FI102347B - Lampun tasasuuntauksen tunnistuspiirillä varustettu elektroninen liitä ntälaite - Google Patents

Description

102347

Lampun tasasuuntauksen tunnistuspiirillä varustettu elektroninen liitäntälaite. - Med lamplikriktningens detekte- ringskrets försett elektroniskt anslutningsanordning.

5 Keksinnön kohteena on pienipaineisen purkauslampun, erityisesti loistelampun, elektronisen liitäntälaitteen suojakytkentä, jonka tarkoituksena on estää mahdollisen vaaratilanteen syntyminen lampun tasasuuntausilmiön yhteydessä.

10

Pienipaineisten purkauslamppujen elektronisten liitäntä-laitteiden rakenne on tunnettu hakijan patentista no: FI 64487 sekä teoreettiset perusteet hakijan patentista FI 63314. Hakijan patentissa no: FI 63146 on puolestaan 15 esitetty pienjännitteellä ohjattavan elektronisen liitän-tälaitteen rakenne ja toiminta, jolloin saavutetaan ulkoiseen ohjaussignaaliin verrannollinen valoulostulo.

Tunnettua tekniikan tasoa edustaa hakijan patentissa 20 FI 63148 esitetty elektronisen liitäntälaitteen kytkentä, joka hieman yksinkertaistettuna on esitetty piirustuksessa Fig. 1. Tasajännitelähteen, jonka voi muodostaa vaihtojännitelähteeseen kytketty tasasuuntaaja, napojen väliin on kytketty kaksi puolisillan muodostavaa transistoria.

25 Muuntajan ensiökäämin toinen napa on kytketty transisto-reiden väliin ja toinen napa on kytketty käämiin, joka puolestaan on kytketty kondensaattorin kautta lampun toiseen elektrodiin. Muuntajan toisiokäämit on kytketty transistoreiden kantoihin siten, että ne saavat vastak-30 kaisvaiheiset ohjausjännitteet. Tällöin toisen transistorin ollessa johtavana on toinen transistori johtamattomana ja päinvastoin. Lisäksi lampun rinnalla on lampun elektrodien kanssa sarjassa kondensaattori. Piirin tarkoituksena on syöttää tasajännitteestä vaihtosuunnattu suuritaajuinen 35 virta lampulle ja lisäksi huolehtia mainitun lampun sytyttämisestä .

2 102347 Tällaiset puolisillaksi kytketyt ajopiirit ovat tavanomaisia purkauslamppujen elektronisissa liitäntälaitteissa. Eräänä esimerkkinä voidaan viitata hakijan patenttiin US 4,553,070. Tekniikan tasona voidaan myös viitata pa-5 tentti julkaisuihin US 4,237,403, US 4,277,728 ja US 4,370,600.

Elektronisten liitäntälaitteiden luotettavan toiminnan ja pitkäikäisyyden kannalta on oleellista varustaa ne riittä-10 villä suojamekanismeilla eräitä normaaleista poikkeavia toimintaolosuhteita vastaan. Tällaisia olosuhteita ovat esim. purkauslampun - erityisesti loistelampun - ominaisuuksien poikkeaminen standardoiduista arvoistaan. Tällainen tilanne syntyy normaalisti lampun ikääntymisen myötä, 15 jolloin lampun katodien päällysteenä oleva emissioaine vähitellen häviää, mikä vaikuttaa heikentävästi muun muassa lampun syttymisominaisuuksiin. Tätä ilmiötä kutsutaan lampun deaktivoitumiseksi. Lampun ikääntyessä on havaittu myös lampun palojännitteessä tapahtuvia muutok-20 siä. Purkauslampun katodit voivat myös katketa täysin joko ikääntymisen tai rakenteellisen heikkouden takia. Normaaleista olosuhteista poikkeava tilanne on myös syöttävän verkon ali- tai ylijännitetilanne. Mikäli liitäntälaite sijoitetaan spesifioidusta poikkeavaan käyttölämpötilaan, 25 voi seurauksena olla liitäntälaitteen sisällä vallitsevan lämpötilan liiallinen nousu, mikä pahimmillaan voi tuhota liitäntälaitteen sähköisiä rakenneosia tai muita materiaaleja .

30 Edellä kuvattu lampun katodien kulumisilmiö johtaa yleensä tilanteeseen, jossa lamppu alkaa tasasuunnata sen läpi kulkevaa virtaa. Tämä johtuu siitä, että lampun katodien emissioaineen häviäminen ei tapahdu samalla nopeudella molemmissa katodeissa, vaan mainittu rappeutumisilmiö on 35 epäsymmetrinen. Koska katodien toiminta lampun eri päissä on erilainen, seurauksena on lampun läpi kulkevan virran tasasuuntausilmiön syntyminen. Tämä ilmiö on erityisen 3 102347 haitallinen sellaisessa tapauksessa, jossa toisen katodin kuluminen aiheuttaa lampun palojännitteen epätasaisen jakautumisen lampun yli. Tällöin jännitehäviö keskittyy toisen katodialueen läheisyyteen ja tämä merkitsee myös 5 huomattavaa tehohäviötä tässä osassa lamppua. Suuri teho-häviö kuumentaa lampun kupua ja ääritapauksessa myös valaisimessa olevat lampun pitimet kuumenevat liikaa. Tällöin on mahdollista, että syntyy vakava vaaratilanne, jossa myös tulipalon mahdollisuus on ilmeinen.

10 Näiden syiden vuoksi on välttämätöntä varustaa liitäntä-laite erityisillä suojatoiminnoilla laitteen vioittumisen estämiseksi. Liitäntälaite voidaan esimerkiksi saattaa sellaiseen suojatilaan, jossa oskillaattorin värähtely 15 pysäytetään. Tällaista suojatilaa kutsutaan usein stand by -tilaksi. Tällöin liitäntälaite sisältää erityisen ohjaus-lohkon, jonka tarkoituksena on tunnistaa edellä kuvatut epänormaalit toimintaolosuhteet ja muuttaa liitäntälait-teen toimintatilaa sopivasti elektronisten rakenneosien 20 suojaamiseksi. Lisäksi piiriin tulee sisällyttää elimet, joiden avulla liitäntälaite voi palata normaaliin toimintatilaansa epänormaaleiden toimintaolosuhteiden poistuessa .

25 Piirustuksessa Fig. 2 on esitetty tällainen liitäntälait-teen rakenneratkaisu, jossa edellä kuvatun suojapiirin osuus on kaavamaisesti kuvattu lohkolla 10. Tämä ohjaus-lohko sisältää tarvittavat elektroniset piirielimet mainittujen epänormaaleiden toimintaolosuhteiden tunnistami-30 seksi mittaamalla tiettyjä sähköisiä signaaleita ja mahdollisesti laitteen sisällä vallitsevaa lämpötilaa, kuten on kuvattu hakijan patenttihakemuksessa FI 965024.

Tämän keksinnön tarkoituksena on ratkaista pienipaineisen 35 purkauslampun, erityisesti loistelampun, elektronisen verkkoliitäntälaitteen suojaaminen tilanteessa, jossa lamppu joutuu tasasuuntaustilaan. Tällöin siis vaarana on 4 102347 lampun ja ääritapauksessa muiden valaisinkomponenttien tai koko valaisimen tuhoutuminen ylikuumenemisen vuoksi. Tasasuuntaustilan tunnistaminen on erityisen hankalaa kaksi- tai useampilamppuisissa liitäntälaitteissa, koska 5 mittauspiirien vaatimat rakenneosat tekevät liitäntälait-teen monimutkaiseksi ja kalliiksi.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 määriteltyjen piirteiden avulla. Epäitsenäisis-10 sä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovellutusmuotoja.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin piirustusten avulla.

1 5

Piirustuksissa:

Kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista elektronista liitäntälaitetta; : 20 kuviot 2 ja 3 esittävät keksinnön vaihtoehtoisia suoritusmuotoja, joissa kondensaattori 11 ja mittauspiste ovat lampun 8 eri puolilla; 25 kuvio 4 esittää tunnettua liitäntälaitetta, jossa keksinnön mukaista suojapiiriä voidaan soveltaa; kuvio 5 esittää kuvion 4 pisteen A jännitteen muuttumis-30 ta, kun lamppu joutuu tasasuuntaustilaan; kuvio 6 esittää keksinnön yhden suoritusmuodon mukaista suojapiiriä, jota voidaan käyttää kuvion 4 lii-täntälaitteessa; ja 35 5 102347 kuvio 7 esittää keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista suojapiiriä erään toisen elektronisen liitäntä-laitteen yhteydessä.

5 Piirustuksessa Fig. 3 on piirustuksen Fig. 2 mukaista kytkentää muutettu siten, että resonanssipiirin kondensaattori 11 on siirretty vaihtoehtoiseen kohtaan virtapiirissä .

10 Piirustuksessa Fig. 4 on esitetty piiriratkaisu, jossa Fig. 3:n kytkentään on lisätty toinen resonanssikonden-saattori 15 lampun toisen katodipään ja tasajännitelähteen positiivisen navan (+) väliin..Samoin piiriä on täydennetty jännitteenrajoitus- ja stabilointidiodeilla 17 ja 18, 15 joiden tarkoituksena on pitää kondensaattorin 16 yli oleva jännitetaso halutuissa rajoissa. Vastaava piiriratkaisu on tunnettu hakijan patentista FI 65524. Lisäksi Fig. 4:n kytkentä on esitetty kaksilamppuisena, eli mukana on toinen lamppu 13 ja resonanssikela 12. Transistorien 1 ja • 20 2 kantaohjauspiiriä ei ole piirretty kuvaan Fig. 4, mutta tämä voi olla esimerkiksi piirustuksen Fig. 3 mukainen.

Piirustuksen Fig. 4 mukaisen liitäntälaitteen normaalissa toiminnassa pisteen A jännite on symmetristä sakara-aal-25 toa, jonka tasajännitetaso on puolet tasajännitepiirin jännitteestä Us, joka käytännön piiritoteutuksissa on yleensä noin 400 V. Pisteen A jännitteen Ua käyrämuoto on esitetty piirustuksessa Fig. 5. Kun toinen liitäntälait-teen ajamista lampuista 8 tai 13 tasasuuntaa ja toinen 30 palaa normaalisti, pisteen A jännitteen tasajännitetaso kasvaa tai pienenee riippuen tasasuuntauksen suunnasta. Tämä ilmiö on ymmärrettävissä tarkasteltaessa piirustuksen Fig. 5 avulla sakara-aallon Ua puolijaksojen leveyden muuttumista eri tapauksissa.

35

Pisteen A jännitteen Ua mittaamiseen voidaan käyttää esimerkiksi piirustuksen Fig. 6 mukaista kytkentää. Vas- 6 102347 tuksilla toteutetut jännitteenjakajat 19/20 ja 22/23 on mitoitettu siten, että kummankin transistorin 26 ja 27 kannalla ja siten myös emitterillä on sama jännite, kun pisteen A jännite on normaali (Fig. 5a). Kun pisteen A 5 jännite muuttuu normaalista, johtavaan tilaan siirtyy transistoreista se, jonka kanta-emitterijännite on myötä-suuntainen. Tällöin johtavassa tilassa oleva transistori syöttää virtaa kondensaattoriin 28. Tämä tunnistetaan suojatilapiirissä (stand by -piirissä), kuten edellä 10 piirustuksen Fig. 2 selityksen yhteydessä kuvattiin.

Vastuksella 25 voidaan jännitemittauksen mittausikkuna asettaa halutun levyiseksi. Kondensaattorin 21 tehtävänä on suodattaa häiriöitä ja kondensaattori 24 tasoittaa pisteen A sakara-aallon tasajännitteeksi. Vertailujännite 15 voi myös olla jokin ulkoinen kiinteä jännite, esimerkiksi laitteen käyttöjännite.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on oleellista, että lampun tasasuuntausilmiö tunnistetaan ja tämä signaali 20 viedään liitäntälaitteessa olevaan suojalohkoon 10 (Fig. 2 ja Fig. 3). Tällainen suojalohko tarvitaan elektronisessa liitäntälaitteessa joka tapauksessa suojaamaan itse laitetta ja lamppua/lamppuja erilaisissa epänormaaleissa toimintaolosuhteissa, kuten edellä on selostettu. Suoja-25 lohko 10 sammuttaa oskillaattoripiirin värähtelyn, kun valvottavan suureen, kuten edellä piirustuksessa Fig. 4 pisteen A tasajännitetason, mittausarvo ylittää tietyn ennalta määrätyn kynnysarvon. Oskillaattori voidaan pysäyttää esim. estämällä transistorien 1 ja 2 kantavirran 30 kulku. Tähän sovelias piiriratkaisu on esitetty esimerkiksi patentissa EP 0 146 683. Keksinnön mukaisen suojapiirin vaikutuksesta liitäntälaite ohjautuu suojatilaan, jossa lamput sammutetaan ja tällöin mahdollisen vaaratilanteen syntyminen estetään.

35

Piirustuksessa Fig. 7 on esitetty keksinnön sovellus liitäntälaitteessa, jonka resonanssipiiri on piirustukses- 7 102347 sa Fig. 3 esitetyn mukainen. Tässä liitäntälaitteessa ei siis ole kahta resonanssikondensaattoria piirustuksessa Fig. 4 esitetyllä tavalla, vaan resonanssikondensaattorin 11 lisäksi on vastus 29 lampun toisen katodin ja tasa-5 jännitelähteen positiivisen navan (+) välillä. Pisteen B jännitteen Ub aaltomuoto on esitetty piirustuksessa Fig.

8. Tätä jännitettä mitataan piirillä, jonka muodostavat vastukset 30, 31, 33, 34 ja 35, transistorit 36 ja 37 sekä zener-diodi 32. Toimintaperiaate on samankaltainen kuin 10 edellä piirustusten Fig. 4-6 yhteydessä on esitetty. Erona on se, että mittauspiirin vertailujännite muodostetaan itse mitattavasta jännitteestä komponenteilla 31 ja 32. Mitattavalle jännitteelle Ub, jonka taso normaalisti on noin 200 V, asetetaan piirin mitoituksen avulla sopiva 15 hyväksytty alue (äärirajat Uyr ja Uar piirustuksessa Fig. 8), jonka ulkopuolinen jännitteen Ub arvo aiheuttaa joko transistorin 36 tai 37 johtamisen ja siten toimintakäskyn lähettämisen suojalohkolle 10 vastuksen 33 kautta. Tämän piirin edullisuus perustuu siihen, että normaalisti tämän : 20 topologian mukaisessa liitäntälaitetoteutuksessa ovat yleensä olemassa muut piirielimet lukuun ottamatta komponentteja 34, 35, 36 ja 37, eli keksinnön aiheuttama lisäkustannus on hyvin kohtuullinen.

25 Keksinnön mukaisille ratkaisuille on tyypillistä, että yksi- tai monilamppuisessa elektronisessa liitäntälaitteessa lampun tasasuuntausilmiön tunnistaminen saavutetaan hyvin yksinkertaisilla ja edullisilla piiriratkaisuilla. Koska suojapiiri 10 joka tapauksessa on osa nykyaikaista 30 elektronista liitäntälaitetta, jossa on oleellista varautua erilaisiin normaalista poikkeaviin toimintatiloihin, vaarallisen tasasuuntausilmiön eliminoiminen saavutetaan yksinkertaisella, varmatoimisella ja edullisella tavalla.

35 Ammattimiehelle on täysin selvää, että keksinnön hyödyllisyys ei rajoitu pelkästään piirustuksissa Fig. 4-6 ja Fig. 7 esitettyihin piiriratkaisuihin. Mainitut transistorit 1 8 102347 ja 2 voivat esimerkiksi olla eristetyllä hilalla varustettuja kenttävaikutustransistoreita (MOSFET). Tasasuun-tauksen tunnistuspiiri (Fig. 6 ja Fig. 7) voidaan rakentaa myös operaatiovahvistimien avulla. Myös suojapiirin 10 5 toiminta voi poiketa edellä mainitusta, esimerkiksi oskil-loinnin pysäyttäminen on mahdollista toteuttaa myös muilla suoritusmuodoilla.

Claims (4)

9 102347

1. Pienipaineisen purkauslampun, erityisesti loistelampun elektronisen liitäntälaitteen suojakytkentä, liitäntälait- 5 teeseen kuuluessa tasavirtalähde, suurtaajuusoskillaatto-ri, kuten puolisillaksi kytkettyjen transistorien (1, 2) muodostama ajopiiri, ja lampun kanssa sarjaan kytketty käämi (7) ja kondensaattori (11; 15, 16), tunnettu siitä, että suojakytkentään kuuluu lampun aiheuttaman 10 tasasuuntauksen tunnistuspiiri (19-27; 30-37), joka on kytketty tarkkailemaan jännitettä lampun (8) elektrodin ja mainitun kondensaattorin (11; 15, 16) välissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojakytkentä, t u n -15 n e t t u siitä, että tunnistuspiiriin kuuluu vastuksilla (19, 21; 22, 23) toteutettuja jännitteenjakopiirejä ja niiden ohjaamia transistoreita (26, 27).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojakytkentä, t u n -20 n e t t u siitä, että tunnistuspiiriin kuuluu yksi tai useampi transistori (36, 37), joka saa ohjauksena yhden tai useamman vastuksen (30, 31) ja zener-diodin (32) muodostamasta piiristä.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen suojakytkentä, tunnettu siitä, että tunnistuspiiri pysäyttää oskillaattorin tai ajopiirin (1, 2) oskilloinnin, kun lampun (8) ja mainitun kondensaattorin (11; 15, 16) yli olevien jännitteiden keskinäinen jakautuminen on ennalta-30 määrättyjen rajojen ulkopuolella. 10 102347