FI101188B - Purkauslampun elektroninen liitäntälaite, jossa on lampputehon mittaus DC-signaalin avulla - Google Patents

Description

101188

Purkauslampun elektroninen liitäntälaite, jossa on lamppu-tehon mittaus DC-signaalin avulla. - Elektroniskt anslut-ningsorgan för urladdningslampa försett med lampeffekts mätning med hjälp av DC-signal.

5 Tämä keksintö koskee säädettävää tai ohjattavaa pieni-paineisen purkauslampun, erityisesti loistelampun, elektronista liitäntälaitetta, jonka toiminta perustuu lampun valoulostulon säätämiseen lampulle syötettävän jännitteen 10 taajuutta muuttamalla. Keksinnön kohteena on piirijärjestely tällaisen liitäntälaitteen lamppukuormaan siirtämän tehon mittaamiseksi tarkasti niin, että lampun purkauksen ylläpitämiseen tarvittavan tehon osuus tunnetaan.

15 Pienipaineisten purkauslamppujen elektronisten liitäntä-laitteiden rakenne on tunnettu hakijan patentista n:o FI 64487 sekä teoreettiset perusteet hakijan patentista n:o FI 63314. Hakijan patentissa n:o FI 63146 on puolestaan esitetty pienjännitteellä ohjattavan elektronisen liitäntä-20 laitteen rakenne ja toiminta, jolloin saavutetaan ulkoiseen ohjaussignaaliin verrannollinen valoulostulo.

Hakijan patentista n:o FI 63146 tunnettua ohjattavan tai säädettävän liitäntälaitteen rakennetta ja toimintaa selos-25 tetaan lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen Fig. 1, joka esittää erästä tällaisen liitäntälaitteen edullista suoritusmuotoa. Esityksen yksinkertaistamiseksi on kuviossa Fig. 1 esitetty vain toiminnan ymmärtämisen kannalta välttämättömimmät rakenneosat.

30

Piirustuksen Fig. 1 esittämään liitäntälaitteeseen kuuluu syöttöjännitteeseen UV kytketty tasasuuntaaja V1, tasoitus-kondensaattori C1, suurtaajuusoskillaattori A1 sekä puoli-siltakytkennän muodostavat transistorit TR1 ja TR2. Lamppu 35 LL on kytketty osaksi kondensaattorin C2 ja kelan L2 muodostamaa resonanssipiiriä, jota vuorovaiheisesti johtavat • transistorit TR1 ja TR2 syöttävät. Lampun LL katodien esi- 2 101188 hehkutusvirta lampun sytytysvaiheessa johdetaan kondensaattorin C3 kautta. Oskillaattori A1 on varustettu ohjauslii-tännällä C01 - C02, jonka kautta ohjaussignaali vaikuttaa oskillaattorin värähtelytaajuuteen. Elektroninen liitäntä-5 laite on yleensä varustettava erillisellä suojatoiminnalla eräitä erikoistilanteita, kuten liitäntälaitetta syöttävän sähköverkon yli- tai alijännitettä, laitteen ylikuumenemista, lampun puuttumista tai lampun katodien katkeamista vastaan esim. hakijan patenttihakemuksessa FI 955 695 kuva-10 tulla tavalla.

On yleisesti tunnettua, että pienipaineisten purkauslamppu-jen katodien lämmittämisellä lampun sytytystapahtuman aikana on myönteinen vaikutus lampun elinikään ja toiminta-15 ominaisuuksiin. Sopivasti mitoitetulla hehkutusteholla voidaan lampun elinikää pidentää vähentämällä lampun kato-deihin ja erityisesti niiden pinnoitteena olevaan emissio-ainekerrokseen kohdistuvaa rasitusta. Samalla mahdollistetaan lampun sytyttäminen vilkkumatta pienemmällä lampun yli 20 vaikuttavalla jännitteellä kuin tilanteessa, jossa esiheh-kutusta ei käytetä. Elektronisille liitäntälaitteille asetetut vaatimukset katodien hehkuttamisesta lamppua sytytettäessä on annettu kansainvälisessä standardissa IEC 929. Näillä vaatimuksilla on pyritty varmistamaan se, että 25 standardien IEC 81 ja IEC 901 mukaiset loistelamput saavuttavat niille spesifioidun elinikänsä. Poikkeaminen mainittujen standardien vaatimuksista voi aiheuttaa myös muita epäsuotuisia ilmiöitä, kuten lampun lasikuvun mustumista katodien viereisillä alueilla, jolloin katodeista emittoi-30 tuvaa materiaalia kertyy lasikuvun sisäpinnalle.

Niin ikään on tunnettua, että mainittu lampun katodien hehkuttaminen on välttämätöntä tilanteissa, joissa lampun valoulostuloa halutaan säätää. Riittävällä katodihehkutuk-35 sella varmistetaan se, että katodeista emittoituu riittävästi varauksenkuljettajia ylläpitämään purkausta lampussa sen läpi kulkevan virran pienentyessä. Optimaalinen hehku- 3 101188 tustaso on jälleen välttämätön myös lampun eliniän pitämiseksi hyväksyttävällä tasolla.

Edellä kuvatun ohjattavan liitäntälaitteen toiminnalle on ’ 5 oleellista, että lampulle LL syötettävää tehoa pystytään mittaamaan riittävällä tarkkuudella. Tätä mittaustietoa käytetään hyväksi ohjauslohkon A1 toiminnassa siten, että lampulle LL saadaan syötetyksi stabiililla tavalla ohjaus-linjojen C01 ja C02 väliseen jännitteeseen verrannollinen 10 teho lampun valoulostulon säätämiseksi. Puolisiltaan kytketyn transistoripiirin TR1 ja TR2 lamppukuormaan LL syöttämä teho koostuu kahdesta komponentista: varsinaisesta lamppu-tehosta, joka ylläpitää valoa tuottavaa purkausta lampussa ja hehkutustehosta, jota käytetään lampun katodien lämmit-15 tämiseen. Myös muissa kuormapiirin komponenteissa tapahtuu tehohäviöitä. Erityisesti alemmilla säätötasoilla, jolloin lampun purkauksen kuluttama teho on pieni, muodostaa kato-dihehkutuksen teho huomattavan osuuden koko piirin tehosta.

20

Piirustuksessa Fig. 1 kuvatun liitäntälaitteen ongelmana on kuormatehon mittaaminen niin, että varsinainen lampun teho saadaan mitatuksi riittävällä tarkkuudella ilman, että hehkutuksen vaatima teho vaikuttaisi merkittävästi mittaus-25 tulokseen.

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista tämä mittaustekninen ongelma ja saada aikaan patenttivaatimuksen 1 johdannossa määriteltyä tyyppiä oleva liitäntälaite, jossa lampputehon 30 mittaukseen liittyvät epätarkkuustekijät voidaan riittävästi eliminoida.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä, jonka tunnusmerkit on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1. Epäitsenäi-35 sissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

4 101188

Keksinnön toimintaa selostetaan lähemmin viittaamalla piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää edellä selostettua tekniikan tasoa ja 5 kuvio 2 esittää keksinnön yhden suoritusmuodon mukaista elektronista liitäntälaitetta, jonka useimmat toiminnot on selostettu jo edellä piirustuksen Fig. 1 avulla. Lisäyksenä edelliseen ovat ns. free-wheel-10 diodit V2 ja V3, jotka sallivat värähtelypiirin virran kulun myötäsuuntaan tilanteissa, joissa niiden rinnalla oleva transistori TR1 tai TR2 on katkaisut piirin virran vastakkaisessa suunnassa.

15 Puolisillan TR1 - TR2 kuluttama pätöenergia siirtyy pääasiallisesti kuormapiiriin C2, L2, LL ja C3. Piirin symmetrisen toiminnan vuoksi virta kumman tahansa puolisillan syötön kautta on verrannollinen kuormapiirin kuluttamaan energiaan, jos puolisillan syöttöjännite pidetään vakiona.

20 ^load -^halfbridge, supply

Kuormapiiri muodostuu siis kelasta L2, lampusta LL ja kondensaattoreista C2, C3. Näistä ainoastaan lamppu LL kulut-25 taa pätötehoa. Lampun LL kuluttama energia jakautuu lampun purkauksen aiheuttamaan energian käyttöön ja hehkujen kuluttamaan energiaan. Valontuoton kannalta lamppuvirran energia on kiinnostava.

30 Säädettäessä kuormapiirin pätötehoa eli lampun LL tuottamaa valoulostuloa käyttäen puolisillan syöttövirtaa vertailuarvona toimii säätö hyvin niin kauan, kun lampputeho on suurempi kuin hehkuteho. Kun mainitut tehot ovat yhtä suuria tai lampputeho on pienempi kuin hehkuteho, säätö muuttuu 35 epätarkaksi. Tämä tapahtuu lampputyypistä riippuen noin 10 ... 20% valotason välillä. Haluttaessa säätää tätä alemmalle valotasolle pitää hehkutehon vaikutus poistaa mittasig- 5 101188 naalista. Tämä voi tapahtua mittaamalla esim. lampun LL toisen katodin yli olevaa jännitettä, kuten on esitetty hakijan patenttihakemuksessa "Lampputehon mittaus säädettävässä elektronisessa liitäntälaitteessa". Näissä mittausta-‘ 5 voissa hankaluutena on saavuttaa riittävä tarkkuus, koska mukana on häviöitä myös muissa piirielimissä, kuten syty-tyskondensaattoreissa, lamppukeloissa ja kytkintransisto-reissa.

10 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää liitäntälaitteen piirikytkentä, jonka avulla pienipaineisen purkauslampun, erityisesti loistelampun, teho voidaan mitata niin, että mainitut epätarkkuustekijät mittauksessa voidaan eliminoida. Tämä tehdään syöttämällä lampun läpi erillinen tasavir-15 tasignaali, jonka avulla muodostetaan lampun efektiiviseen resistanssiin verrannollinen tasajännitesignaali. Mainitulla tasavirralla lampun läpi saavutetaan lisäksi se etu, että lampun kuvun pinnalla näkyvät tummat raidat eli ns. raidoittumisilmiö alemmilla säätötasoilla ja erityisesti 20 alemmissa käyttölämpötiloissa voidaan välttää.

Seuraavassa selostetaan vielä yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaista lampputehon mittausta DC-signaalin avulla.

25 Piirustuksessa Fig. 2 on esitetty edellä kuvatun mittausperiaatteen eräs suoritusmuoto. Tässä kuormapiirin kokonais-tehon mittaamiseen käytetään vastusta R2, jonka tuottama puolisillan TR1 - TR2 virtaan verrannollinen jännite suodatetaan elimillä R3 ja C4 sekä johdetaan oskillaattoriloh-30 kolle A1. Tässä oskillaattorilohkon A1 toiminta on selvyyden vuoksi jaettu kahteen osaan, joista osalohko II huolehtii mittaussignaalien käsittelystä ja osalohko I puolisillan transistorien TR1 ja TR2 ohjaamisesta. Vastuksen R4 avulla muodostetaan tasavirtakomponentti lampun LL läpi 35 menevään vaihtovirtaan. Lampun yli muodostuu tällöin myös tasajännitekomponentti, joka on verrannollinen lampun efektiiviseen resistanssiin. Tasajännite mitataan piirieli- 6 101188 millä R5, R6 ja C5 ja tämä mittaussignaali johdetaan niin ikään oskillaattoripiirin A1 osalohkoon II. Täällä muodostetaan mainittujen mittaussignaalien erotus, jolloin oh-jauslohkolla on käytettävissään todellinen lampputehoon 5 verrannollinen mittaussignaali. Tämän ja linjoihin C01 -C02 syötetyn ohjaussignaalin avulla ohjauslohko II voi suorittaa ohjaustehtävänsä niin, että puolisillan TRI - TR2 ohjaus alilohkon I kautta takaa stabiilin valaistuksen säätötoiminnan liitäntälaitteelle suunnitellulla tavalla.

1 0

Maksimisäätötasolla lampun korvausvastus on noin 275 ohmia, 50 % valotasolla noin 600 ohmia ja 5 %:n valotasolla noin 14 kilo-ohmia. Kun lampulle syötettävä tasavirtakomponentti on 1,5 mA, tästä aiheutuu noin 20 V:n tasajännite lampun 15 yli. Tasajännitemittauksella on siis laaja dynaaminen alue ja mittaussignaalia voidaan helposti käyttää hyväksi lii-täntälaitteen ohjauslohkossa.

Keksinnön mukaisella piiri järjestelyllä valotason säätö 20 pienillä valotasoilla saadaan huomattavasti tarkemmaksi kuin tavallista tehonmittausta käyttäen. Hakijan patentissa FI 65 524 on kuvattu, kuinka mainittua tasavirtakomponent-tia pienipaineisen purkauslampun läpi voidaan käyttää estämään ns. raidoittumisilmiö, joka on vakava ongelma 25 ohjattavissa ja säädettävissä liitäntälaitteissa. Lisäksi tässä patentissa on esitetty eri tapoja tasavirtakomponen-tin muodostamiseksi. Tämän keksinnön eittämätön vahvuus on siinä, että samalla tasavirtasignaalilla voidaan saavuttaa kaksi merkittävää etua säädettävien liitäntälaitteiden 30 toiminnassa, nimittäin tarkka säätö ja raidoittumaton valoulostulo lampusta.

Ammattimiehelle on ilmeistä, että keksintö ei rajoitu pelkästään esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan on yhtä hyvin 35 sovellettavissa lukuisiin muihin taajuussäätöön perustuviin liitäntälaitekytkentöihin, esim. monilamppuisiin liitäntä-laiteversioihin. Varsinkaan puolisillassa käytettävien 7 101188 kytkintransistorien teknologia ei vaikuta esitetyn kytkennän hyödyllisyyteen, eli tässä ovat käyttökelpoisia muun muassa bipolaaritransistori ja kenttävaikutustransistorien erilaiset muodot. On myös ilmeistä, että oskillaattorin A1 5 ohjaussignaali liitännässä C01 - C02 voi olla myös digitaalinen, jolloin alilohko II sisältää tarvittavat piirielimet digitaalisen informaation käsittelemiseksi esim. ohjelmoitavan mikrokontrollerin avulla.

Claims (4)

8 101188

1. Pienpaineisen purkauslampun, erityisesti loistelampun säädettävä tai ohjattava elektroninen liitäntälaite, johon 5 kuuluu ainakin yksi puolisiltainvertteri (TRI, TR2, V2, V3) tai vastaava AC-lähde, joka syöttää tehoa kuormapiiriin, kuormapiiri, johon kuuluu virtaa rajoittava induktanssi (L2) ja hehkuvirtaa syöttävä kapasitanssi (C3) sekä lii-10 täntälaitteeseen kytkettävä purkauslamppu (LL), säätö- tai ohjauslohko (AI /1, II) invertterin tai vastaavan AC-lähteen taajuuden säätämiseksi lampun va-loulostulon säätämistä varten, - elimet (R2, R3, C4) kuormapiirin tehoon verrannollisen 15 virran mittaamiseksi ja mittaustiedon (Umitt ) viemiseksi säätö- tai ohjauslohkolle; ja - elimet (R4) lampun läpi kulkevan tasavirran synnyttämiseksi , tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu lisäksi 20 elimet (R5, C5, R6) lampun läpi kulkevan tasavirran mittaamiseksi ja mittaustiedon syöttämiseksi säätö- tai ohjaus-lohkolle (A1/I, II) sen käyttämiseksi lampun valoulostulon säädön kontrolloinnissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitäntälaite, tun nettu siitä, että lampputehoon verrannollinen mittaussignaali muodostetaan mainittujen mittaustietojen erotuksena .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liitäntälaite, tunnettu siitä, että mainittuihin virranmittauseli-miin kuuluu kumpaankin ainakin yksi vastus (R2; R6) ja ainakin yksi vastuksen rinnalle kytketty kondensaattori (C4; C5 ) .

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen liitäntälaite, tunnettu siitä, että lampun läpi kulkevan tasavir- 35 9 101188 ran synnyttävä elin on vastus (R4), joka on kytketty kuor-mapiiriin kuuluvan kondensaattorin (C2) rinnalle, ja että tasavirtaa mittaavat elimet (R5, R6, C5) liittyvät mainitun vastuksen (R4) ja lampun (LL) väliin. 10 101188