Circuito de balasto para lámpara que comprende:

una fuente de alta tensión que tiene un carril positivo y un carril negativo;

un primer borne (C) de lámpara y un segundo borne (D) de lámpara, entre los que puede conectarse una lámpara (11) de descarga de alta intensidad;

un primer conmutador (1) conectado entre el carril positivo y un primer nodo (A), un primer diodo (4) conectado entre el primer nodo (A) y el carril negativo, y un primer inductor (5) conectado entre el primer nodo (A) y un nodo (E) común;

un segundo diodo (3) conectado entre el carril positivo y un segundo nodo (B), un segundo conmutador (2) conectado entre el segundo nodo (B) y el carril negativo, y un segundo inductor (6) conectado entre el segundo nodo (B) y el nodo (E) común;

un primer condensador (9) conectado en paralelo con los bornes (C, D) de lámpara;

un accionador (22) para hacer funcionar los conmutadores (1, 2) primero y segundo; y

un circuito limitador de corriente para limitar la corriente eléctrica a través de una lámpara (11) conectada entre los bornes (C, D) de lámpara;

caracterizado porque comprende además:

un tercer inductor (8) conectado entre el nodo (E) común y el primer borne (C) de lámpara, de manera que el tercer inductor (8) y el primer condensador (9) forman un circuito de resonancia de alta frecuencia para cebar la lámpara (11); y un segundo condensador (7) conectado entre el nodo (E) común y el segundo borne (D) de lámpara para desviar la corriente de ondulación lejos de la lámpara (11)

Balasto para lámpara de descarga de alta intensidad.

Campo técnico

Esta invención se refiere a un circuito de control electrónico que es particularmente, aunque no exclusivamente, adecuado para cargar lámparas de descarga de haluro de metal, arco de mercurio y sodio a baja y alta presión (lámparas de descarga de alta intensidad o lámparas HID). Normalmente, tales sistemas pueden utilizarse para la iluminación de carreteras, alumbrado por proyección para arquitectura, iluminación de almacenes e industrial, etc.

Antecedentes de la invención

La figura 4 se ha tomado de una solicitud de patente anterior publicada como el documento EP-A-0984670, en la que los inventores describen una topología de circuito con dos convertidores reductores independientes que pueden funcionar en dos modos.

Un circuito de control de frecuencia (no se muestra en la figura 4) controla el oscilador 101 para emitir una onda cuadrada. La salida del oscilador 101 se divide, pasándose una mitad a través de un inversor 102, para crear dos salidas complementarias en antifase entre sí. Estas salidas antifase están conectadas a las entradas de dos puertas 103 y 104 Y de doble entrada, estando conectadas las otras entradas de las dos puertas Y a la salida de un comparador 105 de tensión. Las salidas de las dos puertas 103, 104 Y están conectadas a un CI 106 de accionador de puerta MOS, que acciona un par de MOSFET 109, 110 mediante resistores 111, 112 de accionamiento de puerta. Cada MOSFET 109, 110 está conectado en serie a un diodo 115, 116 de recuperación rápida. Los nodos A y AA de conexión respectivos MOSFET a diodo están conectados además a inductores 117 y 117A separados, que están conectados entre sí en el nodo B, que también está conectado al condensador 118 y la lámpara 119. El condensador 118 está conectado al nodo C. La lámpara 119 se devuelve al nodo C por medio del bobinado primario del transformador 120 de corriente. El nodo C proporciona un trayecto de retorno de corriente para el condensador 118 y la lámpara 119 por medio de los condensadores 121, 122 a los carriles +HT y 0 V.

En el primer modo de funcionamiento, el circuito de control de frecuencia establece la frecuencia del oscilador a normalmente varias decenas de kilohercios. La salida del comparador 105 de tensión (nodo F) es un 1 lógico, así, las salidas complementarias antifase del oscilador 101 y el inversor 102 se hacen "pasar" por las puertas 103 y 104 Y, accionando las entradas del CI 106 de accionador de puerta MOS, que a su vez acciona las puertas de los MOSFET 109 y 110. La conmutación alternante de los MOSFET 109 y 110 conecta alternativamente el nodo A al carril +HT y el nodo AA al carril 0 V, de manera que el circuito resonante LC que comprende los inductores 117 y 117A y el condensador 118 se estimula alternativamente por medio del nodo A y el inductor 117 y por medio del nodo AA y el inductor 117A a la frecuencia resonante fundamental de los componentes LC resonantes o un armónico de los mismos. Por lo tanto, la multiplicación de tensión se produce en el nodo B debido al factor Q de los componentes 117 y 118 resonantes. Los componentes resonantes están diseñados con suficiente factor Q para proporcionar una tensión que pueda ionizar el gas que llena el tubo de arco de la lámpara 119, iniciando así un arco en los electrodos de la lámpara.

Este arco se sostiene por corriente que fluye a través del bobinado primario del transformador 120 de corriente y el nodo C a los condensadores 121 y 122, que permiten a la corriente volver a los carriles +HT y 0 V. La impedancia de arco es lo suficientemente baja para desviar la mayor parte de la corriente que fluye en el inductor 117 ó 117A lejos del condensador 118 y a través de la lámpara 119. El circuito funciona en este primer modo hasta que los electrodos de la lámpara se calientan suficientemente para establecer una emisión termoiónica. El circuito se conmuta entonces al segundo de los dos modos discretos de funcionamiento.

En el segundo modo de funcionamiento, el circuito de control de frecuencia establece el oscilador 101a una segunda frecuencia menor, normalmente aunque no exclusivamente de varias decenas o cientos de hercios. Dado que la emisión termoiónica ya está establecida en la lámpara por el calentamiento de los electrodos en el primer modo de funcionamiento, la tensión disponible en los bornes de la lámpara en este segundo modo (no resonante) de funcionamiento es suficiente para mantener el arco en los electrodos de la lámpara. La salida del comparador 105 de tensión (nodo F) es un 1 lógico, así las salidas complementarias antifase del oscilador 101 y el inversor 102 se hacen "pasar" por las puertas 103 y 104 Y, accionando las entradas del CI 106 de accionador de puerta MOS, que a su vez acciona las puertas de los MOSFET 109, 110. El encendido y apagado alternante de los dos MOSFET 109, 110 en oposición conecta alternativamente el nodo A al carril +HT y el nodo AA al carril 0 V. Por lo tanto, en un semiciclo del oscilador el MOSFET 109 conduce la corriente desde el carril +HT a la lámpara por medio del nodo A, el inductor 117 y el nodo B; y en el semiciclo opuesto del oscilador el MOSFET 110 conduce corriente desde la lámpara al carril 0 Y por medio del nodo B, el inductor 117A y el nodo AA.

La corriente de lámpara se transforma mediante la relación de vueltas del transformador 120 de detección de corriente, se rectifica mediante el rectificador 123 y se convierte en una tensión positiva a través del resistor 124 proporcional a la corriente de lámpara. Esta tensión aparece en el nodo D y se refiere al carril 0 V. El nodo D se conecta a la entrada inversora del comparador 105 de tensión. La tensión en el nodo D se compara con una tensión establecida por un divisor de potencial (resistores 125 y 126), cuyo punto medio (nodo E) se conecta a la entrada no inversora del comparador 105 de tensión. Si la tensión proporcional a la corriente de lámpara en el nodo D supera a la tensión establecida por el divisor de potencial en el nodo E, la salida (nodo F) del comparador 105 de tensión se conmuta a un estado de 0 lógico. Ya que el nodo F se conecta a las entradas de las puertas 103 y 104 Y, ambas salidas de las puertas Y se fuerzan entonces a un nivel de 0 lógico independientemente de los estados lógicos de las otras entradas a las puertas Y que establecen las salidas del oscilador 101 y el inversor 102. Por lo tanto, cualquiera que sea el MOSFET 109 ó 110 que conduce y abastece corriente al circuito de la lámpara, se conmuta a un estado no conductor y se hace circular corriente reactiva que fluye en el inductor 117 ó 117A por medio del diodo 116 ó 115 de recuperación rápida. Cuando el valor de corriente disminuye suficientemente para reducir la tensión proporcional a la corriente de lámpara en el nodo D hasta una tensión por debajo de la establecida en el nodo E, el nodo F de salida del comparador de tensión vuelve a un estado lógico 1 permitiendo a las puertas 103 y 104 Y "pasar" por los estados lógicos relevantes establecidos en sus otras entradas y así conmutar el MOSFET 109, 110 relevante a un estado de conducción.

Normalmente, la corriente de lámpara en el primer modo de funcionamiento es suficientemente alta para disparar el funcionamiento de este circuito limitador de corriente. Dado que la frecuencia del oscilador en el segundo modo de funcionamiento es sustancialmente menor que en el primer modo de funcionamiento, los inductores 117, 117A pasarán corrientes mucho más altas puesto que su impedancia a baja frecuencia es mucho menor que su impedancia a alta frecuencia. Por tanto, el funcionamiento del circuito limitador de corriente descrito anteriormente es una característica esencial en este segundo modo de funcionamiento. En efecto, debido al funcionamiento del circuito limitador de corriente, la forma de onda de la corriente de lámpara en el segundo modo se aproxima a una onda cuadrada con alguna ondulación de alta frecuencia debido al funcionamiento del circuito limitador de corriente superpuesto en los extremos superior e inferior de la forma de onda.

El circuito de la técnica anterior ilustrado en la figura 4, está limitado en su aplicación práctica, debido a la corriente de ondulación de amplitud relativamente alta en la lámpara provocada por la conmutación de los convertidores reductores en el segundo modo de funcionamiento continuo. Las normas internacionales propuestas requieren bajos niveles de ondulación de alta frecuencia en la forma de onda de la lámpara para reducir la posibilidad de que se produzca resonancia de arco acústico.

Las preocupaciones medioambientales también han reducido la utilización de kriptón...

1. Circuito de balasto para lámpara que comprende:

una fuente de alta tensión que tiene un carril positivo y un carril negativo;

un primer borne (C) de lámpara y un segundo borne (D) de lámpara, entre los que puede conectarse una lámpara (11) de descarga de alta intensidad;

un primer conmutador (1) conectado entre el carril positivo y un primer nodo (A), un primer diodo (4) conectado entre el primer nodo (A) y el carril negativo, y un primer inductor (5) conectado entre el primer nodo (A) y un nodo (E) común;

un segundo diodo (3) conectado entre el carril positivo y un segundo nodo (B), un segundo conmutador (2) conectado entre el segundo nodo (B) y el carril negativo, y un segundo inductor (6) conectado entre el segundo nodo (B) y el nodo (E) común;

un primer condensador (9) conectado en paralelo con los bornes (C, D) de lámpara;

un accionador (22) para hacer funcionar los conmutadores (1, 2) primero y segundo; y

un circuito limitador de corriente para limitar la corriente eléctrica a través de una lámpara (11) conectada entre los bornes (C, D) de lámpara;

caracterizado porque comprende además:

un tercer inductor (8) conectado entre el nodo (E) común y el primer borne (C) de lámpara, de manera que el tercer inductor (8) y el primer condensador (9) forman un circuito de resonancia de alta frecuencia para cebar la lámpara (11); y un segundo condensador (7) conectado entre el nodo (E) común y el segundo borne (D) de lámpara para desviar la corriente de ondulación lejos de la lámpara (11).

2. Circuito de balasto para lámpara según la reivindicación 1, en el que cada uno de los conmutadores (1, 2) primero y segundo tiene un condensador (23, 24) de conmutación conectado en paralelo con el mismo.

3. Circuito de balasto para lámpara según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el circuito limitador de corriente comprende:

un primer sensor (10) de corriente conectado de manera que mide la corriente instantánea a través de una lámpara (11) conectada entre los bornes (C, D) de lámpara;

un convertidor (25, 26, 27) para convertir la corriente medida en una señal de tensión; y

un primer comparador (28) que tiene una primera entrada conectada a la señal de tensión, una segunda entrada conectada a una primera tensión de referencia y una salida conectada al accionador (22), para emitir al accionador (22) una señal determinada por la diferencia entre la señal de tensión y la primera tensión de refe- rencia.

4. Circuito de balasto para lámpara según la reivindicación 3, en el que el circuito limitador de corriente comprende además:

un amplificador (31) configurado como un integrador y que tiene una primera entrada conectada a la señal de tensión, una segunda entrada conectada a una segunda tensión de referencia y una salida conectada a la segunda entrada del primer comparador (28), para emitir al primer comparador (28) una señal (35) determinada por un promedio por el tiempo de la diferencia entre la señal de tensión y la segunda tensión de referencia.

5. Circuito de balasto para lámpara según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el circuito limitador de corriente comprende además:

un segundo sensor (39, 40, 41, 42) de corriente conectado de manera que mide la corriente a través de los carriles (12, 13) de la fuente de alta tensión y convierte la corriente medida en una señal de tensión; y

un segundo amplificador (43) que tiene una primera entrada conectada a la señal de tensión, una segunda entrada conectada a una tercera tensión de referencia y una salida conectada a la segunda entrada del primer comparador (28), para emitir al primer comparador (28) una señal (50) determinada por la diferencia entre la señal de tensión y la tercera tensión de referencia.

6. Circuito de balasto para lámpara según cualquier reivindicación anterior, en el que el accionador (22) está conectado a una puerta de cada uno de los conmutadores (1,2) por medio de un circuito de accionamiento de puerta, comprendiendo cada circuito de accionamiento de puerta:

un conmutador (16, 17) de accionamiento de puerta en serie con un primer resistor (18, 19) de accionamiento de puerta entre una salida del accionador (22) y la puerta del conmutador (1, 2); y

un segundo resistor (20, 21) de accionamiento de puerta conectado entre la salida del accionador (22) y la puerta del conmutador (1, 2) en paralelo con el conmutador (16, 17) de accionamiento de puerta y el primer resistor (18, 19) de accionamiento de puerta;

en el que el primer resistor (18, 19) de accionamiento de puerta tiene una menor resistencia que el segundo resistor (20, 21) de accionamiento de puerta.

7. Método para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad que está conectada entre los bornes (C, D) de lámpara de un circuito de balasto para lámpara según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo el método las etapas de:

en un primer modo, hacer funcionar los conmutadores (1,2) primero y segundo alternativamente a una primera frecuencia de conmutación de manera que se provoca resonancia en el tercer inductor (8) y el primer condensador (9), generando de este modo suficiente tensión entre los bornes (C, D) de lámpara primero y segundo para provocar que se cebe la lámpara (11); y

posteriormente, en un segundo modo, mientras que la lámpara (19) continúa conduciendo, hacer funcionar los conmutadores (1, 2) primero y segundo alternativamente a una segunda frecuencia de conmutación que es menor que la primera frecuencia, y usar el segundo condensador (7) para desviar la corriente de ondulación de alta frecuencia lejos de la lámpara (11).

8. Método según la reivindicación 7 para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad, comprendiendo el método además:

en el primer modo, variar la primera frecuencia de conmutación por un intervalo continuo o discreto de posibles frecuencias resonantes.

9. Método según la reivindicación 7 o la reivindicación 8 para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad, comprendiendo el método además:

en el primer modo, hacer funcionar los conmutadores (1,2) primero y segundo alternativamente a un subarmónico impar de la primera frecuencia de conmutación antes de hacer funcionar los conmutadores (1, 2) a la primera frecuencia de conmutación.

10. Método según la reivindicación 9 para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad, en el que los conmutadores (1, 2) primero y segundo se hacen funcionar alternativamente al subarmónico impar en un ciclo de trabajo menor del 50%.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad, comprendiendo el método además:

en el segundo modo, en el que sólo uno de los conmutadores (1, 2) y su inductor (5, 6) asociado están activos durante cada semiciclo de la segunda frecuencia de conmutación, usar el circuito limitador de corriente para apagar el conmutador activo cuando la corriente en el inductor (5, 6) asociado alcanza sustancialmente dos veces una corriente de trabajo nominal de la lámpara; y encender el conmutador activo cuando la corriente en la lámpara es sustancialmente cero.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11 para alimentar una lámpara (11) de descarga de alta intensidad que está conectada entre los bornes (C, D) de lámpara de un circuito de balasto para lámpara según la reivindicación 6, comprendiendo el método las etapas de:

en el primer modo, encender los conmutadores (16, 17) de accionamiento de puerta de modo que el accionador (22) enciende los conmutadores (1, 2) principales por medio de los primeros resistores (18, 19) de accionamiento de puerta en paralelo con los segundos resistores (20, 21) de accionamiento de puerta; y

en el segundo modo, apagar los conmutadores (16,17) de accionamiento de puerta de manera que el accionador (22) enciende los conmutadores (1, 2) principales por medio de los segundos resistores (20, 21) de accionamiento de puerta.