DE1151879B

DE1151879B - Circuit arrangement for pulse operation of a high-pressure discharge lamp fed by direct current

Info

Publication number: DE1151879B
Application number: DEA38417A
Authority: DE
Inventors: A Pourtales Castellain; J A Chandler; A J Eagles
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1960-09-23
Filing date: 1961-09-22
Publication date: 1963-07-25

Description

Schaltungsanordnung zum Impulsbetrieb einer gleichstromgespeisten Hochdruckentladungslampe Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Lichtimpulsen mit einer Hochdruckentladungslampe, die beispielsweise mit Xenon gefüllt ist und bei der im Abstand voneinander angeordnete Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall vorgesehen sind, die nur durch die Entladung aufgeheizt sind, wobei die Entladung aus einer Gleichstromquelle gespeist wird, insbesondere zur Verwendung bei der Projektion von beweglichen Bildern.Circuit arrangement for pulse operation of a DC-fed High pressure discharge lamp The invention relates to the generation of light pulses with a high-pressure discharge lamp which is filled with xenon, for example, and in the case of electrodes made of difficult-to-melt metal, which are arranged at a distance from one another are provided that are only heated by the discharge, the discharge is fed from a direct current source, particularly for use in projection of moving pictures.

Entladungslampen der vorerwähnten Art müssen, wenn sie bei Bildwerfern verwendet werden, mit Gleichstrom betrieben werden, da ein Betrieb mit normalen Wechselstrom von 50 Hz eine unbrauchbare Modulation in der Intensität des projizierten Bildes ergibt, wenn die Bildfrequenz 24 Bilder pro Sekunde beträgt. Da eine Flügelblende erforderlich ist, um das Licht aus der Lampe während der Bewegung des Films im Bildfenster von einem Bild zum anderen auszublenden, geht etwas Licht aus einer Lampe, die kontinuierlich betrieben wird, verloren, insbesondere deshalb, weil zur Vermeidung von wahrnehmbaren Flimmererscheinungen in dem projiziertem Bild die Flügelblende die Frequenz der Ausblendung durch Unterbrechung des Lichtstrahles verdoppelt, während der Film im Bildfenster stationär ist. Wenn die Leuchtstärke des projizierten Bildes beibehalten werden soll, ist eine Entladungslampe mit höherer Ausgangsleistung erforderlich. Dies erfordert eine verbesserte Kühlung des Projektors, damit dieser auf einen annehmbaren Wert abgekühlt werden kann.Discharge lamps of the type mentioned must be used when they are used with projectors used to be operated with direct current, since an operation with normal Alternating current of 50 Hz is a useless modulation in the intensity of the projected If the frame rate is 24 frames per second. There is a wing panel is required to get the light out of the lamp while moving the film in the picture window Fading out from one image to another, some light goes out from a lamp that is continuous operated, lost, especially because to avoid perceptible Flickering phenomena in the projected image the wing diaphragm the frequency of the Fade out doubled by interrupting the light beam while the film is in Image window is stationary. When maintaining the luminosity of the projected image is to be, a discharge lamp with a higher output power is required. This requires improved cooling of the projector in order for it to be at an acceptable level Value can be cooled.

Es ist bekannt, zum pulsierenden Betrieb einer Hochdruckentladungslampe ein Thyratron zu verwenden, das elektrisch in Reihe mit den Elektroden einer Entladungslampe und einer Spannungsquelle liegt. Das Thyratron ist normalerweise nicht stromleitend, und es ist ein Nebenschlußkreis vorgesehen, über den ein kleiner Gleichstrom aus der Quelle kontinuierlich die Lampe durchfließen kann. Die Lichtabgabe aus der Lampe wird auf den maximalen Wert gebracht durch die Entladung eines Kondensators über die Lampe, sobald das Thyratron durch Zuführung eines Signals an seine Gitterelektrode stromleitend wird. Die Signale sind intermittierender Art und werden mit Hilfe einer Induktivität mit Eisenkern erzeugt, die mit der Flügelblende eines Kinoprojektors verbunden ist.It is known for the pulsating operation of a high-pressure discharge lamp to use a thyratron that is electrically in series with the electrodes of a discharge lamp and a voltage source. The thyratron is normally not conductive, and a shunt circuit is provided through which a small direct current is emitted the source can flow continuously through the lamp. The light output from the lamp is brought to the maximum value by discharging a capacitor the lamp as soon as the thyratron by supplying a signal to its grid electrode becomes conductive. The signals are intermittent and are made with the help of a Iron core inductance generated with the wing panel of a cinema projector connected is.

Es ist ferner auch bekannt, einen pulsierenden Betrieb einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten Hochdruckentladungslampe dadurch durchzuführen, daß ein Strombegrenzungswiderstand periodisch kurzgeschlossen wird, der mit dem Entladungsweg der Lampe in einer Gleichstromquelle in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand dient zur Begrenzung des Stromes auf einen geringen Wert, und beim Kurzschließen wird der Ausgang der Lampe auf den maximalen Wert erhöht.It is also known to have a pulsating operation from a DC source fed high pressure discharge lamp to perform that a current limiting resistor is periodically shorted to the discharge path the lamp is connected in series in a DC power source. The resistance serves to limit the current to a low value, and when short-circuiting the output of the lamp is increased to the maximum value.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleiterschaltdioden für den pulsierenden Betrieb der Lampe vorgesehen sind, die abwechselnd stromleitend gemacht werden, wobei eine der Dioden in stromleitendem Zustand einen Stromzweig geringen Widerstands schließt, der einen Widerstand in Reihe mit dem Ladungsweg der Lampe und der Gleichstromquelle kurzschließt und wobei die andere Diode bei Stromleitung eine direkte Verbindung mit der Gleichstromquelle im Nebenschluß zur Lampe bildet.The invention is characterized in that two semiconductor switching diodes are provided for the pulsating operation of the lamp, which alternately conduct electricity be made, with one of the diodes in the current-conducting state a current branch low resistance, which closes a resistor in series with the charge path the lamp and the DC power source short-circuited and the other diode at Power line connects directly to the DC power source shunted to it Lamp forms.

Eine Schaltanordnung gemäß der Erfindung weist somit einen Widerstand in Reihe mit der Entladungsstrecke und der Gleichstromquelle auf zur Begrenzung eines niedrigen zur Aufrechterhaltung der Entladung gerade ausreichenden Reihe Gleichstromes, ferner einen parallel zu diesem Widerstand liegenden Nebenschluß mit einer ersten Schaltdiode mit p-n-Übergang, einen Nebenschluß zur Lampe, der direkt an der Gleichstromquelle angeschlossen ist und einen zweiten Widerstand in Reihe mit einer zweiten Schaltdiode enthält, sowie vorzugsweise noch einen Kondensator, der zwischen den Anoden der Schaltdioden liegt. Die werden dabei abwechselnd bei der Frequenz der zu erzeugenden Impulse gesteuerten Schaltdioden können durch eine Vorrichtung leitend gemacht werden, die bei einer Verwendung für Bildwerfer entweder mit der Flügelblende oder mit einem Bauteil des Bildwerfers, der zur Erzielung der Bewegung des Films durch das Bildfenster hindurch dient; verbunden ist.A switching arrangement according to the invention thus has a resistor in series with the discharge path and the direct current source on to the limitation a low series of direct current that is just sufficient to maintain the discharge, also a shunt parallel to this resistor with a first one Switching diode with p-n junction, a shunt to the lamp, which is directly connected to the direct current source is connected and a second Resistance in series with one contains second switching diode, and preferably also a capacitor between the anodes of the switching diodes. They will alternate at the frequency the switching diodes controlled by the pulses to be generated can be controlled by a device be made conductive when used for projectors either with the Wing screen or with a component of the projector that is used to achieve the movement serving of the film through the image window; connected is.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung gemäß der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert.An embodiment of a switching arrangement according to the invention is explained below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild der Einrichtung; Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung, mit deren Hilfe die den Schaltdioden zugeführten elektrischen Signale durch eine fotoelektrische Einrichtung erzeugt werden, um diese Schaltdioden leitend zu machen; Fig. 3 zeigt eine Schaltanordnung, bei der die durch die fotoelektrische Einrichtung erzeugten Signale verstärkt werden, bevor sie den Schaltdioden zugeführt werden.Fig. 1 shows the circuit diagram of the device; Fig. 2 shows schematically an arrangement with the aid of which the electrical signals fed to the switching diodes are generated by a photoelectric device to make these switching diodes conductive close; Fig. 3 shows a circuit arrangement in which the by the photoelectric Device generated signals are amplified before they are fed to the switching diodes will.

In der Fig. 1 ist eine Gleichstromquelle an die Klemmen 1 und 2 gelegt; die Klemme 2 ist geerdet, während die Klemme 1 gegenüber Erde positiv ist. Eine Entladungslampe der oben beschriebenen Art ist mit 3 dargestellt. Die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden der Lampe ist zwischen die Klemmen 1, 2 in Reihe mit einem Widerstand 4 geschaltet, dessen Aufgabe darin besteht, an der Entladungsstrecke einen kleinen Wert des Entladungsstromes aufrechtzuerhalten, um die Entladung in der Lampe zwischen den Impulsen aufrechtzuerhalten (Ruhestrom). Die Entladungslampe 3 ist vorzugsweise eine mit Xenon gefüllte Lampe. Eine derartige Lampe benötigt normalerweise eine Betriebsspannung von etwa 24 V; auf Grund der durch Impulse erfolgenden Entladung kann jedoch die an die Klemme 1, 2 gelegte Spannung in der Größenordnung von 30 V gewählt werden, um den Strom zu erhöhen.In Fig. 1, a direct current source is applied to terminals 1 and 2; terminal 2 is grounded while terminal 1 is positive to ground. One Discharge lamp of the type described above is shown with 3. The discharge path between the electrodes of the lamp is between the terminals 1, 2 in series with one Resistor 4 switched, the task of which is to connect to the discharge path to maintain a small value of the discharge current in order to keep the discharge in of the lamp between the pulses (quiescent current). The discharge lamp 3 is preferably a lamp filled with xenon. Such a lamp is required normally an operating voltage of around 24 V; due to the impulses Discharge, however, the voltage applied to terminals 1, 2 can be of the order of magnitude of 30 V can be selected to increase the current.

Parallel zum Widerstand 4 liegt eine erste Schaltdiode 5 mit p-n-p-n-Dbergang, die eine Triggerelektrode 6 aufweist und die leitend ist, wenn an die Diode 5 eine Spannung gelegt wird. Eine Induktivität 7 liegt vorzugsweise in Reihe mit der Diode 5. Im Nebenschluß zur Stromquelle, die durch die Klemmen 1, 2 -angedeutet ist, und damit in Nebenschluß zu Lampe 3 und Widerstand 4 liegt eine zweite Schaltdiode 8 mit einem Serienwiderstand 9. Die Diode 8 ist in ähnlicher Weise mit einer Triggerelektrode 10 ausgestattet. Zwischen den Anoden der Schaltdioden liegt ein Kondensator 11.A first switching diode 5 with a p-n-p-n junction is located parallel to the resistor 4, which has a trigger electrode 6 and which is conductive when the diode 5 is a Tension is applied. An inductance 7 is preferably in series with the diode 5. Shunted to the power source, which is indicated by terminals 1, 2, and a second switching diode 8 is thus shunted to lamp 3 and resistor 4 with a series resistor 9. The diode 8 is similarly with a trigger electrode 10 equipped. A capacitor 11 is located between the anodes of the switching diodes.

Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: Soll in der Lampe 3 eine Entladung eingeleitet werden, so wird ein Lichtbogen verhältnismäßig geringer Stromstärke erzeugt, der durch den Widerstand 4 begrenzt wird. Die Schaltdioden 5 und 8 seien im nichtleitenden Zustand. Wird ein positives Signal der Triggerelektrode 6 zugeführt, so wird der Widerstand 4 kurzgeschlossen, und ein Stromimpuls fließt durch die Lampe 3 und bewirkt, daß sie mit maximaler Lichtausbeute arbeitet. Der Kondensator 11 wird dann von der Stromquelle über den Widerstand 9 geladen, seine linke Platte A wird positiv, die rechte Platte B wird über die Diode 5 geerdet. Wenn der die Lampe durchfließende überhöhte Strom unterbrochen werden soll, wird ein positives Signal der Triggerelektrode 10 der Diode 8 zugeführt, und die Diode 8 wird leitend gehalten. Die linke Platte A des Kondensators 11 wird dadurch über die Diode 8 geerdet, so daß die rechte Platte B gegenüber der linken Platte A sofort negativ wird; damit wird die Anode der Diode 5 negativ, und der Stromdurchfluß wird unterbrochen. Dadurch wird gleichzeitig der Strom in der Entladungslampe 3 unterbrochen, abgesehen von dem schwachen Ruhe-Entladungsstrom, der über den Widerstand 4 erhalten bleibt. Der Kondensator lädt sich nunmehr über die Induktivität 7, so daß die rechte Platte B des Kondensators 11 auf positives Potential gegenüber der linken Platte A, die über die Diode 8 auf Erdpotential liegt, geladen wird. Wird nun das folgende positive Signal auf die Triggerelektrode 6 der Diode 5 gegeben, so läuft der gleiche Vorgang wieder ab, wobei die Entladung über die Lampe wieder auf den maximalen Wert gebracht wird. Die Induktivität 7 in der Schaltung dient dazu, den Spitzenstrom in der Lampe zu reduzieren und die Ladung des Kondensators 11 in der beschriebenen Weise zu unterstützen.The circuit works in the following way: If a discharge is to be initiated in the lamp 3, an arc of a relatively low current intensity is generated, which is limited by the resistor 4. The switching diodes 5 and 8 are in the non-conductive state. If a positive signal is fed to the trigger electrode 6, the resistor 4 is short-circuited and a current pulse flows through the lamp 3 and causes it to operate with maximum light yield. The capacitor 11 is then charged by the current source via the resistor 9, its left plate A becomes positive, the right plate B is grounded via the diode 5. If the excessive current flowing through the lamp is to be interrupted, a positive signal is fed to the trigger electrode 10 of the diode 8, and the diode 8 is kept conductive. The left plate A of the capacitor 11 is grounded through the diode 8, so that the right plate B is immediately negative with respect to the left plate A; so that the anode of the diode 5 becomes negative, and the flow of current is interrupted. As a result, the current in the discharge lamp 3 is interrupted at the same time, apart from the weak quiescent discharge current which is maintained via the resistor 4. The capacitor is now charged via the inductance 7, so that the right plate B of the capacitor 11 is charged to positive potential with respect to the left plate A, which is connected to ground potential via the diode 8. If the following positive signal is now given to the trigger electrode 6 of the diode 5, the same process takes place again, with the discharge via the lamp being brought back to the maximum value. The inductance 7 in the circuit serves to reduce the peak current in the lamp and to support the charging of the capacitor 11 in the manner described.

Beispielsweise werden folgende Werte für die Elemente der oben beschriebenen Schaltung gewählt: Der Widerstand 4 hat einen Wert zwischen 2 und 3 Ohm, der Widerstand 9 hat 10 Ohm, und der Kondensator 11 hat 300 Mikrofarad.For example, the following values for the items are described above Circuit selected: Resistor 4 has a value between 2 and 3 ohms, the resistance 9 is 10 ohms and capacitor 11 is 300 microfarads.

Bei Verwendung einer derartigen Schaltanordnung in einem Bildwerfer erhält die Triggerelektrode 6 ein positives Signal in dem Augenblick, in dem die ablaufende Kante der Flügelblende gerade aufhört, das Licht aus der Lampe 3 abzublenden, so daß die Lampe 3 auf die Spitzenlichtausbeute gebracht wird, sobald die Verdunkelung durch die Blende beseitigt ist. Die Triggerelektrode 11 wird in ähnlicher Weise durch ein positives Signal leitend gemacht, das mit Hilfe der auflaufenden Kante der Flügelblende oder gleichzeitig mit dieser mit der Abblendung des Lichtes aus der Lampe beginnt. Eine Flügelblende wird normalerweise mit zwei 90°-Sektoren ausgestattet, die symmetrisch um die Drehachse versetzt sind, so daß die Lampe 3 zweimal pro Umdrehung der Flügelblende einen Impuls erhält. Die elektrischen Signale können dadurch erzeugt werden, daß eine Induktivität mit Magneteisen mit der Flügelblende verbunden wird, so daß die auflaufende und die ablaufende Kante der Flügelblende ein Signal in der mit dem Eisen verbundenen Wicklung erzeugen. Zur Erzeugung der erforderlichen Signale kann jedoch auch jeder andere geeignete Teil der Synchroneinrichtung des Projektors dienen.When using such a switching arrangement in a projector the trigger electrode 6 receives a positive signal at the moment in which the the trailing edge of the sash just stops dimming the light from lamp 3, so that the lamp 3 is brought to the peak light output as soon as the darkening is eliminated by the aperture. The trigger electrode 11 is made in a similar manner made conductive by a positive signal, which with the help of the leading edge the sash or at the same time with the dimming of the light the lamp starts. A wing screen is usually equipped with two 90 ° sectors, which are offset symmetrically about the axis of rotation, so that the lamp 3 twice per revolution the sash receives an impulse. The electrical signals can be generated thereby that an inductance with magnetic iron is connected to the wing panel, so that the leading and trailing edge of the wing diaphragm a signal in the create a winding connected to the iron. To generate the necessary signals however, any other suitable part of the synchronizing device of the projector can also be used to serve.

In Fig. 2 wird ein Fototransistor 20 von einer Lichtquelle konstanter Intensität 21 getroffen und erzeugt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von dem auffallenden Licht. Eine Blende 22 mit zwei um 90° versetzten Sektoren, die symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind, liegt zwischen der Lichtquelle 21 und dem Fototransistor, so daß bei der Rotation der Blende das auf den Transistor fallende Licht intermittierend unterbrochen wird. Die Blende 22 ist auf derselben Welle wie die Flügelblende des Bildwerfers (nicht dargestellt) befestigt und so angeordnet, daß die elektrischen Signale auf dem Fototransistor erzeugt werden und die Entladungslampe auf eine Spitzenlichtausbeute gebracht wird, sobald die Abblendung durch die Flügelblende aufgehoben wird.In Fig. 2, a phototransistor 20 becomes more constant from a light source Intensity 21 hit and generates an electrical signal as a function of the incident light. A diaphragm 22 with two sectors offset by 90 °, the are arranged symmetrically about the axis of rotation, lies between the light source 21 and the phototransistor, so that when the shutter rotates on the transistor falling light is interrupted intermittently. The aperture 22 is on the same Shaft like the projector's wing diaphragm (not shown) attached and such arranged that the electrical signals are generated on the phototransistor and the discharge lamp is brought to a peak light output as soon as the dimming is canceled by the sash.

Die Spannung am Ausgang aus dem Fototransistor 20, in Form einer Rechteckwelle, wird dem Transistor 23 zugeführt, dort verstärkt uni an der Emitterelektrode und Kollektorelektrode mit verschiedener Phase abgenommen und den Basiselektroden der beiden Ausgangstransistoren 25 nach Differenzierung durch die Kondensatoren 24 zugeführt. Die Ausgangstransistoren 25 sind je an die Triggerelektrode einer der beiden Schaltdioden angeschlossen. Die elektrischen Impulse von den Ausgangstransistoren sind jeweils um 90° gegeneinander verschoben.The voltage at the output from the phototransistor 20, in the form of a square wave, is fed to the transistor 23, there amplified uni at the Emitter electrode and collector electrode with different phase removed and the base electrodes of the two output transistors 25 after differentiation by the capacitors 24 supplied. The output transistors 25 are each connected to the trigger electrode of the two switching diodes connected. The electrical pulses from the output transistors are each shifted by 90 ° against each other.

Die Lampe kann während der Periode, in der der Bildrahmen stationär im Filmfenster verbleibt, mit Impulsen beaufschlagt werden; dabei werden Impulse von synchronisierten Schaltungen aus der Stromquelle durch die Lampe geführt. Wenn die Signale, die in die Dioden 5, 8 eingeführt werden, durch eine Induktivität mit Magneteisen erzeugt werden, die mit der Flügelblende verbunden ist, wird der Rand der Flügelblende selbst in einer solchen Weise zackenförmig ausgebildet, daß die gewünschten Impulse erzeugt werden. Für diesen Fall kann eine Änderung des Widerstandswertes, eventuell auch der Kapazität 11, erforderlich werden.The lamp can be energized with pulses during the period in which the picture frame remains stationary in the film window; pulses from synchronized circuits from the power source are fed through the lamp. When the signals introduced into the diodes 5, 8 are generated by an inductor with magnetic iron connected to the vane, the edge of the vane itself is jagged in such a way that the desired pulses are generated. In this case, it may be necessary to change the resistance value, and possibly also the capacitance 11.

Eine geeignete Verteilung derartiger Lichtimpulse läßt sich dadurch erzielen, daß bei Verwendung einer 90--Flügelblende drei Impulse während des 270= betragenden Abschnittes erzeugt werden, in dem das Licht aus der Lampe nicht ausgeblendet ist. Diese Impulse sollen einer Dauer von 30° entsprechen und gleichförmig innerhalb des 270° betragenden Abschnittes versetzt sein, wobei der erste Impuls an der ablaufenden Kante der Flügelblende beginnt und der dritte Impuls mit der auflaufender Kante der Blende endet.A suitable distribution of such light pulses can thereby be achieved achieve that when using a 90 - wing diaphragm three impulses during the 270 = Amount of section are generated in which the light from the lamp is not hidden is. These impulses should correspond to a duration of 30 ° and be uniform within of the 270 ° amounting section be offset, the first pulse on the expiring The edge of the sash begins and the third pulse begins with the leading edge the aperture ends.

Wird eine pulsierende Lichtquelle zur Steuerung der Schaltdioden verwendet, so kann auf die Flügelblende verzichtet werden.If a pulsating light source is used to control the switching diodes, this means that the sash panel can be dispensed with.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Circuit arrangement for operating one from one Direct current source fed high pressure discharge lamp with direct current pulses, at that of the lamp between the pulses a weak one to maintain the discharge just sufficient quiescent direct current is supplied and for pulsed overload of the lamp the series resistor limiting the quiescent current, at least in part periodically is short-circuited, characterized in that to generate the pulse-wise Overload of the lamp two semiconductor switching diodes (5, 8) are used, which alternate controlled with the frequency of the pulses to be generated in their conductive state and of which one (5) in its conductive state has a low resistance, the series resistor of the lamp short-circuiting branch closes, while the other (8) shunted to the lamp directly connected to the direct current source is and in its conductive state the strong overload discharge current again interrupts.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two switching diodes are coupled to one another by a capacitor (11), which is switched on between the anodes of the two switching diodes. 3. Switching arrangement for the pulsed operation of a projector lamp according to claim 1 or 2, characterized in that that the switching diodes alternate at the frequency of the pulses to be generated electrical signals transmitted by a device connected to a projector are generated, are kept conductive. 4 .. Switching arrangement according to claim 3, characterized characterized in that the electrical signals are transmitted by photoelectric means can be generated as a function of an intermittently incident light beam and that the light beam is generated from a light source of constant intensity, with a rotating shutter, which is part of a projector, between the photoelectric device and the light source are placed. 5. Switching arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the semiconductor switching diodes Diodes with p-n-p-n junction are used. Considered publications: German Patent No. 930 794; German exposition O 2190 VIII c / 21f (announced on November 3, 1955); "ETZ" - Issue B, 1960, H.

3, pp. 49 to 53.