Circuito de balasto de lámpara de descarga de alta intensidad que comprende:

una lámpara (19) de descarga de alta intensidad conectada entre un primer borne (B) de lámpara y un segundo borne de lámpara;

un primer y un segundo MOSFET (9, 10) conectados en serie entre un conductor de alimentación positivo (+HT) de una fuente de alta tensión y un conductor de alimentación negativo (0 V) de la fuente de alta tensión, estando ubicado un nodo (A) en la unión entre el primer y el segundo MOSFET (9, 10)

un primer diodo (70) conectado en serie con el primer MOSFET (9) entre el conductor de alimentación positivo (+HT) y el nodo (A);

un segundo diodo (71) conectado en serie con el segundo MOSFET (10) entre el nodo (A) y el conductor de alimentación negativo (0 V);

un primer diodo (15) de recuperación rápida conectado entre el nodo (A) y el conductor de alimentación positivo (+HT), en antiparalelo con el primer MOSFET (9) y el primer diodo (70);

un segundo diodo (16) de recuperación rápida conectado entre el nodo (A) y el conductor de alimentación negativo (0 V), en antiparalelo con el segundo MOSFET (10) y el segundo diodo (71);

un circuito resonante que comprende un condensador (18) conectado en paralelo con la lámpara (19), y un inductor (17) conectado en serie entre el primer borne (B) de lámpara y el nodo (A), por lo que el primer MOSFET (9) puede hacerse funcionar para conectar el circuito (17, 18) resonante al conductor de alimentación positivo (+HT) y el segundo MOSFET (10) puede hacerse funcionar para conectar el circuito (17, 18) resonante al conductor de alimentación negativo (0 V);

medios (6) de control para hacer funcionar de manera alternante el primer y el segundo MOSFET (9, 10) para suministrar corriente al circuito (17, 18) resonante, produciéndose la alternancia en un primer modo a una primera frecuencia de conmutación que hace que resuene el circuito (17, 18) resonante y en un segundo modo a una segunda frecuencia de conmutación que no hace que resuene el circuito (17, 18) resonante; y medios (5, 20) de limitación de corriente para limitar la corriente eléctrica a través de la lámpara (19);

caracterizado porque:

cada uno de los diodos primero y segundo (70, 71) puede bloquear una tensión inversa sustancialmente igual a la tensión entre el conductor de alimentación positivo (+HT) y el conductor de alimentación negativo (0 V)

Balasto de lámpara de descarga de alta intensidad.

Campo técnico

Esta invención se refiere a un circuito de control de potencia que es particular, aunque no exclusivamente, adecuado para dotar de balasto lámparas de descarga de haluro de metal y de arco de mercurio, de sodio de baja y alta presión (lámparas de descarga de alta intensidad o lámparas de HID). Normalmente tales sistemas pueden usarse para la iluminación de autopistas, iluminación con focos arquitectónica, la iluminación de almacenes e industrial, etc.

Antecedentes de la invención

Normalmente, el dotar de balasto lámparas de HID se realiza mediante el uso de inductores o bobinas de choque que pueden controlar la corriente de la lámpara a través de la impedancia que presentan en serie con la tensión de suministro de la red eléctrica. Con algunos tipos de lámpara de HID se requiere una tensión de cebado elevada, normalmente de 4-5 kV, para ionizar el gas que llena el tubo e iniciar el arco.

En los sistemas de la técnica anterior para dotar de balasto lámparas de HID, los medios para dotar de balasto las lámparas y los medios de cebado de la lámpara son normalmente elementos de circuito diferenciados. Desde siempre, las lámparas de HID se han dotado de balasto utilizando la impedancia de un inductor conectado en serie para controlar la corriente de la lámpara y un módulo de encendido o de inicio independiente para proporcionar la alta tensión necesaria para cebar la lámpara.

La figura 1 ilustra una disposición típica para balastos electrónicos de la técnica anterior para lámparas de HID. Un controlador del factor de potencia convencional está formado por un transistor TR1, un inductor L1, un diodo D1 y un condensador C1. Se proporciona una tensión de salida positiva y negativa alternante a la lámpara mediante una disposición de puente completo que comprende cuatro transistores TR3, TR4, TR5, TR6. Los transistores se encienden y se apagan de manera alternante en pares TR3, TR6 y TR4, TR5 complementarios a una baja frecuencia, normalmente de 100-200 Hz.

Conectado en serie con la lámpara a través del puente hay un circuito de encendido que comprende un transformador TX1 de impulsos, un Sidac, un condensador C3 y una resistencia R1. Cuando se hace funcionar el circuito de encendido, el condensador C3 se carga a través de la resistencia R1 hasta una tensión a la que se enciende el dispositivo Sidac, descargándose el condensador C3 en el devanado primario del transformador TX1. La tensión aplicada al transformador primario se multiplica por la elevada relación de transformación del transformador y es suficiente para ionizar el gas que llena el tubo de arco de la lámpara, iniciando así un arco.

Puesto que la tensión es una CA, el arco se extinguirá cuando la corriente de la lámpara se aproxime a cero y por consiguiente se invierte la tensión aplicada al tubo. Por tanto, el elemento de encendido debe funcionar de nuevo en el semiciclo de tensión opuesto para volver a cebar el arco para el flujo de corriente en el sentido opuesto. Este ciclo de encendido se repite hasta que los electrodos de la lámpara se calientan lo suficiente mediante la corriente de arco para que tenga lugar la emisión termoiónica. Entonces la tensión de arco en el tubo cae por debajo de la tensión umbral del Sidac y se mantiene la corriente de arco sin el funcionamiento del circuito de encendido.

Un transistor TR2 adicional controla el flujo de la corriente en el circuito de puente de salida y por consiguiente controla la corriente de la lámpara. El transistor TR2 se enciende hasta que la corriente en el inductor L2 alcanza un valor umbral preestablecido, entonces se apaga el transistor TR2. La corriente sigue fluyendo a través de un diodo D2 hasta que la corriente cae hasta otro valor umbral preestablecido, entonces vuelve a encenderse el transistor TR2.

Debido a la alta velocidad de crecimiento de la tensión, la capacitancia y la inductancia del cableado hacia la lámpara actúan para atenuar el impulso de encendido de alta tensión hacia la lámpara, limitando así la longitud práctica del cableado entre el circuito de encendido y la lámpara.

En los últimos años se ha dado a conocer el uso de balastos electrónicos de alta frecuencia (>20 kHz) para suministrar a una lámpara corriente para instalaciones de lámparas fluorescentes, proporcionando una vida útil del tubo más prolongada debido a un factor de cresta de corriente de tubo menor y a eficacias globales mayores debido a pérdidas de potencia reducidas en el balasto y el tubo. Se han realizado intentos para diseñar balastos electrónicos de alta frecuencia para lámparas de HID con algo de éxito aunque éstos están llenos de problemas debido principalmente a la predisposición de muchas lámparas de HID a la resonancia de arco acústica cuando se hacen funcionar a frecuencias sustancialmente por encima de la frecuencia de línea. En algunos casos es posible diseñar balastos de alta frecuencia específicamente para un tipo y tamaño de tubo de HID si la frecuencia de funcionamiento del balasto se elige con cuidado pero si la presión de gas en el tubo cambia sustancialmente durante la vida útil del tubo las características de resonancia también cambiarán y podrían provocar un fallo grave del tubo de arco. En el mejor de los casos esto será alarmante y podría ser peligroso si los fragmentos del tubo de arco no están contenidos suficientemente dentro de la luminaria.

Una solución alternativa al encendido de lámparas de HID ha sido utilizar un circuito resonante para proporcionar una tensión suficientemente alta para cebar la lámpara. La solicitud de patente GB-A- 2319677 ilustra un ejemplo de un circuito de este tipo, en el que a la lámpara se le suministra inicialmente CA a una primera frecuencia que producirá una resonancia en un circuito LC para iniciar la lámpara y a continuación se hace funcionar la lámpara a una segunda frecuencia menor.

El documento EP-A-0279489 ilustra un ejemplo adicional de una fuente de energía para una lámpara de descarga, en el que se usa la resonancia para encender la lámpara. Después, durante cada semiciclo del suministro de CA a la lámpara, un transistor en un circuito de medio puente se mantiene apagado mientras que el otro transistor se enciende y apaga de manera alternante para controlar la corriente de la lámpara. Un diodo en antiparalelo con cada transistor permite que la corriente siga circulando en los periodos en los que los dos transistores están apagados.

El documento EP-A-0408121 ilustra un tercer ejemplo de una fuente de energía para una lámpara de descarga, en el que se usa la resonancia para encender la lámpara. La lámpara está en un circuito de puente completo. Cada transistor en el circuito de puente tiene un diodo en antiparalelo con el mismo para permitir que la corriente circule cuando los transistores están apagados. Cada transistor también tiene un diodo Schottky en serie con el mismo.

Sumario de la invención

La invención proporciona un circuito de balasto de lámpara de descarga de alta intensidad según se define en la reivindicación 1.

Con un funcionamiento en dos modos, respectivamente a alta y baja frecuencia, la invención supera muchos de los problemas asociados con los balastos de lámpara de HID de la técnica anterior. El primer modo de alta frecuencia se hace funcionar a normalmente más de 20 kHz mientras que la lámpara está fría y utiliza la resonancia para cebar la lámpara. Una vez que la lámpara se ha calentado suficientemente para la emisión termoiónica desde los electrodos de lámpara, puede emplearse el segundo modo de funcionamiento normalmente a menos de 1 kHz y se mantendrá el arco de lámpara. Puesto que se utiliza la resonancia en el primer modo de funcionamiento para proporcionar suficiente tensión para cebar la lámpara, no se requiere un circuito de encendido independiente y por consiguiente puede evitarse el gasto de componentes tales como el Sidac.

Preferiblemente, un primer condensador de retorno está conectado entre el segundo borne de lámpara y el conductor de alimentación de alta tensión positivo y un segundo condensador de retorno está conectado entre el segundo borne de lámpara y el conductor de alimentación de alta tensión negativo. Debido a que se eleva la tensión de la lámpara mediante resonancia en el primer modo de funcionamiento y debido a que se requiere una tensión de la lámpara comparativamente baja para mantener el arco en el segundo modo de funcionamiento, es posible hacer funcionar la lámpara según la invención utilizando sólo la mitad...

1. Circuito de balasto de lámpara de descarga de alta intensidad que comprende:

2. Circuito de balasto de lámpara según la reivindicación 1, en el que:

3. Circuito de balasto de lámpara según la reivindicación 1, en el que:

4. Circuito de balasto de lámpara según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un número n de lámparas (35, 36) adicionales conectadas en serie con la lámpara (19), en el que n =q 1; y el mismo número n de condensadores (33, 34) de derivación, en el que el k-ésimo condensador (33, 34) de derivación, de k = 1 a k = n, está conectado en paralelo con las primeras k lámparas (35, 36) adicionales de la serie.

5. Circuito de balasto de lámpara según cualquier reivindicación anterior, en el que los medios de limitación de corriente comprenden:

6. Circuito de balasto de lámpara según la reivindicación 5, que incluye además medios de control de potencia de lámpara, que comprenden:

7. Circuito de balasto de lámpara según la reivindicación 6, que comprende además medios (55-62) de protección para apagar la corriente hacia la lámpara (19) si la tensión de referencia de los medios (5) de limitación de corriente sobrepasa un umbral predeterminado.

8. Método para alimentar una lámpara a través de un circuito de balasto de lámpara según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el método las etapas de:

9. Método según la reivindicación 8, en el que el cambio en el funcionamiento del primer modo al segundo modo se produce después de un tiempo predeterminado.

10. Método según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que comprende además las etapas de: medir la corriente a través de la lámpara (19);

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que la primera frecuencia es mayor de 20 kHz.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la segunda frecuencia es menor de 1 kHz.