ES2298910T3 - Lampara de descarga de alta presion con dispositivo de encendido por impulsos y procedimiento de funcionamiento para una lampara de descarga de alta presion. - Google Patents
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Abstract
Lámpara de descarga de alta presión con electrodos (E1, E2) dispuestos dentro de su recipiente (1) de descarga que definen un trayecto de descarga para una descarga de gas en un recipiente (1) de descarga, y con un dispositivo de encendido configurado como dispositivo de encendido por impulsos dispuesto dentro del casquillo (4) de lámpara de la lámpara (La) de descarga de alta presión para el encendido de la descarga de gas en el recipiente (1) de descarga, así como con un electrodo (ZE) auxiliar de encendido acoplado al dispositivo de encendido por impulsos, dispuesto fuera de su recipiente (1) de descarga, estando conectada la entrada de tensión del dispositivo de encendido por impulsos en paralelo al trayecto de descarga de la lámpara (La) de descarga de alta presión, caracterizada porque el condensador (C1) de encendido del dispositivo de encendido por impulsos está dispuesto en un trayecto de corriente continua conectado en paralelo al trayecto de descarga de la lámpara (La)de descarga de alta presión.
Description
Lámpara de descarga de alta presión con
dispositivo de encendido por impulsos y procedimiento de
funcionamiento para una lámpara de descarga de alta presión.
La invención se refiere a una lámpara de
descarga de alta presión según el preámbulo de la reivindicación 1
de patente así como a un procedimiento de funcionamiento para una
lámpara de descarga de alta presión.
Una lámpara de descarga de alta presión de este
tipo se da a conocer por ejemplo en el documento WO 98/18297. Esta
memoria describe una lámpara de descarga de alta presión con un
electrodo auxiliar de encendido y un dispositivo de encendido por
impulsos dispuesto en el casquillo de lámpara para encender la
descarga de gas en el recipiente de descarga de la lámpara de
descarga de alta presión. El dispositivo de encendido por impulsos
y el circuito de funcionamiento para la lámpara de descarga de alta
presión tienen una separación galvánica por medio de un
transformador. Tanto el dispositivo de encendido por impulsos como
el circuito de funcionamiento están conectados para su alimentación
de tensión en cada caso a un devanado secundario del transformador,
cuyos devanados primarios están configurados como parte de un
inversor push-pull. La desconexión del
dispositivo de encendido por impulsos tras un encendido con éxito
de la descarga de gas se realiza mediante un interruptor
semiconductor. El documento DE 2 717 853 da a conocer una lámpara de
descarga de vapor metálico-tensión alterna,
teniendo el tubo de descarga un electrodo de cebado exterior.
Es objetivo de la invención proporcionar una
lámpara de descarga de alta presión del tipo genérico con una
alimentación de tensión simplificada para el dispositivo de
encendido e indicar un procedimiento de funcionamiento
correspondiente.
Este objetivo se soluciona según la invención
mediante las características de la reivindicación 1 de patente.
Realizaciones especialmente ventajosas de la invención están
descritas en las reivindicaciones de patente dependientes.
La lámpara de descarga de alta presión según la
invención tiene dentro de su recipiente de descarga electrodos
dispuestos que definen un trayecto de descarga, y un dispositivo de
encendido configurado como dispositivo de encendido por impulsos
dispuesto dentro de su casquillo de lámpara para encender la
descarga de gas en el recipiente de descarga, así como un electrodo
auxiliar de encendido dispuesto fuera del recipiente de descarga,
estando conectada según la invención la entrada de tensión del
dispositivo de encendido por impulsos en paralelo al trayecto de
descarga de la lámpara de descarga de alta presión.
De este modo el dispositivo de encendido por
impulsos puede alimentarse con energía directamente a partir de la
caída de tensión sobre el trayecto de descarga de la lámpara de
descarga de alta presión. Por tanto se suprime una generación
separada de la tensión de alimentación para el dispositivo de
encendido. Además no es necesario un interruptor para desactivar el
dispositivo de encendido por impulsos tras un encendido con éxito
de la descarga de gas en la lámpara, ya que la caída de tensión a
través del trayecto de descarga disminuye considerablemente tras un
encendido con éxito de la descarga de gas y de este modo la tensión
presente en el dispositivo de encendido por impulsos ya no es
suficiente para la generación de impulsos de tensión de
encendido.
Preferiblemente, en la lámpara de descarga de
alta presión según la invención, el condensador de encendido del
dispositivo de encendido por impulsos está dispuesto en un trayecto
de corriente continua conectado en paralelo con respecto al
trayecto de descarga de la lámpara de descarga de alta presión. De
este modo la corriente de carga para el condensador de encendido se
genera directamente a partir de la caída de tensión a través del
trayecto de descarga de la lámpara de descarga de alta presión.
Durante la fase de encendido de la lámpara de descarga de alta
presión el trayecto de descarga es eléctricamente aislante y, por
tanto, el condensador de encendido se carga a una tensión lo
suficientemente alta para posibilitar su descarga a sacudidas a
través de un trayecto de chispa o un componente de valor umbral
correspondiente y la generación de impulsos de tensión de encendido
mediante el transformador de encendido y el electrodo auxiliar de
encendido. Tras la finalización de la fase de encendido, el
trayecto de descarga de la lámpara de descarga de alta presión es
eléctricamente conductor y la caída de tensión a través del
trayecto de descarga sólo corresponde a la tensión de alumbrado de
la lámpara de descarga de alta presión, que ya no es suficiente para
la generación de impulsos de tensión de encendido adicionales
mediante el dispositivo de encendido por impulsos.
De manera ventajosa, en el casquillo de lámpara
de la lámpara de descarga de alta presión según la invención está
colocado adicionalmente un circuito resonante en serie, estando
conectado al menos un componente eléctrico, que está configurado
como parte del circuito resonante en serie, por ejemplo la capacidad
de resonancia o la inductividad de resonancia, en paralelo al
trayecto de descarga. Mediante el circuito resonante en serie y el
componente eléctrico conectado en paralelo al trayecto de descarga
mencionado anteriormente se genera al menos durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión una tensión
alterna de resonancia amplificada que cae a través del trayecto de
descarga y de este modo también está presente en la entrada de
tensión del dispositivo de encendido por impulsos. De este modo los
contactos eléctricos de la lámpara de descarga de alta presión así
como las líneas de alimentación eléctricas hacia la lámpara de
descarga de alta presión pueden confeccionarse para tensiones más
reducidas debido a que todos los componentes eléctricos que llevan
alta tensión están colocados en el casquillo de lámpara. El circuito
resonante en serie garantiza además que una transferencia segura,
es decir, una transición segura desde el momento de la primera
descarga disruptiva del trayecto de descarga entre los dos
electrodos de la lámpara de descarga de alta presión hasta que se
realice una descarga de arco con un cátodo térmicamente emisor de
electrones. La transferencia se denomina también
glow-to-arc-transition
(transición de descarga luminiscente a arco).
De manera ventajosa está previsto también según
un ejemplo de realización preferido de la invención un condensador
separador de tensión continua para reducir la pérdida de sodio en el
plasma de descarga debido a la difusión de iones de sodio hacia la
pared del recipiente de descarga. La capacidad del condensador
separador de tensión continua se dimensiona a este respecto de tal
modo, que por un lado al electrodo auxiliar de encendido se aplica
una tensión lo suficientemente alta para el encendido de la descarga
de gas y por otro lado se reduce la difusión de sodio mencionada
anteriormente de manera suficiente. En caso de una capacidad
demasiado elevada o una corriente de fuga demasiado alta del
condensador separador de tensión continua, no se consigue una
reducción suficiente de la difusión de sodio y en caso de una
capacidad demasiado pequeña al electrodo auxiliar de encendido no
puede aplicarse una tensión lo suficientemente alta para el
encendido de la descarga de gas. El condensador separador de
tensión continua está conectado preferiblemente entre el devanado
secundario del transformador de encendido y el electrodo auxiliar
de encendido.
A continuación la invención se explica más en
detalle mediante un ejemplo de realización preferido. Muestran:
la figura 1, una representación esquemática de
un diagrama de circuito de la lámpara de descarga de alta presión
según la invención con dispositivo de encendido por impulsos
la figura 2, un diagrama de circuito de la
figura 1 con detalles del dispositivo de encendido por impulsos
la figura 3, una representación esquemática de
un diagrama de circuito del primer ejemplo de realización de la
lámpara de descarga de alta presión según la invención con
dispositivo de encendido por impulsos
la figura 4, una representación esquemática de
un diagrama de circuito del segundo ejemplo de realización de la
lámpara de descarga de alta presión según la invención con
dispositivo de encendido por impulsos
la figura 5, una vista lateral de la lámpara de
descarga de alta presión según el ejemplo de realización preferido
de la invención en una representación esquemática
la figura 6, una representación esquemática de
un diagrama de circuito del tercer ejemplo de realización de la
lámpara de descarga de alta presión según la invención con
dispositivo de encendido por impulsos.
En el caso de la lámpara de descarga de alta
presión representada de manera esquemática en la figura 5 según el
ejemplo de realización preferido, se trata de una lámpara de
descarga de alta presión de vapor metálico-halógena
para un faro de un automóvil.
Esta lámpara La de descarga de alta presión
tiene un recipiente 1 de descarga de cristal de cuarzo en el que
está encerrado herméticamente a los gases un relleno ionizable. El
relleno ionizable contiene xenón y compuestos de haluros metálicos,
preferiblemente yoduros de los metales sodio, escandio, cinc e indio
y el relleno ionizable preferiblemente no contiene mercurio. La
presión de llenado en frío de xenón asciende aproximadamente a 10
bar. Los dos extremos 1a, 1b del recipiente 1 de descarga están
obturados en cada caso mediante una pieza 2a, 2b de sellado de
película de molibdeno. En el espacio interior del recipiente 1 de
descarga se encuentran dos electrodos E1, E2 entre los que se forma
durante el funcionamiento de la lámpara el arco de descarga
responsable de la emisión de luz. Estos electrodos E1, E2
principales están conectados en cada caso de manera eléctricamente
conductora a través de una de las piezas 2a, 2b de sellado de
película de molibdeno con un suministro 3a, 3b de corriente que se
conduce fuera del recipiente 1 de descarga. El recipiente 1 de
descarga está envuelto por una ampolla 5 exterior de cristal. El
electrodo ZE auxiliar de encendido se forma en este caso, en este
ejemplo de realización de la invención, por un revestimiento
metálico delgado sobre la superficie interior de la ampolla 5
exterior. Sin embargo, de manera alternativa, este recubrimiento
puede estar dispuesto también en el lado exterior del recipiente 1
de descarga. El recubrimiento ZE metálico delgado tiene la forma de
una tira alargada que se extiende desde el extremo próximo al
casquillo de la ampolla 5 exterior aproximadamente hasta la altura
del centro del recipiente de descarga. Los recipientes 1, 5 de
lámpara están fijados en la parte 411 superior hecha de plástico de
un casquillo 4 de lámpara. La parte en forma de paralelepípedo del
casquillo 4 de lámpara está rodeada por una carcasa 41, 42 metálica
de dos piezas que sirve para el apantallamiento electromagnético
del dispositivo de encendido por impulsos colocado en el espacio
interior del casquillo 4 de lámpara. La conexión 40 eléctrica de la
lámpara La de descarga de alta presión sirve para la alimentación
de tensión de la lámpara de descarga de alta presión y del
dispositivo de encendido por impulsos dispuesto en el casquillo 4
de lámpara. La conexión 40 eléctrica está conectada a través de un
cable de conexión blindado (no representado) con el aparato de
funcionamiento de balasto electrónico (no representado) para la
lámpara de descarga de alta presión. El trenzado de apantallamiento
del cable de conexión está conectado con el potencial de masa, en
el interior del circuito, del aparato de funcionamiento y a través
de un contacto de la conexión 40 eléctrica con la carcasa 41, 42
metálica, de modo que la carcasa 41, 42 metálica también está puesta
al potencial de masa.
En la figura 1 está representado un diagrama de
circuito esquemático de la lámpara de descarga de alta presión
según la invención, del dispositivo de encendido por impulsos
(denominado en la figura 1 como fuente de impulsos) dispuesto en el
casquillo 4 de lámpara y del aparato de funcionamiento de balasto
electrónico. El aparato de funcionamiento de balasto electrónico
sirve como fuente Q de tensión alterna para la lámpara de descarga
de alta presión y el dispositivo de encendido por impulsos colocado
en el casquillo 4 de lámpara. El aparato de funcionamiento de
balasto electrónico está conectado a través de un cable de conexión
blindado (no representado) con la conexión 40 eléctrica de la
lámpara de descarga de alta presión, de modo que a los electrodos
E1, E1 de la lámpara La de descarga de alta presión y a la entrada
de tensión del dispositivo de encendido por impulsos (fuente de
impulsos) se aplica la tensión alterna generada por el aparato de
funcionamiento de balasto electrónico. La entrada de tensión del
dispositivo de encendido por impulsos está conectada en paralelo al
trayecto de descarga de la lámpara de descarga de alta presión
definido por los electrodos E1, E2. El devanado n2 secundario del
transformador T de impulsos del dispositivo de encendido por
impulsos está conectado con el electrodo ZE auxiliar de encendido
de la lámpara La de descarga de alta presión.
En la figura 2 están representados detalles del
dispositivo de encendido por impulsos (fuente de impulsos). La
tensión alterna proporcionada por la fuente Q de tensión alterna se
suministra a la entrada de tensión del dispositivo de encendido por
impulsos y se rectifica mediante el diodo D para cargar a través de
la resistencia R el condensador C1 de encendido que está conectado
en un trayecto de corriente continua en paralelo al trayecto de
descarga de la lámpara La de descarga de alta presión. En paralelo
al condensador C1 de encendido están conectados el trayecto FS de
chispa y el devanado n1 primario del transformador T de encendido.
Si la tensión alcanza en el condensador C1 de encendido la tensión
de descarga disruptiva del trayecto FS de chispa, entonces se
descarga el condensador C1 de encendido a través del trayecto FS de
chispa y el devanado n1 primario. En el devanado n2 secundario del
transformador T de encendido, que está conectado con el electrodo ZE
auxiliar de encendido, se inducen de este modo impulsos de alta
tensión que se suministran al electrodo ZE auxiliar de encendido y
que llevan al encendido de la descarga de gas en el recipiente 1 de
descarga de la lámpara de descarga de alta presión.
En la figura 3 está representada de manera
esquemática la primera forma de realización de la lámpara La de
descarga de alta presión según la invención incluyendo los
componentes D, R, FS, C1, T del dispositivo de encendido por
impulsos colocados en el casquillo 4 de lámpara y de un circuito L,
C2 resonante en serie. Los componentes L, C2 del circuito resonante
en serie también están colocados en el casquillo 4 de lámpara. La
capacidad C2 de resonancia está conectada en paralelo al trayecto de
descarga de la lámpara La de descarga de alta presión. Una primera
conexión del devanado n2 secundario del transformador T de encendido
está conectada con el potencial de referencia de masa en el
interior del circuito. La segunda conexión del devanado n2
secundario del transformador T de encendido está conectada con el
electrodo ZE auxiliar de encendido. Durante la fase de encendido de
la lámpara La de descarga de alta presión, el circuito L, C2
resonante en serie funciona en resonancia de tal modo, que en la
capacidad C2 de resonancia y de este modo también a través del
trayecto de descarga de la lámpara La de descarga de alta presión
así como en la entrada de tensión del dispositivo de encendido por
impulsos se proporciona una tensión alterna de resonancia
amplificada que tiene una amplitud mayor, en una factor de 2 a 10,
que la tensión alterna generada por la fuente Q de tensión alterna.
Con ayuda de los componentes D, R, FS, CI, T del dispositivo de
encendido por impulsos se generan a partir de la misma impulsos de
alta tensión para el electrodo auxiliar de encendido con tensiones
en el intervalo de aproximadamente 5 kV a 30 kV. Un
dimensionamiento adecuado de los componentes eléctricos del
dispositivo de encendido por impulsos y del circuito resonante en
serie para generar una tensión de encendido de aproximadamente 30 kV
o una tensión de encendido de aproximadamente 5 kV se da a conocer
en la tabla 1 o 2.
En el caso del aparato de funcionamiento de
balasto electrónico, se trata de un transformador de tensión que
genera a partir de la tensión de red de a bordo del automóvil una
tensión alterna prácticamente senoidal con una amplitud de
aproximadamente de 100 V a 500 V y una frecuencia de aproximadamente
2,6 MHz durante la fase de encendido de la lámpara de descarga de
alta presión así como una frecuencia de aproximadamente 1 MHz tras
la finalización de la fase de encendido.
El segundo ejemplo de realización de la
invención representado en la figura 4 de manera esquemática se
diferencia del ejemplo de realización representado en la figura 3
sólo porque la primera conexión del devanado n2 secundario del
transformador T de encendido está conectada con el electrodo E1 que
se encuentra a un alto potencial eléctrico y no con el potencial de
referencia de masa en el interior del circuito. En todos los demás
detalles los ejemplos de realización representados en las figuras 3
y 4 coinciden. Por tanto en estas figuras los componentes idénticos
tienen las mismas referencias.
Tras un encendido con éxito de la descarga de
gas en el recipiente 1 de descarga de la lámpara La de descarga de
alta presión, el trayecto de descarga ahora conductor forma ahora
entre los dos electrodos E1, E2 una derivación a la capacidad C2 de
resonancia y a la entrada de tensión del dispositivo de encendido
por impulsos, de modo que la tensión sobre el trayecto de descarga
y por tanto también en la entrada de tensión del dispositivo de
encendido por impulsos adopta valores considerablemente inferiores.
De este modo ya no se consigue la tensión de descarga disruptiva
del trayecto FS de chispa en el condensador C1 de encendido, y el
dispositivo de encendido por impulsos ya no genera impulsos de
encendido adicionales para la lámpara La de descarga de alta
presión. La desconexión del dispositivo de encendido por impulsos
se realiza por tanto sin un despliegue adicional de
componentes.
Para la alimentación de tensión de la lámpara La
de descarga de alta presión y del dispositivo de encendido por
impulsos colocado en el casquillo 4 de lámpara es suficiente una
conexión de dos conductores entre el aparato de funcionamiento de
balasto electrónico y la conexión 40 de la lámpara La de descarga de
alta presión, ya que el dispositivo de encendido por impulsos se
alimenta directamente a partir de la tensión alterna presente en la
lámpara de descarga de alta presión.
En la figura 6 está representado otro ejemplo de
realización de la invención que se diferencia del primer ejemplo de
realización de la invención representado en la figura 1 sólo por el
condensador C0 separador de tensión continua que está conectado
entre el devanado n2 secundario del transformador T de encendido y
el electrodo ZE auxiliar de encendido. La capacidad del condensador
C0 puede seleccionarse libremente en un intervalo amplio sin
influir significativamente en la operación de encendido.
Preferiblemente el condensador C0 se dimensiona de tal modo, que la
caída tensión en el condensador C0 durante la operación de encendido
es menor que las tensiones que se producen entre el electrodo ZE
auxiliar de encendido y los dos electrodos de la lámpara La de
descarga de alta presión. Por tanto para el condensador C0 son
suficientes valores de capacidad muy reducidos, por ejemplo 33 pF.
Sin embargo, son posibles también valores considerablemente mayores
para la capacidad del condensador C0 como por ejemplo 10 nF. El
condensador C0 separador de tensión continua puede integrarse
también de manera análoga en las disposiciones de circuito según
las figuras 2 a 4. Evita un flujo de corriente continua a través
del electrodo ZE auxiliar de encendido y contribuye a la reducción
de la pérdida de sodio en el recipiente de descarga de la lámpara
La de descarga de alta presión causada por la difusión de sodio. El
relleno ionizable en el recipiente de descarga de la lámpara La de
descarga de alta presión contiene concretamente además de xenón
también haluros de los metales sodio, escandio, zinc e indio.
- C1
- 10 nF
- C2
- 120 pF
- D
- BY505
- FS
- 2000 V
- L
- 30 \muH
- R
- 33 kOhm
- T
- n1 = 10 espiras, n2 = 190 espiras.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- C1
- 33nF
- C2
- 120 pF
- D
- dos USIM en serie
- FS
- 800 V
- L
- 30 \muH
- R
- 10 kOhm
- T
- n1 = 10 espiras, n2 = 75 espiras.
Claims (6)
1. Lámpara de descarga de alta presión con
electrodos (E1, E2) dispuestos dentro de su recipiente (1) de
descarga que definen un trayecto de descarga para una descarga de
gas en un recipiente (1) de descarga, y con un dispositivo de
encendido configurado como dispositivo de encendido por impulsos
dispuesto dentro del casquillo (4) de lámpara de la lámpara (La) de
descarga de alta presión para el encendido de la descarga de gas en
el recipiente (1) de descarga, así como con un electrodo (ZE)
auxiliar de encendido acoplado al dispositivo de encendido por
impulsos, dispuesto fuera de su recipiente (1) de descarga, estando
conectada la entrada de tensión del dispositivo de encendido por
impulsos en paralelo al trayecto de descarga de la lámpara (La) de
descarga de alta presión, caracterizada porque el condensador
(C1) de encendido del dispositivo de encendido por impulsos está
dispuesto en un trayecto de corriente continua conectado en paralelo
al trayecto de descarga de la lámpara (La) de descarga de alta
presión.
2. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, caracterizada porque en paralelo al
trayecto de descarga está conectado al menos un componente (C2 o L)
eléctrico que está configurado como parte de un circuito (L, C2)
resonante en serie.
3. Lámpara de descarga de alta presión según la
reivindicación 1, caracterizada porque está previsto un
condensador (C0) separador de tensión continua.
4. Procedimiento para hacer funcionar una
lámpara de descarga de alta presión, generándose la tensión de
encendido necesaria para el encendido de la descarga de gas en el
recipiente (1) de descarga de la lámpara (La) de descarga de alta
presión con ayuda de un dispositivo de encendido por impulsos, que
se aplica a un electrodo (ZE) auxiliar de encendido dispuesto fuera
del recipiente (1) de descarga, de la lámpara (La) de descarga de
alta presión, durante la fase de encendido con impulsos de tensión,
suministrándose la tensión a través del trayecto de descarga de la
lámpara (La) de descarga de alta presión del dispositivo de
encendido por impulsos como tensión de alimentación,
caracterizado porque a partir de la tensión a través del
trayecto de descarga de la lámpara (La) de descarga de alta presión
se genera una corriente continua para cargar el condensador (C1) de
encendido del dispositivo de encendido por impulsos.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el trayecto de descarga de la lámpara
(La) de descarga de alta presión forma, tras el encendido de la
descarga de gas en el recipiente (1) de descarga, una derivación al
condensador (C1) de encendido.
6. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque a través del trayecto de descarga de la
lámpara (La) de descarga de alta presión se proporciona, al menos
durante la fase de encendido de la lámpara (La) de descarga de alta
presión, una tensión alterna de resonancia amplificada.
Applications Claiming Priority (2)
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| Publication Number | Publication Date |
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