가스 방전 램프를 작동하기 위한 작동 장치 및 방법 document_id A220623010250

본 발명은 고압 가스 방전 램프들을 작동하기 위한 작동 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 고압 가스 방전 램프들의 스타트업 동안에 발생하는 문제들을 해결한다. 이하에서는 고압 방전 램프들이 짧게 램프들로 표기되기도 한다. 고압 방전 램프는 시동 장치(starting device)에 의해 제공되는 높은 전압에 의해 시동될 필요가 있다. 시동된 후, 램프는 스타트업 단계 동안에 시동 온도로부터 작동 온도로 가열된다. 시동 이후에 램프에 인가되는 전압은 가동 전압(running voltage)이라고 하며, 상기 가동 전압은 넓은 범위 내에 있으며, 실질적으로 램프 전류의 영향을 받지 않는다. 상기 가동 전압은 스타트업 단계 동안에 시동 가동 전압으로부터 작동 가동 전압까지 상승한다. 스타트업 단계는 가스 방전 램프가 적절하게 작동하는 경우 작동 단계에 이어서 실시된다. 램프 기술에서는 고압 가스 방전 램프와 저압 가스 방전 램프가 구별된다. 고압 가스 방전 램프의 경우, 램프 작동에 있어서 스타트업 단계동안 램프관 내 압력이 초기 압력으로부터 작동 압력으로 증가하는 것이 필수적이다. 이는 하기에 기술되는 본 발명이 고압 가스 방전 램프에서 매우 바람직하게 사용될 수 있는 이유가 된다. 물론 본 발명은 저압 가스 방전 램프에도 사용될 수 있다. 작동 단계 동안에는 작동 장치가 램프의 전력을 목표 전력으로 조절하는 것이 일반적이다. 스타트업 단계 동안에는 가동 전압이 낮기 때문에, 스타트업 단계 동안 단지 전력 조절만을 수행하는 경우 목표 전력을 세팅하기 위해 높은 램프 전류가 요구된다. 이러한 전류는 작동 단계 동안의 램프 전류보다 수 배 더 높을 수 있다. 그 결과 램프 전극들이 손상될 수 있다. 따라서 종래 기술에서는 스타트업 단계 동안 작동 장치에 의해 램프로 공급되는 전류가 일정한 스타트업 전류로 제한된다. 그러므로 스타트업 단계의 적어도 제 1 섹션 동안에는 램프에 일정한 스타트업 전류가 공급된다. 스타트업 단계가 진행됨에 따라 가동 전압이 상승한다. 가동 전압이 일정한 전류와 함께 요구되는 목표 전력을 발생시키는 값에 도달하면, 전력 조절이 동작하기 시작된다. 가동 전압에서의 추가 상승의 이벤트에서, 램프 전류는 상기 전력 조절에 의하여 목표 전력이 세팅되는 범위로 감소된다. 가동 전압이 작동 가동 전압의 값에 도달하면, 스타트업 단계가 종료된다. 작동 가동 전압은 제조 공차(tolerance)를 가지며, 또한 램프의 수명 동안 변동한다. 따라서 작동 가동 전압은 목표 전력에서 본래 일정하게 유지되는 가동 전압으로 정의된다. 변동을 없애기 위해, 대체로 가동 전압이 시간에 따른 평균값으로 측정된다. 작동 가동 전압은 상기 작동 가동 전압과 함께 목표 전력을 발생시키는 작동 가동 전류와 상관 관계가 있다. 스타트업 전류의 값에 대하여 다음의 것이 고려될 필요가 있다: 스타트업 단계 동안에는 램프 내 압력 및 가동 전압이 작동 가동 전압에 도달할 때까지 끊임없이 증가하기에 충분한 전력이 램프로 도입될 필요가 있다. 그렇지 않으면 스타트업 단계 동안 램프가 안정 상태에 머무르게 되고 목표 전력에 도달되지 않는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황을 확실하게 방지하기 위해, 종래 기술에서는 작동 램프 전류보다 훨씬 더 높은 스타트업 전류가 선택된다. 이는 US 제 5,083,065호(Sakata) 명세서에서 설명된다. 상기 명세서에서 전력 조절은 되지 않고 단지 램프 전류만 작동 주파수에 의해 세팅되는 작동 장치가 기술되어 있다. 전체 스타트업 단계 동안 제어 유닛은 가동 전압의 상승을 검출하고, 상기 가동 전압의 상승폭이 너무 큰 경우에는 작동 주파수를 증가시킨다. 그러므로 램프 전류의 값이 간접적으로 제한된다. 스타트업 전류의 선택에 있어서의 일 양상에서, 최대한 짧은 시간 안에 목표 광속(luminous flux)을 달성하기 위해서는 최대한 짧은 스타트업 단계가 요구된다. 이러한 요구는 높은 스타트업 전류에 의해 달성된다. 그러나 스타트업 전류가 높다는 것은 전극들에 가해지는 부하가 크다는 것을 뜻하며, 이는 전극들의 손상을 초래함으로써 램프의 수명을 단축시킨다. 전극들은 용융 및 부식을 야기하는 과열에 의해 손상되거나 또는 고속으로 전극에 부딪치는 이온들에 의해 야기되는 소위 스퍼터링(sputtering)에 의해 손상된다. 종래 기술에 따른 작동 장치의 경우, 많은 애플리케이션들에 대한 스타트업 작동은 지나치게 길다.