NL8701358A - Schakelinrichting. - Google Patents

Description

4 ** PHN 12.150 1 N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

*Schakelinrichting"

Schakelinrichting voor het ontsteken en bedrijven van ten minste een hogedrukontladingslamp welke inrichting is voorzien van ten minste twee lampaansluitpunten die onderling verbonden zijn door een condensatorbevattende tak en waarin een schakelelement en waarbij 5 de condensator tevens verbonden is met een oplaadspanningsbron.

Een schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit het Europese octrooi 0 111 956 (PHD 82.134).

Daarbij is tussen condensator en aangesloten lamp een transistor als schakel clement opgenomen. Ei j de büu-i»ut schakelinrichting wordt de 10 schakeltransistor zodanig geschakeld dat stroomlevering vanuit de condensator plaatsvindt telkens als de gelijkgerichte voedingswisselspanning de waarde nul nadert. Dit bevordert de instandhouding van restionisatie van de gasvormige vulling van de lamp en daarmee herontsteken van de ontlading bij het stijgen van de 15 voedingsspanning.

Een dergelijke herontsteekbevordering is bevorderlijk voor een snel oplopen van de hogedrukontladingslamp. Hierbij wordt onder oplopen verstaan het gedrag v?·?, laroj ;uasen eerste dóórslag bij ontsteken en de situatie van een stabiele ontlading. Door het gebruik van een 20 schakelelement in de elsctrische verbinding tussen condenstor en lamp wordt bereikt dat stroomlevering uit de condensator in tijd beperkbaar is hetgeen gunstig is ten aanzien van dissipatie in de schakelinrichting.

Bij ontsteken en heetherontsteken van een hogedrukontladingslamp zijn de navolgende stadia te onderkennen: 25 a) niet onstoken lamp; spanning over de lamp is gelijk aan de voedingsspanning; b) doorslag in de lamp tengevolge van ontsteekpuls; de spanning over de lamp neemt abrupt af tot enkele 10-tallen volts; c) het oplopen van de lamp; de spanning over de lamp stijgt na de 30 abrupte daling tot een waarde behorende bij een stabiele ontlading in de lamp. De stroomlevering wordt daarbij door de voedingsbron overgenomen.

8701358 »* % PHN 12.150 2

In stadium c) doet zich voor verschillende typen lampen het verschijnsel voor dat de spanning over de lamp snel stijgt tot ver boven de waarde behorende bij een stabiele ontlading en vervolgens geleidelijk daalt tot de waarde van de stabiele ontlading. Met name treedt dit op bij heet-5 herontsteken van laagvermogen hogedruknatrium- en hogedrukmetaal-halogenidelampen.

Voor een lamp met nominale spanning van 100 V bij een stabiele ontlading, kan de spanning over de lamp direct na doorslag oplopen tot 500 V. Door de sterke stijging van de spanning over de lamp zal de 10 ontlading doven tenzij maatregelen getroffen zijn voor zodanige stroomlevering aan de lamp dat de ontlading in stand blijft.

In het algemeen worden ontladingslampen bedreven in samenhang met een stabilisatieballast met inductieve karakteristiek. Stroomlevering direct aansluitend aan doorslag door de lamp door de 1r. voedingsbron ouch ’ die omnlandigh.il relatief langzaam opgang komen. Het overnemen van stroomlevering door de voedingsbron vormt dan ook een kritiek punt in ontsteken en oplopen van een hogedrukontladingslamp.

Bij gebruik van hogedrukontladingslampen voor 20 bijvoorbeeld binnenverlichting of voor autoverlichting is naast snel oplopen ook heetherontsteken een vereiste. Heetherontsteken van een lamp is het ontsteken van de lamp korte tijd nadat deze door onderbreking van de voedingsspanning is gedoofd en waarbij geen noeraenswaardige r^stionisatie in de gasvorm!ge vulling van de lamp 25 aanwezig is. Doordat de gasvormige vulling van de ontladingslamp wel nog een relatief hoge temperatuur heeft en dus eveneens een relatief hoge druk, is de ontsteekspanning dienovereenkomstig hoog. Het gebruik van ontsteekpulsen van enkele tot enkele tientallen kV's blijken hierdoor in de praktijk onvermijdelijk te zijn.

30 Een ander aspect van het gebruik van hogedruklampen voor genoemde toepassingen is de wens dat de lamp bij ontsteken direct licht geeft. Een maatregel om dit te realiseren is het aan de vulling van de lamp toevoegen van xenon met een druk bij kamertemperatuur van ten minste 6.7 kPa. Ook dit heeft een verhoging van de ontsteekspanning tot 35 gevolg. Tevens leidt dit er toe dat het niveau tot waarop de spanning over de lamp stijgt direct na doorslag sterk toeneemt.

Stroomlevering direct na de eerste doorslag blijkt voor 8701358 4 PHN 12.150 3 ontsteken van een dergelijke lamp met een zeer hoge ontsteek-respektievelijk herontsteekspanning van essentieel belang te zijn.

Om dit te realiseren zal vertraging tussen doorslag van de lamp en schakelen van een schakelelement in serie met de condensator minimaal 5 moeten zijn. Halfgeleiderelementen als schakelelement schakelen echter in het algemeen relatief langzaam of indien ze wel snelschakelend van aard zijn, zijn ze zeer kostbaar. Een bijkomend bezwaar van het gebruik van een schakeltransistor is de noodzaak van een stuurcircuit, dat op zichzelf ook een vertragende invloed heeft.

10 De uitvinding beoogt een middel te geven waarmede het op eenvoudige wijze mogelijk is zeer snel na doorslag in de lamp stroom uit de condensator te leveren met behoud van het gebruik van een schakelelement. Daartoe is bij een schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding het schakelelement een met

4 r ...,-7,1 7 . . . .* 7 . . - n - ,v. . K

: y'i*' u ίί±·.ι J: . .

De schakelinrichting heeft als voordeel dat een stuurcircuit overbodig is en tevens dat zeer snelle stroomlevering kan plaatsvinden. Fen verder voordeel is dat zulke doorslagelementen goed bestand zijn tegen hoge spanningen.

20 Hogedrukontiadimet een laag nominaal vermogen worden in het algemeen met een ten opzichte van de gebruikelijke voedingsnetten verhoogde frequentie bedreven. Ook voeding met niet sinusvormige spanning wordt voor dergelijke lampen veelvuldig to·:-pgepac 1 . 0r:d·7 zoüke omstandigheden zijn maatregelen ter bevordering 25 van herontsteken in het algemeen niet nodig. Derhalve kan de doorslagspanning van het doorslag?]ement zodanig hoog gekozen worden dat slechts doorslag plaatsvindt bij optreden van een ontsteekpuls. Een voordeel hiervan is dat voor de keuze van de grootte van de condensator slechts het ontsteek- en oploopgedrag van de lamp van belang is.

30 Om te bereiken dat in geleidende toestand van het doorslagelement het ontladen van de condensator zich uitstrekt over een voldoend lange tijd kan het voordelig zijn in serie met de condensator een impedantie, bijvoorbeeld een weerstand en/of een jnductiespoel op te nemen. Bij voorkeur is deze impedantie zodanig 35 geplaatst dat slechts de ontlaadstroom van de condensator door de impedantie vloeit, daarentegen niet de uit de oplaadspanningsbron onttrokken oplaadstroom.

87018

F

ΡΗΝ 12.150 4

De oplaadspanningsbron kan door de voedingsbron gevormd zijn. Daarbij kan ter verhoging van de spanning over de condensator tussen condensator en voedingsbron een spanningsverhogend netwerk, bijvoorbeeld een uit diodes en condensatoren opgebouwde 5 cascadeschakeling opgenomen zijn. Een andere mogelijkheid is dat de voedingsbron een spanningsverhogende omzetter is. Ook het gebruik van een separate oplaadspanningsbron is denkbaar. Combinaties van de geschetste mogeljkheden zijn evenzeer toepasbaar.

Aan de hand van een tekening zal een 10 uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding nader worden toegelicht.

Daarbij geeft fig. 1 schema van de schakelinrichting volgens het uitvoeringsvoorbeeld; fig. 2 een grafische voorstelling van de spanning over de 15 lamp en stroom door de lamp tijdens ontsteken als functie van de tijd, en fig. 3 schema van een variant van schakelinrichting volgens de uitvinding.

In fig. 1 z.ijn A en R aansluitminten voor het aansluiten van een gelijkspanningsbron en C en D lampaansluitpunten waartussen 20 lamp 2 is aangesloten. Lampaansluitpunt C is verbonden met aansluitpunt B via een condensator 8. Lampaansluitpunt D is verbonden met aansluitpunt A via een parallelschakeling van een schakelaar S1 en een diode 9. Aansluitpunt B is enerzijds via een diode 10 verbonden met diode 9 en anderzijds via een schakelaar 52 mot schakelaar S1. Tussen . 25 lampaansluitklem D en een verbindingspunt 12 tussen diode 9 en diode 10 is een serieschakeling van een starter 3 en een 'stabilisatiespoel 1 opgenomen. Parallel aan de lamp 2 en de starter 3 is een condensator bevattende tak, gevormd door een condensator 4, een doorslagelement 5 en een impedantie 7 geschakeld. Een verbindingspunt tussen condensator 4 en 30 doorslagelement 5 is via een weerstand 6 verbonden met aansluitklem A. Sturing van de schakelaars S1 en S2 vindt plaats via een stuurcircuit 11. De getoonde schakelinrichting betreft een commutating-forward-converter.

In een practische uitvoering is de aangesloten lamp een 35 hogedrukmetaalhalgenide ontladingslamp met 5 bar xenon-toevoeging bij 300 K en met een nominaal vermogen van 35 W bij een lampspanning van 90 V. Het door de lamp uitgezonden licht heeft een kleurtemperatuur van 8701358 s PHN 12.150 5 circa 2500 K en een kleurweergave-index Ra van meer dan 80. De schakelinrichting is daarbij aangesloten op een gelijkspanningsvoeding van 300 V. De schakelaars S1 en S2 zijn uitgevoerd als MOS-FET's en worden tijdens bedrijf afwisselend geschakeld met een frequentie van 5 25 kHz. Door het afwisselen van het schakelen van elk der schakelaars S1 en S2 vindt commutatie van de lampstroom plaats. De commutatie geschiedt in het practische voorbeeld met een frequentie van 100 Hz. Condensator 8 heeft een waarde van 47 pF, de stabilisatiespoel 1 een waarde van 17 mH. De condensator 4 heeft een waarde van 10 nF en weerstand 6 10 bedraagt 40 kOhm. Het doorslagelement is een met gas gevuld doorslagpatroon met een doorslagspanning van 350 V. De impedantie 7 is als weerstand van 10 Ohm uitgevoerd.

De starter 3, die van een op zichzelf bekende vorm is, is zodanig gedimensioneerd dat ontsteekpulsen van 15 kV opgewekt worden. De 15 opgewekte onlsteekpüjl &«·!» komen over de lamp 2 en de serieketen bestaande uit impedantie 7, doorslagelement 5 en condensator 4 te staan. Het doorslagelement 5 zal bij het verschijnen van een ontsteekpuls doorslaan en in geleidend*1 overgaan.

Tijdens het oplopen van de lamp wordt alleen schakelaar 20 SI. geschakeld met hoge frequentie en vindt geen commutatie plaats..Ter bevordering van het ontsteken kan condensator 8 gedurende het ontsteken kortgesloten worden door een niet in de tekening aangegeven schakelaar.

In een andere praktische uitvoering is de aangesloten lamp een 35 W hogedr.uk raetaalhalogenide ontladingslarap met toevoeging 25 van Xe met bij 300 K een druk van 10 bar. Weerstand 6 is in dit geval niet aangesloten op aansluitklem A maar op een afzonderlijke oplaadspanningsbr.on van 1000 V. Weerstand 6 is in waarde vergroot tot 150 kOhm. Condensator 4 heeft in dit geval een grootte van 150 nF.

Impedantie 7 is hierbij uitgevoerd als een serieschakeliiig van een 30 weerstand van 150 Ohm met een spoel van 1 mH. Doorslagelement 5 heeft een doorslagspanning van 1200 V.

In fig. 2 zijn voor de praktische lamp met nominaal vermogen van 35 W met 5 bar Xenon-toevoeging het verloop van spanning en stroom aangegeven. Daarbij is langs de verticale as de spanning over 35 de lamp in V respektievelijk de stroom door de lamp in mA aangegeven en langs de horizontale as de tijd in ps. Curve I is de spanning over de lamp, curve II de stroom door de lamp, curve III het deel van de stroom 8701358

P

< PHN 12.150 6 geleverd door de converter en curve IV het deel van de stroom geleverd door condensator 4. De spanningspuls bij P is de ontsteekpuls die in dit geval 15 kV bedraagt. Doorslag in de lamp vindt plaats bij Q waarna de spanning abrupt daalt tot enkele 10-tallen volts bij R om 5 vervolgens snel te stijgen en na enige tijd langzaam te dalen. De nominale spanning werd in het praktische geval na circa 1 seconde bereikt. Door een kleinere waarde voor stabilisatiespoel 1 te gebruiken kan het door de converter geleverde deel van de stroom volgens curve Illb sneller stijgen. Daarmee kan bereikt worden dat de stroomlevering 10 sneller wordt overgenomen. Nadeel is echter dat bijgevolg ook de rimpel op de stroom door de lamp toeneemt waardoor kans bestaat dat onstabiliteiten tengevolge van akoestische resonantie optreden.

In fig. 3 is een variant van een schakelinrichting volgens de uitvinding weergegeven. De met fig. 1 overeenkomende 15 elementen zijn overeenkomstig genummerd. Het betreft in dit geval een fly-back-converter geschikt voor het bedrijven van een 35 W hogedruk metaalhalogenide ontladingslamp met xenon onder een druk bij 300 K van 6 bar. De converter, opgebouwd uit een transformator 102 een schakelaar S100, een stuurcircuit 101, een diode 103 en een condensator 104, is 20 geschikt om te worden gevoed met een 12 Volts accu die aan de aansluitpunten A en B dient te worden aangesloten. Tussen de converter en lampaansluitpunt D is de zelfinductie 1 in serie met starter 3 aangesloten. Tusssen zelfinductie 1 en starter 3 is een diode 110 opgenomen. De converter wekt over condensator 104 een maximale spanning 25 van circa 185 V op. Tevens is de schakelinrichting voorzien van aansluitpennen E en F voor aansluiten van een oplaadspanningsbron van 1500 V voor opladen van condensator 4. Het doorslagelement 5 heeft een doorslagspanning van 1600 V.

Een bijkomend voordeel van een doorslagelement in de 30 beschreven schakelingen is dat daarmee tevens wordt bereikt dat alle door de zelfinductie 1 vloeiende stroom aan de lamp 2 ten goede komt en niet onder omstandigheden dienst doet voor opladen van condensator 4.

In de beschreven uitvoeringsvoorbeelden is de starter zodanig geconstrueerd dat de ontsteekpulsen in serie met de lamp worden 35 opgewekt door middel van een transformator. De uitvinding is echter niet beperkt tot het gebruik van een dergelijke starter. Ook starters waarbij de ontsteekpulsen parallel aan de lamp worden opgewekt en/of met 8701358 PHN 12.150 7 $ behulp van een antenne aan het ontladingsvat van de lamp worden aangebracht zijn inschakelinrichtingen volgens de uitvinding toepasbaar.

8701358

Claims (1)

1. ΡΗΝ 12.150 8 ί Schakelinrichting voor het ontsteken en bedrijven van ten minste een hogedrukontladingslamp welke inrichting is voorzien van ten minste twee lampaansluitpunten die onderling verbonden zijn door een condensatorbevattende tak en waarin een schakelelement en waarbij 5 de condensator tevens verbonden is met een oplaadspanningsbron, met het kenmerk, dat het schakelelement tak een met gas gevuld doorslagelement is. 8701358