개선될 수 있다.
도 4b는 도 4a에서 도시된 동일한 전류 형태, 즉 다운컨버터 장치(30)에 의해 결정된 크기 I30를 가지지만 시간 t1,t2...에서 방향이 변하는 전류를 도시한다. 도 4b는 또한 정류 시점 tl 이전에 바로 매우 짧은 전류 펄스 Ip가 이 전류에 부가되어 정류 이전의 바로 이 짧은 순간 동안 실제 전류는 크기(I30+ Ip)를 가짐을 보인다. 동일한 전류 펄스가 도 4b에 도시된 바와 같이 -I30에서 +I30으로의 정류 이전에도 바로 부가된다. 이 전류 펄스 Ip의 형상은 본 발명에 있어서 중요한 사항이 아니다. 본 발명의 측면에서 이러한 추가 전류 펄스 Ip가 다운컨버터 장치(30)를 위한 추가 부하를 구성하여 이 장치가 추가 전류를 전달하는 것이 중요하다. 어떠한 노력도 하지 않는다면 이 추가된 전류 펄스 Ip는 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 포지티브 입력 단자(51)에서 감소될 것이다. 이러한 감소량은 캐패시터(50)의 캐패시턴스 값을 증가시킴으로써 한정될 수 있지만 이는 바람직한 방법이 아니다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 부하 전류 변화로 인한 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 입력단에서의 전압 변화는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)에서의 대응하는 전류 변화에 의해서 상쇄될 수 있다.
조기에 언급한 바와 같이, 다운컨버터 스테이지의 출력 전류는 이 다운컨버터 스테이지의 입력단에서의 스위치(44,55)를 제어하는 제어 신호 S에 의해서 제어된다. 간략하게 말하자면, 다운컨버터 스테이지에 의해 생성된 전류는 스위치의 듀티 싸이클에 의존한다. 도 5는 다운컨버터 스테이지의 제어를 설명하는 블록도이다. 다운컨버터 스테이지(31,32)는 간단한 블록으로 표시되며 각기 자신의 제어가능한 스위치(45,55)를 위한 제어 신호(S1,S2)를 제 1 제어 유닛(61) 및 제 2 제어 유닛(62)으로부터 각기 수신한다. 다운컨버터 내의 제어가능한 스위치를 동작하기 위한 제어 신호를 생성하는 이 제어 유닛은 그 자체로 잘 알려져 있기 때문에, 본 명세서에서 보다 상세하게 설명되지 않을 것이다.
제 1 다운컨버터 스테이지(31)를 위한 제 1 제어 유닛(61)은 커맨드 신호SC1를 수신하는 입력단(63)을 가지며 이 커맨드 신호는 제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 출력단(43)에서 예상되는 전류 크기를 나타내는 신호이다. 이 제 1 제어 유닛(61)은 제 1 다운컨버터 스테이지(31)에 의해 생성된 출력 전류가 상기 커맨드 신호의 순간 값을 반영하도록 제 1 다운컨버터 스테이지(31)를 위한 제어 신호 S1를 생성한다. 가령, 본 기술 분야의 당업자가 분명하게 알고 있는 바와 같이 제 1 제어 유닛(61)는 제어 신호 S1의 듀티 싸이클을 조절한다.
이와 마찬가지로, 제 2 다운컨버터 스테이지(32) 내의 제 2 제어 스위치(55)를 위한 제 2 제어 신호 S2를 생성하는 제 2 제어 유닛(62)는 제 2 커맨드 신호 SC2를 수신하는 입력단(64)을 가지며 이 제 2 커맨드 신호는 요구된 순간 출력 전류 크기를 나타낸다. 이 제 2 커맨드 신호 SC2의 형상은 상술된 추가 전류 펄스 Ip를 반영한다. 이와 달리, 제 2 제어 신호 유닛(62)은 추가 전류 펄스 Ip가 생성되도록 하는 제 2 제어 신호 S2를 생성하도록 자체 프로그래밍될 수 있다.
본 발명의 한 구현에서, 제 1 제어 유닛(61)을 위한 커맨드 신호 SC1는 일정한 값을 갖거나 제 1 제어 유닛(61)은 어떠한 커맨드 신호 SC1도 전혀 수신하지 않지만 대신에 일정한 제어 신호 S1를 생성하도록 프로그램될 수 있다. 그러나, 보다 개선된 바람직한 구현에서는, 제 1 제어 유닛(61)은 제 2 제어 유닛(62)을 위한 제 2 커맨드 신호 SC2에 의해서 직접 또는 간접적으로 제어된다. 이 개선된 바림직한 구현의 세 개의 가능한 실시예가 도 5에 도시된다.
제 1 변형에서, 제 2 제어 유닛(62)은 제 1 제어 유닛(61)의 커맨드 입력단(63)에 접속된 출력단(65)을 갖는다. 이로써, 제 2 제어 유닛(62)은 제 1 제어 유닛(61)을 위한 적합한 커맨드 신호를 생성하며 이 신호는 자신의 커맨드 입력단(64)에서 수신되거나 적절한 방식으로 수정된 커맨드 신호 SC2와 동일한다.
제 2 변형에서, 제 1 제어 유닛(61)을 위한 제 1 커맨드 신호 SC1이 제 2 제어 유닛(62)을 위한 제 2 커맨드 신호 SC2와 동일할 수 있는 경우에는, 이 제 2 커맨드 신호 SC2는 도 5에서 (b)로 표시한 바와 같이 두 제어 유닛(61,62)에게 공급된다.
제 1 다운컨버터 스테이지(31)의 동작이 제 2 다운컨버터 스테이지(32)의 부하 변화를 예상하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 특징을 나타내는 제 3 변형은 도 5에서 (c)로서 도시된다. 이 변형에서, 마스터 커맨드 신호 SC는 제 1 출력단(66) 및 제 2 출력단(67)을 갖는 마스터 제어 유닛(65)에 의해 수신된다. 이 마스터 제어 유닛(65)은 그의 제 1 출력단(66)에서 적합한 커맨드 신호 SC1를 생성하며 그의 제 2 출력단(67)에서 적합한 제 2 커맨드 신호 SC2를 생성한다. 제 1 다운컨버터 스테이지(31)가 마스터 커맨드 신호 SC에 의해 제어되는 임의의 부하 변화를 예상하도록 하기 위해서, 마스터 제어 유닛(65)은 제 1 커맨드 신호 SC1에 대해서 근소한 지연을 갖도록 상기 제 2 커맨드 신호 SC2를 생성한다.
도 5를 참조하여 상술된 실시예들은 추가 전류 펄스 Ip와 같은 의도적인 부하 변화를 설명할 수 있다. 도 6은 램프(1)에 의해서 유발되는 변화와 같은 비의도적인 예상되지 않은 상황적 부하 변화를 설명하는 실시예를 도시한다. 가령, 갑작스런 부하 감소는 전압 VM의 바람직하지 못한 증가를 유발시킨다.
도 6에서, 제 1 다운컨버터 스테이지(31)는 커맨드 입력단(63)을 구비하면서 이 커맨드 입력단(63)에서 수신된 커맨드 신호 SC1를 기반으로 하여 제 1 제어 신호 S1를 생성하는 제 1 제어 유닛(61)와 연결되어 있다. 제 2 다운컨버터 스테이지(32)에는 이 스테이지(32)의 출력 상태를 반영하는 출력 신호 S를 제공하는 출력 센서(70)가 제공된다. 설계 사양에 따라서, 이 센서(70)는 그의 출력 신호 S가 제 2 다운컨버터 스테이지(32)에 의해 현재 생성된 순간 전류를 반영하는 전류 센서일 수 있다. 이와 달리, 센서(70)는 그의 출력 신호 S가 순간 램프 전압을 반영하는 전압 센서일 수 있다. 결합형 실시예에서, 출력 신호 S가 순간 램프 전력을 반영하도록 전류 및 전압 모두가 감지될 수 있다.
센서 출력 신호 S가 제 1 제어 유닛(61)의 커맨드 입력단(63)에 바로 접속될 수 있도록 센서(70) 및 제 1 다운컨버터 스테이지(31)를 위한 제 1 제어 유닛(61)이 서로 적응될 수 있다. 이와 달리, 제 1 커맨드 신호 SC1를 제공하기 위해서 센서 출력 신호 S가 어느 정도 수정될 필요가 있다면, 수정 회로(71)가 사용될 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예로만 한정되는 것이 아니다. 이 대신에, 첨부된청구 범위에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 몇 개의 수정 및 변경이 가능하다.
가령, 상술된 실시예에서는 직렬로 구성된 2 개의 다운컨버터 스테이지(31,32)가 사용되었지만, 세 개 이상의 직렬로 구성된 다운컨버터 스테이지가 사용될 수 있다. 이 경우에, (작은 전류 필터링 캐패시터는 해당되지 않지만) 최종 다운컨버터 스테이지에 대해서만 제외하고 각각의 다운컨버터 스테이지의 출력 단자 상에 캐패시터가 접속되는 것이 바람직하며 이로써 각각의 대응하는 후속 다운컨버터 스테이지가 그의 입력단에서 일정한 전압을 수신할 수 있다. 또한, 각각의 다운컨버터 스테이지는 해당 제어 유닛으로부터 제어 신호를 수신하며 이 모든 제어 유닛은 공통 마스터 제어 신호로부터 유도된 해당 커맨드 신호를 수신한다. 이와 달리, 최종 다운컨버터 스테이지에는 이 최종 스테이지에 의해 전달된 전류와 같은 이 최종 스테이지의 출력단에서의 출력 상태를 나타내는 센서 신호를 생성하는 출력 센서가 제공될 수 있으며 이 센서 신호로부터 모든 이전의 다운컨버터 스테이지로 피드백되는 정보가 유도되며 이로써 임의의 부하 변화에도 조기에 응답할 수 있도록 선행하는 다운컨버터 스테이지들의 동작을 제어한다. 모든 경우에, 최종 다운컨버터 스테이지의 출력 상태를 측정함으로써 유도된 정보를 피드백함으로써, 전압 변화가 실제로 발생하기 이전에 선행하는 다운컨버터 스테이지들의 출력단에서의 전압 변화를 상쇄시킬 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에서, 다운컨버터 장치(30)는 각각이 각각의 다운컨버터 스테이지(31,32)와 연결된 두 개의 제어 유닛(61,62)을 구비한 것으로 기술되었다.그러나, 이와 달리, 각각의 다운컨버터 스테이지(31,32)에 접속된 다수의 출력단을 갖는 하나의 제어 유닛만을 가질 수도 있다.

Claims (17)

  1. 가스 방전 램프를 구동하는 방법에 있어서,
    상대적으로 높은 전압 및 상대적으로 낮은 전류를 갖는 제 1 DC 전력을 제공하는 단계와,
    상기 제 1 DC 전력을 상대적으로 낮은 전압 및 상대적으로 높은 전류를 갖는 제 2 DC 전력으로 다운 컨버팅(down conversion)하는 단계와,
    상기 제 2 DC 전력을 바람직하게는 정류기(a commutator)를 통해서 가스 방전 램프로 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 다운 컨버팅 단계는 적어도 두 개의 단계로 수행되며, 상기 적어도 두 개의 단계 중 제 1 단계는 상기 제 1 DC 전력을 상기 제 1 DC 전력의 전압보다 낮지만 상기 제 2 DC 전력의 전압보다 높은 중간의 DC 전압을 갖는 중간의 DC 전력으로 다운 컨버팅하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 두 단계 중 제 2 단계는 상기 중간의 DC 전력을 상기 제 2 DC 전력으로 다운 컨버팅하는 단계를 포함하는
    가스 방전 램프 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모든 다운 컨버팅 단계의 다운 컨버팅 비율은 서로 실질적으로 동일하며,
    상기 모든 다운 컨버팅 단계의 다운 컨버팅 비율은 각각의 다운 컨버팅 단계에 대해서 입력 DC 전압 대 출력 DC 전압의 비율로서 규정되는
    가스 방전 램프 구동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 다운 컨버팅 단계는 하나의 공통 제어 신호로부터 유도된 제어 신호에 의해서 제어되는
    가스 방전 램프 구동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    후속하는 다운 컨버팅 단계의 제어는 선행하는 다운 컨버팅 단계의 제어에 대해서 근소하게 지연되는
    가스 방전 램프 구동 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제어 정보가 상기 제 2 DC 전력의 전압 및/또는 전류로부터 유도되며,
    상기 제어 정보가 피드백되어 선행하는 다운 컨버팅 단계를 제어하는
    가스 방전 램프 구동 방법.
  6. 가스 방전 램프 구동 장치 내에서 사용되는 다운컨버터 디바이스로서,
    직렬로 접속된 적어도 두 개의 다운컨버터 유닛을 포함하는
    다운컨버터 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제 1 다운컨버터 유닛은 제 2 다운컨버터 유닛의 입력 단자에 접속된 출력 단자를 가지며,
    상기 다운컨버터 디바이스는 상기 제 1 다운컨버터 유닛의 각각의 출력 단자에 접속된 단자를 갖는 캐패시터를 더 포함하는
    다운컨버터 디바이스.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 각 다운컨버터 유닛은 제어가능한 구성 요소를 포함하며,
    상기 각 다운컨버터 유닛은 상기 제어가능한 구성 요소를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어 유닛들과 연결되고,
    상기 각 제어 유닛은 커맨드 신호를 수신하는 커맨드 입력단을 가지며 그의 입력단에서 수신된 커맨드 신호에 응답하여 그의 제어 신호를 생성하고,
    상기 다운컨버터 디바이스는 하나의 공통 마스터 커맨드 신호로부터 유도된 모든 커맨드 신호를 생성하는 수단을 더 포함하는
    다운컨버터 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    후속하는 제어 유닛은 마스터 커맨드 신호를 수신하는 입력단 및 선행하는 제어 유닛의 커맨드 입력단에 접속된 출력단을 갖는
    다운컨버터 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 유닛들의 커맨드 입력단은 동일한 커맨드 신호를 수신하도록 함께 접속된
    다운컨버터 디바이스.
  11. 제 8 항에 있어서,
    마스터 커맨드 신호를 수신하는 입력단 및 상기 제어 유닛들의 커맨드 입력단에 접속된 출력단을 갖는 마스터 제어 유닛을 더 포함하는
    다운컨버터 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마스터 제어 유닛은 선행하는 제어 유닛을 위한 커맨드 신호에 대해서 근소하게 지연되도록 후속하는 제어 유닛을 위한 커맨드 신호를 생성하는
    다운컨버터 디바이스.
  13. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    최종 다운컨버터 유닛에는 상기 최종 다운컨버터 유닛의 출력 상태를 반영하는 센서 신호를 생성하는 출력 센서가 제공되며,
    선행하는 다운컨버터 유닛은 상기 선행하는 다운컨버터 유닛과 연결된 제어 유닛으로부터 제어 신호를 수신하는 제어가능한 구성 요소를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 센서 출력 신호로부터 유도된 정보를 수신하도록 접속된 커맨드 입력단을 갖는
    다운컨버터 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 출력 신호는 상기 제어 유닛의 상기 커맨드 입력단에 직접 접속된
    다운컨버터 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 출력 신호는 수정 회로(a modifier)에 접속되며,
    상기 수정 회로의 출력 신호는 상기 제어 유닛의 상기 커맨드 입력단에 접속된
    다운컨버터 디바이스.
  16. 제 13 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 전류 센서 또는 전압 센서 또는 이들 모두를 포함하는
    다운컨버터 디바이스.
  17. UHP 램프인 가스 방전 램프를 구동하는 구동 장치에 있어서,
    AC 메인 전압을 수신하는 입력단(2)과,
    상기 AC 입력 전압을 DC 출력 전압으로 변환하는 AC/DC 변환기와,
    상기 AC/DC 변환기의 출력단에 접속된 입력단과, 출력단을 구비하며, 그의 입력단에서 수신된 DC 전압을 그의 출력단에서 DC 출력 전류로 변환시키는 다운컨버터 디바이스와,
    구동될 가스 방전 램프로 접속되어 있는 출력단과,
    상기 다운컨버터 디바이스의 상기 출력단과 상기 가스 방전 램프에 접속된 출력단 간에 접속된 정류기(a commutator)를 포함하되,
    상기 구동 장치는 제 6 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른, 멀티플-스테이지 다운컨버터 디바이스(a multiple-stage downconverter device)를 포함하는
    가스 방전 램프 구동 장치.
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