DE69514181T2

DE69514181T2 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE69514181T2
Application number: DE69514181T
Authority: DE
Inventors: Anton Blom; Frans Slegers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2015-03-24
Also published as: EP0702885B1; EP0702885A1; ATE188333T1; CA2164511A1; TW259922B; KR960702981A; US5534753A; WO1995028068A1; JPH08511900A; DE69514181D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit
- Eingangsklemmen zum Anschließen an eine kommutierende Speisequelle mit einer rechteckförmigen Speisespannung;
- einer Impulsgeneratorschaltung mit einem spannungsabhängigen Durchschlagelement und mit einem von Gleichrichtermitteln und kapazitiven Mitteln gebildeten spannungserhöhenden Netzwerk;
- einem Impulstransformator und
- einer elektrischen Verbindung zwischen einer Sekundärwicklung des Impulstransformators und Lampenanschlussklemmen.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art ist aus EP-A-0 398 432 (PHN 12.932 = US-A-5.087.859) bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung ist Teil einer Schaltung zum Betreiben und Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe als Teil eines Projektionsfernsehsystems. An eine für eine solche Anwendung geeignete Lampe werden spezielle Anforderungen hinsichtlich Abmessungen und Lichtausbeute gestellt. Dies führt dazu, dass ein Zündimpuls von mehr als 10 kV, häufig selbst mehr als 20 kV für eine zuverlässige Zündung der Lampe erforderlich ist. Eine weitere an die Zündschaltung gestellte Anforderung ist, dass eine gelöschte Lampe, die nicht oder kaum abgekühlt ist, imstande sein muss, schnell erneut zu zünden. Eine derartige heiße Wiederzündung erfordert einen Wiederzündimpuls mit einem dem Zündimpuls entsprechenden Pegel.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung erfolgt die Generierung des Zündimpulses durch Erregen eines abgestimmten LC-Kreises, wodurch die Spannung an den kapazitiven Mitteln des spannungserhöhenden Netzwerks so erhöht wird, dass die Durchschlagspannung des Durchschlagelementes erreicht wird. Die Speisequellenspannung wird mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz von einigen zehn kHz kommutiert, um während der Generierung des Zündimpulses einen effizienten Betrieb zu erhalten. Nachdem die angeschlossene Lampe gezündet und sich eine stabile Bogenentladung entwickelt hat, schaltet die Kommutierfrequenz der Speisespannung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert. Durch Wählen einer hohen Kommutierfrequenz in der Zündphase ist es in der Tat möglich, verhältnismäßig kleine Bauteile zu verwenden, und die Erzeugung einer genügend hohen Spannung wird verhältnismäßig wenig Zeit beanspruchen. Ein Nachteil ist jedoch, dass die Speisequellenschaltung mit Mitteln zum Ändern der Kommutierfrequenz in Abhängigkeit von Zustand der Lampe ausgerüstet werden muss.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu verschaffen, mit der die Generierung von Zündimpulsen auch bei einer verhältnismäßig niedrigen Kommutierfrequenz der Speisespannung verhältnismäßig wenig Zeit in Anspruch nimmt. Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art hierzu dadurch gekennzeichnet, dass das spannungserhöhende Netzwerk auch induktive Mittel umfasst.
Die Verwendung induktiver Mittel in dem aus Gleichrichtermitteln und kapazitiven Mitteln gebildeten spannungserhöhenden Netzwerk hat das vorteilhafte Ergebnis, das im Fall einer Speisung mit der rechteckförmigen kommutierenden Speisespannung im Vergleich zu der Speisespannung nahezu unmittelbar nach jeder Kommutierung eine vierfache Spannung zur Verfügung steht, wodurch Durchschlag des spannungsabhängigen Durchschlagelementes ermöglicht wird. Es ist somit möglich, bei Verwendung einer verhältnismäßig niedrigen Kommutierfrequenz Zündimpulse mit einer Folgefrequenz zu generieren, die zweimal so groß wie die Kommutierfrequenz ist. Obiges gilt, wenn das spannungserhöhende Netzwerk einschließlich der induktiven Mittel relativ zur kommutierenden Speisespannung doppelphasig ausgeführt ist.
Im Falle einphasiger Ausführung bleibt der Spannungsanstieg auf die zweifache Speisespannung begrenzt, und die Generierung des Zündimpulses erfolgt mit der gleichen Frequenz wie die Kommutierfrequenz. Die nahezu unmittelbare Verfügbarkeit der erhöhten Spannung gilt auch bei dieser Form der Schaltungsanordnung.
Der Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung wird dadurch beseitigt.
Die erfindungsgemäße Maßnahme nutzt vorteilhaft die Reaktion eines LC- Kreises auf eine sprunghafte oder schrittweise Spannungsänderung.
Die induktiven Mittel können zwischen Eingangsklemmen und Gleichrichtermitteln des spannungserhöhenden Netzwerks aufgenommen sein. Es ist auch möglich, dass die induktiven Mittel zwischen den Gleichrichtermitteln und den kapazitiven Mittel des spannungserhöhenden Netzwerks aufgenommen sind. Im letzteren Fall können Gleichrichtermittel mit einem niedrigeren maximal zulässigen Sperrspannungswert genügen.
Es zeigte sich, dass es vorteilhaft ist, wenn zusätzliche induktive Mittel in dem Durchlassfilter zwischen der Sekundärwicklung und zumindest einer der Lampenanschlussklemmen vorhanden sind. Dies hat sich bei der Bekämpfung der Gefahr des Auftretens von Defekten in Halbleiterschaltelementen beim Lampendurchschlag als wirksam erwiesen, dort, wo die zusätzlichen induktiven Mittel auch in der Lampenbetriebsschaltung enthalten waren. Die Maßnahme ist besonders wirksam, wenn die zusätzlichen induktiven Mittel hinsichtlich ihrer Größe in Bezug auf die Lampenanschlussklemmen symmetrisch angebracht sind.
Um dem Auftreten von Störfeldern infolge der Impulsgenerierung entgegenzuwirken, ist es empfehlenswert, dass der von der Sekundärwicklung des Impulstransformators zu einer der Lampenanschlussklemmen verlaufende Leiter als Koaxialleiter ausgeführt ist. Vorzugsweise steht der Mantel des Koaxialleiters in direktem elektrischen Kontakt mit einer anderen der Lampenanschlussklemmen. Der Wert der von dem Koaxialleiter gebildeten Kapazität ist einer der Faktoren, die die Form der generierten Zündimpulse bestimmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe eines Projektionsfernsehsystems,
Fig. 2 einen Teil der Schaltung von Fig. 1, welcher Teil eine Schaltung zum Zünden der Hochdruck-Entladungslampe ist, und
Fig. 3 eine von der Schaltungsanordnung von Fig. 1 erzeugte Spannung.
In Fig. 1 sind A, B Anschlussklemmen zum Anschluss an eine Speisespannungsquelle, beispielsweise ein öffentliches Netz von 220 V, 50 Hz. Gleichrichtung der Speisespannung erfolgt in I. Die Schaltung I kann auch Vorkehrungen umfassen, um Netzspannungsverzerrung infolge des Betriebs der Schaltungsanordnung zu verhindern.
Block II bildet ein Schaltnetzteil, mit dem eine Kommutatorschaltung III gespeist wird. Die Kommutatorschaltung III wirkt als kommutierende Speisequelle mit einer rechteckförmigen Speisespannung. Die Kommutatorschaltung III ist über Eingangs klemmen C, D mit einer Lampenschaltung V verbunden, die eine Impulsgeneratorschaltung IV und Lampenanschlüsse E, F umfasst, zwischen denen einen Lampe L angeschlossen ist. Fig. 2 zeigt die Lampenschaltung V, die Teil der Gesamtschaltung von Fig. 1 ist.
In Fig. 2 ist die Eingangsklemme C mit einem Impulstransformator 1 verbunden. Eine Primärwicklung 11 des Transformators 1 ist mit einem spannungsabhängigen Durchschlagelement 3 über ein spannungserhöhendes Netzwerk 2 zwischen Eingangsklemmen C und D in Reihe geschaltet. Eine Sekundärwicklung 12 des Transformators 1 ist einerseits direkt mit der Eingangsklemme C verbunden. Andererseits ist die Sekundärwicklung 12 über einen Koaxialleiter 4 mit einer Selbstinduktion 51 verbunden, die ihrerseits mit der Lampenanschlussklemme E verbunden ist, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Sekundärwicklung des Impulstransformators und den Lampenanschlusspunkten hergestellt wird. Der Mantel 40 des Koaxialleiters 4 ist direkt mittels eines Leiters 41 mit der Eingangsklemme D, und über eine Selbstinduktion 52 mit einer Lampenanschlussklemme F verbunden. Die von dem Koaxialleiter gebildete Kapazität wird mit 42 angedeutet.
Das spannungserhöhende Netzwerk 2 aus kapazitiven, induktiven und Gleichrichtermitteln umfasst eine erste Schaltung mit einer Selbstinduktion 21 und einer Diode 23, die einerseits mit der Eingangsklemme C und andererseits mit dem spannungsabhängigen Durchschlagelement 3 verbunden sind. Das Netzwerk umfasst auch eine zweite Schaltung, die eine Selbstinduktion 22 und eine Diode 24 umfasst, die einerseits mit der Eingangsklemme C und andererseits mit der Sekundärwicklung 11 des Impulstransformators 1 verbunden sind. Die beiden Dioden 23, 24 sind mittels einer Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren 25, 26 miteinander verbunden, von denen ein gemeinsamer Verbindungspunkt 200 mit der Eingangsklemme D verbunden ist. Der Transformator 1, die spannungserhöhende Schaltung 2 und das spannungsabhängige Durchschlagelement 3, die von einem Leckwiderstand 3a überbrückt werden, bilden zusammen eine Impulsgeneratorschaltung IV. Die Selbstinduktionen 51 und 52 bilden zusätzliche induktive Mittel, die zusammen mit der Kapazität 42 und der Sekundärwicklung 12 ein Durchlassfilter bilden, zu dem auch die Lampenanschlussklemmen E und F gehören. Die Abstimmung des Durchlassfilters ist im Zusammenhang mit der Eigenfrequenz der Irnpulsgeneratorschaltung so gewählt, dass die Kombination ein Banpassfilter bildet.
Bei einer praktischen Realisierung einer oben beschriebenen Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer 100-W-Hochdruck- Quecksilberlampe vom Typ CSL-R von Philips geeignet. Die Nennspannung der Lampe beträgt 90 V und die Nennfrequenz des Lampenstroms beträgt 90 Hz.
Die Teilschaltungen I und II sind ein mit einer Gleichrichterbrücke kombiniertes Eingangsfilter bzw. ein mit einem Tiefsetzsteller kombinierter Hochsetzsteller, die von dem elektronischen Vorschaltgerät EMC 150 von Philips bekannt sind.
Die Kommutatorschaltung III ist als Brückenschaltung ausgeführt, auch entsprechend dem bekannten elektronischen Vorschaltgerät EMC 150 von Philips. Wenn eine 220-V-Speisequelle an die Klemmen A, B angeschlossen ist, liefert der Kommutator eine Leerlaufspannung von ungefähr 300 V.
Die beiden Selbstinduktionen 21, 22 des spannungserhöhenden Netzwerks in der beschriebenen Ausführungsform sind um einen gemeinsamen Ferritkern gewickelt und sorgen zusammen mit Kondensatoren 25, 26 dafür, dass die Leerlaufspannung von ungefähr 300 V auf 1100 V verstärkt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die induktiven Elemente als gesonderte Elemente ausgeführt sind, jeweils mit einem eigenen Kern. Das spannungsabhängige Durchschlagelement ist eine Funkenstrecke, Firma Siemens, mit einer Durchschlagspannung von 800 V, die von einem Leckwiderstand 3a von 33 kOhm überbrückt wird, um einen guten Betrieb der spannungserhöhenden Schaltung zu erreichen. Hierdurch wird nämlich erreicht, dass die Spannung am Kondensator des Netzwerks wohldefiniert ist. Dieser Shuntwiderstand ist auch aus Gründen der elektrischen Berührungssicherheit erwünscht. Ebenfalls zur Sicherheit ist in die Verbindung zwischen den Kondensatoren der spannungserhöhenden Schaltung und der Eingangsklemme D ein PTC- Widerstand aufgenommen (nicht abgebildet). Um Störungen zu vermeiden, ist ein Entkopplungskondensator 6 von 1 nF zwischen die Anschlussklemmen C und D geschaltet. Die Kondensatoren 25, 26 haben jeweils einen Wert von 68 nF, und die Selbstinduktionen 21, 22 jeweils von 24 mH.
Der Impulstransformator ist ein Hochspannungstransformator mit einem Ferritstabkern, einer Primärwicklung von 4 Windungen und einer Sekundärwicklung von 11 Abschnitten mit jeweils 14 Windungen. Sowohl die Primärwicklung als auch die Sekundärwicklung werden aus Draht mit einem Durchmesser von 400 um gebildet. Die Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklungen beträgt hierbei 0,5. Der Transformator liefert einen Zündimpuls von mindestens 15 kV und höchstens 25 kV. Der so generierte Impuls hat eine Breite von ungefähr 300 ns, bei einem Pegel von 13,5 kV gemessen. Die zusätzlichen induktiven Mittel, die aus zwei Selbstinduktionen bestehen, werden aus Draht von 0,8 mm als einzelne Lage von 45 Windungen um einen Ferritstabkern gebildet. Jede Selbstinduktion beträgt 54 uH. Fig. 3 zeigt eine Wellenform eines generierten Zündimpulses. Die Zeit t ist auf der horizontalen Achse in Einheiten von 500 ns pro Skalenteil dargestellt. Die Spannung V ist auf der vertikalen Achse in Einheiten von 5 kV pro Skalenteil aufgetragen.
Aus der Figur wird deutlich, dass der generierte Impuls bei einem Spannungspegel von 13,5 kV eine Breite von 300 ns hat.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit

- Eingangsklemmen zum Anschließen an eine kommutierende Speisequelle mit einer rechteckförmigen Speisespannung;

- einer Impulsgeneratorschaltung mit einem spannungsabhängigen Durchschlagelement und mit einem von Gleichrichtermitteln und kapazitiven Mitteln gebildeten spannungserhöhenden Netzwerk;

- einem Impulstransformator und

- einer elektrischen Verbindung zwischen einer Sekundärwicklung des Impulstransformators und Lampenanschlussklemmen,

dadurch gekennzeichnet, dass das spannungserhöhende Netzwerk auch induktive Mittel umfasst.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiven Mittel zwischen einer Eingangsklemme und Gleichrichtermitteln des spannungserhöhende Netzwerks aufgenommen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die induktiven Mittel zwischen den Gleichrichtermitteln und den kapazitiven Mitteln des spannungserhöhende Netzwerks aufgenommen sind.