DE3017282A1

DE3017282A1 - Halbleiter-vorschaltgeraet zum betrieb einer gas- und/oder dampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3017282A1
Application number: DE19803017282
Authority: DE
Inventors: Marcus Jozefus Cathar Mostmans
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1980-11-20
Also published as: JPS55154096A; FR2456454A1; BE883130A; NL7903579A; GB2050723A

Description

RV. Philips¹ Glceüii-npeiifaSreten. ΒηύΙιοω» 3 Q Π 2 8

2.2.1980 4 3 PHN 9hh5

Halbleiter-Vorschaltgerät zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe.

Die Erfindung betrifft ein

Halbleiter-Vorschaltgerät zum Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe, das einen mit einem^Steuerkreis ausgerüsteten G.T.O.-(Gate turn-off)-Schalter und eine Induktivität sowie weiter zwei Eingangsanschlüsse zum Anschliessen an eine WechseIspannungsquelle mit einer Frequenz kleiner als 100 Hz besitzt, wobei im Betriebszustand des Vorsehaltgeräts die beiden Eingangsanschlüsse miteinander über eine Serienschaltung wenigstens aus dem G.T.0.-Schalter, der Induktivität und der Lampe verbunden sind und der Steuerkreis des G.T.0.-Schalters diesen Schalter mehrmals in jeder Halbperiode der Wechselspannungsquelle leitend macht und anschliessend wieder sperrt.

Unter einem Halbleitervorschaltgerät sei hierbei ein mit einem Halbleiter-Schaltelement ausgerüstetes stromstabilisierendes Vorschaltgerät verstanden. Da eine Gas und/oder Dampfentladungslampe in der Regel eine negative Spannung/Strom-Kennlinie aufweist, muss eine derartige Lampe über ein Vorschaltgerät betrieben werden.

Mit einem Halbleiter-Vorschaltgerät wird die Stromstabilisierung in der Regel durch das Halbleiterschaltelement verwirklicht, das dazu widerholt leitend und darauf schnell wieder gesperrt wird.

Ein bekanntes Halbleiter-Vorschaltgerät der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise in der GB-PS 1 k96 I30 beschrieben. Ein Nachteil dieses bekannten Halbleiter-VorechaltgerÄts besteht darin, dass es viele elektrische Bauelemente besitzt. Eine Vielzahl dieser Bauelemente dient dabei zum Steuern des Halbleiter-Schaltelements, insbesondere ssum Auf steuern und anschli·ssenden Sperren des G.T.0.-Schalters«

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Der Erfindung- liegt die Aufgabe

zugrunde, ein Halbleiter-Vorschaltgerät der eingangs erwähnten Art anzugeben, das aus einer nur geringen Anzahl elektrischer Bauelemente besteht, wodurch auch der Steuerkreis des G-.T.0.-Schalters einfach ist.

' Diese Aufgabe sind bei einem

Halbleiter-Vorschaltgerät eingangs erwähnter Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Induktivität eine erste ¥icklung eines Transformators ist, dessen zweite Wicklung ein Teil des Steuerkreises des G.T.0.-Schalters ist_f und diese beiden Transformatorwicklungen derart miteinander gekoppelt sind, dass ein der momentanen Stromrichtung durch den G.T.0.-Schalter entsprechender Stromimpuls in der ersten Transformatorwicklung zu einem Löschimpuls für diesen G.T.0.-Schalter führt.

Ein Vorteil dieses Halbleiter-Vorschal tgeräts besteht darin, dass der Steuerkreis des G.T.0.-Schalters besonders einfaJch ist. Dadurch kann dieses Halbleiter-Vorschaltgerät aus einer nur geringen Anzahl, elektrischer Bauelemente bestehen. -

Der Erfindung liegt der Gedanke

zugrunde, im leitenden Zustand des G.T.0.-Schalters den die Lampe und ebenfalls die Induktivität durchfliessenden Stromimpuls auf transformatorischem Fege zum Sperren des G.T.O.-Schalters zu benutzen.

Bei einer bevorzugten Ausfüh—

rungsform eines erfindungsgemässen Halbleiter-Vorschaltgeräts ist der Transformator mit einer dritten Wicklung versehen, die in Serie mit einem Kondensator geschaltet ist, wobei die Kombination der dritten Transformatorwicklung mit der ersten Transformatorwicklung als Spartransformator ausgeführt ist·

Ein Vorteil dieser bevorzugten

Ausftihrungsform besteht darin, dass dabei der mit diesem Halbleiter-Vorschaltgerät zu betreibenden Lampe über den Spartransformator zunächst eine grosse Startzundepannting· zugeführt werden kann. Diese Zündspannung· kann grosser als

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die Spannung der Wechselspannungsquelle sein, für die das Halbleiter-Vorschaltgerät bestimmt ist.

Beispielsweise ist der G.T.O.Schalter von einem Typ, der sich nur für eine Stromrich-

tung eignet. In diesem Fall ist beispielsweise eine Diodenbrücke vorgesehen, deren erster Eingang an den einen EingangsanschIuss des Vorschaltgeräts und deren zweiter Eingang an den änderen Eingangsanschluss des Vorschaltgerät angeschlossen ist. Der G.T.0.-Schalter und die Lampe

bilden dabei im Betriebszustand beispielsweise einen Teil einer Reihenschaltung welche zwei Ausgänge der Diafenbrücke miteinander verbinden.

Bei einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform eines erfindungsgemässen Halbleiter-15

Vorschaltgeräts ist der G.T.0.-Schalter von einem Typ, der für zwei Stromrichtungen geeignet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der elektrischen Bauelemente des Halbleiter-Vorschaltgeräts noch kleiner sein kann. Denn eine

Diodenbrücke, wie oben erwähnt- ist dabei nicht mehr not— 20

wendig.

Bei einer Verbesserung der

letztgenannten Ausführungsform besteht der Steuerkreis des G.T.O«-Schalters aus einer diesen G.T.0,-Schalter überbrückenden Serienschaltung eines ers.ten Widerstandes, eines zweiseitigen Schwellenelementes, eines zweiten Kondensators und der zweiten Transformatorwicklung, wobei eine Steuerelektrode des G.T.0.-Schalters an einen Verbindungspunkt zwischen dem Schwellenelement und dem zweiten Kondensator

angeschlossen und der erste Kondensator von einem zweiten 30

Widerstand überbrückt ist.

Ein Vorteil dieser Verbesserung

ist, dass damit ein Steuersignal verhältnismässig grosser Amplitude zum Aufsteuern des G.T.0.-Schalters erhalten wird. Hierdurch wird eine zuverlässige Neuzündung der Lampe

in jeder Halbperiode der Speisung ermöglicht.

Die Lampe ist vorzugsweise eine Metalldampfentladungslampe, die für allgemeine Beleuch-.

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tungszwecke geeignet ist.

Zwei Ausführuhgsbeispiele der

Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. J eine Schaltung eines Halbleiter-Vorschaltgeräts mit einer angeschlossenen Entladungslampe5

Fig. 2 eine Schaltung eines

anderen Halbleiter-Vorschaltgeräts mit einer angeschlos-■Ό senen Entladungslampe.

In Fig. 1 sind 1 und 2 Eingangsanschlüsse zum Verbinden mit einer Wechselspannungsquelle von 22Ο V, 50 Hz. Der Anschluss 1 ist an einen G.T.O.-(gate turn-off)-Schalter 3 angeschlossen, der sich für '⁵ zwei Stromrichtungen eignet. Die andereSeite des G.T.O.-Schalters 3 ist über eine erste Trans forma torwicklüng k an. eine Hochdruckquecksilberdampf entladungslampe 5 angeschlossen, die nur schematisch dargestellt ist. Die andere Seite der Lampe 5 ist mit dem Anschluss 2 verbunden. Eine Steuerelektrode 6 des G.T.0.-Schalters 3 ist über ein zweiseitiges Schwellenelement (diac) 7 an eine zweite • Wicklung 8 des Transformators angeschlossen. Die andere Seite dieser zweiten Wicklung 8 ist über einen Kondensator 9 an den Anschluss 2 angeschlossen. Ein Widerstand 10 ist ■ zwischen den Anschluss 1 und einen Verbindungspunkt zwischen der zweiten Transformatorwicklung 8 und dem Kondensator 9 angeschlossen. Die Lampe 5 ist durch einen Startkondensator 11 tiberbrückt.

¹ Die Wirkung dieser Schaltungsan-

Ordnung ist wie folgt.

Wenn die Anschlüsse 1 und 2 mit

der angegebenen Spannungsquelle verbunden werden, lädt sich zunächst der Kondensator 9 über den Widerstand 10 auf.

Angenommen, dies erfolgt in einer Halbperiode der Span— '

nungsquelle, in der der Anschluss 1 gegen den Anschluss 2 positiv ist, dann empfängt, wenn die Spannung des Kondensators 9 die Schwellenspannung des Elements 7 erreicht;,

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die Steuerelektrode 6 des G.T.0.-Schalters 3 ein Steuersignal, das diesen Schalter 3 leitend macht. Ein Schwingkreis mit den Kreiselementen 4 und 11 wird dadurch angestossen. Hierdurch entsteht über der Lampe 5 eine hohe Spannung, wodurch diese zündet. Es fliesst dabei ein Stromimpuls vom Anschluss 1 über den Schalter 3 und die erste Transformatorwicklung 4 durch die Lampe 5 zum Anschluss 2. Dieser Impuls erzeugt in der Lampe 5 Licht. Die Transformatorwicklungen 4 und 8 sind so miteinander gekoppelt, dass der erwähnte Stromimpuls eine Spannung in der Transformatorwicklung 8 induziert, wodurch das Schwellenelement 7 zum zweiten Mal durchschlägt, jetzt jedoch in der anderen Richtung als zuvor. Die Folge davon ist, dass die Steuerelektrode 6 des Schalters 3 einen Löschimpuls empfängt, der den Schalter 3 wieder in den gesperrten Zustand zurückbringt. Der Kondensator 11 hat sich dabei inzwischen über die Lampe 5 entladen. Danach empfängt die Steuerelektrode 6 über den aufgeladenen Kondensator 9 und das Schwellenelement 7 wieder ein Signal, das den G.T.O.-

²" Schalter 3 wieder leitend macht, usw. Das Schalten des G.T.0.-Schalters 3 erfolgt einige Male in der Halbperiode der Speisespannung an den Anschlüssen 1 und 2.

Venn die Polarität der Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 2 bei der folgenden HaIbperiode umgekehrt ist, arbeitet die Schaltung auf gleichartige Weise wie oben beschrieben. Jedoch gibt es den Unterschied, dass dabei der Kondensator 9 über den Widerstand 10 in entgegengesetzter Richtung aufgeladen wird und bei ausreichender Spannung über die Schaltungselemente 8 und 7 und die Steuerelektrode 6 den G.T.0.-Schalter 3 leitend macht. Weiter gibt es noch den Unterschied, dass die Stromimpulse in der Serienschaltung aus der Entladungslampe 5» der Transformatorwicklung 4 und dem G.T.0.-Schalter 3 auf den Anschluss 1 gerichtet sind. In dieser Leitrichtung des G.T.0.-Schalters 3 erzeugt ein auf den Schalter 3 gerichteter Stromimpuls in der Transformatorwicklung 4 über die Transformatorwicklung 8 und das

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Schwellenelement 7 einen Löschimpuls zur Steuerelektrode des G.T.0.-Schalters 3.

In den. beiden Halbperioden der Speisespannung wird daher der Schalter 3 stets schnell wieder gesperrt. Der Lampenstrom kann dadurch nicht auf gefährlich hohe Werte ansteigen. Das erwähnte Abschalten erfolgt praktisch durch den Lampenstrom selbst. Er fliesst nämlich durch die Wicklung 4 des Transformators 4, 8, der das Abschalten des Sclialters 3 bewirkt.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Lampe 5 eine Lampe von 80 Watt. Der Widerstand 10 beträgt 30 kOhm. Der Kondensator 9 hat eine Kapazität von 100 najnoFarad. Der Kondensator 11 hat eine Kapazität von 0,5 /uFarad. Das Wickelverhältnis des Transformators 4, 8 beträgt etwa 8 zu 1. In diesem Beispiel ist die Frequenz der Speisespannung der Lampe 5 etwa 20 kHz. Die Lichtausbeute dieser Lampe 5 beträgt dabei gut 47 Lumen/Watt. Der Wirkungsgrad (cos -° ) der Schaltung beträgt etwa 0,9.

In Fig. 2· sind 20 und 21 Eingangsanschlüsse, die zum Anschliessen an eine Speisequelle ebenfalls von 220—Vy 50 Hz, bestimmt sind. Der Anschluss ist an einen G.T.0.-(gate turn-off)-Schalter 22 angeschlossen, der sich für zwei. Stromrichtungen eignet* Die andere Seite des G.T.O.-Schalters 22 ist an einen Transformator 23 angeschlossen, der drei Wicklungen hat; eine erste Wicklung 24, eine zweite Wicklung 25 und eine dritte Wicklung 26. Der G.T.0.-Schalter 22 ist dabei mit einem Ende jeder der drei erwähnten Wicklungen verbunden. Die Wicklungen 26 und 24 bilden einen Spartransformator. Das dem G.T.0.-Schalter 22 abgewandte Ende der Wicklung 24 ist an eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe 27 angeschlossen, deren andere Seite mit dem Anschluss 21 verbunden ist. Der Steuerkreis des G.T.0.-Schalters 22 enthält eine Serienschaltung eines Widerstandes 28, eines zweiseitigen Schwellenelementes (diac) 29, eines Kondensators 30 und der zweiten Transformatorwicklung 25. Diese Serienschaltung überbrückt den G.T,0.-Schalter 22. Eine Steuer-

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elektrode 22a des G.T.0.-Schalters ist an'einen Verbindungspunkt zwischen dem Schwellenelement 29 und dem Kondensator 30 angeschlossen.

Die dem G.T.0.-Schalter 22 abgewandte Seite der dritten Transformatorwicklung 26 ist über eine Parallelschaltung eines Kondensators 31 und eines zweiten Widerstands 32 mit dem Anschluss 21 verbunden.

Weiter ist zum Schutz des G.T.O.-Schalters 22 ein spannungsabhängiger Widerstand (vDR) 33 vorgesehen, der den G.T.0.-Schalter 22 überbrückt. Eine weitere Sicherung des G.T.O.-Schalters 22 besteht aus einer Serienschaltung aus zwei einander entgegengesetzt geschalteten Zenerdioden 34 und 35, an einen Verbindungspunkt zwischen dem Schalter 22 und dem Transformator 23 einerseits und einen Verbindungspunkt zwischen dem Schwellenelement 29 und dem Kondensator 30 andererseits angeschlossen sind.

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet wie folgt. Wenn die Eingangsanschlüsse 20 und 21 an die Wechselspannungsquelle angeschlossen werden und wenn davon ausgegangen wird, dass der Anschluss 20 zu- . nächst gegen den Anschluss 21 positiv ist, fliesst bei einem bestimmten Spannungsunterschied zunächst Strom in dem Kreis 20, 28, 29, 30, 25, 26, 31, 21. Dies i'ührt zu einem Impuls an der Steuerelektrode 22a, der den G.T.O.Schalter 22 leitend macht. Dann fliesst ein Strom im Kreis 20, 22, 26, 31, 21. Dieser auch die Wicklung 26 durchfliessende Strom induziert in der Wicklung 2k eine Spannung, die zum Zünden der Entladungslampe 27 führt. Praktisch arbeitet die Wicklung 26 dabei als Primärtransformatorwicklung und die Wicklung· 2k als Sekundärtransformatorwicklung.

Ein Stromimpuls durch die

Transformatorwicklung 2k und die Lampe 27 erzeugt in dieser Licht. Der erwähnte Stromimpuls aus dem Anschluss 20 führt dabei durch die Wirkung des Transformators 23 zu

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einer in der ¥icklung 25 induzierten Spannung, die dadurch über den Kondensator 30 einen Löschimpuls der Steuerelektrode 22a des Schalters 22 zuführt. Anschliessend sperrt der G.T.0.-Schalter 22. Der inzwischen etwas ^ aufgeladene Kondensator 30 entlädt sich jetzt zum Teil über die Lampe und zum Teil über den ¥iderstan 32. Dabei führt der Kreis 20, 28, 29, 30, 25, 26, 31, 21 wieder Strom, wodurch der G-.T. 0.-Schalter 22 nochmals leitend wird, usw. Das Schalten des G.T.0.-Schalters 22 erfolgt mehrmals in der Halbperiode der speisenden Spannungsquelle, ¥enn die Polarität der Spannung zwischen den Anschlüssen 20 und 21 umgekehrt ist, fliessen die Ströme in der anderen Richtung. Dies ebenfalls analog der bei der Schaltung nach Fig. 1 beschriebenen Firkung.

Die Schaltung nach Fig. 2

bietet gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 den Vorteil, dass der Spartransformator 26, 24 der Lampe 27 eine wesentlich grössere Spannung als die zwischen den Anschlüssen und 21 zuführen kann, insbesondere zum Zünden und Neuzün-

den bei jeder Halbperiode.

In einem Ausführungsbeispiel

ist die Lampe 27 eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe von 80 ¥att. Der ¥iderstand 28 beträgt 30 kOhm, der

¥iderstand 32 100 kOhm. Der Kondensator 30 hat dabei 25

eine Kapazität von 100 nanoFarad und der Kondensator 31 von 33 nanoFarad. Das ¥icke!verhältnis der Transformatorwicklungen 24, 25, 26 beträgt 16 zu 1 zu 8, Die Durchschlagspannung des Schwellenelements 29 beträgt 30 V. Die Zenerspannung einer jeden der beiden Zenerdioden 34 und

ist 15 V. Die Arbeitsfrequenz ist von der gleichen Grössenordnung wie im Beispiel nach Fig. 1. Die Lichtausbeute der Lampe 27 ist ebenfalls gut 47 Lumen/¥att. Der ¥irkungsgrad (cos 'P ) der Schaltung beträgt etwa 0,9·

Die Halbleiter-Vorschaltgeräte

nach Fig. 1 und 2 beanspruchen ein wesentlich geringeres

Volumen, als wenn die Lampe auf bekannte ¥eise mit einer ; Spule als Vorschaltgerät stabilisiert würde. Dies gilt

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umsomelir, wenn zu der bekannte Vorschaltdrossel zur Erzielung eines gutes Wirkungsgrades (cos p ) noch ein Kondensator dazu kommen würde.

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Leer seife

Claims

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PATENTANSPRUECHE

/ 1 J Halbleitervorschaltgerät zum

Betrieb einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe, das einen mit einem Steuerkreis ausgerüsteten G.T.O₀- (gateturn-off)-Schalter und eine Induktivität sowie weiter zwei Eingangsanschlüsse zum Anschliessen an eine Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz kleiner als 100 Hz besitzt, wobei im Betriebszustand des Vorschaltgeräts die beiden Eingangsanschlüsse über eine Serienschaltung wenigstens aus dem G.T.0.-Schalter, der Induktivität und der Lampe miteinander verbunden sind und der Steuerkreis des G.T.O.Schalters diesen Schalter mehrmals in der Halbperiode der Fechselspannungsquelle leitend macht und anschliessend wieder sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität eine erste Wicklung (4; 24) eines Transformators ist, dessen zweite Wicklung (8; 25) ein 'Teil des Steuerkreises 7, 8, 9; 28, 29, 30, 25) des G.T.0.-Schalters (3; 22) ist und diese beiden Transformatorwicklungen derart miteinander gekoppelt sind, dass ein der momentanen Stromrichtung durch den G.T.0.-Schalter entsprechender Stromimpuls in der

ersten Transformatorwicklung zu einem Löschimpuls für diesen G.T.0.-Schalter führt.

2. Halbleiter-Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator mit einer dritten Wicklung (26) versehen ist, die in Serie

mit einem Kondensator (31) geschaltet ist, und die Kombination der dritten Transformatorwicklung (26) mit der ersten Transformatorwicklung (24) als Spartransformator ausgeführt ist.

3. Halbleiter-Vorschaltgerät nach

Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der G.T.O.Schalter (3; 22) von einem Typ ist, der sich für zwei Stromrichtungen eignet.

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k. Halbleiter-Vorschaltgerät nach.

Anspruch. 2 und 3» dadurch, gekennzeichnet, dass 4er Steuerkreis des G-.T. 0.-Schalters (22) aus einer diesen überbrückenden Serienschaltung eines ersten Widerstandes (28), eines zweiseitigen Schwellenelementes (29), eines zweiten Kondensators (30) und der zweiten Transformatorwicklung (25) besteht, wobei eine Steuerelektrode (22a) des G.T.0.-Schalters an einen Verbindungspunkt zwischen · dem Schwellenelement (29) und dem zweiten Kondensator (30) angeschlossen ist, und der erste Kondensator (31) von einem zweiten Widerstand (32) überbrückt ist.

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