DE69514182T2

DE69514182T2 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE69514182T2
Application number: DE69514182T
Authority: DE
Inventors: Anton Cornelis 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: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-03-24
Also published as: CA2164512A1; US5841245A; ATE188334T1; EP0702887A1; EP0702887B1; KR960702982A; JPH08511901A; TW331066B; WO1995028071A1; DE69514182D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit

– Eingangsklemmen zum Anschließen einer Speisequelle;
– einer Impulsgeneratorschaltung mit einer Eigenfrequenz und mit einem spannungsabhängigen Durchschlagelement;
– 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 wird der in dem Impulstransformator generierte Spannungsimpuls direkt von der Sekundärwicklung an die Lampenanschlussklemmen gelegt.
Die bekannte Schaltungsanordnung ist Teil eines Schaltnetzteils, das mit einer Kommutatorschaltung versehen ist, in der im (Lampen-)Betrieb mehrere Halbleiterschalter periodisch in den leitenden und den nichtleitenden Zustand geschaltet werden. Es zeigte sich, dass in der Praxis die Zündung der Lampe mit der bekannten Schaltungsanordnung dazu führen kann, dass einer oder mehrere der Halbleiterschalter des Schaltnetzteils defekt werden. Dies ist ein Problem. Die Verwendung eines Entkopplungskondensators zwischen den Eingangsklemmen für den Anschluss einer Speisequelle bietet hierbei keine wesentliche Verbesserung.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, für das oben beschriebene Problem von beim Zünden der angeschlossenen Lampe defekt werdenden Halbleiterschaltern in dem Schaltnetzteil eine Lösung zu verschaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sekundärwicklung des Impulstransformators und die Lampenanschlussklemmen Teil eines Durchlassfilters mit einer im Zusammenhang mit der Eigenfrequenz der Impulsgeneratorschaltung gewählten Abstimmung sind.
Den Erfindern hat sich gezeigt, dass in dem Moment, in dem Durchschlag in der Lampe stattfindet, insbesondere Signale mit sehr hoher Frequenz auftreten können, wobei diese Hochfrequenzsignale bewirken, dass die in der Schaltungsanordnung vorhandenen Halbleiterschalter defekt werden. Dank der erfindungsgemäßen Maßnahme werden die genannten Signale mit sehr hoher Frequenz in erheblichem Maße gedämpft.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass die von der Sekundärwicklung des Impulstransformators und den Lampenanschlussklemmen gebildete Schaltung ein Durchlassfilter bildet, mit dem ein in der Impulsgeneratorschaltung generierter Impuls mit nur geringen Verlusten in einen an der angeschlossenen Lampe anliegenden Zündimpuls umgewandelt wird, während Signale mit anderen Frequenzen in der abgestimmten Schaltung stark gedämpft werden. Die Abstimmung kann bei einer harmonischen Frequenz der Eigenfrequenz der Impulsgeneratorschaltung gewählt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Abstimmung des Durchlassfilters bei oder nahe der Eigenfrequenz selbst gewählt. Überraschenderweise zeigte sich, dass mit einer solchen Abstimmung sowohl hinsichtlich einer wirksamen Einkopplung des Zündimpulses als auch der Verhinderung eines Defektwerdens von Halbleiterschaltern ein günstiges Ergebnis erzielt wird.
Es zeigte sich, dass es vorteilhaft ist, dass zusätzliche induktive Mittel in dem Durchlassfilter zwischen der Sekundärwicklung und zumindest einer der Lampenanschlussklemmen vorhanden sind. Dies hat sich bei der Bekämpfung von Defekten in Halbleiterschaltelementen beim Lampendurchschlag als wirksam erwiesen, dort, wo die zusätzlichen induktiven Mittel auch in der Lampenbetriebsschaltung enthalten waren. Beim Lampenbetrieb stellen diese zusätzlichen induktiven Mittel eine vernachlässigbare Impedanz dar und führen daher nicht zu wesentlicher Verlustleistung. Dies steht im Gegensatz zu Widerstandsmitteln, die im Prinzip als Elemente des Tiefpassfilters geeignet sind. 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 Leiter von der Sekundärwicklung des Impulstransformators zu einer der Lampenanschlussklemmen als Koaxialleiter ausgeführt ist. Der Wert der von dem Koaxialleiter gebildeten Kapazität ist einer der Faktoren, die die Abstimmung des Durchlassfilters bestimmen. Zudem erhält das Durchlassfilter zusammen mit der Impulsgeneratorschaltung dadurch die Charakteristik eines Bandpassfilters.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Zünden und Betreiben einer Lampe eines Fernsehsystems,
2 einen Teil von 1, der zum Zünden der Lampe dient, und
3 eine von der Schaltungsanordnung von 1 und 2 erzeugte Spannung.
In 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 ist als Speisequelle mit einer Lampenschaltung V über Eingangsklemmen C, D der Lampenschaltung verbunden. Die Lampenschaltung V umfasst eine Impulsgeneratorschaltung IV und Lampenanschlussklemmen E, F, zwischen denen eine Lampe L angeschlossen ist. 2 zeigt die Lampenschaltung V mehr im Detail.
In 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. 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.
Der Transformator 1, die spannungserhöhende Schaltung 2 und das spannungsabhängige Durchschlagelement 3, die von einem Leckwiderstand 3a überbrückt werden, bilden zusammen eine Impulsgeneratorschaltung IV mit einer Eigenfrequenz. 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 Impulsgeneratorschaltung gewählt.
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, liegt an den Anschlussklemmen C, D des Kommutators eine Leerlaufspannung von ungefähr 300 V.
Die spannungserhöhende Schaltung umfasst zwei induktive Elemente, die in der beschriebenen Ausführungsform um einen gemeinsamen Ferritkern gewickelt sind und über die die Leerlaufspannung von ungefähr 300 V auf 1100 V verstärkt wird. Es ist auch möglich, die induktiven Elemente jeweils mit einem eigenen Kern zu versehen, so dass sie gesonderte Elemente bilden. 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 an den Kondensatoren der spannungserhöhenden Schaltung 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 Eingangsklenme D ein PTC-Widerstand aufgenommen (nicht abgebildet). Zusätzlich ist ein Entkopplungskondensator 6 von 1 nF zwischen die Eingangsklemmen C und D geschaltet. Die Kondensatoren 25, 26 haben jeweils einen Wert von 68 nF, und die Selbstinduktionen 21, 22 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 μm 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 Fenitstabkern gebildet. Jede Selbstinduktion beträgt 54 μH. Die von dem Koaxialleiter gebildete Kapazität hat einen Wert von 12 pF. Die Selbstinduktion der Sekundärwicklung des Impulstransformator beträgt 1,1 mH. Die Gesamtheit der Kapazitäten des Koaxialleiters, der Sekundärwicklung des Impulstransformators und weiterer vorhandener parasitärer Kapazitäten beträgt ungefähr 20 pF. Die genannten parasitären Kapazitäten werden unter anderem von der Lampe gebildet, die noch nicht gezündet hat. Das von der Sekundärwicklung, zusätzlichen induktiven Mitteln, Lampenanschlusspunkten und der hauptsächlich vom Koaxialleiter verursachten Kapazität gebildete Filter wird somit auf eine Frequenz gerade oberhalb von 1 MHz abgestimmt. Zusammen mit der Impulsgeneratorschaltung, die eine Eigenfrequenz von 1 MHz hat, bildet das Filter ein Bandpassfilter. Ein generierter Zündimpuls wird in 3 gezeigt. 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.
Wenn die Lampe infolge des generierten Impulses durchschlägt, fließt direkt nach dem Durchschlag einige Nanosekunden lang ein verhältnismäßig hoher Durchschlagstrom durch die Lampe. Die vorhandenen zusätzlichen induktiven Mittel 51, 52 begrenzen diesen Durchschlagstrom auf ungefähr 8 A. Dieser Durchschlagstrom wird hauptsächlich von den geladenen Kapazitäten des Filters geliefert, insbesondere die von dem Koaxialleiter gebildete Kapazität. Die Stromzufuhr wird dann vom Kommutator übernommen, und die Anlaufphase der Lampe beginnt, bei der allmählich ein stabiler Entladungsbogen ent wickelt wird. Während des Anlaufens fließt anfänglich ein Strom von ungefähr 2 A durch die Lampe, der sich auf 1 A verringert, wenn der stabile Entladungszustand erreicht ist.

Claims

Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit – Eingangsklemmen zum Anschließen einer Speisequelle; – einer Impulsgeneratorschaltung mit einer Eigenfrequenz und mit einem spannungsabhängigen Durchschlagelement; – einem Impulstransformator und – einer elektrischen Verbindung zwischen einer Sekundärwicklung des Impulstransformators und Lampenanschlussklemmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Impulstransformators und die Lampenanschlussklemmen Teil eines Durchlassfilters mit einer im Zusammenhang mit der Eigenfrequenz der Impulsgeneratorschaltung gewählten Abstimmung sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmung des Durchlassfilters bei oder nahe der Eigenfrequenz selbst gewählt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche induktive Mittel in dem Durchlassfilter zwischen der Sekundärwicklung und zumindest einer der Lampenanschlussklemmen vorhanden sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen induktiven Mittel hinsichtlich ihrer Größe in Bezug auf die Lampenanschlussklemmen symmetrisch angebracht sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter von der Sekundärwicklung des Impulstransformators zu einer der Lampenanschlussklemmen als Koaxialleiter ausgeführt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mantel des Koaxialleiters in direktem elektrischen Kontakt mit einer anderen der Lampenanschlussklemmen steht.