ES2374420T3 - EXCITATION CIRCUIT FOR A DISCHARGE TUBE AND EXCITATION METHOD OF A DISCHARGE TUBE. - Google Patents
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Abstract
Description
Circuito de excitación para un tubo de descarga y método de excitación de un tubo de descarga Excitation circuit for a discharge tube and excitation method of a discharge tube
La presente invención se refiere a un circuito de excitación y particularmente, pero no exclusivamente, a un circuito de excitación para un tubo de descarga y a un método de excitación de un tubo de descarga (conocido, asimismo, como una lámpara de descarga). The present invention relates to an excitation circuit and particularly, but not exclusively, to an excitation circuit for a discharge tube and to an excitation method of a discharge tube (also known as a discharge lamp).
Habitualmente, los tubos de descarga comprenden una disposición de electrodos en un gas, alojado dentro de una funda de vidrio o cerámica aislante resistente a la temperatura. Los tubos de descarga funcionan ionizando el gas con una tensión aplicada a través de los electrodos, para crear un trayecto de conducción dentro del gas situado entre los electrodos. La ruptura dieléctrica del gas produce una descarga de plasma con el resultado de que, al pasar una corriente a través del plasma, se genera un pulso óptico intenso cuando los electrones libres en el interior del plasma se combinan con los átomos de gas ionizado. Typically, the discharge tubes comprise an arrangement of electrodes in a gas, housed within a temperature-resistant insulating glass or ceramic sheath. The discharge tubes work by ionizing the gas with a voltage applied across the electrodes, to create a conduction path within the gas located between the electrodes. The dielectric rupture of the gas produces a plasma discharge with the result that, when a current passes through the plasma, an intense optical pulse is generated when the free electrons inside the plasma combine with the atoms of ionized gas.
Los tubos de descarga son energizados habitualmente utilizando un circuito, tal como el que se ilustra en la figura 1 de los dibujos anexos. En un circuito de este tipo, un condensador 11 es cargado mediante una fuente 10 de corriente directa (dc, direct current). El suministro de dc 10 y el condensador 11 están conectados eléctricamente a un tubo 12 de descarga, mediante una primera serie de bobinados dispuestos sobre el núcleo de un transformador (no mostrado). Sin embargo, el tubo 12 de descarga no produce ninguna salida en este estado inicial, puesto que no hay un trayecto conductor a través del gas 13 entre los electrodos 14. Discharge tubes are usually energized using a circuit, such as that illustrated in Figure 1 of the accompanying drawings. In such a circuit, a capacitor 11 is charged by a direct current source 10 (dc). The DC supply 10 and the capacitor 11 are electrically connected to a discharge tube 12, by means of a first series of windings arranged on the core of a transformer (not shown). However, the discharge tube 12 does not produce any output in this initial state, since there is no conductive path through the gas 13 between the electrodes 14.
El trayecto conductor se crea ionizando el gas comprendido en el interior del tubo 12, y esto se lleva a cabo utilizando un circuito activador 15. El circuito activador 15 induce un suministro de alta tensión en la primera serie de bobinados (no mostrados), que provoca la ruptura del gas 13 en el interior del tubo 12 de descarga. Habitualmente, el circuito activador está controlado por un controlador 16 y comprende una segunda serie menor de bobinados, en el mismo núcleo del transformador que la primera serie de bobinados, para crear una elevación en tensión. Esta alta tensión producida a través del tubo crea un trayecto de conducción entre los electrodos del tubo, permitiendo de ese modo que el condensador 11 se descargue y produzca, por lo tanto, un arco intenso. The conductive path is created by ionizing the gas inside the tube 12, and this is carried out using an activator circuit 15. The activator circuit 15 induces a high voltage supply in the first series of windings (not shown), which causes the gas 13 to rupture inside the discharge tube 12. Usually, the activator circuit is controlled by a controller 16 and comprises a second smaller series of windings, in the same core of the transformer as the first series of windings, to create a tension lift. This high voltage produced through the tube creates a conduction path between the electrodes of the tube, thereby allowing the capacitor 11 to discharge and thus produce an intense arc.
Asimismo, es conocido energizar el tubo de descarga utilizando fuentes de corriente alterna (ac, alternating current). It is also known to energize the discharge tube using alternating current sources (ac).
El documento US 6 193 711 B1, por ejemplo, da a conocer un circuito de carga/descarga para una lámpara de destellos que se utiliza para bombear un sistema láser Er:YAG. En este documento, una batería de condensadores se carga desde un suministro de la red eléctrica de ac a través de un conmutador transistor, que está controlado a través de un controlador. El controlador está dispuesto además para descargar la batería de condensadores a través de la lámpara de destellos, con objeto de proporcionar el bombeo requerido del medio activo. No obstante, en dichos sistemas es necesario en primer lugar rectificar la señal, por ejemplo con un puente de diodos. US 6 193 711 B1, for example, discloses a charge / discharge circuit for a flash lamp that is used to pump an Er: YAG laser system. In this document, a capacitor bank is charged from an AC mains supply through a transistor switch, which is controlled through a controller. The controller is further arranged to discharge the capacitor bank through the flash lamp, in order to provide the required pumping of the active medium. However, in these systems it is first necessary to rectify the signal, for example with a diode bridge.
En la figura 2 de los dibujos anexos, se muestra la bien conocida forma de onda 17 de una tensión sinusoidal rectificada de onda completa. La figura proporciona además una indicación del intervalo de tiempo (ilustrado como el intervalo t1 – t2) sobre el que la tensión es suficiente para mantener un arco de descarga. De este modo, cuando la tensión de la forma de onda sinusoidal rectificada alcanza una tensión umbral (Vth), por ejemplo, de 70 V en el tiempo t1, se producirá una emisión óptica (es decir, un arco) que proseguirá hasta que la tensión de la forma de onda rectificada caiga, por ejemplo, a 50 voltios en el tiempo t2. In Figure 2 of the accompanying drawings, the well-known waveform 17 of a rectified full-wave sinusoidal voltage is shown. The figure also provides an indication of the time interval (illustrated as the interval t1-t2) over which the voltage is sufficient to maintain a discharge arc. Thus, when the voltage of the rectified sine waveform reaches a threshold voltage (Vth), for example, 70 V at time t1, an optical emission (ie an arc) will occur that will continue until the voltage of the rectified waveform falls, for example, to 50 volts at time t2.
La patente de EE. UU. 6 965 203 da a conocer un método y circuitos para encender de manera repetitiva una lámpara de destellos que es energizada con una señal de tensión periódica. Sin embargo, un problema con la excitación de los tubos de descarga que utilizan un suministro de la red eléctrica rectificado, es que la emisión óptica está limitada a una frecuencia de destellos del doble de la frecuencia de la red eléctrica (es decir de 100 Hz para un suministro de la red eléctrica de 50 Hz, y de 120 Hz para un suministro de la red eléctrica de 60 Hz), y la emisión óptica procedente del tubo de descarga proseguirá solamente mientras la tensión de la red eléctrica exceda la tensión umbral. Una vez que la tensión de la red eléctrica cae por debajo de la tensión umbral, finalizará la emisión óptica desde el tubo de descarga. U.S. Patent UU. 6 965 203 discloses a method and circuits for repetitively lighting a flash lamp that is energized with a periodic voltage signal. However, a problem with the excitation of the discharge tubes that use a rectified power supply is that the optical emission is limited to a flash frequency twice the frequency of the power grid (ie 100 Hz for a power supply of 50 Hz, and 120 Hz for a power supply of 60 Hz), and the optical emission from the discharge pipe will continue only as long as the voltage of the power network exceeds the threshold voltage. Once the mains voltage drops below the threshold voltage, the optical emission from the discharge tube will end.
Una solución conocida para este problema es incorporar una batería de condensadores a continuación del puente de diodos, para mantener la tensión por encima de la tensión umbral. Se encuentra que dicha batería de condensadores suaviza el suministro de tensión al tubo de descarga. Sin embargo, dicha disposición es propensa a fluctuaciones en el suministro 18 de tensión, tal como se muestra en la figura 3 de los dibujos anexos, y esto se manifiesta como una fluctuación de la emisión óptica del arco de descarga. A known solution for this problem is to incorporate a capacitor bank next to the diode bridge, to maintain the voltage above the threshold voltage. It is found that said capacitor bank softens the supply of voltage to the discharge tube. However, said arrangement is prone to fluctuations in the voltage supply 18, as shown in Figure 3 of the attached drawings, and this is manifested as a fluctuation of the optical emission of the discharge arc.
Además, ciertas aplicaciones requieren la aplicación de un pulso de radiación estacionario desde un tubo de descarga, durante un período de tiempo menor que el ciclo de servicio del suministro de la red eléctrica rectificado. In addition, certain applications require the application of a pulse of stationary radiation from a discharge tube, for a period of time less than the service cycle of the rectified mains supply.
Hemos concebido un circuito de excitación para un tubo de descarga y un método de excitación de un tubo de descarga, que alivian estos problemas. We have devised an excitation circuit for a discharge tube and an excitation method of a discharge tube, which alleviate these problems.
De acuerdo con la presente invención, considerada desde un primer aspecto, se da a conocer un circuito de excitación para un tubo de descarga, comprendiendo el circuito de excitación un circuito primario y un circuito secundario, ambos dispuestos para entregar energía al tubo de descarga, In accordance with the present invention, considered from a first aspect, an excitation circuit for a discharge tube is disclosed, the excitation circuit comprising a primary circuit and a secondary circuit, both arranged to deliver energy to the discharge tube,
comprendiendo el circuito primario un suministro de energía y un primer controlador para controlar la entrega de energía desde el primer suministro de energía al tubo de descarga, the primary circuit comprising a power supply and a first controller to control the delivery of energy from the first power supply to the discharge tube,
comprendiendo el circuito secundario medios de almacenamiento de energía y, por lo menos, un segundo controlador para controlar la descarga del medio de almacenamiento de energía , the secondary circuit comprising energy storage means and at least a second controller for controlling the discharge of the energy storage means,
estando dispuesto el segundo controlador para descargar selectivamente el medio de almacenamiento de energía en los periodos en los que el suministro de energía rectificado está por debajo del umbral, lo que se determina mediante el primer controlador, de manera que la descarga selectiva mantiene la tensión a través del tubo de descarga por encima de una tensión umbral necesaria para mantener un arco de descarga. the second controller being arranged to selectively discharge the energy storage medium in the periods in which the rectified power supply is below the threshold, which is determined by the first controller, so that the selective discharge maintains the voltage at through the discharge tube above a threshold voltage necessary to maintain a discharge arc.
Con estos medios, se permite que el circuito de excitación acorde con la invención proporcione un suministro de energía sustancialmente constante al tubo de descarga. With these means, the excitation circuit according to the invention is allowed to provide a substantially constant power supply to the discharge tube.
El circuito primario incluye preferentemente un puente de diodos para rectificar el suministro de la red eléctrica de ac. Dicho puente de diodos proporciona, preferentemente, una rectificación de onda completa de la red eléctrica de ac. The primary circuit preferably includes a diode bridge to rectify the supply of the AC power grid. Said diode bridge preferably provides a full wave rectification of the AC power grid.
Preferentemente, el circuito primario incluye un mecanismo activador para inducir un pico de alta tensión a través del tubo de descarga, con objeto de ionizar el gas en el interior del tubo de descarga. Preferably, the primary circuit includes an activating mechanism to induce a high voltage peak through the discharge tube, in order to ionize the gas inside the discharge tube.
El primer controlador comprende, preferentemente, un circuito de sincronización para sincronizar la activación del mecanismo activador con el suministro de la red eléctrica de ac rectificado. Dicho circuito de sincronización permite, preferentemente, que el mecanismo de activación sea activado solamente en aquellos intervalos en los que la tensión de la red eléctrica de ac rectificada está por encima de una tensión umbral. The first controller preferably comprises a synchronization circuit to synchronize the activation of the activating mechanism with the supply of the rectified ac power grid. Said synchronization circuit preferably allows the activation mechanism to be activated only at those intervals in which the voltage of the rectified ac mains is above a threshold voltage.
Preferentemente, la tensión umbral es la tensión mínima necesaria para mantener un arco de descarga. Preferably, the threshold voltage is the minimum voltage necessary to maintain a discharge arc.
Preferentemente, el suministro de la red eléctrica rectificado es monitorizado continuamente por el primer controlador. Preferably, the rectified power supply is continuously monitored by the first controller.
De acuerdo con la primera realización de la presente invención, el circuito secundario comprende preferentemente un suministro de energía, tal como un suministro de corriente continua (dc, direct current), para cargar el medio de almacenamiento de energía. According to the first embodiment of the present invention, the secondary circuit preferably comprises a power supply, such as a direct current supply (dc), for charging the energy storage medium.
Preferentemente, el medio de almacenamiento de energía comprende, por lo menos, un condensador, tal como una batería de condensadores. Preferably, the energy storage means comprises at least one capacitor, such as a capacitor bank.
Dicho, por lo menos, un segundo controlador provoca, preferentemente, que dicha batería de condensadores se descargue para compensar la caída de tensión desde el suministro de la red eléctrica de ac rectificada, y mantenga la tensión a través del tubo de descarga por encima de la tensión umbral, entre los ciclos de servicio de la tensión de la red eléctrica rectificada. Said, at least, a second controller preferably causes said capacitor bank to discharge to compensate for the voltage drop from the supply of the rectified ac mains, and to maintain the voltage through the discharge tube above the threshold voltage, between the service cycles of the rectified grid voltage.
Preferentemente, el arco de descarga es finalizado por un conmutador, tal como un transistor de efecto campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Preferably, the discharge arc is terminated by a switch, such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
Preferentemente, el primer controlador y dicho, por lo menos, un segundo controlador están dispuestos en comunicación electrónica para permitir la descarga síncrona del condensador (tal como la batería de condensadores) con la tensión rectificada. Preferably, the first controller and said, at least, a second controller are arranged in electronic communication to allow synchronous discharge of the capacitor (such as the capacitor bank) with the rectified voltage.
Preferentemente, la primera realización de la presente invención proporciona la descarga, desde el tubo de descarga, de un pulso de radiación sustancialmente uniforme, durante tiempos mayores que el ciclo de servicio dado de la tensión de la red eléctrica rectificada. Preferably, the first embodiment of the present invention provides the discharge, from the discharge tube, of a substantially uniform radiation pulse, for times longer than the given duty cycle of the rectified grid voltage.
De acuerdo con una segunda realización de la presente invención, el medio de almacenamiento de energía comprende además, preferentemente, un inductor. According to a second embodiment of the present invention, the energy storage means further comprises, preferably, an inductor.
Dicho, por lo menos, un segundo controlador comprende preferentemente un conmutador semiconductor, tal como un transistor de efecto campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET), que en el estado "OFF (desconectado)" impide que la corriente procedente del suministro de energía en el circuito primario y la carga procedente de la batería de condensadores, pasen a través del tubo de descarga. En este estado, preferentemente, el inductor se descarga a través del tubo de descarga, para mantener una descarga mientras el MOSFET está "OFF (desconectado)". Mientras el MOSFET está "OFF (desconectado)", esto permite además que la batería de condensadores se recargue, preferentemente, desde el suministro de energía en el circuito primario, de manera que puede descargarse posteriormente a través del tubo cuando el MOSFET vuelve a estar "ON (conectado)". Said, at least, a second controller preferably comprises a semiconductor switch, such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), which in the state "OFF (disconnected)". prevents the current from the power supply in the primary circuit and the charge from the capacitor bank from passing through the discharge tube. In this state, preferably, the inductor is discharged through the discharge tube, to maintain a discharge while the MOSFET is "OFF (disconnected)". While the MOSFET is "OFF (disconnected)", this also allows the capacitor bank to recharge, preferably, from the power supply in the primary circuit, so that it can be subsequently discharged through the tube when the MOSFET returns to be "ON (connected)".
Preferentemente, el estado conmutado del MOSFET está controlado por el primer controlador. Preferentemente, el terminal fuente del MOSFET está conectado sustancialmente a tensión cero, o a tierra. Preferably, the switched state of the MOSFET is controlled by the first controller. Preferably, the source terminal of the MOSFET is substantially connected to zero voltage, or to ground.
Preferentemente, la segunda realización de la presente invención proporciona la descarga de un pulso de radiación sustancialmente uniforme desde el tubo de descarga, durante tiempos menores que un periodo de ciclo dado de la señal del suministro de energía en el circuito primario. Preferably, the second embodiment of the present invention provides for the discharge of a substantially uniform pulse of radiation from the discharge tube, for times less than a given cycle period of the power supply signal in the primary circuit.
De acuerdo con la presente invención, considerada desde un segundo aspecto, se da a conocer un método de excitación de un tubo de descarga, comprendiendo el método In accordance with the present invention, considered from a second aspect, an excitation method of a discharge tube is disclosed, the method comprising
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- disponer un circuito de excitación acorde con la invención; providing an excitation circuit according to the invention;
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- energizar el tubo de descarga utilizando el circuito primario; energize the discharge tube using the primary circuit;
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- energizar selectivamente en el tubo de descarga utilizando el circuito secundario, en los momentos en que el selectively energize the discharge tube using the secondary circuit, at the times when the
- primer suministro de energía está por debajo de un valor umbral. First power supply is below a threshold value.
A continuación se describirán realizaciones preferidas de la presente invención, solamente a modo de ejemplo, y haciendo referencia a los dibujos anexos, en los cuales: Preferred embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, and with reference to the accompanying drawings, in which:
la figura 1 es un diagrama de circuito de un circuito de excitación convencional para un tubo de descarga, tal como se ha descrito anteriormente; Figure 1 is a circuit diagram of a conventional excitation circuit for a discharge tube, as described above;
la figura 2 es una representación gráfica de la forma de onda de tensión del suministro de la red eléctrica de ac rectificada, utilizando dicho circuito convencional, tal como se ha descrito anteriormente; Figure 2 is a graphical representation of the voltage waveform of the supply of the rectified ac power grid, using said conventional circuit, as described above;
la figura 3 es una representación gráfica de la forma de onda de tensión de un suministro de la red eléctrica de ac rectificada, después del aplanamiento mediante una batería de condensadores, tal como se ha descrito anteriormente; Figure 3 is a graphical representation of the voltage waveform of a rectified ac power supply, after flattening by a capacitor bank, as described above;
la figura 4 es un diagrama de circuito de un ejemplo de circuito de excitación, acorde con una primera realización de la presente invención; y Figure 4 is a circuit diagram of an example excitation circuit, in accordance with a first embodiment of the present invention; Y
la figura 5 es un diagrama de circuito de un ejemplo de circuito de excitación, acorde con una segunda realización de la presente invención. Figure 5 is a circuit diagram of an example excitation circuit, in accordance with a second embodiment of the present invention.
De acuerdo con una primera realización de la presente invención, que se muestra en la figura 4, se da a conocer un circuito de excitación 100 que comprende un circuito primario 101 y un circuito secundario 102a, para energizar un tubo de descarga 103. El circuito primario 101 energiza el tubo de descarga 103, y el circuito secundario 102a compensa la variación en el suministro de energía de ac rectificada en el circuito primario 101, para proporcionar una tensión sustancialmente constante entre los ciclos de servicio del suministro de energía rectificado. In accordance with a first embodiment of the present invention, shown in Figure 4, an excitation circuit 100 comprising a primary circuit 101 and a secondary circuit 102a is disclosed to energize a discharge tube 103. The circuit Primary 101 energizes the discharge tube 103, and the secondary circuit 102a compensates for the variation in the rectified ac power supply in the primary circuit 101, to provide a substantially constant voltage between the service cycles of the rectified power supply.
El circuito primario 101 comprende un puente de diodos 106, que rectifica el suministro de energía 104 de la red eléctrica de ac entrante, desde un transformador de aislamiento 105, para proporcionar una señal de tensión rectificada de onda completa. La salida del puente de diodos 106 está conectada eléctricamente al tubo de descarga 103 a través de un único diodo 107 que asegura el flujo unidireccional de la corriente hacia el tubo de descarga 103 desde el suministro de energía 104. Sin embargo, la tensión rectificada es insuficiente para iniciar una descarga en el interior del tubo 103, puesto que no existe trayecto de conducción entre los electrodos 108 del tubo de descarga The primary circuit 101 comprises a diode bridge 106, which rectifies the power supply 104 of the incoming electrical network, from an isolation transformer 105, to provide a full-wave rectified voltage signal. The output of the diode bridge 106 is electrically connected to the discharge tube 103 through a single diode 107 that ensures the unidirectional flow of current to the discharge tube 103 from the power supply 104. However, the rectified voltage is insufficient to initiate a discharge inside the tube 103, since there is no conduction path between the electrodes 108 of the discharge tube
103. 103.
El circuito primario 101 incluye un controlador 109 para controlar un circuito activador 110. El controlador 109 recibe una señal de entrada procedente de la salida del puente de diodos 106, y monitoriza la variación de la forma de onda, mediante el medio de procesamiento de señal digital (no mostrado). El controlador 209 incluye una salida para The primary circuit 101 includes a controller 109 to control an activator circuit 110. The controller 109 receives an input signal from the output of the diode bridge 106, and monitors the variation of the waveform, by means of the signal processing means digital (not shown). Controller 209 includes an output for
entregar una tensión como entrada al circuito activador 110. El circuito activador 110 incluye, habitualmente, un transformador elevador (no mostrado) que produce un pico de alta tensión a través de los electrodos 108 del tubo. delivering a voltage as input to the activator circuit 110. The activator circuit 110 usually includes a booster transformer (not shown) that produces a high voltage peak through the electrodes 108 of the tube.
La elevada diferencia de potencial creada a través de los electrodos 108 mediante el circuito activador 110 provoca que el gas 111 en el interior del tubo 103 se ionice, reduciendo de ese modo la impedancia del tubo 103. Sin embargo, para asegurar que el circuito activador 110 aplica el pico de alta tensión en el momento correcto, es decir, cuando la tensión rectificada es suficiente para crear un arco de descarga, el controlador 109 monitoriza la tensión rectificada a través de la conexión 112, y entrega una señal al circuito activador 110 en un momento determinado por el medio de procesamiento de señal digital (no mostrado), con objeto de provocar que el circuito activador 110 produzca el pico de tensión. Sin embargo, con un sistema de este tipo, no existe control sobre la duración o frecuencia del arco de descarga. The high potential difference created through the electrodes 108 by the activator circuit 110 causes the gas 111 inside the tube 103 to ionize, thereby reducing the impedance of the tube 103. However, to ensure that the activator circuit 110 applies the high voltage peak at the right time, that is, when the rectified voltage is sufficient to create a discharge arc, the controller 109 monitors the rectified voltage through connection 112, and delivers a signal to the trigger circuit 110 at a time determined by the digital signal processing means (not shown), in order to cause the trigger circuit 110 to produce the voltage peak. However, with such a system, there is no control over the duration or frequency of the discharge arc.
Por consiguiente, el circuito 100 acorde con la presente invención comprende además un circuito secundario de excitación 102a que incluye un segundo suministro de energía (dc) 113 dispuesto en serie con el suministro de tensión rectificada, y que se utiliza para cargar una batería de condensadores 114. Accordingly, the circuit 100 according to the present invention further comprises a secondary excitation circuit 102a that includes a second power supply (dc) 113 arranged in series with the rectified voltage supply, and which is used to charge a capacitor bank 114
El circuito secundario incluye además un segundo controlador 115 dispuesto en comunicación electrónica con el primer controlador 209 para controlar la descarga selectiva de la batería 114 de condensadores. The secondary circuit also includes a second controller 115 arranged in electronic communication with the first controller 209 to control the selective discharge of the capacitor bank 114.
En uso, el primer controlador 109 provoca que el circuito activador 110 produzca una alta tensión a través de los electrodos 108, provocando que el gas 111 en el interior del tubo 103 se ionice, cuando la tensión rectificada a través de los electrodos 108 del tubo, a partir de un ciclo de servicio dado, alcanza el valor mínimo necesario para mantener un arco de descarga. In use, the first controller 109 causes the activator circuit 110 to produce a high voltage through the electrodes 108, causing the gas 111 inside the tube 103 to ionize, when the rectified voltage through the electrodes 108 of the tube , from a given service cycle, it reaches the minimum value necessary to maintain a discharge arc.
Cuando la tensión rectificada cae posteriormente por debajo de la tensión umbral dentro del mismo ciclo de servicio, el segundo controlador 115 provoca que la batería 114 de condensadores se descargue progresivamente, para compensar la caída de tensión en la entrada de tensión rectificada. Esto mantiene una tensión constante a través de los electrodos 108 del tubo y, por lo tanto, un arco de descarga uniforme. When the rectified voltage subsequently falls below the threshold voltage within the same service cycle, the second controller 115 causes the capacitor bank 114 to discharge progressively, to compensate for the voltage drop at the rectified voltage input. This maintains a constant voltage across the electrodes 108 of the tube and, therefore, a uniform discharge arc.
Inicialmente, la descarga de la batería 114 de condensadores es muy pequeña. Sin embargo, cuando la tensión rectificada se reduce más respecto de la tensión umbral, se incrementa la velocidad de descarga de la batería 114 de condensadores, para compensar la caída en la tensión rectificada. Cuando la tensión rectificada comienza a subir de nuevo en el siguiente ciclo de servicio, la batería 114 de condensadores comienza a recargarse progresivamente desde el segundo suministro de energía 113, de manera que está lista para volver a descargarse en función de la caída de la tensión rectificada. Initially, the discharge of the capacitor bank 114 is very small. However, when the rectified voltage is reduced more than the threshold voltage, the discharge rate of the capacitor bank 114 is increased, to compensate for the drop in the rectified voltage. When the rectified voltage begins to rise again in the next duty cycle, the capacitor bank 114 begins to recharge progressively from the second power supply 113, so that it is ready to discharge again based on the voltage drop rectified
El segundo controlador 115 monitoriza el primer controlador 209 para sincronizar la carga y descarga selectivas de la batería 114 de condensadores. De este modo, puede utilizarse la carga y descarga cíclicas de la batería 114 de condensadores para mantener el arco de descarga durante un período de tiempo deseado. The second controller 115 monitors the first controller 209 to synchronize the selective charge and discharge of the capacitor bank 114. In this way, the cyclic charge and discharge of the capacitor bank 114 can be used to maintain the discharge arc for a desired period of time.
Cuando se desea terminar el arco, un conmutador semiconductor 116, tal como un transistor de efecto campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET), dispuesto en conexión eléctrica con el cátodo del tubo de descarga 103, es conmutado al estado "OFF (desconectado)" mediante el primer controlador 109, para inhibir el flujo de corriente entre los electrodos 108 del tubo de descarga 103. When it is desired to terminate the arc, a semiconductor switch 116, such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), arranged in electrical connection with the cathode of the discharge tube 103, is switched to the "OFF" state (disconnected ) " by the first controller 109, to inhibit the flow of current between the electrodes 108 of the discharge tube 103.
De acuerdo con una segunda realización de la presente invención, que se muestra en la figura 5, puede verse que el circuito primario 101 comprende los componentes del circuito primario acorde con la primera realización. Sin embargo, el circuito secundario 102b comprende un primer controlador secundario 117 y un segundo controlador secundario 118. El primer controlador secundario 117 está dispuesto en comunicación eléctrica con el primer controlador 109 dispuesto en el circuito primario 101, y está dispuesto para descargar la batería 119 de condensadores dispuesta en el circuito secundario 102b, en un momento correspondiente a un periodo siguiente a la aplicación de un pulso al circuito activador 110. According to a second embodiment of the present invention, which is shown in Figure 5, it can be seen that the primary circuit 101 comprises the components of the primary circuit according to the first embodiment. However, the secondary circuit 102b comprises a first secondary controller 117 and a second secondary controller 118. The first secondary controller 117 is arranged in electrical communication with the first controller 109 arranged in the primary circuit 101, and is arranged to discharge the battery 119 of capacitors arranged in the secondary circuit 102b, at a time corresponding to a period following the application of a pulse to the activator circuit 110.
El primer controlador 109 dispuesto en el circuito primario 101 monitoriza la variación de la tensión de la red eléctrica rectificada, y entrega un pulso al circuito activador 110 cuando el nivel de tensión de la tensión de la red eléctrica rectificada supera un valor umbral para producir un arco de descarga, que puede ser de 60 a 70 V. El pulso activador provoca un pico de alta tensión a aplicar a través de los electrodos 108 del tubo de descarga 103, que ioniza el gas 111 en el interior del tubo 103 y, de ese modo, crea un trayecto de conducción entre los electrodos 108, de tal modo que la carga almacenada en la batería 119 de condensadores puede descargarse a través del tubo 103 para producir un pulso de radiación. The first controller 109 arranged in the primary circuit 101 monitors the variation of the voltage of the rectified electrical network, and delivers a pulse to the activator circuit 110 when the voltage level of the voltage of the rectified electrical network exceeds a threshold value to produce a discharge arc, which can be from 60 to 70 V. The activating pulse causes a high voltage peak to be applied through the electrodes 108 of the discharge tube 103, which ionizes the gas 111 inside the tube 103 and, of that way, it creates a conduction path between the electrodes 108, such that the charge stored in the capacitor bank 119 can be discharged through the tube 103 to produce a radiation pulse.
La corriente que sale del tubo 103 pasa a través de una bobina inductora 120 dispuesta en el circuito secundario 102b y, posteriormente, a través del segundo controlador secundario 118, que puede comprender un conmutador semiconductor, tal como un MOSFET, dispuesto asimismo en el circuito secundario 102b, antes de pasar a tierra. El terminal puerta del MOSFET 118 está conectado al primer controlador 209 dispuesto en el circuito primario 101, de manera que el primer controlador 109 dispuesto en el circuito primario 101 puede controlar el estado "ON (conectado)/OFF (desconectado)" del conmutador 118 y, por lo tanto, controlar la corriente que pasa desde la batería 119 de condensadores y el circuito primario 101, a través del tubo 103. The current leaving the tube 103 passes through an inductor coil 120 disposed in the secondary circuit 102b and, subsequently, through the second secondary controller 118, which may comprise a semiconductor switch, such as a MOSFET, also arranged in the circuit secondary 102b, before going to ground. The door terminal of the MOSFET 118 is connected to the first controller 209 disposed in the primary circuit 101, so that the first controller 109 disposed in the primary circuit 101 can control the status "ON (connected) / OFF (disconnected)". of the switch 118 and, therefore, control the current passing from the capacitor bank 119 and the primary circuit 101, through the tube 103.
5 Después de la descarga de la batería 119 de condensadores, que puede tener lugar durante un periodo de tiempo significativamente menor que el ciclo de servicio de la tensión de la red eléctrica rectificada, el MOSFET 118 es conmutado a "OFF (desconectado)". Esto provoca que el campo magnético en el inductor 120 colapse, creando un pico de alta tensión que es aplicado a través de los electrodos 108 del tubo 103, con objeto de mantener la tensión por encima del umbral. Este colapso del campo magnético provoca que fluya una corriente en el interior del circuito 5 After the discharge of the capacitor bank 119, which can take place for a period of time significantly less than the service cycle of the rectified mains voltage, the MOSFET 118 is switched to "OFF (disconnected)" ;. This causes the magnetic field in the inductor 120 to collapse, creating a high voltage peak that is applied through the electrodes 108 of the tube 103, in order to maintain the voltage above the threshold. This collapse of the magnetic field causes a current to flow inside the circuit
10 secundario 102b a través del diodos 121, y entre los electrodos 108 del tubo 103, para mantener un arco de descarga. Durante este período, el condensador 119 se recarga mediante la tensión procedente de la tensión de la red eléctrica rectificada, dentro del mismo ciclo de servicio y, una vez cargado, el MOSFET 120 es conmutado de nuevo a "ON (conectado)", para descargar el condensador 119 a través del tubo 103. De este modo, aplicando una señal pulsada modulada al terminal puerta del MOSFET 120, una vez que la tensión de la señal de la red eléctrica 10 secondary 102b through diodes 121, and between electrodes 108 of tube 103, to maintain a discharge arc. During this period, the capacitor 119 is recharged by the voltage from the rectified mains voltage, within the same service cycle and, once charged, the MOSFET 120 is switched back to "ON (connected)". , to discharge the capacitor 119 through the tube 103. Thus, by applying a modulated pulsed signal to the MOSFET gate terminal 120, once the voltage of the mains signal
15 rectificada supera inicialmente un valor umbral, es posible mantener un arco de descarga durante un período de tiempo deseado. 15 rectified initially exceeds a threshold value, it is possible to maintain a discharge arc for a desired period of time.
Además, y en común con la primera realización, es posible producir y mantener un arco de descarga durante períodos seleccionados dentro de un ciclo de servicio dado del suministro de la red eléctrica rectificado, tal como con la segunda realización, o durante períodos que comprenden varios ciclos de servicio del suministro de la red Furthermore, and in common with the first embodiment, it is possible to produce and maintain a discharge arc during selected periods within a given service cycle of the supply of the rectified power grid, such as with the second embodiment, or during periods comprising several network supply service cycles
20 eléctrica rectificado, tal como con la primera realización, con la aplicación de solamente un único pulso activador. 20 electrical rectified, as with the first embodiment, with the application of only a single activating pulse.
Por lo tanto, a partir de lo anterior resulta evidente que el circuito de excitación de la presente invención permite que un tubo de descarga, energizado desde un suministro de la red eléctrica, produzca un arco de descarga de un periodo de tiempo deseado. Therefore, it is clear from the foregoing that the excitation circuit of the present invention allows a discharge tube, energized from a supply of the power grid, to produce a discharge arc of a desired period of time.
Claims (15)
- 2.2.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 1, en el que el suministro de energía comprende un suministro de la red eléctrica de ac (104), y el circuito primario comprende un puente de diodos (106) para rectificar el suministro de la red eléctrica de ac. An excitation circuit according to claim 1, wherein the power supply comprises a supply of the AC mains (104), and the primary circuit comprises a diode bridge (106) to rectify the supply of the mains of ac.
- 3.3.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 1 ó 2, en el que el primer controlador está dispuesto para monitorizar continuamente la variación de energía del suministro de energía. An excitation circuit according to claim 1 or 2, wherein the first controller is arranged to continuously monitor the energy variation of the power supply.
- 4.Four.
- Un circuito de excitación acorde con cualquier reivindicación precedente, en el que el circuito primario incluye un mecanismo activador para inducir un pico de alta tensión a través del tubo de descarga, con objeto de ionizar el gas An excitation circuit according to any preceding claim, wherein the primary circuit includes an activating mechanism to induce a high voltage peak through the discharge tube, in order to ionize the gas
- 6. 6.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 5, en el que el medio de almacenamiento de energía comprende, por lo menos, un condensador, y el segundo controlador está dispuesto para provocar que dicho, por lo menos, un condensador se descargue para compensar una caída en la tensión desde el suministro de energía rectificada, y para mantener la tensión a través del tubo de descarga por encima de la tensión mínima. An excitation circuit according to claim 5, wherein the energy storage means comprises at least one capacitor, and the second controller is arranged to cause said at least one capacitor to discharge to compensate for a voltage drop from the rectified power supply, and to maintain the voltage through the discharge tube above the minimum voltage.
- 7.7.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 6, en el que el primer controlador y el segundo controlador están dispuestos en comunicación electrónica para permitir la descarga síncrona de dicho, por lo menos, un condensador con el suministro de energía rectificado. An excitation circuit according to claim 6, wherein the first controller and the second controller are arranged in electronic communication to allow the synchronous discharge of said at least one capacitor with the rectified power supply.
- 8.8.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 6 ó 7, que proporciona la descarga de un pulso de radiación sustancialmente uniforme desde el tubo de descarga, durante intervalos mayores que un ciclo de servicio dado del suministro de energía rectificado. An excitation circuit according to claim 6 or 7, which provides the discharge of a substantially uniform radiation pulse from the discharge tube, for intervals greater than a given duty cycle of the rectified power supply.
- 9.9.
- Un circuito de excitación acorde con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un conmutador (116), tal como un transistor de efecto campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET), para terminar el arco de descarga. An excitation circuit according to any of the preceding claims, further comprising a switch (116), such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), for terminating the discharge arc.
- 10.10.
- Un circuito de excitación acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de almacenamiento de energía comprende un inductor. An excitation circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the energy storage means comprises an inductor.
- 11.eleven.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 10, en el que el medio de almacenamiento de energía comprende además un condensador. An excitation circuit according to claim 10, wherein the energy storage means further comprises a capacitor.
- 12.12.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 10 ú 11, en el que el segundo controlador comprende, por lo menos, un conmutador semiconductor, tal como un transistor de efecto campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET), y el primer controlador está dispuesto para controlar la conmutación del conmutador semiconductor. An excitation circuit according to claim 10 or 11, wherein the second controller comprises at least one semiconductor switch, such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and the first controller is arranged to control the switching of the semiconductor switch.
- 13. 13.
- Un circuito de excitación acorde con la reivindicación 12, en el que el conmutador semiconductor tiene un terminal fuente conectado sustancialmente a tensión cero, o a tierra. An excitation circuit according to claim 12, wherein the semiconductor switch has a source terminal substantially connected to zero voltage, or to ground.
- 14.14.
- Un circuito de excitación acorde con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, que proporciona la descarga, desde el tubo de descarga, de un pulso de radiación sustancialmente uniforme, durante intervalos menores que un ciclo de servicio dado del suministro de energía rectificado. An excitation circuit according to any one of claims 10 to 13, which provides the discharge, from the discharge tube, of a substantially uniform radiation pulse, for intervals less than a given duty cycle of the rectified power supply.
- 15.fifteen.
- Método de excitación de un tubo de descarga, comprendiendo el método: -disponer un circuito de excitación acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14; -entregar el suministro de potencia rectificada al tubo de descarga; -entregar selectivamente energía al tubo de descarga desde el circuito secundario, solamente en los Excitation method of a discharge tube, the method comprising: - arranging an excitation circuit according to any one of claims 1 to 14; - deliver the rectified power supply to the discharge tube; -selectively deliver energy to the discharge tube from the secondary circuit, only in the
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