BE1006978A3

BE1006978A3 - Schakelinrichting.

Info

Publication number: BE1006978A3
Application number: BE9300331A
Authority: BE
Inventors: Meerten Luursema; Nicolaas H G Reijnders
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1995-02-07
Also published as: ATE207688T1; EP0618754B1; DE69428732T2; TW343422B; DE69428732D1; SG44758A1; US5448139A; EP0618754A1; JPH076885A; KR940025395A; KR100339320B1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor het bedrijven van een hogedrukontladingslamp, waarbij de hogedrukontladingslamp na ontsteken reeds na 1 s een lichtstroom van ten minste 60 % van de nominale lichtstroom levert. De schakelinrichting bevat : - een statische omvormer voor het opwekken van een gelijkspanning, - een commutator voorzien van lampaansluitklemmen, -middelen A ten behoeve van stroomstabilisatie tijdens stabiel lampbedrijf door middel van sturing van de statische omvormer, -middelen B ten behoeve van het bedrijven van de lamp met ten opzichte van nominaal bedrijf van verhoogde op basis van een momentaan lampspanningssignaal. Volgens de uitvinding bevat de schakelinrichting middelen C zodanig dat het bedrijven met het verhoogde vermogen althans een deel bevat voor aansluiting en overgang op nominaal bedrijf dat een dalende karakteristiek met een lampspanningsonafhankelijke tijdconstante heeft.

Description

Schakelinrichting
De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor het bedrijven van een hogedrukontladingslamp, waarbij de hogedrukontladingslamp na ontsteken reeds na 1 s een lichtstroom van tenminste 60% van de nominale lichtstroom levert, welke schakelinrichting bevat - een statische omvormer voor opwekken van een gelijkspanning, - een commutator voorzien van lampaansluitklemmen, - middelen A t. b. v. stroomstabilisatie tijdens stabiel lampbedrijf door middel van sturing van de statische omvormer, - middelen B ten behoeve van het bedrijven van de lamp met ten opzichte van nominaal bedrijf een verhoogde aanloopstroom en een verhoogd vermogen op basis van een momentaan lampspanningssignaal.

Een schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort is ondermeer bekend uit EP-A-443795.

Belangrijke typen hogedrukontladingslampen zijn hogedruknatriumlampen, hogedrukkwiklampen en metaalhalogenidelampen. Met name in geval een hogedrukontladingslamp dienst doet als autokoplamp is een relatief grote lichtstroom aanstonds na inschakelen van de lamp een vereiste. Metaalhalogenide lampen waarvan het ontlading- vat tevens Xe bevat zijn in het bijzonder geschikt voor de toepassing als autokoplamp.

Nadeel van de bekende inrichting is dat de lichtstroom van de lamp na ontsteken bij een koude start een aanzienlijke fluctuatie vertoont tijdens het oplopen van de lamp naar een stabiele bedrijfstoestand. Deze fluctuatie kan onder omstandigheden meer dan de helft van de nominale lichtstroom bedragen. Een dergelijke optredende tijdelijk grote fluctuatie van de lichtstroom is zowel voor de gebruiker als voor overige verkeersdeelnemers hinderlijk en kan zelfs voor het verkeer gevaarlijke situaties tot gevolg hebben.

De nominale lampspanning ligt in de praktijk veelal tussen 60 en 110 V.

Dit hangt in belangrijke mate samen met lampfabricagetechniek.

Verlaging van de nominale lampspanning zal bij overige gelijkblijvende omstandigheden leiden tot een toenemen van de nominale stroom, hetgeen tot een stijging van ohmse verliezen leidt.

Het onder gelijkblijvende omstandigheden kiezen van een hogere lampspanning leidt in het algemeen tot een grotere electrode afstand. Met name voor bundellampen, zoals bij autokoplampsystemen, is dat ongewenst daar vorming van de verlichtingsbundel in belangrijke mate afhankelijk is van de afmeting van de lichtbron, zijnde de ontladingsbaan tussen de electrodes van de ontladingslamp.

Doel van de uitvinding is de mate van optreden van een lichtstroom fluctuatie belangrijk te beperken, met behoud van een lichtopbrengst van 60% van de nominale waarde 1 seconde na ontsteken van de koude lamp.

Een schakelinrichting volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, doordat de schakelinrichting middelen C bevat zodanig dat het bedrijven met het verhoogde vermogen althans een deel bevat voor aansluiting en overgang op nominaal bedrijf dat een dalende karakteristiek met lampspannings-onafhankelijke tijdconstante heeft. Door het laatste deel van het oplopen te laten verlopen met behulp van een dalende karakteristiek met lampspannings-onafhankelijke tijdconstante is het verrassenderwijs mogelijk lichtstroomfluctuaties in belangrijke mate tegen te gaan. De keuze van het tijdstip kan bijvoorbeeld experimenteel worden bepaald. Bij voorkeur is dit tijdstip bepaald door het bereiken van de momentane lampspanning van een vooringestelde grenswaarde.

Experimenteel is vastgesteld dat bereiken van een lampspanning ter grootte van circa de halve nominale waarde een geschikte grenswaarde vormt. Derhalve verdient het de voorkeur vanaf bereiken van deze waarde van de lampspanning het dalen van het verhoogde vermogen te doen plaatsvinden volgens de dalende karakteristiek met lampspanningsonafhankelijke tijdconstante. Bij voorkeur bevatten de middelen C een tijdcircuit voor realisatie van een vaste tijdconstante als lampspannings-onafhankelijke tijdconstante. Verdere verbetering is mogelijk doordat de middelen C zijn voorzien van een tweetal tijdcircuits met onderling verschillende vaste tijdconstante.

Deze en andere aspecten van de uitvinding worden aan de hand van een tekening nader toegelicht, waarin
Fig. 1 een schematische weergave is van een schakelinrichting volgens de uitvinding,
Fig. 2a, een nadere detaillering van een deel van de schakelinrichting volgens figuur 1,
Fig. 2b en 2c varianten van een deel van de schakelinrichting volgens Fig. 2a,
Fig. 3 een grafische weergave van lampstroom en lampspanning als functie van de tijd, van een lamp bedreven op de schakelinrichting volgens Fig. 1, en
Fig. 4 een grafische weergave van de lichtstroom als functie van de tijd behorende bij de lampstroom en lampspanning volgens figuur 3.

In figuur 1 zijn 1 en 2 aansluitpunten voor aansluiten van de schakelinrichting op een voedingsbron. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is als voedingsbron een accu 3 getoond. Met 4 is een statische omvormer aangegeven die dient voor het opwekken van een gelijkspanning die vervolgens aan een commutator 5 wordt aangelegd. De commutator 5 is voorzien van lampaansluitklemmen 6,7 waartussen een hogedrukontladingslamp 8 is aangesloten.

De schakelinrichting is voorts voorzien van middelen A, in de figuur aangeduid met I, ten behoeve van stroomstabilisatie tijdens stabiel lampbedrijf door middel van sturing van de statische omvormer. Met n zijn middelen B aangegeven ten behoeve van het bedrijven van de lamp met een verhoogde stroom en een verhoogd vermogen op basis van een momentaan lampspanningssignaal. Tenslotte vormen m middelen C zodanig dat het tijdens oplopen van de lamp bedrijven met het verhoogde vermogen althans een deel bevat voor aansluiting en overgang op nominaal bedrijf dat een dalende karakteristiek met een lampspannings-onafhankelijke tijdconstante heeft.

Van een praktische uitvoering is een gedeelte van het schema dat de middelen A, B en C omvat in meer detail in figuur 2a weergegeven. Met Vla resp. Ila zijn signaalaansluitpunten van de middelen A, verder aangeduid met I, aangegeven die een momentaan lampspanningssignaal respectievelijk een momentaan lampstroomsignaal

voeren. In 10 wordt uit deze signalen een momentaan lampvermogen representerend signaal afgeleid dat vervolgens in 11 met een referentie signaal V wordt vergeleken en waarvan de uitkomst als stuursignaal S dient voor sturing van de statische omvormer.

Het vormen van het momentane lampvermogen representerende signaal kan geschieden door de signalen Vla en Ila te vermenigvuldigen. Dit levert een nauwkeurige representatie van het vermogen op, maar vereist evenwel een relatief complex circuit.

Een goede benadering van het lampvermogen wordt verkregen door sommatie van de signalen Vla en Ila. Een dergelijke benadering is in de praktijk zeer geschikt gebleken ten behoeve van lampstabilisatieregeling en is bijvoorbeeld met een eenvoudig weerstandsnetwerk realiseerbaar.

Ten behoeve van realisatie dat de aangesloten hogedrukontladingslamp na 1 s een lichtstroom van tenminste 60% van de nominale lichtstroom levert, is voorzien in de mogelijkheid dat de lamp tijdelijk op een ten opzichte van nominaal bedrijf verhoogde stroom, genoemd oploopstroom, en een verhoogd vermogen wordt bedreven.

Daartoe is in de beschreven uitvoeringsvorm het lampspanningssignaal Vla tevens via een impedantie 21 verbonden met vergelijkingsschakeling 22 waarin het momentane lampspanningssignaal wordt vergeleken met een referentie waarde Vlaf. De uitkomst van deze vergelijking wordt vervolgens via een sommatieschakeling 23 in mindering gebracht op het in 10 gevormde momentane lampvermogen representerende signaal.

Tevens is n voorzien van middelen D voor automatische aanpassing van de oploopfase van de lamp bij ontsteken na een korte onderbreking. Daartoe is II voorzien van een condensator 24 die tezamen met de ohmse impedantie 21 tijdens oplopen van de lamp na ontsteken uit koude toestand als een laag doorlaatfilter fungeert.

Bijgevolg volgt de spanning over condensator 24 tijdens oplopen nauwkeurig het verloop van het lampspanningssignaal V Ja.

Tevens maakt condensator 24 deel uit van een ontlaadcircuit 200 waarbij de ontlaadtijd van de condensator 24 een representatie vormt van de mate van afkoeling van de aangesloten lamp na afschakelen van de voeding van de lamp.

Wanneer de lamp na een korte onderbreking herstart wordt, zal enerzijds de spanning over condensator 24 gedaald zijn en stijgt anderzijds het lampspanningssignaal Vs. abrupt naar een relatief hoge waarde. De laagdoorlaatfilterkarakteristiek van de combinatie ohmse impedantie 21, condensator 24 heeft tot gevolg

dat het lampspanningssignaal V,, een relatief grote oplaadstroom via ohmse weerstand 21 naar condensator 24 laat vloeien. Hierdoor zal aan de ingang van de vergelijking- schakeling 22 een ten opzichte van de momentane waarde van het lampspanningssignaal V Ja verlaagde spanning staan. Daarmee wordt bereikt dat bij een korte onderbreking van de voeding van de lamp na herontsteken de oploopfunctie automatisch gecorrigeerd is ten opzichte van oplopen vanuit koude toestand.

Het van de vergelijkingsschakeling 22 komende signaal wordt bij 23 in mindering gebracht op het vermogenssignaal dat vervolgens wordt vergeleken met een referentiewaarde V.

Volgens de uitvinding zijn tevens middelen C, in de tekening aangeduid als m, voorzien zodanig dat het bedrijven met het verhoogde vermogen althans een deel bevat voor aansluiting en overgang op nominaal bedrijf dat een dalende karakteristiek met vaste tijdconstante als lampspanningsonafhankelijke tijdconstante heeft. Daartoe is in de beschreven uitvoeringsvorm een tijdcircuit opgenomen, gevormd door weerstanden 30,31 en een condensator 32 waarbij dit tijdcircuit zodanig in het circuit is opgenomen dat het van de vergelijkingsschakeling 22 komende signaal wordt geblokkeerd zodra dit tot een vooraf ingestelde drempelwaarde is gedaald. Het tijdcircuit levert dan een signaal dat slechts door ontlaadstroom van de betreffende condensator 32 wordt bepaald.

Daarmee is gerealiseerd dat het signaal een dalende karakteristiek met vaste tijdconstante heeft. Om er zorg voor te dragen dat het signaal op basis van het tijdcircuit alleen tijdens oplopen van de lamp gevoerd wordt, dus die omstandigheid dat aanmerkelijke lichtstroomfluctuatie dreigt op te treden, vindt opladen van de betreffende condensator 32 plaats via het signaal afkomstig van de vergelijkingsschakeling 22. Ter begrenzing van de spanning over condensator 32 en daarmee van de nominale tijdsduur van het deel van de dalende karakteristiek met de vaste tijdconstante zijn de capacitieve middelen 32 overbrugd door zenerdiodemiddelen 33.

In een variant van het beschreven uitvoeringsvoorbeeld is een verdere verbetering gerealiseerd doordat ni voorzien is van een tweetal tijdcircuits met onderling verschillende vaste tijdconstante. Dit is in figuur 2b weergegeven. In vergelijking met het tijdcircuit als weergegeven in fig. 2a is weerstand 30 daartoe vervangen door een weerstandsnetwerk gevormd door weerstanden 301 en 302 en een diode 303. Het ene tijdcircuit met eerste vaste tijdconstante wordt gevormd door het ontlaadcircuit 32,31, 301,303. Wanneer de spanning op punt 304 zover gedaald is dat de spanning over diode 303 gelijk is aan de spanningsval ten gevolge van zijn inwendige

EMI6.1
impedantie, treedt het andere tijdcircuit met tweede vaste tijdconstante in werking, gevormd door het ontlaadcircuit 32, 31, 301, 302.

Een andere variant van het beschreven uitvoeringsvoorbeeld als weergegeven in figuur 2c, bevat in plaats van een zenerdiode 33 een transistorschakeling 330 in serie met ee diode 331 ter vermindering van verliezen in de schakelinrichting.

Ten behoeve van stabiliteit van het regelcircuit vindt in het beschreven uitvoeringsvoorbeeld in de vergelijkingsschakeling 22 tevens een tijdsmiddeling plaats.

Evenzo vindt een tijdsmiddeling plaats in de vergelijkingsstap bij 11 ter vorming van het stuursignaal S voor sturing van de statische omvormer.

Het is uit hoofde van ontladingslamplevensduur voordelig de lamp op ten opzichte van aarde negatieve polariteit te bedrijven. Voor vorming van het het vermogen representerende signaal is in verband daarmee in het beschreven uitvoeringsvoorbeeld in een polariteitswisseling van Vla voorzien.

Een praktische realisatie van de schakelinrichting zoals in de figuurbeschrijving is beschreven is gebruikt voor het bedrijven van een 35 W hogedrukontladingslamp, die naast Hg ook Xe en metaalhalogeniden bevat. De nominale lampspanning is circa 90 V en nominale lampstroom circa 0. A. Als voedingsbron heeft een 12 V accu dienst gedaan.

In figuur 3 is het oplopen van lampspanning (curve 100) en lampstroom (curve 101) bij ontsteken uit koude toestand weergegeven.

In figuur 4 is de gemeten lichtstroom weergegeven (curve 102) op eenzelfde tijdbasis als in figuur 3 is gebruikt. Ter vergelijking is in figuur 4 door middel van een lijn 103 de gemeten lichtstroom weergegeven in geval de schakelinrichting niet voorzien is van middelen C.

Op tijdstip X vindt overgang plaats op de dalende karakteristiek met vaste tijdconstante.

Uit verloop van de lichtstroom bij de curve 100 in vergelijking met de lijn 102, is duidelijk dat na tijdstip X de lichtstroom in geval dat de lamp bedreven wordt met de schakelinrichting volgens de uitvinding een aanzienlijk kleinere fluctuatie vertoont dan in het geval dat de lamp bedreven wordt op een schakelinrichting volgens de stand van de techniek. In figuur 4 zijn door middel van de curves 200 en 201 de volgens de SAE-norm toegelaten lichtstroommaxima respectievelijk minima aangegeven.

Claims

4CONCLUSIES : 1. Schakelinrichting voor het bedrijven van een hogedrukontladingslamp, waarbij de hogedrukontladingslamp na ontsteken reeds na 1 s een lichtstroom van 60% van de nominale lichtstroom levert, welke schakelinrichting bevat - een statische omvormer voor het opwekken van een gelijkspanning, - een commutator voorzien van lampaansluitklemmen - middelen A ten behoeve van stroomstabilisatie tijdens stabiel lampbedrijf door middel van sturing van de statische omvormer, - middelen B ten behoeve van het bedrijven van de lamp met ten opzichte van nominaal bedrijf een verhoogde stroom en een verhoogd vermogen op basis van een momentaan lampspanningssignaal, met het kenmerk,

dat de schakelinrichting middelen C bevat zodanig dat het bedrijven met het verhoogde vermogen althans een deel bevat voor aansluiting en overgang op nominaal bedrijf dat een dalende karakteristiek met een lampspanningsonafhankelijke tijdconstante heeft.
2. Schakelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij bereiken van momentane lampspanning van de halve nominale lampspanning overschakeling plaatsvindt naar het deel van de dalende karakteristiek met lampspanningsonafhankelijke tijdconstante.
3. Schakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de middelen C een RC-circuit voor realisatie van een vaste tijdconstante als lampspanningsonafhankelijke tijdconstante bevatten.
4. Schakelinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat een momentaan lampvermogen representerend signaal wordt gerealiseerd door middel van sommatie van een signaal representerend de momentane lampspanning en een signaal representerend de momentane lampstroom.
5. Schakelinrichting volgens conclusie 1, 2,3 of 4, met het kenmerk, dat tevens middelen D aanwezig zijn voor automatische aanpassing van de oploopfase van de lamp bij ontsteken na een korte onderbreking.