FI63314B - Elektroniskt foerkopplingsdon foer gasurladdningslampa - Google Patents

Description

1 63314

Kaasupurkauslampun elektroninen verkkoliitäntälaite.

Elektroniskt förkopplingsdon för gasurladdningslampa.

Keksinnön kohteena on kaasupurkauslampun elektroninen verkkoliitäntälaite, joka toimii stabiloivana virranrajoituselement-tinä ja johon kuuluu vaihtosuuntaajakytkentä, joka tasasuunna-tusta verkkosähköstä tai muusta tasasähköstä muuttaa lampulle käyttösähkön niin suurelle taajuudelle, että purkauslampun impedanssi on normaalin resistanssin kaltainen.

Keksintö koskee siis puolijohteilla toteutettua vaihtosuuntaus-kytkentää, jota sovelletaan kaasupurkauslamppujen verkkoliitän-tälaitteessa virran syöttämiseksi lamppuun.

Tässä yhteydessä tarkoitetaan kaasupurkauslampulla niitä yleensä valaistukseen käytettyjä lamppuja, joiden sisäinen impedanssi normaalissa 50 tai 60 Hz:n vaihtosähkökäytössä on luonteeltaan negatiivinen resistanssi ja jotka täten tarvitsevat kaasupurkausta stabiloivan virranrajoituselementin. Tällaisia lamppuja ovat lähinnä loistelamput, suurpaine- ja matalapainenat-riumlamput, elohopeahöyrylamput ja halogeenilamput.

Entuudestaan on tunnettu useita erilaisia puolijohteilla ja passiivisilla komponenteilla toteutettuja elektronisia piiri-ratkaisuja, jotka soveltuvat kaasupurkauslampun liitäntälait-teeksi. Nämä ratkaisut perustuvat siihen, että tavalla tai toisella kehitetty tasasähkö muutetaan vaihtosähköksi, jolla on oleellisesti 50 Hz korkeampi taajuus. Tällä korkeammalla taajuudella syötetään lamppuun sen kaasupurkauksen tarvitsema sähköenergia. Saavutettavat edut ovat suuremmasta käyttötaajuudesta johtuva lampun valohyötysuhteen paraneminen, tarvittavien sähkömagneettisten komponenttien mekaanisen koon pieneneminen ja tätä kautta liitäntälaitteen oman häviötehon pieneneminen Selmoin kuin liitäntälaitteen painon pieneneminen. Selvä etu on myös se, että on yleensä helppoa yhdistää lampun valotason säätö elektronisesti toteutettuun liitäntälaiteratkaisuun. Useimmissa elektronisen liitäntälaitteen piiriratkaisuissa saadaan helposti syntymään riittävä jännite, jotta purkauslamppu syttyy ilman erillistä sytytintä. Lisäksi elektronisesta liitäntälaitteesta 2 63314 ei synny äänihäiriöitä, mikäli käyttötaajuus valitaan kuuloalueen yläpuolelta. Lampun antamasta valosta voidaan poistaa häiritsevä välkyntä eli flikkeri. Elektroninen liitäntälaite voidaan toteuttaa myös siten, että laitteen vaihtosähköverkosta ottaman virran käyrämuoto on lähes sinimuotoista ja tehokerroin cos f* 1, jolloin erillisiä komponentteja verkkovirran kompensoimiseksi ei tarvita.

Ennestään tunnettuihin elektronisen liitäntälaitteen toteutus-ratkaisuihin yleensä sisältyy jokin lampun virtaa rajoittava impedanssi? kuristin, kondensaattori, vastus tai näiden yhdistelmä lampun ja syöttöjännitelähteen kanssa sarjaan kytkettynä (esim. DE-hakemusjulkaisu 2 550 550).

Fysikaalisesti on tunnettua, että purkauslampun impedanssi muuttuu negatiivisesta resistanssista normaalin resistanssin kaltaiseksi, kun lamppua käytetään vaihtojännitteellä, jonka taajuus on alueella noin 1 kHz ... 150 kHz. Osittain tähän ilmiöön perustuen on tunnettua käyttää ns. blocking-oskillaattorikytken-tää muodossa tai toisessa (esim. US-patenttijulkaisut 3 629 648, 3 906 302 ja 4 168 453) . Tällaisessa kytkennässä lamppu kytketään suoraan syöttöjännitteeseen sillä puolijaksolla, millä kyt-kinelementti (esim. transistori) johtaa, ja jännite lampun navoissa kääntyy vastakkaiseksi sillä jakson osalla, jolla kyt-kinelementti on johtamattomassa tilassa. Tämä vastakkaissuuntainen jännite syntyy lampun rinnalle kytkettyyn induktanssiin latautuneesta magnetointienergiasta, joka purkautuu lampun läpi kytkinelementin avautuessa.

Myöskin esillä oleva keksintö perustuu piiriratkaisuun, jolla voidaan käyttää purkauslamppuja aikaisemmin mainituilla suhteellisen suurilla taajuuksilla, joilla purkauslamppu käyttäytyy normaalin resistanssin tavoin. Aikaisemmin tunnetuista piiriratkaisuista poiketen keksinnön mukainen piiriratkaisu ei kuitenkaan tarvitse minkäänlaista induktiivista tai kapasitii-vista elintä lampun kaasupurkauksen stabilointiin.

Suoritetuissa kokeissa on todettu, että purkauslamppua voidaan käyttää siten, että se kytketään vaihtosuuntauskytkimien avul- 3 63314 la suoraan syöttöjännitelähteeseen muuttaen lampun napaisuutta joka puolijaksolla. Kytkentätaajuuden on tällöin oltava niin suuri, että purkauslamppu käyttäytyy resistanssin kaltaisesti.

Edellä kuvattu käyttötapa ei kuitenkaan ole stabiili, vaan lampussa pyrkii tapahtumaan oleellisesti käyttötaajuuden jakson pituutta hitaampi "ryöstäytymisilmiö", jonka seurauksena virta pyrkii kasvamaan jännitteen pysyessä vakiona. Tämän ilmiön välttämiseksi keksintöön kuuluu se, että tällainen virran ryöstäytymisilmiö estetään lampun läpi kulkevan virran arvon mittaamisella ja käyttämällä takaisinkytkentäsäätöä tämän virta-arvon pitämiseksi halutussa arvossa. Takaisinkytkennässä voidaan käyttää mittaussuureen suodatusaikavakiota, joka esim. 40 kHz:n käyttötaajuudella voi olla noin 0,2 ms.

Keksinnön tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan seuraavat edut: 1. Ei tarvita päävirralle mitoitettuja käämikomponentteja tai kondensaattoreita.

2. Ei tarvita kondensaattoreita, joiden käyttölämpötilalla on määrätyt rajat, jolloin liitäntälaite soveltuu käytettäväksi korkeammassa käyttölämpötilassa, esim. suoraan lampun yhteyteen sijoitettuna.

3. Liitäntälaite on kustannuksiltaan halpa, koska edellä mainitut kalliit komponentit jäävät pois.

4. Edellä mainitut komponentit ovat myös tunnettujen liitäntä-laitteiden suurimmat, joten ilman näitä liitäntälaite voidaan rakentaa pienemmäksi ja sitä voidaan käyttää pienemmissä tiloissa.

5. Liitäntälaitteen pääpiiri voidaan toteuttaa kokonaan puolijohteilla.

Seuraavassa keksinnön eräitä suoritusesimerkkejä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen verkkoliitäntälaitteen periaatekaaviota.

Kuvio 2 esittää periaatekaaviona keksinnön toista suoritusmuo toa.

4 63314

Kuviot 3 ja 4 esittävät kuviota 1 vastaavalla tavalla keksinnön seuraavia muunnosmuotoja.

Kuvio 5 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen verkko-liitäntälaitteen piirikaaviota, jossa ainoastaan toiminnan kannalta oleellisimmat komponentit on esitetty.

Kuviossa 1 on kaasupurkauslamppu 1 kytketty tasasähkölähtee-seen neljän elektronisen kytkimen 3-6 välityksellä siten, että nämä kytkimet muodostavat vaihtosuuntauskytkennän, jonka avulla syöttöjännitteen napaisuutta lampun 1 navoissa muutetaan suurella taajuudella, joka on alueella noin 1 kHz ...

150 kHz. Tämä napaisuuden muuttaminen tapahtuu siten, että kytkimien 3 ja 4 ollessa suljettuna kytkimet 5 ja 6 ovat auki ja kun viimeksi mainitut kytkimet suljetaan, ensin mainitut avataan. Lisäksi kytkimien sulkemisen ja avaamisen välillä voi olla pituudeltaan säädettävä ajanjakso, jolloin kaikki kytkimet ovat auki. Tätä voidaan käyttää lampun valotason säätöön. Kuten on jo todettu, ei keksinnön mukaisen liitäntälaitteen piiriratkaisuun kuulu mitään ylimääräistä virtaa rajoittavaa impedanssielintä, vaan virran rajoitukseen käytetään yksinomaan lampun 1 omaa resistanssinomaista impedanssia ko. suurella vaih-tokytkentätaajuudella. Ilman keksinnön mukaista lisäjärjestelyä tämä kuitenkaan ei olisi mahdollista, koska lampun 1 virta pyrkisi ryöstäytymään vaihtokytkentäjaksoa olennaisesti pidemmällä aikavälillä. Tämän ryöstäytymisilmiön eliminoimiseksi on keksinnössä järjestetty takaisinkytkentäsäätö, jossa virtamuunta-jalla 7 tai muulla virranmittaustavalla kuten vastuksella tunnustellaan lampun 1 virtaa ja tämän virta-arvon perusteella ohjausyksikkö 8 ohjaa vaihtosuuntaajakytkennän kytkimien 3-6 aukioloaikoja ja/tai toimintataajuutta siten, että lampun 1 virta pysyy vakiona.

Kuviossa 2 esitetty kytkentä vastaa muilta osin kuviossa 1 esitettyä, mutta lamppu 1 on kytketty vaihtosuuntaajakytkentään ja tasasähkölähteeseen säästömuuntajän 9 välityksellä, joka 5 63314 nostaa lampun 1 syöttöjännitettä virtalähteen jännitteeseen nähden. Lisäksi säästömuuntajaa 9 voidaan käyttää lampun 1 katodien hehkutukseen lampun syttyrnisherkkyyden parantamiseksi. Lisäksi säästönäni ntaja 9 voi toimia lampun 1 sytytykseen riittävän sytytys jännitepiikin synnyttämiseksi.

Kuvion 3 suoritusmuoto eroaa kuviossa 1 esitetystä siinä, että kytkimet 6 ja 4 on korvattu kodensaattoreilla 10, jolloin piiri yksinkertaistuu. Tätä voidaan käyttää niissä sovellutuksissa, joissa kondensaattoreiden asettamalla lämpötilarajoituksel-la ei ole merkitystä.

Kuvion 4 suoritusmuodossa on kuvion 1 piiriratkaisun kytkimet 3 ja 6 korvattu säästömuuntajalla 11, jonka keskiulosottoon virtalähteen toinen napa on liitetty. Säästömuuntajän 11 magnetoin-ti-induktanssia voidaan käyttää sinänsä tunnettuun tapaan sytytys jännitepiikin synnyttämiseen lampulle 1. Vastuksen 16 avulla mitataan lampun läpi toiseen suuntaan menevä virta, joka mittausmenetelmä on laitteen toiminnan kannalta muissa suoritusmuodoissa virtamuuntajalla tehtävän mittauksen korvaava.

Kuviossa 5 on esitetty kuviota 3 vastaava edelleenkehitetty suoritusmuoto, jossa lampun 1 rinnalla on sytytysjännitepiikin aikaansaava induktanssi 13 ja sen rinnalla ylijännitesuojalai-te 14. Virtamuuntaja 7 tunnustelee lampun 1 kautta kulkevaa virtaa, joka virta-arvo johdetaan tasasuuntaus- ja suodatus-piirin 15 kautta ohjausyksikölle 8. Tämän virta-arvon perusteella ohjausyksikkö 8 antaa kytkiminä 3 ja 5 toimivien tran-sistoreiden ohjauselektrodeille ohjauspulssit, joiden kestoaika ja/tai toimintataajuus muuttuu tarvittavalla tavalla lampun 1 kautta kulkevan virran pitämiseksi vakiona. Tämän vakiona pidettävän virran asettelemiseksi erilaisiin arvoihin lampun 1 antaman valaistuksen säätöä varten kuuluu ohjausyksikköön 8 säätölaite 12, jolla voidaan vaikuttaa kytkintransis-toreiden 3 ja 5 aukioloaikoihin tai niiden vaihtokytkentätaa-juuteen.

Claims (7)

1. Kaasupurkauslampun elektroninen verkkoliitäntälaite, joka toimii stabiloivana virranrajoituselementtinä ja johon kuuluu vaihtosuuntaajakytkentä, joka tasasuunnatusta verkkosähköstä tai muusta tasasähköstä muuttaa lampulle käyttöjännitteen niin suurelle taajuudelle, että purkauslampun impedanssi on normaalin resistanssin kaltainen, tunnettu siitä, että liitäntälaite ei sisällä virtaa rajoittavia impedansseja, vaan virran rajoitus on järjestetty tapahtumaan yksinomaan lampun oman resistanssinomaisen impedanssin avulla molemmilla puolijaksoilla, jolloin vaihtosuuntaajatoiminnan jaksoa pidempänä aikana virran rajoitus on toteutettu lampun virran takaisinkytkentäsäädöllä (7, 8), joka ohjaa vaihtosuuntaaja-kytkennän kytkimien (3-6) aukioloaikoja ja/tai toimintataajuutta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen verkkoliitäntälaite, tunnettu siitä, että lamppu (1) on kytketty vaihtosuuntaaja-kytkentään säästömuuntajan (9) välityksellä siten, että lampun jännite on virtalähteen jännitettä suurempi (Fig. 2).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen verkkoliitäntälaite, tunnettu siitä, että vaihtosuuntaajakytkennän kaksi kytkintä lampun toisen navan ja virtalähteen napojen välillä on korvattu kondensaattoreilla (10) (Fig. 3 ja 5).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen verkkoliitäntälaite, tunnettu siitä, että vaihtosuuntaajakytkennän kaksi kytkintä lampun toisen navan ja virtalähteen napojen välillä on korvattu säästömuuntajalla, jonka keskiulosottoon on liitetty virtalähteen toinen napa (Fig. 4).

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen verkkoliitäntälaite, tunnettu siitä, että takaisinkytkennässä käytetään lampun läpi kulkevan virran mittaussuureen suodatus-aikavakiota.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen verkkoliitäntälaite, t u n - n e t t u siitä, että purkauslampun (1) sytyttämiseksi lampun rinnalle on kytketty erillinen sytytyselementti esim. (9; 13). 7 63314

6 63314

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen verkkolii-täntälaite, jossa kytkiminä ovat transistorit, tunnettu siitä, että takaisinkytkentäsäätöyksikkönä toimivaan transistorien (3, 5) ohjausjännitteen säätöyksikköön (8) liittyy laite (12) lampun (1) virran asettelemiseksi valaistuksen säätöä varten. e 63314