[go: up one dir, main page]

NL8900703A - HIGH-FREQUENT BALLAST. - Google Patents

HIGH-FREQUENT BALLAST. Download PDF

Info

Publication number
NL8900703A
NL8900703A NL8900703A NL8900703A NL8900703A NL 8900703 A NL8900703 A NL 8900703A NL 8900703 A NL8900703 A NL 8900703A NL 8900703 A NL8900703 A NL 8900703A NL 8900703 A NL8900703 A NL 8900703A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
voltage
lamp
frequency
ballast according
power
Prior art date
Application number
NL8900703A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Nedap Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nedap Nv filed Critical Nedap Nv
Priority to NL8900703A priority Critical patent/NL8900703A/en
Priority to DE4009267A priority patent/DE4009267A1/en
Priority to NL9000680A priority patent/NL9000680A/en
Publication of NL8900703A publication Critical patent/NL8900703A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/538Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881Load circuits; Control thereof
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881Load circuits; Control thereof
    • H05B41/2882Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter
    • H05B41/2883Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter the controlled element being a DC/AC converter in the final stage, e.g. by harmonic mode starting
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2885Static converters especially adapted therefor; Control thereof
    • H05B41/2887Static converters especially adapted therefor; Control thereof characterised by a controllable bridge in the final stage
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2921Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2926Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against internal abnormal circuit conditions
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • H05B41/38Controlling the intensity of light
    • H05B41/382Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase
    • H05B41/388Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase for a transition from glow to arc
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/36Controlling
    • H05B41/38Controlling the intensity of light
    • H05B41/39Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3925Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by frequency variation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

NEDAP N.V.NEDAP N.V.

GroenloGroenlo

Hoogfrequent voorschakelapparaatHigh frequency ballast

De uitvinding betreft een hoogfrequent voorschakelapparaat voor midden- en hogedruk metaaldamp gasontladingslampen. Hoogfrequent voor-schakelapparaten kunnen zeer compact zijn en zijn goed regelbaar. Hoogfrequent voorschakelapparaten voor genoemd type lampen zijn onder andere bekend uit publicaties DE 3445817, DE 3623306, US 4170747 en EUR 0240049.The invention relates to a high-frequency ballast for medium and high-pressure metal vapor gas discharge lamps. High-frequency ballasts can be very compact and are easily adjustable. High-frequency ballasts for the said type of lamps are known, inter alia, from publications DE 3445817, DE 3623306, US 4170747 and EUR 0240049.

De in publicatie DE 3445817 en EUR 0240049 beschreven voorschakelapparaten bevatten een regelbare gelijkspanning-gelijkspannings-omzetter, gevolgd door een wisselrichter. Met deze oplossing worden akoestische resonanties in de gasontladingsboog voorkomen, maar het voorschakelapparaat wordt relatief duur en omvangrijk, omdat twee in serie geschakelde vermogensomzetters moeten worden gebruikt. De in publicatie DE 3623306 en US 4170747 beschreven voorschakelapparaten bestaan weliswaar uit één enkele bruginverter, maar er worden gescheiden stuurcircuits toegepast om één zijde van de brug met een hoge frequentie aan te sturen en de andere zijde met een lage frequentie. Dit brengt in vergelijking tot een bruginverter waarbij één aanstuurfrequentie wordt toegepast, extra kosten met zich mee. Voorts wordt in alle genoemde publicaties een separate schakeling gebruikt om de lampen te ontsteken, hetgeen de schakeling duurder en omvangrijker maakt.The ballasts described in publication DE 3445817 and EUR 0240049 contain an adjustable DC-DC converter, followed by an inverter. This solution prevents acoustic resonances in the gas discharge arc, but the ballast becomes relatively expensive and bulky, because two series-connected power converters must be used. Although the ballasts described in publication DE 3623306 and US 4170747 consist of a single bridge inverter, separate control circuits are used to drive one side of the bridge at a high frequency and the other side at a low frequency. This entails additional costs compared to a bridge inverter in which one drive frequency is applied. Furthermore, in all the publications mentioned, a separate circuit is used to ignite the lamps, which makes the circuit more expensive and more extensive.

Het is bekend, onder andere uit publicatie DE 3511661, om gasontla-dingslampen te ontsteken door gebruik te maken van de opslingering van de spanning in een serie-resonante kring. De bekende schakelingen zijn echter niet zonder meer te gebruiken voor grote vermogens. In geen van de bovengenoemde voorschakelapparaten zijn speciale maatregelen genomen om lampvermogen, lichtintensiteit of lamp temperatuur te stabiliseren, zoals in vele industriële toepassingen van midden- en hogedruk gasontladingslampen met middelgrote vermogens, in de grootte-orde van 500 W tot 3000 ff wenselijk is.It is known, inter alia from publication DE 3511661, to ignite gas discharge lamps by using the oscillation of the voltage in a series resonant circuit. However, the known circuits cannot simply be used for large powers. None of the above-mentioned ballasts have taken special measures to stabilize lamp power, light intensity or lamp temperature, as is desirable in many industrial applications of medium and high pressure medium discharge gas discharge lamps of the order of 500 W to 3000 ff.

Voorts wordt in geen van de genoemde publicaties aandacht besteed aan het probleem van de power-factor. Dit probleem ontstaat als de gelijkspanning van de bruginverter wordt verkregen door een netwisselspanning gelijk te richten en af te vlakken.Furthermore, none of the aforementioned publications addresses the problem of the power factor. This problem arises when the DC voltage of the bridge inverter is obtained by rectifying and smoothing a mains AC voltage.

Hierbij ontstaan hogere harmonische stromen in het voedende net, die tot extra verliezen kunnen leiden in het wisselspannings-distributienet, en die smeltveiligheden eerder kunnen doen aanspreken en tot vervorming kunnen leiden van de spanningsvorm in het voedende wisselspanningsnet.This results in higher harmonic currents in the supply network, which can lead to additional losses in the alternating voltage distribution network, and which can trigger fuses earlier and lead to distortion of the voltage form in the supplying alternating voltage network.

Er zijn schakelingen bekend die dit probleem opvangen. Hierbij wordt echter gebruik gemaakt van een extra zelfinductie en half-geleiderschakelelement met bijbehorende stuurschakelingen, het geen tot extra kosten leidt en het apparaat omvangrijker maakt.Circuits are known to deal with this problem. However, an additional self-inductance and semiconductor switching element with associated control circuits is used, which does not lead to additional costs and makes the device more extensive.

Een dergelijke methode is bijvoorbeeld beschreven in artikel ’Simplified Control Algorithm for Active Power Factor Correction door Neil J. Earabas, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 1-9. Eenvoudiger methoden voor power factor correctie met name ook in hoogfrequent voorschakelapparaten zijn tevens beschreven in Ά power Factor Corrected, MOSFET Multiple Output,Such a method is described, for example, in article Simplified Control Algorithm for Active Power Factor Correction by Neil J. Earabas, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 1-9. Simpler methods for power factor correction, especially in high-frequency ballasts, are also described in Power Factor Corrected, MOSFET Multiple Output,

Flyback Switching supply1 door J.J. Spangler, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 19-32. Ook deze methode vereist echter extra vermogenscomponenten en brengt daardoor extra kosten met zich mee.Flyback Switching supply1 by J.J. Spangler, Proceedings of the tenth international PCI-85 Conference, pp 19-32. However, this method also requires additional power components and therefore entails additional costs.

Het is bekend uit publicaties NL 8600812 en DE 3505182 het lamp-vermogen van een hogedruk gasontladingslamp stabiel te houden en te kunnen regelen. Hierbij wordt echter 'gebruik gemaakt van een lage lampfrequentie.It is known from publications NL 8600812 and DE 3505182 to keep and control the lamp power of a high-pressure gas discharge lamp. However, use is made of a low lamp frequency.

Het is algemeen bekend zogenaamde volle brugschakelingen toe te passen voor het omzetten van een gelijkspanning in een wisselspanning met hoge frequentie. Hierbij worden vaak stuurtransformatoren toegepast voor de aansturing van de schakelelementen van de brug-schakeling, zonodig gevolgd door een bufferschakeling om de stuur-aansluiting van het schakelelement, laag ohmig aan te kunnen sturen. Deze bufferschakelingen hebben dan echter weer voedingsspanning nodig, waarvoor gescheiden wikkelingen van een aparte transformator gebruikt worden, hetgeen vrij veel extra kosten met zich mee brengt en extra ruimte kost.It is generally known to use so-called full bridge circuits for converting a DC voltage into a high-frequency AC voltage. Here, control transformers are often used to drive the switching elements of the bridge circuit, followed if necessary by a buffer circuit in order to drive the control connection of the switching element, low-ohmic. However, these buffer circuits then require supply voltage, for which separate windings from a separate transformer are used, which entails quite a lot of extra costs and extra space.

Het doel van de uitvinding is de constructie mogelijk te maken van een hoogfrequent voorschakelapparaat, waarbij één enkele bruginverter wordt toegepast en waarvan de frequentie over een groot bereik kan worden gevarieerd om het lampvermogen te kunnen regelen, dat tevens dient om de lampen zonder speciale additionele startcircuits te kunnen ontsteken, en waarbij tevens genoemde akoestische resonanties worden voorkomen.The object of the invention is to enable the construction of a high-frequency ballast using a single bridge inverter, the frequency of which can be varied over a wide range in order to control the lamp power, which also serves to control the lamps without special additional starting circuits. to ignite, and also avoiding said acoustic resonances.

Een ander doel is op eenvoudige wijze een instelling en stabili satie van het lampvennogen of de lichtintensiteit mogelijk te maken.Another object is to enable simple adjustment and stabilization of the lamp power or the light intensity.

Nog een ander doel is geregelde geforceerde koeling van de lamp mogelijk te maken, waardoor nog kompaktere lampen met een groteYet another goal is to allow controlled forced cooling of the lamp, which allows for still more convenient lamps with a large

vermogensdichtheid kunnen worden geconstrueerd, terwijl dan tevens Ipower density can be constructed, while at the same time I

een optimale lamptemperatuur over een groot vermogensbereik kan worden gehandhaafd.an optimal lamp temperature can be maintained over a wide power range.

Nog een ander doel is een stuurschakeling voor de vermogensschakel-elementen van de bruginverter toe te passen, waarbij geen aparte voedingstransformator nodig is voor de achter de stuurtransformator geschakelde buffertrappen, en die dus weinig extra kosten met zich mee brengt en goed geminiaturiseerd kan worden.Yet another object is to use a control circuit for the power switching elements of the bridge inverter, which does not require a separate power transformer for the buffer stages connected behind the control transformer, and which therefore entails little additional costs and can be well miniaturized.

Nog een ander doel is bij voeding uit een wisselspanningsnet een goede power factor te verkrijgen in de grootte-orde van 0,8 a 0,9 zonder gebruik van extra componenten.Yet another object is to obtain a good power factor in the order of 0.8 to 0.9 without using additional components when supplying power from an AC voltage network.

Deze doelen worden op de hierna volgende wijze bereikt.These goals are achieved in the following manner.

In de eerste plaats wordt gebruik gemaakt van een bruginverter bestaande uit vermogens MOSFETS of andere vermogensschakelelementen waarbij aan de uitgangszijde de lamp in serie geschakeld is met één of meer stroombegrenzende zelfinductles, terwijl parallel aan de lamp één of meer condensatoren zijn aangebracht, waarbij voor het ontsteken van de lamp de aanstuurfrequentie van de brug boven de resonantiefrequentie van de seriekring, gevormd door genoemde stroombegrenzende zelfinducties en condensatoren, wordt gekozen, en deze frequentie vervolgens geleidelijk wordt verlaagd, waarbij bij een aanstuurfrequentie, die dicht boven de resonantiefrequentie ligt, een sterke opslingering van de spanning over de lamp op treedt, waardoor deze kan ontsteken, terwijl in normaal bedrijf frequentiemodulatie van de uitgangsspanning kan worden toegepast, zodat de akoestische trillingskringen in de lamp niet sterk kunnen worden aangestoten.Firstly, use is made of a bridge inverter consisting of power MOSFETS or other power switching elements, on the output side of which the lamp is connected in series with one or more current-limiting self-inductors, while one or more capacitors are arranged in parallel with the lamp, for ignition of the lamp, the drive frequency of the bridge above the resonant frequency of the series circuit, formed by said current-limiting self-inductors and capacitors, is selected, and this frequency is then gradually lowered, whereby at a drive frequency close to the resonant frequency, a strong oscillation of the voltage across the lamp arises, which can ignite it, while in normal operation frequency modulation of the output voltage can be applied, so that the acoustic vibration circuits in the lamp cannot be strongly excited.

In het bijzonder kan de frequentiemodulatie gesynchroniseerd worden met de dubbele netfrequentie. Een hoge frequentie geeft een gering vermogen aan de lamp door toename van de impedantie van de stroombegrenzende spoelen. Door nu de frequentie modulatie zo te kiezen, dat het meeste vermogen aan de lampen wordt afgegeven rond de positieve en negatieve toppen van de netspanning kan de afvlak-condensator, die na de netgelijkrichter volgt, klein gehouden worden en dient in wezen alleen nog om rond de nuldoorgangen van de netspanning een restgelijkspanning te leveren om via de inverter de lampen in geleidende toestand te houden, echter met een laag momentaan vermogen. De genoemde frequentiemodulatie kan worden verzorgd door een in de besturing van de omvormer opgenomen microprocessor en kost derhalve geen extra componenten.In particular, the frequency modulation can be synchronized with the double mains frequency. A high frequency gives a low power to the lamp due to an increase in the impedance of the current-limiting coils. By now choosing the frequency modulation so that most of the power is delivered to the lamps around the positive and negative peaks of the mains voltage, the smoothing capacitor, which follows the mains rectifier, can be kept small and essentially only serves to supply the zero crossings of the mains voltage with a residual DC voltage in order to keep the lamps conductive via the inverter, but with a low instantaneous power. The said frequency modulation can be provided by a microprocessor included in the control of the inverter and therefore does not cost any additional components.

Verder wordt door meting van lampspanning, ingangsstroom en ingangs-spanning van de inverter en eventueel de lichtintensiteit van de lampen, de bedrijfstoestand van de lampen gecontroleerd. Door in het programma van de microprocessor opgeslagen gegevens kunnen dan instellingen van de aanstuurfrequentie voor de brugomvormer en ventilatorsnelheid worden ingesteld, zodat de lampen het gewenste vermogen of de gewenste lichtintensiteit leveren en tevens de gewenste lamptemperatuur wordt gehandhaafd.In addition, the operating status of the lamps is checked by measuring the lamp voltage, input current and input voltage of the inverter and, if necessary, the light intensity of the lamps. Data stored in the microprocessor program then allows settings of the drive frequency for the bridge inverter and fan speed to be set, so that the lamps provide the desired power or the desired light intensity and also maintain the desired lamp temperature.

Verder wordt de bufferschakeling voor de vermogensschakelelemen- ten van de bruginverter die een groot frequentiebereik voor de aansturing van de bruginverter toelaat, gevoed door een condensator, die tussen de bufferschakeling van het vermogensschakel-element die de uitgangswisselspanning volgt en één van de ingangs-voedingspolen o£ de hiermee verbonden bufferschakeling is verbonden. De werking van de brugomvormer volgens de uitvinding zal hierna aan de hand van de figuren, en enkele uitvoeringsvoorbeelden nader worden beschreven.Furthermore, the buffer circuit for the power switching elements of the bridge inverter which allows a wide frequency range to drive the bridge inverter is fed by a capacitor, which is between the buffer circuit of the power switching element which follows the output AC voltage and one of the input supply poles o £ the associated buffer circuit is connected. The operation of the bridge converter according to the invention will be described in more detail below with reference to the figures and some exemplary embodiments.

In de figuren is achtereenvolgens het volgende weergegeven. Fig. 1 geeft het blokschema van een mogelijke uitvoeringsvorm van het voor-schakelapparaat, fig. 2 en fig. 3 alternatieve uitvoeringsvormen van het voorschakelapparaat, in fig. 4 is de voedingsschakeling voor de buffertrappen die de vermogensschakelelementen aansturen weergegeven. Fig. 5 geeft een mogelijke uitvoeringsvorm van de buffertrappen weer, in fig- 6 is een mogelijk blokschema voor de besturing en regeling van het voorschakelapparaat weergegeven en in fig. 7 worden enkele belangrijke golfvormen van stromen en spanningen in het voorschakelapparaat getoond. Tenslotte zijn in fig. 8 enkele belangrijke parameters als functie van de tijd, tijdens de ontsteek-en opwarmfase van de lamp weergegeven.The following are shown successively in the figures. Fig. 1 shows the block diagram of a possible embodiment of the ballast, FIG. 2 and FIG. 3 show alternative embodiments of the ballast, FIG. 4 shows the supply circuit for the buffer stages driving the power switching elements. Fig. 5 depicts a possible embodiment of the buffer stages, FIG. 6 shows a possible block diagram for the control and regulation of the ballast, and FIG. 7 shows some important waveforms of currents and voltages in the ballast. Finally, fig. 8 shows some important parameters as a function of time, during the ignition and heating phase of the lamp.

In de schakeling volgens fig. 1 wordt de ingangsgelljkspanning, die tussen klemmen 1 en 2 wordt aangeboden, en bijvoorbeeld verkregen kan worden door 220 V ingangsspanning gelijk te richten en af te vlakken, door schakelelementen 2 en 5, en 3 en 4 beurtelings in geleiding te brengen, omgezet in een hoogfrequent blokspanning, die op de seriekring, gevormd door zelfinducties 6 en 7, en condensator 8 wordt aangeboden.In the circuit of FIG. 1, the input voltage, which is applied between terminals 1 and 2, is obtained, for example, by rectifying and smoothing the 220 V input voltage, by switching elements 2 and 5, and 3 and 4 alternately in conduction converted to a high-frequency block voltage which is applied to the series circuit, formed by inductors 6 and 7, and capacitor 8.

Voor het ontsteken van de lamp ligt de aanstuurfrequentie van de bruginverter boven de resonantiefrequentie van de seriekring, gevormd door zelfinducties 6 en 7, en condensator 8. De seriekring is nu inductief en de golfvormen van spanning en stroom zijn als weergegeven in fig. 7. Een negatieve waarde van de stroom betekent dat de vrijloopdiodes 12, 13, 14 of 15 in geleiding zijn.For igniting the lamp, the drive frequency of the bridge inverter is above the resonant frequency of the series circuit, formed by inductors 6 and 7, and capacitor 8. The series circuit is now inductive and the waveforms of voltage and current are as shown in Fig. 7. A negative value of the current means that the freewheeling diodes 12, 13, 14 or 15 are conducting.

Het is van belang bij hoogfrequent bedrijf van de brug, dat eerst de diodes in geleiding komen, en daarna de stuurbare vermogensscha-kelelementen, omdat de diodes dan vrij kunnen herstellen, en niet door het tegenoverliggende schakelelement bruut gerecovered worden, hetgeen tot zeer grote piekstromen en zelfs defect raken van de omvormer kan leiden. De aanstuurfrequentie wordt nu geleidelijk verlaagd en als deze de resonantiefrequentie van bovengenoemde seriekring benadert, wordt de spanning over condensator 8 zeer hoog, waardoor de lamp ontsteekt. De lamp belast nu de kring en dempt deze overkritisch, waardoor nu elementen 6, 7 en 8 een laag doorlaatfilter vormen. De aanstuurfrequentie kan nu nog verder worden verlaagd en de belasting van de brug blijft induktief. De weerstand van de ontstoken midden- of hoge druk gasontladingslamp is aanvankelijk zeer laag, waardoor een relatief hoge frequentie nodig is, zodanig dat de impedantie van zelfinductie 6 en 7 voldoende hoog is om de stroom op een voor de schakelelementen 2, 3, 4, 5 en lamp 9 een acceptabele waarde te begrenzen. Als de lamp opwarmt, neemt de weerstand van de lamp toe, waardoor de aanstuurfrequentie verder verlaagd kan worden om de lampstroom op dezelfde grenswaarde te houden.It is important in high-frequency operation of the bridge that the diodes first conduct, and then the controllable power switching elements, because the diodes can then recover freely, and are not brutally recovered by the opposite switching element, which leads to very large peak currents and even failure of the inverter can result. The drive frequency is now gradually lowered and as it approaches the resonant frequency of the above series circuit, the voltage across capacitor 8 becomes very high, igniting the lamp. The lamp now loads the circuit and dampens it supercritically, so that elements 6, 7 and 8 now form a low-pass filter. The drive frequency can now be lowered even further and the load on the bridge remains inductive. The resistance of the ignited medium or high pressure gas discharge lamp is initially very low, so that a relatively high frequency is required, such that the impedance of self-inductance 6 and 7 is sufficiently high to draw the current on one for the switching elements 2, 3, 4, 5 and lamp 9 to limit an acceptable value. As the lamp heats up, the resistance of the lamp increases, further driving the drive frequency down to keep the lamp current at the same limit.

De uiteindelijke bedrijfstoestand van de lamp wordt door de in fig.The final operating condition of the lamp is determined by the

6 weergegeven besturingseenheid, die later zal worden beschreven, bepaald. De besturingseenheid bepaalt op grond van lampspanning, ingangsstroom van de brug, voedingsspanning van de brug, en externe informatie, bijvoorbeeld gewenst lampvermogen, of verschil tussen gewenste en werkelijke lichtintensiteit, welke aanstuurfrequenties gekozen moet worden. Hierbij leidt een lagere frequentie tot een lagere impedantie van de zelfinducties 6 en 7 en derhalve bij gelijke lampweerstand tot grotere stromen. De topwaarde van lampspanning is hierbij steeds kleiner dan de waarde van de voedingsspanning die op klemmen 1 en 2 wordt aangeboden.6, which will be described later. The control unit determines which control frequencies should be selected on the basis of lamp voltage, input current of the bridge, supply voltage of the bridge, and external information, for example desired lamp power, or difference between desired and actual light intensity. A lower frequency hereby leads to a lower impedance of the self-inductors 6 and 7 and therefore to higher currents with the same lamp resistance. The peak value of lamp voltage is always smaller than the value of the supply voltage that is applied to terminals 1 and 2.

In fig. 2 is een alternatieve uitvoeringsvorm weergegeven. Hier zijn extra condensatoren 16, 17, 18 en 19 naar één van de voedingsklemmen geschakeld. De condensatoren 16, 18 en weerstanden 20 en 21 zijn hierbij als capacitieve spanningsdeler geschakeld, die frequentie-onafhankelijk is, en die de piekspanning zoals die op één zijde van de lamp kan ontstaan, reduceert van bijvoorbeeld 2000 V tot bijvoorbeeld 10 V. Condensatoren 17, 19 en weerstanden 22, 23 zijn op dezelfde wijze geschakeld. Piekspanningsdetector 10 kan nu een stuursignaal 24 aan de besturingseenheid geven bij het overschrijden van een bepaalde waarde van de kringspanning, waarna de aansturing van de brug wordt gesperd en alle vermogensschakelelementen gesperd worden. De spanningsdrempel waarbij de aansturing wordt gestopt, ligt onder de waarde die bij kringresonantie kan optreden, en die meestal bepaald wordt door kernverzadigingsverschijnselen van zelfinducties 6 en 7. De grenswaarde wordt zo gekozen dat de stromen door de schakelelementen op acceptabele waarden begrensd blijven, terwijl anderzijds de lampen toch nog op betrouwbare wijze ontsteken. Door op bovengenoemde wijze te werk te gaan, wordt schade aan het voorschakelapparaat als de lamp niet aangesloten is of nog zeer warm is en dan door de hoge gasdruk niet kan ontsteken, voorkomen.An alternative embodiment is shown in Fig. 2. Here additional capacitors 16, 17, 18 and 19 are connected to one of the supply terminals. The capacitors 16, 18 and resistors 20 and 21 are in this case connected as a capacitive voltage divider, which is frequency-independent and which reduces the peak voltage that can arise on one side of the lamp from, for example, 2000 V to, for example, 10 V. Capacitors 17 , 19 and resistors 22, 23 are switched in the same manner. Peak voltage detector 10 can now give a control signal 24 to the control unit when a certain value of the circuit voltage is exceeded, after which the control of the bridge is cut off and all power switching elements are cut off. The voltage threshold at which the driving is stopped is below the value that can occur with loop resonance, which is usually determined by nuclear saturation phenomena of inductances 6 and 7. The limit value is chosen so that the currents through the switching elements remain limited to acceptable values, while on the other hand the lamps still ignite reliably. By proceeding in the above manner, damage to the ballast if the lamp is not connected or is still very hot and then cannot ignite due to the high gas pressure.

Nog een andere uitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 3. Hier is een halve brug, bestaande uit schakelelementen 2 en 3, en vrijloop-diodes 12 en 13 toegepast. Hier is tevens een extra koppelconden-sator 11 toegepast, om de gelijkspanningscomponent in de aanstuur-spanning te blokkeren.Yet another embodiment is shown in Fig. 3. Here, a half bridge consisting of switching elements 2 and 3 and freewheeling diodes 12 and 13 is used. An additional coupling capacitor 11 is also used here to block the DC voltage component in the drive voltage.

De lampspanning heeft in dit geval in verhouding tot de bronspan-ning over de klemmen 1 en 2 bij verder gelijke bedrijfscondities de halve waarde van die in fig. 1 en 2.In this case, the lamp voltage has half the value of that in FIGS. 1 and 2 in proportion to the source voltage across terminals 1 and 2 at otherwise equal operating conditions.

In fig. 4 is weergegeven hoe de aanstuurschakelingen 39 en 40 voor de vermogensschakelelementen 2, 3 kunnen worden gevoed. Een condensator 30 is geschakeld tussen de knooppunten van diodepaar 28, 29 enerzijds en diodepaar 31, 32 anderzijds. Voordat de omvormer begint te werken, worden de stuurschakelingen via weerstanden 35 en 36 van voedingsspanning voorzien; Deze voedingsspanning wordt gestabiliseerd door parallel zenerdiodes 34 en 38 en hoogfrequent ontkoppeld via condensator 33 en 37. Het is hierbij van belang dat de stuurschakelingen 39 en 40 in uitgeschakelde toestand een gering stroomverbruik hebben om onnodige dissipatie in weerstand 35 en 36 te voorkomen. Zodra de omvormer in werking wordt gesteld, doordat stuursignalen en $2 van stuurschakeling 25 geactiveerd worden en via koppeltransformatoren 26 en 27 de bufferschakelingen aangestuurd worden, ontstaat op punt A de in fig. 7 weergegeven blok-spanning. Deze spanning veroorzaakt het beurtelings op- en ontladen van condensator 30, waarbij beurtelings diode 28 en 32, en diode 29 en 31 in geleiding komen. De capaciteitswaarde van condensator 30 is zodanig gekozen, dat deze lading ruimschoots voldoende is om de lading, die nodig is om de gate-source en gate-drain capaciteiten van de als MOSFET's, IGBT's, of Darlington combinatie van MOSFET en BJT uitgevoerde vermogensschakelelementen te kunnen leveren. Condensator 30 dient tevens als dV/dt-begrenzer, en vermindert de schakelverliezen in de MOSFET's. In principe zou de bufferschake1ing 40 ook uit dezelfde voedingsspanning als bijvoorbeeld de besturing kunnen worden gevoed en kan één aansluiting van condensator 30 direct met -pool 2 in plaats van met het knooppunt van diode 31 en 32 worden verbonden. Er treden echter tengevolge van het zeer snelle schakelen (toff ^ 30 nsec) grote spanningspieken op, waardoor het voordelig is de voeding voor schakeling 40 toch geïsoleerd, en direct bij het schakelelement 3 aan te bieden en te ontkoppelen.Fig. 4 shows how the driving circuits 39 and 40 for the power switching elements 2, 3 can be supplied. A capacitor 30 is connected between the nodes of diode pair 28, 29 on the one hand and diode pair 31, 32 on the other. Before the inverter starts to operate, the control circuits are supplied with voltage via resistors 35 and 36; This supply voltage is stabilized by parallel zener diodes 34 and 38 and high-frequency decoupled via capacitors 33 and 37. It is important here that the control circuits 39 and 40 in the switched-off state have a low current consumption in order to avoid unnecessary dissipation in resistors 35 and 36. As soon as the converter is put into operation, by activating control signals and $ 2 of control circuit 25 and actuating the buffer circuits via torque transformers 26 and 27, the block voltage shown in FIG. 7 arises at point A. This voltage causes alternating charging and discharging of capacitor 30, which alternately conducts diodes 28 and 32, and diodes 29 and 31. The capacitance value of capacitor 30 is chosen such that this charge is amply sufficient to accommodate the charge required to power the gate-source and gate-drain capacities of the MOSFETs, IGBTs, or Darlington combination of MOSFET and BJT power switching elements. to deliver. Capacitor 30 also serves as a dV / dt limiter, and reduces switching losses in the MOSFETs. In principle, the buffer circuit 40 could also be supplied from the same supply voltage as, for example, the control and one connection of capacitor 30 can be connected directly to pole 2 instead of to the junction of diode 31 and 32. However, as a result of the very fast switching (toff 30 nsec), large voltage peaks occur, which makes it advantageous to still isolate the power supply for circuit 40, and to supply and disconnect it directly at the switching element 3.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de stuurschakelingen 39 en 40 is weergegeven in fig. 5. De uitgangsspanning van transformator 26, wordt gedipt door het netwerk bestaande uit diodes 42, 43 en zener-diodes 41, 44 en heeft de vorm zoals weergegeven in fig. 7 bij Ü26. MOSFET 2 wordt in geleiding gebracht door een positieve spanning uit trafo 26, waardoor transistor 47 wordt opengestuurd. Het is hierbij van belang dat de stuurspanning op de basis van transistor 47 lager ligt dan de spanning op de collector van deze transistor, zodat deze niet verzadigt en zeer snel uit geleiding kan worden gebracht. Voor het uitschakelen van MOSFET 2 wordt de uitgangs-spanning van trafo 26 negatief en wordt P-kanaal FET 51 in geleiding gebracht. Diode 46 staat nu in sper en door de werking van diode 48 en weerstand 52 wordt een negatieve voorspanning van ca.An exemplary embodiment of the control circuits 39 and 40 is shown in FIG. 5. The output voltage of transformer 26 is dipped through the network consisting of diodes 42, 43 and zener diodes 41, 44 and has the form shown in FIG. 7 at 26. MOSFET 2 is turned on by a positive voltage from transformer 26, driving transistor 47 open. It is important here that the control voltage on the base of transistor 47 is lower than the voltage on the collector of this transistor, so that it does not saturate and can be dissipated very quickly. To turn off MOSFET 2, the output voltage of transformer 26 becomes negative and P channel FET 51 is turned on. Diode 46 is now blocked and due to the action of diode 48 and resistor 52, a negative bias voltage of approx.

0.7 V op de basis-emitter overgang van transistor 47 aangeboden. Zoals uit fig. 7 blijkt, vindt in normaal bedrijf het inschakelen van de MOSFET plaats als de parallel geschakelde vrijloopdiode reeds in geleiding is. Hierdoor hoeft het stuurcircuit niet de Miller-drain-gate capaciteit te laden-en kan voor weerstand 49 een relatief hoog ohmige waarde gekozen worden. Door deze keuze wordt dan voorkomen dat bij de eerste maal inschakelen van de M0SFET-schakelaar een te grote piekstroom gaat lopen ten gevolge van het ontladen van condensator 30. Bij het afschakelen van de MOSFET 2 is de Miller drain-source capaciteit echter wel werkzaam. Om nu bij hoge bedrijfsfrequenties de schakelverliezen tot een minimum te beperken, is een lage afschakelweerstand nodig, die in dit geval door de kanaalweerstand van MOSFET-transistor 51 gevormd wordt, nodig.0.7 V applied to the base-emitter junction of transistor 47. As can be seen from Fig. 7, the MOSFET is switched on in normal operation when the parallel-connected freewheeling diode is already conducting. As a result, the control circuit does not have to load the Miller-drain-gate capacitance and a relatively high ohmic value can be selected for resistor 49. This choice then prevents an excessive peak current from flowing during the first switching on of the M0SFET switch as a result of the discharge of capacitor 30. However, when the MOSFET 2 is switched off, the Miller drain-source capacity is active. Now, to minimize the switching losses at high operating frequencies, a low switch-off resistance is required, which in this case is formed by the channel resistance of MOSFET transistor 51.

Een dimensioneringsvoorbeeld volgt hieronder.A sizing example follows below.

MOSFET schakelaars 2, 3, 4, 5: 500 V - types met een aan-weerstand van 0.3 ohm en een drain-stroom van 13 A continu en 50 A piek. Voedingsspanning: 250-380 VDC.MOSFET switches 2, 3, 4, 5: 500 V - types with an on-resistance of 0.3 ohm and a drain current of 13 A continuous and 50 A peak. Supply voltage: 250-380 VDC.

Weerstandwaarde van 49: 47 Ohm.Resistance value of 49:47 Ohm.

Kanaalweerstand van 51: 10 Ohm.Channel resistance of 51:10 Ohm.

Uitgangsspanning van trafo 26: +12V en -12V,Output voltage of transformer 26: + 12V and -12V,

Voedingsspanning van de stuurschakeling 39 en 40: 15V.Supply voltage of the control circuit 39 and 40: 15V.

Dode tijd td: 500 nsec.Dead time td: 500 nsec.

Lampvermogen: 1200 W, Brandspannlng 150 V effectief.Lamp power: 1200 W, Fire voltage 150 V effective.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van de besturing van het voorschakel-apparaat is weergegeven in fig. 6. Een besturingseenheid 54, die kan zijn uitgerust met een microcomputer, ontvangt via een optisch koppellid 55 informatie van de buitenwereld 56. Deze informatie kan zijn: lamp aan/uit, gewenst lampvermogen, gewenste lichtintensiteit, gemeten lichtintensiteit. Verder meet deze besturingseenheid de volgende interne grootheden: ingangsspanning tussen klem 1 en 2, gemiddelde ingangsstroom van de brugomvormer door meting van de span-ningsval over weerstand 63 die zonodig eerst laagdoorlaat gefilterd wordt via aansluitingen 61 en 62, en lampspanning gemeten door schakeling 10 en doorgegeven via signaal 64. Verder kan de microcomputer, zonodig via battery-back-up gegevens uit het verleden vast houden, hoe lang hebben de lampen gebrand, wanneer zijn ze gedoofd, enzovoorts. Voorts kan via signaal 64 een stuurschakeling 65 een ventilator 66 sturen voor lampkoeling. De uitgangsgrootheid van de besturingseenheid bestaat uit een signaal voor voltage controlled oscillator 57, die op zijn beurt signalen ^1 en φΐ (59 en 60) genereert, met spanningsvormen als weergegeven in fig. 7, als U26 en U27. De besturingseenheid zorgt ervoor dat voor het ontsteken de aanstuur-frequentie boven de serieresonantiefrequentie van eerder genoemde seriekring ligt, dat deze frequentie geleidelijk wordt verlaagd, totdat de lampen ontsteken, of de maximum piekspanningswaarde voor de seriekring, gemeten door schakeling 10 wordt overschreden en bepaalt vervolgens op grond van gemeten lampspanning, ingangsstroom van de converter en ingangsspanning van de converter de gewenste uitgangs-frequentie. Deze zal in het algemeen zo laag mogelijk gekozen worden om de lamp zo snel mogelijk op temperatuur te brengen, zonder dat hierbij de eerder genoemde bedrijfsparameters overschreden worden. Indien nu geforceerde koeling wordt toegepast, zal vanaf het moment dat de lampspanning de bij het gemeten vermogen behorende waarde heeft gekregen, die overeenstemt met de optimale werktemperatuur van de lamp, deze spanning constant houden door de ventilator te bekrachtigen. Zou dit niet gebeuren, dan zou de gasdruk in de lamp door temperatuurverhoging verder oplopen, hetgeen in een hogere lampspanning zou resulteren. De lampspanningen en temperaturen worden tevoren aan één of enkele exemplaren van de te voeden lampen gemeten, waarna deze gegevens in het besturingsprogramma van de microcomputer worden verwerkt. Het stuursignaal naar de voltage controlled oscillator kan amplitude gemoduleerd worden met frequentie van ca. 100 Hz tot ca. 1 kHz, om frequentiemodulatie van het stuursignaal voor de brugomvormer te bewerkstelligen, zodat akoestische resonanties in de lampen voorkomen worden. Het is mogelijk de duty-cycle van aansturing of zowel frequentie als duty-cycle te moduleren met vergelijkbare frequenties. In dat geval zal er tevens een laagfrequentie off-set stroom door de lamp gaan lopen die resonanties in het gas mogelijkerwijs kan verhinderen.A possible embodiment of the control of the ballast is shown in Fig. 6. A control unit 54, which may be equipped with a microcomputer, receives information from the outside world 56 via an optical coupling member 55. This information may be: lamp on / off, desired lamp power, desired light intensity, measured light intensity. Furthermore, this control unit measures the following internal quantities: input voltage between terminals 1 and 2, average input current of the bridge inverter by measuring the voltage drop across resistor 63, which is filtered low-pass through connections 61 and 62 if necessary, and lamp voltage measured by circuit 10 and transmitted via signal 64. Furthermore, the microcomputer can, if necessary via battery backup, hold data from the past, how long have the lamps burned, when were they extinguished, and so on. Furthermore, via signal 64, a control circuit 65 can control a fan 66 for lamp cooling. The output variable of the control unit consists of a signal for voltage controlled oscillator 57, which in turn generates signals ^ 1 and φΐ (59 and 60), with voltage forms as shown in Fig. 7, as U26 and U27. The control unit ensures that, before ignition, the driving frequency is above the series resonance frequency of the aforementioned series circuit, that this frequency is gradually reduced until the lamps ignite, or the maximum peak voltage value for the series circuit, measured by circuit 10, is then determined based on measured lamp voltage, input current of the converter and input voltage of the converter, the desired output frequency. This will generally be chosen as low as possible in order to bring the lamp to temperature as quickly as possible, without exceeding the aforementioned operating parameters. If forced cooling is now used, from the moment the lamp voltage has reached the value associated with the measured power, which corresponds to the optimum working temperature of the lamp, this voltage will be kept constant by energizing the fan. Should this not happen, the gas pressure in the lamp would increase further due to an increase in temperature, which would result in a higher lamp voltage. The lamp voltages and temperatures are measured in advance on one or a few copies of the lamps to be fed, after which these data are processed in the control program of the microcomputer. The control signal to the voltage controlled oscillator can be amplitude modulated with a frequency from approx. 100 Hz to approx. 1 kHz, to achieve frequency modulation of the control signal for the bridge inverter, so that acoustic resonances in the lamps are prevented. It is possible to modulate the duty cycle of control or both frequency and duty cycle with comparable frequencies. In that case, a low-frequency off-set current will also flow through the lamp, which may possibly prevent resonances in the gas.

In het bijzonder kan de frequentiemodulatie synchroon verlopen met de dubbele netfrequentie, waarbij dan rond de negatieve en positieve toppen van de netspanning een groot vermogen aan de lampen geleverd wordt door een lage aanstuurfrequentie te kiezen, en rond de nuldoorgangen een gering vermogen, waardoor de afvlakcondensa-tor, die na de netgelijkrichter is geschakeld slechts een kleine waarde hoeft te hebben. Het referentiesignaal, nodig om deze frequentiemodulatie te synchroniseren kan de gelijkspanningsrimpel zijn van de afgevlakte netspanning, die tevens voedingsspanning voor de brug is. Op deze wijze is een power factor van 0,8 a 0,9 realiseerbaar.In particular, the frequency modulation can be synchronous with the double mains frequency, whereby a large power is supplied to the lamps around the negative and positive peaks of the mains voltage by choosing a low driving frequency, and around the zero crossings a small power, so that the smoothing condensation -tor, which is switched after the mains rectifier only needs to have a small value. The reference signal required to synchronize this frequency modulation may be the DC ripple of the smoothed mains voltage, which is also the supply voltage for the bridge. In this way a power factor of 0.8 to 0.9 is achievable.

Een typisch verloop van de parameters, die optreden bij ontsteken, starten, branden en koelen van de lampen is weergegeven in fig. 8. Achtereenvolgens zijn weergegeven het verloop van de topwaarde van de lampspanning u-lamp, de topwaarde van de lampstroom ^-lamp, de aanstuurfrequentie van de omvormer 'freq.', de luchtverplaatsing van de ventilator 'airflow', waarbij zeer lage toerentallen gerealiseerd kunnen worden door aan/uit regeling van de ventilator, en de lichtintensiteit, gewogen volgens een bepaalde spectrale verdeling 'light output'.A typical variation of the parameters which occur during ignition, starting, burning and cooling of the lamps is shown in fig. 8. The variation of the peak value of the lamp voltage u-lamp, the peak value of the lamp current ^ lamp are shown successively. , the drive frequency of the inverter 'freq.', the air displacement of the fan 'airflow', whereby very low speeds can be realized by on / off control of the fan, and the light intensity, weighted according to a certain spectral distribution 'light output' .

De tijdschaal in interval A is 10 msec/div, in interval B 1 min/div. Op tijdstip tO wordt de omvormer in werking gesteld onder invloed van een extern stuurcommando 'aan'. De gewenste lichtintensiteit heeft niveau 1. De omvormer wordt gestart op de hoogste frequentie, waarna de frequentie continu wordt verlaagd. Op tijdstip tl is de spanning over de seriekring zo hoog opgeslingerd dat de lamp ontsteekt. De verlaging van de frequentie gaat door, totdat op tijdstip t2 de maximum toelaatbare waarde van de lamppiekstroom is bereikt. Deze waarde wordt niet direct gemeten, maar bepaald op grond van het ingangsvermogen van de omzetter (produkt ingangsstroom en ingangs-spanning) en de lampspanning. Vervolgens warmt de lamp op, waardoor de lampspanning toeneemt. De waarde i-lamp wordt nu door boven beschreven indirecte meting ongeveer constant gehouden.The time scale in interval A is 10 msec / div, in interval B 1 min / div. At time tO the inverter is started up under the influence of an external control command 'on'. The desired light intensity has level 1. The inverter is started at the highest frequency, after which the frequency is continuously decreased. At time t1, the voltage across the series circuit is so high that the lamp ignites. The frequency reduction continues until the maximum permissible value of the lamp peak current is reached at time t2. This value is not measured directly, but is determined based on the input power of the converter (product input current and input voltage) and the lamp voltage. Then the lamp heats up, causing the lamp voltage to increase. The i-lamp value is now kept approximately constant by the indirect measurement described above.

Als basis voor de berekening kan dienen dat het lampvermogen P-lamp wordt gegeven door:The basis for the calculation can be that the lamp power P-lamp is given by:

Figure NL8900703AD00161

Hierbij is Cl een constante die afhankelijk is van de golfvorm van lampspanning en lampstroom, tevens wordt aangenomen dat de lamp op te vatten is als een zuiver resistief, lineair element. Als de golfvorm tijdens het opwarmen constant blijft, en ook het rendementCl is a constant which depends on the waveform of lamp voltage and lamp current, it is also assumed that the lamp can be regarded as a purely resistive, linear element. If the waveform remains constant during warm-up, and also the efficiency

Figure NL8900703AD00162

van de omvormer, en we aannemen dat de omvormer met een zuivere gelijkspanning ü-i wordt gevoed en uit deze bron een gemiddelde stroom I-i opneemt, dan geldt:of the inverter, and we assume that the inverter is supplied with a pure DC voltage ü-i and that it draws an average current I-i from this source, then:

Figure NL8900703AD00163

ofor

Figure NL8900703AD00164

ofor

Figure NL8900703AD00165

Bij bekendeAt known

Figure NL8900703AD00166

en Cl kan dusand so Cl can

Figure NL8900703AD00167

inderdaad door de in de be sturingseenheid aanwezige processor worden berekend uit U-i, I-i enindeed, the processor present in the control unit can be calculated from U-i, I-i and

Figure NL8900703AD00168

welke gemeten worden. Als eerder genoemde frequentie- modulatie synchroon met de dubbele netfrequentie wordt toegepast blijven bovengenoemde relaties momentaan gelden, maar zullen binnen een halve netperiode periodiek variëren. De microprocessor kan nu door middeling van de berekende momentane vermogens, de frequentie zodanig regelen, dat enerzijds het gemiddelde lampver-mogen constant gehouden wordt, verder de maximum toelaatbare stromen door de schakelelementen niet worden overschreden en tevens grootste ingangsstroom loopt rond de maxima en minima van de netspanning. Het microprocessorprogramma kan daartoe een aantal voorgeprogrammeerde modulatiecurves bevatten of een algoritme om deze modulatiecurves te genereren, waarbij in het bijzonder de rimpel van de gelijkspanning U-i gebruikt wordt als referentiesignaal voor de frequentiemodulatie, zodat geen extra componenten nodig zijn. Op tijdstip t3 is de gewenste waarde van de lichtintensiteit bereikt. De lamptemperatuur is echter nog niet optimaal. Op tijdstip t4 wordt de optimale werktemperatuur van de lamp bereikt. De lampspanning stijgt nu nog iets verder en de lampstroom zakt nog iets, waarbij de verhouding lampstroom/lampspanning als regelgroot-heid voor de luchtverplaatsing van de ventilator wordt gebruikt. Op tijdstip t5 is een thermisch stabiele situatie ontstaan. Op tijdstip t6 wordt door een extern signaal een nieuwe gewenste lichtintensiteit 2 voorgeschreven. Deze wordt vrijwel onmiddellijk bereikt door lampspanning en lampstroom d.m.v. frequentieregeling bij te stellen. De lampen hebben nu reeds de juiste temperatuur. Een geringe verandering in de verhouding lampspanning/lampstroom dient nu weer als re-gelgrootheid voor de luchtverplaatsing van de ventilator, zodat tenslotte op tijdstip t7 een nieuw thermisch evenwicht is ontstaan.which are measured. If the aforementioned frequency modulation is used synchronously with the double mains frequency, the above-mentioned relationships will remain valid for the time being, but will vary periodically within half a network period. The microprocessor can now, by means of the calculated instantaneous powers, regulate the frequency in such a way that on the one hand the average lamp power is kept constant, the maximum permissible currents through the switching elements are not exceeded, and the largest input current is also around the maximum and minimum of the mains voltage. The microprocessor program may therefore contain a number of preprogrammed modulation curves or an algorithm to generate these modulation curves, in particular the ripple of the DC voltage U-i being used as a reference signal for the frequency modulation, so that no additional components are required. At time t3 the desired value of the light intensity has been reached. However, the lamp temperature is not yet optimal. The optimum working temperature of the lamp is reached at time t4. The lamp voltage now increases a little further and the lamp current drops a little further, the lamp current / lamp voltage ratio being used as the control variable for the air displacement of the fan. A thermally stable situation has arisen at time t5. At time t6, a new desired light intensity 2 is prescribed by an external signal. This is achieved almost immediately by lamp voltage and lamp current by means of adjust frequency control. The lamps are already at the right temperature. A slight change in the lamp voltage / lamp current ratio again serves as a control variable for the air displacement of the fan, so that a new thermal equilibrium is finally reached at time t7.

Zoals eerder vermeld zal aan de hand van temperatuurmetingen aan lampen een optimaal regelprogramma moeten worden samengesteld. Deze temperatuurmetingen zijn eenmalig vooraf. Desgewenst kan ook gecorrigeerd worden bij veroudering, terwijl tevens een bepaalde verhouding lampvermogen/lichtoutput kan aangeven, dat de lampen aan het einde van hun levensduur zijn gekomen en vervangen dienen te worden. Dit kan dan via een signaal via koppel-lid 55 aan de buitenwereld 56 worden kenbaar gemaakt.As mentioned earlier, an optimal control program will have to be compiled on the basis of temperature measurements on lamps. These temperature measurements are one-off in advance. If desired, it can also be corrected with aging, while a certain lamp power / light output ratio can also indicate that the lamps have reached the end of their service life and need to be replaced. This can then be made known to the outside world 56 via a signal via coupling member 55.

Claims (16)

1. Voorschakelapparaat voor midden- en hogedruk gasontladings- lampen, bestaande uit een volle- of halve brugomvormer met twee of vier vermogensschakelelementen, welke vermogensschakelele-menten bestaan uit een hoofdstroompad met een positieve en een negatieve aansluiting, waarbij in spertoestand de positieve aansluiting een hogere spanning heeft dan de negatieve aansluiting, en waarbij een stuursignaal waarmee de schakelelementen geleidend worden geschakeld ten opzichte van de negatieve aansluiting van het hoofdstroompad wordt gegeven en welke omvormer gevoed wordt door een gelijkspanningsbron en welke vermogensschakelelementen worden gestuurd door bufferschakelingen, die op hun beurt via een stuurtransformator of ander koppelelement dat een aan-stuursignaal kan overbrengen, worden aangestuurd vanuit een besturingseenheid, terwijl aan de uitgangszijde van de brugomvormer een seriekring bestaande uit één of meer zelfinducties, en één of meer condensatoren is aangebracht, waarbij de te voeden lamp parallel aan de condensatoren is geschakeld, met het kenmerk dat tenminste de voedingsspanning voor elk van de genoemde bufferschakelingen, die het uitgangswisselspanningssignaal volgen, gemeten ten opzichte van één van de gelijkspanningsingangsklemmen, wordt gevoed door een condensator, waarvan de eerste aansluiting is verbonden met de anode van een eerste diode, waarvan de katode is verbonden met de positieve voedingsklemaansluiting van genoemde bufferschake-ling, en tevens met de katode van een tweede diode waarvan de anode is verbonden met de negatieve voedingsklemaansluiting van de buffer-schakeling, terwijl de tweede aansluiting van deze condensator is verbonden met een punt in de schakeling dat ongeveer op de potentiaal van één der ingangsgelijkspanningsklemmen ligt.1. Ballast for medium and high-pressure gas discharge lamps, consisting of a full- or half-bridge converter with two or four power switching elements, which power switching elements consist of a main current path with a positive and a negative connection, with the positive connection in reverse mode a higher voltage then has the negative terminal, and giving a control signal with which the switching elements are conductively switched relative to the negative terminal of the main current path and which inverter is powered by a DC voltage source and which power switching elements are controlled by buffer circuits, which in turn control transformer or other coupling element capable of transmitting a control signal is controlled from a control unit, while on the output side of the bridge converter a series circuit consisting of one or more inductors and one or more capacitors is arranged, wherein the lamp to be supplied is connected in parallel to the capacitors, characterized in that at least the supply voltage for each of said buffer circuits, which follow the output AC voltage signal, measured with respect to one of the DC input terminals, is supplied by a capacitor, the first connection of which is connected to the anode of a first diode, the cathode of which is connected to the positive supply terminal of said buffer circuit, and also to the cathode of a second diode, the anode of which is connected to the negative supply terminal of the buffer circuit, while the The second terminal of this capacitor is connected to a point in the circuit which is approximately at the potential of one of the DC input terminals. 2. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het stuursignaal voor de vermogensschakelelementen niet ten opzichte van de negatieve hoofdstroompadaansluiting wordt gegeven, maar ten opzichte van de positieve hoofdstroompadaansluiting.Ballast according to claim 1, characterized in that the control signal for the power switching elements is not given with respect to the negative main current path connection, but with respect to the positive main current path connection. 3. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de tweede aansluiting van genoemde condensator is verbonden met de anode van een derde diode, waarvan de katode is verbonden met de positieve aansluiting van de bufferschakeling, die verbonden is met één van de aansluitklemmen van de ingangsgelijkspanning, en tevens met de katode van een vierde diode, waarvoor de anode is verbonden met de negatieve voedingsspanningsaansluiting van genoemde bufferschakeling.Ballast according to claim 1 or 2, characterized in that the second terminal of said capacitor is connected to the anode of a third diode, the cathode of which is connected to the positive terminal of the buffer circuit, which is connected to one of the terminals. of the DC input voltage, and also to the cathode of a fourth diode, the anode of which is connected to the negative supply voltage terminal of said buffer circuit. 4. Voorschakelapparaat volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat voor het ontsteken van de gasontladingslamp de brugschake-ling zodanig wordt aangestuurd, dat de frequentie van de uitgang-spanning boven de resonantiefrequentie van bovengenoemde kring ligt, en de frequentie vervolgens geleidelijk wordt verlaagd.Ballast according to claim 1, 2 or 3, characterized in that before igniting the gas discharge lamp, the bridge circuit is actuated such that the frequency of the output voltage is above the resonant frequency of the above-mentioned circuit, and the frequency is then gradually is lowered. 5. Voorschakelapparaat, volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als de spanning over de serie-resonantiekring een vooraf bepaalde waarde overschrijdt de aansturing van de brugomvormer wordt geblokkeerd, en alle vermogensschakelelementen in de niet geleidende toestand worden gebracht.Ballast according to claim 4, characterized in that if the voltage across the series resonant circuit exceeds a predetermined value, the drive of the bridge inverter is blocked, and all power switching elements are brought into the non-conducting state. 6. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de besturingseenheid van de omvormer tijdens het opwarmen van de lampen op grond van gemeten waarde van in-gangsgelijkspanning, ingangsgelijkstroom, en uitgangslampspanning, de aanstuurfrequentie zodanig regelt, dat de maximaal toelaatbare lampstroom niet wordt overschreden.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that, during the heating of the lamps, the control unit of the inverter controls the drive frequency on the basis of the measured value of input DC voltage, input DC current and output lamp voltage, so that the maximum permissible lamp current does not is exceeded. 7. Voorschakelapparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de frequentie van de brugomvormer zodanig wordt geregeld, dat de lampstroom tijdens het opwarmen een voorafbepaalde nominale waarde heeft.Ballast according to claim 6, characterized in that the frequency of the bridge converter is regulated such that the lamp current has a predetermined nominal value during heating. 8. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als de gemeten lichtintensiteit van de lamp afwijkt van de gewenste lichtintensiteit van de lamp, de gemiddelde aanstuurfrequentie zodanig wordt bijgeregeld dat de gewenste lichtintensiteit wel wordt bereikt.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that if the measured light intensity of the lamp deviates from the desired light intensity of the lamp, the average driving frequency is adjusted such that the desired light intensity is achieved. 9. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk dat als het gemeten omvormervermogen afwijkt van het gewenste vermogen de omvormer zodanig wordt bijgeregeld dat het gewenste vermogen wel wordt bereikt.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that if the measured inverter power deviates from the desired power, the inverter is adjusted such that the desired power is achieved. 10. Voorschakelapparaat volgens één dér voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat als de verhouding van de gemeten lampspanning en de door de besturingseenheid berekende lampstroom een, mede door het gemeten vermogen, vooraf, bepaalde waarde overschrijdt, een ventilator geactiveerd wordt, zodanig dat genoemde verhouding tussen lampspanning en lampstroom bij benadering constant blijft.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that if the ratio of the measured lamp voltage and the lamp current calculated by the control unit exceeds a predetermined value, partly due to the measured power, a fan is activated, such that said ratio between lamp voltage and lamp current remains approximately constant. 11. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de aanstuurfrequentie wordt gemoduleerd.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that the control frequency is modulated. 12. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat de duty cycle van het aanstuursignaal wordt gemoduleerd.Ballast according to one of the preceding claims, characterized in that the duty cycle of the control signal is modulated. 13. Voorschakelapparaat volgens één der voorafgaande conclusies met het kenmerk, dat zowel duty-cycle als frequentie van het aanstuursignaal worden gemoduleerd.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that both duty cycle and frequency of the control signal are modulated. 14. Voorschakelapparaat volgens conclusie 12 of 13, waarbij de ingangs-gelijkspanning voor de brugomvormer wordt verkregen uit een wissel-spanningsbron, door de wisselspanning dubbelfasig gelijk te richten en af te vlakken, met het kenmerk, dat de vermogensmodulatie als gevolg van duty-cycle en/of frequentiemodulatie van het aanstuur- signaal van de brugomvormer synchroon plaatsvindt met de dubbele frequentie van de wisselspanningsbron, waarbij de fase van deze modulatie zodanig is gekozen, dat de omvormer rond de positieve en negatieve toppen van de ingangswisselspanning de grootste stroom opneemt, en rond de nuldoorgangen van de ingangswisselspanning de kleinste stroom.Ballast according to claim 12 or 13, wherein the DC input voltage for the bridge converter is obtained from an AC voltage source by rectifying and smoothing the AC voltage in two phases, characterized in that the power modulation due to duty cycle and / or frequency modulation of the drive signal of the bridge converter is synchronous with the dual frequency of the AC voltage source, the phase of this modulation being selected such that the inverter draws the largest current around the positive and negative peaks of the AC input voltage, and around the zero crossings of the input AC voltage the smallest current. 15. Voorschakelapparaat volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat voor de bepaling van de juiste fase van genoemde modulatie, de wisselspannings component van de ingangsgelijkspanning van de brugomvormer wordt gebruikt.Ballast according to claim 14, characterized in that the AC voltage component of the DC input voltage of the bridge inverter is used for determining the correct phase of said modulation. 16. Voorschakelapparaat, volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als de verhouding tussen door de besturingseenheid berekend omvormervermogen en lichtintensiteit een bepaalde, van genoemd vermogen of lichtintensiteit afhankelijke, waarde overschrijdt, een signaal wordt gegeven, dat aangeeft dat de lampen vervangen dienen te worden.Ballast according to any one of the preceding claims, characterized in that if the ratio between the inverter power and light intensity calculated by the control unit exceeds a certain value depending on said power or light intensity, a signal is given indicating that the lamps have been replaced should be.
NL8900703A 1989-03-22 1989-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST. NL8900703A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8900703A NL8900703A (en) 1989-03-22 1989-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.
DE4009267A DE4009267A1 (en) 1989-03-22 1990-03-22 Gas discharge lamp DC powered operating circuit - has inverter bridge using power switching semiconductor and associated buffer circuits
NL9000680A NL9000680A (en) 1989-03-22 1990-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8900703A NL8900703A (en) 1989-03-22 1989-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.
NL8900703 1989-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8900703A true NL8900703A (en) 1990-10-16

Family

ID=19854338

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8900703A NL8900703A (en) 1989-03-22 1989-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.
NL9000680A NL9000680A (en) 1989-03-22 1990-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9000680A NL9000680A (en) 1989-03-22 1990-03-22 HIGH-FREQUENT BALLAST.

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4009267A1 (en)
NL (2) NL8900703A (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69113506T2 (en) * 1990-05-10 1996-06-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Apparatus for operating a discharge lamp.
DE4039161C2 (en) * 1990-12-07 2001-05-31 Zumtobel Ag Dornbirn System for controlling the brightness and operating behavior of fluorescent lamps
JP3206966B2 (en) * 1992-07-03 2001-09-10 株式会社小糸製作所 Lighting circuit for vehicle discharge lamps
CA2104737C (en) * 1992-08-26 1997-01-28 Minoru Maehara Inverter device
DE4314584A1 (en) * 1993-04-29 1994-11-03 Priamos Licht Ind & Dienstleis Control arrangement for the pulsed operation of discharge lamps
DE4335375B4 (en) * 1993-10-16 2009-04-16 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Power supply unit for supplying a gas discharge lamp
JP3329929B2 (en) * 1994-02-15 2002-09-30 松下電工株式会社 High pressure discharge lamp lighting device
JP3210561B2 (en) * 1995-06-14 2001-09-17 株式会社小糸製作所 Discharge lamp lighting circuit
JPH0992483A (en) * 1995-09-20 1997-04-04 Minebea Co Ltd High-intensity discharge lamp lighting device
WO2008055366A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-15 Pantec Engineering Ag Method for operating a uv lamp
EP2208402B1 (en) * 2007-11-05 2013-06-26 Tridonic GmbH & Co KG Ballast for a gas discharge lamp, for example an hid lamp
DE102007052669B4 (en) * 2007-11-05 2023-09-07 Tridonic Gmbh & Co Kg Ballast for a gas discharge lamp, e.g. an HID lamp
ES2364440T3 (en) * 2008-02-04 2011-09-02 Uviterno Ag PROCEDURE FOR THE OPERATION OF A UV LAMP.
EP3682714B1 (en) * 2017-10-19 2021-09-08 Tridonic GmbH & Co KG Input power measurement in an operating device for building technology devices

Also Published As

Publication number Publication date
NL9000680A (en) 1990-10-16
DE4009267A1 (en) 1990-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100306985B1 (en) High frequency inverter and its induction heating cooker
NL8900703A (en) HIGH-FREQUENT BALLAST.
CA2519605C (en) Discharge lamp lighting control device
JP2004522280A (en) Apparatus and method for driving a high-intensity discharge lamp
JP2004087456A (en) Discharge lamp lighting device and lighting equipment
JPS61284088A (en) Solid state oscillator for power
RU2390977C2 (en) Device and method of operating gas-discharge lamps
JP2676790B2 (en) High frequency power supply
NL1020276C2 (en) Electronic ballast for gas discharge lamps.
KR19990007296A (en) Laser power supply
NL9002681A (en) BALLAST FOR FLUORESCENT LAMPS.
JP5507704B2 (en) High intensity discharge lamp control method and high intensity discharge lamp supply system
JP3831298B2 (en) Electromagnetic induction heating device
JP2013513917A5 (en)
JP3758305B2 (en) Lighting device
CN101978789A (en) Power regulation of gas discharge lamps in half bridge and full bridge circuits
JP3487387B2 (en) Power supply device, discharge lamp lighting device and lighting device
JP2001185391A (en) Electronic stabilizer of single switch type
JP2004327104A (en) Induction heating cooker
KR20060051258A (en) Electronic ballast with pump circuit for discharge lamp with preheatable electrodes
JP2006513540A (en) Circuit and method for supplying power to a load, particularly a high intensity discharge lamp
JPH1126844A (en) Laser power supply
KR100493922B1 (en) An instant start typed electric ballast
KR200308322Y1 (en) An instant start typed electric ballast
JP3493647B2 (en) Power supply device, discharge lamp lighting device and lighting device

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed