ES2317233T3 - Disposicion de conmutacion para el accionamiento de lamparas de descarga de alta presion y procedimiento de funcionamiento para una lampara de descarga de alta presion. - Google Patents
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Abstract
Disposición de conmutación para el accionamiento de lámparas de descarga de alta presión, en la cual la configuración de conmutación presenta las siguientes características, - un transformador de tensión (S1, S2) para generar una tensión alterna, - un transformador (T1) con un arrollamiento secundario (T1b) que está conectado al transformador de tensión (S1, S2), o está configurado como componente del transformador de tensión (S1, S2), - un circuito de carga alimentado por el arrollamiento secundario (T1b) del transformador (T1) y que presenta conectores para una lámpara de descarga de alta tensión (La) y la salida de tensión de encendido de un dispositivo de encendido por impulsos (IZV) que se utiliza para el encendido de la descarga de gas en la lámpara de descarga de alta tensión (La), caracterizada porque está previsto un circuito resonante en serie (L3, C4) o un acoplamiento en cascada, multiplicador de tensión, o un acoplamiento simétrico de duplicación de tensión o la combinación de un circuito resonante en serie con un acoplamiento en cascada, multiplicador de tensión o un acoplamiento simétrico de duplicación de tensión para la alimentación del dispositivo de encendido por impulsos (IZV) durante la fase de encendido de la lámpara de descarga de alta tensión (La).
Description
Disposición de conmutación para el accionamiento
de lámparas de descarga de alta presión y procedimiento de
funcionamiento para una lámpara de descarga de alta presión.
La invención comprende una disposición de
conmutación para el accionamiento de lámparas de descarga de alta
presión acorde al término genérico de la reivindicación 1 y un
procedimiento para el accionamiento de una lámpara de descarga de
alta presión.
Una disposición de conmutación de este tipo se
describe, por ejemplo, en el artículo de Michael Gulko y Sam
Ben-Yaakov "A MHz Electronic Ballast for
Automotive-Type HID Lamps" IEEE Power Electronics
Specialists Conference, PESC-97, páginas
39-45, St. Louis, 1997. En esta publicación se
presenta un transformador en contrafase, alimentado con corriente,
que mediante un transformador alimenta con tensión alterna de alta
frecuencia a un circuito de carga, al cual está conmutada una
lámpara de descarga de alta presión. Al circuito de carga está
conmutado, además, el arrollamiento secundario del transformador de
encendido de un dispositivo de encendido, que genera la tensión de
encendido para encender la descarga de gas en la lámpara de descarga
de alta presión.
La memoria de presentación WO 98/18297 describe
un transformador en contrafase que, a través de un transformador,
alimenta con tensión alterna de alta frecuencia a un circuito de
carga y a un dispositivo de encendido por impulsos separado de él.
Al circuito de carga le está conmutada una lámpara de descarga de
alta presión. Durante la fase de encendido, el dispositivo de
encendido por impulsos provee impulsos de alta tensión a un
electrodo auxiliar de encendido de la lámpara de descarga de alta
presión.
La memoria DE 40 32 292 publica una disposición
de lámpara de descarga de gas y un faro para vehículos con dicha
disposición, así como una disposición de conmutación para el
accionamiento de dicha lámpara de descarga de gas.
La memoria FR 2 698 515 A describe una
disposición de conmutación para encender y accionar una lámpara de
descarga de gas para faros de vehículos.
La memoria DE 199 09 530 A1 publica una
disposición de conmutación para el accionamiento de, al menos, una
lámpara de descarga de alta presión y un procedimiento de
funcionamiento. El dispositivo de encendido para la lámpara de
descarga de alta presión está configurado como acoplamiento en
cascada.
El objeto de la invención es presentar una
disposición de conmutación de este tipo, con un suministro mejorado
de tensión, para el dispositivo de encendido por impulsos. Además,
la disposición de conmutación acorde a la invención debe garantizar
un funcionamiento de alta frecuencia de la lámpara de descarga de
alta presión, con tensiones alternas, en el área de megahercios, y
un encendido seguro de la descarga de gas en la lámpara.
Este objetivo se alcanza, acorde a la invención,
a través de las características de la reivindicación 1. Las
ejecuciones especialmente ventajosas de la invención están descritas
en las reivindicaciones dependientes.
La disposición de conmutación acorde a la
invención, para el accionamiento de lámparas de descarga de alta
presión presenta un transformador de tensión para generar una
tensión alterna, así como un transformador conectado a él o
configurado como componente del transformador de tensión, cuyo
arrollamiento secundario alimenta a un circuito de carga provisto
de conectores para una lámpara de descarga de alta presión y para la
salida de la tensión de encendido de un dispositivo de encendido
por impulsos, y un circuito resonante en serie provisto para el
suministro de tensión del dispositivo de encendido por impulsos
durante la fase de encendido de la lámpara de descarga de alta
presión. Mediante el circuito resonante en serie mencionado, durante
la fase de encendido de la lámpara de descarga de alta presión, se
pone a disposición, en la entrada de tensión del dispositivo de
encendido por impulsos, una tensión de alimentación generada a
partir de la tensión de salida del transformador de tensión, con
resonancia amplificada. A través de la amplificación de resonancia
de la tensión de alimentación, generada con el circuito resonante
en serie, se puede utilizar, para el dispositivo de encendido por
impulsos, un transformador de encendido con una relación reducida
de espiras entre el bobinado secundario y el bobinado primario, y
una inductancia correspondientemente reducida, para brindar la
tensión de encendido requerida para la lámpara de descarga de alta
presión. Sobre todo en el caso de frecuencias de funcionamiento muy
superiores a los 100 kilohercios, la inductancia reducida del
transformador de encendido presenta la ventaja de que, tras el
encendido de la descarga de gas en la lámpara de descarga de alta
presión se presenta una caída de tensión notablemente reducida en
el arrollamiento secundario, atravesado por la corriente de la
lámpara, del transformador de encendido y, de ese modo, se reducen
notablemente las pérdidas en el transformador junto a la salida de
tensión del transformador de tensión y en los componentes
electrónicos del transformador de tensión. El circuito resonante en
serie mencionado anteriormente posibilita, por ello, la combinación
de un transformador de tensión que está diseñado claramente por
encima de los 100 kilohercios, para frecuencias de funcionamiento
comparablemente elevadas, con un dispositivo de encendido por
impulsos cuyo transformador de encendido está conmutado
directamente al circuito de carga alimentado por el transformador de
tensión y que no necesariamente está separado galvánicamente del
circuito de carga, como se describe en la memoria de presentación
WO 98/18297. De ese modo, se puede simplificar notablemente la
topología de la disposición de conmutación. En el caso de la
lámpara de descarga de alta presión, se puede prescindir,
especialmente, de un electrodo auxiliar de encendido. De modo
especialmente ventajoso, la invención puede aplicarse en un
transformador de tensión simple, especialmente, un transformador en
contrafase, alimentado por corriente, o un transformador de tensión
configurado como conversor clase E, que prescinde de la generación
de una tensión del circuito intermedio. La topología de la
conmutación de este transformador de tensión simple, mencionado
anteriormente, es comparativamente simple y por ello, económico.
Acorde a una variante preferida de la invención,
el circuito resonante en serie mencionado anteriormente está
conectado al arrollamiento secundario del transformador y, en el
caso de una lámpara de descarga de alta presión conectada,
conmutado en paralelo a la sección de descarga de la lámpara de
descarga de alta presión. De ese modo, se genera, en los
componentes de construcción del circuito resonante en serie, una
mayor tensión para el dispositivo de encendido por impulsos que en
el arrollamiento secundario del transformador, si la frecuencia de
conmutación del transformador de tensión durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión se encuentra
próxima a la frecuencia de resonancia del circuito resonante en
serie. Tras finalizar la fase de encendido, el circuito resonante
en serie se pone en cortocircuito a través de la sección de
descarga, ahora conductora, de la lámpara de descarga de alta
presión y, de ese modo, se desactiva el dispositivo de encendido por
impulsos.
Acorde a otra variante preferida de la
invención, el circuito resonante en serie está conmutado al
transformador de tensión en el primario del transformador. A este
fin, la inductancia de resonancia del circuito resonante en serie
está configurada, preferentemente, como autotransformador cuyo
arrollamiento secundario puede ser unido a la entrada de tensión de
un dispositivo de encendido por impulsos. La desactivación del
dispositivo de encendido por impulsos tras finalizar la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión en este caso
puede ser provocada de manera simple, mediante una modificación,
preferentemente, un incremento de la frecuencia de conmutación del
transformador de tensión. Durante la fase de encendido, la
frecuencia de conmutación del transformador de tensión se encuentra
próxima a la frecuencia de resonancia del circuito resonante en
serie.
Para reducir aún más la potencia perdida en la
disposición de conmutación, en el circuito de carga está dispuesto,
ventajosamente, un condensador que, en el caso de que el
dispositivo de encendido por impulsos esté conectado, está
conmutado en serie al arrollamiento secundario del transformador de
encendido y cuya capacidad está dimensionada de modo tal que, para
los impulsos de encendido generados por el dispositivo de encendido
por impulsos, representa, esencialmente, un cortocircuito y, tras
efectuar el encendido de la descarga de gas en la lámpara de
descarga de alta presión, provoca una compensación parcial de la
inductancia del transformador de encendido. Este condensador
también puede, ventajosamente, estar configurado como componente del
circuito resonante en serie.
El circuito resonante en serie está configurado,
acorde a un modo de ejecución ventajoso de la invención, como
componente de un dispositivo de encendido por impulsos que, separado
de los demás componentes del dispositivo de accionamiento de la
lámpara de descarga de alta presión, está alojado en el casquillo de
la lámpara de descarga de alta presión. De ese modo, todos los
componentes conductores de alta tensión están dispuestos en el
casquillo de la lámpara, de modo que la interfaz entre el
dispositivo de accionamiento, que contiene el transformador de
tensión junto con el transformador en su salida de tensión, y la
lámpara de descarga de alta presión, sólo es alimentada con una
tensión comparativamente reducida, menor a 100 voltios. Esta
interfaz no requiere, por ello, de un aislamiento de alta tensión,
sino sólo de un blindaje de la tensión alterna de alta frecuencia,
para garantizar una tolerancia electromagnética suficiente del
dispositivo de accionamiento y la lámpara. Esto se logra de manera
conocida, por ejemplo, mediante carcasas
metálicas, es decir, blindajes, puestos a tierra, y cables coaxiales cuyo tejido de blindaje también está puesto a tierra.
metálicas, es decir, blindajes, puestos a tierra, y cables coaxiales cuyo tejido de blindaje también está puesto a tierra.
El dispositivo de encendido por impulsos acorde
a la invención presenta, por ello, adicionalmente a los componentes
usuales, un circuito resonante en serie unido a su entrada de
tensión, que sirve para amplificar la resonancia de la tensión de
alimentación, dispuesta en la entrada de tensión, durante la fase de
encendido.
De modo alternativo o adicional al circuito
resonante en serie mencionado, también se puede utilizar un
acoplamiento en cascada multiplicador de tensión en la disposición
de conmutación o en el dispositivo de encendido por impulsos, para
brindar una mayor tensión de entrada que la tensión de inductancia
generada por el arrollamiento secundario del transformador para el
dispositivo de encendido por impulsos. En combinación con el
transformador de tensión, ofrece ventajas similares al circuito
resonante en serie descrito anteriormente. Sin embargo, la variante
con el circuito resonante en serie presenta la ventaja, respecto del
acoplamiento en cascada, de que no requiere de ningún dispositivo
de conmutación para desactivar el dispositivo de encendido por
impulsos.
Ventajosamente, el acoplamiento en cascada
multiplicador de tensión es alimentado con energía o bien
directamente por el transformador de tensión o por el arrollamiento
secundario del transformador en la salida de tensión del
transformador en contrafase. En el caso de que el acoplamiento en
cascada multiplicador de tensión se utilice en combinación con el
circuito resonante en serie, la entrada de tensión del acoplamiento
en cascada está conmutado en paralelo a un componente del circuito
resonante y su salida de tensión está unida a la entrada de tensión
del dispositivo de encendido por impulsos.
Acorde a otra variante de la invención, y de
modo alternativo o acoplamiento en cascada multiplicador de tensión
descrito, también se puede utilizar un acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión en la disposición de conmutación o en el
dispositivo de encendido por impulsos, para brindar una mayor
tensión de entrada que la tensión de inductancia generada por el
arrollamiento secundario del transformador para el dispositivo de
encendido por impulsos. En combinación, ofrece ventajas similares al
acoplamiento en cascada descrito anteriormente, en el caso de que
sea suficiente una duplicación de tensión. Este acoplamiento
simétrico de duplicación de tensión también puede utilizarse en
combinación con el circuito resonante en serie descrito. El
acoplamiento simétrico de duplicación de tensión presenta la
ventaja de un consumo de corriente aproximadamente simétrico
durante la semionda positiva y negativa de la tensión de
alimentación, e impide un accionamiento asimétrico magnético del
núcleo del transformador en la salida de tensión del
transformador de tensión.
Ventajosamente, el acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión es alimentado con energía o bien directamente
por el transformador de tensión o por el arrollamiento secundario
del transformador en la salida de tensión del transformador en
contrafase. En el caso de que el acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión se utilice en combinación con el circuito
resonante en serie, la entrada de tensión del acoplamiento simétrico
de duplicación de tensión está conmutado en paralelo a un
componente del circuito resonante y su salida de tensión está unida
a la entrada de tensión del dispositivo de encendido por
impulsos.
El procedimiento acorde a la invención, para
accionar una lámpara de descarga de alta presión mediante un
transformador de tensión y un dispositivo de encendido por impulsos,
se caracteriza porque durante la fase de encendido de la lámpara de
descarga de alta presión se lleva a cabo un incremento de la tensión
de alimentación para el dispositivo de encendido por impulsos,
mediante un circuito resonante en serie accionado próximo a su
resonancia y/o mediante un acoplamiento en cascada multiplicador de
tensión.
El funcionamiento acorde a la invención
posibilita un funcionamiento confiable de alta frecuencia de la
lámpara de descarga de alta presión con frecuencias de corriente
alterna que se encuentran muy por encima de las resonancias
acústicas del medio de descarga dentro de la lámpara de descarga de
alta presión. Gracias al funcionamiento acorde a la invención, se
puede garantizar, especialmente, que, por un lado durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión se genere una
tensión de encendido suficiente y, por otro lado, tras finalizar la
fase de encendido, durante el funcionamiento de la lámpara, el
arrollamiento secundario, atravesado por la corriente de alta
frecuencia de la lámpara, del transformador de encendido, no
provoque pérdidas de rendimiento inaceptablemente elevadas en la
disposición de conmutación.
Durante la fase de encendido de la lámpara de
descarga de alta presión, el transformador de tensión es accionado,
de modo ventajoso, con una frecuencia de conmutación próxima a la
frecuencia de resonancia del circuito resonante en serie, para
brindar una tensión de alimentación con resonancia ampliada para el
dispositivo de encendido por impulsos. Tras finalizar la fase de
encendido, la frecuencia de conmutación del dispositivo de
conmutación del transformador de tensión preferentemente es
desplazado a una frecuencia claramente superior a la frecuencia de
resonancia del circuito resonante en serie para desactivar, de ese
modo, el dispositivo de encendido por impulsos.
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A continuación, se comenta en detalle la
invención, a partir de algunos ejemplos de ejecución preferidos. Se
muestra:
Figura 1 un boceto del circuito de la
disposición de conmutación, acorde a un primer ejemplo de ejecución
de la invención
Figura 2 un boceto del circuito de la
disposición de conmutación, acorde a un segundo ejemplo de ejecución
de la invención
Figura 3 un boceto del circuito de la
disposición de conmutación, acorde a un tercer ejemplo de ejecución
de la invención
Figura 4 un boceto del circuito de la
disposición de conmutación, acorde a un cuarto ejemplo de ejecución
de la invención
Figura 5 un boceto del circuito del dispositivo
de encendido por impulsos para el primero al cuarto ejemplo de
ejecución
Figura 6 un boceto del circuito de la
disposición de conmutación, acorde al quinto hasta octavo ejemplo de
ejecución de la invención
Figura 7 un boceto del circuito de un
acoplamiento en cascada para la alimentación del dispositivo de
encendido por impulsos, del quinto ejemplo de ejecución
representado en la figura 6
Figura 8 un boceto del circuito de una
combinación del acoplamiento en cascada con el dispositivo de
encendido por impulsos, para el quinto ejemplo de ejecución
representado en la figura 6
Figura 9 un boceto del circuito de un
acoplamiento simétrico de duplicación de tensión para la
alimentación del dispositivo de encendido por impulsos, del sexto
ejemplo de ejecución representado en la figura 6
Figura 10 un boceto del circuito de una
combinación del acoplamiento simétrico de duplicación de tensión con
el dispositivo de encendido por impulsos, para el sexto ejemplo de
ejecución representado en la figura 6
En los ejemplos de ejecución de la invención,
representados en las figuras 1 a 8, se trata de disposiciones de
conmutación y dispositivos de encendido por impulsos para el
accionamiento de una lámpara de descarga de alta presión de vapor
de halogenuros metálicos, libre de mercurio, con un consumo de
energía eléctrica de, aproximadamente, 35 vatios, prevista para la
implementación en el faro de un vehículo.
En la figura 1 está representado un primer
ejemplo de ejecución de una disposición de conmutación acorde a la
invención para el accionamiento de la lámpara de descarga de alta
presión de vapor de halogenuros metálicos, libre de mercurio,
mencionada anteriormente. Además, también está representado un
dispositivo de encendido por impulsos para encender la descarga de
gas en la lámpara de descarga de alta presión de vapor de
halogenuros metálicos, libre de mercurio, alojado en el casquillo
de la lámpara. La disposición de conmutación comprende una fuente
de tensión continua U0, formada por la batería o la dínamo del
vehículo, y una bobina L1, un condensador Cl, dos interruptores,
accionables, semiconductores S1, S2 con, respectivamente, un diodo
D1 o D2, conectado en paralelo, y un transformador T1 con dos
arrollamientos primarios y un arrollamiento secundario. Los
interruptores S1, S2 están configurados como transistores de efecto
de campo (MOSFETS por sus siglas en Inglés) y, en el caso de los
diodos D1, D2, se trata de los denominados "cuerpos de diodo"
integrados en el transistor de efecto de campo S1 o S2. La bobina
L1, el condensador C1, los interruptores semiconductores S1, S2 con
sus diodos D1, D2 y el transformador T1 están conmutados entre sí
según el tipo del transformador en contrafase alimentado con
corriente, como descrito en el estado de la técnica citado
anteriormente. Mediante la bobina L1 se aplica una corriente
aproximadamente constante en la toma central M1 y entre ambos
arrollamientos primarios polarizados en paralelo del transformador
T1. Los interruptores semiconductores S1, S2 conmutan
alternadamente, de modo que siempre está cerrado uno de los dos
interruptores S1, S2. Lo componentes mencionados anteriormente de
la disposición de conmutación conforman la pieza de accionamiento
para la lámpara, dispuesto en una carcasa, separado de la lámpara.
Al arrollamiento secundario del transformador T1 le está conectado
un circuito de carga equipado con conectores para la lámpara de
descarga de alta presión de vapor de halogenuros metálicos, libre
de mercurio La y el dispositivo de encendido por impulsos. El
dispositivo de encendido por impulsos IZV comprende un
transformador de encendido T2, cuyo arrollamiento secundario L2b
está conmutado en un circuito de carga. De modo paralelo al
arrollamiento secundario del transformador T1, que conforma la
salida de tensión del transformador en contrafase alimentado con
corriente, está conectado un circuito resonante en serie conformado
por la inductancia de resonancia L3 y el condensador de resonancia
C4. La entrada de tensión del dispositivo de encendido por impulsos
IZV está conmutada en paralelo al condensador de resonancia C4. El
circuito resonante en serie C4, L3 está configurado, aquí, como
componente del dispositivo de encendido por impulsos IZV y junto
con éste, está alojado en el casquillo de la lámpara de descarga de
alta presión de vapor de halogenuros metálicos, libre de
mercurio.
La pieza de accionamiento y la pieza de encendido están unidas aquí entre sí, a través de cables coaxiales blindados.
La pieza de accionamiento y la pieza de encendido están unidas aquí entre sí, a través de cables coaxiales blindados.
El segundo ejemplo de ejecución de la invención,
representado en la figura 2, sólo se diferencia del primer ejemplo
de ejecución descrito porque los componentes L3, C4 del circuito
resonante en serie no están configurados como componente del
dispositivo de encendido por impulsos IZV, sino como componente de
la pieza de acionamiento. Por este motivo se utilizan las mismas
referencias para los componentes de construcción idénticos en la
figuras 1 y 2.
La disposición de conmutación representada en la
figura 3, acorde al tercer ejemplo de ejecución, se diferencia del
primer ejemplo de ejecución sólo por el condensador adicional C6 y
el dimensionamiento del condensador C5. Por este motivo, en los
ejemplos de ejecución en la figuras 1 y 3 se utilizan las mismas
referencias para los componentes de construcción idénticos. Los
condensadores C5, C6 y la inductancia L3 conforman, de manera
conjunta, un circuito resonante en serie que, durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión La alimenta con
energía al dispositivo de encendido por impulsos IZV. La entrada de
tensión del dispositivo de encendido por impulsos IZV está
conmutado, a este fin, en paralelo a los condensadores C5, C6,
conmutados en serie durante la fase de encendido de la lámpara La.
Tras finalizar la fase de encendido, los componentes de
construcción C5, C3 del circuito resonante en serie, conectados en
paralelo a la sección de descarga de la lámpara de descarga de alta
presión La, son puestos en cortocircuito por la sección de descarga
ahora conductora de la lámpara La y la frecuencia de conmutación del
transformador en contrafase alimentado con corriente se amplía
hasta que se encuentre próxima a la frecuencia de resonancia del
circuito resonante en serie formado por el condensador C6 ahora
conmutado en serie al arrollamiento secundario L2b del transformador
de encendido T2 y el arrollamiento secundario L2b mencionado. Tras
finalizar la fase de encendido, durante el funcionamiento de la
lámpara, el condensador C6 provoca una compensación parcial de la
inductancia del arrollamiento secundario L2b del transformador de
encendido T2 atravesado por la corriente de la lámpara, por lo cual
se reduce la potencia perdida en los interruptores semiconductores
S1, S2 del transformador en contrafase y del transformador T1.
En la tabla 1 se indica un dimensionamiento para
los componentes de construcción utilizados para el primer al tercer
ejemplo de ejecución. En la figura 5 está representado un boceto del
circuito del dispositivo de encendido por impulsos IZV para los
ejemplos de ejecución mencionados.
Durante la fase de encendido de la lámpara de
descarga de alta presión La, los transistores de efecto de campo
S1, S2 son conmutados por su dispositivo de mando (no representado),
configurado, por ejemplo, como mando microcontrol, alternando con
una frecuencia de conmutación de 350 kilohercios, que corresponde a
la frecuencia de resonancia del circuito resonante en serie L3, C4
o L3, C5, C6. En el arrollamiento secundario del transformador T1
se genera, de ese modo, una tensión alterna de la misma frecuencia,
a partir de la cual se genera, mediante el circuito resonante en
serie mencionado, una tensión alterna incrementada por la
resonancia, de aproximadamente 2500 voltios. En el condensador C4
o, en la conmutación en serie de los condensadores C5, C6 está
disponible, por ello, una tensión de entrada U1,
correspondientemente elevada, para el dispositivo de encendido por
impulsos IZV, dicha tensión es suficiente para cargar el
condensador de encendido C3 del dispositivo de encendido por
impulsos IZV a través del diodo del rectificador D3 y de la
resistencia R1 en la tensión de ruptura de la distancia explosiva
de chispas FS del dispositivo de encendido por impulsos IZV. En el
caso de la ruptura de la distancia explosiva de chispas FS se
descarga el condensador C3 a través del arrollamiento primario L2a
del transformador de encendido T2 y en su arrollamiento secundario
L2b se generan impulsos de encendido de alta tensión de hasta 30000
voltios para encender la descarga de gas en la lámpara de descarga
de alta presión La. Tras efectuarse el encendido de la descarga de
gas en la lámpara de descarga de alta presión La se ponen en
cortocircuito los componentes de construcción del circuito resonante
en serie L3, C4 o L3, C5 a través de la sección de descarga de la
lámpara La Y, de ese modo, ya no es suficiente la tensión de
entrada para el dispositivo de encendido por impulsos IZV
disponibles en el condensador de resonancia C4 o C5 y C6, para
recargar el condensador de encendido C3 hasta alcanzar la tensión de
ruptura de la distancia explosiva de chispas FS. Tras efectuarse el
encendido de la descarga de gas en la lámpara de descarga de alta
presión La, se eleva la frecuencia de conmutación del transformador
en contrafasehasta alcanzar una frecuencia media de 550 kilohercios
y se lleva a cabo una modulación de frecuencia de la corriente
alterna en el circuito de carga, con un valor de frecuencia de 30
hercios y una frecuencia de modulación de 500 hercios alrededor de
la frecuencia media mencionada. Durante esta fase de funcionamiento,
la denominada fase inicial, o el denominado inicio de potencia de
la lámpara, se le suministra a la lámpara La una potencia
sobreelevada para alcanzar una evaporación de los componentes de
relleno del dispositivo de de la lámpara de descarga de alta
presión La y, con ello, una emisión completa de luz de la lámpara
La, en el menor tiempo posible. En el final de la denominada fase
inicial de potencia, se eleva la frecuencia media de la corriente
alterna de la lámpara hasta alcanzar el valor de 715 kilohercios
para garantizar el funcionamiento con la potencia nominal de la
lámpara, de 35 vatios. La modulación de frecuencia de la corriente
de la lámpara, descrita anteriormente, sirve para evitar las
resonancias acústicas en el medio de descarga de la lámpara La. En
el caso de frecuencias de corriente alterna lo suficientemente
elevadas, en las cuales las resonancias acústicas ya no son
excitadas en una medida significativa, se puede prescindir de la
modulación de frecuencia.
En la figura 4, está representada la disposición
de conmutación acorde a un cuarto ejemplo de ejecución de la
invención. Esta disposición de conmutación se diferencia del primer
ejemplo de ejecución sólo en que la bobina L1 en el transformador
en contratase alimentado por corriente ha sido reemplazada por el
autotransformador L4, L4b, y el dispositivo de encendido por
impulsos IZV, por el dispositivo de encendido por impulsos IZV'.
Los componentes de construcción idénticos se han identificado con
las mismas referencias en las figuras 1 y 4. En el cuarto ejemplo
de ejecución, la función de la bobina L1 es adoptada por el
arrollamiento primario L4 del autotransformador L4, L4b. El
arrollamiento secundario L4b del mencionado autotransformador
presenta un número de espiras diez veces mayor que el del
arrollamiento primario L4 y está unido a la entrada de tensión del
dispositivo de encendido por impulsos IZV'. Durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión La, lo provee
de energía. La inductancia del arrollamiento primario L4 es de 75
\muH. El dispositivo de encendido por impulsos IZV' también
presenta la construcción representada en la figura 5 pero se
diferencia en el dimensionamiento de sus componentes de
construcción del dispositivo de encendido por impulsos IZV. Los
componentes de construcción del dispositivo de encendido por
impulsos IZV' y el transformador de encendido T3 con el
arrollamiento primario y secundario L3a y L3b respectivamente, están
dimensionados acordes a las indicaciones de la tabla 2.
Durante la fase de encendido de la lámpara de
descarga de alta presión La, se acciona el transformador en
contrafase alimentado con corriente acorde al cuarto ejemplo de
ejecución (figura 4), con una frecuencia de conmutación de 100
kilohercios. Durante la mencionada fase de encendido, los
componentes de construcción L4, C1 y T1 conforman un circuito
resonante en serie, de modo que en el arrollamiento secundario L4b
se pone a disposición una tensión de entrada elevada, de
aproximadamente 1000 voltios, para el dispositivo de encendido por
impulsos IZV', dicha tensión se genera mediante el método de la
ampliación de resonancia y aún corresponde a la relación de
relación reducida de espiras entre el bobinado secundario y el
bobinado primario del autotransformador L4, L4b. Esta tensión de
entrada es suficiente para cargar el condensador de encendido C3
hasta alcanzar la tensión de ruptura de la distancia explosiva de
chispas FS y para generar impulsos de alta tensión mediante el
transformador de encendido T3, para el encendido de la descarga de
gas en la lámpara de descarga de alta presión La. Tras llevarse a
cabo el encendido de la descarga de gas en la lámpara de descarga de
alta presión La, se incrementa la frecuencia de conmutación del
transformador en contrafase, como ya se ha mencionado en el primer
ejemplo de ejecución. Debido al incremento de la frecuencia de
conmutación, al caída de tensión en el autotransformador L4, L4b ya
no es suficiente para cargar el condensador de encendido C3 hasta
alcanzar la tensión de ruptura de la distancia explosiva de chispas
FS. Eventualmente, la desactivación del dispositivo de encendido
por impulsos IZV' también puede asegurarse, en el final de la fase
de encendido, mediante un interruptor adicional. Tras finalizar su
fase de encendido, el funcionamiento de la lámpara de descarga de
alta presión La es idéntica al primer ejemplo de ejecución.
En la figura 6 está representada
esquemáticamente una disposición de conmutación acorde al quinto a
octavo ejemplo de ejecución. La disposición de conmutación
comprende un transformador en contrafase, alimentado con corriente,
configurado de modo idéntico al primer ejemplo de ejecución. A
diferencia de la figura 1, en la figura 6 también está representada
esquemáticamente la constitución interna de los transistores de
efecto de campo S1, S2 con sus cuerpos de diodo integrados y su
capacidad de almacenamiento, así como el dispositivo de ajuste. Por
ello, los componentes de construcción idénticos preesentan las
mismas referencias en las figuras 1 y 6. El quinto a octavo ejemplo
de ejecución se diferencia de los ejemplos de ejecución mencionados
anteriormente debido a que la tensión de entrada para el
dispositivo de encendido por impulsos IZV'' no se genera mediante
un circuito resonante en serie, sino mediante una conmutación KK
multiplicadora de tensión. En el quinto y sexto ejemplo de
ejecución, la conmutación KK está configurada como acoplamiento en
cascada, mientras que en el caso del séptimo y el octavo ejemplo de
ejecución, está configurado como un acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión. La tensión de entrada U2 para la conmutación
KK multiplicadora de tensión es puesta a disposición en el
arrollamiento secundario del transformador T1. La entrada de tensión
j1, j2 de la conmutación KK multiplicadora de tensión está
conmutada en paralelo al arrollamiento secundario del transformador
T1 en el circuito de carga.
Acorde al quinto ejemplo de ejecución de la
invención, el dispositivo de encendido por impulsos IZV'' es
idéntico al dispositivo de encendido por impulsos IZV representado
en la figura 5, y la conmutación KK está configurada como triple
acoplamiento en cascada. Los detalles del triple acoplamiento en
cascada están representados en la figura 7. Las indicaciones para
el dimensionamiento del triple acoplamiento en cascada están
indicadas en la tabla 3. La tensión de salida U1 del triple
acoplamiento en cascada es suministrada a la entrada de tensión del
dispositivo de encendido por impulsos IZV''. Durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión La, se acciona
el transformador en contrafase con una frecuencia de conmutación de
100 kilohercios, y el triple acoplamiento en cascada incrementa la
tensión de inducción del arrollamiento secundario del transformador
T1, correspondientemente con su cantidad de pasos, y pone a
disposición la tensión de entrada U1 para el dispositivo de
encendido por impulsos IZV'' en su salida de tensión. En el final de
la fase de encendido se desconecta el triple acoplamiento en
cascada mediante un interruptor (no representado), que interrumpe su
suministro de tensión. El restante funcionamiento se lleva a cabo
como ya se ha descrito en el primer ejemplo de ejecución.
El sexto ejemplo de ejecución de la invención
se diferencia del quinto ejemplo de ejecución sólo debido a que el
dispositivo de encendido por impulsos y el triple acoplamiento en
cascada están amalgamados. Es decir, los componentes de
construcción del triple acoplamiento en cascada, por ejemplo, los
condensadores C12, C22 y C23, también forman, al mismo tiempo, los
componentes de construcción del dispositivo de encendido por
impulsos. De este modo se pueden ahorrar componentes de
construcción. En la figura 8, se representa esquemáticamente la
configuración de la combinación del triple acoplamiento en cascada
con el dispositivo de encendido por impulsos. La función de la
disposición de conmutación y del accionamiento de la lámpara La son
idénticos al quinto ejemplo de ejecu-
ción.
ción.
Acorde al séptimo ejemplo de ejecución de la
invención, el dispositivo de encendido por impulsos IZV'' es
idéntico al dispositivo de encendido por impulsos IZV representado
en la figura 5, y la conmutación KK está configurada acoplamiento
simétrico de duplicación de tensión. Los detalles del acoplamiento
simétrico de duplicación de tensión están representados en la
figura 9. Las indicaciones para el dimensionamiento del acoplamiento
simétrico de duplicación de tensión están indicadas en la tabla 4.
La tensión de salida U1 del acoplamiento simétrico de duplicación
de tensión es suministrada a la entrada de tensión del dispositivo
de encendido por impulsos IZV''. Durante la fase de encendido de la
lámpara de descarga de alta presión La, se acciona el transformador
en contrafase con una frecuencia de conmutación de 100 kilohercios,
y el acoplamiento simétrico de duplicación de tensión duplica la
tensión de inducción del arrollamiento secundario del transformador
T1, y pone a disposición la tensión de entrada U1 para el
dispositivo de encendido por impulsos IZV'' en su salida de tensión.
En el final de la fase de encendido se desconecta el acoplamiento
simétrico de duplicación de tensión mediante un interruptor (no
representado), que interrumpe su suministro de tensión. El restante
funcionamiento se lleva a cabo como ya se ha descrito en el primer
ejemplo de
ejecución.
ejecución.
El octavo ejemplo de ejecución de la invención
se diferencia del séptimo ejemplo de ejecución sólo debido a que el
dispositivo de encendido por impulsos y el acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión están amalgamados. Es decir, los componentes
de construcción del acoplamiento simétrico de duplicación de
tensión, por ejemplo, los condensadores C7 y C8, también forman, al
mismo tiempo, los componentes de construcción del dispositivo de
encendido por impulsos. De este modo se pueden ahorrar componentes
de construcción. En la figura 10, se representa esquemáticamente la
configuración de la combinación del dispositivo de encendido por
impulsos con el dispositivo de encendido por impulsos. La función
de la disposición de conmutación y del accionamiento de la lámpara
La son idénticos al séptimo ejemplo de ejecución.
La invención no se limita a los ejemplos de
ejecución descritos anteriormente en mayor detalle. Por ejemplo, la
invención también puede ser utilizada en un dispositivo de encendido
por impulsos cuya salida de tensión de encendido está prevista para
la conexión al electrodo auxiliar de una lámpara de descarga de alta
presión. La entrada de tensión del acoplamiento en cascada
multiplicador de tensión y el acoplamiento simétrico de duplicación
de tensión también pueden estar conectados en el lado del primario
al transformador en contrafase y no necesariamente deben ser
alimentados por el arrollamiento secundario T1b del transformador
T1.
\vskip1.000000\baselineskip
- C1
- 1.0 nF, FKP 1 (WIMA)
- C4
- 33 pF
- C5
- 35 pF
- C6
- 570 pF
- L1
- 60 \muH, 20 espiras en RM5, N49 (EPCOS)
- L3
- 4,6 mH, EFD15, N49, 300 espiras. (EPCOS)
- T1
- EFD25, N59, sin espacio de aire, secundario: 40 espiras, dos arrollamientos primarios con 8 espiras cada uno.
- T2
- Primario: 1 espira, secundario: 20 espiras.
- L2b
- 60 \muH
- S1 (& D1)
- IRF740, Power-MOSFET (International Rectifier)
- S2 (& D2)
- IRF740, Power-MOSFET (International Rectifier)
- U0
- nominal: 42 voltios, permitido: 30 voltios hasta 58 voltios
- La
- Lámpara de descarga de alta presión de vapor de halogenuros metálicos, libre de mercurio, nominal: 35 vatios, 45 voltios
- C3
- 10 nF, 2,5 kV
- D3
- Dos diodos BY505 conmutados en serie
- FS
- 2000 voltios
- R1
- 30 kilo-ohmios
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- C3
- 70 nF, 1000 kV
- D3
- BY505
- FS
- 800 voltios
- R1
- 12 kilo-ohmios
- T3
- Primario: 1 espira, Secundario: 40 espiras.
- L3b
- 60 \muH
\newpage
- C11, C21, C31
- 1,0 nF, FKP 1 (WIMA)
- C12, C22, C32
- 33 nF, FKP 1 (WIMA)
- D11, D21, D31
- US1M
- D12, D22, D32
- US1M
- FS
- 2000 voltios
- R2
- 1000 ohmios
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- R3
- 30000 ohmios
- D4, D5
- BY505
- C7, C8
- 22 nF, 1200 voltios
- FS
- 2000 voltios
Claims (16)
1. Disposición de conmutación para el
accionamiento de lámparas de descarga de alta presión, en la cual la
configuración de conmutación presenta las siguientes
características,
- -
- un transformador de tensión (S1, S2) para generar una tensión alterna,
- -
- un transformador (T1) con un arrollamiento secundario (T1b) que está conectado al transformador de tensión (S1, S2), o está configurado como componente del transformador de tensión (S1, S2),
- -
- un circuito de carga alimentado por el arrollamiento secundario (T1b) del transformador (T1) y que presenta conectores para una lámpara de descarga de alta tensión (La) y la salida de tensión de encendido de un dispositivo de encendido por impulsos (IZV) que se utiliza para el encendido de la descarga de gas en la lámpara de descarga de alta tensión (La),
caracterizada porque está previsto un
circuito resonante en serie (L3, C4) o un acoplamiento en cascada,
multiplicador de tensión, o un acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión o la combinación de un circuito resonante en
serie con un acoplamiento en cascada, multiplicador de tensión o un
acoplamiento simétrico de duplicación de tensión para la
alimentación del dispositivo de encendido por impulsos (IZV) durante
la fase de encendido de la lámpara de descarga de alta tensión
(La).
2. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque el circuito resonante
en serie (L3, C4) está unido al arrollamiento secundario (T1b) del
transformador (T1) y, en el caso de la lámpara de descarga de alta
presión conectada, está conmutado en paralelo a la sección de
descarga de la lámpara de descarga de alta presión (La).
3. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque el circuito resonante
en serie está conectado, en el lado del primario, al transformador
(T1).
4. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 3, caracterizada porque la inductancia de
resonancia del circuito resonante en serie está configurada como
autotransformador (L4, L4b) cuyo arrollamiento secundario (L4b)
puede ser unido a la entrada de tensión de un dispositivo de
encendido por impulsos.
5. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque en el circuito de
carga está dispuesto un condensador (C6) que, en el caso de que el
dispositivo de encendido por impulsos (IZV) esté conectado, está
conmutado en serie al arrollamiento secundario (L2b) del
transformador de encendido (T2) del dispositivo de encendido por
impulsos (IZV) y está dimensionado de modo tal que, para los
impulsos de encendido generados por el dispositivo de encendido por
impulsos (IZV), representa, esencialmente, un cortocircuito y, tras
efectuar el encendido de la descarga de gas en la lámpara de
descarga de alta presión (La), provoca una compensación parcial de
la inductancia del transformador de encendido (L2b).
6. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 5, caracterizada porque el condensador (C6)
está configurado como componente del circuito resonante en serie,
asimismo, el circuito resonante en serie (L3, C4) está unido al
arrollamiento secundario (T1b) del transformador (T1) y, en el caso
de la lámpara de descarga de alta presión conectada, está conmutado
en paralelo a la sección de descarga de la lámpara de descarga de
alta presión (La).
7. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión (La) del
arrollamiento secundario (T1b) del transformador (T1), le es
suministrada energía al acoplamiento en cascada multiplicador de
tensión.
8. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque la entrada de tensión
del acoplamiento en cascada multiplicador de tensión es conmutada
al transformador de tensión (S1, S2) en el primario del
transformador (T1).
9. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque durante la fase de
encendido de la lámpara de descarga de alta presión (La) del
arrollamiento secundario (T1b) del transformador (T1), le es
suministrada energía al acoplamiento simétrico de duplicación de
tensión.
10. Disposición de conmutación acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque la entrada de tensión
del acoplamiento simétrico de duplicación de tensión es conmutada
al transformador de tensión (S1, S2) en el primario del
transformador (T1).
11. Disposición de conmutación acorde a una o
múltiples de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada
porque el transformador de tensión (S1, S2) está configurado como
transformador en contrafase alimentado con corriente.
12. Disposición de conmutación acorde a una de
las reivindicaciones 1 a 11, en la cual el dispositivo de encendido
por impulsos (IZV) está dispuesto en el casquillo de una lámpara de
descarga de alta presión (La).
13. Procedimiento para accionar una lámpara de
descarga de alta presión mediante un transformador de tensión y un
dispositivo de encendido por impulsos, asimismo, la tensión de
alimentación para el dispositivo de encendido por impulsos es
generada mediante el transformador de tensión, caracterizado
porque durante la fase de encendido de la lámpara de descarga de
alta presión se lleva a cabo un incremento de la tensión de
alimentación para el dispositivo de encendido por impulsos,
mediante un circuito resonante en serie accionado cerca de su
resonancia o un acoplamiento en cascada multiplicador de tensión o
un acoplamiento simétrico de duplicación de tensión o mediante la
combinación de un circuito resonante en serie con un acoplamiento en
cascada multiplicador de tensión o un acoplamiento simétrico de
duplicación de tensión.
14. Procedimiento acorde a la reivindicación 13,
caracterizado porque tras el encendido de la descarga de
gas, en la lámpara de descarga de alta presión, la lámpara de
descarga de alta presión es accionada con tensiones alternas cuya
frecuencia se encuentra por encima de la frecuencia de resonancia
del circuito resonante en serie.
15. Procedimiento acorde a la reivindicación 13,
caracterizado porque el acoplamiento en cascada multiplicador
de tensión es desactivado tras el encendido de la descarga de gas
en la lámpara de descarga de alta presión.
16. Procedimiento acorde a la reivindicación 13,
caracterizado porque el acoplamiento simétrico de duplicación
de tensión es desactivado tras el encendido de la descarga de gas
en la lámpara de descarga de alta presión.
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