DE3713312A1

DE3713312A1 - Controllable AC source for gas-discharge paths for light production and ozone production

Info

Publication number: DE3713312A1
Application number: DE19873713312
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof Dipl Ing Fender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-18
Filing date: 1987-04-18
Publication date: 1989-02-02

Abstract

In the case of light production using gas-discharge lamps, ozone production by means of assisted discharges in oxygen and similar gas-discharge paths, a controllable electrical power supply is required in order to optimise operation. As a result of the arcing characteristics of the load and the requirement for an electrical power supply which is resistant to short circuits in the case of a flashover, ballast inductances, high-reactance transformers etc. are connected between the infinite mains and the load. In consequence, only one specific operating point is possible and large power losses occur. A suitably controlled power electronics device which operates using triangular waveform or even rectangular waveform currents avoids these disadvantages. The efficiencies of the electrical power supply and those of the load also increase. In the case of ozone producers (ozone generators), the power electronics device furthermore multiplies the power of the apparatus (capacitive load) by means of radio-frequency operation. Production-dependent imbalances (asymmetries) of gas-discharge lamps can be regulated out by the electronics.

Description

Für die Lichterzeugung durch Gasentladung kommen Strahler zum Einsatz wie zum Beispiel Quecksilberdampfstrahler, Xenon strahler usw. Diese Strahler haben im Gegensatz zu üblichen Stromverbrauchern eine Strom-Spannungskennlinie, die je nach Strahlerart und Betriebszustand sowohl positive als auch nega tive Steigung annehmen kann. Außerdem müssen diese Strahler bzw. Lampen durch eine hohe Zündspannung gestartet werden und es verändert sich ihr Verhalten sehr stark mit der Temperatur. Für den Betrieb sind daher besondere Spannungsquellen erforder lich, die dem speziellen Verhalten der Strahler Rechnung tragen.Spotlights come for the generation of light by gas discharge for use such as mercury vapor lamps, xenon spotlights etc. These spotlights have unlike usual ones Electricity consumers have a current-voltage characteristic that depends on Emitter type and operating status both positive and nega tive slope can assume. In addition, these spotlights must or lamps are started by a high ignition voltage and their behavior changes very much with temperature. Special voltage sources are therefore required for operation that take into account the special behavior of the spotlights.

Als Spannungsquellen für solche Strahler sind Vorschaltspulen, Streufeldtransformatoren, Transduktoren und Thyristorsteller mit nachgeschaltetem Transformator bekannt. Seltener benutzt werden ohmsche und kapazitive Widerstände. Diese Stromversor gungen sind aufwendig und können nur in geringem Umfang die Schwankungen der Netzspannung ausregeln oder die Leistung der Strahler steuern. Sie haben hohe elektrische Verluste, hohes Gewicht und großen Platzbedarf.As a voltage source for such radiators there are series coils, Stray field transformers, transducers and thyristor controllers known with a downstream transformer. Less used become ohmic and capacitive resistors. This electricity supplier conditions are complex and can only be used to a limited extent Adjust fluctuations in the mains voltage or the performance of the Control spotlights. You have high electrical losses, high Weight and large space requirements.

Weiterhin sind regelbare Gleichstromversorgungen bekannt, die nicht nur weniger aufwendig sind, sondern auch noch die Lichtausbeute vergrößern können, da in vielen Fällen der Strahlerwirkungsgrad steigt. Nun können aber nicht alle Strahler mit Gleichstrom betrieben werden, da viele Strahler Zusätze enthalten, die der Lichtboten ionisiert und die das elektrische Gleichfeld zwischen Kathode und Anode entmischt. Dies verändert das Licht in ungewünschter Weise.Adjustable DC power supplies are also known, which are not only less expensive, but also that Luminous efficiency can increase, because in many cases the Radiator efficiency increases. But not everyone can Spotlights can be operated with direct current, since many spotlights Contain additives that the messenger of light ionizes and that electrical DC field between cathode and anode segregated. This undesirably changes the light.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des Gleichstromes (hoher Strahlerwirkungsgrad) zu verbinden mit Wechselstrom (kein Entmischen). The invention seeks to remedy this. The invention is based on the task, the advantages of To connect direct current (high radiator efficiency) with alternating current (no segregation).

Die Lösung wird dadurch erreicht, daß mit elektronischen Schaltern eine Gleichspannung umgeformt wird zu einem Wechsel strom mit hochfrequentem etwa dreieckförmigem oder rechteck förmigem oder ähnlichem Verlauf.The solution is achieved by using electronic Switches a DC voltage is transformed into an alternation current with a high frequency such as triangular or rectangular shaped or similar course.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß ein nahezu dreieckförmiger Verlauf mit einer Brückenschaltung von elektronischen Schaltern erreicht wird, die eine Induk tivität in Reihe mit dem Strahler legen und auch im Freilauf also vorübergehend ohne Spannung betreiben.An advantageous embodiment is that a almost triangular shape with a bridge circuit is achieved by electronic switches that an induc Put activity in line with the spotlight and also in freewheel mode so operate temporarily without voltage.

Eine andere zweckmäßige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß ein eingeprägter Gleichstrom von einer Brücken schaltung von elektronischen Schaltern umgepolt wird und einen rechteckförmigen Strahlerstrom ergibt.Another expedient embodiment is characterized by this from that an impressed direct current from a bridge circuit is reversed by electronic switches and gives a rectangular radiator current.

Weitere vorteilhafte zweckmäßige Maßnahmen sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet.Further advantageous expedient measures are in the sub claims marked.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungs beispielen näher erläutert werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.The invention is based on execution examples will be explained in more detail with reference to the Drawings.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung eines Wechsel stromes mit etwa dreieckförmigem Verlauf. Die elektronischen Schalter (1-4) erzeugen vorteilhaft einen Wechselstrom mit hoher Frequenz. Der Transformator (6) paßt die Spannungshöhe an. Er kann entfallen, wenn die Strahlerspannung nicht zu hoch ist. Bei hoher Frequenz können die Ionen während des kurzen Strom nulldurchganges kaum rekombinieren und es steigt der Strahler wirkungsgrad. Fig. 1 shows a circuit for generating an alternating current with an approximately triangular shape. The electronic switches ( 1-4 ) advantageously generate an alternating current with a high frequency. The transformer ( 6 ) adjusts the voltage level. It can be omitted if the lamp voltage is not too high. At high frequency, the ions can hardly recombine during the short current zero crossing and the radiator efficiency increases.

Fig. 2 zeigt alternativ zu Fig. 1 eine andere Einspeisungs quelle, die mit dem gesteuerten Gleichrichter (11) arbeitet und der Glättungsinduktivität 12. Gemäß Fig. 1 kann die Stromversorgung vorteilhafter über den ungesteuerten Gleichrichter 9 mit kleiner Blindleistungsaufnahme und einen Pufferkondensator 8 erfolgen. Der gesteuerte Gleichrichter nimmt vor allem in der Warmlaufphase nach dem Zünden des Strahlers, die durch einen großen Strom gekennzeichnet ist, viel Blindleistung aus dem Netz auf. Fig. 2 shows an alternative to Fig. 1 another feed source that works with the controlled rectifier ( 11 ) and the smoothing inductor 12th Referring to FIG. 1, the power supply can advantageously via the uncontrolled rectifier 9 with less reactive power consumption and a buffer capacitor 8 is done. The controlled rectifier draws a lot of reactive power from the mains, especially in the warm-up phase after the lamp is ignited, which is characterized by a large current.

Fig. 3 zeigt ein Umpolen des Gleichstromes 2 mit den elektro nischen Schaltern (1-4). Dies ergibt einen rechteckförmigen Strom (Fig. 5), der sich aus Gleichstrom-Teilen zusammensetzt und doch ein Wechselstrom ist. Die Zeit für das Rekombinieren der Ionen ist minimiert, da der Stromnulldurchgang optimal kurz gehalten wird. Die Stromversorgung über die steuerbare Gleichspannungsquelle 6 und die Induktivität 5 regelt auch den Strahlerstrom. Wenn die Strahlerspannung nicht zu hoch ist kann man den Strahler (8) direkt an die elektronischen Schalter (1-4) anschließen und mit sehr niedriger Frequenz umpolen. Nach dem Zünden im Warmfahrbetrieb ist sogar vorübergehend ein reiner Gleichstrombetrieb möglich falls die Umpoleinrich tung noch nicht arbeiten kann (Thyristorlöschung). Fig. 3 shows a polarity reversal of the direct current 2 with the electro-African switches ( 1-4 ). This results in a rectangular current ( FIG. 5), which is composed of direct current parts and is nevertheless an alternating current. The time for recombining the ions is minimized, since the current zero crossing is kept optimally short. The power supply via the controllable direct voltage source 6 and the inductor 5 also regulates the radiator current. If the lamp voltage is not too high, you can connect the lamp ( 8 ) directly to the electronic switches ( 1-4 ) and reverse the polarity at a very low frequency. After ignition in warm-up mode, pure DC operation is even temporarily possible if the pole reversal device is not yet able to work (thyristor extinction).

Fig. 4 zeigt eine Anordnung für hohe Strahlerspannungen. Der Ausgangstransformator 7 formt die vom Netz her nur in begrenzter Höhe verfügbare Spannung um auf den hohen Wert der Strahlerspannung. Hohe Umpolfrequenzen ermöglichen einen sehr kleinen Transformator (7) und ein leichtes und preiswert zu bauendes Gerät. Da viele Strahler trotz Symmetrie des positiven Stromblockes zum negativen Block eine Asymmetrie in der Spannung zeigen, wird der Transformator wegen der Sättigung in der Induktion abschnittsweise einen Kurzschluß bilden. Dies muß man nicht vermeiden. Es ist aber durch eine asymmetrische Zeitdauer des positiven Stromblockes zum nega tiven ausregelbar. Fig. 4 shows an arrangement for high emitter voltages. The output transformer 7 converts the voltage available from the network only to a limited extent to the high value of the radiator voltage. High pole reversal frequencies enable a very small transformer ( 7 ) and a light and inexpensive device to be built. Since many radiators show an asymmetry in voltage despite the symmetry of the positive current block to the negative block, the transformer will short-circuit in sections due to the saturation in the induction. You don't have to avoid this. However, it can be compensated for by an asymmetrical period of the positive current block for the negative.

Claims

1. Adjustable current source for the operation of gas discharge lamps, characterized in that with electronic switches ( 1-4 ) a DC voltage is converted into an alternating current with an approximately triangular or rectangular or similar course.

2. Adjustable current source according to claim 1, characterized in that an almost triangular shape is achieved with a bridge circuit of electronic switches ( 1-4 ) that connect an inductor ( 5 ) in series with the radiator ( 7 ) and this series connection Apply positive voltage and negative voltage and also operate in freewheel mode, i.e. temporarily without voltage.

3. Adjustable current source according to claim 2, characterized in that a transformer ( 6 ) between the radiator ( 7 ) and electronics and the half-waves are controlled asymmetrically to avoid saturation of the transformer induction, which may have its cause in the asymmetry of the radiator .

4. Adjustable current source according to claim 1, characterized characterized in that an impressed direct current of one Bridge circuit is reversed by electronic switches and results in a rectangular radiator current.

5. Adjustable current source according to claim 4, characterized in that a transformer ( 7 ) between the radiator ( 8 ) and bridge circuit is for voltage adjustment.

6. Adjustable current source according to claim 5, characterized characterized in that the bridge circuit is asymmetrical is controlled to avoid saturation of the induction in the transformer by asymmetrically working radiators.