NL8702383A

NL8702383A - Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp.

Info

Publication number: NL8702383A
Application number: NL8702383A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1989-05-01
Also published as: DE3886000D1; JPH01120797A; DE3886000T2; EP0311183B1; US4965493A; EP0311183A1

Description

V, PHN 12.271 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp"

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp, welke inrichting is voorzien van twee ingangsklemmen die zijn bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron waarbij in de aangesloten 5 toestand van de lamp de uitgangsklemmen van een met de wisselspanningsbron verbonden gelijkrichtbrug zijn verbonden met een gelijkstroom-wisselstroom omzetter met twee ingangsklemmen waarvan de ene klem althans via een serieschakeling met een eerste halfgeleiderschakelelement en een belastingsketen van althans een 10 induktiespoel en de ontladingslamp alsmede een kondensator met de andere klem is verbonden, welke belastingsketen en kondensator zijn overbrugd door een keten bevattende een tweede halfgeleiderschakelelement en een parallelschakeling van een derde halfgeleiderschakelelement en een diode, waarbij voorts de eerste twee 15 halfgeleiderschakelelementen zijn overbrugd door een buffercondensator. Een dergelijke inrichting is bekend uit de gepubliceerde Britse octrooiaanvrage nr. 2.124.042.

In deze Britse octrooiaanvrage wordt een hoogfrequent ballastcircuit met een gasontladingslamp beschreven met een DC-AC 20 omzetter van het type halve- of hele brug. Het circuit is zodanig opgebouwd dat tijdens het bedrijf laadstroompieken van de buffercondensator in de netvoeding worden onderdrukt zonder gebruik te maken van speciale filters (zoals omvangrijke smoorspoelen). Dit is mogelijk door de buffercondensator een hogere spanning dan de top van de 25 netspannning te geven.

Gebleken is dat slechts bij een combinatie van een lamp met een bepaald vermogen en de daarbij behorende specifieke waarden van in het circuit opgenomen elektrische componenten een redelijke onderdrukking van de genoemde stroompieken kon worden gerealiseerd.

30 Voor het bedrijven van een lamp met een ander vermogen was een aanpassing van de waarden van de genoemde componenten noodzakelijk. Dit is een bezwaar, daar dergelijke circuits dan moeilijk universeel 870 2 38 3 t PHN 12.271 2 toepasbaar zijn voor lampen met verschillende vermogens.

De uitvinding heeft tot doel een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen met een circuit dat universeel toepasbaar is voor lampen met verschillende vermogens, ofwel voor lampen 5 waarvan de boogspannig tijdens bedrijf varieert, waarbij tegemoetgekomen wordt aan internationale normen die aangaande netstroomvervorming worden gesteld.

Een dergelijke inrichting wordt daartoe volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat het derde halfgeleiderschakelelement 10 is voorzien van een stuurcircuit waarmede het derde schakelelement geleidend wordt gemaakt gedurende een bepaalde tijd aan het begin van elke periode van de hoogfrequent cyclus van de omzetter.

Een inrichting volgens de uitvinding is universeel toepasbaar voor lampen met verschillende vermogens. Voorts is gebleken 15 dat bij een zich tijdens lampbedrijf wijzigende lampspanning door een aanpassing van de geleidingstijd van het derde halfgeleiderschakelelement bij een gewenst lampvermogen een netstroom werd verkregen waarvan de vorm aan de daarvoor geldende internationale normen tegemoet kwam. Ook werd een juiste spanningswaarde over de buffercondensator 20 gerealiseerd. Het vervangen van bepaalde elektrische componenten door andere voor toepassing van lampen met andere vermogens is dus niet nodig. Dergelijke circuits kunnen in grote aantallen worden gefabriceerd.

Door het instellen van de geleidingstijd van het derde 25 halfgeleiderschakelelement kunnen van de sinusgedaante afwijkende stroomvormen worden gemaakt die voldoen aan de normen met betrekking tot netstroomvervorming. In het circuit volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een trapezoidale netstroomvorm, waardoor de mogelijkheid is geschapen de stroom door de lampelektroden, de spoel 30 en de schakelelementen lager te kiezen dan in het bekend circuit. Het rendement van het circuit volgens de uitvinding is dan aanzienlijk beter.

De uitvinding berust op de gedachte dat met behulp van het geleidend en ongeleidend maken van het derde schakelelement de 35 energiestroom door de belastingsketen wordt gestuurd. Als het schakelelement ongeleidend is komt de energie uit het voedingsnet. Bij geleiden wordt de energie uit de buffercondensator gehaald. De opname 8702383 Λ ΡΗΝ 12.271 3 van lading uit het net wordt dan gestopt. De geleidingstijd wordt zo ingesteld, dat de opgenomen lading uit de respectievelijke "bronnen" (buffercondensator en net) aanleiding geeft tot een trapezoldale netstroom.

5 Opgemerkt wordt dat in de eerder genoemde Britse octrooiaanvrage in een bepaalde uitvoeringsvorm eveneens een halfgeleiderschakelelement parallel is geschakeld over een diode. Dit schakelelement dient echter ter beveiliging van de buffercondensator en wordt daartoe geleidend gemaakt gedurende een groot aantal 10 aaneengesloten hoogfrequente perioden.

In een speciale uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is in de overbruggende keten met het tweede halfgeleiderschakelelement en de parallelschakeling van de diode en het derde halfgeleiderschakelelement een stroomsensor ter meting van de 15 stroom door de diode opgenomen, welke sensor is gekoppeld aan het stuurcircuit van het derde halfgeleiderschakelelement.

Net behulp van de stroomsensor wordt een synchronisatie bewerkstelligd met de hoogfrequent spanning over het derde schakelelement.

20 Door meting van de stroomsterkte in de keten wordt het derde halfgeleiderschakelelement pas ingeschakeld als de spanning daarover nul volt is. Hierdoor zijn de inschakelverliezen van het derde schakelelement minimaal.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 25 een tekening waarin in figuur 1 schematisch een uitvoeringsvorm van een elektrische inrichting volgens de uitvinding met een daarop aangesloten ontladingslamp is getoond.

Fig. 2a tot en met d toont de gedaante van respectievelijk de normale laagfrequente netstroom (IN) en van de h.f 30 stroom door de belastingsketen (iL), het derde schakelelement is en de h.f. netstroom (xN).

De inrichting bevat een tweetal ingangsklemmen 1 en 2 die bestemd zijn om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron. Op de klemmen is voorts aangesloten (via ontstoorfilter 3) een gelijkrichtbrug 35 met vier dioden 4, 5, 6 en 7. De uitgangen van de brug zijn aangesloten op de ingangsklemmen A en B van een hoogfrequent DC/AC omzetter.

De klemmen A en B van de omzetter zijn met elkaar 6702383 ΡΗΝ 12.271 4 verbonden door een serieschakeling bevattende een eerste halfgeleiderschakelelement 9 en een belastingsketen van een induktiespoel 10, de elektroden 11 en 12 van lamp 13 (met condensatoren 14a en 14b) en de condensator 15. De elementen 10 tot en met 15 zijn 5 overbrugd door een keten met een tweede halfgeleiderschakelelement 16 alsmede een parallelschakeling van een diode 17 en het derde halfgeleiderschakelelement 18 (in serie met diode 42). De beide eerste halfgeleiderschakelelementen (9 en 16) zijn npn transistoren; het derde schakelelement is een MOS-FET. De elementen 9 en 16 zijn overbrugd door 10 buffercondensator 8.

De genoemde schakelelementen 9 en 16 zijn voorzien van stuurcircuits 19 en 20 voor het om beurten geleidend maken van de beide schakelelementen 9 en 16. Voorts zijn parallel over deze schakelelementen de dioden 21 en 22 geplaatst.

15 De stuurcircuits 19 en 20 zijn slechts schematisch aangegeven. In de genoemde uitvoeringsvorm zijn deze circuits geïntegreerd in de omzetter op een wijze zoals is getoond in de NL-terinzage gelegde octrooiaanvrage nr. 82 01 631 (PHN 10.337).

Het stuurcircuit van het derde halfgeleiderschakelelement 20 18 is meer in detail in de tekening weergegeven. Het element 18 is in serie geschakeld met diode 42. Parallel aan deze keten van 18 en 42 is geschakeld de serieschakeling van diode 17 en de primaire wikkeling 23 van transformator 24 (de stroomsensor ter meting van de stroom door 17). Parallel over de secundaire wikkeling 25 van deze transformator 24 25 is weerstand 26 geschakeld. Voorts is parallel hierover geschakeld een transistor 27, waarvan over de basis-collector een diode 28 aanwezig is. De collector is tevens verbonden met stroombron 29. Tenslotte is parallel over de collector-emitter van de transistor condensator 30 geschakeld.

30 Een uiteinde van de primaire wikkeling is via diode 28 verbonden met ingangsklem 31a van vergelijkingsschakeling 31. De andere ingangsklem 31b van de vergelijkingsschakeling 31 is verbonden met een deelnetwerk, dat een met de voedingsnetfrequentie gemoduleerde en van de spanning over buffercondensator 8 afgeleide spanning genereert. De 35 ingangsklem 31b is via een serieschakeling van diode 32 en weerstand 33 met klem B van de omzetter verbonden. Het verbindingspunt van 32 en 33 is via condensator 34 met massa verbonden. De genoemde ingangsklem 87 0 2.38 3 PHN 12.271 5 (31b) is voorts via variabele weerstand 35 en DC voedingsbron 36 met massa verbonden. Daarnaast is klem 31b via de parallelschakeling van weerstand 37 en variabele weerstand 38 met massa verbonden. De uitgangsklem 31c is verbonden met de stuurelektrode van het derde 5 halfgeleiderschakelelement 18 en via weerstand 41 met een voedingsbron van 12 V (DC)..

Het beschreven circuit werkt als volgt.

Als op de klemmen 1 en 2 een wisselspanning (220 V, 50 Hz) wordt aangesloten, zal tussen de klemmen A en B een gelijkspanning komen te 10 staan. Daarna worden met een startcircuit en een tijdcircuit de beide schakelelementen 9 en 16 om beurten geleidend gemaakt (zie hiervoor de eerder genoemde NL-terinzage gelegde aanvrage Nr. 82 01 631).

Met behulp van transformator 24 en transistor 27 wordt een zaagtandgenerator gecreëerd die gesynchroniseerd is met de 15 nuldoorgangen van de stroom door diode 17.

Als in diode 17 een stroom loopt wordt in de secundaire wikkeling 25 van de transformator 24 een spanning opgewekt, zodat transistor 27 geleidend wordt en condensator 30 ontlaadt. De spanning op klem 31a is lager dan de spanning op klem 31b, waarmee de spanning 20 op 31a steeds wordt vergeleken. Via uitgangsklem 31c wordt de stuurelektrode van schakelelement 18 bekrachtigd en wordt dit element geleidend. Is de stroomrichting in het circuit omgedraaid (element 18 blijft in geleiding) dan wordt de stroom door de transformator 24 nul waardoor transistor 27 afgeschakeld wordt. Er vloeit een constante 25 stroom door condensator 30, waardoor de zaagtandstroomvorm ontstaat. Zodra de spanning op klem 31a groter wordt dan op klem 31b, wordt de spanning op de stuurelektrode van 18 laag en wordt schakelelement 18 ongeleidend gemaakt.

Door de zaagtand te vergelijken (middels 31) met de 30 spanning opgewekt met behulp van de elementen 32 tot en met 38 wordt van schakelaar 18 de verhouding van de geleidingstijd en de repetitiecyclus (duty factor) beïnvloed en de netstroom geregeld.

In een concreet uitvoeringsvoorbeeld hebben de belangrijkste circuitelementen de waarden die in de onderstaande tabel 35 zijn aangegeven: 870238 3 \ \ PHN 12.271 6

TABEL

kondensator 34 1 nF

" 30 1 nF

5 14a 15 nF

" 14b 6,8 nF

weerstand 33 560 kOhm • 37 100 kOhm " 38 100 kOhm 10 11 35 220 kOhm • 26 560 Ohm 41 560 Ohm

spoel 10 2 mH

overzetverhouding van 15 transformator 24 1 op 10

In figuur 2a is de netstroom (IN) aangegeven bij een frequentie van 50 Hz. Op de horizontale as staat de tijd uit, en op de verticale as de stroomsterkte.

20 De interne toestand van de DC/AC omzetter gedurende het tijdinterval A-B (zie fig. 2a) is verder toegelicht in fig. 2b tot en met 2d.

De hoogfrequente stroom i^ door de spoel 10 van de belastingsketen is weergegeven in figuur 2b. Het beginpunt t=o is dus 25 willekeurig in de 50 Hz cyclus gekozen. De gedaante is nagenoeg sinusvormig. (In figuur 1 zijn tevens met pijlen de hoogfrequentstromen iN, is en iL aangegeven).

In figuur 2c is de hoogfrequente stroom (is) aangeduid door het derde schakelelement 18. Het element is gedurende korte tijd 30 aan het begin van elke positieve hoogfrequent periode geleidend. Daarna is het element ongeleidend. Onder de positieve periode wordt verstaan de tijd dat de stroom door de belastingsketen positief is. (Zie pijlrichting i^). Opgemerkt wordt dat bij plaatsing van element 18 in het circuit tussen klem A en element 9 het genoemde element 18 juist 35 geleidend is aan het begin van elke negatieve periode.

In figuur 2d tenslotte is de gedaante van de hoogfrequente netstroom (iN) weergegeven. De oppervlakte van het 8702383 * PHN 12.271 7 gearceerde deel is nagenoeg gelijk aan het oppervlak van het gearceerde deel van figuur 2a. Dit wordt geregeld met de geleidingstijd van element 18. De geleidingstijd is dan zodanig dat de opgenomen lading uit de de buffercondensator respektievelijk het net aanleiding geeft tot een 5 trapezoidale netstroom. Een dergelijke stroomvorm voldoet aan de geldende normen.

8702383

Claims

1. Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp, welke inrichting is voorzien van twee ingangsklemmen die zijn bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron waarbij in de aangesloten toestand van de lamp de 5 uitgangsklemmen van een gelijkrichtbrug zijn verbonden met een gelijkstroom-wisselstroom omzetter met twee ingangsklemmen waarvan de ene klem althans via een serieschakeling met een eerste halfgeleiderschakelelement en een belastingsketen van althans een induktiespoel en de ontladingslamp alsmede een kondensator met de andere 10 klem is verbonden, welke belastingsketen en kondensator zijn overbrugd door een keten bevattende een tweede halfgeleiderschakelelement en een parallelschakeling van een derde halfgeleiderschakelelement en een diode, waarbij voorts de eerste twee schakelelementen zijn overbrugd door een buffercondensator, met het kenmerk, dat het derde 15 halfgeleiderschakelelement is voorzien van een stuurcircuit waarmede het derde schakelelement geleidend wordt gemaakt gedurende een bepaalde tijd aan het begin van elke periode van de hoogfrequent cyclus van de omzetter.

2. Elektrische inrichting volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk, dat in de overbruggende keten met het tweede halfgeleiderschakelelement en de parallelschakeling van de diode en het derde halfgeleiderschakelelement een stroomsensor is opgenomen ter meting van de stroom door de diode, die is gekoppeld aan het stuurcircuit van het derde halfgeleiderschakelelement. 87 0 2.38 3 f