DE4335375A1 - Power supply unit for feeding a gas-discharge lamp - Google Patents

Power supply unit for feeding a gas-discharge lamp

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Abstract

A known circuit for feeding a metal-halide lamp for an LCD television projector contains a switching transistor for a switched-mode power supply and four further transistors in a bridge circuit for feeding the lamp. There are particular requirements, in a power supply unit of this type, regarding the height of the power factor which indicates the fraction of the harmonics drawn from the network. According to the most recent regulations, this factor may not overshoot specific values. The object consists in designing a power supply unit of this type in such a manner that the outlay in terms of circuitry regarding transistors and the fraction of the harmonic currents in the network are reduced. The power supply unit contains a switched-mode power supply to whose output the series circuit of two capacitors (6, 7) and the series circuit of two switching transistors (12, 13) are connected. The lamp (8) is connected to the centres (c, d) of the two series circuits. In particular for feeding a metal-halide gas-discharge lamp for an LCD television projection device. <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einem Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein bekanntes Netzgerät dieser Art enthält insgesamt fünf Transisto­ ren, und zwar einen Schalttransistor für ein einfaches Schalt­ netzteil und vier weitere Schalttransistoren in Form einer Brückenschaltung, in deren Diagonale die Gasentladungslampe liegt. An ein derartiges Netzgerät werden besondere Anforderun­ gen hinsichtlich des Powerfaktor oder Leistungsfaktors gestellt. Diese Faktor gibt den Anteil von Oberwellen in dem dem Netz ent­ nommenen Strom an. Der Faktor darf nach neuesten Bestimmungen bestimmte, von der jeweiligen Leistung abhängige Werte nicht überschreiten, um die Oberwellenbelastung des Netzes zu begren­ zen.The invention relates to a power supply unit for feeding a Gas discharge lamp according to the preamble of claim 1. A Known power supply of this type contains a total of five Transisto ren, namely a switching transistor for easy switching power supply and four further switching transistors in the form of a Bridge circuit, in the diagonal of which the gas discharge lamp lies. Such a power supply has special requirements conditions regarding the power factor or power factor. This factor gives the proportion of harmonics in the network received electricity. The factor may be according to the latest regulations certain values that are dependent on the respective performance are not to limit the harmonic load on the network Zen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät der be­ schriebenen Art so weiterzubilden, daß einerseits der Schal­ tungsaufwand verringert und andererseits ein geringerer Po­ werfaktor und damit eine geringere Oberwellenbelastung des Netzes erreicht werden.The invention has for its object to be a power supply to further develop the written type so that on the one hand the scarf processing costs reduced and on the other hand a lower Po wer factor and thus a lower harmonic load on the Network can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Vorzugsweise ist der Ladekondensator am Ausgang des Netzgleich­ richters so klein bemessen, z. B. 5µF, daß an dem Ausgang eine im wesentlichen ungesiebte Hallwellenspannung gleichbleibender Po­ larität entsteht. Die die Reihenschaltung bildenden Kondensato­ ren am Ausgang des Schaltnetzteils sind demgegenüber groß bemessen, etwa 300 - 500 µF, und bilden den notwendigen Speicher. Die Lampe ist somit an beiden Enden symmetrisch angeschlossen, nämlich einmal an den Verbindungspunkt der beiden großen Kondensatoren und zum anderen an den Verbindungspunkt der beiden Schalttransistoren. Gegenüber einer bekannten Schaltung wird der Gesamtaufwand von fünf Transistoren, nämlich einem Schalttransi­ stor für das Schaltnetzteil und vier Transistoren für die Brückenschaltung, verringert auf insgesamt nur drei Transisto­ ren. Es hat sich gezeigt, daß durch diese vereinfachte Schaltung ein besonders geringer Powerfaktor, d. h. Oberwellenbelastung des Netzes erreicht werden kann.The charging capacitor at the output of the network is preferably the same richer sized so small, z. B. 5µF that at the output a essential unsieved Hall wave voltage constant Po larity arises. The condensate forming the series connection Ren at the output of the switching power supply are large dimensioned, about 300 - 500 µF, and form the necessary memory. The lamp is thus connected symmetrically at both ends, namely once at the junction of the two large ones Capacitors and the other to the junction of the two Switching transistors. Compared to a known circuit Total expenditure of five transistors, namely a switching transistor stor for the switching power supply and four transistors for the Bridge circuit, reduced to a total of only three Transisto  ren. It has been shown that this simplified circuit a particularly low power factor, d. H. Harmonic load on the Network can be achieved.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden der Schalttransi­ stor des Schaltnetzteils, die Transistoren der Reihenschaltung und die Zündschaltung für die Röhre von einem Mikroprozessor ge­ steuert, der alle wichtigen Systemdaten erfaßt. Durch eine derartige Prozessorsteuerung läßt sich zusätzlich folgendes er­ reichen.According to a development of the invention, the switching transi stor of the switching power supply, the transistors of the series circuit and the ignition circuit for the tube from a microprocessor controls, which records all important system data. By a Such processor control can also be the following pass.

Bestimmte Lampen wie z. B. eine Metallhalogenlampe haben folgende Eigenart: Wenn die Lampe ausgeschaltet und unmittelbar darauf wieder eingeschaltet wird, gibt es in der Regel keine Probleme. Indes sen gibt es nach dem Ausschalten einen kritischen Zeitbereich, z. B. 30 s - 5 min. nach dem Ausschalten. Wenn innerhalb dieses Zeitbereiches die Lampe neu gestartet wird, kann es zu einer Zerstörung des Zündgerätes oder auch der Lampe kommen. Der Mikroprozessor ist nun so ausgebildet, daß er die Zeit nach dem Ausschalten der Lampe mißt und während der ge­ nannten kritischen Zeit ein Wiedereinschalten der Lampe verhin­ dert. Der Prozessor kann auch die Energie für den Startvorgang steuern und dem jeweiligen Zustand der Lampe anpassen. Die Startenergie ist z. B. abhängig von der jeweiligen Temperatur der Lampe und kann durch den Mikroprozessor der Temperatur oder an­ deren Parametern im Zeitpunkt des beabsichtigten Startvorganges angepaßt werden. Der Mikroprozessor kann am Ende der Lampenle­ bendsdauer das Netzgerät gegen Zerstörung schützen. Dieses und die Abweichung von Sollbetriebswerten kann gemeldet oder angezeigt werden.Certain lamps such as B. a metal halide lamp have the following Peculiarity: When the lamp is switched off and immediately after is turned on again, there are usually no problems. However, there is a critical one after switching off Time range, e.g. B. 30 s - 5 min. after switching off. If the lamp is restarted within this time range, it can destroy the ignitor or the lamp come. The microprocessor is now designed so that it Time after the lamp turns off and during the ge called critical time to prevent the lamp from being switched on again different. The processor can also use the energy for the startup process control and adapt to the respective condition of the lamp. The Starting energy is e.g. B. depending on the respective temperature of the Lamp and can by the microprocessor of temperature or on their parameters at the time of the intended starting process be adjusted. The microprocessor can be found at the end of the lamp Protect the power supply against destruction during the end of the day. This and the deviation from target operating values can be reported or are displayed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigenThe invention is explained below with reference to the drawing. Show in it

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Netzgerät, Fig. 1 a according to the invention embodied in power supply,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Netzgerätes mit der Steuerung durch den Mikroprozessor und Fig. 2 is a block diagram of the power supply with the control by the microprocessor and

Fig. 3 ein weiteres Schaltbild für die Schaltung gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows a further circuit diagram for the circuit of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt den von der Netzspannung UN gespeisten Netzgleichrich­ ter 1, den Ladekondensator 2, die Drossel 3, den Schalttransistor 4, den Gleichrichter 5, die Kondensatoren 6, 7, die Gasentladungs­ lampe 8, die Zündschaltung mit den Baugruppen 10 und 30, dem Tief­ paßlampenfilter mit den Bauteilen 9, 11 und die Reihenschaltung der beiden Schalttransistoren 12, 13, die durch Kondensatoren 14, 15 überbrückt sind. Fig. 1 shows the fed by the mains voltage UN network rectifier ter 1, the charging capacitor 2, the reactor 3, the switching transistor 4, the rectifier 5, the capacitors 6, 7, the gas-discharge lamp 8, the ignition circuit with the modules 10 and 30, the low-pass lamp filter with the components 9 , 11 and the series connection of the two switching transistors 12 , 13 , which are bridged by capacitors 14 , 15 .

Die Bauteile 3, 4, 5, 6, 7 bilden ein Schaltnetzteil. Der Schalttransistor 4 wird von dem Mikroprozessor 16 mit einer Schaltspannung Us1 von etwa 30 kHz periodisch leitend gesteuert und gesperrt. Der Prozessor 16 steuert mit den Schaltspannungen Us2 und Us3 die beiden Transistoren 12, 13 im Gegentakt leitend, so daß in der Lampe 8 ein Wechselstrom i erzeugt wird.The components 3 , 4 , 5 , 6 , 7 form a switching power supply. The switching transistor 4 is periodically controlled and blocked by the microprocessor 16 with a switching voltage Us1 of approximately 30 kHz. The processor 16 controls the two transistors 12 , 13 in a push-pull manner with the switching voltages Us2 and Us3, so that an alternating current i is generated in the lamp 8 .

In Fig. 2 liefert der Mikroprozessor 16 den Grundtakt C mit 500 Hz für die Steuerschaltung 17, die wie in Fig. 1 die als Schalter dargestellten Transistoren 12, 13 mit einer Frequenz von 50 kHz steuert. In der Stufe 18 erfolgt ein Vergleich zwischen dem Strom- Istwert Iist und dem Strom-Sollwert Isoll. Das Vergleichsergebnis liefert über den PI-Regler 19 und die Stufe 20 eine Rücksetzspannung für das Flipflop 21. Dessen Ausgangsspannung steuert den Generator 17 und über die PWM-modulierten Schaltspan­ nungen Us2 und Us3 mit ca. 50 kHz die Einschaltdauer der Transistoren 12, 13, die komplementär im Grundtakt C ein- und aus­ geschaltet werden. Die Schaltspannung Us am Verbindungspunkt der Schalter 12, 13 wird dem Komparator 28 zugeführt. Der Komparator 28 vergleicht die Schaltspannung Us jeweils mit einem festen Refe­ renzwert, und zwar entweder mit Nullpotential oder mit dem Wert der Spannung UNDC am oberen Ende des Schalters 12. Der umgeschal­ tete Vergleichswert wird von dem Grundtakt C über die Leitung 29 bestimmt. Die Schaltung arbeitet mit zwei unterschiedlichen Fre­ quenzen, einmal mit der Schaltfrequenz der Schalter 12, 13 von et­ wa 50 kHz und zum anderen mit dem sogenannten Grundtakt C von 500 Hz. Während einer Halbperiode des Grundtaktes taktet nur der Schalter 12 und während der anderen Halbeperiode und der Schalter 13. Wenn der Schalter 12 taktet, wird die Schaltspannung Us mit der Spannung UNDC verglichen. Wenn der Schalter 13 taktet, wird die Schaltspannung Us mit Nullpotential verglichen. Dadurch wird erreicht, daß die Schalter 12, 13 jeweils nur dann eingeschaltet werden, wenn die Spannung an den Kondensatoren 14, 15 gleich null ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wäre, also die Schalter 12, 13 eingeschaltet werden, wenn an den Kondensatoren 14, 15 noch eine Spannung steht, würde die Verlustleistung der Schaltung ansteigen.In FIG. 2, the microprocessor 16 supplies the basic clock C at 500 Hz for the control circuit 17 which, like in FIG. 1, controls the transistors 12 , 13 shown as switches with a frequency of 50 kHz. In stage 18 , a comparison is made between the current actual value Iact and the current setpoint Isoll. The comparison result provides a reset voltage for the flip-flop 21 via the PI controller 19 and the stage 20 . Whose output voltage controls the generator 17 and the PWM-modulated switching voltages Us2 and Us3 with about 50 kHz, the duty cycle of the transistors 12 , 13 , which are switched on and off in complementary manner in the basic clock cycle C. The switching voltage Us at the connection point of the switches 12 , 13 is fed to the comparator 28 . The comparator 28 compares the switching voltage Us with a fixed reference value, either with zero potential or with the value of the voltage UNDC at the upper end of the switch 12 . The switched comparison value is determined by the basic clock C via line 29 . The circuit works with two different frequencies, one with the switching frequency of the switches 12 , 13 of about 50 kHz and the other with the so-called basic clock C of 500 Hz. During a half period of the basic clock, only the switch 12 clocks and during the other half period and the switch 13 . When the switch 12 clocks, the switching voltage Us is compared with the voltage UNDC. When the switch 13 clocks, the switching voltage Us is compared with zero potential. This ensures that the switches 12 , 13 are only turned on when the voltage across the capacitors 14 , 15 is equal to zero. If this condition were not met, that is, the switches 12 , 13 are switched on, when there is still a voltage on the capacitors 14 , 15 , the power loss of the circuit would increase.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung der Schaltung gemäß Fig. 1. Die in Fig. 1 gesteuerten Schalttransistoren 12, 13 sind als FET′s ausgebildet und je mit einer Diode 22, 23 in Reihe geschaltet. Zusätzlich sind noch zwei sogenannte Freilaufdioden 24, 25 vorgesehen. Die Kondensatoren 14, 15 haben eine Kapazität von etwa 2,2 nF. Die Drossel 11 hat eine Induktivität von etwa 200 µH. Die Kondensatoren 6, 7 sind jeweils durch die Parallelschaltung von zwei gleichen Kondensatoren mit je 330 µF gebildet. Der parallel zur Lampe 8 liegende Kondensator 9 hat eine Kapazität von etwa 1 µF. Die zur Messung des durch die Lampe 8 fließenden Wechselstromes i dienenden Meßwiderstände 26, 27 haben je einen Wert von etwa 0,1 Ohm. Diese Widerstände liefern Spannungen über den Istwert des Stromes i durch die Lampe 8, der in Fig. 2 der Stufe 18 zugeführt wird. Fig. 3 shows a further embodiment of the circuit according to Fig. 1. The switching transistors 12 , 13 controlled in Fig. 1 are designed as FETs and each connected in series with a diode 22 , 23 . In addition, two so-called free-wheeling diodes 24 , 25 are also provided. The capacitors 14 , 15 have a capacitance of approximately 2.2 nF. The inductor 11 has an inductance of approximately 200 μH. The capacitors 6 , 7 are each formed by the parallel connection of two identical capacitors, each with 330 μF. The capacitor 9 lying parallel to the lamp 8 has a capacitance of approximately 1 μF. The measuring resistors 26 , 27 used to measure the alternating current i flowing through the lamp 8 each have a value of approximately 0.1 ohm. These resistors supply voltages above the actual value of the current i through the lamp 8 , which is supplied to stage 18 in FIG. 2.

Claims (8)

1. Netzgerät zur Speisung einer Gasentladungslampe, bei dem die Röhre über periodisch betätigte Schalter an eine Gleichspan­ nung angeschlossen ist, die über einen Netzgleichrichter aus der Netzspannung gewonnen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Das Netzgerät enthält ein Schaltnetzteil (2-5), an dessen Ausgang die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren (6, 7) und die Reihenschaltung von zwei Schalttransistoren (12, 13) angeschlossen sind;
  • b) Die Lampe (8) ist an die Mittelpunkte (c, d) der beiden Reihenschaltungen angeschlossen.
1. Power supply unit for feeding a gas discharge lamp, in which the tube is connected to a direct voltage via periodically operated switches, which is obtained from the mains voltage via a mains rectifier, characterized by the following features:
  • a) The power supply contains a switching power supply ( 2-5 ), at the output of which the series connection of two capacitors ( 6 , 7 ) and the series connection of two switching transistors ( 12 , 13 ) are connected;
  • b) The lamp ( 8 ) is connected to the center points (c, d) of the two series connections.
2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (2) am Ausgang des Netzgleichrichters (1) so klein bemessen ist, daß die an ihm stehende Spannung eine im wesentlichen ungesiebte Halbwellenspannung gleichbleibender Polarität ist.2. Power supply according to claim 1, characterized in that the charging capacitor ( 2 ) at the output of the rectifier ( 1 ) is dimensioned so small that the voltage on it is a substantially unsieved half-wave voltage of constant polarity. 3. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Netzgleichrichters (1) die Reihenschaltung einer Drossel (3) und eines periodisch leitend gesteuerten Schalttransistors (4) angeschlossen und der Verbindungspunkt der Reihenschaltung über einen Gleichrichter (5) an ein Ende der Reihenschaltung der Kondensatoren (6, 7) angeschlossen ist.3. Power supply according to claim 1, characterized in that the series connection of a choke ( 3 ) and a periodically conductive switching transistor ( 4 ) is connected to the output of the line rectifier ( 1 ) and the connection point of the series connection via a rectifier ( 5 ) at one end the series connection of the capacitors ( 6 , 7 ) is connected. 4. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltnetzteil, die beiden Schalttransistoren (12, 13) und eine Zündschaltung für die Lampe (8) von einem Mikroprozessor (16) gesteuert sind.4. Power supply according to claim 1, characterized in that the switching power supply, the two switching transistors ( 12 , 13 ) and an ignition circuit for the lamp ( 8 ) are controlled by a microprocessor ( 16 ). 5. Netzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (16) bewirkt, daß während einer kritischen Zeit nach dem Abschalten der Lampe (8) ein Wiedereinschalten verhindert ist. 5. Power supply according to claim 4, characterized in that the microprocessor ( 16 ) causes that a restart is prevented during a critical time after switching off the lamp ( 8 ). 6. Netzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (16) die Zündenergie in Abhängigkeit vom Zu­ stand der Lampe (8) steuert.6. Power supply according to claim 4, characterized in that the microprocessor ( 16 ) controls the ignition energy depending on the state of the lamp ( 8 ). 7. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Schalttransistoren (12, 13) Kondensatoren (14, 15) parallel geschaltet sind.7. Power supply according to claim 1, characterized in that the two switching transistors ( 12 , 13 ) capacitors ( 14 , 15 ) are connected in parallel. 8. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalttransistoren (12, 13) und denen parallel geschaltete Kondensatoren (14, 15) durch entsprechende Steuerung in einem weitestgehend schaltverlustlosen Resonanzbetrieb, dem sogenannten ZVS (Zero Voltage System)- Mode betrieben werden.8. Power supply according to claim 1, characterized in that the two switching transistors ( 12 , 13 ) and the capacitors connected in parallel ( 14 , 15 ) are operated by appropriate control in a largely switching-loss-free resonance operation, the so-called ZVS (Zero Voltage System) mode .
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