NL9300560A - Elektronisch voorschakelapparaat. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Elektronisch voorschakelapparaat.

Beschrijving.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een elektronisch voorschakelapparaat voor het starten en bedrijven van hoge intensiteits-'ont ladingslampen (HID-lampen), onder gebruikmaking van een nieuwe schake-lingsinrichting met lage energieverliezen die is verbonden over een gewone wissellaagspanningsvoedingsbron en voorziet in verbeterd rendement in vergelijking met conventionele HID-lampvoorschakelapparaten.

HID-voorschakelapparaatcircuits volgens de stand van de techniek, zoals aan de openbaarheid prijsgegeven in Amerikaans octrooischrift 4 337 417 benutten transformatoren die in serie zijn verbonden met een ingangswisselspanningsbron aan het ene einde en een uitgangsklem van een HID-lamp aan het andere einde. Condensatoren en oplaadweerstanden, alsmede blokkeringsdioden worden benut teneinde hoogspanningsstartpulsen voor lampontsteking te bewerkstelligen. Ontsteking treedt op wanneer een condensator initieel tot de piekspanning van de wisselstroombron is opgeladen gedurende de negatieve halve periode van de bron en dan wanneer de bron-spanning negatief gaat de spanning van de eerste condensator wordt toegevoegd aan een tweede condensator, teneinde te voorzien in een spanning van tweemaal de ingangsbronwisselspanning. Een transformator benut ont-ladingsenergie en legt een spanningspuls van voldoende grootte over een lamp aan. Dit type stand van de techniek lijdt aan een gebrek aan rendement ten gevolge van energieverliezen in de schakeling. De meeste energieverliezen treden op in transformatoren die hoge warmteverliezen opwekken. Aldus is er een kritische behoefte HID-lampen efficiënter te starten en bedrijven zonder de hoge energieverliezen die kenmerkend zijn voor de conventionele voorschakelapparaatcircuits die een element met hoge verliezen gebruiken.

Andere inrichtingen volgens de stand van de techniek hebben gepoogd dit probleem van hoge verliezen aan te pakken. Een benadering is de voorschakelapparaatcircuitstructuur zoals in Amerikaans octrooischrift 3 710 184 is getoond, waarin een lage energieschakeling wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat een open schakelingsspanning voor lampontsteking wordt verhoogd. Dit type systeem heeft eveneens energieverliezen die ervoor zorgen dat dit voorziet in minder dan een optimale oplossing.

Een andere benadering wordt gekozen in het Amerikaanse octrooi-schrift 3 700 962 dat een laagspanningshoge-energiebron benut, maar dat niet voorziet in welke maatregel dan ook om rekening te houden met de dynamische impedantie van de ontlading, hetgeen bij HID-lampen noodzake-Lijk is. Dat wil zeggen dat vele ontladingslampen specifieke dynamische behoeften hebben, waaraan door een enkele aanlegging van een spanning of een enkele aanlegging van een enkele specifieke hoeveelheid energie niet kan worden voldaan.

Aldus blijft er een behoefte bestaan aan het efficiënter starten en bedrijven van HID-lampen zonder de hoge energieverliezen die kenmerkend zijn voor conventionele voorschakelapparaatcircuits die een element met hoge verliezen gebruiken. Er is ook een gelijktijdige behoefte om HID-lampen te bedrijven onder gebruikmaking van systemen die rekening kunnen houden met de dynamische impedantievereisten voor HID-lampen zonder een wezenlijk verlies aan rendement.

Dienovereenkomstig is het een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een capacitief voorschakelapparaatcircuit met lage verliezen dat de bij de inrichting volgens de stand van de techniek behorende nadelen opheft.

Het is een verder doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een schakeling met lage energieverliezen die kan voorzien in energiepulsen van voldoende grootte om efficiënt de hoge intensiteits-ontladingslampen te starten en bedrijven.

Nog een verder doel is om te voorzien in een voorschakel-apparaatcircuitinrichting die een nieüw concept gebruikt voor het verwerken van elektrische energie vanaf een wisselstroombron door te voorzien in een aanstuurspanning die voldoende is om ervoor te zorgen dat de dynamische impedantie van de lampen in vermogen wordt gepulseerd door een capacitief voorgeschreven energiepuls door een aantal energie-afgifte-Lussen te gebruiken, om ervoor te zorgen dat de lamp energie in stappen ontvangt.

Het is nog een verder doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een nieuw schakelingssysteem dat eerst voorziet in een lage energie die voldoende is om de weerstand van een HID-lamp vanaf een aanstuurhoogspanningslus omlaag te sturen en daaropvolgend een grotere energiepuls af te geven op een lagere spanning om de HID-lamp, die de verlaagde weerstand heeft/, te bedrijven.

Het is een verder doel om te voorzien in verscheidene spannings-energie-afgiftelussen, die elk een ander energieniveau hebben, teneinde geschikt te voldoen aan de verscheidene dynamische behoeften van hoge ene rg i e-ontlad i ng slampen.

De voorgaande maatregelen en doelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijker worden na de volgende gedetailleerde beschrijving van de de voorkeur hebbende uitvoeringsvormen, waarbij dezelfde verwij-zingsgetallen dezelfde elementen in de beschrijving voorstellen.

Figuur 1 is een illustratie van de energiestroom in een voor-schakelapparaatcircuitinrichting volgens de stand van de techniek; figuur 2 Laat de energiestroom in een capacitief voorschakel-apparaatcircuit met lage verliezen zien, dat in het systeem van de onderhavige uitvinding wordt gebruikt; figuur 3 laat een gedetailleerde inrichting van het capacitieve circuit zien, dat is verbonden tussen een wisselspanning en de HID-Lamp, en wel in overeenstemming met de onderhavige uitvinding; figuur 4 laat een alternatieve uitvoeringsvorm van de schake-lingsinrichting zien, die een aanvullende hogere spanningslage-energiebron benut, die is opgenomen om een hoge ontladingslamp te ontsteken, waarbij aanvullende oplaadenergielussen zijn betrokken, die parallel aan de wisselstroombroningang zijn verbonden; figuur 5 illustreert een lampschakeling die de capacitieve schakeling van de onderhavige uitvinding benut en voor een T-8-fluorescen-tielamp is gemodificeerd.

Verwijzend nu naar figuur 3 van de tekening gebruikt de voor-schakelapparaatcircuitstructuur van de uitvinding een wissellaagspannings-ingangsbron 2, die is verbonden tussen twee symmetrische schakelingen.

De eerste schakeling is voorzien van de condensator en C^, waarbij de diodematrix D1 en D2 is verbonden over de condensator en met een aansluitklem van de condensator . Van condensator is de andere aan-sluitklem verbonden met de ene ingang van de bron 2 en de andere ingang van de bron is verbonden met het knooppunt tussen de condensator en de diode D2. De andere helft van het symmetrische schakelingssysteem dat is gevormd door condensator en en diode D3 en D4 is op dezelfde manier verbonden. Aansluitklemmen 15 en 16 geven de uitgangen van de symmetrische schakeling aan, waarbij aansluitklem 15 is verbonden met het knooppunt tussen condensator en diode D1 en waarbij de aansluitklem 16 wordt afgenomen op het knooppunt tussen de condensator en de diode D4. De op aansluitklemmen 15 en 16 gevormde spanning vormt de open-schakelings-spanning waarin wordt voorzien door middel van een zelfinductie 3 die de ingangsklem 14 van de metaalhalogenide HID-lamp 1 overbrugt.

Het voorschakelapparaatcircuit van figuur 3 is zodanig, dat wanneer een spanning vanaf de bron 2 wordt aangelegd, de condensator en worden opgeladen tot een spanning die gelijk is aan de piekspanning van de wisselstroombron die 170 volt is (in figuur 3 aangegeven als E) in het geval van een 120 volt wisselstroombron en de condensatoren en worden opgeladen tot een waarde die tweemaal de piekwaarde ofte weL 340 volt is, in figuur 3 aangegeven als 2E. Voor doeleinden van het bedrijf van een HID-lamp zijn de condensatoren en bemeten om hoge energiecondensatoren te zijn, terwijl de condensatoren en zijn bemeten om lage energiecondensatoren te zijn. Aldus zijn de condensator en hoogspanningslage-energiecondensatoren, terwijl de condensatoren C.j en laagspanningshoge-energiecondensatoren zijn. De lampaanstuur- energie die noodzakelijk is voor gewoon bedrijf van de lamp wordt effectief geplaatst op het hoge energiecondensatorelement dat de hoeveelheid voorschrijft door het bemeten van de condensator. Deze energie wordt gevangen gehouden tot een eerstvolgende halve periode van de wisselstroombron, wanneer door middel van de werking van de diodematrix D1, D2 deze energie naar de lamp wordt doorgelaten. Het doorlaten naar de lamp gedurende een daaropvolgende halve periode wordt echter niet volbracht voordat de impedantie van de lamp 1 is verlaagd door het uitgangssignaal vanaf de hoogspanningslage-energiebron C^. Nadat de lage energiehoog-spanningsbron de lamp naar de ogenblikstoestand met Lagere impedantie ervan duwt, kan dê2e de energie vanaf de hoge energiebron ontvangen, teneinde de lamp te bedrijven. Aldus is er een tweetrapsafgiftesysteem aan de structuur van figuur 3. In een eerste trap duwt de hogere spanning lage energiebron op de condensator de lamp in een ogenblikstoestand met lagere energie, die het mogelijk maakt dat de lagere spanning hoge energiebron C1 daaropvolgend in een tweede trap de energie ervan afgeeft aan het ontladingslampimpedantieniveau.

Het is de in figuur 3 getoonde diodematrixbewerking die het mogelijk maakt dat de laagspanningshoge-energiepuls vanaf de hogere spanning lagere energiebron C3 omloopt wanneer deze de hoge energiepuls ervan aan de lampbelasting afgeeft. De verdeling van de verscheidene energiegrootten die vereist zijn voor de eerste en tweede Lussen wordt gemakkelijk een verhouding gegeven om te voldoen aan de specifieke ontladingslampdynamicabehoeften. De door het C^, en D1 en 02 bedrijf ingestelde symmetrie wordt natuurlijk in de C2, en D3, D4 schakeling gespiegeld.

In de uitvoeringsvorm van figuur 3 is de bron 2 een 120 volt wissel stroombron en zijn de condensatoren C,j en C2 22,5 microfarad, terwijl de condensatoren en 4 microfarad zijn. De bedreven lamp is een 50 watt metaalhalogenidelamp. De getoonde zelfinductie Ldc is 28 watt in het voorbeeld van figuur 3. Natuurlijk zou de zelfinductie Ldc kunnen worden vervangen door andere structuren, zoals weerstanden of smoorspoelen of gloeilampen. Verder wordt het gebruik van een SIDAC als een alternatieve uitvoeringsvorm voorzien. De belangrijke maatregel is echter dat het schakelingssysteem van figuur 3 een open-schakelingsspanning van 4 x 170 = 680 volt opwekt en de inrichting van de condensatoren en dioden voorziet in het tweetrapsbedrijf waarbij de hoogspanningslage energie-condensatoren en de lamp in een ogenblikstoestand met lage impedantie duwen, hetgeen het dan ook mogelijk maakt de laagspanningshoge-energiebron en C2 de energie ervan op het ontladingslampimpedantie-niveau af te geven. Dit wordt mogelijk gemaakt ten gevolge van de diode-matrixbewerking van D1-D2 en D3-D4.

Figuur 4 laat een alternatieve uitvoeringsvorm zien, waarbij de superpositie van een nog hogere spanning zeer lage energiebron C^, wordt gebruikt, die kan worden gebruikt om de lamp te ontsteken. Er kunnen zoveel spanningsenergieniveaubronnen als noodzakelijk gemakkelijk worden toegevoegd teneinde het volledige dynamische impedantiegedrag te verkrijgen, dat door de bepaalde lamp 1 wordt gevraagd. In vele gevallen hoeft de lage energieschakelingssymmetrie aan beide zijden van de wisselstroombron niet noodzakelijk te zijn voor lampontsteking.

Het moet worden opgemerkt dat de open schakelingsspanning van de uitvoeringsvorm van figuur 3 gelijk is aan vier maal 170 ofte wel 680 volt, terwijl de open schakelingsspanning van de variant van figuur 4 voorziet in een open schakelingsspanning van zes maal 170 ofte wel 1 020 volt. Met de structuur van de uitvoeringsvorm van figuur 4 kan een weerstand of gloeilampsmoorspoel 61 worden gebruikt.

De figuur 4 uitvoeringsvorm voor een bepaalde ontladingslamp 100 laat de benutting van een weerstand of gloeilamp 300 zien, die geschikt is voor vereist bedrijf van de lamp. De condensator en de condensator hebben een waarde van 0,1 microfarad wanneer een 100 watt, 144 ohm weerstand of gloeilamp 300 wordt benut in combinatie met de ontladingslamp 100. Aldus kan het worden ingezien dat het energieniveau veel lager is dan dat van de figuur 3 uitvoeringsvorm. Dientengevolge voorzien de condensatoren en in figuur 2 in een superpositie van een nog hogere spanning en zeer lage energiebron om de lamp te ontsteken. Opnieuw kan de verdeling van de verscheidene energiegrootten gemakkelijk worden ingesteld om te voldoen aan de specifieke dynamische ontladingslampbehoeften. Het moet eveneens worden benadrukt dat zo veel spanningsenergieniveaubronnen als noodzakelijk kunnen worden toegevoegd aan de figuur 4 uitvoeringsvorm als noodzakelijk is om te voldoen aan het volledige dynamische impedantie-gedrag van een bepaalde lamp. Het wordt eveneeens opgemerkt dat de lage energieschakelingssymmetrie aan beide zijden van de wisselstroombron 2 niet noodzakelijk is voor lampontsteking in het geval van vele lampen.

Het superponeren van verschillende energieniveaus vanaf verscheidene bronnen, die elk hun ontworpen hoeveelheid energie afgeven via de diodematrix en wel zonder verliezen of storing, voorziet in het flexibele verbeterde voorschakelapparaatcircuit met lage verliezen voor de ontsteking en het economisch en efficiënt laten branden van HID-lampen.

Een vergelijking van de figuren 1 en 2 laat het verbeterde rendement zien, dat het resultaat is van het systeem van figuur 3. In de stand van de techniek die een combinatie van een spanningsversterker en een stroomstuurinrichting afzonderlijk benutte, waren de verliezen 22 watt warmte en een vereist begin met een voedingsbron die voorziet in 72 watt teneinde te voorzien in het noodzakelijke 50 watt ingangsvermogen voor de HID-Iamp. Daarentegen laat figuur 2 warmteverliezen van 3 watt 2ien, wanneer het systeem van figuur 3 wordt benut. Aldus is er slechts een vereiste van een bron met een vermogen van 53 watt om de noodzakelijke 50 watt aan de HID-lamp af te leveren.

De in figuur 5 getoonde schakeling belichaamt de capacitieve schakeling van figuur 3 die is gemodificeerd voor een bepaalde T-8-fluo- rescentielampschakeling. De fluorescentielampschakeling is voorzien van de gloeidraden 51 en 52 en de voorverwarmingsschakeling die is gevormd door de PTC (weerstand met positieve temperatuurcoëfficiënt), en de RFC (hoogfrequentsmoorspoel) respectievelijk 54 en 55. De rest van de lamp-schakeling is voorzien van een SIDAC 56 en een startcondensator 57 die in het bepaalde voorbeeld een waarde van 0,15 microfarad heeft. De condensator 57 is parallel aan de SIDAC 56 verbonden, die op zijn beurt in serie is verbonden met de startweerstand 58 die een waarde van 680 kilo-ohm heeft en een nominaal vermogen van 2 watt. De in het bepaalde voorbeeld gebruikte bron is een 120 volt bron VAC maar het zou een hoge spanning kunnen zijn, zoals 277 indien het voedingslampsysteem een dergelijke hoge spanning vereist. De T-8-fluorescentielamp is een 32 watt lamp en met een structuur zoals in figuur 5 is getoond heeft de afgetakte smoorspoel 61 een waarde van 0,2 henry en hebben de condensatoren C1 en C2 een waarde van 15 microfarad, terwijl de condensatoren C3 en C4 een waarde van 1 microfarad hebben.

Deze waarden voor de condensatoren C1, C2 en C3, C4 zouden slechts enigszins hoger zijn teneinde een 40 watt lamp aan te sturen.

De verliezen vanaf zo een schakeling zoals in figuur 5 is getoond, lopen tussen 1 en 2 watt en wekken 3 050 lumen of 90 systeemlumen per watt op, in vergelijking met 53,5 L.P.W. voor een standaard F40CW T-12 enkellamps-voorschakelapparaatsysteem en een waarde van 63,5 lumen per watt voor een tweelampsvoorschakelapparaatsysteem volgens de stand van de techniek.

De goedkope kleine twee componenten lampvoorverwarmingsschake-ling (PTC en RFC) wordt gebruikt om të voorzien in een Lange lamplevens-duur, het in stand houden van een hoog aantal lumens, en starten bij -20 °F hetgeen buitentoepassingen toestaat. Een koude PTC (weerstand met positieve temperatuurcoëfficiënt) maakt het mogelijk dat geschikt voorverwarmen plaats vindt en dan effectief uit de schakeling wordt geschakeld wanneer de PTC-weerstand hoge waarden bereikt. Daaropvolgend komt de goedkope drie-componentenontstekingsschakeling (56, 57 en 58) in de schakeling om de lamp te ontsteken en wordt dan uitgeschakeld (ontkrachtigd) wanneer de lamp aan raakt.

Dit systeem voor de τ-8-fluorescentielamp voorziet in een enorme verbetering in prestatiesrendement in het bijzonder bij het verlichten van gebouwen met een groot volume.

Natuurlijk zijn talrijke modificaties en variaties van de onderhavige uitvinding mogelijk in het licht van hetgeen hierboven is geleerd. Het dient dan ook te worden begrepen dat binnen de strekking van de aangehechte conclusies de uitvinding anders in de praktijk kan worden gebracht, dan specifiek hierin is beschreven.

Claims (11)

1. Elektronisch voorschakelapparaatcircuit voor het starten en bedrijven van hoge intensiteitsontladingslampen vanaf een wissellaag-spanningsvoedingsbron, waarbij het circuit een eerste schakelings-inrichting omvat voor het opslaan van een eerste spanning op een eerste energieniveau, waarbij de eerste schakelingsinrichting voorziet in een uitgangssignaal voor een hoge intensiteitsontladingslamp en waarbij de eerste spanning op het eerste energieniveau functioneert om een impedantie van de Lamp te verlagen, een tweede schakelingsinrichting die is voorzien van een tweede inrichting voor het opslaan van een tweede spanning op een tweede energieniveau en om te voorzien in een uitgangspuls op het tweede energieniveau voor de lamp teneinde de lamp te bedrijven en een diode-matrixinrichting die is verbonden tussen de eerste en tweede schakelingsinrichting voor het de tweede energieniveaupuls doen omlopen van de tweede schakelingsinrichting gedurende een half periodebedrijf van de bron onmiddellijk volgend op het verlagen van de lampimpedantie.

2. Systeem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit verder is voorzien van een derde schakelingsinrichting en een andere diodematrix-inrichting voor het tot stand brengen van een derde spanning op een derde energieniveau en het afgeven van de derde spanning op het derde energieniveau aan de lamp, waarbij het derde uitgangssignaal voorafgaand aan het uitgangssignaal van de eerste schakelingsinrichting aan de lamp wordt toegevoerd en waarbij de derde schakelingsinrichting functioneert om te voorzien in ontsteking van de lamp.

3. Systeem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste schakelingsinrichting een eerste condensator omvat en de tweede schakelingsinrichting een tweede condensator omvat, waarbij elk van de eerste en tweede condensatoren een aansluitklem hebben verbonden met een respectieve uitgang van de bron en waarbij de diodematrixinrichting is voorzien van een eerste en tweede diode, waarbij de eerste diode is verbonden met een tweede uitgang van de bron en met een tweede aansluitklem van de eerste weerstand en waarbij de tweede diode is verbonden met de tweede aanstuit-klem van de eerste condensator en met een tweede aansluitklem van de tweede condensator.

4. Elektronisch voorschakelapparaatcircuit voor een hoge intensi- teitsontladingslamp, waarbij het circuit wordt aangestuurd door een wissellaagspanningsbron, waarbij het circuit een lage energiehoog-spanningsinrichting omvat voor het verschaffen van een eerste energie-afgiftelus voor het verlagen van een impedantie van de lamp, waarbij de lage energiehoogspanningsinrichting is verbonden met de bron en gedurende een eerste halve periodebedrijf van de bron voorziet in de eerste energie-afgiftelus, en een hoge energielaagspanningsinrichting voor het verschaffen van een puls van hoge energie aan de lamp gedurende een tweede halve periode van de bron, welke tweede halve periode onmiddellijk volgt op de eerste halve periode en waarbij de hoge energiepuls de lamp bedrijft.

5. Circuit volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de laag-spannings hoge energie-inrichting is voorzien van een condensator en een matrixverbinding van dioden, waarbij de matrixverbinding van de dioden ervoor zorgt dat de laagspannings hoge energiepuls de hoogspannings lage energie-inrichting omloopt wanneer de laagspannings hoge energie-inrichting de hoge energiepuls aan de lamp afgeeft.

6. Laagspanningsmetaalhalogenidelampvoorschakelapparaatcircuit met lage verliezen, omvattende een laagspanningswisselstroomvoedingsbron, een capacitieve inrichting met Lage verliezen die is verbonden met de voedingsbron voor het verhogen van de uitgangsspanning van de voedingsbron en voor het sturen van stroming van ten minste twee verschillende niveaus van energie om te voorzien in bedrijf van de lamp, waarbij de ten minste twee energieniveaus worden verschaft als een functie van de frequentie van de voedingsbron.

7. Systeem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de capacitieve inrichting met lage verliezen is voorzien van een eerste capacitief hoogspannings laag energie-afgiftesysteem voor het verlagen van de impedantie van de lamp en een hoog energielaagspanningsafgifte-systeem voor het afgeven van een capacitieve hoge energiepuls aan de verlaagde impedantie teneinde de lamp te bedrijven.

8. Systeem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het capacitieve lage energiehoogspanningssysteem is voorzien van een eerste condensator en waarbij het hoge energielaagspanningscapaciteitsysteem is voorzien van een tweede condensator en een diodematrixinrichting die het mogelijk maken de lage energiehoogspanningscondensator te omlopen gedurende afgifte van een capacitieve puls aan de verlaagde weerstands- lamp.

9. Circuit volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voor-schakelapparaatcircuit een open schakelingsspanning van vier maal de piekwaarde van de laagspanningswïsselstroomvoedingsbron heeft.

10. Circuit volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het voor-schakelapparaatcircuit een open schakelingsspanning van vier maal de piekwaarde van de laagspanningswisselstroomvoedingsbron heeft.

11. Lampvoorschakelapparaatcircuit volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de schakeling een open schakelingsspanning van vier maal de piekwaarde van de laagspanningswisselstroomvoedingsbron heeft.