DE1945095A1

DE1945095A1 - Start- und Betriebsschaltung fuer Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE1945095A1
Application number: DE19691945095
Authority: DE
Inventors: Woolsey Samuel W
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1968-09-10
Filing date: 1969-09-05
Publication date: 1970-03-19
Also published as: GB1215277A; US3566186A

Description

Start- und Betriebsschaltung für Gasentladungslampen

Priorität: 10. September 19.68 - U.S.A. - Nr. 758 761

Zusammenf as sung;

Es wird eine Schaltung zum Zünden einer Gasentladungslampe

Tl

beschrieben, die über eine Quelle für hochgespannten Gleichstrom geschaltet ist. Die Schaltung besteht aus einem sättigungsfähigen Kern-Transformator mit parallel zur Lampe liegenden Primärwicklungen und in Reihe mit der Lampe liegenden Sekundärwicklungen. Ein Kondensator liegt in Reihe mit der Primärwicklung. Eine Schalteinrichtung ist vorgesehen, um den Kondensator durch den Transformator zu entladen, um das Gas

009812/1249

in der Lampe zu durchbrechen. Ein weiterer Kondensator liegt über der Reihenschaltung aus Sekundärwicklung und lampe, um einen Zündstrom durch die Lampe zu liefern, sobald diese leitend geworden ist.

Es wird ferner eine Betriebsschaltung beschrieben, die aus einer Niederspannungs-Gleichstromquelle parallel zur Lampe besteht, die über der Hochspannungsquelle liegt, wobei gleiche Anschlüsse der beiden Quellen zus ami »enge schaltet sind.

Stand der Technik . .

Die Erfindung betrifft allgemein Stromversorgungsschaltungen für Gasentladungslampen, und insbesondere Schaltungen zum Zünden und Betreiben von Hochintensitäts-Kurzbogenlampen.

Hochintensitäts-Kurzbogenlampen bestehen üblicherweise aus zv/ei Elektroden, die einen Abstand von 4 - 10 mm haben und eine Bogenstrecke bilden. Diese Bogenstrecke ist in einem vakuumdichten Kolben angeordnet, der ein ionisierbares Gas unter Druck enthält. Um das Gas zu ionisieren und die Bogenstrecke zu durchbrechen, wird eine hohe Spannung, etwa im Bereich von 5 - 30 kV aufgedrückt. Sobald der Durchbruch erfolgt, fällt jedoch die Bogenimpedanz von unendlich auf einen niedrigen Wert in der Größenordnung von einigen Ohm, Zu diesem Zeitpunkt wird nur noch eine relativ niedrige Spannung benötigt, um dafür zu sorgen, daß ausreichender Strom im Bogen fließt, um die Lampe zu zünden, d.h, um ein kontinuierliches Leuchten zu erzeugen. Grundsätzlich soll also eine Stromversorgung vorhanden sein, die mit dem besten Wirkungsgrad diese erforderlichen Spannungen an die Lampe liefert,

.../ 3 0 0 9 8 12/1249

Ϊ945095

Bisher arbeiteten Stromversorgungen für Gasentladungslampen· meist mit einer Funkenstrecke, um hochfrequente Hochspannungsimpuls zum Durchbrach der Lan.pe zu erzeugen (US-Fttentschrifter> 3 189 789; 3 250 933 und 3 323 015). Auf diese Weise k' ^:n -en zwar große ^engen von Impulsenergie geliefert werden, die Impulse sind jedoch hochfrequent. Dadurch werden oft elektromagnetische Störungen und Grenzflächenprobleme zwischen der Lampe und der Stromversorgung erzeugt, \ienn die Impulsanstiegzeit beispielsweise zu- klein ist, kann sich ein zu stark·, r Sjannun^sauf oau zwischen anderen leitenden Elementen der Lampe als den Zündelektroden ergeben. Dadurch können wieder interne Bogen zwischen der Anode und dem Reflektor oder zwischen äuteren Kolbenteilen sich ergeben. Weiter sorgt das wiederholte Auftreten νση Hochfrequenz-Hochspannung zwischen der Kathode und der Anode schnell für deren Erosion.

Durch die Erfindung soll deshalb eine verbesserte Schaltung zum Zünden von Gasentladungslampen verfügbar gemacht werden und eine verbesserte Kombinierte Schaltung zum Starten und Eetreifcen solcher Lampen.

Weiter soll durcL die Erfindung eine Zünd- oder Startschaltung für eine Gasentladungslampe verfügbar gemacht werden, tei der hochfrequente Energie nicht benöti -t wird.

Veiter soll durch iie Erfindung eine Start- und Betriebsschaltung für eine Gasentladungslampe verfügbar gemacht werden, die ausschließlich mit Festkörper-Eauelen.enten arbeitet.

Ferner soIj. auroh die Erfindung eine Start- oder Zündschaltung für eine Gasentladungslampe verfügbar ^eiiac-ht werden, die ausschließlich Lit Gleichstromquellen arbeitet.

03812/1249

8AD

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz gesagt, betrifft die Erfindung eine Start- und Betriebssohaltung für eine Gasentladungslampe. Die Startschaltung besteht aus einer Hochspannungs-Gleich— stromquelle, einem über der Quelle liegenden Kondensator, einem zweiten Kondensator und einem Transformator mit Primärwicklungen, die in Reihe mit dem zweiten Kondensator liegen, und Sekundärwicklungen, die in Reihe mit der Lampe über der Hochspannungsquelle liegen. Es "sind Schalteinrichtungen vorgesehen, um den im zweiten Kondensator und die damit in Reihe liegende Primärwicklung über die Hochspannungsquelle zu schalten, um den zweiten Kondensator zu laden, und um den zweiten Kondensator über die Primärwicklungen zu schalten, um den zweiten Kondensator durch die Primärwicklungen zu entladen, ohne daß der erste Kondensator auf andere Weise als durch die Lampe entladen v/erden kann. Die Betriebsschaltung besteht aus einer Kiederspannungs-Gleichstromquelle, die parallel zur Lampe über der Hochspannungsquelle liegt, wobei gleiche Anschlüsse der Quellen verbunden sind. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um die Eochspannungsquelle daran zu hindern, die Kiederspannungsquelle zu laden.

Die Erfindung soll an Hand des in der Zeichnung dargestellten Sr-hsltbildes einer bevorzugten Aus füh rungs form erläutert werden.

In der zeichnung ist schematisch eine Hochintensitäts-Kurzbogenlainpe L, beispielsweise eine Xenon-Kurzbogeniampe Typ 150Z8P der Eimac Division der Anmelderin besckriecen. Die Kathode der Lampe L ist mit dem negativen

ÜÜ98 12/12.A9 .../5

BAD

Pol einer Hochspannungsbatterie 3 verbunden, während die Lampen-Anode mit dem positiven Pol der Hochspannungsbatterie durch einen Begrenzerwiderstand 4 und eine Sekundärspule 2 eines Transformators T mit sättigbarem Kern verbunden ist. Die Lampen-Anode ist ferner durch eine Diode 5 mit dem positiven Pol einer Niederspannungsbatterie 6 verbunden, dessen negativer Pol mit dem negativen Pol der Hochspannungsbatterie 3 verbunden ist. Erforderlichenfalls kann ein nichtdargestellter kleiner Vorwiderstand von beispielsweise 1 Ohm in Reihe mit der batterie 6 und der Lampe L geschaltet werden. Die Angaben "Hochspannungs-" und "Niederspannungs-"Batterie sollen nur auf die relativen Spannungswerte der beiden Batterien hinweisen und nicht auf quantitative Werte oder Wertbereiche.

Der Kondensator 7 liegt über der Niederspannungsbatterie 6. Der Kondensator 8 liegt über der Hocbspannungsbatterie 3 in Reihe mit dem Widerstand 4. Die Primärspule 1 des Transformators T liegt parallel zur Lampe L, wobei ein Ende der Spule 1 mit den negativen Batteriepolen und das andere Ende der Spule mit den positiven Batteriepolen über Kondensator 9 und Schalteinrichtung 12 verbunden ist. Die Diode liegt über der Spule 1.

Eine Schalteinrichtung 12 ist in die Schaltung eingebaut, um den Kondensator 9 durch den Transformator T zu entladen. Die Schalteinrichtung besteht aus einem Kondensator 13, einem Widerstand 14teiner Zener-Diode 15 und einem Widerstand 10, die in Reihe über der batterie 3 liegen. Ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter 16 verbindet den negativen Pol der Batterie 3 mit dem Verbindungspunktvon Widerstand 10 und Diode 15. Eine Trigger-Schaltung aus einer Vierschicht-Schaltdiode 17 und einem Widerstand 18 verbindet die ^atterelektrode des Gleichrichters 16 mit dem Kon-

ÜÜ9812/1249

densator 13. Der Widerstand 19 liefert einen Gleichstromweg zwischen dem Gatter und Erde und zur Kathode der, Lampe L.

Wenn Gleichspannung von der Eochspannungsbatterie 3 angelegt wird, laden die kondensatoren 8 und 9· Wenn die Spannung über den Kondensator 9 den Durchbruchswert -der Zenerdiode 15 erreicht, lädt der Kondensator 13. Wenn die Spannung über den Kondensator 13 die Durchbruchspannung der Schaltdiode 17 erreicht, wird eine Trigger-Spannung an den gesteuerten Silizium-Gleichrichter 16 gelegt, der leitend wird una den Kondensator 9 durch die Primärspule 1 des Transformators T entlädt. Die soeben beschriebene Festkörper—Schalteinrichtung zum Entladen des Kondensators 9, wie sie durch den Block 12 bezeichnet ist, ist konventionell. Es sind selbstverständlich noch weitere bekannte Schalteinrichtungen an dieser Stelle denkbar.

Die Entladung des Kondensators 9 durch die Spule 1 induziert eine Spannung über der Spule 2 und der Lampe L, die ausreicht, um die Bogenstrecke zwischen der Kathode und der Anode der Lampe zu ionisieren, "wenn die Bogenstrecke ionisiert ist, wird die Lampe L leitend, so daß die Schleife aus der Lampe L, der Sekundärspule 2 und dem Kondensator 8 geschlossen wird. Wenn diese Schleife geschlossen wird, entlädt sich der Kondensator 8 durch die Spule 2 in die Lampe. Der Widerstand 10 hindert diese Entladung daran, durch die Schalteinrichtung 12 zu fließen.

Während der Zeit, die der Kondensator 8 zum Entladen braucht, fließt ausreichender Strom durch die Lampe L, um das Lampengas in einem ionisierten Zustand zu halten. Das ist zu sehen, wenn beachtet wird, daß während dieser Zeit die Polarität der Spannung über der Spule 2 sich von der ur-

09812/1249

5945095

sprünglich durch die Entladung des Kondensators durch die Spule 1 induzierten, umgekehrt hat. Dieser Polaritätsumkehr sorgt^v dafür, daß der Magnetfluß im Transformator T sich ebenfalls umkehrt. Obwohl der Stromfluß in der Spule 2 durch ;. ösen Induktivität begrenzt ist, wird der Stroinfluß durch den Strom verstärkt, der durch den Strom in der Primärspu-Ie 1 durch die Diode 11 induziert worden ist, die durch diese Polaritätsumkehr leitend geworden ist. \ienn auch die in der Spule 1 durch den geladenen Kondensator 8 induzierte Spannung durch den Transformator T erheblich herabgesetzt wird, so sorgt doch das Fehlen einer erheblichen Impedanz in der Schleife aus Spule 1 und Diode 11 trotzdem dafür, daß ein erheblicher Stroi:. in der Spule 1 fließt. Wenn der Kern nahezu gesättigt ist, fällt die Induktivität des Transformators T, so daiS der Strom in den Spulen schnell steigen kann. Das ist von erheblicher Bedeutung, wei.n die Lampe im Blitsbetrieb betrieben wird.

Die soeben beschriebene Folge verhindert, da.; der durch die Entladung des Kondensators 8 geschaffene vorübergehende Stromfluu durch die Lampe L unter den Vert fäxlt, der erforderlich ist, us das Gts ionisiert zu halten. Die Lampe bleibt also leitend, bis der Transformator T gesättigt ist, und zu diesen. Leiti unict wird der Strom in der Lampe L abhängig von der Nenn—Induktivität der Siuie 2 nach der Sättigung, und der Kapazität des Kondensators ö. Venn die Spannung über aen Kondensator 8 unter die über dem Kondensator 7 fällt, wird die Diode ? leitend, so dai Strom von der Niederspannungs-Batterie 6 durch die gesättigte Spule 2 lind die Lampe L fliegen kann. V.'enn das erreicht ist, geht die Lampe in den kontinuierlichen Leitung?zustand. Wenn die Lampe impulsweise betrieben werden soll statt kontinuierlich, können die Liederspannungsdiode ~, die Batterie 6 und der Kondensator 7 weggelassen werden.

.../ 8 2/1249

SADORiGtNAL

m. gr —

Die tatsächlichen Werte einer Schaltung der dargestellten Art sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Tabelle

Kondensatoren	Werte in Mikrofarad	Type	009812/1249.	•../ Ansprüche
7	5000	IK 1189
8	20	Hv 1203
9	4	Sarkes Tarzians VE 130
	0,47	Motorola KCR 1718-5
Widerstände	Werte in Kiloohm	Motorola ΙΊ41 3054
4	25	Type
10	2,2	Varian Associates 150X8P
14	470	Vindungswerte
18	0,0047	50-1
19	1
Batterien	Werte in Volt
3	300
6	30
Dioden
5
11
15
16
17
Lampe
L
Transformator
τ. .

Claims

V 1 P 228 D

Ansprüche

ί 1ο J Startschaltung für eine Gasentladungslampe, gekennzeich- ^—' net ä'urch eine Hochspannungs-G-leichstromquelle, einen über die Hochspannungsquelle geschalteten Kondensator, einen zweiten Kondensator, einen Transformator mit mit dem zweiten Kondensator in Eeihe geschalteten Primärwicklungen und Sekundärwicklungen, die mit der Lampe in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung aus Sekundärwicklungen und lampe über der Hochspannungsqüelle liegt, und einer Schalteinrichtung, die die Reihenschaltung aus dem zweiten Kondensator und den Primärwicklungen über die Hochspannungsquelle schaltet, um den zweiten Kondensator zu laden, und die so eingerichtet ist, daß der zweite Kondensator über die Primärwicklungen geschaltet wird, um durch diese entladen zu werden, und der erste Kondensator daran gehindert wird, sich durch den Schalter selbst vor dem Entladen durch die Lampe zu entladene

Startschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem gesteuerten Siliziumgleichrichter besteht, der über die Reihenschaltung aus Kondensator und Primärwicklungen geschaltet ist·

3« Startschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einem Widerstand besteht, mit dem der erste Kondensator daran gehindert wird, sich durch den Schalter zu entladen, ehe er sich durch die Lampe entlädt.'

4. Startschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekenn-

.../ 009812/1249

zeichnet, daß der Transformator einen sättigungsfähigen Kern aufweist.

5. Startschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode über die Primärwicklungen geschaltet ist.

6. Startschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ein Aufwärts-Transformator ist.

7. Start- und Betriebsschaltung für eine Gasentladungslampe mit einer Startschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenbetriebsschaltung aus einer Niederspannungs-Gleichstromquelle besteht, die parallel zur Lampe und der Hochspannungs-Gieichstromquelle liegt, wobei gleiche Pole der Spannungsquellen verbunden sind, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Hochspannungs-Gleichstromquelle daran gehindert wird, die Niederspannungs-Gleichstromquelle zu laden.

8. Start- und Betriebsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern eines Ladevorgangs eine Diode ist.

9. Start- und Betriebsschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Kondensator parallel zu beiden Spannungsquellen liegt und die eine Ladung verhindernde Einrichtung in Reihe mit dem dritten Kondensator und der Hochspannungs-Gleichstromquelle liegt.

10. Start- und Betriebsschaltung nach Anspruch 7, 8 oder 9, da durch gekennzeichnet, daß ein Kondensator parallel zur liiederspannungs-Gleichstromquelle und der Lampe liegt.

U098 12/1249