NL8701314A - Gelijkstroom-wisselstroom omzetter voor het onsteken en voeden van een gasontladingslamp. - Google Patents

Description

¥ PHN 12.138 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Gelijkstroom-wisselstroom omzetter voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp"

De uitvinding heeft betrekking op een gelijkstroom-wisselstroom omzetter voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp, welke omzetter twee ingangsklemmen bevat die bestemd zijn om te worden aangesloten op een gelijkspanningsbron, welke 5 ingangsklemmen zijn verbonden door een serieschakeling met een belastingsketen die althans de ontladingslamp en een induktiespoel bevat, alsmede een eerste halfgeleiderschakelelement met vrijloopdiode, welke belastingsketen is overbrugd door een keten met een tweede halfgeleiderscliakelement eveneens met vrijloopdiode, welke 10 halfgeleiderschakelelementen zijn voorzien van stuurcircuits voor het om beurten geleidend maken van die schakelelementen. Een dergelijke omzetter is bekend uit de Nederlandse ter inzage gelegde octrooiaanvrage nr. 84 00 923.

De bovengenoemde halfgeleiderschakelelementen worden 15 geleidend en ongeleidènd gemaakt met hun respektievelijke stuurelektroden. De vrijloopfunctie is afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de halfgeleiderelementen, geïntegreerd met het element of daaraan parallel geschakeld.

. In de genoemde octrooiaanvrage wordt een halve 20 brugomzetter beschreven met een in de belastingsketen (waarin de lamp is opgenomen) aanwezige transformator die is voorzien van twee secundaire wikkelingen. Deze maken deel uit van de stuurcircuits van de halfgeleiderschakelelementen. Met behulp van de transformator en de stuurcircuits worden de schakelelementen. om beurten geleidend 25 respektievelijk ongeleidend gemaakt. Gebleken is dat door het gebruik van een transformator de oscillatorfrequentie van het systeem moeilijk op reproduceerbare wijze op een vaste waarde in te stellen is. Dit is een bezwaar, met name bij gebruik in lampen die worden vervaardigd in een massafabricage-proces. De beschreven transformator is bovendien 30 volumineus en kostbaar, terwijl de bijbehorende stuurcircuits betrekkelijk veel componenten bevatten. De integratie van de schakeling in een kompakte ontladingslamp (zoals een "SL”-lamp) is dan lastig.

8701314 ·' PHN 12.138 2

De uitvinding heeft tot doel een gelijkstroom-wisselstroom omzetter te verschaffen die de bezwaren van de bekende omzetter ondervangt, waarbij het aantal in het circuit benodigde componenten tot een minimum is teruggebracht.

5 Een omzetter van de in de aanhef genoemde soort wordt daartoe volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat het stuurcircuit van het tweede schakelelement is voorzien van een spanningsmeetpunt dat is verbonden met een gelijkrichtelement, dat is aangesloten op het stuurcircuit van het eerste schakelelement.

10 Het stuurcircuit van het tweede schakelelement fungeert als hoofdstuurcircuit en het stuurcircuit van het eerste schakelelement fungeert als hulpstuurcircuit. In dit hulpstuurcircuit wordt via het gelijkrichtelement de momentele geleidingstoestand van het tweede schakelelement vastgelegd. Op grond van die informatie wordt het eerste 15 schakelelement in een geleidingstoestand gebracht die tegengesteld is aan die van het tweede schakelelement.

In de omzetter volgens de uitvinding is slechts één spoel noodzakelijk. Het gebruik in de omzetter van een volumineuze en kostbare transformator (waarbij aan de elektrische isolatie tussen de 20 primaire en secundaire wikkeling speciale eisen worden gesteld) is vermeden. Het aantal benodigde elektrische componenten in de schakeling is in vergelijking met de bekende omzetter teruggebracht. Bovendien is integratie van componenten (bijvoorbeeld met een "surface mounted device“-techniek) beter mogelijk. Dit maakt toepassing in een kompakte 25 ontladingslamp ter vervanging van een gloeilamp voor algemene verlichtingsdoeleinden interessant.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het gelijkrichtelement aangesloten op het als spanningsmeetpunt fungerende middenaftakpunt van een LC-trillingskring in het stuurcircuit van het 30 tweede halfgeleiderschakelelement, waarbij de spoel van de LC-kring magnetisch ontkoppeld is van de induktiespoel en welk middenaftakpunt middels de condensator van de LC-kring is verbonden met de belastingsketen.

Met behulp van de trillingskring kan de frequentie 35 waarmee de schakelelementen geleidend worden gemaakt precies worden ingesteld. Deze frequentie is bovendien zeer stabiel.

In een praktische uitvoeringsvorm van de omzetter volgens 8701314 i PHN 12.138 3 «..

de uitvinding bevat het stuurcircuit van het eerste halfgeleiderschakelelement een met één ingangsklem verbonden keten voor het inschakelen van het schakelelement en een aparte keten voor het uitschakelen, welke laatste keten een derde halfgeleiderschakelelement 5 bevat, dat gedurende dezelfde perioden geleidend is als het tweede schakelelement.

Het eerste schakelelement is in een geleidende toestand waarbij met behulp van het derde schakelelement de perioden worden bepaald dat het eerste schakelelement ongeleidend is. Het gebruik van 10 het derde halfgeleiderschakelelement heeft het voordeel dat in het betreffende stuurcircuit geen extra inductieve elementen noodzakelijk zijn.

In een speciale uitvoeringsvorm is de spoel van de LC-trillingskring in het stuurcircuit van het tweede schakelelement 15 (waarbij middenaftakpunt van de kring is verbonden met het gelijkrichtelement) overbrugd door een variabele impedantie.

Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de lamp kan worden gedimd door verhoging van de frequentie waarmee het circuit oscilleert.

20 In een bijzondere uitvoeringsvorm bevat de variabele impedantie een serieschakeling van een weerstand en twee tegen elkaar ingeschakelde zenerdioden. Samen met een tussen de lampeiektroden geschakelde condensator en de in serie met de lamp geplaatste spoel wordt de frequentie van de LC-trillingskring ingesteld op een waarde 25 nabij de resonantiefrequentie van de trillingskring gevormd door de genoemde condensator en de spoel in serie met de lamp. Door de keuze van een passende startfrequentie is een hoge spanning beschikbaar voor het ontsteken van de lamp.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 30 de tekening.

Hierin toont fig. 1 schematisch deels in diagram het circuit van de omzetter volgens de uitvinding met een daarop aangesloten ontladingslamp en toont fig. 2 een uitvoeringsvorm van het circuit van de 35 omzetter volgens de uitvinding.

In fig. 1 is met 1 een lagedrukkwikdampontladingslamp weergegeven, die de vorm heeft van een U. In een praktische 8701314 * « PHN 12.138 4 uitvoeringsvorm bevat de lamp een viertal in een carré geplaatste evenwijdige ontladingsbuisjes die door brugverbindingen met elkaar zijn verbonden (zie ÜS-PS 4.374.340). De lamp is voorzien van twee elektroden (2 resp. 3).

5 Met C en D zijn de ingangsklemmen van de omzetter aangeduid. Deze zijn bestemd om te worden aangesloten op een gelijkspanningsbron zoals een diodenbrug met afvlakcondensator (zie fig. 2).

De klemmen C en D zijn met elkaar verbonden door een 10 serieschakeling met een belastingsketen met een condensator 4, de lamp 1, een induktiespoel 5 en een eerste halfgeleiderschakelelement 6 met geïntegreerde vrijloopdiode (6a), die gestippeld is weergegeven. De belastingsketen is overbrugd door een keten met een tweede halfgeleiderschakelelement 7 (met vrijloopdiode 7a). De beide 15 schakelelementen 6 en 7 zijn voorzien van stuurcircuits 8 en 9, die schematisch zijn aangegeven. Met behulp van deze stuurcircuits worden 6 en 7 om beurten geleidend en ongeleidend gemaakt. Het stuurcircuit 9 voor het tweede schakelelement 7 is voorzien van een spanningsmeetpunt dat is verbonden met het gelijkrichtelement 10, welk element is 20 aangesloten op het stuurcircuit 8 van het eerste schakelelement 6. Het gelijkrichtelement fungeert als sensor voor de spanning in het genoemde meetpunt.

Het stuurcircuit 9 fungeert als hoofdstuurcircuit terwijl stuurcircuit 8 als hulpstuurcircuit fungeert. In dit circuit 8 wordt via 25 het gelijkrichtelement de momentele geleidingstoestand van het schakelelement 7 vastgesteld. Op grond van die informatie wordt het schakelelement 6 in een geleidingstoestand gebracht die tegengesteld is aan die van het schakelement 7. Een en ander is praktisch gerealiseerd in het circuit volgens fig. 2.

30 In fig. 2 hebben dezelfde elementen als in fig. 1 dezelfde verwijzingscijfers. Met 12 en 13 zijn de ingangsklemmen aangeduid die zijn bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron (220 V, 50Hz). De ingangsklem 12 is via een weerstand 14 aangesloten op een ingangsklem van een diodenbrug 15. De 35 beide ingangsklemmen van de brug zijn met elkaar verbonden door de condensator 16. De combinatie van de weerstand 14 en de condensator 16 vormt een ingangsfilter. De uitgangsklemmen van de brug 15 zijn met 8701314 PHN 12.138 5 elkaar verbonden door de afvlakcondensator 17. Voorts is aangesloten de afvlakspoel 18, Aan de andere zijde van spoel 18 bevindt zich een eerste ingangsklem C van de gelijkstroom-wisselstroom omzetter volgens de uitvinding. Deze omzetter is feitelijk aangesloten op de uiteinden van 5 de combinatie van condensator 17 en spoel 18. De omzetter is uitgevoerd als halve brug omzetter. Het eerste paar benen van deze halve brug omzetter wordt gevormd door een serieschakeling van twee takken die elk een condensator 4 resp. 11 bevatten. Een tweede paar benen wordt gevormd door een serieschakeling met twee takken die élk een halfgeleider-10 schakelelement 6 resp. 7 (met geïntegreerde vrijloopfunctie, zie fig.

1) bevatten.

De middentak van de omzetter wordt gevormd door de verbinding van het punt A (tussen 6 en 7) en B (tussen 11 en 4). De klemmen C en D zijn met elkaar verbonden via de al bij fig. 1 genoemde 15 belastingsketen (bestaande uit de serieschakeling van condensator 4, lamp 1, spoel 5 en schakelelement 6). Deze belastingsketen is overbrugd door een keten met het tweede schakelelement 7.

Het eerste schakelelement 6 bevat een stuurcircuit (8) met een keten die is verbonden met een ingangsklem (D) voor het 20 iru-chakelen van 6. Er is een aparte keten aanwezig, die is aangesloten op de middenaftakpunt van een LC-trillingskring bestaande uit de spoel 19 en de condensator 20. De spoel 19 is via de hulpwikkeling 21 op spoel 5 zowel elekrisch als magnetisch met spoel 5 verbonden. De keten bevat het gelijkrichtelement 10 dat is aangesloten op de basis van de 25 hulptransistor 22. De basis van deze transistor is via de weerstand 23 met klem C verbonden. De collector van 22 is verbonden met de stuurelektrode van 6. Voorts is aan de collector van 22 de weerstand 24 aangesloten op de klem C. Het stuurcircuit van het tweede schakelelement 7 bevat een tussen de stuurelektrode en het middenaftakpunt P van de LC-30 trillingskring (19 en 20) gekoppelde weerstand 25. Voorts is tussen punt A en de stuurelektrode van 7 een keten van twee tegen elkaar in geschakelde zenerdioden 26 en 27 aanwezig. Transistor 22 is voorts overbrugd door zenerdiode 22a.

De spoel 19 is overbrugd door een serieschakeling van een 35 weerstand 28 met twee tegen elkaar in geschakelde zenerdioden 29 en 30.

De omzetter is voorts voorzien van een startketen, bestaande uit een serieschakeling van een weerstand 31 en een tweezijdig 8701314 £ PHN 12.138 6 doorslagelement (diac) 32 tussen de stuurelektrode van 7 en een verbindingspunt van de weerstanden 33 en 34. Ook is tussen het genoemde verbindingspunt en punt A een condensator 35 aangesloten. De eerste uiteinden van de elektroden 2 en 3 van de lamp zijn met elkaar verbonden 5 door condensator 39, De andere uiteinden zijn met elkaar verbonden door een parallelschakeling van weerstand 38 met positieve temperatuurs-· coëfficiënt (PTC) en condensator 37. Parallel over 11 is weerstand 40 geschakeld.

De omzetter werkt als volgt. Indien de klemmen 12 en 13 10 worden aangesloten op het voedingsnet (220 V, 50 Hz) zal via de diodebrug 15 de condensator 17 worden opgeladen. Dit leidt er toe dat via spoel 18 ook de condensatoren 4 en 11 worden opgeladen. Tevens zal de startcondensator 35 worden opgeladen via de keten 18, 33, 35 en A,D. Wanneer de spanning op de condensator 35 de drempelspanning 15 van circuitelement 32 bereikt zal dat element 32 geleidend worden en via circuitelement 31 de halfgeleiderschakelaar 7 geleidend maken. De elektroden 2 en 3 van de lamp worden dan voorverhit (met behulp van de PTC 38, zie NL-TV 8400923).

Het stuursignaal voor het geleidend maken van 20 schakelelement 6 wordt rechtstreeks door de spanning van de condensatoren 4 en 11 geleverd. Tussen de punten P en A ontstaat over condensator 20 een wisselspanning met een frequentie die door spoel 19 en condensator 20 (de LC-trillingskring) zeer nauwkeurig is bepaald. De genoemde spanning is bepalend voor het uitschakelen van 7.

25 Schakelelement 7 is uitgeschakeld terwijl er nog een stroom loopt door spoel 5, waarbij er door 6 een vrijloopstroom optreedt. Hierdoor krijgt punt A dezelfde potentiaal als punt D. Als de spanning op punt P negatief wordt ten opzichte van punt A wordt de aansturing van de hulptransistor 22 via gelijkrichtelement 10 ongedaan gemaakt en gaat 22 30 uit geleiding. Zodra echter het spanningsverschil tussen P en A weer nul is, wordt de hulptransistor 22 geleidend en wordt 6 ongeleidend. Dan wordt ook 7 weer geleidend etc. In het stuurcircuit 9 van schakelelement 7 wordt dus de spanning gemeten en deze informatie is bepalend voor het geleidend maken van het element 6.

35 Met behulp van de elementen 28, 29 en 30 kan de frequentie van de trillingskring worden ingesteld voor het ontsteken van de lamp.

8701314 PHN 12.138 7

In een uitvoeringsvoorbeeld hadden de meest wezenlijke circuitelementen de volgende waarden: condensator 4: 220 nF 11: 220 nF

5 20: 10 nF

* 40: 11 yF

35: 22 nF

spoel 5: 3 mHenry spoel 19: 680 pHenry 10 windingsverhouding spoel 5: spoel 21 = 200 : 7 windingen M0S-FET 6: type BST 78 M0S-FET 7: type BST 78 transistor 22: type BC 547 frequentie LC-kring: 28 kHz.

15

In dit uitvoeringsvoorbeeld ontstak de lamp 1 op een spanning van 600 V tussen de elektroden 2 en 3. De lamp is een lamp met vier in een carré geplaatste met elkaar verbonden ontladingsbuisjes (zie bijvoorbeeld NL-TV 8600252). Het lamprendement 20 bedroeg circa 60 lm/Watt.

« 8701314

Claims (5)

1. Gelijkstroom-wisselstroom omzetter voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp, welke omzetter twee ingangsklemmen bevat die bestemd zijn om te worden aangesloten op een gelijkspanningsbron, welke ingangsklemmen zijn verbonden door een 5 serieschakeling met een belastingsketen die althans de ontladingslamp en een induktiespoel bevat, alsmede een eerste halfgeleiderschakelelement met vrijloopdiode, welke belastingsketen is overbrugd door een keten met een tweede halfgeleiderschakelement eveneens met vrijloopdiode, welke halfgeleiderschakelelementen zijn voorzien van stuurcircuits voor het om 10 beurten geleidend maken van die schakelelementen, met het kenmerk, dat het stuurcircuit van het tweede schake]element is voorzien van een spanningsmeetpunt dat is verbonden met een gelijkrichtelement, dat is aangesloten op het stuurcircuit van het eerste schakelelement.

2. Gelijkstroom-wisselstroom omzetter volgens conclusie 1, 15 met het kenmerk, dat het gelijkrichtelement is aangesloten op het als spanningsmeetpunt fungerende middenaftakpunt (P) van een LC-trillingskring in het stuurcircuit van het tweede schakelelement, waarbij de spoel van de LC-kring magnetisch ontkoppeld is van de induktiespoel en welk middenaftakpunt middels de condensator van de LC-20 kring is verbonden met de belastingsketen.

3. Geli jkstroom-wisselstroom omzetter volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het stuurcircuit van het eerste schakelelement een met één ingangsklem verbonden keten bevat voor het inschakelen van het schakelelement, en een aparte keten voor het uitschakelen van 25 dat schakelelement, welke laatste keten een derde halfgeleiderschakelelement bevat dat gedurende nagenoeg dezelfde perioden geleidend is als het tweede schakelelement.

4. Gelijkstroom-wisselstroom omzetter volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de spoel van de LC-trillingskring is 30 overbrugd door een variabele impedantie.

5. Gelijkstroom-wisselstroom omzetter volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de variabele impedantie een serieschakeling bevat van een weerstand en twee tegen elkaar in geschakelde zenerdioden. 8701314