<Desc/Clms Page number 1>
Schakelinrichting
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor het bedrijven van een last vanuit een voedingsspanning voorzien van - ingangsklemmen voor aansluiting op polen van een voedingsspanningsbron, - een circuitdeel V voor het beperken van een tijdens bedrijf ten gevolge van de voedingsspanning door de ingangsklemmen vloeiende ingangsstroom, bevattende een eerste veldeffecttransistor SI voorzien van twee hoofdelectrodes en een stuurelectrode en zodanig gekoppeld met een ingangsklem dat de ingangsstroom tijdens bedrijf door beide hoofdelectrodes van de veldeffecttransistor SI Een dergelijke schakelinrichting is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP 375020.
In de bekende schakelinrichting is de stuurelectrode van de veldeffecttransistor gekoppeld met een stuurcircuit dat op de stuurelectrode een signaal genereert dat een maat is voor de momentane waarde van de voedingsspanning. Ingeval de voedingsspanning een relatief hoge waarde bereikt genereert het stuurcircuit een signaal op de stuurelectrode dat de impedantie van de veldeffecttransistor tussen de beide hoofdelectroden doet toenemen. Aangezien de ingangstroom door de beide hoofdelectrodes van de veldeffecttransistor vloeit wordt door de toenemende impedantie van de veldeffecttransistor tussen de hoofdelectrodes bewerkstelligd dat de ingangstroom wordt beperkt. De bekende schakelinrichting is aldus effectief tegen het optreden van een relatief hoge ingangstroom die zonder bescherming op kan treden bij zogenaamde de voedingsspanning of als inschakelverschijnsel.
Een dergelijke relatief hoge ingangstroom zou verkorting van de levensduur of zelfs destructie van componenten van de schakelinichting tot gevolg kunnen hebben. Een nadeel van de bekende schakelinrichting is dat de aanwezigheid van een stuurcircuit de schakelinrichting relatief duur en gecompliceerd maakt.
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding beoogt een schakelinrichting te verschaffen waarin het circuitdeel V voor het beperken van de ingangstroom op een relatief goedkope en eenvoudige wijze is gerealiseerd.
Een schakelinrichting zoals in de aanhef genoemd is daartoe gekenmerkt doordat de eerste veldeffecttransistor S l van het type "depletion FET" is en uitsluitend via de hoofdelectrodes gekoppeld is met de ingangsklemmen van de schakelinrichting.
Een schakelinrichting volgens de uitvinding bevat geen stuurcircuit voor het opwekken van een signaal voor het bemvloeden van de impedantie van de veldeffecttransistor tussen de hoofdelectrodes. Door het ontbreken van een stuurcircuit is de schakelinrichting relatief eenvoudig van opbouw en daardoor relatief goedkoop. In geval de voedingsspanning relatief laag is gedraagt de veldeffecttransistor in een
EMI2.1
schakelinrichting volgens de uitvinding zich ongeveer als een ohmse weerstand. Bij een relatief hoge voedingsspanning echter, gedraagt de veldeffecttransistor zieh ongeveer als een stroombron. Dit betekent dat de ingangsstroom over een zeker bereik van de voedingsspanning onafhankelijk is van deze voedingsspanning.
Aldus is bewerkstelligd dat de ingangsstroom bij een relatief hoge waarde van de voedingsspanning door de veldeffecttransistor wordt beperkt.
In een voordelige uitvoeringsvorm van een schakelinrichting volgens de uitvinding bevat het circuitdeel. V voor het beperken van de ingangsstroom een verdere veldeffecttransistor S2 voorzien van twee verdere hoofdelectrodes en een verdere stuurelectrode waarbij de verdere veldeffecttransistor van het type "depletion 3iET" is en uitsluitend via de verdere hoofdelectrodes met de ingangsklemmen van de schakelinrichting gekoppeld is en waarbij de eerste veldeffecttransistor 81 in serie is geschakeld met de verdere veldeffecttransistor S2 doordat een hoofdelectrode van veldeffecttransistor SI is verbonden met een overeenkomstige hoofdelectrode van veldeffecttransistor S2.
In geval de voedingsspanning een wisselspanning is, is een aldus uitgevoerd circuitdeel V in staat om de ingangsstroom in twee richtingen te beperken. In schakelinrichtingen volgens de uitvinding waarin de ingangsklemmen gekoppeld zijn met
<Desc/Clms Page number 3>
gelijkrichtmiddelen voor het gelijkrichten van de voedingsspanning kan een aldus uitgevoerd circuitdeel V aan de ingangszijde van de gelijkrichtmiddelen geplaatst worden. Een belangrijk voordeel hiervan is dat de gelijkrichtmiddelen niet gedimensioneerd hoeven te zijn voor het eventuele optreden van een relatief hoge voedingsspanning.
Als veldeffecttransistor kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een "junction FET" of een "depletion MOS-FET". Gebleken is dat deze beide halfgeleiderelementen de ingangsstroom van een schakelinrichting volgens de uitvinding op effectieve wijze beperken.
In geval de veldeffecttransistoren in het circuitdeel V"junction FETs" zijn, is het mogelijk om een goede stroombeperkende werking te realiseren indien de stuurelectrodes met geen enkele andere component van de schakelinrichting verbonden zijn. Gevonden is eveneens dat, in geval het circuitdeel V meer dan één "junction FET" bevat, een goede stroombeperkende werking van het circuitdeel V gerealiseerd kan worden ingeval de stuurelectrodes van de in circuitdeel V aanwezige "junction FETs" via een geleidende keten verbonden zijn.
Tevens is gebleken dat zowel bij gebruikmaking van"junction FETs"als wel bij gebruikmaking van "depletion MOSFETs" in het circuitdeel V een goede stroombeperkende werking wordt verkregen in geval de stuurelectrode ("gate") van elke veldeffecttransistor door middel van een geleidende keten verbonden is met een hoofdelectrode ("drain") van dezelfde veldeffecttransistor.
Het is voordelig, met name in geval het circuitdeel V meerdere veldeffecttransistoren bevat, om het circuitdeel V als een gemtegreerd circuit uit te voeren.
De uitvinding kan op zeer voordelige wijze worden toegepast in een schakelinrichting voor het bedrijven van een ontladingslamp, meer in het bijzonder een lagedrukkwikontladingslamp. Schakelinrichtingen voor het bedrijven van ontladingslampen zijn veelal voorzien van relatief gecompliceerde en dure onderdelen zoals bijvoorbeeld een DC-DC convertor en/of een DC-AC-convertor voor het opwekken van een hoogfrequente stroom. Door gebruik te maken van de uitvinding is het mogelijk om op een relatief goedkope en eenvoudige wijze een circuitdeel voor het beperken van de ingangsstroom te realiseren waardoor aan de dimensionering van de genoemde onderdelen minder hoge eisen behoeven te worden gesteld. Deze onderdelen
<Desc/Clms Page number 4>
kunnen daardoor met behulp van relatief goedkope componenten worden gerealiseerd.
Uitvoeringsvoorbeelden van een schakelinrichting volgens de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van een tekening.
In de tekening toont figuur 1 een schematische weergave van de opbouw van een uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding ;
Figuur 2a en figuur 2b tonen eveneens een schematische weergave van de opbouw van een uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding ;
Figuur 3 toont een aantal uitvoeringsvoorbeelden van een circuitdeel V deel uitmakend van de schakelinrichtingen getoond in figuur 1 en figuur 2, en
Figuur 4 toont een schematische weergave van stroomspanningskarakteristieken van de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V.
De in figuur 1 getoonde schakelinrichting is geschikt om met behulp van een gelijkspanning te worden gevoed. In figuur 1 zijn Kl en K2 klemmen geschikt voor aansluiting op een voedingsspanningsbron. V is een circuitdeel voor het beperken van een tijdens bedrijf ten gevolge van een door de voedingsspanningsbron geleverde voedingsspanning door de ingangsklemmen vloeiende ingangsstroom. Circuitdeel B is het resterende deel van de schakelinrichting en La is een met circuitdeel B gekoppelde last. Het circuitdeel B kan bijvoorbeeld gevormd worden door een DC-AC-convertor en de last La kan een ontladingslamp zijn. Circuitdeel V is via klem K3 gekoppeld met ingangsklem Kl en via klem K4 gekoppeld met een ingang van circuitdeel B.
Ingangsklem K2 is gekoppeld met een verdere ingang van circuitdeel B.
De werking van de in figuur 1 getoonde schakelinrichting is als volgt.
In geval de ingangsklemmen Kl en K2 zijn aangesloten op een voedingsspanningsbron, die een gelijkspanning levert, vloeit er een ingangsstroom door de circuitdelen V en B en wordt de last La bedreven. Indien het potentiaalverschil tussen klemmen K3 en K4 relatief hoog is, bijvoorbeeld als gevolg van een hoge momentane waarde van de amplitude van de door de voedingsspanningsbron geleverde gelijkspanning ofwel als gevolg van een inschakelverschijnsel, beperkt het circuitdeel V de door de
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
schakelinrichting opgenomen ingangsstroom.
De in figuur 2a en figuur 2b getoonde schakelinrichtingen zijn geschikt om te worden gevoed met behulp van een voedingsspanning van wisselende polariteit.
In figuur 2a en figuur 2b zijn de componenten en circuitdelen, die met behulp van dezelfde symbolen worden aangeduid overeenkomstig de componenten en circuitdelen van het in figuur 1 getoonde uitvoeringsvoorbeeld. DB is een diodebrug voor het dubbelfasig gelijkrichten van de voedingsspanning en C is een buffercondensator.
Ingangsklemmen van de diodebrug DB zijn in het in figuur 2a getoonde uitvoeringsvoorbeeld verbonden met ingangsklemmen Kl en K2. Een uitgangsklem van de diodebrug DB is verbonden met klem K3 van circuitdeel V. Klem K4 van circuitdeel V is verbonden met een eerste zijde van buffercondensator C en een eerste ingang van circuitdeel B. Een verdere zijde van buffercondensator C is verbonden met een verdere uitgangsklem van de diodebrug DB en met een verdere ingang van circuitdeel B. De last La is gekoppeld met circuitdeel B.
Het in figuur 2b getoonde uitvoeringsvoorbeeld verschilt van het in figuur 2a getoonde uitvoeringsvoorbeeld uitsluitend doordat het circuitdeel V op een andere plaats in de schakelinrichting is opgenomen in het in figuur 2b getoonde uitvoeringsvoorbeeld is het circuitdeel V via klem K3 gekoppeld met ingangsklem Kl en via klem K4 gekoppeld met een eerste ingang van diodebrug DB.
De werking van de in figuur 2a en 2b getoonde schakelinrichtingen is als volgt. In geval de ingangsklemmen Kl en K2 zijn aangesloten op een voedingsspanningsbron die een voedingsspanning van wisselende polariteit levert, vloeit er door circuitdeel V een ingangsstroom. Het potentiaalverschil tussen klemmen K3 en K4 kan met name in bedrijf stellen van de schakelinrichting een relatief hoge waarde bereiken doordat de buffercondensator C nog niet opgeladen is. In een later stadium, bij stationair bedrijven van de last La, kan het potentiaalverschil tussen klemmen K3 en K4 een relatief hoge waarde bereiken door de aanwezigheid van een zogenaamde"transient voedingsspanning. In geval het potentiaalverschil tussen klemmen K3 en K4 relatief hoog is, beperkt circuitdeel V de ingangsstroom.
In het in figuur 2a getoonde uitvoeringsvoorbeeld vloeit de ingangsstroom uitsluitend van klem K3 naar klem K4. Dit heeft tot gevolg dat het circuitdeel V in dit uitvoeringsvoorbeeld slechts in staat behoeft te zijn om in een richting de ingangsstroom te beperken. In het in figuur 2b getoonde uitvoeringsvoorbeeld, echter, vloeit de ingangstroom, afhankelijk van de momentane polariteit van de voedingsspanning, afwisselend van klem K3 naar
<Desc/Clms Page number 6>
:klem K4 en van klem K4 naar klem K3. In het in figuur 2b getoonde uitvoeringsvoorbeeld moet het circuitdeel V in staat zijn de ingangsstroom in twee richtingen te beperken.
Dit stelt hogere eisen aan het circuitdeel V maar dat wordt ten dele gecompenseerd doordat de diodebrug DB in het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 2b niet gedimensioneerd hoeft te zijn op het optreden van een relatief hoge spanningsval over de diodes in de sperrichting. In het uitvoeringsvoorbeeld getoond in figuur 2a kan een dergelijke dimensionering wel noodzakelijk zijn.
In de uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V getoond in figuur 3 worden de klemmen K3 en K4 gevormd door hoofdelectrodes van veldeffectransistoren die deel uitmaken van het circuit V. Figuur 3 (a) 1 tim figuur 3 (a) 3 toont uitvoeringsvoorbeelden van het circuitdeel V, die de door het circuitdeel V vloeiende ingangsstroom slechts in een richting kunnen beperken. Deze uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V kunnen toegepast worden in de uitvoeringsvoorbeelden van een schakelinrichting volgens de uitvinding getoond in figuur 1 en in figuur 2a, echter niet in het uitvoeringsvoorbeeld getoond in figuur 2b. Figuur 3 (b) l t/m figuur 3 (b) 3 toont uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V geschikt voor gebruik in het uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding getoond in figuur 2b.
Figuur 3 (a) l toont een veldeffecttransistor van het type "junction PET".
Klemmen K3 en K4 worden respectievelijk gevormd door de "drain" en de "source" van deze"junction FET". De stuurelectrode (g), ook wel "gate" genaamd is in dit uitvoeringsvoorbeeld zwevend.
Figuur 3 (a) 2 toont eveneens een veldeffecttransistor van het type "junction FET". Ook in dit uitvoeringsvoorbeeld worden klemmen K3 en K4 respectievelijk
EMI6.1
gevormd door de (g) is in dit uitvoeringsvoorbeeld door middel van een geleidende keten CH verbonden met de
Figuur 3 (a) 3 toont een veldeffecttransistor van het type "depletion MOSFET". Klemmen K3 en K4 worden respectievelijk door de "drain" en de "source" gevormd. De "gate" (g) is door middel van een geleidende keten CH verbonden met de "source".
Figuur 3 (b) l toont twee in serie geschakelde veldeffecttransistoren van het type "junction FET". Klem K3 wordt gevormd door de "drain" van een eerste"junction FET". De "source" van dé eerste "junction PET" is geleidend verbonden met de
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
"source" een tweede"junction de tweede"junction FET" vormt in dit uitvoeringsvoorbeeld klem K4. De"gate" van de eerste FET"is door middel van een geleidende keten CH verbonden met de (g2) van de tweede"junction Figuur 3 toont eveneens twee in serie geschakelde veldeffecttransistoren van het type"junction Klem K3 wordt gevormd door de "drain" een eerste"junction de eerste"junction door middel van een geleidende keten CH1 verbonden met de van de eerste "junction FET"en met de een tweede FET". De de tweede"junction in dit uitvoeringsvoorbeeld klem K4.
De de tweede"junction door middel van een geleidende keten CH2 verbonden met de "gate" (g2) van de tweede"junction Figuur 3 toont twee in serie geschakelde veldeffecttransistoren van het type"depletion K3 wordt gevormd door de een eerste "depletion MOS-FET". De de eerste"depletion door middel van een geleidende keten CH1 verbonden met de van de eerste MOS-FET". De van de eerste"depletion verbonden met de "source" een tweede de tweede MOS-FET vormt in dit uitvoeringsvoorbeeld klem K4 en is door middel van een geleidende keten CH2 verbonden met de (g2) van de tweede MOSFET.
In figuur 4a en figuur 4b is langs de horizontale as spanning en langs de verticale as stroom uitgezet in een relatieve maat. Figuur 4a toont op schematische wijze de stroom-spanningskarakteristiek van de uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V, die zijn weergegeven in figuur 3a. De curve in figuur 4a toont de stroom die door het circuitdeel V vloeit als functie van het potentiaalverschil VK3K4 aanwezig tussen klemmen K3 en K4 van hei circuitdeel V. Te zien is dat voor relatief lage positieve waarden van VK3K4 de stroom nagenoeg evenredig met VK3K4 toeneemt. In dit bereik van het potentiaalverschil VK3K4 gedraagt het circuitdeel V zich dus ongeveer als een ohmse weerstand.
In geval echter het potentiaalverschil VK3K4 toeneemt tot waarden hoger dan de in figuur 4a aangegeven waarde VI, blijft de stroom nagenoeg gelijk aan de waarde die wordt bereikt indien het potentiaalverschil VK3K4 gelijk is aan VI. Dit gedrag blijft nagenoeg ongewijzigd ingeval het potentiaalverschil VK3K4 kleiner is dan
<Desc/Clms Page number 8>
een eveneens in figuur 4a aangegeven waarde V2. Voor waarden van het potentiaalverschil VK3K4 hoger dan V2 neemt de stroom zeer sterk als functie van het potentiaalverschil toe. Bij negatieve waarden van het potentiaalverschil VK3K4 gedraagt het circuitdeel V zich ongeveer als een diode en er treed geen stroombegrenzing op. De uitvoeringsvoorbeelden van het circuitdeel V die worden getoond in figuur 3a hebben dus uitsluitend een stroombeperkende werking in geval het potentiaalverschil VK3K4 groter is dan VI en kleiner dan V2.
De waarden VI en V2 worden uiteraard bepaald door de dimensionering en het type van de veldeffecttransistor waarvan gebruik wordt gemaakt. Figuur 4b toont op schematische wijze de stroom-spanningskarakteristiek van de uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V, die zijn weergegeven in figuur 3b. Te zien is dat deze stroom-spanningskarakteristiek symmetrisch is ten opzichte van het punt (VK3K4=0, 1=0). Tevens is de stroom-spanningskarakteristiek voor positieve waarden van het potentiaalverschil VK3K4 overeenkomstig de stroom-spanningskarakteristiek getoond in figuur 4a die hierboven werd beschreven voor de uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V die worden getoond in figuur 3a.
Dit betekent dat voor de uitvoeringsvoorbeelden van circuitdeel V getoond in figuur 3b stroombegrenzing niet alleen optreedt voor waarden van VK3K4 tussen VI en V2 maar tevens voor waarden van VK3K4 tussen-VI en-V2. Aldus is zijn uitvoeringsvormen van circuitdeel V gerealiseerd, die de stroom in twee richtingen beperken. Voor waarden van VK3K4 hoger dan V2 of lager-V2 neemt de stroom als functie van de spanning zeer sterk toe.
Voor waarden van VK3K4 kleiner dan VI en groter dan-VI bestaat een nagenoeg lineair verband tussen de stroom en de waarde van VK3K4 zodat in dit gebied het circuitdeel V zieh nagenoeg als. een ohmse weerstand gedraagt.