NL8900703A

NL8900703A - Hoogfrequent voorschakelapparaat.

Info

Publication number: NL8900703A
Application number: NL8900703A
Authority: NL
Original assignee: Nedap Nv
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-10-16
Also published as: DE4009267A1; NL9000680A

Description

NEDAP N.V.

Groenlo

Hoogfrequent voorschakelapparaat

De uitvinding betreft een hoogfrequent voorschakelapparaat voor midden- en hogedruk metaaldamp gasontladingslampen. Hoogfrequent voor-schakelapparaten kunnen zeer compact zijn en zijn goed regelbaar. Hoogfrequent voorschakelapparaten voor genoemd type lampen zijn onder andere bekend uit publicaties DE 3445817, DE 3623306, US 4170747 en EUR 0240049.

De in publicatie DE 3445817 en EUR 0240049 beschreven voorschakelapparaten bevatten een regelbare gelijkspanning-gelijkspannings-omzetter, gevolgd door een wisselrichter. Met deze oplossing worden akoestische resonanties in de gasontladingsboog voorkomen, maar het voorschakelapparaat wordt relatief duur en omvangrijk, omdat twee in serie geschakelde vermogensomzetters moeten worden gebruikt. De in publicatie DE 3623306 en US 4170747 beschreven voorschakelapparaten bestaan weliswaar uit één enkele bruginverter, maar er worden gescheiden stuurcircuits toegepast om één zijde van de brug met een hoge frequentie aan te sturen en de andere zijde met een lage frequentie. Dit brengt in vergelijking tot een bruginverter waarbij één aanstuurfrequentie wordt toegepast, extra kosten met zich mee. Voorts wordt in alle genoemde publicaties een separate schakeling gebruikt om de lampen te ontsteken, hetgeen de schakeling duurder en omvangrijker maakt.

Het is bekend, onder andere uit publicatie DE 3511661, om gasontla-dingslampen te ontsteken door gebruik te maken van de opslingering van de spanning in een serie-resonante kring. De bekende schakelingen zijn echter niet zonder meer te gebruiken voor grote vermogens. In geen van de bovengenoemde voorschakelapparaten zijn speciale maatregelen genomen om lampvermogen, lichtintensiteit of lamp temperatuur te stabiliseren, zoals in vele industriële toepassingen van midden- en hogedruk gasontladingslampen met middelgrote vermogens, in de grootte-orde van 500 W tot 3000 ff wenselijk is.

Voorts wordt in geen van de genoemde publicaties aandacht besteed aan het probleem van de power-factor. Dit probleem ontstaat als de gelijkspanning van de bruginverter wordt verkregen door een netwisselspanning gelijk te richten en af te vlakken.

Hierbij ontstaan hogere harmonische stromen in het voedende net, die tot extra verliezen kunnen leiden in het wisselspannings-distributienet, en die smeltveiligheden eerder kunnen doen aanspreken en tot vervorming kunnen leiden van de spanningsvorm in het voedende wisselspanningsnet.

Er zijn schakelingen bekend die dit probleem opvangen. Hierbij wordt echter gebruik gemaakt van een extra zelfinductie en half-geleiderschakelelement met bijbehorende stuurschakelingen, het geen tot extra kosten leidt en het apparaat omvangrijker maakt.

Een dergelijke methode is bijvoorbeeld beschreven in artikel ’Simplified Control Algorithm for Active Power Factor Correction door Neil J. Earabas, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 1-9. Eenvoudiger methoden voor power factor correctie met name ook in hoogfrequent voorschakelapparaten zijn tevens beschreven in Ά power Factor Corrected, MOSFET Multiple Output,

Flyback Switching supply1 door J.J. Spangler, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 19-32. Ook deze methode vereist echter extra vermogenscomponenten en brengt daardoor extra kosten met zich mee.

Het is bekend uit publicaties NL 8600812 en DE 3505182 het lamp-vermogen van een hogedruk gasontladingslamp stabiel te houden en te kunnen regelen. Hierbij wordt echter 'gebruik gemaakt van een lage lampfrequentie.

Het is algemeen bekend zogenaamde volle brugschakelingen toe te passen voor het omzetten van een gelijkspanning in een wisselspanning met hoge frequentie. Hierbij worden vaak stuurtransformatoren toegepast voor de aansturing van de schakelelementen van de brug-schakeling, zonodig gevolgd door een bufferschakeling om de stuur-aansluiting van het schakelelement, laag ohmig aan te kunnen sturen. Deze bufferschakelingen hebben dan echter weer voedingsspanning nodig, waarvoor gescheiden wikkelingen van een aparte transformator gebruikt worden, hetgeen vrij veel extra kosten met zich mee brengt en extra ruimte kost.

Het doel van de uitvinding is de constructie mogelijk te maken van een hoogfrequent voorschakelapparaat, waarbij één enkele bruginverter wordt toegepast en waarvan de frequentie over een groot bereik kan worden gevarieerd om het lampvermogen te kunnen regelen, dat tevens dient om de lampen zonder speciale additionele startcircuits te kunnen ontsteken, en waarbij tevens genoemde akoestische resonanties worden voorkomen.

Een ander doel is op eenvoudige wijze een instelling en stabili satie van het lampvennogen of de lichtintensiteit mogelijk te maken.

Nog een ander doel is geregelde geforceerde koeling van de lamp mogelijk te maken, waardoor nog kompaktere lampen met een grote

vermogensdichtheid kunnen worden geconstrueerd, terwijl dan tevens I

een optimale lamptemperatuur over een groot vermogensbereik kan worden gehandhaafd.

Nog een ander doel is een stuurschakeling voor de vermogensschakel-elementen van de bruginverter toe te passen, waarbij geen aparte voedingstransformator nodig is voor de achter de stuurtransformator geschakelde buffertrappen, en die dus weinig extra kosten met zich mee brengt en goed geminiaturiseerd kan worden.

Nog een ander doel is bij voeding uit een wisselspanningsnet een goede power factor te verkrijgen in de grootte-orde van 0,8 a 0,9 zonder gebruik van extra componenten.

Deze doelen worden op de hierna volgende wijze bereikt.

In de eerste plaats wordt gebruik gemaakt van een bruginverter bestaande uit vermogens MOSFETS of andere vermogensschakelelementen waarbij aan de uitgangszijde de lamp in serie geschakeld is met één of meer stroombegrenzende zelfinductles, terwijl parallel aan de lamp één of meer condensatoren zijn aangebracht, waarbij voor het ontsteken van de lamp de aanstuurfrequentie van de brug boven de resonantiefrequentie van de seriekring, gevormd door genoemde stroombegrenzende zelfinducties en condensatoren, wordt gekozen, en deze frequentie vervolgens geleidelijk wordt verlaagd, waarbij bij een aanstuurfrequentie, die dicht boven de resonantiefrequentie ligt, een sterke opslingering van de spanning over de lamp op treedt, waardoor deze kan ontsteken, terwijl in normaal bedrijf frequentiemodulatie van de uitgangsspanning kan worden toegepast, zodat de akoestische trillingskringen in de lamp niet sterk kunnen worden aangestoten.

In het bijzonder kan de frequentiemodulatie gesynchroniseerd worden met de dubbele netfrequentie. Een hoge frequentie geeft een gering vermogen aan de lamp door toename van de impedantie van de stroombegrenzende spoelen. Door nu de frequentie modulatie zo te kiezen, dat het meeste vermogen aan de lampen wordt afgegeven rond de positieve en negatieve toppen van de netspanning kan de afvlak-condensator, die na de netgelijkrichter volgt, klein gehouden worden en dient in wezen alleen nog om rond de nuldoorgangen van de netspanning een restgelijkspanning te leveren om via de inverter de lampen in geleidende toestand te houden, echter met een laag momentaan vermogen. De genoemde frequentiemodulatie kan worden verzorgd door een in de besturing van de omvormer opgenomen microprocessor en kost derhalve geen extra componenten.

Verder wordt door meting van lampspanning, ingangsstroom en ingangs-spanning van de inverter en eventueel de lichtintensiteit van de lampen, de bedrijfstoestand van de lampen gecontroleerd. Door in het programma van de microprocessor opgeslagen gegevens kunnen dan instellingen van de aanstuurfrequentie voor de brugomvormer en ventilatorsnelheid worden ingesteld, zodat de lampen het gewenste vermogen of de gewenste lichtintensiteit leveren en tevens de gewenste lamptemperatuur wordt gehandhaafd.

Verder wordt de bufferschakeling voor de vermogensschakelelemen- ten van de bruginverter die een groot frequentiebereik voor de aansturing van de bruginverter toelaat, gevoed door een condensator, die tussen de bufferschakeling van het vermogensschakel-element die de uitgangswisselspanning volgt en één van de ingangs-voedingspolen o£ de hiermee verbonden bufferschakeling is verbonden. De werking van de brugomvormer volgens de uitvinding zal hierna aan de hand van de figuren, en enkele uitvoeringsvoorbeelden nader worden beschreven.

In de figuren is achtereenvolgens het volgende weergegeven. Fig. 1 geeft het blokschema van een mogelijke uitvoeringsvorm van het voor-schakelapparaat, fig. 2 en fig. 3 alternatieve uitvoeringsvormen van het voorschakelapparaat, in fig. 4 is de voedingsschakeling voor de buffertrappen die de vermogensschakelelementen aansturen weergegeven. Fig. 5 geeft een mogelijke uitvoeringsvorm van de buffertrappen weer, in fig- 6 is een mogelijk blokschema voor de besturing en regeling van het voorschakelapparaat weergegeven en in fig. 7 worden enkele belangrijke golfvormen van stromen en spanningen in het voorschakelapparaat getoond. Tenslotte zijn in fig. 8 enkele belangrijke parameters als functie van de tijd, tijdens de ontsteek-en opwarmfase van de lamp weergegeven.

In de schakeling volgens fig. 1 wordt de ingangsgelljkspanning, die tussen klemmen 1 en 2 wordt aangeboden, en bijvoorbeeld verkregen kan worden door 220 V ingangsspanning gelijk te richten en af te vlakken, door schakelelementen 2 en 5, en 3 en 4 beurtelings in geleiding te brengen, omgezet in een hoogfrequent blokspanning, die op de seriekring, gevormd door zelfinducties 6 en 7, en condensator 8 wordt aangeboden.

Voor het ontsteken van de lamp ligt de aanstuurfrequentie van de bruginverter boven de resonantiefrequentie van de seriekring, gevormd door zelfinducties 6 en 7, en condensator 8. De seriekring is nu inductief en de golfvormen van spanning en stroom zijn als weergegeven in fig. 7. Een negatieve waarde van de stroom betekent dat de vrijloopdiodes 12, 13, 14 of 15 in geleiding zijn.

Het is van belang bij hoogfrequent bedrijf van de brug, dat eerst de diodes in geleiding komen, en daarna de stuurbare vermogensscha-kelelementen, omdat de diodes dan vrij kunnen herstellen, en niet door het tegenoverliggende schakelelement bruut gerecovered worden, hetgeen tot zeer grote piekstromen en zelfs defect raken van de omvormer kan leiden. De aanstuurfrequentie wordt nu geleidelijk verlaagd en als deze de resonantiefrequentie van bovengenoemde seriekring benadert, wordt de spanning over condensator 8 zeer hoog, waardoor de lamp ontsteekt. De lamp belast nu de kring en dempt deze overkritisch, waardoor nu elementen 6, 7 en 8 een laag doorlaatfilter vormen. De aanstuurfrequentie kan nu nog verder worden verlaagd en de belasting van de brug blijft induktief. De weerstand van de ontstoken midden- of hoge druk gasontladingslamp is aanvankelijk zeer laag, waardoor een relatief hoge frequentie nodig is, zodanig dat de impedantie van zelfinductie 6 en 7 voldoende hoog is om de stroom op een voor de schakelelementen 2, 3, 4, 5 en lamp 9 een acceptabele waarde te begrenzen. Als de lamp opwarmt, neemt de weerstand van de lamp toe, waardoor de aanstuurfrequentie verder verlaagd kan worden om de lampstroom op dezelfde grenswaarde te houden.

De uiteindelijke bedrijfstoestand van de lamp wordt door de in fig.

6 weergegeven besturingseenheid, die later zal worden beschreven, bepaald. De besturingseenheid bepaalt op grond van lampspanning, ingangsstroom van de brug, voedingsspanning van de brug, en externe informatie, bijvoorbeeld gewenst lampvermogen, of verschil tussen gewenste en werkelijke lichtintensiteit, welke aanstuurfrequenties gekozen moet worden. Hierbij leidt een lagere frequentie tot een lagere impedantie van de zelfinducties 6 en 7 en derhalve bij gelijke lampweerstand tot grotere stromen. De topwaarde van lampspanning is hierbij steeds kleiner dan de waarde van de voedingsspanning die op klemmen 1 en 2 wordt aangeboden.

In fig. 2 is een alternatieve uitvoeringsvorm weergegeven. Hier zijn extra condensatoren 16, 17, 18 en 19 naar één van de voedingsklemmen geschakeld. De condensatoren 16, 18 en weerstanden 20 en 21 zijn hierbij als capacitieve spanningsdeler geschakeld, die frequentie-onafhankelijk is, en die de piekspanning zoals die op één zijde van de lamp kan ontstaan, reduceert van bijvoorbeeld 2000 V tot bijvoorbeeld 10 V. Condensatoren 17, 19 en weerstanden 22, 23 zijn op dezelfde wijze geschakeld. Piekspanningsdetector 10 kan nu een stuursignaal 24 aan de besturingseenheid geven bij het overschrijden van een bepaalde waarde van de kringspanning, waarna de aansturing van de brug wordt gesperd en alle vermogensschakelelementen gesperd worden. De spanningsdrempel waarbij de aansturing wordt gestopt, ligt onder de waarde die bij kringresonantie kan optreden, en die meestal bepaald wordt door kernverzadigingsverschijnselen van zelfinducties 6 en 7. De grenswaarde wordt zo gekozen dat de stromen door de schakelelementen op acceptabele waarden begrensd blijven, terwijl anderzijds de lampen toch nog op betrouwbare wijze ontsteken. Door op bovengenoemde wijze te werk te gaan, wordt schade aan het voorschakelapparaat als de lamp niet aangesloten is of nog zeer warm is en dan door de hoge gasdruk niet kan ontsteken, voorkomen.

Nog een andere uitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 3. Hier is een halve brug, bestaande uit schakelelementen 2 en 3, en vrijloop-diodes 12 en 13 toegepast. Hier is tevens een extra koppelconden-sator 11 toegepast, om de gelijkspanningscomponent in de aanstuur-spanning te blokkeren.

De lampspanning heeft in dit geval in verhouding tot de bronspan-ning over de klemmen 1 en 2 bij verder gelijke bedrijfscondities de halve waarde van die in fig. 1 en 2.

In fig. 4 is weergegeven hoe de aanstuurschakelingen 39 en 40 voor de vermogensschakelelementen 2, 3 kunnen worden gevoed. Een condensator 30 is geschakeld tussen de knooppunten van diodepaar 28, 29 enerzijds en diodepaar 31, 32 anderzijds. Voordat de omvormer begint te werken, worden de stuurschakelingen via weerstanden 35 en 36 van voedingsspanning voorzien; Deze voedingsspanning wordt gestabiliseerd door parallel zenerdiodes 34 en 38 en hoogfrequent ontkoppeld via condensator 33 en 37. Het is hierbij van belang dat de stuurschakelingen 39 en 40 in uitgeschakelde toestand een gering stroomverbruik hebben om onnodige dissipatie in weerstand 35 en 36 te voorkomen. Zodra de omvormer in werking wordt gesteld, doordat stuursignalen en $2 van stuurschakeling 25 geactiveerd worden en via koppeltransformatoren 26 en 27 de bufferschakelingen aangestuurd worden, ontstaat op punt A de in fig. 7 weergegeven blok-spanning. Deze spanning veroorzaakt het beurtelings op- en ontladen van condensator 30, waarbij beurtelings diode 28 en 32, en diode 29 en 31 in geleiding komen. De capaciteitswaarde van condensator 30 is zodanig gekozen, dat deze lading ruimschoots voldoende is om de lading, die nodig is om de gate-source en gate-drain capaciteiten van de als MOSFET's, IGBT's, of Darlington combinatie van MOSFET en BJT uitgevoerde vermogensschakelelementen te kunnen leveren. Condensator 30 dient tevens als dV/dt-begrenzer, en vermindert de schakelverliezen in de MOSFET's. In principe zou de bufferschake1ing 40 ook uit dezelfde voedingsspanning als bijvoorbeeld de besturing kunnen worden gevoed en kan één aansluiting van condensator 30 direct met -pool 2 in plaats van met het knooppunt van diode 31 en 32 worden verbonden. Er treden echter tengevolge van het zeer snelle schakelen (toff ^ 30 nsec) grote spanningspieken op, waardoor het voordelig is de voeding voor schakeling 40 toch geïsoleerd, en direct bij het schakelelement 3 aan te bieden en te ontkoppelen.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de stuurschakelingen 39 en 40 is weergegeven in fig. 5. De uitgangsspanning van transformator 26, wordt gedipt door het netwerk bestaande uit diodes 42, 43 en zener-diodes 41, 44 en heeft de vorm zoals weergegeven in fig. 7 bij Ü26. MOSFET 2 wordt in geleiding gebracht door een positieve spanning uit trafo 26, waardoor transistor 47 wordt opengestuurd. Het is hierbij van belang dat de stuurspanning op de basis van transistor 47 lager ligt dan de spanning op de collector van deze transistor, zodat deze niet verzadigt en zeer snel uit geleiding kan worden gebracht. Voor het uitschakelen van MOSFET 2 wordt de uitgangs-spanning van trafo 26 negatief en wordt P-kanaal FET 51 in geleiding gebracht. Diode 46 staat nu in sper en door de werking van diode 48 en weerstand 52 wordt een negatieve voorspanning van ca.

0.7 V op de basis-emitter overgang van transistor 47 aangeboden. Zoals uit fig. 7 blijkt, vindt in normaal bedrijf het inschakelen van de MOSFET plaats als de parallel geschakelde vrijloopdiode reeds in geleiding is. Hierdoor hoeft het stuurcircuit niet de Miller-drain-gate capaciteit te laden-en kan voor weerstand 49 een relatief hoog ohmige waarde gekozen worden. Door deze keuze wordt dan voorkomen dat bij de eerste maal inschakelen van de M0SFET-schakelaar een te grote piekstroom gaat lopen ten gevolge van het ontladen van condensator 30. Bij het afschakelen van de MOSFET 2 is de Miller drain-source capaciteit echter wel werkzaam. Om nu bij hoge bedrijfsfrequenties de schakelverliezen tot een minimum te beperken, is een lage afschakelweerstand nodig, die in dit geval door de kanaalweerstand van MOSFET-transistor 51 gevormd wordt, nodig.

Een dimensioneringsvoorbeeld volgt hieronder.

MOSFET schakelaars 2, 3, 4, 5: 500 V - types met een aan-weerstand van 0.3 ohm en een drain-stroom van 13 A continu en 50 A piek. Voedingsspanning: 250-380 VDC.

Weerstandwaarde van 49: 47 Ohm.

Kanaalweerstand van 51: 10 Ohm.

Uitgangsspanning van trafo 26: +12V en -12V,

Voedingsspanning van de stuurschakeling 39 en 40: 15V.

Dode tijd td: 500 nsec.

Lampvermogen: 1200 W, Brandspannlng 150 V effectief.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van de besturing van het voorschakel-apparaat is weergegeven in fig. 6. Een besturingseenheid 54, die kan zijn uitgerust met een microcomputer, ontvangt via een optisch koppellid 55 informatie van de buitenwereld 56. Deze informatie kan zijn: lamp aan/uit, gewenst lampvermogen, gewenste lichtintensiteit, gemeten lichtintensiteit. Verder meet deze besturingseenheid de volgende interne grootheden: ingangsspanning tussen klem 1 en 2, gemiddelde ingangsstroom van de brugomvormer door meting van de span-ningsval over weerstand 63 die zonodig eerst laagdoorlaat gefilterd wordt via aansluitingen 61 en 62, en lampspanning gemeten door schakeling 10 en doorgegeven via signaal 64. Verder kan de microcomputer, zonodig via battery-back-up gegevens uit het verleden vast houden, hoe lang hebben de lampen gebrand, wanneer zijn ze gedoofd, enzovoorts. Voorts kan via signaal 64 een stuurschakeling 65 een ventilator 66 sturen voor lampkoeling. De uitgangsgrootheid van de besturingseenheid bestaat uit een signaal voor voltage controlled oscillator 57, die op zijn beurt signalen ^1 en φΐ (59 en 60) genereert, met spanningsvormen als weergegeven in fig. 7, als U26 en U27. De besturingseenheid zorgt ervoor dat voor het ontsteken de aanstuur-frequentie boven de serieresonantiefrequentie van eerder genoemde seriekring ligt, dat deze frequentie geleidelijk wordt verlaagd, totdat de lampen ontsteken, of de maximum piekspanningswaarde voor de seriekring, gemeten door schakeling 10 wordt overschreden en bepaalt vervolgens op grond van gemeten lampspanning, ingangsstroom van de converter en ingangsspanning van de converter de gewenste uitgangs-frequentie. Deze zal in het algemeen zo laag mogelijk gekozen worden om de lamp zo snel mogelijk op temperatuur te brengen, zonder dat hierbij de eerder genoemde bedrijfsparameters overschreden worden. Indien nu geforceerde koeling wordt toegepast, zal vanaf het moment dat de lampspanning de bij het gemeten vermogen behorende waarde heeft gekregen, die overeenstemt met de optimale werktemperatuur van de lamp, deze spanning constant houden door de ventilator te bekrachtigen. Zou dit niet gebeuren, dan zou de gasdruk in de lamp door temperatuurverhoging verder oplopen, hetgeen in een hogere lampspanning zou resulteren. De lampspanningen en temperaturen worden tevoren aan één of enkele exemplaren van de te voeden lampen gemeten, waarna deze gegevens in het besturingsprogramma van de microcomputer worden verwerkt. Het stuursignaal naar de voltage controlled oscillator kan amplitude gemoduleerd worden met frequentie van ca. 100 Hz tot ca. 1 kHz, om frequentiemodulatie van het stuursignaal voor de brugomvormer te bewerkstelligen, zodat akoestische resonanties in de lampen voorkomen worden. Het is mogelijk de duty-cycle van aansturing of zowel frequentie als duty-cycle te moduleren met vergelijkbare frequenties. In dat geval zal er tevens een laagfrequentie off-set stroom door de lamp gaan lopen die resonanties in het gas mogelijkerwijs kan verhinderen.

In het bijzonder kan de frequentiemodulatie synchroon verlopen met de dubbele netfrequentie, waarbij dan rond de negatieve en positieve toppen van de netspanning een groot vermogen aan de lampen geleverd wordt door een lage aanstuurfrequentie te kiezen, en rond de nuldoorgangen een gering vermogen, waardoor de afvlakcondensa-tor, die na de netgelijkrichter is geschakeld slechts een kleine waarde hoeft te hebben. Het referentiesignaal, nodig om deze frequentiemodulatie te synchroniseren kan de gelijkspanningsrimpel zijn van de afgevlakte netspanning, die tevens voedingsspanning voor de brug is. Op deze wijze is een power factor van 0,8 a 0,9 realiseerbaar.

Een typisch verloop van de parameters, die optreden bij ontsteken, starten, branden en koelen van de lampen is weergegeven in fig. 8. Achtereenvolgens zijn weergegeven het verloop van de topwaarde van de lampspanning u-lamp, de topwaarde van de lampstroom ^-lamp, de aanstuurfrequentie van de omvormer 'freq.', de luchtverplaatsing van de ventilator 'airflow', waarbij zeer lage toerentallen gerealiseerd kunnen worden door aan/uit regeling van de ventilator, en de lichtintensiteit, gewogen volgens een bepaalde spectrale verdeling 'light output'.

De tijdschaal in interval A is 10 msec/div, in interval B 1 min/div. Op tijdstip tO wordt de omvormer in werking gesteld onder invloed van een extern stuurcommando 'aan'. De gewenste lichtintensiteit heeft niveau 1. De omvormer wordt gestart op de hoogste frequentie, waarna de frequentie continu wordt verlaagd. Op tijdstip tl is de spanning over de seriekring zo hoog opgeslingerd dat de lamp ontsteekt. De verlaging van de frequentie gaat door, totdat op tijdstip t2 de maximum toelaatbare waarde van de lamppiekstroom is bereikt. Deze waarde wordt niet direct gemeten, maar bepaald op grond van het ingangsvermogen van de omzetter (produkt ingangsstroom en ingangs-spanning) en de lampspanning. Vervolgens warmt de lamp op, waardoor de lampspanning toeneemt. De waarde i-lamp wordt nu door boven beschreven indirecte meting ongeveer constant gehouden.

Als basis voor de berekening kan dienen dat het lampvermogen P-lamp wordt gegeven door:

Hierbij is Cl een constante die afhankelijk is van de golfvorm van lampspanning en lampstroom, tevens wordt aangenomen dat de lamp op te vatten is als een zuiver resistief, lineair element. Als de golfvorm tijdens het opwarmen constant blijft, en ook het rendement

van de omvormer, en we aannemen dat de omvormer met een zuivere gelijkspanning ü-i wordt gevoed en uit deze bron een gemiddelde stroom I-i opneemt, dan geldt:

of

of

Bij bekende

en Cl kan dus

inderdaad door de in de be sturingseenheid aanwezige processor worden berekend uit U-i, I-i en

welke gemeten worden. Als eerder genoemde frequentie- modulatie synchroon met de dubbele netfrequentie wordt toegepast blijven bovengenoemde relaties momentaan gelden, maar zullen binnen een halve netperiode periodiek variëren. De microprocessor kan nu door middeling van de berekende momentane vermogens, de frequentie zodanig regelen, dat enerzijds het gemiddelde lampver-mogen constant gehouden wordt, verder de maximum toelaatbare stromen door de schakelelementen niet worden overschreden en tevens grootste ingangsstroom loopt rond de maxima en minima van de netspanning. Het microprocessorprogramma kan daartoe een aantal voorgeprogrammeerde modulatiecurves bevatten of een algoritme om deze modulatiecurves te genereren, waarbij in het bijzonder de rimpel van de gelijkspanning U-i gebruikt wordt als referentiesignaal voor de frequentiemodulatie, zodat geen extra componenten nodig zijn. Op tijdstip t3 is de gewenste waarde van de lichtintensiteit bereikt. De lamptemperatuur is echter nog niet optimaal. Op tijdstip t4 wordt de optimale werktemperatuur van de lamp bereikt. De lampspanning stijgt nu nog iets verder en de lampstroom zakt nog iets, waarbij de verhouding lampstroom/lampspanning als regelgroot-heid voor de luchtverplaatsing van de ventilator wordt gebruikt. Op tijdstip t5 is een thermisch stabiele situatie ontstaan. Op tijdstip t6 wordt door een extern signaal een nieuwe gewenste lichtintensiteit 2 voorgeschreven. Deze wordt vrijwel onmiddellijk bereikt door lampspanning en lampstroom d.m.v. frequentieregeling bij te stellen. De lampen hebben nu reeds de juiste temperatuur. Een geringe verandering in de verhouding lampspanning/lampstroom dient nu weer als re-gelgrootheid voor de luchtverplaatsing van de ventilator, zodat tenslotte op tijdstip t7 een nieuw thermisch evenwicht is ontstaan.

Zoals eerder vermeld zal aan de hand van temperatuurmetingen aan lampen een optimaal regelprogramma moeten worden samengesteld. Deze temperatuurmetingen zijn eenmalig vooraf. Desgewenst kan ook gecorrigeerd worden bij veroudering, terwijl tevens een bepaalde verhouding lampvermogen/lichtoutput kan aangeven, dat de lampen aan het einde van hun levensduur zijn gekomen en vervangen dienen te worden. Dit kan dan via een signaal via koppel-lid 55 aan de buitenwereld 56 worden kenbaar gemaakt.

Claims

1. Voorschakelapparaat voor midden- en hogedruk gasontladings- lampen, bestaande uit een volle- of halve brugomvormer met twee of vier vermogensschakelelementen, welke vermogensschakelele-menten bestaan uit een hoofdstroompad met een positieve en een negatieve aansluiting, waarbij in spertoestand de positieve aansluiting een hogere spanning heeft dan de negatieve aansluiting, en waarbij een stuursignaal waarmee de schakelelementen geleidend worden geschakeld ten opzichte van de negatieve aansluiting van het hoofdstroompad wordt gegeven en welke omvormer gevoed wordt door een gelijkspanningsbron en welke vermogensschakelelementen worden gestuurd door bufferschakelingen, die op hun beurt via een stuurtransformator of ander koppelelement dat een aan-stuursignaal kan overbrengen, worden aangestuurd vanuit een besturingseenheid, terwijl aan de uitgangszijde van de brugomvormer een seriekring bestaande uit één of meer zelfinducties, en één of meer condensatoren is aangebracht, waarbij de te voeden lamp parallel aan de condensatoren is geschakeld, met het kenmerk dat tenminste de voedingsspanning voor elk van de genoemde bufferschakelingen, die het uitgangswisselspanningssignaal volgen, gemeten ten opzichte van één van de gelijkspanningsingangsklemmen, wordt gevoed door een condensator, waarvan de eerste aansluiting is verbonden met de anode van een eerste diode, waarvan de katode is verbonden met de positieve voedingsklemaansluiting van genoemde bufferschake-ling, en tevens met de katode van een tweede diode waarvan de anode is verbonden met de negatieve voedingsklemaansluiting van de buffer-schakeling, terwijl de tweede aansluiting van deze condensator is verbonden met een punt in de schakeling dat ongeveer op de potentiaal van één der ingangsgelijkspanningsklemmen ligt.

2. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het stuursignaal voor de vermogensschakelelementen niet ten opzichte van de negatieve hoofdstroompadaansluiting wordt gegeven, maar ten opzichte van de positieve hoofdstroompadaansluiting.

3. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de tweede aansluiting van genoemde condensator is verbonden met de anode van een derde diode, waarvan de katode is verbonden met de positieve aansluiting van de bufferschakeling, die verbonden is met één van de aansluitklemmen van de ingangsgelijkspanning, en tevens met de katode van een vierde diode, waarvoor de anode is verbonden met de negatieve voedingsspanningsaansluiting van genoemde bufferschakeling.

4. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat voor het ontsteken van de gasontladingslamp de brugschake-ling zodanig wordt aangestuurd, dat de frequentie van de uitgang-spanning boven de resonantiefrequentie van bovengenoemde kring ligt, en de frequentie vervolgens geleidelijk wordt verlaagd.

5. Voorschakelapparaat, volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als de spanning over de serie-resonantiekring een vooraf bepaalde waarde overschrijdt de aansturing van de brugomvormer wordt geblokkeerd, en alle vermogensschakelelementen in de niet geleidende toestand worden gebracht.

6. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de besturingseenheid van de omvormer tijdens het opwarmen van de lampen op grond van gemeten waarde van in-gangsgelijkspanning, ingangsgelijkstroom, en uitgangslampspanning, de aanstuurfrequentie zodanig regelt, dat de maximaal toelaatbare lampstroom niet wordt overschreden.

7. Voorschakelapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de frequentie van de brugomvormer zodanig wordt geregeld, dat de lampstroom tijdens het opwarmen een voorafbepaalde nominale waarde heeft.

8. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als de gemeten lichtintensiteit van de lamp afwijkt van de gewenste lichtintensiteit van de lamp, de gemiddelde aanstuurfrequentie zodanig wordt bijgeregeld dat de gewenste lichtintensiteit wel wordt bereikt.

9. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk dat als het gemeten omvormervermogen afwijkt van het gewenste vermogen de omvormer zodanig wordt bijgeregeld dat het gewenste vermogen wel wordt bereikt.

10. Voorschakelapparaat volgens één dér voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat als de verhouding van de gemeten lampspanning en de door de besturingseenheid berekende lampstroom een, mede door het gemeten vermogen, vooraf, bepaalde waarde overschrijdt, een ventilator geactiveerd wordt, zodanig dat genoemde verhouding tussen lampspanning en lampstroom bij benadering constant blijft.

11. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de aanstuurfrequentie wordt gemoduleerd.

12. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de duty cycle van het aanstuursignaal wordt gemoduleerd.

13. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat zowel duty-cycle als frequentie van het aanstuursignaal worden gemoduleerd.

14. Voorschakelapparaat volgens conclusie 12 of 13, waarbij de ingangs-gelijkspanning voor de brugomvormer wordt verkregen uit een wissel-spanningsbron, door de wisselspanning dubbelfasig gelijk te richten en af te vlakken, met het kenmerk, dat de vermogensmodulatie als gevolg van duty-cycle en/of frequentiemodulatie van het aanstuur- signaal van de brugomvormer synchroon plaatsvindt met de dubbele frequentie van de wisselspanningsbron, waarbij de fase van deze modulatie zodanig is gekozen, dat de omvormer rond de positieve en negatieve toppen van de ingangswisselspanning de grootste stroom opneemt, en rond de nuldoorgangen van de ingangswisselspanning de kleinste stroom.

15. Voorschakelapparaat volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat voor de bepaling van de juiste fase van genoemde modulatie, de wisselspannings component van de ingangsgelijkspanning van de brugomvormer wordt gebruikt.

16. Voorschakelapparaat, volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als de verhouding tussen door de besturingseenheid berekend omvormervermogen en lichtintensiteit een bepaalde, van genoemd vermogen of lichtintensiteit afhankelijke, waarde overschrijdt, een signaal wordt gegeven, dat aangeeft dat de lampen vervangen dienen te worden.