CZ20033517A3 - Ovládací zařízení pro zářivku - Google Patents

Description

Vynález se tedy týká ovládacího zařízení pro zářivku zahrnujícího vestavěné ochlazovací místo, prostřednictvím kterého je ovladatelný vnitřní tlak rtuťových par žhavením ochlazovacího místa.

Dosavadní stav techniky

U běžných zářivek stoupá tlak rtuťových par exponenciálně s tím, jak stoupá teplota. Při nízkých teplotách světelný tok zářivky nejprve stoupá spolu se stoupajícím tlakem rtuťových par a stoupající teplotou, protože více atomů rtuti se stává dostupnými pro vytváření světla s tím, jak stoupá tlak. Při vyšších teplotách a vyšším tlaku rtuťových par se zvyšují ztráty v důsledku samoabsorpce se stoupající teplotou a následně se zmenšuje světelný tok. Optimální pracovní teplota leží někde uprostřed.

Nové zářivky T5, pro 14 až 35 W a 24 až 80 W, jsou vytvořeny s chladicím místem za žhavicí cívkou, specificky žhavicí cívkou na lisovaném konci zářivky, přičemž je možné řídit tlak rtuťových par prostřednictvím ohřevu či žhavení této cívky a tudíž chladicího místa.

Zářivky T5 jsou konstruovány pro dosažení své optimální pracovní teploty 35 0 bez žhavení cívkou při teplotě okolí uvnitř zářivky 25 0. Zářivky T5 jsou zejména velmi citlivé na měnící se teploty, přičemž značně reagují snižováním svého světelného toku, pokud není udržována ♦ · · * · · φφφ»

2* · φφφ φ φ · φφφφ«φφ • φ · φφφφ · « · • •Μ «Φ ·· «Φ φ optimální pracovní teplota, jinými slovy pokud není optimálně nastaven tlak rtuťových par. Pracovní teplota je udržována, když jsou použity zářivky T5, které zahrnují modernější ovládací zařízení neupravená pro stmívání, rovněž označovaná jako elektronické předřadníky.

Stmívání zářivek způsobuje, že teplota zářivky klesne v důsledku omezeného výkonu zářivky. Při 10 % z maximálního světelného toku teplota okolí zářivek, to jest teplota uvnitř zářivek, klesá na přibližně 25 0. To způsobuje, že světelný tok klesá ještě více. Pro vyloučení tohoto dodatečného snížení světelného toku v důsledku toho, že teplota není optimální, působí určité formy stmívatelných předřadníků pro ohřívání (žhavení) žhavicí cívky zářivek s proudem žhavicí cívky, který je nezávislý na stmívání. Důsledkem je, že elektrické stmívání na 10 % prostřednictvím modulace šířky pulzu způsobí, že světelný tok rovněž klesne na 10 % z maximálního světelného toku. Protože žhavicí proud cívky je nezávislý na stmívání, nestmívané zářivky budou dosahovat pracovních teplot kolem 45 0 C. Jak již bylo zmiňováno, ztráty samoabsorpcí se zvyšují, když je pracovní teplota příliš vysoká. Z tohoto důvodu jsou hodnoty maximálního světelného toku tohoto typu elektronického předřadníků horší, než hodnoty toku pro předřadník, který není upraven pro stmívání.

Pro překonání této nevýhody byl tudíž vyvinut typ elektronického předřadníků, se kterým je nastavován výkon žhavení cívky v odezvě na stupeň stmívání a v závislosti na typu zářivky,

Komerčně dostupné elektronické předřadníky, ať již upravené pro stmívání nebo ne, pro použití se zářivkami T5

0 0 • 00· 0 0 • · 0 0 000 0 nemohou udržovat optimální teplotu zářivky při měnících se teplotách okolí.

Je tedy cílem předkládaného vynálezu navrhnout ovládací zařízení pro zářivku, které navíc bude energeticky úsporné.

Podstata vynálezu

Uvedený cíl vynálezu je vyřešen podle vynálezu ovládacím zařízením, jehož nové znaky jsou definovány ve význakové části připojeného nároku 1.

U ovládacího zařízení podle vynálezu je tedy měřena teplota ochlazovacího místa nebo teplota v blízkosti ochlazovacího místa snímačem teploty a je řízen výkon žhaviče cívek tak, že teplota zářivky zůstane v optimálním rozsahu.

Výhodná provedení vynálezu jsou potom definována obsahem připojených závislých patentových nároků.

Výhodně je snímač teploty uspořádán v korunce zářivky v blízkosti ochlazovacího místa.

Ovládací zařízení je výhodně vytvořeno pro zářivky

T5.

Výhodně je zářivka provozována s vysokou frekvencí vytvářenou vysokofrekvenčním generátorem, přičemž jsou podobně upraveny výkonový zesilovač a modulátor šířky pulzu pro řízení šířky pulzu vysoké frekvence a tím světelného proudu.

Výhodně je navíc je upraven regulátor napájecího napětí, který generuje výstupní signál pro přivádění do modulátoru šířky pulzu pro řízení tohoto modulátoru tak, že • · · · · · ft · · · ft

4* · ··· ftftft ftft··ft·· • ft ftft··*··· • · ·· ·· ·« ftft · světelný tok, vytvářený zářivkou, která je připojena, bude nezávislý na úrovni napájecího napětí.

Ovládací zařízení výhodně dále zahrnuje stabilizátor činitele stmívání, který podobně generuje výstupní signál pro modulátor šířky pulzu tak, že světelný tok zářivky, která je připojena, bude stmíván v souladu s odporem připojeným ke stmívacímu vstupu nebo s napětím přiloženým na tento stmívací vstup.

Výhodně je dále upraven regulátor žhaviče cívek, který přijímá výstupní signál ze snímače teploty pro ovládání výkonu žhaviče cívek pro žhavicí cívku, přičemž tento regulátor žhaviče cívek je dále napájen signálem ze stabilizátoru činitele stmívání.

Podle vynálezu je rovněž navrženo ovládací zařízení pro zářivku, které zahrnuje :

usměrňovač, a vysokofrekvenční generátor, přičemž výstupní signál vysokofrekvenčního generátoru je přiveden do vysokofrekvenčního transformátoru, přičemž jeden konec sekundárního vinutí tohoto vysokofrekvenčního transformátoru je spojen s vývodem pro jednu žhavicí cívku a druhý konec tohoto sekundárního vinutí je spojen s vývodem pro druhou žhavicí cívku zářivky.

Co je výhodné při měření teploty v ochlazovacím místě nebo teploty v blízkosti ochlazovacího místa, při současném žhavení cívky na straně ochlazovacího místa tak, že měřená teplota zůstává konstantní, je skutečnost, že je tím udržován • · 4 4 «4 4 · 4 4 4 « 444 4 * 4 4 4 4 4 4444 • 4 4 4444 44 · •4 44 44 44 44 4 optimální tlak rtuťových par bez ohledu na stmívání zářivky a změny okolní teploty.

Nej lepším a nejspolehlivějším způsobem nastavování optimálního tlaku par je měření teploty v hliníkové korunce ⁵ zářivky nad ochlazovacím místem, protože to je teplota, která určuje tlak rtuťových v zářivce.

Výhodně ovládaní zajišťované vynálezem nastavuje příslušnou maximální světelnou účinnost při jakémkoliv stupni okolní teploty a stmívání, v mezích možností nabízených fyzikálními omezeními zářivky.

Níže budou popsána poněkud podrobněji výhodná provedení předkládaného vynálezu ve spojení s odkazy na připojené výkresy.

¹⁵ Přehled obrázků na výkresech

Obr.l znázorňuje blokové schéma ovládacího zařízení podle předkládaného vynálezu; a

Obr.2 znázorňuje schéma zapojeni ovládacího 20 zařízení, včetně obvodů pro konstrukční komponenty ovládacího zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ilustruje ovládací zařízení podle 25 předkládaného vynálezu. Výhodně toto zařízení ovládá zářivku 12 T5. Zářivka obsahuje žhavící cívky 13 a 14, přičemž ochlazovací místo je za žhavicí cívkou 13. Ovládací zařízení zahrnuje filtr 1 výkonového vedení, obvod 2 usměrňovacího můstku. Vysokofrekvenční (HF) generátor 3, modulátor 4 šířky pulzu, FET výkonový zesilovač 5, sestavu 6 konstrukčních prvků pro bezpečnostní odpojení a regulaci udržovacího ••ΦΦΦΦΦ φ • φ φφφ φ · · φφφ φφ φ · φ φ φ · • Φ φφ «φ φφ • φ φ φ φφφφ

ΦΦ napětí, regulátor 7 napájecího napětí, síúový zdroj 9 nízkého napětí, regulátor 10 žhavíc cívek, žhavič 11 cívek, stabilizátor 8 činitele stmívání a snímač 15 teploty.

Jak je znázorněno na obr. 2, filtr 1 výkonového vedení může být realizována, například, prostřednictvím dvou tlumivek 25 a 26 vytvořených s jádrem a rovněž s kondenzátory 27 a 28. Navíc může být ve filtru 1 výkonového vedení vytvořena další tlumivka 24 a další kondenzátor 21. Obvod 2 usměrňovacího můstku je výhodně sestaven ze čtyř diod 31, 32, 33 a 34. Kondenzátory 29 a 30 mohou být použity pro další potlačení vysokofrekvenčního šumu při spínání a vypínání diod. navíc obvod 2 usměrňovacího můstku obsahuje jeden nebo více elektrolytických kondenzátorů 35 a 36 pro omezení zvlnění stejnosměrného napětí. Vysokofrekvenční generátor 3 je realizován prostřednictvím integrovaného obvodu 43 ve spojení s odpory 50 a 52 a rovněž s kondenzátory 51 a 42.

V oboru je známo jak musí být konstruován modulátor 4 šířky pulzu. FET (tranzistor s řídícím polem) výkonový zesilovač 5 je výhodně sestaven z FET 38 a 40. Navíc odpory 39 a 41 mohou být použity pro ochranu integrovaného obvodu 43 před proudy, které jsou příliš vysoké během spínání a vypínání transistorů FET 38 a 40. Navíc FET výkonový zesilovač 5 obsahuje kondenzátor 37 pro potlačení podílu stejnosměrného napětí a tlumivku 63 pro přívod impedancí zatíženého výstupního napětí k zářivce. Je potřebné napájet zářivku impedancí zatíženým napětím, protože zářivka má záporný vnitřní odpor, přičemž v typickém pracovním rozsahu se tím zvyšuje proud namísto snižování napětí. Důvodem pro volbu vysoké frekvence je to, že cívky s nízkou indukčností vytvářejí dostatečnou reaktanci s tím, jak stoupá frekvence.

	7	• · · · • « ·· ·	• * · · «··· ·· * · · ·«· ·
• «	• · · · · · « • · ·· »
Následně se	konstrukční rozměry	tlumivky	63	mohou stát
menšími pro	vyšší frekvence. Jedna	elektroda	kondenzátorů 37

je spojena s oběma FET, zatímco druhá je spojena s vývodem tlumivky 63 . Udržovací napětí 16 pro zářivku může být přiváděno mezi druhý vývod tlumivky 63 a pracovní napětí FET výkonového zesilovače 5.

Ve výhodném provedení je sestava 6 konstrukčních prvků, která zajišťuje bezpečnostní vypnutí a rovněž regulaci udržovacího napětí, realizována prostřednictvím odporů 48, ° 58, tyristoru 54, kondenzátorů 57 a 59 a rovněž diod 53,

55, 56 a 60. Přesněji odpor 66 společně s diodami 53 a 55 zaručuje, že ovládací zařízení bude vypnuto v případě, že napětí přiváděné do systému je příliš vysoké a mohlo by zničit ovládací zařízení a/nebo zářivku. Udržovací napětí je monitorováno odpory 58, 61, 62, diodami .56, 60 a kondenzatory 57 a 59.

Dokud zářivka ještě nebyla zažehnuta, výkonový zesilovač generuje udržovací napětí přibližně 800 V mezi dvěma vlákny zářivky v důsledku rezonančního obvodu tvořeného kondenzatory 37 a 65 a také tlumivkou (cívkou) 63. Při zažehnutí zářivky toto napětí klesne na nějakých 200 až 300 V v důsledku utlumení rezonančního obvodu přes zářivku. Modulátor šířky pulzu a společně s ním výkonový zesilovač budou vypnuty ovládáním udržovacího napětí v sestavě 6 konstrukčních komponentů v případě, že zapalovací napětí nekleslo na 200 až 300 V v průběhu 0,5 až 1 s po zapnutí udržovacího napětí, jinými slovy pokud se zářivka nezažehne.

V jiném provedení je zažehnutí zářivky stanoveno ₀ prostřednictvím měření svodového proudu výkonového tranzistoru. Při zažehnutí se tento proud zvyšuje na Časovém • · ··· · 9

9 · • ··* základě. V této souvislosti je, výhodně, mezi záporné napájecí napětí a svod FET tranzistoru 40 a úbytek napětí na tomto tranzistoru je přiveden přes diodu 60 k ovládání udržovacího napětí.

Regulátor 7 napájecího napětí podobně ovlivňuje modulátor šířky pulzu. Regulátor 7 napájecího napětí mění modulaci šířky pulzu tak, že zářivka bude svítit se stejným jasem bez ohledu na fluktuace napájecího napětí. To je užitečné zejména proto, že jmenovité síťové napětí v některých evropských zemích a v USA se mění mezi 220 a 240 V. Specifické zvláštnosti dané země jsou tudíž kompenzovány tímto regulátorem 7 napájecího napětí.

Síťový zdroj napájecího napětí vytváří stejnosměrné napětí o velikosti 15 V pro stabilizátor 8 činitele stmívání a regulátor 10 žhaviče cívek. Pro stmívání zářivky muže být se stabilizátorem 8. činitele stmívání přes stmívací vstup 16 spojen potenciometr nebo fotoelektrická buňka. Stabilizátor 8_ činitele stmívání muže měřit napětí nebo odpor ve stmívacím vstupu. Při zapnutí regulátor 10 žhaviče cívek ovládá žhavič 11 cívek takovým způsobem, aby obě žhavicí cívky 13 a 14 byly žhaveny s plným výkonem po dobu 0,3 až 0,5 sekundy předtím, než FET výkonový zesilovač 5 připojí k zářivce udržovací napětí.

Předžhavení žhnoucího vlákna je známé jako tak zvaný zážeh za horka. Zážeh za horka snižuje opotřebení žhavicích cívek 13 a 14. Životnost zářivky bez (studených) startů je přibližně 20 000 pracovních hodin. Časté studené starty, jinými slovy starty bez předžhavení žhavicích cívek, snižují životnost na přibližně 5 000 pracovních hodin.

• · · · ·

999 · « 9

9

9 9

9999

Ve výhodném provedení je žhavena pouze žhavicí cívka 13, když již byla zářivka spuštěna. Žhavicí cívka 14 je zcela oddělena od Žhaviče cívek, takže žhavič cívek sám nezpůsobí spojení nakrátko (zkrat) pro výkonový zesilovač 5, když výkonový zesilovač přivádí udržovací napětí.

Problém zapojení nakrátko výkonového zesilovače žhavičem cívek může být ještě dále omezen, pokud je žhavič cívek Žhaven střídavým proudem a pokud je ve žhavicí cívek použit transformátor zahrnující dvě sekundární vinutí, jedno pro každou žhavicí cívku.

Následně po spuštění (zážehu) je žhavicí výkon ve žhavicí cívce ovládán prostřednictvím regulátoru 10 žhaviče cívek takovým způsobem, že teplota měřená snímačem 15 teploty zůstává konstantní. Pro ten účel je výstupní signál snímače teploty přiváděn do regulátoru 10 žhaviče cívek. Navíc regulátor žhaviče cívek přijímá řídící signál ze stabilizátoru 8 stmívání. Tento posledně uvedený signál nabízí zlepšené ovládání přechodových stmívacích procesů. Pokud je stmívání regulováno přerušovaně nahoru a dolů, snímač 15 teploty reaguje pouze se zpožděním na teplotu v hliníkové korunce, která mění výkon zářivky. Jinými slovy, regulace žhaviče cívek může být prováděna PID regulátorem, kde P = proporcionální, I = integrální, D = diferenciální. Je to zejména diferenciální podíl, který je vypočítáván na základě signálu získávaného ze stabilizátoru činitele stmívání.

Navíc stabilizátor činitele stmívání ovlivňuje modulátor šířky pulzu v souladu se stmíváním.

• · · 0 • 000 0 0 • · · · 0 0 • 0 0 0 0 0000

0 0 0 0 0 0 ·· ·· 00 0 • · 0 • * 00

V dalším výhodném provedení je během provozu žhavena nejen žhavicí cívka 13, ale rovněž žhavicí cívka 14, výhodně obě se stejným žhavicím výkonem. S tímto provedením jsou teplota v zářivce a tudíž tlak rtuťových par udržovány v optimálním rozsahu, zejména když jsou velké změny teploty okolí.

V dalším výhodném provedení žhavicí cívka 14 není žhavena dokonce ani pří spuštění (zážehu). Toto provedení nabízí úspory konstrukčních prvků ve žhavicí cívek a umožňuje vytvoření elektrického spojení se žhavicí cívkou 14. Toto provedení je výhodné zejména tehdy, když zářivka je zapínána a vypínána zřídka. Odpovídající obvody jsou ilustrovány na obr. 2.

Obr. 2 znázorňuje provedení elektronického předřadníku pro zářivky, přičemž tento předřadník nemůže být stmíván. Jednostranné odpojení vysokofrekvenčního obvodu od síťového vstupu prostřednictvím vysokofrekvenčního oddělovacího (izolačního) transformátoru 64 vylučuje zatížení sítě vysokou frekvencí. Oddělovací transformátor 64 zahrnuje dvě naprosto shodná vinutí, což poskytuje transformační poměr 1 : 1, To rovněž umožňuje vypustit nákladné oddělovací kondenzátory na můstkovém usměrňovači tvořeném diodami 31 až 34. Na můstkový usměrňovač není přiváděno nic kromě nízkofrekvenčního střídavého napájecího proudu. Oddělovací kondenzátor ve vysokofrekvenčním obvodu může být vypuštěn, protože podíl stejnosměrného napětí je zachycen kondenzátorem 37 rezonančního obvodu. Jalová složka proudu tlumivky 63 je kompenzována téměř úplně prostřednictvím volby vhodných rozměrů. Odděleni vysoké frekvence prostřednictvím transformátoru 64 snižuje síťovou kontaminaci

	11	• · · · • 9 ·*· • · · ·· ··	• ♦ · · · · * ♦ · · · · · *»»« • · · · · · · ·· ·· ·· ·
vysokofrekvenčním šumem, takže	mohu	být použity vyšší
pracovní frekvence	integrovaným	obvodem 43	a výkonovým
zesilovačem tvořeným	tranzistory	FET 38	a 40.	Jak již bylo

zmiňováno, to umožňuje, aby byla použita tlumivka s nízkou indukčností a následně s malými rozměry. Emise vysoké frekvence jsou udržovány obzvláště nízké, pokud je vytvořeno mezi transformátorem 64 a žhavicí cívkou, která není žhavena v zářivce 20, spojení nakrátko, tedy jinými slovy tehdy, pokud je ovládací zařízení namontováno v blízkosti této žhavicí cívky.

Bezpečnostní vypnutí prostřednictvím sestavy 6 konstrukčních komponentů bylo zlepšeno do takové míry, že výkonový zesilovač tvořený tranzistory FET 38 a 40 nebude zničen, pokud by selhala zářivka 20.

Claims (8)

1. Ovládací zařízení pro zářivku (12) zahrnující vestavěné ochlazovací místo, prostřednictvím kterého je ovladatelný vnitřní tlak rtuťových par žhavením ochlazovacího místa, vyznačující se tím, že je měřena teplota ochlazovacího místa nebo teplota v blízkostí ochlazovacího místa snímačem (15) teploty a je řízen výkon žhaviče cívek tak, že teplota zářivky (12) zůstane v optimálním rozsahu.

2. Ovládací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímač (15) teploty je uspořádán v korunce zářivky v blízkosti ochlazovacího místa.

3. Ovládací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je vytvořeno pro zářivky T5.

4. Ovládací zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zářivka je provozována s vysokou frekvencí vytvářenou vysokofrekvenčním generátorem (3), a přičemž jsou podobně upraveny výkonový zesilovač (5) a modulátor (4) šířky pulzu pro řízení šířky pulzu vysoké frekvence a tím světelného proudu.

5. Ovládací zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že navíc je upraven regulátor (7) napájecího napětí, který generuje výstupní signál pro přivádění do modulátoru (4) šířky pulzu pro řízení tohoto modulátoru tak, že světelný tok, vytvářený zářivkou (12), která je připojena, bude nezávislý na úrovni napájecího napětí.

6. Ovládací zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stabilizátor (8) činitele stmívání, který podobně generuje výstupní signál pro modulátor (4) ·**· · · * • * ··· · · · · · · «.*»» • · · · ft · · · · ft •ftftft ftftftft ftft · šířky pulzu tak, že světelný tok zářivky (12) , která je připojena, bude stmíván v souladu s odporem připojeným ke stmívacímu vstupu (16) nebo s napětím přiloženým na tento stmívací vstup (16).

7. Ovládací zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že dále je upraven regulátor (10) žhaviče cívek, který přijímá výstupní signál ze snímače (15) teploty pro ovládání výkonu žhaviče cívek pro žhavicí cívku (13), přičemž tento regulátor (10) žhaviče cívek je dále napájen signálem ze stabilizátoru (8) činitele stmívání.

8. Ovládací zařízení pro zářivku, které zahrnuje :

usměrňovač (2; 31, 32, 33, 34), a vysokofrekvenční generátor (3), vyznačující se tím, že výstupní signál vysokofrekvenčního generátoru (3) je přiveden do vysokofrekvenčního transformátoru (64), přičemž jeden konec sekundárního vinutí tohoto vysokofrekvenčního transformátoru je spojen s vývodem pro jednu žhavicí cívku a druhý konec tohoto sekundárního vinutí je spojen s vývodem pro druhou žhavicí cívku zářivky.