ES2275079T3 - Circuito de ignicion para una lampara de descarga de alta presion. - Google Patents

Circuito de ignicion para una lampara de descarga de alta presion. Download PDF

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Abstract

Sistema del circuito para el funcionamiento de una lámpara de descarga de gas, con un circuito de puente integral al que está aplicada una tensión continua (U0), y que contiene cuatro conmutadores controlables (S1-S4), donde un primer conmutador (S1) está conectado en serie con un segundo conmutador (S2) y un tercer conmutador (S3) lo está con un cuarto conmutador (S4), estando asimismo unidos el primer conmutador (S1) con el tercer conmutador (S3) y el segundo conmutador (S2) con el cuarto conmutador (S4), y donde se dispone una lámpara de descarga de gas (EL) en un ramal del puente que une un nudo entre el primer conmutador (S1) y el segundo conmutador (S2) con un nudo entre el tercer conmutador (S3) y el cuarto conmutador (S4), estando acoplado con la lámpara un circuito resonante serie, que comprende una inductividad (L1) conectada en el ramal del puente, con una capacidad (C1) enganchada a aquella en un punto de toma, caracterizado por una capacidad adicional CN, que está unida entre el punto de unión de la capacidad y la inductividad del circuito resonante serie y la del primer con el segundo conmutador o el punto de unión del tercero con el cuarto conmutador.

Description

Circuito de ignición para una lámpara de descarga de alta presión.
La presente invención se refiere a un sistema de circuito para la ignición de una lámpara de descarga de alta presión en un estabilizador electrónico.
Como tensión de ignición pueden ser necesarios valores entre 3 y 5 kilovoltios. La tensión de ignición se genera por lo general partiendo de una tensión en corriente continua, empleando un circuito de puente integral.
Primeramente y haciendo referencia a la Figura 2, se tratará de describir un sistema de circuito tal como se conoce por la WO00/18197.
Hay que señalar ya desde aquí que los procesos de conmutación relativos a los conmutadores FET en la presente invención se corresponden con los de la WO00/18197, de manera que con relación a esta excitación se remite expresamente a la citada publicación WO.
El sistema de circuito representado en la Figura 2 comprende unos conmutadores regulables S1-S4, que están interconectados formando un puente integral. El puente integral tiene aplicada una tensión continua U_{0}, que procede de una fuente de tensión continua adecuada del correspondiente estabilizador electrónico, en el cual se emplea el sistema de circuito. Los conmutadores S1-S4 llevan respectivamente conectados en paralelo unos diodos de paso libre, si bien para mayor sencillez en la Figura 2 se ha representado únicamente el diodo de paso libre D1 conectado en paralelo al conmutador S1 (transistor de potencia). Como conmutadores S1-S4 se emplean preferentemente transistores de efecto de campo, que ya contienen diodos de paso libre. En el ramal del puente integral representado en la Figura 2 está situada una lámpara de descarga de gas EL que se trata de excitar, en particular una lámpara de descarga de gas de alta presión. El sistema de circuito representado en la Figura 2 es especialmente adecuado para ser utilizado para lámparas de descarga de gas de alta presión de halogenuro metálico, que necesitan unas tensiones de ignición especialmente altas (entre 3 y 5 kV). Las lámparas de descarga de gas de alta presión se diferencian de las lámparas de descarga de gas de baja presión especialmente por el hecho de que precisamente necesitan unas tensiones de ignición más altas, y porque en su cuerpo de lámpara de menores dimensiones hay una presión más elevada. También las lámparas de descarga de gas de alta presión presentan una mayor densidad lumínica, si bien la temperatura de color de la respectiva lámpara de descarga de gas de alta presión varía según la potencia alimentada. Por ese motivo, los estabilizadores electrónicos para lámparas de descarga de gas de alta presión deben por una parte facilitar unas tensiones de ignición altas, y por otra deben permitir mantener constante la potencia alimentada.
Con el ramal del puente integral representado en la Figura 2 va acoplado un circuito resonante de serie, que comprende una inductividad L1 y una capacidad C1, donde la capacidad C1 engancha en un punto de toma de la inductividad L1 y va conectada en paralelo al conmutador S4. Además está previsto un circuito de alisamiento o de filtrado, que lleva otra inductividad L2 y otra capacidad C2, estando estos componentes conectados tal como está representado en la Figura 1. Al puente integral puede estar conectada además una resistencia R1, que sirve como resistencia para medición de la corriente o resistencia shunt.
El circuito resonante serie antes mencionado con la inductividad L1 y la capacidad C1, sirve, en combinación con la otra capacidad C2, especialmente para la ignición de la lámpara de descarga de gas EL. Para este fin, se excita el circuito resonante serie en resonancia, es decir que a la lámpara se conduce una frecuencia correspondiente a la frecuencia de resonancia. La excitación del circuito resonante tiene lugar conmutando alternativamente los conmutadores S3 y S4.
Para la ignición de la lámpara de descarga de gas EL se abren dos conmutadores conectados directamente en serie, por ejemplo los conmutadores S1 y S2, sirviéndose de un circuito de mando adecuado (no representado), y se cierra el conmutador S5, que está en serie con la capacidad C1. Los otros dos conmutadores, es decir los conmutadores S3 y S4 del puente integral se van abriendo y cerrando alternativamente, pudiendo realizarse esto con una frecuencia relativamente alta. La frecuencia de conmutación se va reduciendo lentamente en sentido hacia la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie formado por la inductividad L1 y la capacidad C1. La tensión de ignición de la lámpara de descarga de gas EL se alcanza por lo general incluso antes de llegar a la frecuencia de resonancia.
En este caso, se mantiene la frecuencia de conmutación para los conmutadores S3 y S4 en este valor, hasta que se encienda la lámpara EL. La tensión que va disminuyendo en la mitad derecha de L1 se eleva debido al principio de autotransformador realizado por la inductividad L1, por ejemplo en la relación 1:2 respecto a la mitad izquierda, que está acoplada con la lámpara de descarga de gas EL, donde la tensión que aparece en la mitad izquierda de la inductividad L1 constituye la tensión de ignición efectiva para la lámpara de gas EL, que se aplica a la lámpara a través de la capacidad C2.
Para determinar la ignición de la lámpara de descarga de gas EL, se mide la tensión que cae en el punto de toma de la inductividad L1, que es proporcional a la tensión de ignición o tensión de la lámpara, ya que después de encendida la lámpara EL ésta actúa como amortiguador para el circuito resonante serie. Una vez efectuada la ignición de la lámpara de descarga de gas EL, se abre el conmutador S5 para el subsiguiente régimen normal.
Para la ignición de la lámpara de descarga de gas se conectan y desconectan por lo tanto los conmutadores situados diagonalmente opuestos de forma alternativa, con una frecuencia elevada, estando por ahora cerrado el conmutador S5. La frecuencia de ignición se ajusta al circuito resonante serie formado por C1 y la parte derecha del autotransformador L1. En cuanto se detecta una ignición, se abre el conmutador S5 y la frecuencia de conmutación de los conmutadores opuestos se reduce en correspondencia de forma drástica.
El conmutador S5 tiene además la siguiente función adicional. Si durante el proceso de ignición se comprueba que el régimen de la lámpara pasa a ser capacitivo, se abre el conmutador S5, con la consecuencia de que la frecuencia de resonancia ya no viene determinada por el circuito oscilante serie C1, L1, sino más bien por el circuito oscilante serie (circuito de alisado-filtrado) C2, L2, cuya frecuencia de resonancia es considerablemente más baja. De este modo se conmuta inmediatamente de régimen capacitivo a régimen inductivo. El régimen capacitivo que debe evitarse durante la ignición presenta el inconveniente de que el diodo de paso libre (no representado en la Figura 1) conectado en paralelo al conmutador S5, puede llegar a destruirse, con lo cual todo el conjunto del sistema de circuito y por lo tanto también todo el estabilizador electrónico, pueden quedar incapacitados para el funcionamiento. El inconveniente antes descrito para el conmutador S5 es también válido para los restantes conmutadores S1-S4.
Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la presente invención es el de realizar de forma más económica el sistema de circuito conocido por la WO00/18197.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención por las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes perfeccionan de forma especialmente ventajosa la idea central de la invención.
El punto de planteamiento de la presente invención es el de omitir el conmutador S5. Para permitir a pesar de ello la ignición y al mismo tiempo evitar el régimen capacitivo perjudicial durante la ignición de la lámpara, (¿está prevista una capacidad adicional?), que está unida por un lado con el punto de unión de la capacidad y la inductividad del circuito resonante serie, y por el otro lado con el punto de unión de dos conmutadores unidos del puente integral.
De acuerdo con la invención está previsto por lo tanto un sistema de circuito para el funcionamiento de una lámpara de descarga de gas, que presenta un circuito de puente integral, al cual está aplicada una tensión continua, y que comprende cuatro conmutadores controlables, estando conectado en serie un primer conmutador con un segundo conmutador y un tercer conmutador con un cuarto conmutador, así como el primer conmutador está unido al tercer conmutador y el segundo conmutador está unido al cuarto conmutador, situándose una lámpara de descarga de gas en un ramal del puente, que une un nudo entre el primer conmutador y el segundo conmutador con un nudo entre en tercer conmutador y el cuarto conmutador. Además hay un circuito resonante serie acoplado a la lámpara, comprendiendo una inductividad conectada dentro del ramal del puente, con una capacidad que engancha en un punto de toma de ésta. Una capacidad adicional está unida entre el punto de unión de la capacidad y de la inductividad del circuito resonante serie y el primero con el segundo conmutador, o el punto de unión del tercero con el cuarto conmutador.
Antes del régimen normal de la lámpara de descarga de gas, un circuito de mando lleva a cabo una fase de calentamiento de la lámpara de descarga de gas, para lo cual se conecta y desconecta alternativamente el primer y el cuarto conmutador y complementario con ello el segundo y tercer conmutador.
Un circuito de mando puede estar realizado de tal manera que antes del régimen normal de la lámpara de descarga de gas se lleve a cabo un régimen de ignición para encender la lámpara de descarga de gas, para lo cual el circuito de mando abre durante el régimen de ignición el primer y segundo conmutador, y conecta y desconecta alternativamente el tercer y cuarto conmutador con una frecuencia que se corresponde esencialmente con la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie acoplado a la lámpara de descarga de gas.
El circuito de mando puede estar realizado de tal manera que durante el régimen de ignición conecte y desconecte el tercer y cuarto conmutador, primeramente con una frecuencia superior a la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie, y vaya reduciendo esta frecuencia a continuación en sentido hacia la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie.
El circuito de mando puede estar realizado de tal manera que determine la ignición de la lámpara de descarga de gas, y una vez que haya determinado la ignición, conmute de régimen de ignición a régimen de calentamiento.
El circuito de mando puede estar realizado de tal manera que una vez que la lámpara de descarga de gas se haya calentado hasta una determinada temperatura de trabajo, conmute del régimen de calentamiento al régimen normal.
Para determinar la ignición de la lámpara de descarga de gas, el circuito de mando puede determinar la tensión de ignición o una magnitud dependiente de ésta.
Para determinar la ignición de la lámpara de descarga de gas, el circuito de mando puede determinar la tensión que cae en el punto de toma entre la capacidad y la inductividad del circuito resonante serie.
La inductividad del circuito resonante serie puede estar dimensionada de tal manera que durante el régimen normal trabaje en estado de saturación, de manera que en régimen normal, la inductividad del circuito resonante serie sea una inductividad despreciable.
La inductividad del circuito resonante serie puede comprender una bobina con núcleo de hierro, que en régimen normal esté saturado.
Con el ramal del puente del puente integral puede ir acoplado un circuito alisador.
El circuito alisador puede comprender una bobina dispuesta en serie con la lámpara de descarga de gas en el ramal del puente, así como un condensador conectado en paralelo a la lámpara de descarga de gas.
Los conmutadores controlables del circuito puente integral pueden ser transistores de efecto de campo con diodos de paso libre.
Para el régimen normal de la lámpara de descarga de gas, el circuito de mando puede conmutar con una primera frecuencia alternativamente entre un primer y un segundo estado, donde durante el primer estado están abiertos el primer y cuarto conmutador, se conecte y desconecte alternativamente el segundo conmutador con una segunda frecuencia más alta que la primera frecuencia, y el tercer conmutador esté cerrado por lo menos cuando también esté cerrado el segundo conmutador, y donde durante el segundo estado, están abiertos el segundo y tercer conmutador, se conecta y desconecta el primer conmutador alternativamente con la segunda frecuencia y esté cerrado el cuarto conmutador por lo menos cuando esté también cerrado el primer conmutador.
El circuito de mando puede vigilar una corriente de ramal que fluya por el ramal del puente, y cerrar en el primer estado el segundo conmutador, o en el segundo estado el primer conmutador, siempre que la corriente del ramal haya alcanzado un determinado valor mínimo.
El valor de la capacidad adicional se puede elegir mayor que el valor de la capacidad del circuito resonante serie.
El valor de la capacidad del circuito alisador se puede elegir mayor que el valor de la capacidad adicional.
Otras características, ventajas y propiedades de la presente invención se describirán a continuación con mayor detalle haciendo referencia a la Figura 1, que muestra un ejemplo de realización preferido de la presente invención.
Tal como se puede ver mediante una comparación entre las Figuras 1 y 2, se ha omitido el conmutador S5 que existe conforme al estado de la técnica, y por así decirlo ha quedado puenteado de forma permanente. El condensador C1 del circuito resonante serie, compuesto por el autotransformador L1 y precisamente este condensador C1, está conectado a masa por uno de sus extremos.
En su lugar está previsto un condensador adicional C_{N}, que por un lado está unido al punto de unión entre la inductividad L1 y la capacidad C1 del circuito resonante serie. Por el otro lado, el condensador adicional C_{N} está unido al punto de unión entre los conmutadores S1 y S2 o el punto de unión entre la inductividad L2 y la capacidad C2 del circuito alisador o de filtro (que por cierto forma un circuito resonante serie independiente).
Alternativamente, y tal como está representado con línea de trazos en la Figura 1, la capacidad adicional C_{N} también puede estar conectada entre un punto de unión entre la inductividad L1 y la capacidad C1 del circuito resonante serie y un punto de unión del tercer y cuarto conmutador S3 ó S4 respectivamente. Esta capacidad adicional C_{N',} que por lo tanto puede estar prevista alternativa o adicionalmente a la capacidad adicional C_{N} ya mencionada, está por lo tanto conectada en paralelo al ramal del autotransformador L1, que en la Figura 1 queda en el lado derecho. En cambio la capacidad adicional C_{N} ya mencionada, va conectada en paralelo a la lámpara de descarga de gas EL y al ramal izquierdo del autotransformador L1, en el que se transforma la tensión de ignición.
Hay que volver a insistir, que con respecto a los conmutadores S1 - S4 se puede utilizar un esquema tal como está descrito en la publicación WO00/18197. Por lo tanto se hace referencia expresa al esquema descrito detalladamente en esa publicación. Pero por principio también se pueden aplicar otros procesos de conmutación.
El valor de la capacidad del condensador adicional C_{N} está elegido mayor que el del condensador C1 del circuito resonante en serie.
Por otra parte, sin embargo, el valor de la capacidad del condensador adicional C_{N} es menor que el del condensador C2 del circuito de filtro y alisado.
Rige por lo tanto la siguiente relación:
C2 > C_{N} > C1
La frecuencia de resonancia en el momento de la ignición viene por lo tanto determinada por la inductividad L1, la capacidad C1 y la capacidad adicional C_{N}. Para ello, la capacidad adicional C_{N} puentea una parte del autotransformador L1. La capacidad C1 del circuito resonante serie parte de la toma central a masa.
Mediante la previsión de la capacidad adicional C_{N}, y a frecuencia de resonancia constante en comparación con el estado de la técnica, se puede reducir el valor de la capacidad de C1, de manera que de forma ventajosa se puede emplear para la capacidad C1 un condensador más pequeño (más barato). Otro efecto de ahorro de costes se produce por el hecho de que el conmutador S5, que ahora ya no se precisa, es un componente caro, especialmente en comparación con el condensador adicional C_{N} que ahora se
precisa.
Por el hecho de que se puede reducir el valor de la capacidad del condensador C1 del circuito resonante serie, tal como ya se ha mencionado, se reduce la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie, con lo cual se puede evitar de forma segura y en cualquier caso el régimen capacitivo durante la ignición de la lámpara.
También debido a la disminución del valor de la capacidad del condensador C1 (en comparación con el estado de la técnica), se puede tolerar ahora la corriente I_{c} que fluye permanentemente a través del condensador C1, también en régimen de funcionamiento normal (es decir después de la ignición de la lámpara). Es relativamente pequeño debido a la disminución del valor de la capacidad de C1.
Las ventajas de la presente invención se pueden resumir en la forma siguiente:
-
se pueden reducir los costes de material para el circuito,
-
el principio de excitación se simplifica aún más, ya que no es necesario prever ningún proceso de conmutación respecto al conmutador S5 según el estado de la técnica,
-
la tensión de ignición máxima se puede determinar por medio de módulos externos, concretamente del condensador C1 del circuito resonante serie,
-
con la condición de que el valor de la capacidad del condensador adicional C_{N} sea mayor que la capacidad del condensador C1 del circuito resonante serie, se evita con seguridad que durante la ignición surja un régimen capacitivo,
-
el sistema del circuito es menos sensible con respecto a perforaciones de alta tensión, ya que en el circuito no están previstos componentes semiconductores, y
-
el sistema del circuito es menos sensible frente a fenómenos de saturación de la bobina de ignición L1.

Claims (17)

1. Sistema del circuito para el funcionamiento de una lámpara de descarga de gas,
con un circuito de puente integral al que está aplicada una tensión continua (U_{0}), y que contiene cuatro conmutadores controlables (S1-S4),
donde un primer conmutador (S1) está conectado en serie con un segundo conmutador (S2) y un tercer conmutador (S3) lo está con un cuarto conmutador (S4), estando asimismo unidos el primer conmutador (S1) con el tercer conmutador (S3) y el segundo conmutador (S2) con el cuarto conmutador (S4), y donde se dispone una lámpara de descarga de gas (EL) en un ramal del puente que une un nudo entre el primer conmutador (S1) y el segundo conmutador (S2) con un nudo entre el tercer conmutador (S3) y el cuarto conmutador (S4),
estando acoplado con la lámpara un circuito resonante serie, que comprende una inductividad (L_{1}) conectada en el ramal del puente, con una capacidad (C_{1}) enganchada a aquella en un punto de toma,
caracterizado por
una capacidad adicional C_{N}, que está unida entre el punto de unión de la capacidad y la inductividad del circuito resonante serie y la del primer con el segundo conmutador o el punto de unión del tercero con el cuarto conmutador.
2. Sistema de circuito según la reivindicación 1,
caracterizado porque
un circuito de mando realiza una fase de calentamiento de la lámpara de descarga de gas, antes del régimen normal de la lámpara de descarga de gas, mientras que alternativamente se conecta y desconecta el primer y el cuarto conmutador (S1, S4), y complementario con ello, el segundo y tercer conmutador (S2, S3).
3. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
un circuito de mando está realizado de tal manera que antes del régimen normal de la lámpara de descarga de gas se lleva a cabo un régimen de ignición para encender la lámpara de descarga de gas, para lo cual el circuito de mando abre durante el régimen de ignición el primer y segundo conmutador, y conecta y desconecta alternativamente el tercer y cuarto conmutador con una frecuencia que corresponde esencialmente a la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie (L1, C_{N}) acoplado a la lámpara de descarga de gas.
4. Sistema de circuito según la reivindicación 3,
caracterizado porque
el circuito de mando está realizado de tal manera que durante el régimen de ignición conecta y desconecta el tercer y cuarto conmutador (S3, S4), primeramente con una frecuencia más alta que la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie (L1, C1, C_{N}), y reduce esta frecuencia a continuación en sentido hacia la frecuencia de resonancia del circuito resonante serie (L1, C1, C_{N}).
5. Sistema de circuito según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizado porque
el circuito de mando (1) está realizado de tal manera que capte la ignición de la lámpara de descarga de gas (EL), y una vez que haya determinado la ignición, conmute del régimen de ignición al régimen de calentamiento.
6. Sistema de circuito según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque
el circuito de mando está realizado de tal manera que después del calentamiento de la lámpara de descarga de gas, conmuta a una determinada temperatura de trabajo, del régimen de ignición al régimen normal.
7. Sistema de circuito según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque
para determinar la ignición de la lámpara de descarga de gas (EL), el circuito de mando determina la tensión de ignición o una magnitud dependiente de ésta.
8. Sistema de circuito según la reivindicación 7,
caracterizado porque
para determinar la ignición de la lámpara de descarga de gas (EL), el circuito de mando determina la caída de tensión en el punto de toma entre la capacidad (C1) y la inductividad (L1) del circuito resonante serie.
9. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones 7 u 8,
caracterizado porque
la inductividad (L1) del circuito resonante serie está dimensionada de tal manera que en régimen normal trabaja en saturación, de manera que la inductividad (L1) del circuito resonante serie constituye en régimen normal una inductividad despreciable.
10. Sistema de circuito la reivindicación 9,
caracterizado porque
la inductividad (L1) del circuito resonante serie comprende una bobina con núcleo de hierro, que en régimen normal está saturado.
11. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
con el ramal del puente integral (S1-S4) está acoplado un circuito de alisado (L2, C2).
12. Sistema de circuito según la reivindicación 11,
caracterizado porque
el circuito de alisado comprende una bobina (L2) situada en serie con la lámpara de descarga de gas (EL) en el ramal del puente, así como un condensador (C2) conectado en paralelo a la lámpara de descarga de gas (EL).
13. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
los conmutadores controlables (S1-S4) del circuito puente integral son transistores de efecto de campo con diodos de paso libre (D1).
14. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el circuito de mando conmuta para el régimen normal de la lámpara de descarga de gas (EL) alternativamente entre un primer estado y un segundo estado, con una primera frecuencia, donde durante el primer estado están abiertos el primero y el cuarto conmutador (S1, S4), se conecta y desconecta alternativamente el segundo conmutador (S2) con una segunda frecuencia que es más alta que la primera frecuencia, y porque el tercer conmutador (S3) está cerrado por lo menos cuando también el segundo conmutador (S2) está cerrado, y donde durante el segundo estado, el segundo y tercer conmutador (S2, S3) están abiertos, el primer conmutador (S1) se conecta y desconecta alternativamente con la segunda frecuencia, y el cuarto conmutador (S4) está cerrado por lo menos cuando está también cerrado el primer conmutador (S1).
15. Sistema de circuito según la reivindicación 14,
caracterizado porque
el circuito de mando vigila una corriente de ramal que fluye por el ramal del puente, y en un primer estado cierra el segundo conmutador o en el segundo estado cierra el primer conmutador, siempre que la corriente del ramal haya alcanzado un determinado valor mínimo.
16. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el valor de la capacidad del condensador adicional (C_{N}) es mayor que el valor de la capacidad del condensador (C1) del circuito resonante en serie (C1, L1).
17. Sistema de circuito según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el valor de la capacidad del condensador (C2) del circuito de alisado (L2, C2) es mayor que el valor de la capacidad del condensador adicional (C_{N}).
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