NO176640B

NO176640B - Drive circuit for a direct-heated discharge lamp

Info

Publication number: NO176640B
Application number: NO901496A
Authority: NO
Inventors: Thomas Marinelli; Siegfried Luger
Original assignee: Zumtobel Ag
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1995-01-23
Also published as: DE59003830D1; NO901496D0; FI901687A0; EP0391360A1; EP0391360B1; NO901496L; DE3910738A1; NO176640C; FI96160C; ATE98837T1; FI96160B

Abstract

In a ballast for a directly heated discharge lamp (6) a controllable switch (14) is connected in series with the capacitor (5) which is located in parallel with the electrodes (7, 8) of the lamp and is part of the series resonant circuit (3, 4). After the lamp has ignited, this switch is opened by a changeover signal generated by a transformer (9). The transformer (9) has two primary windings (10, 11), of equal size but of opposite sense, and one secondary winding. <IMAGE>

Description

Oppfinnelsen vedrører en drivkrets slik som angitt i ingressen til patentkrav 1. The invention relates to a drive circuit as stated in the preamble to patent claim 1.

En slik drivkrets er tidligere kjent ifølge søkerens utlegningsskrift DE-OS 32 08 607. Den styrbare impedans skal her dannes ved hjelp av en hovedsakelig ohmsk impedans, f.eks. en styrbar ohmsk motstand eller en varmetråd. Impedansens styrekretsdel arbeider avhengig av utladningslampens driftstilstand, hvorved det som styreparameter på styrekretsdelen ligger et signal som f.eks. er frembrakt av en følekrets, og som er proporsjonalt med lampestrømmen. Styreparameteren kan også være proporsjonal med lampespenningen. Veksel-spenningsgeneratorens driftsfrekvens skal med henblikk på de størrelser som bestemmer resonansen, velges slik at spenningsfallet på kondensatoren er nok til å tenne lampen etter tilstrekkelig oppvarming av elektrodene. Dette skal forbedre lampens startforhold uten å forringe driftsforholdene for totalkoplingen. Når lampen har tent, er dens brennspenning så godt som uavhengig av glødestrømmen. Glødestrømmen selv er omvendt proporsjonal med totalimpedansen av seriekoplingen med kondensatoren og den styrbare impedans. Ved forhøyelse av impedansen, enten ved styring eller frekvensendring, blir glødeeffekten nedsatt og derved blir anordningens totalvirkningsgrad forhøyet. Such a drive circuit is previously known according to the applicant's specification document DE-OS 32 08 607. The controllable impedance must here be formed by means of a mainly ohmic impedance, e.g. a controllable ohmic resistor or a heating wire. The control circuit part of the impedance works depending on the operating state of the discharge lamp, whereby a signal such as e.g. is produced by a sensing circuit, and which is proportional to the lamp current. The control parameter can also be proportional to the lamp voltage. The operating frequency of the AC voltage generator must, with regard to the quantities that determine the resonance, be chosen so that the voltage drop on the capacitor is sufficient to light the lamp after sufficient heating of the electrodes. This should improve the lamp's starting conditions without impairing the operating conditions of the overall connection. When the lamp has lit, its firing voltage is virtually independent of the filament current. The glow current itself is inversely proportional to the total impedance of the series connection with the capacitor and the controllable impedance. By increasing the impedance, either by control or by changing the frequency, the glow effect is reduced and thereby the overall efficiency of the device is increased.

Ifølge DE-OS 32 08 607 er det videre kjent at vekselspenningsgeneratoren er dannet av en likeretter forbundet med vekselstrømnettet, og en vekselretter som er koplet etter likeretteren. According to DE-OS 32 08 607, it is further known that the alternating voltage generator is formed by a rectifier connected to the alternating current network, and an inverter which is connected after the rectifier.

I søkerens tidligere innleverte europeiske patentsøknad 338 109 er det foreslått å anordne en reguleringsenhet ved hjelp av hvilken den effekt som tas fra vekselstrømnettet blir holdt konstant, idet er-verdien av den likespenning som produseres av likeretteren og er-verdien av den likestrøm som tas ut av likeretteren, blir multiplisert, og produktet av disse to er-verdier blir sammenliknet med en effekt-skalverdi. Hvis er-verdi-produktet avviker fra effekt-skalverdien, blir vekselretterens frekvens korrigert for å regulere styreavviket. In the applicant's previously filed European patent application 338 109, it is proposed to arrange a regulation unit by means of which the power taken from the alternating current network is kept constant, the er-value of the direct voltage produced by the rectifier and the er-value of the direct current taken out of the rectifier, is multiplied, and the product of these two actual values is compared with a power scale value. If the actual value product deviates from the power target value, the frequency of the inverter is corrected to regulate the control deviation.

Videre er det kjent at utladningslamper som er fylt med ulike gasser, f.eks. argon eller krypton, har strøm-spennings-karakteristikker som avviker fra hverandre. For at de skal kunne trekke ut lik effekt fra vekselstrømnettet, må de drives ved forskjellige driftsfrekvenser. Argonlamper trenger f.eks. høyere driftsfrekvens enn kryptonlamper for samme effektopptak. Furthermore, it is known that discharge lamps which are filled with various gases, e.g. argon or krypton, have current-voltage characteristics that differ from each other. In order for them to be able to extract equal power from the alternating current grid, they must be operated at different operating frequencies. Argon lamps need e.g. higher operating frequency than krypton lamps for the same power absorption.

Kondensatoren som er anordnet mellom glødetrådene og koplet i serie med disse, er parallellkoplet med lampens elektroder, da glødetrådene samtidig danner elektrodene ved direkte-oppvarmede lamper. Denne kondensator, som er en del av en serieresonanskrets beliggende i lastkretsen til vekselspenningsgeneratoren, har to funksjoner. Den første funksjonen består i å lede glødestrøm gjennom glødetrådene i en forvarmefase før tenning av lampen, mens vekselspenningsgeneratoren blir drevet ved en så høy frekvens at tenning av lampen fremdeles er utelukket. Kondensatorens andre funksjon består i at under en tenningsfase oppstår det i kondensatoren en resonans-spenningsforhøyelse som bevirker tenningen, idet vekselspenningsgeneratoren under denne tenningsfasen blir drevet med en frekvens som omtrent tilsvarer resonanskretsens resonansfrekvens. Etter tenning er lampens drift, slik som beskrevet ovenfor, stort sett uavhengig av den glødestrøm som siden går gjennom kondensatoren. Denne glødestrøm krever derfor et uønsket effekttap i glødetrådene. Glødestrømmen virker forsåvidt også ugunstig fordi den til tross for regulert effektopptak ved utladningslamper med forskjellig gassfylling, på grunn av de forskjellige driftsfrekvenser forårsaker at det effekttap den avstedkommer, er forskjellig i glødetrådene, og dermed blir også utladningslampenes lysutbytte forskjellig. Ved argonlamper, som arbeider med en høyere driftsfrekvens, er det effekttap i glødetrådene som skyldes kondensatoren, høyere enn ved kryptonlamper, til tross for regulert effektopptak for drivkretsen. The capacitor, which is arranged between the filaments and connected in series with them, is connected in parallel with the lamp's electrodes, as the filaments simultaneously form the electrodes in direct-heated lamps. This capacitor, which is part of a series resonant circuit located in the load circuit of the AC generator, has two functions. The first function consists in conducting incandescent current through the filaments in a preheating phase before lighting the lamp, while the alternating voltage generator is operated at such a high frequency that lighting the lamp is still excluded. The capacitor's second function is that during an ignition phase, a resonant voltage increase occurs in the capacitor which causes the ignition, as the alternating voltage generator during this ignition phase is operated with a frequency that roughly corresponds to the resonance frequency of the resonant circuit. After ignition, the lamp's operation, as described above, is largely independent of the glow current that then passes through the capacitor. This glow current therefore requires an unwanted power loss in the filaments. The glow current certainly also has an unfavorable effect because, despite the regulated power absorption of discharge lamps with different gas fillings, due to the different operating frequencies, it causes the power loss it causes to be different in the filaments, and thus the light output of the discharge lamps is also different. In the case of argon lamps, which work at a higher operating frequency, the power loss in the filaments due to the capacitor is higher than in the case of krypton lamps, despite regulated power absorption for the drive circuit.

Nå er det i henhold til søkerens innledningsvis diskuterte forslag i DE-OS 32 08 607 prinsipielt kjent, etter tenning av lampen ved forhøyelse av den styrbare impedans, å senke den glødestrøm som går gjennom kondensatoren og glødetrådene og derved også senke det tilsvarende effekttap. Som følge av dette blir totalvirkningsgraden forhøyet tilsvarende. Med en tilsvarende senkning av effekttapet reduseres også problemet med forskjellig lysutbytte ved utladningslamper med ulik gassfylling. Now, according to the applicant's initially discussed proposal in DE-OS 32 08 607, it is known in principle, after lighting the lamp by increasing the controllable impedance, to lower the glow current that passes through the capacitor and the filaments and thereby also lower the corresponding power loss. As a result, the total efficiency is increased accordingly. With a corresponding lowering of the power loss, the problem of different light output with discharge lamps with different gas fillings is also reduced.

Formålet med oppfinnelsen er å fremskaffe et alternativt forslag for utførelse av den styrbare impedans og en konkret utformning av styrekretsdelen. The purpose of the invention is to provide an alternative proposal for implementing the controllable impedance and a concrete design of the control circuit part.

Dette formål er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved hjelp av de trekk som er angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. According to the invention, this purpose is achieved by means of the features indicated in the characterizing part of patent claim 1.

Før tenning av lampen flyter det lik strøm gjennom begge primærviklingene til transformatoren, og det er kun glødestrøm. Fordi de to primærviklingene er motsatte, blir det ikke indusert noe strøm i sekundærviklingen. Etter tenning av lampen, flyter det bare glødestrøm gjennom den primærviklingen som er anordnet mellom glødetrådene, mens det går gløde- og lampestrøm i den andre primærviklingen. Som et resultat av det siste blir det i transformatorens sekundærvikling indusert en strøm som leverer omkoplingssignalet for strømbryteren slik at denne åpner seg og dermed avbryter glødestrømveien. Before lighting the lamp, equal current flows through both primary windings of the transformer, and it is only incandescent current. Because the two primary windings are opposite, no current is induced in the secondary winding. After lighting the lamp, only filament current flows through the primary winding arranged between the filaments, while filament and lamp current flows in the other primary winding. As a result of the latter, a current is induced in the transformer's secondary winding which supplies the switching signal for the circuit breaker so that it opens and thus interrupts the glow current path.

Patentkrav 2 angår en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen. Den ytterligere kondensator har til oppgave å muliggjøre en eventuelt nødvendig spenningsforhøyelse i driften for å opprettholde utladningen i lampen. Patent claim 2 relates to an advantageous embodiment of the invention. The additional capacitor has the task of enabling any necessary voltage increase during operation to maintain the discharge in the lamp.

Et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i forbindelse med tegningen. An embodiment according to the invention will be described in the following in connection with the drawing.

Tegningen viser en drivkrets for en utladningslampe 6. Drivkretsen omfatter en likeretter 1 som er forbundet med vekselstrømnettet, og etter likeretteren er det koblet en vekselretter 2 med styrbar frekvens. Vekselretterens 2 frekvens blir styrt av et tidsprogram som i det følgende skal forklares nærmere. Den tilsvarende styredel, som ikke er en del av oppfinnelsen, er for enkelhets skyld utelatt. Videre kan vekselretterens 2 frekvens endres ved hjelp av en effekt-regulator 18 som får sin likespenningsforsyning fra likeretteren 1 via en ledning. Effektregulatoren 18 blir videre tilført et likespennings-erverdisignal fra en spenningsdeler 16,17. Spenningsdeleren 16,17 er forbundet med likespenningsutgangen til likeretteren 1. Spenningsfallet over en motstand 15 beliggende i strømveien mellom likeretteren 1 og vekselretteren 2, blir tilført effektregulatoren 18 som likestrøm-erverdi. Effektregulatoren 18 multipliserer likespennings-erverdien og likespennings-skalverdien. Den sammenligner det produkt som fremkommer med en intern skalverdi. Ved reguleringsavvik blir vekselretterens 2 frekvens forandret. På denne måten blir det sikret at det alltid blir trukket samme effekt fra veksel-strømnettet, uavhengig av aldringstilstanden til utladningslampen 6 og likeledes uavhengig av hvilken gass (f.eks. argon eller krypton) den er fylt med. En seriekobling danner utgangen til vekselretteren 2 ved hjelp av en drossel 3, en kondensator 4, en første primærvikling 10 til en transformator 9, den ene glødetråden 7 til utladningslampen 6, en andre primærvikling 11 til transformatoren 9, en kondensator 5, en elektronisk strømbryter 14 og den andre glødetråden 8 til utladningslampen 6. Seriekoblingen fra kondensatoren 5 og strømbryteren 14 blir shuntet ved hjelp av en ytterligere kondensator 13. Den i sekundærviklingen 12 til transformatoren 9 induserte strøm tjener som omkoblingssignal for strømbryteren 14, hvorved denne blir åpnet når en strøm blir indusert i sekundærviklingen 12. The drawing shows a drive circuit for a discharge lamp 6. The drive circuit comprises a rectifier 1 which is connected to the alternating current network, and after the rectifier an inverter 2 with controllable frequency is connected. The frequency of the inverter 2 is controlled by a time program which will be explained in more detail below. The corresponding control part, which is not part of the invention, has been omitted for simplicity. Furthermore, the frequency of the inverter 2 can be changed by means of a power regulator 18 which receives its direct voltage supply from the rectifier 1 via a wire. The power regulator 18 is further supplied with a direct voltage value signal from a voltage divider 16,17. The voltage divider 16,17 is connected to the direct voltage output of the rectifier 1. The voltage drop across a resistor 15 located in the current path between the rectifier 1 and the inverter 2 is supplied to the power regulator 18 as a direct current value. The power regulator 18 multiplies the DC voltage value and the DC voltage scale value. It compares the resulting product with an internal target value. In the event of a regulation deviation, the frequency of the inverter 2 is changed. In this way, it is ensured that the same power is always drawn from the AC mains, regardless of the aging state of the discharge lamp 6 and likewise regardless of which gas (e.g. argon or krypton) it is filled with. A series connection forms the output of the inverter 2 by means of a choke 3, a capacitor 4, a first primary winding 10 of a transformer 9, the one filament 7 of the discharge lamp 6, a second primary winding 11 of the transformer 9, a capacitor 5, an electronic circuit breaker 14 and the other filament 8 to the discharge lamp 6. The series connection from the capacitor 5 and the circuit breaker 14 is shunted by means of a further capacitor 13. The current induced in the secondary winding 12 of the transformer 9 serves as a switching signal for the circuit breaker 14, whereby it is opened when a current is induced in the secondary winding 12.

Drosselen 3 tjener både til begrensning av lampestrømmen etter tenning av lampen og til dannelse av en serieresonanskrets med kondensatorene 4, 5 og 13. Kondensatoren 4 tjener til likestrømsperre mellom vekselretteren 2 og lampen 6. Den er meget større enn kondensatoren 5. Kondensatoren 13 er meget mindre enn kondensatoren 5. Derved blir serieresonanskretsen 14 hovedsakelig bestemt ved hjelp av drosselen 3 og kapasiteten til kondensatoren 5 når The choke 3 serves both to limit the lamp current after lighting the lamp and to form a series resonant circuit with the capacitors 4, 5 and 13. The capacitor 4 serves to block the direct current between the inverter 2 and the lamp 6. It is much larger than the capacitor 5. The capacitor 13 is very smaller than the capacitor 5. Thereby, the series resonant circuit 14 is mainly determined by means of the choke 3 and the capacity of the capacitor 5 when

strømbryteren 14 er lukket. the circuit breaker 14 is closed.

For å sette lampen i drift produserer vekselretteren 2 i henhold til det tidligere nevnte tidsprogram, først en veksel-spenning hvis frekvens ligger så høyt over den serieresonansfrekvens som hovedsakelig bestemmes av drosselen 3 og kondensatoren 5, at det ikke opptrer noen resonans-spennings-forhøyelse på kondensatoren 5, hvilken resonans-spennings-forhøyelse kunne bevirke tenning av lampen 6. I denne forbindelse skal det påpekes at ved lukket strømbryter ligger kondensatoren 5 i praksis parallelt med elektrodene til den direkte-oppvarmede utladningslampen 6, hvilke elektroder er dannet av de to glødetrådene 7,8. Under denne forvarmningsfase flyter det glødestrøm gjennom den foran beskrevne seriekobling i vekselretterens 2 lastkrets mens strømbryteren er lukket. Da denne glødestrømmen er lik i transformatorens 9 to primærviklinger 10,11, blir virkningen av de induserte strømmene i transformatorens 9 sekundærvikling 12 opphevet med det resultat at strømbryteren 14 ikke blir tilført noe omkoblingssignal og den forblir lukket. I denne forvarmeperioden blir lampens 6 glødetråder 7,8 forvarmet, hvorved de får forlenget levetid. In order to put the lamp into operation, the inverter 2 produces, according to the previously mentioned time program, first an alternating voltage whose frequency is so high above the series resonance frequency which is mainly determined by the choke 3 and the capacitor 5, that no resonance voltage increase occurs on the capacitor 5, which resonance voltage increase could cause lighting of the lamp 6. In this connection, it should be pointed out that when the circuit breaker is closed, the capacitor 5 is in practice parallel to the electrodes of the directly heated discharge lamp 6, which electrodes are formed by the two the filaments 7,8. During this preheating phase, glow current flows through the previously described series connection in the inverter's 2 load circuit while the circuit breaker is closed. As this glow current is equal in the two primary windings 10,11 of the transformer 9, the effect of the induced currents in the secondary winding 12 of the transformer 9 is canceled with the result that the circuit breaker 14 is not supplied with any switching signal and it remains closed. During this pre-heating period, the lamp's 6 filaments 7,8 are pre-heated, whereby their lifetime is extended.

Etter at forvarmeperioden er avsluttet, blir vekselretterens 2 frekvens senket i retning av den forannevnte serieresonansfrekvens med det resultat at det på kondensatoren 5 (og selvsagt også på den med denne parallellkoblede kondensator 13 med mindre kapasitans) opptrer en resonans-spenningsforhøyelse som fører til tenning av lampen 6. Når lampen har tent, flyter det en strømsum bestående av gløde-strøm og lampestrøm gjennom transformatorens 9 primærvikling 10. Derimot flyter det bare glødestrøm gjennom transformatorens 9 primærvikling 11. Som følge av dette induserer begge primærviklingene 10, 11 riktignok motsatte, men forskjellige strømmer i sekundærviklingen 12, slik at det blir produsert et omkoblingssignal for strømbryteren 14. Denne blir åpnet på grunn av dette omkoblingssignalet. After the pre-heating period has ended, the frequency of the inverter 2 is lowered in the direction of the aforementioned series resonance frequency, with the result that a resonant voltage increase occurs on the capacitor 5 (and of course also on the parallel-connected capacitor 13 with less capacitance) which leads to the ignition of the lamp 6. When the lamp has lit, a sum of current consisting of filament current and lamp current flows through the primary winding 10 of the transformer 9. In contrast, only filament current flows through the primary winding 11 of the transformer 9. As a result of this, both primary windings 10, 11 indeed induce the opposite, but different currents in the secondary winding 12, so that a switching signal is produced for the circuit breaker 14. This is opened because of this switching signal.

Ved åpningen av strømbryteren 14 etter tenning av lampen 6, blir glødestrømmen som flyter gjennom kondensatoren 5, avbrutt. Det kan bare flyte én glødestrøm til over kondensatoren 13, men denne er vesentlig svakere enn den glødestrøm som før fløt gjennom kondensatoren 5 for, som nevnt, er kondensatorens 13 kapasitans vesentlig lavere enn kondensatorens 5. Kondensatoren 13 er anordnet for å mulig-gjøre en eventuelt nødvendig resonans-spenningsforhøyelse for å opprettholde utladningen under drift av lampen. Kondensatoren 13 er ikke absolutt nødvendig, men kan eventuelt gjene utelates. When the circuit breaker 14 is opened after lighting the lamp 6, the glow current flowing through the capacitor 5 is interrupted. Only one more glow current can flow over the capacitor 13, but this is significantly weaker than the glow current that previously flowed through the capacitor 5 because, as mentioned, the capacitance of the capacitor 13 is significantly lower than that of the capacitor 5. The capacitor 13 is arranged to enable a possibly necessary resonance voltage increase to maintain the discharge during operation of the lamp. The capacitor 13 is not absolutely necessary, but can optionally be omitted.

Ved at den glødestrøm som flyter gjennom kondensatoren 5 bortfaller etter tenning av lampen 6, unngår man det tilsvarende spenningstap som glødestrømmen ville ha medført i glødetrådene 7,8. I betraktning av at utladningslamper med forskjellige gasser, f.eks. argon- og kryptonlamper, ved likt effektopptak må drives med forskjellige frekvenser etter tenning, unngår man i praksis forskjellig lysutbytte ved å åpne strømbryteren, noe som på grunn av de forskjellige driftsfrekvenser ellers ville føre til at forskjellige glødestrømmer ville strømme gjennom kondensatoren 5 og glødetrådene 7,8, hvilket igjen ville føre til forskjellig effekttap. By the fact that the glow current flowing through the capacitor 5 disappears after lighting the lamp 6, the corresponding voltage loss that the glow current would have caused in the filaments 7,8 is avoided. Considering that discharge lamps with different gases, e.g. argon and krypton lamps, with equal power absorption must be operated with different frequencies after ignition, in practice different light output is avoided by opening the circuit breaker, which due to the different operating frequencies would otherwise cause different filament currents to flow through the capacitor 5 and the filaments 7 ,8, which in turn would lead to different power loss.

Claims

1. Drive circuit for a direct-heated discharge lamp, with an alternating voltage generator with controllable frequency, where a series connection is arranged in the load circuit of the alternating voltage generator consisting of at least one choke, the filaments of the lamp, a capacitor arranged between the filaments and a controllable likewise arranged between the filaments impedance, whereby the choke and the capacitor form parts of a series resonant circuit, and whereby the impedance depending on the lamp's operating state is controllable by means of a control circuit part characterized in that the controllable impedance is a series connection of the capacitor (5) and a circuit breaker (14), and that the control circuit part is a transformer (9) with two oppositely wound primary windings (10,11) with the same number of turns and a secondary winding (12), whereby the two primary windings (10,11) are connected in series with the lamp's (6) two filaments (7) ,8), while only one of them is arranged between the filaments (7,8), and so that the secondary winding (12) delivers a switching signal one to the circuit breaker (14) .

2. Drive circuit as specified in claim 1, characterized in that the series connection of circuit breaker (14) and capacitor (5) is connected in parallel with a further capacitor (13) whose capacitance is significantly smaller than the capacitance of the first-mentioned capacitor.

3. Drive circuit as specified in claim 1 or 2, characterized in that the alternating voltage generator is formed by a rectifier (1) connected to the alternating current network and an inverter connected after this (2), and that a regulation unit (18) is arranged by means of which the power taken from the alternating current network, regardless of the lamp type, (eg argon or krypton lamp) is kept constant.