NL8800015A

NL8800015A - Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp.

Info

Publication number: NL8800015A
Application number: NL8800015A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1988-01-06
Publication date: 1989-08-01
Also published as: DE3886189T2; ATE98416T1; CN1034296A; JP2968532B2; DD277579A5; EP0323676A1; HUT49023A; EP0323676B1; US4949016A; DE3886189D1; JPH01213996A; HU199201B; CN1014857B

Description

i im ?HN 12.371 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 bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron, welke inrichting een gelijkrichtbrug bevat die is 5 aangesloten op een gelijkstroom-gelijkstroom omzetter die is voorzien van een gelijkrichtelement, een spoel en een aan een stuurcircuit gekoppeld hoogfrequent geschakeld halfgeleiderschakelelement, welke gelijkstroom-gelijkstroom (DC-DC) omzetter is verbonden met de ingangsklemmen van een van halfgeleiderschakel-elementen voorziene 10 hoogfrequent gelijkstroom-wisselstroom omzetter waarin de lamp is opgenomen, tussen welke ingangsklemmen een condensator is geschakeld, waarbij voorts tussen een der ingangsklemmen en een halfgeleiderschakelelement van de gelijkstroom-wisselstroom (DC-AC) omzetter een sensor is opgenomen ter meting van de door de omzetter 15 afgenomen stroom.

Een dergelijke inrichting is beschreven in de Engelse ter inzage gelegde octrooiaanvrage 2.016.222 A.

In deze octrooiaanvrage wordt een voedingsschakeling beschreven met een DC-DC omzetter, zoals een forward converter, die is 20 gekoppeld aan een hoogfrequent DC-AC omzetter. De DC-DC omzetter fungeert als stroombron voor een daaraan gekoppelde hoogfrequent schakelende gelijkstroom-wisselstroom omzetter. Met behulp van deze laatste omzetter wordt aan de lamp een blokvormige stroom toegevoerd. In het circuit is voorts een sensor opgenomen waarmee de stroomsterkte 25 voor de lamp wordt gemeten en middels een aan de sensor gekoppeld regelcircuit vergeleken met een vaste referentiestroom. Het regelcircuit zorgt er samen met een daaraan gekoppeld stuurcircuit van het halfgeleiderschakelelement in de forward converter voor dat het genoemde schakelelement zodanig geleidend en ongeleidend wordt gemaakt, dat de 30 stroomsterkte die wordt geleverd aan de lamp op een vooraf gekozen waarde wordt ingesteld.

Het bezwaar van het bekende circuit is evenwel, dat bij .8800015 4 PHN 12.371 2 bedrijf van een lamp met een relatief lage lampspanning (bijv. door ouderdom of in geval van een op een relatief warme plaats bedreven lagedrukkwikontladingslamp) het door de lamp opgenomen vermogen en dus de lichtopbrengst afneemt. Ook bij plaatsing in het circuit van een 5 lagedrukkwikontladingslamp waarbij in het lampvat een edelgasmengsel aanwezig is met een samenstelling die afwijkt van de gangbare waardoor de brandspanning eveneens afwijkend is, is gebleken dat de lichtopbrengst van een dergelijke lamp die is opgenomen in de bekende schakeling tot een onaanvaardbaar laag niveau is gedaald.

10 De uitvinding beoogt onder meer aan het hierboven geschetste probleem tegemoet te komen door een inrichting te verschaffen waarmede het door de lamp opgenomen vermogen tijdens zijn bedrijf steeds nagenoeg constant is.

Een inrichting voor het ontsteken en voeden van een 15 ontladingslamp van de in de aanhef genoemde soort wordt daartoe volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de lamp in serie is geschakeld met een frequentie afhankelijke impedantie en dat het stuurcircuit van het halfgeleiderschakelelement in de DC-DC omzetter is gekoppeld aan een regelcircuit en is geschakeld over de condensator waarbij door 20 instellen van de frequentie en de geleidingstijd van het halfgeleiderschakelelement de spanning over de condensator op een vaste waarde wordt ingesteld, waarbij de sensor is gekoppeld aan een tweede regelcircuit dat is verbonden met de stuurcircuits van de halfgeleiderschakelelementen van de DC-AC omzetter waarmee de frequentie 25 en/of de geleidingstijd van de schakelelementen van de DC-AC omzetter kan worden ingesteld en daarmee het door de lamp opgenomen vermogen.

In de inrichting volgens de uitvinding wordt tijdens bedrijf over de tussen de ingangsklemmen geschakelde condensator een constante gelijkspanning gerealiseerd door een geschikte keuze van de 30 geleidingstijd en de frequentie van het halfgeleiderschakelelement in de DC-DC omzetter (zoals een up-converter). Met behulp van de sensor en het daarmee verbonden regelcircuit wordt door een juiste keuze van de frequentie en de geleidingstijden van de halfgeleiderschakelelementen in de DC-AC omzetter de afgenomen condensatorstroom constant gehouden. (De 35 condensator betrekt zijn energie via de DC-DC omzetter uit het voedingsnet.) Het van de condensator afgenomen vermogen, en dus het door de lamp opgenomen vermogen is dan eveneens constant, daar door het .8800015

V

PHN 12.371 3 regelen van de frequentie de impedantie van het in serie met de lamp geschakelde element kan worden gevarieerd. De verliezen in de schakelelementen, de spoel in serie met de lamp en de sensor zijn dan zo gering mogelijk.

5 De lichtopbengst van een in de inrichting volgens de uitvinding opgenomen lamp is gunstig. Ook bij verlaging van de lampspanning die tijdens de levensduur van de lamp optreedt blijft de lichtopbrengst op een constant niveau gestabiliseerd.

De uitvinding is van bijzonder voordeel bij 10 lagedrukkwikdampontladingslampen waarbij de brandspanning door temperatuurverandering in de ontladingsbuis is gewijzigd. Zo treedt tijdens bedrijf van compacte fluorescentielampen waarvan de ontladingsbuis is omgeven door een buitenballon gemakkelijk een daling van de brandspanning Op als gevolg van stijging van de temperatuur in de 15 omgeving van de ontladingsbuis. De inrichting is derhalve zeer geschikt om opgenomen te worden in een dergelijke compacte fluorescentielamp. De inrichting volgens de uitvinding maakt het mogelijk het opgenomen lampvermogen over een breed temperatuurinterval constant te houden.

De inrichting volgens de uitvinding schept de 20 mogelijkheid verschillende typen lampen op eenzelfde vermogen in te stellen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding zijn de schakelfrequentie van het halfgeleiderschakelelement in de gelijkstroom-gelijkstroom omzetter 25 en de frequentie van de schakelelementen in de gelijkstroom-wisselstroom omzetter gelijk aan elkaar ofwel een veelvoud van elkaar.

De elektrische stromen die tijdens bedrijf door de condensator vloeien die is geschakeld tussen de ingangsklemmen van de DC-AC omzetter compenseren elkaar dan geheel of gedeeltelijk. De 30 belasting van de condensator is dan relatief laag hetgeen de levensduur van dat element gunstig beïnvloedt.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de spanning over de condensator continu instelbaar door de frequentie en de geleidingstijd van het 35 halfgeleiderschakelelement in de DC-DC omzetter in te stellen, waardoor het opgenomen lampvermogen eveneens instelbaar is. Door bijvoorbeeld gebruik te maken van een flyback-converter als DC-DC omzetter wordt over .8800015 * PHN 12.371 4 A.

de condensator door een gebruiker een bepaalde spanning ingesteld waardoor de lamp kan worden gedimd. De van de condensator afgenomen stroom blijft echter steeds constant. De DC-spanning over de condensator is evenredig met het opgenomen vermogen van de gedimde lamp. Het dimmen 5 van de lamp met behulp van het schakelelement in de DC-DC omzetter heeft het voordeel dat vermogensverliezen in de schakelementen en de spoel in de DC-AC omzetter bij het dimmen relatief gering zijn.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening waarin schematisch een uitvoeringsvorm van de inrichting 10 volgens de uitvinding is getoond.

In de tekening is met 1 een buisvormige lagedrukkwikdampontladingslamp weergegeven. De lamp bevat twee voorverhitbare elektroden 2 en 3. De lamp is opgenomen in een elektrische inrichting die met behulp van de ingangsklemmen 4 en 5 kan 15 worden aangesloten op een wisselspanningsbron (bijv. 220 V, AC). Via ingangsfilter 6 zijn de klemmen aangesloten op een gelijkrichtbrug 7 waarvan de uitgang is verbonden met de ingangsklemmen 8 en 9 van een gelijkstroom-gelijkstroom omzetter die is uitgevoerd als up-converter. Klem 8 is verbonden met een serieschakeling van spoel 10 20 gelijkrichtelement (diode) 11. Het verbindingspunt van 10 en 11 is aangesloten op de collector van halfgeleiderschakelelement 12 waarvan de emitter is verbonden met klem 9. Bij wijze van voorbeeld zijn in deze beschrijving de halfgeleiderschakelelementen als transistoren uitgevoerd. In een praktische uitvoeringsvorm zijn de genoemde 25 elementen MOS-FET's. De basis van 12 is aangesloten op een stuurcircuit 13, met behulp waarvan het schakelelement 12 hoogfrequent geleidend en ongeleidend kan worden gemaakt. Het stuurcircuit 13 is voorzien van een regelcircuit met referentiespanning (aangeduid met 14) met behulp waarvan de perioden en de frequentie van het geleidend resp. ongeleidend 30 zijn van schakelelement 12 zodanig worden beïnvloed dat over condensator 15 die is geschakeld tussen de klemmen 16 en 17 een gelijkspanning met een gestabiliseerde waarde is ingesteld. De klemmen 16 en 17 zijn de ingangsklemmen van een gelijkstroom-wisselstroom omzetter, waarin de lamp 1 is opgenomen. De klemmen 16 en 17 zijn met 35 elkaar verbonden door een serieschakeling van een condensator 18, een belastingketen bevattende de lamp 1 (met een parallel over de elektroden 2 en 3 geschakelde condensator 19) en een in serie met de lamp ,8800015 5 &.

PHN 12.371 5 geplaatste frequentie afhankelijke impedantie 20 (bijvoorbeeld een spoel). Voorts is in serie hiermee geschakeld een eerste halfgeleiderschakelelement 21, dat verder is gekoppeld aan een met klem 17 verbonden sensor 22 ter meting van de door de omzetter van de 5 condensator afgenomen stroom (zie later). Op het verbindingspunt van sensor 22 (bijvoorbeeld een weerstand met een lage waarde, een Hallelement of een andere DC-stroomsensorj, en schakelelement 21 is een condensator 23 aangesloten die tevens is verbonden met het verbindingspunt van condensator 18 en de lamp 1. De keten bevattende 10 condensator 18, de lamp 1 (met condensator 19) en de spoel 20 is overbrugd door het tweede halfgeleiderschakelelement 24.

De beide schakelelementen 21 en 24 worden met behulp van de slechts schematisch weergegeven stuurcircuits 21a en 24a om beurten hoogfrequent geleidend en ongeleidend gemaakt. De stuurcircuits 21a en 15 24a zijn gekoppeld aan elkaar (bijv. via een transformator, en hebben een gedaante zoals is beschreven in de NL-ter inzage gelegde octrooiaanvrage 84 00 923). Deze koppeling is in de tekening schematisch via een stippellijn weergegeven. De beide halfgeleiderschakelelementen 21 en 24 zijn overbrugd door de vrijloopdioden 25 en 26 (bij een M0S-FET 20 zijn deze geïntegreerd).

De sensor 22 is gekoppeld aan een regelcicuit 27 dat de over de sensor 22 gemeten spanning (en dus de door de omzetter afgenomen stroom) vergelijkt deze spanning met een referentiespanning, die wordt opgewekt in circuit 28.

25 Het regelcircuit 27 is gekoppeld aan de beide stuurcircuits 21a en 24a waarmee niet alleen de schakelfrequentie van de beide halfgeleiderschakelelementen 21 en 24 wordt geregeld maar ook de tijd per periode gedurende welke de elementen in geleiding zijn. Een dergelijke periode is de tijdsduur dat een schakelelement één keer 30 geleidend en één keer ongeleidend is ("duty cycle"). Met behulp van het regelcircuit 27 wordt de van de condensator afgenomen stroom, en daarmee het door de lamp 1 opgenomen vermogen, constant gehouden.

In de omzetter is tevens aanwezig een startcircuit om het hoogfrequent schakelen van de omzetter te starten (niet getoond in de 35 tekening). Een dergelijk circuit is beschreven in de eerder genoemde NL-ter inzage gelegde octrooiaanvrage 84 00 923.

De in de tekening getoonde schakeling werkt als volgt.

.8800015 PHN 12.371 6 «

Na aansluiten van de klemmen 4 en 5 op het voedingsnet wordt door keuze van de frequentie van het ongeleidend/geleidend zijn en de duty cycle van het halfgeleiderschakelelement 12 een constante spanning over de condensator 15 gerealiseerd. De elementen 10, 11 en 12 vormen een 5 zogenaamde up-converter. De spanning over de condensator 15 is hoger dan de topwaarde van de spanning tussen de klemmen 8 en 9.

Via een startcircuit (niet getoond) wordt de DC-AC omzetter gestart en worden de schakelelementen 21 en 24 om beurten hoogfrequent geleidend en ongeleidend gemaakt. Het vermogen voor de lamp 10 1 wordt betrokken van condensator 15. De afgenomen stroom van deze condensator wordt nu constant gehouden met behulp van sensorelement 22. De over dit element gemeten spanning wordt door het regelcircuit 27 vergeleken met een referentiespanning afkomstig van 28. Indien bijvoorbeeld de spanning over de lamp daalt moet, om het opgenomen 15 lampvermogen constant te houden, de lampstroom toenemen. Dit wordt gerealiseerd door de schakelfrequentie van 21 en 24 te verlagen. De impedantie van 20 daalt en die van condensator 19 stijgt, hetgeen een toename van de lampstroom betekent. Het door de lamp opgenomen vermogen blijft dan constant.

20 De frequentie van de DC-AC omzetter bedraagt in een praktische uitvoeringsvorm circa 28 kHz. Daarbij is de frequentie van de DC-DC omzetter 56 kHz. Door de DC-DC omzetter uit te voeren als flyback omzetter kan door wijziging van zijn frequentie c.q. de duty cycle van de schakelaar de gelijkspanning over de condensator 15 25 worden ingesteld en het opgenomen vermogen door lamp 1 worden beïnvloed (dim-effect).

Indien de duty cycle van de flyback omzetter wordt ingesteld en daarmee de spanning over 15 op een bepaalde waarde wordt het door de lamp opgenomen vermogen geregeld. Daarbij is gebleken dat de 30 frequentie van de DC-AC omzetter nagenoeg constant blijft. Slechts de spanning over de centrale tak (1, 19 en 20) van de DC-AC omzetter is evenredig lager met de spanning over condensator 15. Het voordeel daarvan is dat de lamp gedimd wordt zonder grote wijziging van de frequentie. De kans op radiostoring is kleiner dan bij schakelingen 35 waarbij de lamp wordt gedimd door frequentiewijziging.

In deze uitvoeringsvorm is de lamp een buisvormige lagedrukkwikdampontladingslamp met een vermogen van 32 W (TL-D h.f.). De .8800015 Λ * ΡΗΝ 12.371 7 capaciteit van condensator 15 is 47 pF, die van condensator 19 is 10 nF. De capaciteit van de condensatoren 18 en 23 is 0,5 pF. De spoel 10 is circa 2mH, spoel 20 circa 3,2 mH. Het sensorelement 22 is een weerstand van 0,1 2. De diode 11 is een BYV 26C (Philips). De 5 halfgeleiderschakelelementen 12, 21 en 24 zijn MOS-FET's van het type BUZ 76 (Philips). Tussen de klemmen 4 en 5 staat een spanning van 220 V (AC), 50 Hz.

.8800015

Claims

1. Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een gasontladingslamp, welke inrichting is bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron, welke inrichting een gelijkrichtbrug bevat die is aangesloten op een gelijkstroom-5 gelijkstroom omzetter die is voorzien van een gelijkrichtelement, een spoel en een aan een stuurcircuit gekoppeld hoogfrequent geschakeld halfgeleiderschakelelement, welke gelijkstroom-gelijkstroom (DC-DC) omzetter is verbonden met de ingangsklemmen van een van halfgeleiderschakel- elementen voorziene hoogfrequent gelijkstroom-10 wisselstroom (DC-AC) omzetter waarin de lamp is opgenomen, tussen welke ingangsklemmen een condensator is geschakeld, waarbij voorts tussen een der ingangsklemmen en een halfgeleiderschakelelement van de DC-AC omzetter een sensor is opgenomen ter meting van de door de omzetter afgenomen stroom, met het kenmerk, dat de lamp in serie is geschakeld 15 met een frequentie afhankelijke impedantie en dat het stuurcircuit van het halfgeleiderschakelelement in de DC-DC omzetter is gekoppeld aan een regelcircuit en is geschakeld over de condensator waarbij door instellen van de frequentie en de geleidingstijd van het halfgeleiderschakelelement de spanning over de condensator op een vaste 20 waarde wordt ingesteld, waarbij de sensor is gekoppeld aan een tweede regelcircuit dat is verbonden met de stuurcircuits van de halfgeleiderschakelelementen van de DC-AC omzetter waarmee de frequentie en/of de geleidingstijd van de schakelelementen van de DC-AC omzetter kan worden ingesteld en daarmee het door de lamp opgenomen vermogen. 25

2. Elektrische inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de schakelfrequentie van het halfgeleiderschakelelement in de gelijkstroom-gelijkstroom omzetter en de frequentie van de schakelelementen in de gelijkstroom-wissselstroom omzetter gelijk zijn aan elkaar ofwel een veelvoud van elkaar zijn. 30

3. Elektrische inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de spanning over de condensator continu instelbaar is, door het instellen van de frequentie en de geleidingstijd van het halfgeleiderschakelelement in de gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter, waardoor het opgenomen lampvermogen eveneens instelbaar is. .8800015