DE1945909A1

DE1945909A1 - Start and operating circuit for gas discharge lamps

Info

Publication number: DE1945909A1
Application number: DE19691945909
Authority: DE
Inventors: Woolsey Samuel W
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1968-09-26
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3591830A

Description

DR. CLAUS REINLÄNDER γ -ι ρ ₂2Q T)DR.CLAUS REINLÄNDER γ -ι ρ ₂ 2Q T)

DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT D-S MÖNCHEN 60 BXCKERSTRASSE 3DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT D-S MÖNCHEN 60 BXCKERSTRASSE 3

VARIAN ASSOCIATESVARIAN ASSOCIATES

PALO ALTO, CALIFORNIA, U.S.A.PALO ALTO, CALIFORNIA, U.S.A.

Start- und Betriebsschaltung für GasentladungslampenStarting and operating circuit for gas discharge lamps

Priorität: 26. September 1968 - U.S.A. - Nr. 762 933Priority: September 26, 1968 - U.S.A. - No. 762,933

summary

Es wird eine Start- und Betriebsschaltung für eine Gasentladungslampe beschrieben, die aus einem Vakuumschalter besteht, der über die Gasentladungslampe geschaltet werden kann, einem in einer Richtung leitenden Bauelement, das über eine Gleichstromquelle geschaltet werden kann, und einer Induktivität, die in Reihe geschaltet sind.A starting and operating circuit for a gas discharge lamp is described, which consists of a vacuum switch exists, which can be switched via the gas discharge lamp, a component that is conductive in one direction, which can be switched via a direct current source, and an inductor, which are connected in series.

State of the art

Die Erfindung betrifft allgemein Stromversorgungsschaltungen für Gasentladungslampen, und insbesondere Schal-The invention relates generally to power supply circuits for gas discharge lamps, and especially switching

0098U/1368 .../20098U / 1368 ... / 2

tungen zum Starten und Betreiben von Hochintensitäts— * .instructions for starting and operating high-intensity— *.

Kurzbogenlampen. ■ "Short arc lamps. ■ "

Hochintensitäts-Kurzbogenlampen bestehen üblicherweise aus zwei Elektroden im Abstand von 4 - 10 mm, die zwischen sich eine JBogenstrecke bilden. Die Bogenstrecke ist in einem vakuumdichten Gefäß angeordnet, das ein ionisierbares Gas unter Druck enthält. Um das Gas zu ionisieren und die Bogenstrecke zu durchbrechen, ist es erforderlich, eine Hochspannung darüber zu legen, etwa im Bereich von 5 — 30 KV. Sobald der Durchbruch erfolgt, fällt jedoch die Bogenstrekkenimpedanz von unendlich auf einen niedrigen Wert, etwa in der Größenordnung von einigen Ohm. An diesem Arbeitspunkt wird nur eine relativ niedrige Spannung benötigt, um dafür zu sorgen, daß ausreichender Strom über die Bogenstrecke fließt, um die Lampe zu blitzen oder für ein kontinuierliches Leuchten zu sorgen. Das Bndziel ist dabei, eine Stromversorgung verfügbar "■'-.- vacLüi, die die geforderten Spannungen am wirksam.?-Wi der Lampe zuführt.High-intensity short-arc lamps usually consist of two electrodes at a distance of 4 - 10 mm, which form an arc between them. The arc section is arranged in a vacuum-tight vessel which contains an ionizable gas under pressure. In order to ionize the gas and break the arc, it is necessary to apply a high voltage, for example in the range of 5 - 30 KV. As soon as the breakdown occurs, however, the arc path impedance falls from infinity to a low value, roughly on the order of a few ohms. At this operating point, only a relatively low voltage is required to ensure that sufficient current flows over the arc section to flash the lamp or to ensure that it lights up continuously. The aim is to have a power supply available "■ '-.- vacLüi, which supplies the required voltages to the lamp in the most effective way.? -Wi.

Bekannte Stromversorgungen für Gasentladungslampen haben bisher meist eine Funkenstrecke dazu benutzt, einen Hochspannungsimpuls zum Durchbruch der L_ampe zu erzeugen, (US-Patentschriften 3 189 789, 3 250 953» 3 323 015). Es können zwar erhebliche Beträge an Impulsenergie geliefert werden, die Impulse sind jedoch hochfrequent. Dadurch werden oft elektromagnetische Störungen erzeugt und es entstehen Grenzschicht-Probleme zwischen der Lampe und der Stromversorgung. Wenn die Impulsanstiegzeit beispielsweise zu kurz ist, kann sich eine zu hohe Spannung zwischen anderen leitenden Elementen der Lampe als den Zündelektroden aufbauen. Das kann wiederum zu internen Bogenüberschlägen zwischen der Anode und dem Reflektor oder äußeren Kolbenteilen führen» Weiter erodiertKnown power supplies for gas discharge lamps have hitherto mostly used a spark gap to generate a high-voltage pulse to break the lamp (US Pat. Nos. 3,189,789 _{, 3,250,953-3,323,015).} While substantial amounts of pulse energy can be delivered, the pulses are high frequency. This often creates electromagnetic interference and creates boundary layer problems between the lamp and the power supply. If the pulse rise time is too short, for example, too high a voltage can build up between conductive elements of the lamp other than the ignition electrodes. This in turn can lead to internal arcing between the anode and the reflector or outer bulb parts »Further eroded

0096U/1368 ^original0096U / 1368 ^ original

das wiederholte Anliegen von hochfrequenter Hochspannungsenergie zwischen Kathode und Anode diese. the repeated application of high frequency high voltage energy between cathode and anode this.

Die Erfindung soll deshalb eine verbesserte Schaltung zum Starten oder Zünden von Gasentladungslampen verfügbar machen, und ferner eine verbessert kombinierte Schaltung sowohl zum Zünden als auch Betreiben solcher lampen.The invention is therefore intended to provide an improved circuit for Starting or lighting of gas discharge lamps available, and further an improved combined circuit both to ignite and operate such lamps.

Weiter- soll durch die Erfindung eine Startschaltung für eine Gasentladungslampe verfügbar gemacht werden, die die Verwendung von hochfrequenter Hochspannungsenergie nicht benötigt.The invention should also provide a starter circuit for a Gas discharge lamp are made available that does not require the use of high frequency high voltage energy.

Weiter soll durch die Erfindung eine ,kleine, leichte Stromversorgung für eine Gasentladungslampe verfügbar gemacht werden, bei der die Verwendung von relativ schweren Elektronik-Bauelementen, beispielsweise Transformatoren, nicht benötigt wird.The invention is also intended to provide a small, lightweight power supply be made available for a gas discharge lamp in which the use of relatively heavy electronic components, e.g. transformers, is not required.

Insbesondere soll durch die Erfindung eine Betriebsschaltung für eine Gasentladungslampe verfügbar gemacht werden, die die der Lampe zugeführjte Spannung ohne die Verwendung von Abwärts-!Transformatoren herunterspannt·In particular, the invention is intended to make available an operating circuit for a gas discharge lamp which the voltage applied to the lamp without the use of Step-down! Transformers stepped down

Summary of the invention

Kurz gesagt, betrifft die Erfindung eine Start- und Betriebs-Schaltung für eine Gasentladungslampe, die aus einem Vakuumschalter, einer Öffnungsvorrichtung für den Vakuumschalter, einer Induktivität und einem in einer Richtung leitenden Gerät besteht, die in Reihe geschaltet sind. Der Vakuumschalter kann über eine Gasentladungslampe geschaltet werden. Das in einer Richtung leitende Element kann über eine Gleichstromquelle geschaltet werden, ohne daß die Quelle hierdurch entladen werden kann. Wenn der Vakuumschalter geschlossen undIn short, the invention relates to a start and run circuit for a gas discharge lamp, which consists of a vacuum switch, an opening device for the vacuum switch, an inductor and a unidirectional device connected in series. The vacuum switch can be switched via a gas discharge lamp. The unidirectional conductive element can be switched via a direct current source without affecting the source can be discharged. When the vacuum switch is closed and

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über die Lampe geschaltet ist, und das in einerRichtung leitende Element über die Gleichstromquelle geschaltet ist, wird die Induktivität geladen. Wenn der Vakuumschalter geöffnet wird, sorgt die geladene Induktivität für eine Zündoder Startspannung über der Lampe. Nach dem Starten oder Zünden kann die Induktivität auch dazu dienen, den kontinuierlichen Lampenbetriebs-Gleichstrom zu integrieren.across the lamp, and in one direction conductive element is connected via the direct current source, the inductance is charged. When the vacuum switch is open the charged inductance provides an ignition or starting voltage across the lamp. After starting or Igniting the inductance can also serve to make the continuous To integrate lamp operating direct current.

Die Erfindung soll an nand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes einer Ausführungsform beschrieben werden.The invention is intended to nand that shown in the drawing Circuit diagram of an embodiment are described.

In der Zeichnung ist schematisch eine Hochintensitäts-Kurzbogenlampe L, beispielsweise die Xenon-Kurzbogenlampe 150X8P der Eimac Division der Anmelderin dargestellt. Die Lampe liegt über einem Kondensator 1 und einem Vacuumschalter S, · beispielsweise einem Schalter VS-8 der Eimac Division der Anmelderin. Der Schalter S ist.seinerseits über eine Schalterbetätigungsspule 2 und den in Blockform angedeuteten schaltenden Stromregulator über eine pulsierende Gleichstromquelle geschaltet, die ,ebenfalls in Blockform angedeutet ist.A high-intensity short-arc lamp is shown schematically in the drawing L, for example, the xenon short-arc lamp 150X8P from the applicant's Eimac division. The lamp lies across a capacitor 1 and a vacuum switch S, for example a VS-8 switch from the Eimac Division Applicant. The switch S is on the one hand via a switch actuating coil 2 and the switching current regulator indicated in block form via a pulsating direct current source switched, which is also indicated in block form.

Die pulsierende Gleichstromquelle besteht aus zwei Eingangsklemmen 3 und 4, die an eine Wechselstromquelle geschaltet werden können, die schematise*! als Sinuskurve dargestellt ist. Die Anschlüsse 3 und 4 sind mit den Eingängen eines Brückengleichrichters 5 verbunden. Der Brückengleichrichter liefert eine doppelweggleichgerichtete, pulsierende Gleichspannung an den Ausgängen 6 und 7, u.r.d diese Gleichspannung wird durch einen Kondensator 8 geglättet, der über den Ausgängen liegt.The pulsating direct current source consists of two input terminals 3 and 4, which are connected to an alternating current source can be that schematise *! is shown as a sine curve. The connections 3 and 4 are with the inputs of a bridge rectifier 5 connected. The bridge rectifier supplies a full-wave rectified, pulsating DC voltage at the outputs 6 and 7, u.r.d this DC voltage becomes smoothed by a capacitor 8, which is located above the outputs.

Der schaltende Stromregulator besteht aus einem Schalttransistor 10, dessen Kollektor mit dem Ausgang 6 der pulsieren-The switching current regulator consists of a switching transistor 10, the collector of which is connected to the output 6 of the pulsating

0098 U/13 6 80098 U / 13 6 8

den Gleichstromquelle verbunden ist. Der Emitter des Sehalttransistors ist über einen Strommeßwiderstand 11 mit der Regulatorausgangsleitung 16 verbunden, die ihrerseits mit dem Schalter S verbunden ist_o Die Basis des Schalttransistors ist mit dem Ausgang eines Rückkopplungsverstärkers A verbunden, der zwei Eingänge 12, 13 aufweist, die über dem Widerstand 11 liegen. Der Übersichtlichkeit halber ist die Stromversorgung für den Verstärker A nicht dargestellt.connected to the DC power source. The emitter of the switching transistor is connected via a current measuring resistor 11 to the regulator output line 16, which in turn is connected to the switch S. _o The base of the switching transistor is connected to the output of a feedback amplifier A, which has two inputs 12, 13, which are connected via the resistor 11 lie. For the sake of clarity, the power supply for amplifier A is not shown.

Der Ausgang 7 der pulsierenden Gleichstromquelle ist über eine Induktivität 14 mit der Regulatorausgangsleitung verbunden, die ihrerseits zum Schalter S führt. Der Ausgang 7 ist ferner über eine Diode 15 mit dem Eingang des Rückkopplungsverstärkers verbunden.The output 7 of the pulsating direct current source is connected to the regulator output line via an inductance 14 connected, which in turn leads to switch S. The output 7 is also connected to the input via a diode 15 of the feedback amplifier connected.

Wenn die Eingänge 3 und 4 mit einer Wechselstromquelle bei geschlossenem Schalter S verbunden sind, wird der Wechselstrom im Doppelweggleichrichter 5 in einen pulsierenden Gleichstrom umgewandelt, dessen Impulse durch den Kondensator 8 geglättet und dem schaltenden Stromregulator zugeführt werden. Strom fließt jetzt über den Schalttransistor 10, den Widerstand 11, den geschlossenen Schalter S und die Induktivität 14 des Regulators, die auf diese Weise geladen wird. Wenn der Strom durch den Strommeßwiderstand 11 des schaltenden Stromregulators einen vorgegebenen oberen Wert erreicht, verstärkt der Rückkopplungsverstärker A, der die Spannungen über seinen Eingängen 12 und 13 feststellt, den Spannungsabfall über dem Widerstand auf einen Wert, der ausreicht, ein Sperrsignal an den Schalttransistor 10 zu senden. Wenn der Schalttransistor 10 jetzt offen ist, entlädt sich die Induktivität 14 durch die Schleife, die aus der Induktivität 14 durch Diode 15, dem Widerstand 11, der Schalter-If inputs 3 and 4 are connected to an AC power source with switch S closed, the Alternating current is converted into a pulsating direct current in the full wave rectifier 5, the pulses of which pass through the capacitor 8 smoothed and fed to the switching current regulator. Current now flows through the Switching transistor 10, the resistor 11, the closed switch S and the inductance 14 of the regulator, which is loaded this way. When the current through the current measuring resistor 11 of the switching current regulator reaches a predetermined upper value, the feedback amplifier A amplifies the voltages above its Inputs 12 and 13 detects the voltage drop across the resistor to a value that is sufficient for a blocking signal to send to the switching transistor 10. If the switching transistor 10 is now open, the discharges Inductance 14 through the loop, which consists of inductance 14 through diode 15, resistor 11, the switch

.../6 0098U/1368... / 6 0098U / 1368

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betätigungsspule 2 mid dem Vakuumsehalter S besteht. Der Strom durch die Betätigungsspule 2 reicht aus, um dafür zu sorgen, daß der Vakuumschalter öffnet. Wenn die Kontakte des Vakuumsehalters S sich weit genug getrennt haben, so daß der Strom durch die Kontakte unterbrochen wird, wird der Strom zum Ladekondensator 1 abgeleitet. Die Spannung über den parallel liegenden Elementen Kondensator 1, Schalter S und lampe L steigt mit der Zeit direkt mit dem Strom und umgekehrt mit dem Wert der geladenen Kapazität. Wenn der Schalter S offen ist, steigt die von der Induktivität über der lampe induzierte Spannung schnell auf den Wert, der benötigt wird, um das Gas in der lampe zu durchbrechen. Wenn das Gas in der lampe 1 duretibrochen ist, fällt der Widerstand zwischen den beiden lanrpenelektroden erheblich. Zwischen den Lampenelektroden erfolgt äann ein Bogenüberschlag, und die Lampe wird kontinuierlich leitend. Der Kondensator 1 ist zwar nicht erforderlich^ ist jedoch über die lampe geschaltet, um die Anstiegszeit der über die lampe gelegten Spannung zu kontrollieren»Actuating coil 2 mid the vacuum holder S consists. Of the Current through the actuating coil 2 is sufficient to ensure that the vacuum switch opens. When the contacts of the vacuum holder S have separated far enough that the current through the contacts is interrupted the current is diverted to the charging capacitor 1. The voltage across the parallel elements capacitor 1, switch S and lamp L rise directly with the current over time and vice versa with the value of the charged capacity. When the switch S is open, the inductance increases The voltage induced across the lamp quickly reaches the value required to break the gas in the lamp. When the gas in lamp 1 has broken, the resistance drops between the two long electrodes considerably. An arc flashover then takes place between the lamp electrodes, and the lamp becomes continuously conductive. The capacitor 1 is not required ^ but is about the lamp switched to control the rise time of the voltage applied to the lamp »

Ersichtlich ist die dargestellte Schaltung eine komplette Stromversorgung, obwohl sie nur eine Grundschaltung darstellt. Die Induktivität 14 im schaltenden Stromregulator dient also in der beschriebenen Weise dazu, die lampenstartenergie zu speichern und zu entladen, aber auch dazu, den Lampenbetriebsstrom zu integrieren. Trotzdem ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, beispielsweise kann die Erfindung auch nur als Starter oder Impulsgeber ohne vollständigen Schaltstromregulator verwendet werden, es ist dann eventuell erforderlich, einen Hei- nen Vorwiderstand von beispielsweise 1 Ohm in Reihe mit der Gleichstromquelle und der Lampe zu schalten. Weiter ist zwar der Vakuumschalter S mittels einer Spule in der beschriebenenIt can be seen that the circuit shown is a complete power supply, although it only represents a basic circuit. The inductance 14 in the switching current regulator thus serves in the manner described to store and discharge the lamp starting energy, but also to integrate the lamp operating current. Nevertheless, it should be noted that the invention is not limited to, for example, the invention can also be used only as a starter or pulse without complete switching current regulator, is it may require a Hei-nen series resistor, for example, 1 ohm in series with the DC power source and to switch the lamp. The vacuum switch S is further described by means of a coil in FIG

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Ausführungsform betätigt worden, es können jedoch auch andere Schalterbetätigungseinrichtungen verwendet werden, beispielsweise manuell betätigte Einrichtungen.Embodiment has been operated, but it can also other switch actuation devices can be used, for example manually operated devices.

Werte für eine Schaltung der in der Zeichnung dargestellten Art sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:Values for a circuit of the type shown in the drawing are compiled in the following table:

TabelleTabel StromquellePower source Wert in VoltValue in volts TyjpeTyjpe 115115 Motorola MDA-952-3
Type
(3) Delco DTS-430
Type
IK 3891
Wert in MillihenriesMotorola MDA-952-3
Type
(3) Delco DTS-430
Type
IK 3891
Value in millihenries Brücken-GleichrichterBridge rectifier 5
Wert in Mikrofarad5
Value in microfarads 5
Schalt-Transistor
10
Diode
15
Induktivität5
Switching transistor
10
diode
15th
Inductance 0,0005
430
Wert in 0hm0.0005
430
Value in 0hm H
KondensatorH
capacitor 0,2
Type0.2
Type 1
8
Widerstand1
8th
resistance Eimac VS-8
Type 0098U/1368
Eiiaac 150X 8PEimac VS-8
Type 0098U / 1368
Eiiaac 150X 8P 11
Vakuum-Schalter S11th
Vacuum switch S S
Bogenlampe
LS.
Arc lamp
L.

Claims

O V 1 P 229 D

Expectations

1) Start-up circuit for a gas discharge lamp, characterized by ^ - ^ indicates that a vacuum switch, an opening device for the vacuum switch, an inductor and a one-way conductive component connected in series are, the vacuum switch can be switched over the grass discharge lamp and the one-way conductive component can be switched via a direct current source without this source being able to discharge.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the Switch opening device has a coil that has a Forms part of the series connection.

3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that that the inductance is connected between an input and an output terminal of a switching current regulator is.

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