ES2320092T3 - Dispositivo de funcionamiento para tubos fluorescentes con un punto de enfriamiento incorporado. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de funcionamiento para un tubo fluorescente (12) con un punto de enfriamiento incorporado, cuya presión de vapor de mercurio se puede regular mediante el calentamiento del punto de enfriamiento, caracterizado porque - un sensor de temperatura (15), mediante el cual se mide la temperatura del punto de enfriamiento o una temperatura en el entorno del punto de enfriamiento, y porque - un calefactor helicoidal (10, 11) con una potencia calefactora helicoidal la cual es regulada de tal manera que la temperatura del tubo fluorescente (12) permanece en una zona óptima.

Description

Dispositivo de funcionamiento para tubos fluorescentes con un punto de enfriamiento incorporado.
La presente invención se refiere a un dispositivo de funcionamiento según el preámbulo de la reivindicación 1.
En los tubos fluorescentes convencionales la presión de vapor de mercurio aumenta exponencialmente con la temperatura. A temperaturas bajas aumenta, en primer lugar, la corriente luminosa del tubo fluorescente con la presión de vapor de mercurio y la temperatura, debido a que con el aumento de la presión se dispone de más átomos de mercurio para la generación de luz. A temperaturas más elevadas y presión de mercurio mayor aumentan las pérdidas por autoabsorción con la temperatura, lo que conduce a una caída de la corriente luminosa. Mientras, reina una temperatura de funcionamiento óptima.
Los nuevos tubos fluorescentes T5 de 14 a 35 W y de 24 a 80 W están equipados con un punto de enfriamiento situado detrás de una espiral calefactora, es decir la espiral calefactora está situada sobre el lado sellado del tubo fluorescente, de manera que permiten una regulación de la presión de vapor de mercurio mediante el calentamiento de esta espiral y con ello del punto de enfriamiento.
Los tubos fluorescentes T5 están construidos de tal manera que alcanzan, sin calefactor helicoidal, su temperatura de funcionamiento óptima de 35º para una temperatura del entorno en la lámpara de 25º. Precisamente, los tubos fluorescentes T5 son especialmente sensibles a las oscilaciones de temperatura y reaccionan con una gran caída de corriente luminosa, cuando no se mantiene la temperatura de funcionamiento óptima, es decir que la presión de vapor de mercurio no está ajustada de forma óptima. La temperatura de funcionamiento se mantiene durante la utilización de lámparas fluorescentes T5 con dispositivos de funcionamiento nuevos, que no se pueden atenuar, los cuales son designados asimismo bobinas de reactancia electrónicas.
Si se atenúan los tubos fluorescentes, desciende la temperatura de los tubos fluorescentes debido a la poca potencia de las lámparas. Para un 10% de la corriente de luz máxima la temperatura del entorno de los tubos fluorescentes desciende, es decir la temperatura en las lámparas, hasta aproximadamente 25º. De este modo, desciende asimismo la corriente de luz. Para evitar un descenso adicional de la corriente de luz a causa de la temperatura no óptima, se calientan algunas bobinas de reactancia electrónicas que se pueden atenuar las espirales calefactoras de las lámparas fluorescentes con una corriente de calefactor helicoidal dependiente de la atenuación. De este modo, se consigue que, en caso de una amortiguación eléctrica mediante modulación de anchura de impulso al 10%, caiga también la corriente de luz al 10% de la corriente de luz máxima. A causa de la corriente de calefactor helicoidal independiente de la atenuación, las lámparas alcanzan, sin atenuación, temperaturas de funcionamiento de aproximadamente 45ºC. Como se ha explicado anteriormente, para una temperatura de funcionamiento excesivamente alta aumentan las pérdidas por autoabsorción. Por este motivo, estas bobinas de reactancia electrónicas suministran unos valores de corriente de luz máximos peores que las bobinas de reactancia electrónicas que no se pueden atenuar.
Con el fin de superar este inconveniente, se desarrollaron bobinas de reactancia electrónicas en las cuales de la potencia calefactora helicoidal se ajusta dependiendo del grado de atenuación y del tipo de lámpara.
Ni las bobinas de reactancia electrónicas para lámparas T5 que se pueden atenuar ni las que no se pueden atenuar, existentes en el mercado, están en condiciones de mantener la temperatura de lámpara óptima para diferentes temperaturas del entorno.
Por el documento EP 1017257 se conoce, según la Figura 3, una unidad operativa en forma de un circuito de control de lámpara 302, el cual está previsto parta el funcionamiento de una lámpara 330. La lámpara 330 no presenta de todos modos ningún punto de enfriamiento montado. La patente US nº 5.274.305 da a conocer una lámpara de descarga en gases, en la cual se calienta amalgama mediante una calefacción.
La invención se plantea el problema de proponer un dispositivo de funcionamiento que ahorre energía.
Las formas de realización preferidas de la invención son el objetivo de las reivindicaciones subordinadas.
Es ventajoso en una medición de la temperatura del punto de enfriamiento o de una temperatura en las proximidades del punto de enfriamiento y una calefacción de la espiral sobre el lado del punto de enfriamiento, de tal manera que la temperatura medida permanece constante, que gracias a ello se mantiene una presión de vapor de mercurio óptima, independientemente de la atenuación de la lámpara y de oscilaciones de la temperatura del entorno.
La posibilidad mejor y más fiable de ajustar la presión de vapor es la medición de la temperatura del casquillo de aluminio de la lámpara sobre el punto de enfriamiento, cuya temperatura determina la presión de vapor de mercurio en la lámpara.
La regulación según la invención ajusta de manera ventajosa, para todas las temperaturas del entorno y grados de atenuación, en la medida de lo posible para la física de la lámpara, el rendimiento luminoso máximo en cada caso.
A continuación, se explican con mayor detalle las formas de realización a partir de los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de funcionamiento según la invención, y
la Fig. 2 muestra un esquema de un dispositivo de funcionamiento, el cual contiene unos circuitos para grupos constructivos del dispositivo de funcionamiento según la invención.
La Fig. 1 muestra un dispositivo de funcionamiento según la invención. Controla preferentemente un tubo fluorescente T5 12. Éste contiene las espiras de calentadoras 13 y 14, estando dispuesto el punto de enfriamiento detrás de la espira 13. El dispositivo de funcionamiento comprende un filtro de red 1, una conexión en puente del rectificador 2, un generador de HF 3 (HF: alta frecuencia), un modulador de anchura de impulsos 4, un amplificador de potencia FET 5, un grupo constructivo 6 para desconexión de seguridad y el control de la tensión de alumbrado, una fuente de alimentación de baja tensión 9, un control de calefactor helicoidal 10, un calefactor helicoidal 11, una estabilización del factor de atenuación 8 así como un sensor de temperatura 15.
El filtro de red 1 puede estar realizado, por ejemplo, por unas bobinas de inductancia dobles 25 y 26, provistas de un núcleo, representadas en la Fig. 2, así como por los condensadores 27 y 28. Además, puede estar prevista otra bobina de inductancia 24 así como otro condensador 21 en la fuente de alimentación 1. El puente del rectificador 2 consta, preferentemente, de cuatro diodos 31, 32, 33 así como 34. Para la atenuación posterior de perturbaciones de alta frecuencia durante la conexión y desconexión de los diodos pueden estar previstos condensadores 29 y 30. Además, la conexión en puente del rectificador 2 contiene uno o varios condensadores electrolíticos 35 y 36 para la reducción de la ondulación de la tensión rectificada. El generador de alta frecuencia 3 se realiza, mediante el circuito integrado 43, en relación con resistencias 50 y 52 así como con condensadores 51 y 42.
La manera en que debe estructurarse un modulador de anchura de impulsos 4 se conoce por el estado de la técnica. El amplificador de potencia FET 5 (FET: transistor de efecto de campo) comprende, preferentemente, FETs 38 y 40. Además, pueden estar previstas las resistencias 39 y 41, las cuales protegen el circuito integrado 43 de corrientes demasiado altas durante la conexión y desconexión de los FET 38 y 40. El amplificador de potencia FET 5 contiene, además, un condensador 37, con el fin de amortiguar la porción de corriente continua, y una bobina de inductancia 63 para suministrar una tensión de salida, cargada con una impedancia, al tubo fluorescente. El control del tubo fluorescente con una tensión cargada con una impedancia es necesario debido a que el tubo fluorescente presenta una resistencia diferencial negativa, de manera que en la zona de funcionamiento típica, a pesar de que la tensión descienda, aumenta la corriente. El motivo para la utilización de la alta frecuencia radica en que con el aumento de la frecuencia las bobinas con una inductividad baja generan una reactancia suficiente. En consecuencia desciende, con una frecuencia que aumenta, el tamaño constructivo de la bobina de inductancia 63. Un electrodo del condensador 37 está conectado con ambos FETs, el otro con una conexión de la bobina de inductancia 63. Entre la otra conexión de la bobina de inductancia 63 y una tensión de funcionamiento del amplificador de potencia FET se puede tomar la tensión de alumbrado 16 para el tubo fluorescente.
El grupo constructivo 6, que realiza la desconexión de seguridad y el control de la tensión de alumbrado, se realiza en la forma de realización preferida mediante unas resistencias 48, 58, 66, un tiristor 54, unos condensadores 57 y 59 así como unos diodos 53, 55, 56 y 60. En particular, la resistencia 66 así como los diodos 53 y 55 procuran una desconexión del dispositivo de funcionamiento en caso de que desde la red se suministre una tensión excesivamente alta, la cual puede conducir a la destrucción del dispositivo de funcionamiento y/o del tubo fluorescente. Las resistencias 58, 61, 62, los diodos 56, 60, así como los condensadores 57 y 59 vigilan en especial la tensión de alumbrado.
Mientras que el tubo fluorescente no ha sido todavía encendido, el amplificador de potencia genera, a causa del circuito oscilante formado por condensadores 37 o eventualmente 65 así cono la bobina 63, una tensión de alumbrado de aproximadamente 800 V entre las dos espiras del tubo fluorescente. Tras el encendido del tubo fluorescente esta tensión cae, a causa de amortiguación del circuito oscilante por el tubo fluorescente, hasta aproximadamente entre 200 y 300 V. El control de la tensión de alumbrado en el grupo constructivo 6 desconecta el modulador de anchura de impulsos y con ello también el amplificador de potencia, si la tensión de encendido no ha caído, dentro del intervalo comprendido entre 0,5 y 1 s después de la conexión de la tensión de alumbrado, hasta 200 a 300 V, es decir que no ha encendido el tubo fluorescente.
En otra forma de realización, se determina el encendido del tubo fluorescente mediante medición de la corriente de drenaje mediante un transistor de potencia. Durante el encendido aumenta esta corriente en el medio temporal. Para ello están conectados preferentemente una resistencia entre la tensión de suministro negativa y el ánodo en el transistor 40 y la tensión de cae a través de este transistor es suministrada a través del diodo 60 al control de tensión de alumbrado.
El controlador de tensión de red 7 influye asimismo sobre el moderador de anchura de impulso. El controlador de tensión de red varía de tal manera la modulación de anchura de impulso que, a pesar de oscilaciones de la tensión de red, el tubo fluorescente brilla igual de luminoso. Esto tiene sentido en especial debido a que la tensión teórica de red oscila en los países europeos individuales y en los EE UU entre 220 y 240 V. De esta manera se compensan particularidades específicas de los países mediante el controlador de tensión de red 7.
La fuente de alimentación de baja tensión genera una tensión continua de 15 V para la estabilización del factor de atenuación 8 y el control del calefactor helicoidal 10. A la estabilización del factor de atenuación 8 se puede conectar, a través de una entrada de atenuación 16, un potenciómetro o una célula fotoeléctrica para la atenuación del tubo fluorescente. La estabilización de atenuación puede medir, en la entrada de estabilización, una tensión o una resistencia. El control de calefactor helicoidal 10 controla la calefacción espiral 11 de tal manera al conectar que ambas espirales de calefacción 13 y 14 son calentadas, durante un periodo comprendido entre 0,3 y 0,5 s, con plena potencia, antes de que el amplificador de potencia FET 5 aplique una tensión de alumbrado al tubo fluorescente.
El calentamiento previo del filamento incandescente en espiral se designa como así llamado precalentamiento. El precalentamiento reduce el desgaste de las espirales calefactoras 13 y 14. La duración de vida de un tubo fluorescente sin procesos de puesta en marcha es de aproximadamente 20.000 horas de funcionamiento. Mediante puestas en marcha en frío frecuentes, es decir puestas en marcha sin calentamiento previo de la espiral calefactora, ésta se reduce hasta aproximadamente 5.000 horas de funcionamiento.
Tras la puesta en marcha del tubo fluorescente se calienta, en una forma de realización preferida, únicamente la espiral calefactora 13. La espiral calefactora 14 es separada por completo del calefactor helicoidal, de tal manera que la propia calefacción en espiral no representa ningún cortocircuito para el amplificador de potencia 5, cuando el amplificador de potencia suministra una tensión de alumbrado.
Para continuar reduciendo el problema del cortocircuito del amplificador de potencia mediante el calefactor helicoidal, el calefactor helicoidal puede tener lugar mediante corriente alterna y en el calefactor helicoidal puede estar previsto un transformador, el cual presenta dos arrollamientos secundarios, es decir para cada espiral calefactora.
Tras la puesta en marcha se controla de tal manera la potencia de calentamiento en la espiral calefactora, mediante el control de calefactor helicoidal 10, que permanece constante la temperatura medida por el sensor de temperatura 15. Al mismo tiempo, se suministra la señal de salida del sensor de temperatura al control de calefactor helicoidal 10. Además, el control de calefactor helicoidal recibe una señal de control de la estabilización del factor de atenuación 8. La última señal procura una regulación mejorada en procesos de atenuación transitorios. Si la atenuación es regulada de manera repentina hacia arriba o hacia abajo, el sensor de temperatura 15 reacciona únicamente con retardo a la temperatura en el casquillo de aluminio, que varía con la potencia de la lámpara. Dicho de otra manera, el control de calefactor helicoidal puede representar un regulador PID. En este caso, representa la P proporcional, la D diferencial y la I integral. La porción diferencial para el regulador se calcula, en especial, a partir de la señal recibida por la estabilización del factor de atenuación.
Además, la estabilización del factor de atenuación influye sobre la modulador de anchura de impulsos en correspondencia con la atenuación.
En otra forma de realización preferida, se calienta no sólo la espiral calefactora 13 sino también la espiral calefactora 14 durante el funcionamiento, preferentemente con una potencia de calentamiento igual. Esta forma de realización mantiene, en especial en caso de fuertes oscilaciones de la temperatura del entorno, la temperatura en el tubo fluorescente y con ello la presión de vapor de mercurio en el intervalo óptimo.

Claims (7)

1. Dispositivo de funcionamiento para un tubo fluorescente (12) con un punto de enfriamiento incorporado, cuya presión de vapor de mercurio se puede regular mediante el calentamiento del punto de enfriamiento, caracterizado porque
-
un sensor de temperatura (15), mediante el cual se mide la temperatura del punto de enfriamiento o una temperatura en el entorno del punto de enfriamiento, y porque
-
un calefactor helicoidal (10, 11) con una potencia calefactora helicoidal la cual es regulada de tal manera que la temperatura del tubo fluorescente (12) permanece en una zona óptima.
2. Dispositivo de funcionamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor de temperatura (15) está dispuesto en un casquillo de la lámpara en la proximidad del punto de enfriamiento.
3. Dispositivo de funcionamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de funcionamiento está previsto para tubos fluorescentes T5.
4. Dispositivo de funcionamiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo fluorescente se hace funcionar con alta frecuencia, la cual es generada por un generador de alta frecuencia (3) y un amplificador de potencia (5), estando previsto asimismo un modulador de anchura de impulsos (4), con el fin de controlar la anchura de impulso de la alta frecuencia y de este modo la corriente luminosa.
5. Dispositivo de funcionamiento según la reivindicación 4, caracterizado porque está previsto asimismo un controlador de tensión de red (7), el cual genera una señal de salida, que es suministrada al modulador de anchura de impulsos (4) y que controla el modulador de anchura de impulsos de tal manera que una corriente luminosa generada por un tubo fluorescente (12) conectado depende del valor de la tensión de red.
6. Dispositivo de funcionamiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el dispositivo de funcionamiento presenta asimismo una estabilización del factor de atenuación (8), que genera asimismo una señal de salida para el modulador de la anchura de impulso (4), de tal manera que la corriente luminosa de un tubo fluorescente (12) conectado es atenuada en correspondencia con una resistencia conectada a la entrada de atenuación (16) o de una tensión aplicada a la entrada de atenuación (16).
7. Dispositivo de funcionamiento según la reivindicación 6, caracterizado porque asimismo está previsto un control de calefactor helicoidal (10), al cual se suministra una señal de salida del sensor de temperatura (15), con el fin de regular la potencia calefactora helicoidal para una espiral calefactora (13), suministrándose al control de calefactor helicoidal (10) asimismo una señal de la estabilización del factor de atenuación (8).
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