ES2275595T3 - Balasto electronico con una unidad de control digital. - Google Patents
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Abstract
Bobina de reactancia electrónica para, al menos, una lámpara de descarga gaseosa (LA) con un circuito rectificador (2) que se puede conectar a una fuente de tensión alterna (UO), con un circuito de aplanamiento (3) conectado a la salida del circuito rectificador (2) para la generación de una tensión indirecta (UZ) y con un ondulador (4) alimentado con la tensión indirecta (UZ), en cuya salida se conecta un circuito de carga (5) que contiene conexiones para la lámpara (LA), estando formado el circuito de aplanamiento (3) por un regulador de conmutación y presentando además la bobina de reactancia un circuito de control (6) que registra, al menos, un parámetro de servicio (Ui, IL, UZ) del circuito de aplanamiento (3) y que acciona un interruptor controlable (S1) del regulador de conmutación en dependencia del valor del parámetro de servicio registrado (Ui, IL, UZ), caracterizada porque el circuito de control (6) presenta un transformador analógico/digital (ADC1) para la conversión del parámetro de servicio registrado (Ui, IL, UZ) en una valor digital compuesto de, al menos, 2 bites, calculando el circuito de control (6) en base a este valor digital en un circuito de regulación digital (14), una información de conmutación para el accionamiento del interruptor controlable (S1) del regulador de conmutación y transmitiendo la misma a un circuito de excitación (7) que convierte esta información de conmutación en una señal de control correspondiente para la activación del interruptor (S1).
Description
Balasto electrónico con una unidad de control
digital.
La presente invención se refiere a una bobina de
reactancia electrónica para el funcionamiento de una lámpara de
descarga gaseosa según el preámbulo de la reivindicación 1.
El empleo de bobinas de reactancia electrónicas
para el funcionamiento de lámparas de descarga gaseosa conlleva un
claro ahorro de energía a causa de las bajas pérdidas de las bobinas
de reactancia, así como de un rendimiento mejorado de la lámpara.
La entrada de una bobina de reactancia electrónica forma normalmente
un filtro de alta frecuencia conectado a la red de suministro de
corriente que está unido a un circuito rectificador. A
continuación, la tensión de alimentación rectificada por el circuito
rectificador se aporta a un circuito de aplanamiento para la
generación de una tensión indirecta y, finalmente, un ondulador
alimentado con la tensión indirecta genera una tensión alterna de
alta frecuencia que se aplica a un circuito de carga con la lámpara
de descarga gaseosa dispuesta en su interior. El accionamiento de la
lámpara con la tensión alterna de alta frecuencia tiene como
consecuencia una reducción de las pérdidas de electrodos, así como
un aumento del rendimiento luminoso en la pila voltaica positiva de
la lámpara.
Por el documento WO 99/34647 A1, por ejemplo, se
conoce una bobina de reactancia electrónica del tipo arriba
descrito, garantizándose un funcionamiento seguro y fiable gracias a
dos circuitos de regulación separados el uno del otro. El primer
circuito de regulación afecta al circuito de aplanamiento y tiene la
tarea de estabilizar la tensión indirecta generada por el circuito
de aplanamiento. Esto es necesario, dado que la potencia de salida
de la bobina de reactancia es variable y el circuito de aplanamiento
debe poner a disposición la potencia necesaria, con lo que una
modificación de la potencia de salida repercute automáticamente en
la tensión indirecta. Por otra parte, mediante el funcionamiento
apropiado del circuito de aplanamiento se reduce la reflexión de
ondas armónicas a la red.
El segundo circuito de regulación afecta al
ondulador para el accionamiento de la lámpara de descarga gaseosa,
llevándose a cabo la regulación de manera que la lámpara funciona
con la potencia o la luminosidad deseada. El circuito de control
está formado por un circuito integrado específico de aplicación
(Application Specific Integrated Circuit - ASIC) al que se aportan
varios parámetros de servicio en forma de señales de entrada
analógicas. De forma interna, estas señales de entrada se comparan,
con ayuda de diferenciadores, con valores de referencia y se
convierten en señales "casi digitales", es decir, un
diferenciador decide si la señal de entrada se encuentra por encima
o por debajo del valor de referencia. A continuación, por medio de
esta información se lleva a cabo la activación del ondulador.
La presente invención se basa en la tarea de
perfeccionar una bobina de reactancia del tipo descrito al
principio, de manera que ésta pueda fabricarse a un precio
razonable y sea extremadamente compacta en sus dimensiones. Al
mismo tiempo debe garantizarse una elevada seguridad de
servicio.
La tarea se resuelve gracias a una bobina de
reactancia electrónica que presenta las características de la
reivindicación 1. La bobina de reactancia según la invención
incluye, en principio, un circuito rectificador que se puede
conectar a una fuente de tensión alterna, un circuito de
aplanamiento conectado a la salida del circuito rectificador para
la generación de una tensión indirecta y un ondulador alimentado con
la tensión indirecta, en cuya salida está conectado un circuito de
carga que contiene conexiones para la lámpara. El circuito de
aplanamiento está formado por un regulador de conmutación,
previéndose un circuito de control que registra, al menos, un
parámetro de servicio del circuito de aplanamiento y que activa un
interruptor controlable del regulador de conmutación en dependencia
del parámetro de servicio registrado.
Según la invención, el circuito de control
presenta un transformador analógico/digital que convierte el
parámetro de servicio registrado en un valor digital compuesto de,
como mínimo, 2 bites. A continuación, en base a este valor
digital, el circuito de control calcula dentro de un circuito de
regulación una información de conmutación para el funcionamiento
del interruptor y la transmite a un circuito de excitación que
convierte la información lógica en una señal de control
correspondiente para la activación del interruptor.
Por consiguiente, la solución según la invención
consiste en llevar a cabo la regulación de la tensión indirecta de
forma digital, realizándose el cálculo con una exactitud de más de 2
bites. A este respecto hay que señalar que en caso de una
regulación de la tensión indirecta, el control del ondulador "casi
digital" conocido por el documento WO 99/34647 A1 provocaría
problemas de inestabilidad, lo que se puede atribuir a que mediante
una simple comparación de los parámetros de servicio con los valores
de referencia no es posible obtener una exactitud lo bastante
elevada y, por lo tanto, tampoco se puede lograr ninguna
estabilidad. Por el contrario, con la regulación digital según la
invención se puede lograr, por una parte, una gran estabilidad y,
por otra parte, el circuito digital requiere muy poco espacio, de
modo que cabe la posibilidad de configurar la bobina de reactancia
con un tamaño más reducido.
Los perfeccionamientos de la invención son
objeto de las reivindicaciones secundarias.
En el caso del parámetro de servicio registrado
para la regulación de la tensión indirecta puede tratarse de la
tensión indirecta y/o de la tensión de entrada del circuito de
aplanamiento. El circuito de aplanamiento está formado,
preferiblemente, por un regulador de elevación de nivel, siendo
también posible registrar de forma adicional o alternativa a los
parámetros de servicio arriba mencionados, la corriente que fluye a
través de una inductancia del regulador de elevación de nivel o
bien un parámetro correspondiente a esta corriente.
Además, un perfeccionamiento especialmente
ventajoso de la invención consiste en que el circuito de control
también es responsable del control del ondulador, registrando con
esta finalidad al menos un parámetro de servicio del circuito de
carga. De forma análoga al circuito de regulación para la tensión
indirecta, el parámetro de servicio del circuito de carga se
convierte, con ayuda de un transformador analógico/digital en un
valor digital compuesto de, como mínimo, 2 bites, calculando el
circuito de control en base a este valor digital y con ayuda de un
segundo circuito de regulación digital, una información lógica para
el funcionamiento del ondulador. Con este objetivo se pueden
registrar, por ejemplo, la tensión y/o la corriente de la lámpara.
La idea fundamental de este perfeccionamiento consiste en integrar
digitalmente ambos circuitos de regulación de la bobina de
reactancia en un solo circuito de control, de manera que todo el
circuito se pueda disponer en un único ASIC.
Preferiblemente, el circuito de control sólo
presenta un único transformador analógico/digital que funciona por
multiplexión en el tiempo para la conversión de los parámetros de
servicio registrados para los distintos procesos de regulación, en
valores digitales.
A fin de poder adaptar las propiedades de
regulación del circuito de regulación a los diversos estados de
servicio de la lámpara, la unidad de control presenta
preferiblemente un bloque de control de estado de servicio que
genera una información sobre el estado de servicio y que la
transmite al o a los circuitos de regulación digitales para el
accionamiento del regulador de conmutación o bien del ondulador,
influyendo estas informaciones sobre el estado de servicio, en el
cálculo de las informaciones de conmutación en los circuitos de
regulación. De este modo es posible que durante una fase de
precalentamiento, una fase de encendido o un servicio normal de la
lámpara de descarga gaseosa, existan diferentes propiedades de
regulación optimizadas a la respectiva fase de servicio. Además
puede preverse que la unidad de control presente un generador de
impulsos que transmita a los distintos componentes de la unidad de
control una señal de sincronización común.
A continuación, la invención se explica con
mayor detalle por medio del dibujo adjunto que representa
esquemáticamente una bobina de reactancia según la invención.
La bobina de reactancia representada en la única
figura 1 está conectada por el lado de entrada a la tensión de
alimentación de red UO a través de un filtro de alta frecuencia 1.
En la salida del filtro de alta frecuencia 1 se encuentra un
circuito rectificador 2 en forma de un rectificador de puente
integral que transforma la tensión de alimentación de red UO en una
tensión de entrada Ui rectificada para el circuito de aplanamiento
3. Este circuito de aplanamiento 3 sirve para el filtrado de
armónicas y el aplanamiento de la tensión de entrada Ui y comprende
un condensador filtrador de aplanamiento C1, así como un regulador
de elevación de nivel que presenta una inductancia L1, un
interruptor controlable en forma de un transistor de efecto de campo
MOS S1 y un diodo D1. No obstante, en lugar del regulador de
elevación de nivel también se pueden utilizar otros reguladores de
conmutación.
Mediante la correspondiente conmutación del
transistor de efecto de campo MOS S1 se genera, de manera conocida,
una tensión indirecta Uz que se registra por encima del condensador
de memoria C2 que sigue al circuito de aplanamiento 3 y que se
aporta al ondulador 4. Este ondulador 4 está formado por otros dos
transistores de efecto de campo MOS S2 y S3 dispuestos en una
disposición de semipuente. Por medio de una activación de alta
frecuencia de ambos transistores de efecto de campo S2, S3 se genera
en sus tomas centrales, una tensión alterna que se aporta al
circuito de carga 5 con la lámpara de descarga gaseosa LA conectada
al mismo. Esto se lleva a cabo mediante un procedimiento conocido
y, por consiguiente, no se explica a continuación de forma más
detallada.
La activación de los tres transistores de efecto
de campo MOS S1-S3 del circuito de aplanamiento 3 y
del ondulador 4 se lleva a cabo a través de un circuito de control
6 que genera las correspondientes informaciones de conmutación y
las transmite a un circuito de excitación 7 que sigue al circuito de
control 6. El circuito de excitación 7 convierte las informaciones
de conmutación en señales de control correspondientes y activa las
compuertas de los tres transistores de efecto de campo
S1-S3 a través de líneas 22-24. Esto
se lleva a cabo teniendo en cuenta una serie de parámetros de
servicio que se aportan por el lado de entrada al circuito de
control 6. A través de la línea de entrada 18 se registran
parámetros de servicio del circuito de carga, a través de las
líneas 19-21 se transmiten los parámetros de
servicio necesarios para la regulación de la tensión indirecta UZ.
En este caso, la línea de entrada 19 sirve para la transmisión de
una señal correspondiente a la tensión alterna de alimentación Ui
rectificada y con ayuda de las líneas de entrada 20 y 21 se
registran automáticamente la corriente IL que fluye a través de la
inductancia L1 - más exactamente un parámetro correspondiente a esta
corriente IL - y la tensión indirecta UZ.
Dentro del circuito de control 6 están
dispuestos varios transformadores analógico/digitales ADC1 - ADC4,
así como dos circuitos de regulación 10 y 14 que funcionan
digitalmente, siendo responsable el primer circuito de regulación
10 de la activación del interruptor S1 del circuito de aplanamiento
3, y el segundo circuito de regulación 14 de la activación del
ondulador 4. Los dos circuitos de regulación 10 y 14 se componen
respectivamente de un bloque funcional 11 ó bien 15, de un registro
de memoria 12 ó bien 16 y de un bloque de salida 13 ó bien 17 para
suministrar la información de conmutación al circuito de excitación
7.
Por otra parte está previsto un bloque de
control del estado de servicio 9 que transmite a los dos bloques
funcionales 11 y 15 de los circuitos de regulación 10 y 14,
información sobre el estado de servicio con respecto a la fase de
servicio actual de la lámpara de descarga gaseosa LA. Todos los
componentes de la unidad de control 6 se sincronizan por medio de
un generador de impulsos central 8 que transmite a los componentes
las señales de sincronización correspondientes. La unidad de
control 6 está configurada como circuito integrado específico de la
aplicación (Application Specific Integrated Circuit - ASIC) y, por
consiguiente, requiere poco espacio.
A continuación se explica el funcionamiento del
primer circuito de regulación 10 para la regulación de la tensión
indirecta UZ. Para ello, la unidad de control 6 registra los tres
parámetros de servicio arriba mencionados (la tensión de entrada
Ui, un parámetro correspondiente a la corriente de inductancia IL y
la tensión indirecta UZ) que, con ayuda de transformadores
analógico/digitales ADC1 - ADC3 se convierten en valores digitales
con una exactitud de, como mínimo, 2 bites, preferiblemente de 12
bites.
Para este primer circuito de regulación 10, el
valor digital de la tensión indirecta UZ generada por el
transformador analógico/digital ADC1 es de importancia prioritaria
y se aporta en primer lugar al bloque funcional 11. Por medio de
este valor, el bloque funcional 11 calcula una información de
control correspondiente para el transistor de efecto de campo MOS
S1 en forma de un valor digital que se graba en el registro de
memoria 12. Este valor incluye información sobre la duración de
conexión necesaria o la relación de impulso para el interruptor
S1.
El cálculo se realiza (como se indica
esquemáticamente por medio de las flechas) teniendo en cuenta el
valor actual en el registro de memoria 12 y la información sobre el
estado de servicio transmitida por el bloque de control del estado
de servicio 9. La consideración de esta información sobre el estado
de servicio garantiza que las propiedades de regulación se pueda
adaptar al estado de servicio actual de la lámpara LA, lo que es de
gran importancia, dado que en las distintas fases de servicio se
desean diferentes propiedades de regulación dinámicas. Por lo
tanto, durante el proceso de encendido resulta conveniente obtener
unas propiedades de regulación lo más rápidas posible, a fin de
poder compensar las grandes variaciones de potencia que se producen
en esta fase. Por el contrario, durante el servicio normal de la
lámpara debería existir una dinámica de regulación en la que en
primer lugar se suprima la formación de ondas
armónicas.
armónicas.
Finalmente, el bloque de salida 13 del circuito
de regulación 10 convierte el valor grabado en el registro de
memoria 12 en una información de conmutación correspondiente que se
transmite al circuito de excitación 7 que manda la correspondiente
señal de control para el accionamiento del transistor de efecto de
campo MOS S1 a través de la línea 22.
En este proceso, el bloque de salida 13 tiene en
cuenta el valor digital generado por el segundo transformador
analógico/digital ADC2 y que corresponde a la corriente de
inductancia IL. De este modo se puede garantizar que se lleva a
cabo una conmutación del transistor S1 con un pasaje por cero de la
corriente de inductancia IL, con lo que se minimizan las pérdidas
de conmutación que se producen.
Una ampliación del funcionamiento hasta ahora
descrito del primer circuito de regulación 10 se produce como
consecuencia de que en el cálculo de la información de conmutación,
el bloque funcional 11 también tiene en cuenta el valor digital de
la tensión de entrada Ui y, en concreto, de manera que los tiempos
de conducción calculados para el interruptor S1 se prolongan cuando
el valor actual de la tensión de entrada Ui desciende a valores
reducidos. De este modo se considera el efecto que se produce
normalmente en un regulador de elevación de nivel que consiste en
que la corriente desciende a cero de forma inconstante a través de
la inductancia L1 poco antes de un pasaje por cero de la tensión de
entrada Ui y sólo se aplica después del pasaje por cero a una
distancia determinada. En este período de tiempo, la corriente y la
tensión no están en fase, lo que provoca ondas armónicas que se
pueden reflejar de nuevo a la red como interferencias. Sin embargo,
mediante la prolongación de los tiempos de conducción es posible
eliminar este efecto, de manera que las propiedades de servicio de
la bobina de reactancia se pueden mejorar aún más. No obstante, esto
sólo representa un complemento de la regulación antes descrita y no
es forzosamente
necesario.
necesario.
Hay que señalar que en contra de la
representación esquemática en la figura 1, el circuito de control 6
presenta en la práctica preferiblemente un único transformador
analógico/digital que se acciona por multiplexión en el tiempo y
que convierte sucesivamente los parámetros de servicio aportados a
través de las líneas de entrada 19-21, en los
valores digitales necesarios. La conversión de los parámetros de
servicio registrados por el circuito de carga 5 para la regulación
del ondulador 4 descrita a continuación también se lleva a cabo a
través de este único transformador analógico/digital.
El control del ondulador 4 con ayuda del segundo
circuito de regulación 14 se realiza de un modo similar a la
regulación de la tensión indirecta, aportándose al bloque funcional
15 el parámetro de servicio digital generado por el cuarto
transformador analógico/digital ADC4 ó bien por el transformador
analógico/digital utilizado conjuntamente que funciona por
multiplexión en el tiempo, con lo que en dependencia de esta
aportación se calcula y transmite una información de conmutación
correspondiente al circuito de excitación 7. También aquí se llevan
a cabo distintas propiedades de regulación con ayuda del bloque de
control del estado de servicio 9 en las diferentes fases de
servicio de la lámpara LA.
Por lo tanto, el concepto representado según la
invención de un regulador que funciona de forma enteramente digital
para la tensión indirecta y el ondulador ofrece la posibilidad de
fabricar la bobina de reactancia a un precio más razonable y de
forma más compacta. Por otra parte, la regulación se puede realizar
de una manera más exacta y también más flexible, de modo que además
de las ventajas arriba citadas, también se aumenta la capacidad de
rendimiento de la bobina de reactancia.
Claims (14)
1. Bobina de reactancia electrónica para, al
menos, una lámpara de descarga gaseosa (LA) con un circuito
rectificador (2) que se puede conectar a una fuente de tensión
alterna (UO), con un circuito de aplanamiento (3) conectado a la
salida del circuito rectificador (2) para la generación de una
tensión indirecta (UZ) y con un ondulador (4) alimentado con la
tensión indirecta (UZ), en cuya salida se conecta un circuito de
carga (5) que contiene conexiones para la lámpara (LA), estando
formado el circuito de aplanamiento (3) por un regulador de
conmutación y presentando además la bobina de reactancia un circuito
de control (6) que registra, al menos, un parámetro de servicio
(Ui, IL, UZ) del circuito de aplanamiento (3) y que acciona un
interruptor controlable (S1) del regulador de conmutación en
dependencia del valor del parámetro de servicio registrado (Ui, IL,
UZ), caracterizada porque
el circuito de control (6) presenta un
transformador analógico/digital (ADC1) para la conversión del
parámetro de servicio registrado (Ui, IL, UZ) en una valor digital
compuesto de, al menos, 2 bites, calculando el circuito de control
(6) en base a este valor digital en un circuito de regulación
digital (14), una información de conmutación para el accionamiento
del interruptor controlable (S1) del regulador de conmutación y
transmitiendo la misma a un circuito de excitación (7) que
convierte esta información de conmutación en una señal de control
correspondiente para la activación del interruptor (S1).
2. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el circuito de
control (6) registra la tensión indirecta (UZ).
3. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el circuito de
control (6) registra la tensión de entrada (Ui) del circuito de
aplanamiento (3).
4. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 3, caracterizada porque el circuito de
control (6) prolonga el tiempo de conducción del interruptor
controlable (S1) del regulador de conmutación cuando la tensión de
entrada (Ui) se aproxima a su valor mínimo.
5. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque el circuito de aplanamiento (3) está formado por un regulador
de elevación de
nivel.
nivel.
6. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 5, caracterizada porque el circuito de
control (6) registra la corriente (IL) que fluye a través de una
inductancia (L) del regulador de elevación de nivel o bien un
parámetro que corresponde a esta corriente (IL).
7. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque el circuito de control (6) registra además, al menos, un
parámetro de servicio del circuito de carga (5), presentando el
circuito de control (6) otro transformador analógico/digital (ADC4)
para la conversión de este parámetro de servicio en un valor digital
compuesto, al menos, de dos bites, calculándose en base a este
valor digital en otro circuito de regulación digital (10), una
información de conmutación para el accionamiento del ondulador (4)
y transmitiéndose la misma al circuito de excitación (7) que
convierte esta información de conmutación en una señal de control
correspondiente para la activación del ondulador (4).
8. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 7, caracterizada porque el circuito de
control (6) registra la tensión de la lámpara.
9. Bobina de reactancia electrónica según la
reivindicación 7 u 8, caracterizada porque el circuito de
control (6) registra la corriente de la lámpara.
10. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque el circuito de control (6) presenta para la conversión de
todos los parámetros de servicio registrados, un único
transformador analógico/digital que funciona por multiplexión en el
tiempo.
11. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque el o bien los transformadores analógico/digitales
(ADC1-4) convierten el o bien los parámetros de
servicio registrados (Ui, IL, UZ) en valores digitales con una
exactitud de 12 bites.
12. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque el circuito de control (6) presenta un bloque de control del
estado de servicio (9), realizándose el cálculo de la información
de conmutación para el accionamiento del regulador de conmutación
y/o del ondulador (4) en dependencia de una información sobre el
estado de servicio proporcionada por el bloque de control del estado
de servicio (9).
13. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la unidad de control (6) presenta un generador de impulsos
(8) para la transmisión de una señal de sincronización a los
componentes (ADC1-4, 9-13) de la
unidad de control (6).
14. Bobina de reactancia electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la unidad de control (6) está configurada como circuito
integrado específico de aplicación.
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| DE10045713 | 2000-09-15 | ||
| DE10045713 | 2000-09-15 | ||
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