DE69033820T2

DE69033820T2 - Schaltanordnung

Info

Publication number: DE69033820T2
Application number: DE69033820T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Jan Blankers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: EP0398432A1; JPH034491A; CN1047429A; US5087859A; JP3273780B2; KR900019539A; CN1021872C; EP0398432B1; ATE206863T1; DE69033820D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung, welche sich zum Zünden und Betreihen einer Hochdruckentladungslampe mit einem pulsierenden Strom wechselnder Polarität eignet und versehen ist mit:
- einer Brückenschaltung mit ersten und zweiten Schaltmitteln, welche jeweils wechselweise in einen leitenden und einen nicht leitenden Zustand geschaltet werden, um den pulsierenden Strom wechselnder Polarität vorzusehen, wobei die zweiten Schaltmittel im Wechsel mit den ersten Schaltmitteln in den leitenden Zustand geschaltet werden;
- einer Treiberschaltung zur Ansteuerung der Schaltmittel, die einen Kurzschlussschalter zwischen einer Steuerelektrode und einer Hauptelektrode der ersten Schaltmittel aufweist, welcher eine Verbindung zwischen der Treiberschaltung und der Brückenschaltung herstellt, wobei der Kurzschlussschalter in der Zeit, in welcher die ersten Schaltmittel in den nicht leitenden Zustand geschaltet werden, einen Kurzschluss zwischen der Steuerelektrode und der Hauptelektrode aufrechterhält; sowie
- einem Regelkreis, um der Treiberschaltung ein Regelsignal zuzuführen.
Eine Schaltanordnung der im einleitenden Absatz erwähnten Art ist im Wesentlichen aus US-A-4 649 321 bekannt. GB 2 102 641 A offenbart eine ähnliche Anordnung mit einer, durch eine konstante Stromquelle gebildeten Stromversorgung. In einer Brückenschaltung der aus GB 2 102 641 A bekannten Schaltanordnung treten erhebliche Spannungsdifferenzen auf. Um nachteilige Auswirkungen der auftretenden Spannungsdifferenzen auf die Treiberschaltung zu verhindern, ist zwischen den Schaltmitteln und der Treiberschaltung eine Gleichstromtrennung vorgesehen. Damit sehen die Kurzschlussmittel in Form eines Phototransistors bei der bekannten Schaltanordnung gleichzeitig eine Gleichstromtrennung zwischen der Brückenschaltung und der Treiberschaltung vor. Phototransistoren dieser Art weisen relativ kleine Dimensionen auf und begünstigen somit einen verhältnismäßig kompakten Aufbau der Schaltanordnung. Bei solchen Phototransistoren ist jedoch eine verhältnismäßig hohe Steuerleistung erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit der Gleichstromteilung wird durch einen Transformator vorgesehen. Dieses hat jedoch den Nachteil, dass die Dimensionen bereits bei Übertragung niedriger Leistung verhältnismäßig groß sind.
Es ist unter anderem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, mit welchem unter Beibehaltung eines relativ kompakten Aufbaus der Schaltanordnung eine Reduktion der Steuerleistung erreicht werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltanordnung der in dem einleitenden Absatz erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung eine gesteuerte, konstante Stromquelle zur Steuerung des Kurzschlussschalters aufweist, und dass die gesteuerte, konstante Stromquelle gleichzeitig zur Steuerung eines, den zweiten Schaltmitteln zugeordneten Kurzschlussschalters dient. Eine Gleichstromtrennung zwischen der Treiberschaltung und der Brückenschaltung ist nicht mehr erforderlich, da die Steuerleistung für den Kurzschlussschalter einer solchen gesteuerten, konstanten Stromquelle entzogen wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, Schalterarten, wie z. B. Kurzschlussschalter, zu verwenden, welche mit einer verhältnismäßig niedrigen Steuerleistung betrieben werden. Ein besonders geeigneter Kurzschlussschalter ist ein Transistor, welcher auf Grund eines normalerweise relativ hohen Verstärkungsfaktors mit einer verhältnismäßig niedrigen Steuerleistung geschaltet werden kann.
Vorzugsweise ist eine Basiselektrode des Transistors an die gesteuerte Stromquelle gleichstromgekoppelt.
Eine gesteuerte Stromquelle kann durch Halbleiter auf verhältnismäßig einfache Weise vorgesehen werden und eignet sich in einer solchen Form besonders zur Miniaturisierung, wodurch ein kompakter Aufbau der Schaltanordnung mindestens beibehalten wird.
Bei einer Brückenschaltung, welche mit vier Schaltmitteln versehen ist, die paarweise abwechselnd in den nicht leitenden Zustand geschaltet werden, um den pulsierenden Strom wechselnder Polarität vorzusehen, ist es unter dem Gesichtspunkt eines zuverlässigen Betriebs der Schaltanordnung von Vorteil, die Schaltmittel paarweise mit einer Treiberschaltung zu versehen.
Es ist an sich aus US-Patent 4 649 321 bekannt, dass Spannungsdifferenzen entgegengewirkt werden kann, indem sichergestellt wird, dass, sobald ein Schaltmittel der Brückenschaltung durch gegenseitiges Kurzschließen der Hauptelektrode und Steuerelektrode der relevanten Schaltmittel nicht leitend gemacht wird, diese Hauptelektrode und Steuerelektrode nur dann kurzgeschlossen werden, wenn die Hauptelektrode eine niedrige Spannung aufweist. Dieses wird dadurch erreicht, dass zwei Schaltmitel, welche abwechselnd in den leitenden Zustand geschaltet werden, sich zum Zwecke des Polaritätswechsels des erzeugten Rechteckstroms eine Zeit lang gleichzeitig im leitenden Zustand befinden. Es ist richtig, dass es auf diese Weise möglich ist, die Gleichstromtrennung zwischen der Brückenschaltung und der Treiberschaltung auf nur eine Diode zu begrenzen, wobei diese Realisierung andererseits den großen Nachteil hat, dass die Brückenschaltung tatsächlich bei jedem Polaritätswechsel kurzgeschlossen wird. Darüber hinaus ist während dieses Kurzschlusszustands ein Widerstandselement in Form einer, mit der Brückenschaltung in Reihe geschalteten Glühspule erforderlich, um Überströme durch die Schaltmittel zu verhindern. Dieses führt zu unerwünschten Leistungsverlusten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - ein Blockschaltbild der Schaltanordnung;
Fig. 2 - eine weitere Ausgestaltung einer Brückenschaltung der Schaltanordnung;
Fig. 3 - eine weitere Ausgestaltung einer Treiberschaltung der Schaltanordnung.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltanordnung setzt sich aus einer Schaltungsversorgung I, einer Brückenschaltung II, einem Hilfsstromkreis III und einem Regelkreis IV zusammen. Der Hilfsstromkreis III weist zwei Treiberschaltungen 25, 26 auf. Mit der Brückenschaltung II ist eine zu betreibende Hochdruckentladungslampe V verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Lampe durch eine Halogen- Metalldampfhochdrucklampe mit einer Nennleistung von 200 W dargestellt.
In einer weiteren Ausgestaltung in Fig. 2 sind die Brückenschaltung II und der Hilfsstromkreis III dargestellt. Die Brückenschaltung weist Schaltmittel 21, 22, 23, 24 auf, welche paarweise abwechselnd in einen leitenden und einen nicht leitenden Zustand geschaltet werden, um einen pulsierenden Strom wechselnder Polarität durch die Lampe V vorzusehen.
Die Lampe V ist in ein Netzwerk 4 integriert, welches zwischen Anschlusspunkten C und D der Brückenschaltung geschaltet ist. Ein aus einem Induktor 40, einer Sekundärwicklung 41b eines Transformators 41 und Lampenanschlussstellen 42, 43 gebildeter Stromkreis bildet einen Teil des Netzwerks 4. Die Sekundärwicklung 41b und die Lampenanschlusspunkte 42, 43 sind durch einen Kondensator 46 in Nebenschluss geschaltet. Die Primärwicklung 41a des Transformators 41 bildet einen Teil eines Schaltkreises, welcher Spannungsimpulse erzeugt und mit einem Gas gefüllten Durchschlagelement 44 sowie einem Spannungsanstiegsnetzwerk 45 versehen ist.
Die Schaltelemente 21, 22, 23, 24 werden paarweise durch Treiberschaltungen 25, 26 gesteuert. Die Treiberschaltung 25 ist in einer weiteren Ausgestaltung in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist ein Kurzschlussschalter 27 zwischen einer Steuerelektrode 215 und einer Hauptelektrode 211 der Schaltmittel 21 geschaltet. Der Kurzschlussschalter ist in Form eines Transistors dargestellt, wobei eine Basiselektrode 27b an eine gesteuerte Stromquelle 28 der Treiberschaltung gleichstromgekoppelt ist. Die gesteuerte Stromquelle wird durch ein, von dem Regelkreis am Anschluss A abgegebenes Regelsignal geregelt.
Die gesteuerte Stromquelle 28 und der Kurzschlussschalter 27 werden über einen Hilfsspannungsanschluss +V gespeist.
Das von dem Regelkreis über Anschluss A zugeführte Regelsignal setzt sich aus einer Rechteckwellenspannungsimpulsfolge zusammen. Bei Auftreten eines Rechteckwellenimpulses an Anschluss A ist der Transistor in der gesteuerten Stromquelle 28 leitend, und ein durch Emitterwiderstand 281 definierter Strom fließt von dem Hilfsspannungsanschluss +V durch die gesteuerte Stromquelle 28. Infolgedessen ist die Spannung an der Basiselektrode 27b des Kurzschlussschalters 27 relativ niedrig, was zur Folge hat, dass sich der Kurzschlussschalter im nicht leitenden Zustand befindet. Folglich ist das Schaltmittel 21 auf Grund der an dem Hilfsspannungsanschluss +V anliegenden Hilfsspannung im leitenden Zustand.
Bei Beenden des Spannungsimpulses an Anschluss A wird der Transistor in der gesteuerten Stromquelle 28 nicht leitend, so dass kein Strom mehr durch die gesteuerte Stromquelle fließt. Dieses hat zur Folge, dass die Spannung an der Basiselektrode 27b des Kurzschlussschalters 27 einen verhältnismäßig hohen Pegel erreicht und der Kurzschlussschalter 27 leitend wird. Infolgedessen wird ein Kurzschluss zwischen der Steuerelektrode 215 und der Hauptelektrode 211 des Schaltmittels 21 erzeugt, welcher aufrechterhalten wird, bis ein nächster Spannungsimpuls am Anschluss A auftritt. Durch den Kurzschluss verbleibt das Schaltmittel 21 in dem nicht leitenden Zustand.
Die Lampe wird dadurch gezündet, dass die Schaltmittel der Brückenschaltung II auf einer hohen Frequenz geschaltet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die hohe Frequenz so ausgewählt, dass sie bei etwa 55 kHz liegt. Die Schaltimpulse werden in dem Regelkreis IV auf bekannte Weise erzeugt. Die hohe Frequenz wird so ausgewählt, dass der Induktor 40, die angeschlossene Lampe und der Kondensator 46 in dem Netzwerk 4 einen abgestimmten Schwingkreis bilden. Damit wird zwischen den Lampenanschlusspunkten 42, 43 eine hohe Spannung erzeugt, wodurch in der angeschlossenen Lampe V zwischen den Lampenelektroden ein Durchschlag auftritt. Auf Grund des Durchschlags der Lampe verliert der Schwingkreis seine Abstimmung.
Bei Nichtdurchschlagen der angeschlossenen Lampe bei den in dem Schwingkreis erzeugten Spannungen wird die Spannung in dem Netzwerk 45 zu gegebener Zeit so erhöht, dass das Gas gefüllte Durchschlagelement 44 seine Durchschlagspannung erreicht und durchschlägt. Die in dem Netzwerk 45 vorhandenen Kondensatoren werden dann über das Durchschlagelement 44 und die Primärwicklung 41a des Transformators 41 abrupt entladen. Folglich wird in der Sekundärwicklung 41b eine sehr hohe Spannung erzeugt, welche auch an dem Lampenanschlusspunkt 42 zu verzeichnen ist..
In der beschriebenen Schaltanordnung wird das Durchschlagelement 44 so ausgewählt, dass es eine Durchschlagspannung von 3 kV aufweist. Eine passende Wahl des Wicklungsverhältnisses und des Aufbaus des Transformators 41 zum einen und eine geeignete Abstimmung der durch die Wicklungen und elektrischen Leiter zu den vorhandenen Kondensatoren vorgesehenen Kapazitätswerte zum anderen führt in dem betreffenden Ausführungsbeispiel bei Durchschlag des Durchschlagelements 44 zu einer Spannungsspitze von 25 kV an dem Lampenanschlusspunkt 42.
Durch die Spannungsimpulse erzeugende Schaltung, welche durch den Transformator 41, das Durchschlagelement 44 und das Netzwerk 45 gebildet wird, besteht die Möglichkeit, eine angeschlossene Lampe praktisch unmittelbar nach Abschalten derselben neu zu zünden. Dieses wird im Allgemeinen als "Hot Re-ignition" bezeichnet.
Nachdem die Lampe gezündet wurde, wird diese nach einiger Zeit in einen stabilen Betriebszustand versetzt. Nach Zünden der Lampe werden die Schaltmittel der Brückenschaltung auf einer Frequenz von etwa 400 Hz geschaltet. Die durch die beschriebene Schaltanordnung betriebene Lampe weist bei konstanter Leistung einen Lichtstrom einer im Wesentlichen konstanten Intensität auf und ist daher unter anderem als Lichtquelle zu Projektionszwecken geeignet.

Claims

1. Schaltanordnung, welche zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (V) mit einem pulsierenden Strom wechselnder Polarität geeignet und versehen ist mit

einer Brückenschaltung (II) mit ersten (21) und zweiten (22) Schaltmitteln, welche jeweils wechselweise in einen leitenden und einen nicht leitenden Zustand geschaltet werden, um den pulsierenden Strom wechselnder Polarität vorzusehen, wobei die zweiten Schaltmittel im Wechsel mit den ersten Schaltmitteln in den leitenden Zustand geschaltet werden;

einer Treiberschaltung (25) zur Ansteuerung der Schaltmittel (21, 22), welche einen Kurzschlussschalter (27) zwischen einer Steuerelektrode (215) und einer Hauptelektrode (211) der ersten Schaltmittel (21) aufweist, der eine Verbindung zwischen der Treiberschaltung und der Brückenschaltung herstellt, wobei der Kurzschlussschalter in der Zeit, in welcher die ersten Schaltmittel in den nicht leitenden Zustand geschaltet werden, einen Kurzschluss zwischen der Steuerelektrode und der Hauptelektrode aufrechterhält; sowie

einem Regelkreis (IV), um der Treiberschaltung ein Regelsignal zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung eine gesteuerte, konstante Stromquelle (28) zur Steuerung des Kurzschlussschalters aufweist, und dass die gesteuerte, konstante Stromquelle gleichzeitig zur Steuerung eines, den zweiten Schaltmitteln zugeordneten Kurzschlussschalters dient.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussschalter durch einen Transistor dargestellt ist, wobei eine Basiselektrode desselben an die gesteuerte, konstante Stromquelle gleichstromgekoppelt ist.