CZ281990B6 - Zapojení pro provoz plynové výbojky - Google Patents

Abstract

Výbojka (1) je připojena ke generátoru (2) střídavého napětí přes sériové zapojení kondenzátoru (3) a indukčnosti označené jako předřadný přístroj (4). K výbojce (1) je paralelně připojen zapalovací obvod, který podle prvního příkladného provedení zapojení sestává z napěťově řízeného spínače (5), z transformátoru (7) a z řízeného spínače (9). Ke generování zapalovacího napětí a ke kontrole hoření výbojky (1) slouží řídicí obvod (6), který je aktivován světelným senzorem (8) vytvořeným tak, aby rozeznal zapálení výbojky (1). Řídicí obvod (6) má dále spínací prvky nezbytné z bezpečnostních důvodů, které brání nežádoucímu zapalování výbojky (1), například při zkratu ve vedení nebo když výbojka (1) chybí. Zapojení vyrábí vysoké napětí k zapálení výbojky (1) energií naakumulovanou v transformátoru (7) nebo kondenzátoru (3). Ke strmému vzrůstu napětí přenáší na výbojku (1) přes napěťově řízený spínač (5), jímž může být klopná dioda, která má velmi krátké spínací doby. Poŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zapojení pro provoz plynové výbojky z generátoru napětí, s indukčností jako předřadným přístrojem, a s řídicím obvodem působícím na primární vinutí transformátoru pro zapálení plynové výbojky.

Dosavadní stav techniky

Z německého spisu DOS 31 08 548 je známý zapalovací obvod pro vysokotlakou výbojku s kovovými parami, kde na spínatelné primární vinutí transformátoru působí sériový kmitavý obvod LC. Tím se indukuje v sekundárním vinutí vysoké napětí, které zapálí plynovou výbojku. V tomto zapojení zůstává sekundární vinutí transformátoru zapojeno v napájecím obvodu i po zapálení výbojky, čímž vznikají přídavné ztráty a zapalovací zařízení se zbytečně zahřívá. K. tomu přistupuje skutečnost, že rychlost vzrůstu impulzů zapalovacího napětí je následkem indukčností poměrně malá, což brání okamžitému zapálení, zejména teplé výbojky. Mimoto musí být sériový kmitavý obvod LC naladěn na rezonanční kmitočet, což vyžaduje součásti s poměrně úzkými tolerancemi a vysokou jakostí, které jsou příslušně nákladné.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro provoz plynové výbojky z generátoru napětí, s indukčností jako předřadným přístrojem a s řídicím obvodem pro zapálení plynové výbojky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že mezi řídicím obvodem a plynovou výbojkou je upraven napěťově řízený spínač.

Podle výhodného provedení je zapojení podle vynálezu opatřeno zapalovacím transformátorem s primárním vinutím a sekundárním vinutím, přiřazeným řídicímu obvodu, přičemž napěťově řízený spínač je uspořádán mezi sekundárním vinutím a plynovou výbojkou.

To má tu výhodu, že transformátor je aktivně spojen s výbojkou jenom během zapalování, takže ztrátový výkon zapojení je velice nízký.

Obzvláště výhodná je ta skutečnost, že rychlost vzrůstu zapalovacích napěťových impulzů je značně velká. V důsledku toho se veškerá energie naakumulovaná v transformátoru využije prakticky beze ztrát k zapálení výbojky, takže lze spolehlivě zapálit i teplou výbojku.

Další výhodu lze spatřovat ve zrušení vazby mezi zapalovacím obvodem a napájecím obvodem při hoření, které je provedeno napěťově řízeným spínačem. Tím se spolehlivě zabrání nežádoucímu průchodu zapalovacích napěťových impulzů do napájecího obvodu. Obzvláště výhodné je i to, že ke zvýšení napětí není třeba rezonančního kmitavého pohybu, takže celé zapojení je levnější.

Velice výhodné je podle vynálezu to, že při hoření výbojky je zapalovací část zapojení odpojena, protože při hoření výbojky není třeba vysokého zapalovacího napětí. Jako napěťově řízeného spínače je s výhodou použito polovodičového spínače, zejména klopné diody, která má vysoké závěrné napětí a teprve při dosažení vysokého zapalovacího napětí začne vést. Takové klopné diody mají v uzavřeném stavu nepatrný klidový proud a při přechodu do vodivého stavu mají nepatrný vnitřní odpor.

- 1 CZ 281990 B6

Další výhoda vy nálezu spočívá v tom, že zapálení výbojky je kontrolováno světelným senzorem. Dokud výbojka nehoří, řídí světelný senzor řídicí obvod tak, aby generoval neustále nové zapalovací impulzy. Po zapálení plynové výbojky pak světelný senzor potlačí generování dalších zapalovacích impulzů.

Protože při poruše, například při zkratu nebo přerušení, výbojka nehoří, může signál světelného senzoru sloužit ke kontrole a sledování obvodu výbojky, k regulací jejího výkonu, intenzity světla a k odpojení vysokého napětí. Z bezpečnostního hlediska je to výhodné obzvláště při výměně výbojky.

Použitím autotransformátoru, jehož primární vinutí se může nabíjet z kondenzátoru, lze zapalovací napětí generovat velice levným a výhodným zapojením. Další přednost vynálezu spočívá v tom, že lze místo transformátoru použít zapalovací cívky motorového vozidla. Tím se tedy několikanásobně využije již existujících součástí, takže zapojení je velice levné. Výhodné je rovněž použití plynové výbojky v automobilovém reflektoru. Protože zapojení podle vynálezu zajišťuje zapálení teplé výbojky, lze výbojky použít i jako světelné houkačky.

Jako velmi výhodné se ukázalo předřazení kondenzátoru před předřadný přístroj, přičemž vysoké napětí kondenzátoru je odděleno od generátoru pomocí diody. Obzvláště výhodné zapojení vznikne tehdy, když se místo transformátoru použije druhého generátoru napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení, znázorněnými na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje první příklad, obr. 2 druhý příklad, obr. 3 třetí příklad a obr. 4 čtvrtý příklad provedení zapojení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1, znázorňujícím první příklad provedení, je plynová výbojka 1 připojena přes sériové zapojení předřadného přístroje 4 a kondenzátoru 3, které tvoří napájecí obvod 10, k napěťovému výstupu generátoru 2 střídavého napětí. Generátor 2 je svým druhým výstupem spojen s druhou elektrodou plynové výbojky 1, která je uzemněna. Paralelně k výbojce 1 je připojen sériový obvod, který obsahuje napěťově řízený spínač 5, sekundární vinutí 12 transformátoru 7 a řízený spínač 9. Primární vinutí 11 transformátoru 7 je jedním koncem připojeno ke spínané straně sekundárního vinutí 12 a druhým koncem k prvnímu výstupu 13 řídicího obvodu 6. Druhý výstup 14 řídicího obvodu 6 je připojen k řídicímu vstupu řízeného spínače 9, který je s výhodou tvořen polovodičovým spínačem. Řídicí obvod 6 je ovládán světelným senzorem 8 vytvořeným tak, aby mohl rozeznat zapálení výbojky L Tato část zapojení bude označována jako impulzová zapalovací část.

Světelný senzor 8, řídicí obvod 6 a generátor 2 jsou napájeny přes společná vedení, v nichž jsou naznačeny svorky 15, 16.

Zapojení podle vynálezu pracuje takto: jak je patmé z obr. 1, obsahuje zapojení v podstatě dva proudové obvody pro provoz výbojky L První proudový obvod je tvořen generátorem 2 střídavého napětí, kondenzátorem 3 a předřadným přístrojem 4, které jsou spojeny s výbojkou 1. V tomto proudovém obvodu dodává generátor 2 napájecí napětí, nezbytné pro udržení výbojky 1 v zapáleném stavu. V tomto proudovém obvodu je potřebné napájecí napětí, podle typu výbojky 1, 60 V až 120 V. Pracovní frekvence generátoru 2 leží s výhodou v kilohertzové oblasti, protože přitom lze vyrobit jednotlivé součástky i generátor menší a levnější, a přitom je světelná účinnost výbojky v tomto kmitočtovém rozmezí obzvlášť vysoká.

-2CZ 281990 B6

Protože pro zapálení výbojky je však třeba několika kilovoltů, například 5 až 15 kV, je k výbojce 1 paralelně připojen zapalovací obvod, který sestává v podstatě z napěťově řízeného spínače 5, z transformátoru 7 a z řízeného spínače 9. Ke generování zapalovacího napětí a ke kontrole hoření výbojky 1 slouží řídicí obvod 6, který je aktivován světelným senzorem 8. Řídicí obvod 6 obsahuje neznázoměné spínací prvky, hodiny, zdroj napájecího napětí pro transformátor a kontrolní členy pro sledování funkce plynové výbojky 1 a pro bezpečnostní funkce.

K zapálení výbojky 1 se řízený spínač 9 nejprve sepne, takže se primární vinutí 11 transformátoru 7 může nabíjet přes první výstup 13 řídicího obvodu 6. Po nabití se řízený spínač 9 rozepne, takže v sekundárním vinutí 12 se indukuje napětí. Při vhodném převodovém poměru obou vinutí 11, 12 je indukované napětí dostatečné vysoké k zapálení výbojky 1. Napěťově řízený spínač 5 je nejprve při malém indukovaném napětí sepnut. Jakmile indukované napětí vzroste nad prahovou hodnotu napěťově řízeného spínače 5, začne spínač 5 prakticky rázem vést, takže na elektrodách je k dispozici vysoká amplituda napětí k zapálení výbojky 1. V tomto příkladě provedení sloužila jako napěťově řízený spínač 5 klopná dioda. Klopné diody mají tu výhodu, že pod prahovým napětím, které je přizpůsobeno zapalovacímu napětí výbojky 1 a obnáší asi 20000 V, mají velmi vysoký vnitřní odpor, takže ztráty vyvolané zbytkovým proudem jsou velice nepatrné. Jakmile se překročí prahové napětí, klesne vnitřní odpor diody, takže energie nashromážděná v transformátoru 7 se přenese do výbojky 1. Přitom se výbojka 1 odpojí předřadným přístrojem 4 od generátoru 2 střídavého napětí a od kondenzátoru 3.

Paralelně k zapalovacímu obvodu je k podpoře zapalovacího pochodu v napájecím obvodu zapojen kondenzátor 3. Protože se kondenzátor 3 při každém nepodařeném pokusu o zapálení dál nabíjí, může předat svou energii během zapalování přes předřadný přístroj 4 i na horkou elektrodu výbojky 1 a tím podpořit úspěšný poslední pokus o zapálení. Zejména při horké plynové výbojce 1 se tím podporuje spolehlivé zapálení a připojení napájecího obvodu.

Za generátorem 2 střídavého napětí může být podle obr. 4 zapojena dioda 42, kterou může být nabíjen kondenzátor 41 proti jedné svorce 15, 16, s výhodou proti zemi.

Ve znázorněném příkladě byl zapalovací obvod dimenzován tak, aby jednotlivý zapalovací impulz trval několik mikrosekund. Když tento impulz nestačil k zapálení výbojky L generují se další zapalovací impulzy, přičemž při každém zapalovacím impulzu se napětí na kondenzátoru 3 a na výbojce 1 spojitě zvyšuje. Nabíjecí napětí kondenzátoru 3 je určeno zapalovací energií, kterou přenáší během zapalování napěťově řízený spínač 5. Nabíjecí napětí kondenzátoru 3 se zvyšuje spojitě, protože při neúčinném pokusu o zapálení se kondenzátor nevybije.

Po zapálení výbojky 1, kontrolovaném světelným senzorem 8, udržuje řídicí obvod 6 řízený spínač 9 v otevřené poloze, takže se zabrání opětnému nabití primárního vinutí 11 transformátoru. Napěťově řízený spínač 5 se vrátí stejně jako při každém zapalovacím impulzu do svého vysokoohmového stavu a odpojí tím zapalovací obvod od výbojky 1. Provoz při hoření výbojky je udržován pouze z generátoru 2. Předřadný přístroj 5 zajišťuje ve spojení s kondenzátorem 3 omezení proudu, protože výbojka 1 má během hoření nízký vnitřní odpor. Rezonanční přizpůsobení kondenzátoru 3 a předřadného přístroje 4, nezbytné u známých zapalovacích obvodů, tady není potřebí. Místo transformátoru 7 lze také použít zapalovacích cívek nebo měničů motoru motorového vozidla.

Jako světelný senzor 8 může sloužit fototranzistor nebo fotoelektrický odpor. Tyto součástky zjišťují optické záření výbojky 1 a vysílají příslušný elektrický signál, který je použitelný k ovládání řídicího obvodu 6. Řídicí obvod 6 má dále spínací prvky, například komparátory k měření proudu, které brání nežádoucímu zapálení, například při zkratu ve vedení nebo když výbojka 1 chybí. To je nezbytné z bezpečnostních důvodů, když je zapojení podle vynálezu použito ve světlometu motorového vozidla. Pomocí neznázoměného regulátoru může řídicí obvod 6 regulovat napájecí proud výbojky 1 v závislosti na intenzitě světla.

-3CZ 281990 B6

Jako napěťově závislý spínač je rovněž použitelný tyristor nebo jiskřiště. Jiskřiště však mají tu nevýhodu, že vysílají silné rušivé záření, které je nežádoucí, a rychle se opotřebovávají. Použití klopné diody má tu výhodu, že tato dioda přejde do vodivého stavu při dosažení klopného napětí dostatečně rychle, to znamená během několika nanosekund. Takové klopné diody jsou známé 5 z evropské patentové přihlášky EP 88/00456.

Druhý příklad provedení vynálezu je znázorněn na obr. 2, kde je oproti obr. 1 změněno buzení transformátoru 7. Před primárním vinutím 11 transformátoru 7 je zapojen druhý kondenzátor 20, který se nabíjí přes diodu 21 z výstupu 13 řídicího obvodu 6. Mezi kondenzátorem 20 a diodou ío 21 je zapojen řízený spínač 9, který je uzemněn. Po nabití kondenzátoru 20 se tento řízený spínač přes druhý výstup 14 řídicího obvodu 6 uzavře, čímž se v sekundárním vinutí 2 transformátoru indukuje zapalovací napětí. Po dosažení klopného napětí začne napěťově řízený spínač 5 vést a přenáší energii naakumulovanou v transformátoru 7 velmi rychle na výbojku 1. Stejně jako v prvním provedení je zapojení dimenzováno tak, aby kondenzátor 3 mohl dostávat několik 15 nabíjecích impulzů, až dosáhne zapalovacího napětí pro výbojku T Po zapálení přebírá generátor střídavého napětí napájení výbojky 1 a transformátor 7 zůstává odpojen.

Podle dalšího provedení vynálezu je podle obr. 3 použito generátoru 30 vysokého napětí, například zapalovacího transformátoru, který nabíjí přes diodu 31 kondenzátor 32, zapojený 20 paralelně k výbojce l·, přes napěťově řízený spínač 5. Energie naakumulovaná v kondenzátoru 32 sepne při dosažení klopného napětí napěťově řízený spínač 5 k zapálení výbojky L Jinak pracuje toto zapojení stejně jako předchozí provedení.

Uvedená zapojení mohou pracovat i se stejnosměrnou napěťovou sítí, když je stejnosměrné 25 napětí, například z baterie motorového vozidla, přerušováno ke generování pulsního vysokého napětí. Takové vibrační obvody jsou známé.

Použije-li se výbojek 1 s nízkým provozním napětím, například pro 12 V, lze generátor 2 nahradit baterií. V tomto případě je třeba kondenzátor 3 nahradit uzemněným kondenzátorem.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zapojení pro provoz plynové výbojky (1) z generátoru (2) napětí, s indukčností (4) jako předřadným přístrojem a s řídicím obvodem (6) pro zapálení plynové výbojky (1), vyznačující se tím, že mezi řídicím obvodem (6) a plynovou výbojkou (1) je upraven

40 napěťově řízený spínač (5).

2. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je opatřeno zapalovacím transformátorem (7) s primárním vinutím (11) a sekundárním vinutím (12), přiřazeným řídicímu obvodu (6), přičemž napěťově řízený spínač (5) je uspořádán mezi sekundárním vinutím (12)

45 a plynovou výbojkou (1).

3. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí obvod (6) obsahuje generátor (30), který je opatřen kondenzátorem (32), přičemž mezi kondenzátorem (32) a plynovou výbojkou (1) je uspořádán napěťově řízený spínač (5).

4. Zapojení podle nároku 2, vyznačující se tím, že transformátor (7) je zapojen jako autotransformátor a jeho primární vinutí (11) je přes druhý kondenzátor (20) připojeno k řídicímu obvodu (6).

-4CZ 281990 B6

5. Zapojení podle nároku 2, vyznačující se tím, že transformátorem (7) je zapalovací cívka motoru.

6. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že napěťově řízeným spínačem

5 (5) je polovodičový spínač, zejména klopná dioda.

7. Zapojení podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že obsahuje světelný senzor (8) pro snímání světla z plynové výbojky (1) spojený s řídicím obvodem (6).

2 výkresy