FI101033B - Pienipaineisen purkauslampun katodihehkutuspiiri - Google Patents

Description

101033

Pienipaineisen purkauslampun katodihehkutuspiiri. -

Katodglödkrets för en urladdningslampa med lägt tryck.

Keksinnön kohteena on pienipaineisen purkauslampun kato-5 dihehkutuspiiri, jonka avulla on mahdollista säätää hehkutukseen käytettävää tehoa lampun kulloisenkin toimintatilan edellyttämälle tasolle.

On yleisesti tunnettua, että pienipaineisten purkauslamp-10 pujen katodien lämmittämisellä lampun sytytystapahtuman aikana on myönteinen vaikutus lampun elinikään ja toimintaominaisuuksiin. Sopivasti mitoitetulla hehkutusteholla voidaan lampun elinikää pidentää vähentämällä lampun ka-todeihin ja erityisesti niiden pinnoitteena olevaan emis-15 sioainekerrokseen kohdistuvaa rasitusta. Samalla mahdollistetaan lampun sytyttäminen vilkkumatta pienemmällä lampun yli vaikuttavalla jännitteellä kuin tilanteessa, jossa esihehkutusta ei käytetä. Elektronisille liitäntä-laitteille asetetut vaatimukset katodien hehkuttamisesta 20 lamppua sytytettäessä on annettu kansainvälisessä standardissa IEC 929. Näillä vaatimuksilla on pyritty varmistamaan se, että standardien IEC 81 ja IEC 901 mukaiset loistelamput saavuttavat niille spesifioidun elinikänsä. Poikkeaminen standardien vaatimuksista voi aiheuttaa myös 25 muita epäsuotuisia ilmiöitä, kuten lampun lasikuvun mustumista katodien viereisillä alueilla, jolloin katodeista emittoituvaa materiaalia kertyy lasikuvun sisäpinnalle.

Niin ikään on tunnettua, että mainittu lampun katodien 30 hehkuttaminen on välttämätöntä tilanteissa, joissa lampun : valoulostuloa halutaan säätää. Riittävällä katodihehku- tuksella varmistetaan se, että katodeista emittoituu riittävästi varauksenkuljettajia ylläpitämään purkausta lampussa sen läpi kulkevan virran pienentyessä. Optimaa-35 linen hehkutustaso on jälleen välttämätön myös lampun eliniän pitämiseksi hyväksyttävällä tasolla. Ohjattavien 2 101033 liitäntälaitteiden perustekniikkaa on selvitetty esim. hakijan patenttihakemuksessa FI-955 695.

Lampun katodien hehkuttamisella on kielteinen vaikutus 5 lampun ja liitäntälaitteen muodostaman kokonaisuuden energiahyötysuhteeseen, koska katodien lämmittämiseen kuluu energiaa. Perinteisesti tätä seikkaa ei ole pidetty erityisen merkittävänä, koska suurella taajuudella toimivat elektroniset liitäntälaitteet ovat olleet ener-10 giahyötysuhteeltaan merkittävästi parempia kuin magneettiset liitäntälaitteet. Elektronisten liitäntälaitteiden tehokkuuden parantamiseen on kuitenkin syntynyt tarvetta pyrittäessä saavuttamaan entistä suurempi energiansäästö laitteiden takaisinmaksuajän lyhentämiseksi.

1 5

Toisaalta katodien hehkutukseen käytettävä sähköteho on huomattava osa pienitehoisten loistelamppujen nimelliste-hosta. erityisen selvästi tämä seikka tulee esiin uusien halkaisijaltaan 16 mm:n T5-lamppujen yhteydessä. Näiden 20 seikkojen vuoksi liitäntälaitteiden suunnittelussa on pyrittyy hakemaan erilaisia vaihtoehtoja hehkutukseen käytettävän energiamäärän optimoimiseksi.

Tämän keksinnön kohteena on pienipaineisen purkauslampun, . 25 erityisesti loistelampun, katodien hehkutuspiiri, jonka avulla hehkuttamiseen käytettyä tehoa voidaan säätää lampun toimintatilan edellyttämällä tavalla energiahyötysuhteen parantamiseksi, mutta vaarantamatta lampun suotuisia toimintaolosuhteita .

30 • Piirustuksissa kuviot 1-6 esittävät tekniikan tasoon kuuluvia ratkaisuja ja 35 kuviot 7-10 esittävät esimerkkejä keksinnön mukaisista hehkutuspiiriratkaisuista.

3 101033

Tunnettua tekniikan tasoa edustaa elektronisen liitäntä-laitteen kytkentä, joka on esitetty piirustuksessa Fig. 1. Tasasuuntaajalta 1 saadulla sähköteholla ajetaan suurtaajuusoskillaattoria 2, jonka syöttämä suurtaajuus-5 vaihtovirta kulkee kelan 4, kondensaattorin 5 ja lampun 3 muodostaman sarjakytkennän kautta. Lampun 3 rinnalle elektrodien 6 ja 7 kanssa sarjaan on kytketty lämpötila-riippuvan vastuksen 9 ja kondensaattorin 8 sarjakytkentä.

10 Edellä selostetun kytkennän etuna on katodihehkutuksen optimaalinen käyttäytyminen lampun sytytystapahtuman aikana sekä sen jälkeen. Lampun sytytystapahtuman jälkeen siirryttäessä normaaliin palotilanteeseen hehkuvirta pienenee, jolloin piirin tehonkulutus laskee parantaen koko liitäntä-15 laitteen hyötysuhdetta. Asiaa on selvitetty kuvassa Fig. 2, jossa on esitetty periaatteellisena kuviona katodivirran ja lamppujännitteen käyttäytyminen sytytyshetkestä lukien. Kytkennän ongelmana puolestaan on se, että lämpötilasta riippuvan vastuksen jännitekuormitus muodostuu niin suurek-20 si, että kytkennän toteuttaminen edellyttää erikoiskomponenttien käyttöä. Tämä tietenkin lisää piirin toteutus-kustannuksia.

Patenttijulkaisusta EP 185179 sekä teoksista "Betriebsge-. 25 räte und Schaltungen fuer elektrische Lampen", (C.H. Sturm & E. Klein, Siemens AG, 1992, sivu 131) ja "Application Report: Electronic Ballasts for Fluorescent Lamps using BUL770/791 Transistors", (Texas Instruments, 1992, s. 9) tunnetaan ratkaisu, jossa jänniteriippuvan vastuksen rin-30 nalle on kytketty kondensaattori ja tällä on saavutettu : kyseisen vastuksen jänniterasituksen merkittävä pienenemi nen. Tämä piirijärjestely on kuvattu piirustuksessa Fig. 3 ja lampun katodivirran sekä lamppujännitteen periaatteellinen käyttäytyminen kuvassa Fig. 4. Kytkennän haittapuolena 35 on, että sytytyshetken jälkeen hehkuvirta kasvaa lamppujännitteen mukana ja lampun syttymisen jälkeen jää kohtalaisen korkealle tasolle aiheuttaen turhaa tehonkulutusta ja siten 4 101033 liitäntälaitteen hyötysuhteen alenemista. Lisäksi hehkutus ei toimi, mikäli lampun toinen katodi on poikki, koska nämä ovat kytketyt sarjaan hehkutuspiirin kanssa ja tässä tilanteessa lampun sytyttäminen on mahdotonta.

5

Hakijan patentissa FI-95 527 on kuvattu piirijärjestely, jossa lampun toisen elektrodin ja positiivisella lämpöti-lakertoimella riippuvan vastuksen sarjakytkentä on kytketty lampun rinnalle ja lampun toisen elektrodin ja mainitun 10 vastuksen muodostaman sarjakytkennän rinnalle on kytketty kondensaattori piirustuksen Fig. 5 mukaisesti. Tässä piirissä katodin 6 hehkuvirta pienenee oleellisesti sytytysta-pahtuman jälkeen, mikä pienentää tehonkulutusta katodilla ja jänniteriippuvassa vastuksessa. Tehohäviön pienentäminen 15 parantaa liitäntälaitteen hyötysuhdetta ja lisää jännite-riippuvan vastuksen elinikää, koska mainittu komponentti periaatteessa vanhenee käyttöajan kuluessa. Hehkutus toimii myös, kun lampun katodi 6 on poikki sallien lampun sytyttämisen myös tässä tilanteessa. Ongelmana saattaa olla se, 20 että hehkutuspiiri ei toimi symmetrisesti lampun suhteen, jolloin vaarana voi olla aikaisemmin mainittu lampun päiden mustumisilmiö.

Kaikille edellä kuvatuille piirijärjestelyille on yhteistä , 25 se, että ne perustuvat lämpötilariippuvan vastuksen käyt töön. Tällä komponenttityypillä on merkittävänä heikkoutena se, että periaatteessa komponentti on vanheneva, eli sillä on rajallinen elinikä. Lisäksi se on varsin kallis ja epäluotettava. Mikään edellä kuvatuista piiriratkaisuista 30 ei sinänsä sovellu ohjattavissa tai säädettävissä liitäntä-laitteissa käytettäväksi, jolloin katodien hehkutustehoa on voitava muuttaa halutulla tavalla lampun läpi kulkevan virran muuttuessa.

35 Keksinnön mukaisessa katodien hehkutuspiirissä katodien läpi kulkevaa hehkutusvirtaa säädetään resonanssiperiaat-teen avulla. Menetelmää kuvaava piirijärjestely on esitetty 101033 5 piirustuksessa Fig. 7. Kondensaattorin 11 tarkoituksena on mahdollistaa riittävä katodeja lämmittävä esihehkutus sytytystilanteen aikana, jolloin hehkutusvirta kulkee pääasiassa mainittujen katodien ja kondensaattorin muodos-5 tämän piirin läpi. Kelan 12 ja kondensaattorin 13 muodostama sarjakytkentä on kytketty lampun 3 kummankin elektrodin rinnalle, sarjaan hehkutusvirtakondensaattorin 11 kanssa. Piirielimet 12 ja 13 muodostavat resonanssipiirin tietyllä taajuudella, jolloin katodien läpi kulkevaa virtaa on mah-10 dollista säätää muuttamalla lampun yli vaikuttavan syöttö-jännitteen taajuutta napojen 14 ja 15 välillä. Mainitulla yksinkertaisella tavalla on mahdollista pienentää hehkutus-virtaa halutulle tasolle lampun sytyttämisen jälkeen ei-säädettävissä tai säädettävissä liitäntälaitteissa, millä 15 saavutetaan haluttu säästö katodien lämmittämiseksi vaaditussa energiassa. Piiriä voidaan käyttää monissa eri lii-täntälaiterakenteissa, joissa edellytyksenä on ainoastaan lampulle syötettävän jännitteen taajuuden tarkka kontrollointi. Mainittu hehkutuksen säätötoiminta saadaan käytän-20 nössä aikaan ilman kalliita tai epäluotettavia piirielimiä.

Piirustuksissa Fig. 8 - Fig. 10 on esitetty muita mahdollisia suoritusmuotoja tässä patenttihakemuksessa kuvatusta keksinnöstä. Toimintaperiaate on vastaavanlainen, mutta 25 resonanssipiiri on toteutettu eri tavoin.

Kuvion 8 tapauksessa resonanssipiiri täydentyy kelalla 12', joka on kytketty hehkutusvirtakondensaattorin 11 kanssa sarjaan lampun rinnalle.

30 • Kuvion 9 tapauksessa resonanssipiiri muodostuu kelan 12 ja kondensaattorin 13 sarjakytkennästä, joka on kytketty hehkutusvirtakondensaattorin 11 kanssa sarjaan lampun 3 rinnalle.

Kuvion 10 tapauksessa resonanssipiiri muodostuu kelan 12 ja kondensaattorin 13 rinnankytkennästä, joka on kytketty 35 6 101033 hehkutusvirtakondensaattorin 11 kanssa sarjaan lampun 3 rinnalle.

Claims (4)

101033

1. Pienpaineisen purkauslampun katodien hehkutuspiiri, johon kuuluu lampun (3) elektrodien (6, 7) kanssa sarjaan 5 lampun rinnalle kytketty hehkutusvirtakondensaattori (11), tunnettu siitä, että hehkutusvirtakondensaattorin (11) kanssa sarjaan on kytketty yksi tai useampi resonans-sipiirin muodostava komponentti (12, 13; 12'), joka on mitoitettu muuttamaan elektrodien (6, 7) kautta kulkevaa 10 hehkutusvirtaa lamppuvirran taajuuden muuttuessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hehkutuspiiri, tunnettu siitä, että resonanssipiiri muodostuu kelan ja kondensaattorin (12, 13) sarjakytkennästä ja että tällainen 15 sarjakytkentä on kytketty lampun kummankin elektrodin (6, 7. rinnalle, sarjaan hehkutusvirtakondensaattorin (11) kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hehkutuspiiri, t u n -20 n e t t u siitä, että resonanssipiiriin kuuluu kela (12') tai kelan (12) ja kondensaattorin (13) muodostama sarjakytkentä, joka on kytketty hehkutusvirtakondensaattorin (11) kanssa sarjaan lampun rinnalle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen hehkutuspiiri, tun nettu siitä, että resonanssipiiriin kuuluu kelan (12) ja kondensaattorin (13) rinnankytkentä, joka on kytketty hehkutusvirtakondensaattorin (11) kanssa sarjaan lampun rinnalle. 101033