<Desc/Clms Page number 1>
Schakelinrichting
De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor het voeden van een last bevattende - ingangsklemmen voor aansluiting op polen van een voedingsspannings- bron, - een keten die de ingangsklemmen met elkaar verbindt en die een varistor bevat.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een fysieke component Z waarin een varistor en een BOD zijn geïntegreerd.
Een schakelinrichting zoals in de openingsparagraaf genoemd is bekend uit US 4, 563, 120. De bekende schakelinrichting is ontworpen om gevoed te worden met behulp van een laagfrequente wisselspanning zoals bijvoorbeeld de netspanning. De keten bestaat in de bekende schakelinrichting uit een varistor die de beide ingangsklemmen verbindt. In geval de voedingsspanning wordt geleverd door een voedingsspanningsbron die aan een (veelal groot) aantal gebruikers dezelfde voedingsspanning levert, kunnen door uiteenlopende oorzaken transients ontstaan. Onder transients valt hier te verstaan spanningspieken met een relatief hoge amplitude (vaak in de orde van 1000 Volt) die gedurende een relatief geringe tijdsduur gesuperponeerd op de voedingsspanning aanwezig zijn.
Indien de schakelinrichting niet voorzien is van een "transient suppressor" kan het optreden van dergelijke transients schade toebrengen aan de componenten waaruit de schakelinrichting is opgebouwd. In de bekende schakelinrichting wordt de transient suppressor gedeeltelijk gevormd door de varistor. De varistor is zo gekozen dat hij bij normale waarden van de amplitude van de voedingsspanning slechts een verwaarloosbare stroom voert. In geval zieh een transient voordoet echter, neemt de stroom door de varistor sterk toe. Doordat de stroom door de varistor sterk toeneemt wordt de transient in belangrijke mate onderdrukt.
Een nadeel van de bekende schakelinrichting is dat de spanning tussen de ingangsklemmen (= de spanning over de varistor) bij het optreden van een transient nog altijd toeneemt tot een waarde die
<Desc/Clms Page number 2>
aanzienlijk hoger is dan de maximale amplitude van de voedingsspanning. Om hiervoor te compenseren is het mogelijk om bijvoorbeeld de transient suppressor met een relatief groot aantal componenten uit te breiden waardoor deze relatief gecompliceerd en duur wordt. Anderszins is het mogelijk om de componenten van de schakelinrichting zodanig te dimensioneren dat zij bestand zijn tegen de spanning die tussen de ingangsklemmen aanwezig is in geval van een transient. Deze laatste maatregel maakt de schakeling eveneens duur.
De uitvinding beoogt een schakelinrichting te verschaffen waarin met behulp van relatief weinig en relatief goedkope componenten een efficiënte beveiliging tegen transients en andere pulsvormige spanningen is gerealiseerd.
Een schakelinrichting zoals in de aanhef beschreven is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de keten een serieschakeling van de varistor en een BOD bevat.
Onder een BOD wordt verstaan een halfgeleider element van het type "Break over diode". In geval zich een transient voordoet, gesuperponeerd op de voedingsspanning die aanwezig is tussen de ingangsklemmen van een schakelinrichting volgens de uitvinding, neemt de spanning over de keten eerst toe tot een waarde waarbij de BOD "doorslaat". Deze waarde van de spanning over de keten is weliswaar relatief hoog doch wordt slechts gedurende een zeer kort tijdsinterval bereikt. Na het doorslaan van de BOD voeren zowel de varistor als de BOD stroom en daalt de spanning over de keten tot een waarde die vrijwel volledig wordt bepaald door de varistor aangezien de spanningsval over de BOD in geleidende toestand verwaarloosbaar klein is.
Door een geschikte dimensionering van de BOD en de varistor te kiezen is het mogelijk om te realiseren dat de keten bij normale waarden van de amplitude van de voedingsspanning nauwelijks stroom voert (ofwel dat de spanning over de keten waarbij de BOD doorslaat hoger is dan de maximale amplitude van de voedingsspanning), terwijl de spanning over de keten na doorslag van de BOD tijdens een transient lager is dan de spanning waarbij de BOD doorslaat en slechts weinig hoger dan de maximale amplitude van de laagfrequente wisselspanning. Hierdoor behoeven de componenten van de schakelinrichting niet gedimensioneerd te worden voor een relatief grote amplitude van de spanning tussen de ingangsklemmen tijdens transients doch slechts voor de amplitude van de spanning over
<Desc/Clms Page number 3>
de keten na doorslag van de BOD.
Aldus is in een schakelinrichting volgens de uitvinding een zeer efficiënte transient suppressor met relatief eenvoudige middelen gerealiseerd.
Opgemerkt zij dat het eveneens mogelijk is om in een schakelinrichting volgens de uitvinding de keten die de serieschakeling van de varistor en de BOD bevat zodanig uit te voeren dat deze keten bewerkstelligt dat een in de schakelinrichting gegenereerde pulsvormige spanning geen transient op het voedingsspanningsnet doet ontstaan. In een schakelinrichting die een serieschakeling omvattend een inductief element en een capacitief element bevat, kunnen bijvoorbeeld pulsvormige spanningen worden gegenereerd tijdens het uitschakelen van de schakelinrichting. In geval echter de serieschakeling omvattend een inductief element en een capacitief element overbrugd wordt door de serieschakeling van de varistor en de BOD wordt een zodanige demping van de pulsvormige spanningen bewerkstelligd dat het optreden van transients op het voedingsspanningsnet in sterke mate wordt onderdrukt.
Goede resultaten zijn bereikt met een schakelinrichting volgens de uitvinding waarin de schakelinrichting geschikt is om gevoed te worden met behulp van een laagfrequente wisselspanning.
Doordat de transient suppressor in een schakelinrichting volgens de uitvinding uit zeer weinig componenten bestaat en toch transients efficient onderdrukt, is het bijzonder voordelig gebleken om een schakelinrichting volgens de uitvinding te gebruiken voor het voeden van een lamp. Schakelinrichtingen voor het voeden van een lamp zijn veelal noodzakelijkerwijs zeer compact uitgevoerd. Dit laatste geldt meer in het bijzonder voor compacte lagedrukkwikontladingslampen, waarin de schakelinrichting om de lamp te voeden met de lamp is geïntegreerd. Om dezelfde reden is het voordelig in geval de varistor en de BOD als één fysieke component Z zijn uitgevoerd.
Een uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een tekening.
In de tekening toont Fig. 1 een schematische weergave van de opbouw van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding ;
Fig. 2 toont een schematische weergave van de opbouw van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding, en
<Desc/Clms Page number 4>
Fig. 3 toont het verloop van de amplitude van de spanning over een deel van de in Fig. 2 getoonde schakelinrichting tijdens het optreden van een transient.
In Fig. 1 vormen Kl en K2 ingangsklemmen voor aansluiting op polen van een voedingsspanningsbron. De voedingspanningsbron wordt in geval van het in Fig. 1 getoonde uitvoeringsvoorbeeld gevormd door een wisselspanningsbron die een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz en een maximale amplitude van ongeveer 310 Volt levert. Ingangsklemmen Kl en K2 zijn verbonden door middel van een keten die wordt gevormd door een serieschakeling van een varistor V en een BOD DD.
Ingangsklemmen Kl en K2 zijn eveneens verbonden met respectieve ingangen van diodebrug D. Een eerste uitgang van diodebrug D is verbonden met een eerste ingang van ballastcircuit B voor het voeden van een lamp. Een tweede uitgang van diodebrug D is verbonden met een tweede ingang van ballastcircuit B. De eerste en de tweede uitgang van de diodebrug zijn tevens verbonden met behulp van een condensator C. Op uitgangskletnmen van ballastcircuit B is een lamp La aangesloten.
De werking van de in Fig. 1 getoonde schakelinrichting is als volgt.
In geval tussen ingangsklemmen Kl en K2 een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz en een amplitude van ongeveer 310 Volt aanwezig is, wordt deze spanning door de diodebrug D gelijkgericht. De gelijkgerichte wisselspanning laadt condensator C op zodat over condensator C tijdens stationair bedrijf een gelijkspanning aanwezig is. Het ballastcircuit B wekt uit deze gelijkspanning een lampstroom door de lamp La op. In geval op de wisselspanning aanwezig tussen de ingangsklemmen een transient gesuperponeerd is, neemt aan het begin van de transient de amplitude van de spanning over de keten gevormd door varistor V en BOD DD toe totdat de doorslagspanning van de BOD DD is bereikt. Als gevolg hiervan neemt ook de spanning over condensator C toe.
Onmiddellijk na het doorslaan van de BOD DD daalt de spanning tussen de ingangsklemmen aanzienlijk tot een waarde die goeddeels door de varistor V bepaald wordt en die (tenzij de amplitude van de transient uitzonderlijk groot is) slechts weinig hoger is dan de maximale amplitude van de wisselspanning. De spanning over de condensator C neemt als gevolg hiervan af. De spanning over de condensator C bereikt dus slechts gedurende een zeer kort tijdsinterval aan het begin van de transient een waarde die hoger is dan de waarde bij afwezigheid van transients. Als gevolg hiervan
<Desc/Clms Page number 5>
worden de componenten van ballastcircuit B tijdens het optreden van transients niet blootgesteld aan de hoge spanning die over condensator C aanwezig zou zijn indien de schakelinrichting de keten met varistor V en BOD DD niet zou bevatten.
De componenten waaruit het ballastcircuit B gevormd is, behoeven op grond hiervan slechts gedimensioneerd te zijn voor de spanning over condensator C na doorslag van de BOD DD.
In Fig. 2 zijn componenten die overeenkomen met componenten van de in Fig. 1 getoonde schakelinrichting op dezelfde wijze aangeduid als in Fig. 1. De opbouw van de in Fig. 2 getoonde schakelinrichting is grotendeels hetzelfde als die van de schakelinrichting getoond in Fig. l. De verschillen zijn als volgt. Tussen ingangsklem Kl en de eerste ingang van diodebrug D is een schakelelement S aanwezig voor het aan-en afschakelen van de voedingsspanning. De serieschakeling van varistor V en BOD DD verbindt de uitgangen van de diodebrug D in plaats van de ingangen. Tevens is tussen de eerste uitgang van de diodebrug D en de eerste ingang van ballastcircuit B een spoel L geschakeld. Deze spoel L dient ertoe om de amplitude van de stroom waarmee condensator C wordt opgeladen bij het aanschakelen van de voedingsspanning met behulp van schakelelement S te beperken.
De werking van de in Fig. 2 getoonde schakelinrichting is als volgt.
In geval het schakelelement S geleidend is en tussen ingangsklemmen Kl en K2 een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz en een amplitude van ongeveer 310 Volt aanwezig is, wordt deze spanning door de diodebrug D gelijkgericht. De gelijkgerichte wisselspanning laadt condensator C op zodat over condensator C tijdens stationair bedrijf een gelijkspanning aanwezig is. Het ballastcircuit B wekt uit deze gelijkspanning een lampstroom door de lamp La op. Wanneer de schakeling buiten bedrijf wordt gesteld doordat het schakelelement S ongeleidend wordt gemaakt, veroorzaken de spoel L en de condensator C een pulsvormige spanning, die aanwezig is tussen de uitgangen van de diodebrug.
Indien de amplitude van deze pulsvormige spanning zo hoog is dat de BOD DD doorslaat, wordt de serieschakeling van varistor V en BOD DD geleidend waardoor de pulsvormige spanning in aanzienlijke mate wordt gedempt. Door deze demping wordt in belangrijke mate voorkomen dat de pulsvormige spanning transients op het voedingsspanningsnet waarop de schakelinrichting is aangesloten veroorzaakt.
In Fig. 3 is langs de horizontale as spanning in eenheden van Volt (V) en langs de verticale as eveneens spanning in eenheden van Volt (V) uitgezet. De curve die
<Desc/Clms Page number 6>
is aangegeven met behulp van een ononderbroken lijn geeft het verband aan tussen de spanning (Vout) over de serieschakeling van varistor V en BOD DD in de schakelinrichting getoond in Fig. 2 en de amplitude van een pulsvormige spanning (Vin) die bij het ongeleidend maken van het schakelelement S tussen de uitgangen van de diodebrug D aanwezig zou zijn indien deze uitgangen niet door de serieschakeling van varistor V en BOD DD met elkaar zouden zijn verbonden. De gebruikte varistor was van het type VDR 2322 593 51316 (Philips) en de BOD van het type BR211-200 (Philips). Deze serieschakeling voert bij stationair bedrijf van de schakelinrichting slechts een verwaarloosbare hoeveelheid stroom.
Te zien is dat de spanning over de serieschakeling van varistor V en BOD DD tot ongeveer 425 Volt toeneemt in geval de amplitude van Vin tot ongeveer 425 Volt toeneemt. Bij een nog hogere waarde van de amplitude van Vin slaat de BOD DD door en zakt de amplitude van de spanning over de serieschakeling van varistor V en BOD DD tot ongeveer 370 Volt. Te zien is tevens dat bij een verdere toename van de amplitude van Vin de spanning Vout over de serieschakeling van varistor V en BOD DD eveneens langzaam toeneemt.
De onderbroken lijn toont het verband tussen de spanning Vout tussen de uitgangen van de diodebrug D en de amplitude van Vin in geval tussen de uitgangen van de diodebrug D zieh een varistor bevindt in plaats van een serieschakeling van een varistor en een BOD. Deze varistor is zodanig gedimensioneerd dat hij bij waarden van de spanning tussen de uitgangen van de diodebrug D die zieh voordoen tijdens het stationair bedrijf van de schakelinrichting slechts een verwaarloosbare hoeveelheid stroom voert. Om aan deze eis te voldoen werd bleek het noodzakelijk om een varistor te kiezen die bij een spanning van 390 Volt een stroom van 1 mA voert.
In geval van de hierboven genoemde serieschakeling van varistor en BOD waarin de varistor van het type VDR 2322 593 51316 was, bleek het mogelijk om aan deze eis te voldoen met een varistor die bij een spanning van 275 Volt een stroom voert van I mA. De onderbroken lijn toont dat, door de aanwezigheid van de varistor tussen de uitgangen van de diodebrug D, de spanning tussen de uitgangen van de diodebrug D nog slechts langzaam toeneemt voor waarden van de amplitude van Vin hoger dan ongeveer 550 Volt. Figuur 3 toont echter duidelijk dat de spanning tussen de uitgangen van de diodebrug D aanzienlijk hoger is dan in geval zieh tussen de uitgangen van de diodebrug D een serieschakeling van een varistor en een BOD bevindt.
Een keten die slechts een varistor bevat dempt de spanning tussen de uitgangen van de diodebrug aanzienlijk minder goed
<Desc/Clms Page number 7>
dan een serieschakeling van een varistor en een BOD en onderdrukt daarom transients op het voedingsspanningsnet in aanzienlijk mindere mate.