DE3852745T2

DE3852745T2 - Elektrische Anordnung zum Zünden und Speisen einer Gasentladungslampe.

Info

Publication number: DE3852745T2
Application number: DE3852745T
Authority: DE
Inventors: Pieter Jan Bolhuis; Bijl Adrianus Martinus Joha De; Meurs Johannes Maria Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2008-10-05
Also published as: NL8702488A; US4937498A; JPH01134898A; DE3852745D1; EP0313134B1; EP0313134A1; ATE117159T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter zum Zünden und Speisen einer Gasentladungslampe, mit zwei Eingangsklemmen zum Verbinden mit einer Gleichspannungsquelle, wobei die Eingangsklemmen miteinander mittels einer Reihenschaltung mit einem Ladekreis verbunden werden, der wenigstens die Entladungslampe und eine Induktionsspule sowie ein erstes Halbleiterschaltelement enthält, der Ladekreis durch eine Schaltung mit einem zweiten Halbleiterschaltelement nebengeschlossen wird, und die Schaltelemente abwechselnd mit einer hohen Frequenz leitend und gesperrt gemacht werden. Ein Wechselrichter dieser Art ist aus der offengelegten niederländischen Patentanmeldung Nr. 8400923 bekannt.
Diese veröffentlichte Patentanmeldung gibt eine Beschreibung eines Wandlers vom Halbbrückentyp, in dem die Lampe durch einen Kondensator und einen Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) nebengeschlossen ist. Durch die Elektroden wird dabei ein ziemlich großer Vorheizstrom erzeugt, wonach die Lampe leicht zündet. Obschon von niedrigem Wert durchfließt ein Strom ununterbrochen die Elektroden auch im Betrieb in einem derartigen Wandler. Dies ist für den Wirkungsgrad des Wandlers nachteilig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen, in dem Energieverluste in den Elektroden der Lampe minimisiert werden.
Erfindungsgemäß wird ein Wechselrichter eingangs erwähnter Art dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe durch ein drittes Halbleiterschaltelement nebengeschlossen wird, das beim Vorheizen der Elektroden leitet, wonach der Wechselrichter kurzzeitig außer Betrieb gesetzt wird, um die Lampe zu zünden, und diese Zeit ist kürzer als die erforderliche Zeit zum Kühlen der Lampenelektroden unter ihre Emissionstemperatur, wonach der Wechselrichter wieder in Betrieb gesetzt wird.
Das dritte Schaltelement ist also beim Vorheizen der Elektroden der Lampe geschlossen. Da der Hochfrequenzwandler ganz außer Betrieb gesetzt wird (beispielsweise beim Kurzschließen der Steuerung eines der Schalttransistoren), ist also das dritte Schaltelement gesperrt und wird danach im Lampenbetrieb nicht mehr leitend gemacht. Der ununterbrochene Stromfluß durch die Elektroden im Betrieb wird dabei vermieden. Die Zeitdauer, in der der Wechselrichter abgeschaltet ist, wird durch die Zeitdauer begrenzt, in der die Temperatur der Elektroden unter der Elektrodenemissionstemperatur gefallen ist. Wenn der Wechselrichter zulange außer Betrieb ist, fällt die Elektrodentemperatur auf einen zu niedrigen Wert, und verursacht damit die Gefahr der Zündung der Lampe bei zu kalten Elektroden. In einem praktischen Ausführungsbeispiel mit herkömmlichen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen beträgt diese Zeitdauer höchstens 10 ms.
Das Schaltelement wird in einem auf hoher Frequenz betriebenen Wechselrichter integriert. Abweichend beispielsweise von einem Kreis mit einem elektronischen Starter werden die Elektroden mit verhältnismäßig wenig Elementen vorgeheizt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Wechselrichters ist das dritte Halbleiterschaltelement ein Triac, während der Wechselrichter eine Zeit außer Betrieb gesetzt wird, die länger ist als die Wiederholungszeit des Triacs.
Der Triac hat eine Möglichkeit zum Abschalten. Faktisch durchfließt ein Strom mit einer Frequenz, die größer ist als etwa 20 kHz, den Triac in der Vorheizstufe. Dies ist eine so hohe Frequenz, daß der Triac nicht abgeschaltet wird.
Die Zeit der Unterbrechung des Stroms wird derart gewählt, daß die Temperatur der Elektroden beim Zünden der Lampe noch hoch genug ist und daß es immer noch ausreichend ionisierte Teilchen im Entladungsraum der Lampe gibt. Abhängig vom Triactyp und von der Güte der Elektroden liegt die Zeit zwischen 10 us und 10 ms. In einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt die außerbetriebliche Dauer des Wechselrichters etwa 2 ms.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 1 eine rohrförmige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe bezeichnet. Die Lampe enthält zwei vorheizbare Elektroden 2 und 3.
Die Klemmen C und D sind die Eingangsklemmen des Hf- Wechselrichters. Sie dienen zum Verbinden mit einer Gleichspannungsquelle, die aus der Diodenbrücke 4 mit dem Kondensator 5 besteht. Die Brücke ist über das Eintrittsfilter 6 mit den Klemmen A und B verbunden, zwischen denen eine Wechselspannung liegt (220 V, 50 Hz).
Die Klemmen C und D werden mittels einer Reihenschaltung eines Ladekreises miteinander verbunden, der einen reihengeschalteten Kondensator 7, die Lampe 1, eine Induktionsspule 8 und ein erstes Halbleiterschaltelements (Transistor) 9 enthält. Der Kreis mit dem Kondensator 7, der Lampe 1 und der Spule 8 wird durch eine Schaltung mit einem zweiten Halbleiterschaltelement (Transistor) 10 nebengeschlossen. Die freilaufenden Dioden 9b und 10b sind parallel über 9 und 10 angeordnet.
Die zwei Schaltelemente werden mit einer hohen Frequenz mit den Steuerschaltungen 9a und 10a (schematisch dargestellt) abwechselnd leitend und gesperrt gemacht. Die Lampe 1 wird mit dem Kondensator 11 und mit einem dritten Halbleiterschaltelement 12 (Triac) nebengeschlossen, das beim Vorheizen der Elektroden 2 und 3 leitet. Die Steuerelektrode des Triacs 12 ist mit der Klemme D über eine Reihenschaltung aus einer Diode 13 und einem Kondensator 14 verbunden. Der Knotenpunkt der Lampe 1 und des Kondensators 7 ist ebenfalls mit der Klemme D über den Kondensator 15 verbunden.
Die Reihenschaltung der zwei Halbleiterschaltelemente 9 und 10 wird durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 16 und einem Kondensator 17 nebengeschlossen. Der Verbindungspunkt von 16 und 17 wird mit einem monostabilen Multivibrator 18 verbunden, der mit der Basis eines Schalttransistors 19 zwischen der Steuerelektrode und dem Emitter des Schaltelements 9 angeordnet ist.
Nach dem Vorheizen der Lampenelektroden wird der Wechselrichter kurzzeitig (etwa 2 ms) mit Hilfe der Elemente 13, 14, 16, 17 und 18 durch Aufsteuern des Transistors 19 und durch Kurzschließen der Steuerung des Schaltelements 9 außer Betrieb gesetzt. Die Kopplung von 9a mit der Steuerschaltung 10a (beispielsweise über einen Transformator, siehe NL 8400923) ergibt, daß 10a ebenfalls gesperrt wird. Diese Kopplung ist mit einer Linie zwischen 9a und 10a in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Kurzschlußdauer ist kürzer als die Zeit, die zum Kühlen der Lampenelektroden bis unter die Emissionstemperatur erforderlich ist. Wenn der Kurzschluß von 9 wieder beseitigt wird (und Hochfrequenzschalten des Wechselrichters wieder gestartet wird, beispielswiese mittels eines Startimpulses über ein Diac, siehe auch NL 8400923), zündet die Lampe nicht mit zu kalten Elektroden. Die erforderliche Zeit zum Abschalten des Triacs (durch Ausschalten des Wechselrichters) muß wenigstens 10 us abhängig vom Typ betragen.
Die Schaltung arbeitet wie folgt. Nach dem Verbinden der Klemmen A und B mit der Netzstromversorgung werden die Kondensatoren 7 und 15 über die Brücke 4 aufgeladen. Der Wechselrichter wird über einen Starterkreis (nicht dargestellt) gestartet. Der Triac 12 wird über die Diode 13 und den Kondensator 14 leitend gemacht und die Elektroden 2 und 3 werden vorgeheizt. Da die Elemente 9 und 10 auf einer hohen Frequenz schalten, durchfließt den Triac 12 ein Hochfrequenzstrom. Die Spannung am Kondensator 17 übersteigt den Schwellenwert des monostabilen Multivibrators 18, der darauf einen Impuls an die Basis des Transistors 19 legt, der damit aufgesteuert wird und die Steuerung von 9 kurzschließt. Der Wechselrichter ist dabei 2 ms außer Betrieb. Danach stoppt der Impuls und die Schalter 9 und 10 werden über den Starterkreis abwechselnd leitend und gesperrt gemacht. Der Triac 12 ist dabei nicht länger aufgesteuert, da der Kondensator 14 aufgeladen wird. Beim erneuten Einschalten durchfließt kein Strom das Gate von 12.
In einem Ausführungsbeispiel haben die wichtigsten Schaltungselemente folgende Werte:
Kondensator 5: 10 uF
Kondensator 7: 0,5 uF
Kondensator 15: 0,5 uF
Kondensator 11: 12 nF
Kondensator 14: 100 nF
Spule 8 : 2 mH.
Die Entladungslampe war eine rohrförmige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe (etwa 1,20 m) mit einer Leistung von 32 W. Die zwei Halbleiterschaltelemente 9 und 10 sind vom Typ BUT11 (Philips). Der Triac 12 war ein BT136 (Philips).

Claims

1. Wechselrichter zum Zünden und Speisen einer Gasentladungslampe (1), mit zwei Eingangsklemmen (C, D) zum Verbinden mit einer Gleichspannungsquelle, wobei die Eingangsklemmen miteinander mittels einer Reihenschaltung mit einem Ladekreis verbunden werden, der wenigstens die Entladungslampe (1) und eine Induktionsspule (8) sowie ein erstes Halbleiterschaltelement (9) enthält, der Ladekreis von einer Schaltung mit einem zweiten Halbleiterschaltelement (10) nebengeschlossen wird, und die Schaltelemente (9, 10) abwechselnd mit einer hohen Frequenz leitend und gesperrt gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1) durch ein drittes Halbleiterschaltelement (12) nebengeschlossen wird, das beim Vorheizen der Lampenelektroden leitet, wonach zum Zünden der Lampe (1) der Wechselrichter eine Zeit ausgeschaltet wird, die kürzer ist als die erforderliche Zeit zum Kühlen der Lampenelektroden (2, 3) bis unter ihre Emissionstemperatur, und nach dieser Zeit wieder in Betrieb gesetzt wird.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Halbleiterschaltelement (12) ein Triac ist, während der Wechselrichter eine Zeit außer Betrieb gesetzt wird, die länger ist als die Wiederholungszeit des Triacs.