EP0239420B1 - Hochfrequenz-Vorschaltgerät für Gasentladungslampen - Google Patents

Hochfrequenz-Vorschaltgerät für Gasentladungslampen Download PDF

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EP0239420B1
EP0239420B1 EP87302692A EP87302692A EP0239420B1 EP 0239420 B1 EP0239420 B1 EP 0239420B1 EP 87302692 A EP87302692 A EP 87302692A EP 87302692 A EP87302692 A EP 87302692A EP 0239420 B1 EP0239420 B1 EP 0239420B1
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frequency
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William H. Henrich
David M. Fischer
Lawrence J. Stratton
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Advance Transformer Co
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    • H05B41/2858—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • a desired crest factor can be obtained simply by using large inductors and capacitors to filter the line voltage, but the power requirements of these components make the expensive and somewhat bulky, despite operation at higher frequencies.
  • winding 19 of transformer 15 couples power fed from the source lines 10 to a second bridge rectifier circuit 61, the output of which is connected to a storage capacitor 62.
  • the other output terminal of the bridge circuit 61 is connected through a resistor 63 to ground; and a high frequency by-pass capacitor 64 is connected across the storage capacitor 62.
  • a diode 65 couples the make-up voltage source to the input terminal 13 of the power transformer.
  • the minimum frequency oscillator 95 includes a capacitor 96 having one terminal grounded and the other terminal connected to the low voltage power source through a diode designated 99 of a reverse polarity, and it is also connected to the B+ voltage through a resistor 100.
  • the positive terminal of capacitor 96 is also connected through a resistor 101 to the output of a comparator circuit 102.
  • a comparator circuit 103 has its positive input connected to the previously described reference voltage generated across the diode 91 (as is the negative input of the comparator 102).
  • the negative input of comparator 103 is connected to the positive terminal of the capacitor 96.
  • the set point voltage, V ST.PT. is generated across a capacitor 108, the positive terminal of which is connected to the movable arm of a potentiometer generally designated 109.
  • a fixed resistor 110 is connected in series with the fixed resistor of the potentiometer 109 to the reference voltage developed across zener diode 91. As previously mentioned, the set point voltage is fed to the positive input of the comparator 42.
  • the normal operation of the circuit proceeds as follows. Assuming the power switch 30 has just been switched to a conducting state, the voltage at the junction 32 increases as current flows through resistor 33. That voltage signal is fed through resistor 67 to the negative input of comparator 42, the positive input of which is at the fixed set point voltage.
  • resistor 69 is connected between the B+ voltage terminal 13 and the inverting input of comparator 42. As the B+ voltage becomes greater, more current is fed through resistor 69, causing comparator 42 to change states earlier than otherwise would occur, and thereby compensating for the overshooting current mentioned above.
  • the frequency of operation of the inverter increases and decreases, but the peak value of current flowing in the primary (and secondary) of the power transformer 223 is substantially constant.
  • the leakage reactance of the power transformer is such as to present an increased impedance so that the peak value of load current also remains substantially constant and the crest factor of load current remains below a desired value.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Claims (19)

  1. Die Kombination mit einer Lastschaltung einer elektronischen Schaltung zum Empfangen elektrischer Eingangsleistung mit einer geringeren Frequenz zum Versorgen der Lastschaltung (35, 35A) mit Energie bei einer höheren Frequenz, umfassend:

    eine Spannungsquelleneinrichtung (12), die die elektrische Eingangsleistung empfängt, zum Erzeugen einer Quellenspannung mit variabler Größe und einer vorbestimmten Minimalspannung;

    eine resonanzfreie Inverterschaltungseinrichtung (28) mit einer ersten und einer zweiten Schalteinrichtung (30, 31), die mit der Spannungsquelleneinrichtung und der Lastschaltung verschaltet ist; und eine Reaktanzschaltungseinrichtung (38), die mit der Lastschaltung verschaltet ist, wobei der Betriebsfrequenzbereich der Inverterschaltungseinrichtung und die Impedanz der Reaktanzschaltungseinrichtung derart ist, daß dann, wenn die Größe der Quellenspannung sich ändert, die Betriebsfrequenz der Inverterschaltungseinrichtung sich ändert, und die resultierende Impedanz der Reaktanzschaltungseinrichtung derart ist, daß die Spitzenamplitude des Stroms in der Lastschaltung im wesentlichen konstant bleibt, gekennzeichnet durch eine logische Schaltungseinrichtung (40), die auf ein erfaßtes Signal hin, welches nur den Strom durch die Schalteinrichtung darstellt, die erste und die zweite Schalteinrichtung zum abwechselnden Leiten ansteuert, und zwar durch Schalten einer leitenden der Schalteinrichtungen in einen nicht leitenden Zustand, wenn der darin fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, und unmittelbar danach Umschalten der anderen der Schalteinrichtung, daß sie leitet, bis der darin fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, wodurch die Frequenz des Stromes in der Lastschaltung variiert, wie die Große der Quellenspannung variiert.
  2. Kombination nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelleneinrichtung eine Gleichrichterschalteinrichtung zum Erzeugen einer vollwellen-gleichgerichteten Spannung; und eine Ausgleichsenergieeinrichtung (20) umfaßt, die Energie von der vollwellen-gleichgerichteten Spannung empfängt, um Energie für eine Verwendung in Perioden zu speichern, in denen die Ausgangsspannung der Gleichrichterschalteinrichtung unter die vorbestimmte Minimalspannung fällt.
  3. Kombination nach Anspruch 2, wobei die logische Schalteinrichtung (40) eine bistabile Schaltung (43) mit komplementären Ausgängen zum Bestimmen des jeweiligen Zustands der ersten bzw. der zweiten Schalteinrichtung; eine Erfassungsschaltungseinrichtung (33) zum Erzeugen des erfaßten Stromsignals, das den momentanen Strom durch die Schalteinrichtung darstellt; und eine erste Komparatorschaltuugseinrichtung (42) umfaßt, die das erfaßte Signal zum Verändern des Zustands der bistabilen Schaltungseinrichtung empfängt wenn der erfaßte Strom ein vorbestimmtes Setzpunktsignal erreicht, das einen gewünschten Pegel des Stroms durch die Schaltungseinrichtung darstellt.
  4. Kombination nach Anspruch 3, wobei die Lastschaltung (35) einen Leistungstransformator (15) umfaßt, der mit der Spannungsquelleneinrichtung und der ersten sowie der zweiten Schaltungseinrichtung verschaltet ist, wodurch das gemessene Stromsignal ein Rampensignal mit einer Neigung in der Anstiegszeit ist, die ansteigt, wenn die Größe der Quellenspannung steigt, und die sinkt , wenn die Größe der Quellenspannung sinkt, wodurch die Betriebsfrequenz der Invertierschaltungseinrichtung geändert wird.
  5. Kombination nach Anspruch 4, wobei die Erfassungsschaltungseinrichtung (33) eine Widerstandseinrichtung umfaßt, die mit der ersten und der zweiten Schalteinrichtung verschaltet und mit der Primärwicklung (16, 17) des Leistungstransformators (15) verbunden ist.
  6. Kombination nach Anspruch 4, ferner umfassend eine erste Kompensationsschaltungseinrichtung (69) zum Hinzufügen eines ersten Kompensationssignals zu dem erfaßten Signal, wenn der Wert der Spannung der Spannungsquelleneinrichtung relativ hoch ist, wodurch zumindest teilweise der Überstrom beim Ausschalten der ersten und zweiten Schalteinrichtung kompensiert wird.
  7. Kombination nach Anspruch 6, ferner umfassend eine zweite Kompensationsschaltungseinrichtung (70), die auf das Laden der Ausgleichsspannungs-Quelleneinrichtung hin ein zweites Kompensationssignal dem erfaßten Signal hinzufügt, um die Leitungszeit der Schaltungseinrichtung zu verlängern, wenn die Eingangsleistung angezapft wird, um die Ausgleichssspannung-Quelleneinrichtung zu laden.
  8. Kombination nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Minimalfrequenz-Oszillatorschaltungseinrichtung (95), die mit der Inverterschaltungseinrichtung (28) verschaltet ist und auf deren Betrieb hin die Inverterschaltungseinrichtung ansteuert, wenn die Inverterschaltungseinrichtung nicht innerhalb einer vorbestimmten maximalen Zeitspanne schaltet wodurch die Minimalfrequenz-Oszillatorschaltungseinrichtung damit fortfährt die Inverterschaltungseinrichtung in Abwesenheit eines erfaßten Stromsignals mit einer Minimalfrequenz zu betreiben.
  9. Kombination nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Zeitgeberschalteinrichtung zum Bestimmen der Betriebsfrequenz der Minimalfrequenz-Oszillatorschaltungseinrichtung; und eine dritte Kompensationsschaltungseinrichtung zum Modifizieren der Zeitgeberschaltungseinrichtung, um die Frequenz der Minimalfrequenz-Oszillatorschaltungseinrichtung zu steigern, wenn die Größe der Quellenspannung steigt.
  10. Kombination nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Initialisierungsschaltungseinrichtung (80) zum Sperren der logischen Schalteinrichtung für eine Zeitspanne nach dem Anlegen der Eingangsleistung daran, und zwar bis die Quellenspannung eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat.
  11. Kombination nach Anspruch 10, wobei die Initialisierungsschaltung (80) eine Komparatorschaltung (81) zum Vergleichen eines die logische Quellenspannung darstellenden Signals mit einer Referenzspannung zum Erzeugen eines Freigabesignals, wenn die logische Quellenspannung größer als die Referenzspannung ist, und zum Abgeben des Freigabesignals an die logische Schaltungsteinrichtung umfaßt.
  12. Kombination nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Leistungstransformator (15), der mit der Inverterschaltungseinrichtung und der Lastschaltung verschaltet ist zum Verteilen der Leistung mit der höheren Frequenz an die Lastschaltung, und wobei die Reaktanzschaltungseinrichtung die Leckinduktanz des Leistungstransformators darstellt.
  13. Kombination nach Anspruch 1, ferner umfassend eine elektromagnetische Interferenzfilterschaltung (54) zwischen der Eingangsleistungs- und der Spannungsquelleneinrichtung zur Hochfrequenzisolation zwischen den Schaltungs- und den Eingangsleistungsleitungen.
  14. Kombination nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Niederspannungsversorgungsschaltung (56 - 59) für die logische Schaltungseinrichtung, die Leistung von der Spannungsquelle empfängt und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Serienwiderstand (56) zum Bewirken eines Spannungsabfalls zwischen der Spannungsquelle und dem Ausgang der Niederspannungsversorgungsschaltung umfaßt.
  15. Kombination nach Anspruch 11, umfassend eine Schaltungseinrichtung (88) zum Erzeugen einer positiven Rückkopplung auf die Komparatorschaltung, wodurch die Initialisierungsschaltung einen Hystereseeffekt in ihrer Betriebscharakteristik aufweist.
  16. Kombination nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schalteinrichtung seriell verschaltet sind, und zwar mit einem ersten Verbindungsanschluß zwischen einander, und die Lastschaltung einen Transformator mit einer ersten und einer zweiten Primärwicklung aufweist, die einen zweiten Verbindungsanschluß zwischen einander aufweisen, und wobei die Spannungsquelleneinrichtung zwischen den ersten und den zweiten Verbindungsanschluß geschaltet ist und die erste und die zweite Wicklung in Serie miteinander und parallel mit den seriell verschalteten ersten und zweiten Schalteinrichtungen verschaltet sind; wobei die Schalteinrichtungen im Gegentakt betrieben sind.
  17. Kombination nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Schalteinrichtungen seriell verschaltet sind, und zwar mit einem ersten Verbindungsanschluß zwischen einander, und die Spannungsquelle über den seriell verschalteten ersten und zweiten Schalteinrichtungen liegt; und wobei sie ferner erste und zweite Kondensatoren umfaßt, die in Serie miteinander verschaltet sind und einen zweiten Verbindungsanschluß zwischen einander aufweisen sowie parallel zu den seriell verschalteten ersten und zweiten Schalteinrichtungen liegen; und wobei die Lastschaltung zwischen die ersten und zweiten Verbindungsanschlüsse geschaltet ist.
  18. Elektronisches Vorschaltgerät, das elektrische Leistung von einer Quelle mit einer Frequenz empfängt und Leistung mit einer höheren Frequenz abgibt, umfassend:

    eine Lastschaltungseinrichtung mit mindestens einer Gasentladungslampe;

    einen Leistungstransformator mit mindestens einer ersten und einer zweiten Primärwicklung und einem Ausgangsanschluß, der mit der Lastschaltung zum Versorgen der Lastschaltung mit Energie verbunden ist;

    eine erste Brückenschaltungseinrichtung, die mit der Quelle zum Erzeugen einer vollwellen-gleichgerichteten Quellenspannung verbunden ist;

    eine Ausgleichsschaltungseinrichtung zum Abgeben einer im wesentlichen konstanten Spannung an den Ausgangsanschluß der Brückenschaltungseinrichtung während Zeitspannen, in denen die vollwellen-gleichgerichtete Quellenspannung unter einen vorbestimmten Wert fällt, wobei die Ausgleichsspannungseinrichtung Leistung mit der hohen Frequenz empfängt;

    erste und zweite Leistungsschalteinrichtung, die resonanzfrei mit der ersten bzw. der zweiten Primärwicklung des Leistungstransformators verschaltet sind, um Leistung mit der hohen Frequenz abzugeben;

    eine logische Schaltungseinrichtung zum Betreiben der ersten und der zweiten Leistungsschalteinrichtung unter Stromsteuerung, abhängig nur von dem jeweiligen Stromfluß in der ersten und der zweiten Schalteinrichtung, durch Ausschalten einer leitenden der Schalteinrichtungen, wenn der darin fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, und zum unmittelbar darauffolgenden Bewirken, daß die andere Schalteinrichtung leitet, wobei die logische Schalteinrichtung im normalen Betrieb wiederholt und durchgängig bewirkt, daß die Schalteinrichtungen leiten und abschalten, und zwar in einander ausschließenden und aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten derart, daß die Frequenz des Schaltens der Leistungsschalteinrichtung angehoben wird, wie der momentane Wert der Quellenspannung steigt, wodurch der Spitzenstromwert in den Leistungsschalteinrichtungen auf einen im wesentlichen konstanten Wert eingeregelt wird; und

    eine Reaktanzschaltungseinrichtung, die der Lastschaltung zugeordnet ist, derart, daß dann, wenn die Quellenspannung steigt und die Betriebsfrequenz der Leistungsschalteinrichtung steigt, die Impedanz der Lastschaltung steigt, wodurch der Spitzenwert des in der Gasentladungslampe fließenden Stroms im wesentlichen konstant eingestellt wird, und zwar unabhängig von Schwankungen in der Amplitude der Quellenspannung.
  19. Resonanzfreie elektronische Frequenzinverterschaltung, die elektrische Eingangsleistung mit einer geringeren Frequenz empfängt und eine Lastschaltung mit mindestens einer Gasentladungslampe mit Energie in einem Bereich höherer Frequenzen versorgt, umfassend:

    eine erste und eine zweite Schalteinrichtung, die die Eingangsleistung empfangen und die Lastschaltung mit Energie versorgen;

    eine logische Schaltungseinrichtung zum Betreiben der ersten und zweiten Schalteinrichtung unter Stromsteuerung, und zwar abhängig nur von dem jeweiligen in der ersten und der zweiten Leistungsschalteinrichtung fließenden Stroms derart, daß die erste und die zweite Schalteinrichtung in dem höheren Frequenzbereich arbeiten und die Frequenz des Stromes in der Lastschaltung sich ändert, wie sich die Größe der Quellenspannung ändert; und

    eine Reaktanzschaltungseinrichtung, die der Lastschaltung zugeordnet ist, und zwar derart, daß dann, wenn die Quellenspannung steigt und die Betriebsfrequenz der Leistungsschalteinrichtung steigt, die Impedanz der Lastschaltung steigt, wodurch der in der Gasentladungslampe fließende Spitzenstrom im wesentlichen konstant eingestellt werden kann, und zwar unabhängig von Veränderungen in der Amplitude der Quellenspannung.
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