DE3135311A1

DE3135311A1 - Schaltung fuer die stromzufuehrung einer wechselstromentladungslampe

Info

Publication number: DE3135311A1
Application number: DE19813135311
Authority: DE
Inventors: Masataka Okazaki Aichi Ota
Original assignee: Elmo Co Ltd
Current assignee: Elmo Co Ltd
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1982-08-26
Also published as: JPS6057673B2; JPS5746499A; DE3135311C2; US4412156A

Description

PFENNING · MAAS · MEINIG ■ SPOTT

-¹I-

Patentanwälte - Kurtorstendamm 170, D 1000 Berlin IS

T56-91

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Me/schu
111120 (VGN)

PATENTANWÄLTE BERLIN · MÜNCHEN

J. Pfenning. Dlnl.-Jng. - Berlin Dr I. Maas. Dip! -Chem Manchen K. H Melnlfl. Dipl.-Phy» · Berlin Dr. 6. Spoö, DipL-Oiem. München

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

BÜRO BERLIN:

!Kurfürstendamm 170 D 1000 Berlin 15

Telefon:
030/8812008/8812009

Telegramme:
Seilwehrpatent

Telex: 5215 880

Berlin Date

3. September 1981

ELMO COMPANY, LIMITED

6, Kamihodori 1-chome, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken,

JAPAN

Schaltung für die Stromzuführung einer Wechselstromentladungslampe

S t β Bt

^ Schaltung für die Stromzuführung einer Wechselstromentladungslampe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für die Stromzuführung einer Wechselstrom~ entladungslampe, etwa einer Metallhalogenidentladungslampe oder dergleichen, vorzugsweise auf eine Stromzuführung unter Verwendung einer konstanten Gleichstromquelle mit wechselnder

Polung der Lampe.
25

Metallhalogenid-Entladungslampen stellen strenge Anforderungen an die Stromversorgung. Während sich die Lampe nach ihrer Zündung aufwärmt, ist ihre Spannung beträchtlich geringer als

anschließend, wenn sie ihre normale Betriebstemperatur erreicht hat und der Lampenstrom ist in der Zündphase höher als während des Dauerbetriebes. Darüber hinaus darf sowohl während der Anwärmphase als auch im Betriebs-

zustand eine maximal zugelassene Stromversorgung

nicht überschritten werden, ohne daß die Gefahr der Zerstörung oder Beschädigung der Entladungslampe in Kauf zu nehmen ist. Für einen zufriedenstellenden Betrieb der Entladungslampe muß die Wechselstromzuführung somit sowohl bezüglich des Spannungsverhaltens als auch des Stromes optimal vorgenommen werden. Hierbei ist es wünschenswert, von einer Konstantstromquelle auszugehen, da diese eine konstante Lichtausbeute bei gleichbleibender Farbtemperatur gewährleistet.

Herkömmliche Stromzuführungen mit Stromregelung verwenden Induktivitäten in Form eines Ballastwiderstandes, etwa in Form einer Reihenschaltung, einer Drosselspule und eines Kondensators, die ihrerseits in Reihe mit der Entladungslampe liegen, wobei die Steuerung des Abfalles der Spannung

^ζυ in Übereinstimmung mit dem Betrag des von der Lampe aufgenommenen Stromes erfolgt und hierdurch die Stromzuführung reguliert wird. Diese sogenannten Ballast-Stromversorgungen haben den Nachteil, daß der in

ihnen verwendete Kondensator sehr groß dimensioniert und entsprechend massiv ausgebildet sein muß. Darüber hinaus ist davon auszugehen, daß bei einer normalerweise vorhandenen 200 Volt Spannungsquelle für eine Wechselstrommetallhalogenid-Entladungslampe beispielsweise nur Spannungen von 45 Volt in Frage kommen. Bei dem Betrieb einer Entladungslampe über eine 100 Volt Wechselstromspannungsversorgung muß zusätzlich zu dem voluminösen Kondensator

noch ein Zusatztransformator hinzugenommen werden. Da darüber hinaus der Wert des
Stromes, der durch den Kondensator stabilisiert wird, von der Größe der Versorgungsspannung abhängig ist, muß ein entsprechender Abgriff vorgesehen sein, um die Konstantspannung zu halten, auch dann, wenn unterschiedliche Spannungen versorgungsseitig
anliegen. Die genannten Faktoren und Erfordernisse komplizieren somit die Stromversorgung und reduzieren die Effektivität des Betriebes einer Entladelampe.

Es ist bereits bekannt, um die vorstehend '** skizzierte Ballast-Stromversorgung wenigstens hinlänglich zu vereinfachen, eine Schaltung zu verwenden, die ohne den starken Zusatzkondensator auskommt und dennoch eine

konstante Stromversorgung für eine Wechsel-

strom-Metallhalogenid-Entladungslampe vorgibt. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist in der japanischen Offenlegungsschrift No. 51-141488 beschrieben. Wie dort aufge-'zeigt und wie im einzelnen in Fig. 1

der vorliegenden Anmeldung gezeigt, verwendet diese Schaltung einen Regelschalter.

Die Stromversorgung, also die Netzspannung, liegt zwischen den Eingangsklemmen A und B, wobei eine Gleichrichtung mittels eines
Gleichrichterschaltkreises 1 erfolgt,und
der erhaltene gleichgerichtete Strom wird periodisch durch den sperrenden und durchschaltenden Schalttransistor 2 gegeben.

Der Hochfrequenzanteil des Stromes wird durch ein Tiefpaßfilter 6 beseitigt, welches aus einer Diode 3, einer Induktion 4 und einem Kondensator 5 besteht. In der gezeigten Schaltung sind die Ausgänge jedes den Richtungssinn bestimmenden Schaltungsteils eines mit der Gleichspannung beaufschlagten Schaltungsteiles 7 und eines den Gleichstrom richtungsbestimmenden

TO Schaltkreises 8 in der dargestellten Weise mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 6 verbunden, wobei eine Summierung in einer Summierungsschaltung 9 erfolgt. Die summierte Ausgangsspannung liegt am Eingang einer

'5 Fehlerdetektorschaltung 10, welche einen Steuerschaltkreis für die Steuerung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2 enthält. Die Ausgangsspannung wird verglichen mit der Bezugsspannung eines

eine Referenzspannung erzeugenden Schaltkreises 11, so daß sich ein Fehlsignal im Hinblick auf die Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsspannung und der

' summierten Ausgangsspannung, also eine

entsprechende mögliche abweichende Spannung detektieren läßt.

Das erhaltene Fehlersignal wird einem Spannungs-.Impulsbreitenkonverter 13 zugeführt, der seinerseits Impulsbreiten einer konstanten Frequenz von einem Oszillator 12 abgeleitet vorzugeben in der Lage ist. Die Ausgangsspannung des Konverters 13 steuert die Durchschalt- und Sp'errzeiten des Schalttransistors 2 ,

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wobei sich das Fehlersignal auf einem konstanten Wert halten läßt. Damit läßt sich eine im wesentlichen konstante Gleichstromenergieversorgung an den Verbraucher anlegen. Die Konstantstrom-r Versorgung wird entsprechend der dargestellten Zeichnung einer Kommutatorschaltung 14 zugeführt. Zwei Transistoren 15 und 16 und ein weiteres Transistorenpaar 17 und 18 der Kommutatorschaltung werden periodisch alternierend gesteuert unter Verwendung einer Kommutatorsteuerschaltung 19, wobei die Kollektoremitterstrecken der Transistorpaare die Gleich-

stromversorgung einer Wechselstromentladungslampe 20 regulierend mit dieser in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise zusanunengeschaltet sind.

*® Während der Aufwärmperiode der Entladungslampe 20 fließt ein großer Strom wegen der in diesem Zustand kleinen Impedanz der Entladungslampe 20. Da Strom und

Spannung über die Gleichstrom- und 95

Gleichspannungsschaltkreise 7 und 8 abgegriffen werden und die Energiezuführung zur Entladungslampe 20 steuerbar ist, ist es mit dieser Schaltung möglich, den vorgegebenen Wert nicht

zu überschreiten. Realisiert wird diese Begrenzung durch Verringerung der Impulsbreite der Konstantfrequenzimpulsfolge, die der Spannungsimpulskonverter 13 liefert, und damit durch die Herabsetzung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2 wie

entsprechend durch Aufrechterhaltung des Abweichsignales von den Schaltkreisen 7 und 8 auf dem gewünschten Pegel. Bei Erreichung der normalen Betriebsbedingung, bei der der Arbeitspegel der Gasentladungslampe erreicht ist, ist die Impedanz der Entladungslampe 20 höher als während der Zündphase. Dennoch kann eine im wesentlichen konstante Energieversorgung für die Entladungslampe 20 aufrechterhalten werden durch eine Vergrößerung der Impulsbreite der Konstantfrequenzsignale von dem Konverter 13 und Verlängerung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2.

T 5 Da für die Energieversorgung in der vorbeschriebenen Weise ein Schalttransistor verwendet wird, ist der Vorrichtungsaufbau erheblich kleiner dimensionierbar und leichter als bei Verwendung des

^zu sonst benötigten voluminösen Kondensators und darüber hinaus wir die Effektivität der Schaltung erhöht.

Wesentlich bei der Schaltung unter Ver-

wendung eines Schalttransistors ist jedoch die Notwendigkeit der Anpassung beziehungsweise entsprechenden Justierung der Schaltkreise 7 und 8 für die Gleichspannung und den Strom und/oder des Summierungsschalt-

kreises 9 zur Vorgabe einer Konstantversorgung der Entladungslampe 20. Die Eineichung der Schaltkreise muß unter normalen Betriebsbedingungen der Entladungslampe in Verbindung mit der Energieversorgung vorgenommen werden.

Hierdurch können elektrische Stöße während des Justiervorganges nicht mit Sicherheit vermieden werden, die die Gasentladungslampe gefährden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art insbesondere dahingehend zu verbessern, daß diese sich kompakter bei geringerem Gewicht erstellen läßt bei höherer Effektivität und unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile, wobei insbesondere noch sichergestellt werden soll, daß die Gefahr elektrischer Stöße vermieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das wesentliche der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer Stromversorgung mittels einer Schaltung, bei der der bisher in der Eingangs- oder Ausgangsleitung eines Schalttransistors für erforderlich gehaltene

Induktor, also eine Drosselspule, nicht mehr benötigt wird durch Verwendung eines Leistungstransformators, bei welchem die Primärwicklung zur Isolation getrennt von der Sekundärwicklung ist. Die Wechselspannung, die sich in der Sekundärwicklung aufbaut, wird benutzt zur

Steuerung der Durchschaltzeit des Schalttransistors. Dadurch ist der Hochspannungsschaltkreis für die Wechselstromentladungslampe wirksam getrennt und isoliert von der Niederspannungsseite wie insbesondere auch dem Summierungsschaltkreis und der Steuerschaltung, so daß elektrische Schläge, die zu Beschädigungen bisher führen konnten, mit Sicherheit vermieden werden. 10

Die beiliegenden Zeichnungen sollen die vorliegende Erfindung beispielsweise beschreiben. Es bedeutet:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer

Schaltungsausführung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines

Schaltkreises für die Strom

versorgung einer Entladungslampe nach der Erfindung; und

Fig. 3 Wiedergaben der Ausgangssignal-

wellenformen der einzelnen Schaltkreise der Schaltung zur Veranschaulichung der ArbeitS7 weise des erfindungsgemäßen Schaltkreises.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung für die Stromzuführung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei sind der Fig. 1 entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen

versehen, um eine übersichtliche Betrachtungs weise zu erleichtern.

Fig. 2 zeigt einen Stromtransformator 21, bei dem die Primärwicklung zwischen einem Gleichstromanschluß 1 und einem Schalttransformator 2 liegt. Die Sekundärwicklung des Transformators 21 ist mit einem Gleichrichterschaltkreis 22 verbunden, wobei der

TO Ausgang der Gleichrichterschaltung 22 an eine Summierungsschaltung 9 angeschlossen ist. Darüber hinaus ist ein weiterer Transformator 23 vorgesehen, dessen Primärwicklung in Verbindung mit einem Spannungs-Impuls-

^5 wandler 13 steht und dessen Sekundärwicklung an der Basis des Transistors 2 liegt. Die vorliegende Stromversorgungsschaltung hat für das Tiefpaßfilter 6 entsprechend der Fig. 1 einen Transformator 24 für die

Spannungsabtastung anstelle des dort gezeigten Induktionsbausteines 4. Die Primärwicklung des Transformators 24 ist mit dem Tiefpaßfilter 6 verbunden. Wesentlich bei dieser Schaltung ist, daß die Sekundär-

wicklung des Transformators 24 als Prüfspule ausgebildet ist mit einer sehr geringen Induktanz, wie sie zur Wahrnehmung des Flußverlustes der Primärwicklung erforderlich ist, so daß die Primärwicklung

als Induktor, also Impedanzspule, arbeiten kann. Die Sekundärwicklung des Transformators 24 für den Spannungsabgriff ist mit einem Haltestromschaltkreis 25 verbunden, der zur Verwendung des Gleichstroms für Wechselstromsignale ausgelegt ist.

Der Ausgang des Haltestromkreises 25 steht in Verbindung mit der Summierungsschaltung 9. Nachfolgend soll die Funktionsweise des wie vorstehend aufgebauten Schaltkreises beschrieben werden.

In Fig. 3 soll in der oberen Darstellung V₁ die Gleichspannung darstellen, welche vom Gleichstromschaltkreis 1 abgegeben wird.

In Übereinstimmung mit der Durchschaltzeit T__N und der Sperrzeit T_Q__F des Schalttransistors 2 wird eine Spannung V_ vorgegeben, die über die Diode 3 abfällt und die eine Impulsfolge bildet, deren Amplitudenwert V_ ist mit einer Impulsbreite von T_n, wie in Fig. 3 (a) dargestellt. Die Spannung V_D wird dann mittels des Tiefpaßfilters 6 geglättet. Als Ergebnis ergibt sich eine Gleichspannung V-™,, die durch folgende Pormel erhalten wird:

T
ON

V = V
OUT I

rn +T

ON OFF

In dieser Zeit liegt ein Strom I_c vor, dessen Wellenform in Fig. 3 (b) gezeigt ist, wobei dieser durch den Kollektor des Schalttransistors 2 fließt und ein

Durchlaßstrom I_n (s. Fig. 3 (c)) fließt on ^υ

^ou durch die Diode 3. Als Ergebnis ergibt

sich ein Strom I_ mit einem mittleren Ausgangswert von Ι_ΟϋΤ» wie das in Fig. 3 (d) gezeigt ist, wobei dieser durch das Tiefpaßfilter 6 beziehungsweise die Drossel-

spule desselben, also die Primärwicklung

] des Transformators 24 fließt. Der Kollektorstrom I_ des Schalttransistors 2 fließt durch die Primärwicklung des Transformators 21 und erzeugt in dessen Sekundärwicklung eine Spannung mit einer abgeleiteten Wellenform des Kollektorstroms vom Schalttransistor 2. Die Ausgangsspannung wird dann durch den Gleichstromschaltkreis 22 gleichgerichtet, und es ergibt sich eine Gleichspannung, die gekennzeichnet ist durch den Amplitudenwert I_p des Kollektorstromes I_.

Andererseits liegt mit der Primärwicklung des Transformators 24,der Bestandteil des Tiefpaßfilters 6 ist, eine Spannungsdifferenz zwischen der Spannung V_D (s. Fig. 3 (a)) an beziehungsweise fällt ab über die Diode 3, während ein weiterer Spannungsabfall über den Kondensator 5 vorliegt, dessen Größe V__ÜT beträgt. Die Wellenform der Spannungsdifferenz V_T ist in Fig. 3 (e) gezeigt. Der geglättete Gleichstrom, der sich aus der Spannungs-, differenz ergibt, folgt der Gleichung: _T

^XON

V ss ( ν - V )
LD ^v I OUT '

¹ON

Hierbei ist V_Tri der geglättete Gleichstrom. ^LD

Da die von dem Gleichstromschaltkreis 1 vorgegebene Spannung V- extrem hoch ist, wenn die Gleichspannung V_QÜT der Entladungslampe 20 zugeführt wird, läßt sich die Un-

gleichung V₁ - V_QUT ^ V₁ schreiben, so daß

man erhält:

ν _β (ν - ν ) ^Tqn s'v —-SS = ν

^VLD ^iVI ^VODT _+τ ¹V _+Τ ^ουτ ON OFF ON OFF

Damit läßt sich aussagen, daß die geglättete Gleichspannung V__D, die über die Primärwicklung des Transformators 24 abfällt/ im wesentlichen gleich der Gleichspannung

Die Wechselstromkomponente der Spannungsdifferenz V_T wird dann über die Sekundärwicklung des Transformators 24 wahrgenommen

und eine Gleichspannung wird über den Haltekreis 25 dieser Komponente V_ hinzuaddiert, so daß sich eine geglättete Spannung V_LD ergibt. Die Spannung V _ wird an die Summierungsschaltung 9 angelegt. Die wahrgenommene Gleichspannung kennzeichnend für den Amplitudenbetrag I_ des Transistors mit dem Kollektorstrom I_ und die Gleichspannung V- r, kennzeichnend für die Spannung

LiD

_nc ' V_T, die über die Primärwicklung des Transformators 24 abfällt und am Haltestromkreis 25 liegt, wird der Summierungsschaltung 9 zugeführt, so daß eine summierte Ausgangsspannung vorgebbar ist. In gleicher Weise

2Q wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich und dort beschrieben, ein Fehler- bzw. Abweichsignal als Differenz zwischen der summierten Ausgangsspannung und der Bezugsspannung erhalten. Das Verhältnis der Sperr-/Durchschaltzeiten des Schalttransistors 2 wird somit gesteuert in Übereinstimmung mit der

Amplitude des Abweichsignals, so daß dieses Fehler- bzw. Abweichsignal auf einem gewünschten Pegel gehalten werden kann, was zu einem im wesentlichen konstanten Strom ausgangsseitig für den Betrieb der Entladungslampe 20 führt.

Leerseite

Claims

OQ _t

• · ο

.:. 31353

Patentansprüche

Schaltungsanordnung für die Stromversorgung einer Wechselstromentladungslampe mit einer Gleichstromschaltanordnung, einem Schalttransistor zum Durchschalten und Sperren des von der Gleichstromanordnung gelieferten Versorgungsstromes, einem Tiefpaßfilter, ^O das dem Schalttransistor zur Glättung des Gleichstromes nachgeschaltet ist, und einem Kommutatorschaltkreis zur Einspeisung des Gleichstromes des Tiefpaßfilters mit wechselnder '* Polarität in die Entladungslampe,

gekennzeichnet· durch eine Kommutatorsteuerschaltung, einen ersten in Reihe zwischen der

Gleichstromversorgungsschaltung (1) 20

und dem Schalttransistor (2) liegenden Transformator (21), der die Wahrnehmung des Stromes der Gleichstromschaltung (1) ermöglicht, einem zweiten in Reihe mit dem Schalttransistor (2) und der Kommutatorschaltung (14) liegenden Transformator (24) für die Wahrnehmung der Ausgangsspannung des Schalttransistors (2),einer Gleichrichterschaltung (22) für die Gleichrichtung des vom ersten Transformators (21) abgenommenen Stromes, einem Haltestromkreis (25), der die Gleichspannung der von dem zweiten Transformator abgenommenen Spannung zuführt, und einer Summierungsschaltung (9), die die' Ausgangsspannungen sowohl das Gleichrichter-

Schaltkreises als auch des Haltestromkreises summiert, wobei ein das Abweich- bzw. Fehlersignal detektierender Schaltkreis für den Vergleich der Ausgangsspannung der Summierungs-

schaltung mit einer Bezugsspannung eines diese Bezugsspannung erzeugenden Schaltkreises in Verbindung mit der Detektorschaltung für den Fehler bzw. die Abweichung steht und ein Ab

weichungssignal vorgibt, welches kennzeichnend für die Spannungsdifferenz zwischen diesen ist, und wobei ein Spannungs-Impulsbreitenkonverter

•5 vorgesehen ist, dem eine Konstant

frequenzimpulsfolge zugeführt wird, die von einem Oszillator erzeugt wird, der in Verbindung mit dem Konverter steht und die Impulsbreite der Signale

^χυ in Übereinstimmung mit dem Fehler- bzw.

Abweichsignal von dem genannten, diese Signale detektierenden Schaltkreis verändert sowie schließlich ein dritter

Transformator (23) , der die Ausgangs-

signale von dem Spannungs-Impulsbreiten-

konverter an die Eingangsklemme des Schalttransistors (2) legt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Transformatoren (21,23 und 24) ein isolierter Transformator ist.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transformator wie eine Induktionsspule in einem Tießpaßfilter arbeitet.