NL8201631A

NL8201631A - Gelijkstroom-wisselstroomomzetter voor het ontsteken en met wisselstroom voeden van een gas- en/of dampontladingslamp.

Info

Publication number: NL8201631A
Application number: NL8201631A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-11-16
Also published as: JPS58192296A; DE3369241D1; EP0093469B1; EP0093469A3; ATE24989T1; CA1225693A; JPH029436B2; US4525648A; EP0093469A2

Description

+·- Jt PHN 10.337 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Gelijkstrocmrwisselstrocmcmzetter voor het ontsteken en met wisselstroom voeden van een gas- en/of dampcntladingslamp".

De uitvinding heeft betrekking op een gelijkstrocaurwissel-strocmanzetter voer het ontsteken en met wisselstroom voeden van een gas- en/of danpontladingslamp, waarbij de omzetter twee ingangsklemmen bezit die bestemd zijn on te werden aangesloten op een gelijkspannings-bren, waarbij de beide ingangsklemmen met elkaar verbonden zijn door een eerste serieschakeling die althans bevat een eerste transistor, 5 een belastingketen die - in de bedrijfskonditie - de lairp bevat, en een kondensator, waarbij de belastingketen tezamen met althans de kondensa-tor overbrugd is door een tweede transistor, en waarbij de belastingketen voorzien, is van ên een de laitp overbruggend circuitelement ên van een reaktief circuitelement in serie met de lamp, en een stuurinrichting 10 aanwezig is cm de twae transistors cm de beurt geleidend te maken, waarbij de stuurinrichting voorzien is van een tijdcircuit met variabele tijdkonstante cm de frequentie van het beurtelings geleidend maken van de beide transistors bij ingeschakelde omzetter - doch nog niet ontstoken lamp - anders te doen zijn dan in de bedrijf skonditie van de lamp, 15 en daardoor de starts troon te beperken.

Onder een transistor wordt hier verstaan een halfgeleider-schakelelement dat via een stuurelektrode ongeleidend kan worden genaakt.

Een gelijkstrocm-wisselstrocmcmzetter van de aangeduide soort is reeds beschreven in de niet vóórgepubliceerde Nederlandse 20 octrooiaanvrage 8.102.364 (PHN 10.051). Een nadeel van die reeds beschreven gelijkstrocmrwisselstrocmcmzetter is, dat die omzetter - na een praktisch kans tante aanlooptijd - op de voor een ontstoken lanop bes tonde bedrijfsfrequentie gaat werken. In het geval van een zeer traag ontstekende - of een defekte - lamp kan dit een situatie geven waarbij grote 25 elektrische stromen door de omzetter gaan vloeien. Dit zou tot een beschadiging van die omzetter kunnen leiden.

De uitvinding beoogt een gelijkstrocmrmsselstrocmcmzetter van de in de aanhef aangeduide soort aan te geven waarbij de omzetter pas in de bedrij fsfrequentie gaat werken nadat de betreffende laitp ont-30 stoken is. Daardoor is de kans op een beschadiging - door grote stromen -van de omzetter slechts klein.

Een gelijkstrcxsnr-wisselstrocmcmzetter volgens de uitvinding voor het ontsteken en met wisselstroom voeden van een gas- en/of damp- 8201631 PHN 10.337 2 r τ.

ontladingslamp, waarbij de crazetter twee ingangsklarmen bezit die bestend zijn cm te worden aangesloten op een gelijkspanningsbron, waarbij de beide ingangsklsrmen met elkaar verbonden zijn door een eerste serie-schakeling die althans bevat een eerste transistor, een belastingketen 5 die - in de bedri jfskonditie - de lamp bevat, en een kondensator, waarbij de belastingketen tezamen met althans de kondensator overbrugd is door een tweede transistor, en waarbij de belastingketen voorzien is van én een de lamp overbruggend circuitelement én van een reaktief circuitelement in serie met de lamp, en een stuurinrichting aanwezig is 10 cm de twee transistors cm de beurt geleidend te maken, waarbij de stuurinrichting voorzien is van een tijdcircuit met variabele tijdkon-stante cm de frequentie van het beurtelings geleidend maken van de beide transistors bij ingeschakelde omzetter - doch nog niet ontsteken i*mp -anders te doen zijn dan in de bedrijfskonditie van de lamp, en daardoor 15 de starts troon te beperken, is daardoor gekenmerkt, dat in de belastingketen in serie met de lamp een primaire wikkeling van een transformator is opgenonen, en dat tussen twee klemmen van een sekundaire wikkeling van de transformator het tijdcircuit is aangesloten, en de tijdkonstante van dat tijdcircuit spanningsafhankelijk is.

20 Een voordeel van die gelijksirocmr^^selstrocmcmzetter is dat de bedrijfsfrequentie pas verwezenlijkt wordt als de lamp ontstoken is. Daardoor is de kans op een beschadiging van de omzetter door grote elektrische stromen slechts gering.

Ter toelichting kan het volgende worden medegedeeld. Een 25 ontladingslamp gedraagt zich tijdens zijn ontsteking als een andere elektrische belasting dan in zijn ontstoken toestand (bedrijfstoestand). Tijdens het ontsteken is de lamp namelijk hoogohmiger dan in de ontstoken toestand. Ten behoeve van het ontsteken van de lamp dient daarover een elektrische spanning (ontsteekspanning) te worden aangelegd, die 30 in de regel groter is dan de brandspanning van de lamp die in de bedrijf stoestand voorhanden is. De ontsteekspanning zal, in het geval de lairp is uitgerust met voorverhitbare elektroden, in de regel vertraagd over de lamp dienen te werden aangelegd. Zulks cm een ontstoken op te koude elektroden te vermijden. Zulk een koud ontsteken leidt namelijk 35 meestal tot een verkleinen van de levensduur van de lamp.

De uitvinding berust onder meer op de gedachte cm net de primaire transformatorwikkeling, in serie met de lamp, in feite te meten of de lamp reeds ontstoken is. Is de lamp nog niet ontstoken dan zullen 8201631 PHN 10.337 3 relatief grote straten door het reaktieve circuitelement en het, de lamp overbruggende, circuitelement dreigen te gaan vloeien. Terstond zal dan echter de aanstijgende stroan in de primaire wikkeling van de transformator een grote spanning induceren in de sékundaire wikkeling 5 van die transformator. De uitvinding berust voorts op de gedachte net die grote spanning de tijdkonstante, van het tijdcircuit, te veranderen en daardoor de werking van het tijdcircuit te beïnvloeden. Dit geeft een wijziging van de stuurfrequentie van de beide transistors, en dit leidt tot het verwezenlijken van de startfrequentie van de omzetter.

10 Als de lamp ontstoken is zal de in de sekundaire wikkeling van de transformator geïnduceerde spanning dalen waardoor de bedrijfs-tijdkonstante, van het tijdcircuit, voorhanden is. Daardoor gaat de onzetter met de bedrijfsfrequentie werken.

Opgemerkt zij, dat de (variabele) tijdkonstante, van het tijd-15 schrift van de genoemde - reeds beschreven - gelijkstrocmwisselstrocm-cmzetter (Nederlandse octrooiaanvrage 8.102.364 = PHN 10.051) in hoofdzaak tijdsafhankelijk is.

Opgemerkt zij dat in het amerikaanse octrooischrift 4.259.614 ock reeds een van enkele transistors voorziene gelijkstroom-wisselstroan-20 omzetter voor het ontsteken en voeden van een ontladingslanp is beschreven. Ook bij die bekende omzetter verschilt de startfrequentie van de bedrijfsfrequentie. Bij die bekende omzetter vloeit de belastingstroom echter ook door een deel van het stuurcircuit van de transistors, zodat dat stuurcircuit daarvoor bemeten moet zijn. Bij een omzetter 25 volgens de onderhavige uitvinding vormt de transformator een scheiding tussen de belastingketen en het stuurcircuit van de transistors.

De ontladingslamp is bijvoorbeeld een natriumlanp of een kwiklarap. Die lamp kan vanhet hoge- of van het lage-druktype zijn.

Het reaktieve circuitelement in serie met de lamp is bijvoor-30 beeld eenspoel, en het de lamp overbruggende circuitelement bijvoorbeeld een kondensator. Als de lamp is uitgerust met voorverhitbare elektroden kan men het de lamp overbruggende circuitelement, bijvoorbeeld de zojuist genoemde kondensator, aansluiten tussen de van de voeding af gekeerde einden van de elektroden. Dat overbruggende circuitelement voert dan 35 tijdens het ontsteekproces ook de voorverhittingsstroon voor die elektroden.

Het tijdcircuit bevat bijvoorbeeld een spanningsafhankelijke weerstand (VDR).

8201631 PHN 10.337 4

Bij een voorkeursuitvoering van een gelijkstrocm-wissel-strocmanzetter volgens de uitvinding bevat het tijdcircuit een serie-schakeling van een weerstand en een kondensator, en is een zenerdiode aanwezig in een de veerstand overbruggende tak.

5 Een voordeel van deze voorkeursuitvoering is dat het stuur- circuit eenvoudig is, en betrouwbaar kan funktioneren. Dit laatste kant onder meer omdat de drempelspanning van een zenerdiode in de regel vrij konstant is.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 10 een tekening.

In de figuur is getoond een gelijkstrocm-wisselstroaranzetter volgens de uitvinding alsmede een voedingsinrichting voor die omzetter en twee met die omzetter te ontsteken en te voeden ontladingslampen.

De voedingsinrichting bevat twee ingangskleitmen 1 en 2 die bestend zijn 15 cm te worden aangesloten op een wisselspanningsbron. Op die klemmen 1 en 2 is aangesloten een gelijkrichtbrug 3 met vier dioden (4 t/m 7). Tussen de kleumen 1 en 2 enerzijds en de brug 3 anderzijds kan bijvoorbeeld nog eenfilter zijn opgenonen. Een uitgangsklem van de gelijkrichtbrug 3 is aangesloten op een eerste ingangsklem (A) ,van de omzetter.

20 Een tweede uitgangsklem van de gelijkrichtbrug 3 is aangesloten op een ingangsklem B van de omzetter.

Nu volgt een beschrijving van die omzetter. De kleumen A en B zijn met elkaar verbonden door een kondensator 10, en tevens door een serieschakeling van een eerste transistor 11, een primaire wikkeling 12 25 van een strocmtransformator en een belastingketen 13 waarvan de details straks volgens, alsmede een kondensator 14.

De belastingketen 13 bestaat uit twee praktisch gelijke prallelle takken. Elk van die takken bevat een lagedrukkwikdampcntla-dingslamp 15 respektievelijk 15', van elk van circa 50 Watt in serie 30 met een als spoel uitgevoerd reaktief circuitelement 16 respektievelijk 16'. Elk van de lampen bezit twee voorverhitbare elektroden. De van de voeding afgekeerde einden van de tot een lamp behorende elektroden zijn met elkaar verbonden door een kondensator 17 respektievelijk 17'. Elk van deze kondensatoren 17, 17' vormt dan ook een de betreffende laitp 35 overbruggend circuitelement.

De serieschakeling van de primaire wikkeling 12 van de transformator, de belastingketen 13, en de kondensator 14 is overbrugd door een tweede transistor 20. Elk van de beide transistoren 11 en 20 is van 8201631 EHN 10.337 5 · het NPN-type. In het circuit is de kollektor van de transistor· 11 verbonden met de positieve ingangsklem A van de omzetter. De emitter van die transistor 11 is verbanden met de kollektor van de transistor 20.

De emitter van die transistor 20 is verbonden met de negatieve ingangs-5 klem B van de omzetter.

De strocmtransformator, met primaire wikkeling 12, heeft twee sekundaire wikkelingen 30 respectievelijk 31. De sékundaire wikkeling 30 is aangesloten op een ingangsketen van een stuurinrichting van de transistor 11. De sékundaire wikkeling 31 is aangesloten op een ingangs-10 keten van een stuurinrichting van de transistor 20. Die stuurinrichtingen zijn praktisch gelijk. De uiteinden van de sekundaire wikkeling 30 zijn daarbij met elkaar verbonden door een tijdcircuit bevattende een serie-schakeling van een weerstand 32 en een kondensator 33. Het tijdcircuit bevat voorts een de weerstand 32 overbruggende serieschakeling van een 15 diode 34 en een zenerdiode 35. Een overeenkomstig tijdcircuit 32’ tot en met 35* verbindt de einden van de sékundaire wikkeling 31 met elkaar. Verdere overeenkomstige circuitelementen in de stuurinrichting van de transistor 20 zijn ook van een accentteken voorzien. Een verbindingspunt tussen de diode 34 en de zenerdiode 35 is via een serie— 20 schakeling van twee weerstanden 36, 37 aangesloten op de basis van de transistor 11. De weerstand 37 is overbrugd door een kondensator 38.

Een hulptransistor 40, eveneens van het NEN-type, is geschakeld tussen een verbindingspunt gelegen tussen de weerstanden 36 en 37 enerzijds en de emitter vanöde transistor 11 anderzijds. Een verbindingspunt tussen 25 de weerstand 32 en de kondensator 33 is via een weerstand 41 aangesloten op de basis van de hulptransistor 40.

Antiparallel aan de transistor 11 is aanwezig een diode 50. Antiparallel aan de transistor 20 is aanwezig een diode 50'. De transistor 11 is voorts overbrugd door zowel een weerstand 51 als een kondensator 30 52*

Tenslotte is aanwezig een circuit voor het starten van de omzetter. Dit circuit bevat ondermeer een de kondensator 10 overbruggende serieschakeling van een weerstand 60 en een kondensator 61. Een verbindingspunt tussen de weerstand 60 en de kondensator 61 is aangeslo-35 ten op een dubbelzijdig doorslagelement (Diac) 62. De andere zijde van dit doorslagelement 62 is via een weerstand 63 aangesloten op een verbindingspunt tussen de weerstand 36' en de diode 34':,. van de stuurinrichting van de transistor 20. Het verbindingspunt tussen de weerstand 60 8201631 « PHN 10.337 6 en de kondensator 61 is tevens aangesloten· op een diode 64. De andere zijde van die diode 64 is via een weerstand 65 aangesloten op de kollek-tor van de transistor 20.

Het beschreven circuit werkt als volgt. De klemmen 1 en 2 worden g aangesloten op een wisselspanning bijvoorbeeld vancirca 220 Volt, 50 Hz. Daardoor kcmt via de gelij krichtburg 3 tussen de kleumen A en B van de omzetter een gelijkspanning te staan. Daardoor zal eerst stroom vloeien van A via de weerstand 51, de primaire wikkeling 12 van de strocmtrans-formator, de belastingketen 13 en de kondensator 14 naar de kien B, waar-10 door de kondensatoren 17, 17' en 14 worden opgeladen. Tevens zal via de weerstand 60 de kondensator 61 gaan opladen. Wanneer dan de drempelspan-ning van het doorslagelement 62 is bereikt zal de kondensator 61 ontladen, en wel via onder meer de weerstanden 63, 36’, 37' en de basis-emitterovergang van de transistor 20. Deze ontlading zorgt ervoor dat 15 de transistor 20 voor de :.eerste maal geleidend wordt. Daardoor zal onder andere de kondensator 14 ontladen in de keten 14, 13, 12, 20, 14. Daar deze ontlaadstroan ook vloeit door de primaire wikkeling 12 van de stroomtransformator worden in de beide sekundaire wikkelingen 30 en 31 spanningen geïnduceerd. De geïnduceerde spanning heeft in de wikkeling 20 31 een richting die de transistor 20 geleidend houdt. Het tijdcircuit 32' tot en met 351 zal na een bepaalde tijd de hulptransistor 401 geleidend maken. Daardoor zal, mede met behulp van de kondensator 38*, de transistor 20 ongeleidend worden. De strocm van de belastingketen 13 vloeit vervolgens door de kcmbinatie van de diode 50 en de kondensator 25 52, en door de kondensator 10 terug naar de kondensator 14. De momentele waarde van deze strocm neemt af, en nabij zijn nuldoorgang wordt de transistor 11 geleidend gemaakt, en wel via de wikkeling 30, de diode 34 en de weerstanden 36 en 37. Op overeenkomstige wijze als cmschreven bij de schakelprocedure van de transistor 20 wordt dan na enige tijd de 30 transistor 11 weer ongeleidend gemaakt. De omzetter is nu gestart. De transistoren 11 en 20 worden nu cm de beurt geleidend gemaakt. De keten 64, 65 zorgt er dan voor dat de startketen 62, 63 onwerkzaam wordt.

De lampen 15 en 15' zijn dan nog niet ontstoken. De belastingketen 13 bestaat in dit geval uit een parallelschakeling van twee prak-35 tische gelijke takken elk bestaande uit een serieschakeling van een spoel 16 en een kondensator 17 (respektievelijk 16' en 17'). Een demping van dit circuit door de lampen is hierbij nog niet aanwezig. Zonder de aanwezigheid van de zenerdioden 35 en 35', in de tijdcircuits, zou de 8201631 * ΡΗΝ 10.337 7 frequentie van de strem door de belastingketen 13 zich praktisch op de resonantiefrequentie van die keten instellen waardoor over de lampen 15 en 15’ zodanig grote spanningen zouden ontstaan dat deze pp koude elektroden zouden ontsteken. Ook als die lampen defekt zouden zijn zou 5 een elektrisch ontoelaatbare situatie in de belastingketen 13 kunnen ontstaan door zeer hoge stremen.

Bij het aanzwellen van de stroon in de primaire wikkeling 12 van de transformator vrordt nu echter reeds een vrij hoge spanning geïnduceerd in de sekundaire wikkelingen 30 en 31 welke ervoor zorg 10 dragen dat de zenerspanning van de zenerdiode 35 (respektievelijk 35') wordt bereikt. Daarmede wordt in feite de (spanningsafhankelijke) tijd-konstante van het tijdcircuit 32 tot en met 35 (32* tot en met 35’) beïnvloedt, en wel door de overbrugging van de weerstand 32 respektievelijk 32' door de dan geleidende zenerdiode 35 respektievelijk 35' bevattende ^ keten. Het resultaat is dat de spanning op de kondensator 33 snel Ier de waarde bereikt waarop de hulptransistor 40 geleidend wordt, waardoor de kambinatie van de kondensator 38 en de hulptransistor 40 de betreffende hoofdtransistor 11 sneller in de ongeleidende toestand brengt. Dit leidt ertoe dat de frequentie van de omzetter op een hogere waarde komt. Die 20 hogere frequentie resulteert in een grotere spanning over de spoel 16 respektievelijk 16' en daardoor in een kleinere spanning over de lamp 15 respektievelijk 15'. De lampen krijgen daardoor de gelegenheid cm via de kondensator 17 respektievelijk 17' hun elektroden voor te verhitten. Er bestaat dus niet het risico dat de lampen ontsteken op te koude 25 elektroden. Pas als de elektroden voldoende zijn voorverhit is de over de lampen aanwezige spanning voldoende cm die lampen te ontsteken. Dan zal de stroom door de belastingketen, en daarmede door de primaire wikkeling 12 van de stroomtransformator geen hoge waarden meer dreigen aan te nemen, en wel cmdat nu de demping van de lampen aanwezig is. Dit leidt 30 ertoe dat dan de in de wikkelingen 30 en 31 geïnduceerde spanningen relatief klein zullen zijn zodat de zenerspanning van de zenerdioden 35 en 35' niet meer bereikt wordt. Dit betekent dat het opladen van de kondensator 33 langer duurt, waardoor ook pas op een later tijdstip de transistor 40 geleidend wordt gemaakt. Daardoor zal - door de kombi-35 natie van de kondensator 38 en de hulptransistor 40 - ook de hoofdtransistor 11 pas in een later stadium ongeleidend worden gemaakt. Hetzelfde geldt voor de stuurinrichting van de transistor 20. Dit betékent dat de frequentie waarmede de omzetter dan gaat werken kleiner is dan die 8201631 ♦ PHN 10.337 8 tijdens de 'ontsteekprocedure van de lampen.

In een konkreet uitvoeringsvoorbeeld hebben de circuitelementen de waarden die in de onderstaande tabel zijn aangegeven.

5 Kcndensator 10 circa 47^1 Parad " I4 circa 0,5^ Farad " 17 en 17' elk circa 12 nanoFarad " 33 en 33' elk circa 22 nanoFarad " 38 en 38r elk circa 10^uFarad 10 " 52 circa 3,3 nanoFarad " 61 circa 100 nanoFarad

Spoel 16 en 16' elk circa 2 mHenry

Overzetverhouding van de stroan- transformator (12;30,31) circa 1 op 5, op 5 15 Weerstand 32 en 32' elk circa 1,5 kOhm " 36 en 36' elk circa 22 Ohm " 37 en 37' elk circa 100 Ohm " 41 en 41' elk circa 100 Ohm " 51 circa 1 MOhm 20 " 60 circa 680 kOhm " 63 circa 100 Ohm I " 65 circa 10 kOhm

I I

i----- - .... —— —-»— >

De brandspanning van de lamp 15, en van de lanp 15* is circa on ^ ^ 145 Volt. Tijdens het ontsteken staat over elk van die lanpen ongeveer 300 Volt.

De startfrequentie van deze inrichting is circa 40 kHz. De bedrijf sfrequentie, dat wil zeggen de frequentie in het geval van ontstoken lanpen 15 respektievelijk 15', is circa 25 kHz.

3fl

Indien gewenst kunnen de tijdcircuitgedeelten 32 en 33, 32' en 33' variabel gemaakt worden, bijvoorbeeld door de weerstanden 32 en 32' te vervangen door variabele circuitelenenten. Daarmede kan een dinmogelijkheid van de lanpen 15 en 15' worden verwezenlijkt.

Een voordeel van de beschreven inrichting is dat ên de lanpen qc op goed voorverhitte elektroden ontsteken, hetgeen de levensduur van die lanpen ten goede kant, alsook dat de kans op grote elektrische stromen in de anzetter slechts gering is.

8201631

Claims

2. Gelijkstrocm-wisselstrocmanzetter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tijdcircuit een serieschakeling van een weerstand en een kondensator bevat, en dat een zenerdiode aanwezig is in een 25 de weerstand overbruggende tak. 30 8201631 35