HU199201B - Circuit arrangement for the ignition and feeding of gas-discharge lamps - Google Patents

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés gázkisüló lámpa gyújtására és táplálására, amelynek váltakozó feszültségű tápforrás csatlakozása van, és amelyben egy egyenirányító híd egy egyen-egyen átalakítóra csatlakozik, az egyen-egyen átalakítóban egy egyenirányító eszközt, egy tekercset, valamint egy meghajtó áramkörrel csatolt, nagyfrekvenciával kapcsolt félvezető kapcsolóelemet tartalmaz, az egyen-egyen átalakító egy nagyfrekvenciás egyen-vóltó átalakító bemenetére csatlakozik, amely a lámpát is magába foglalja, és amely félvezető kapcsolóelemeket, a bemeneti csatlakozók közé iktatott kondenzátort, valamint egy, az egyen-váltó által felvett áramot mérő, és az egyik bemeneti csatlakozó és az egyen-váltó átalakító egyik félvezető kapcsolóeleme közé iktatott érzékelőt tartalmaz.

Egy ilyen kapcsolási elrendezés ismeretes a 2 016 222 A számú, közzétett GB szabadalmi bejelentésből.

Ez a szabadalmi bejelentés egy olyan tápegység áramkörét ismerteti, amely egy egyen-egyen konvertert tartalmaz, amely egy továbbító konverter, és amely egy nagyfrekvenciás egyen-váltó konverterre van csatlakoztatva. Az egyen-egyen átalakító áramforrásként szolgál egy nagyfrekvenciás kapcsoló egyen-váltó átalakítóhoz. Ez utóbbi átalakító a lámpát négyszögalakú árammal táplálja. Az, áramkör tartalmaz további egy érzékelőt is, amelynek segítségével a lámpán átfolyó áram erőssége mérhető, és összehasonlítható egy, az érzékelővel összekapcsolt vezérlő áramkörben egy rögzített referencia ái-ammal. A vezérlő áramkör egy meghajtóéramkörre csatlakozik, amely meghajtó áramkör egy, a továbbitó konverterben lévő félvezető kapcsolóelem meghajtását biztosítja, és a vezérlő áramkör biztosítja, hogy kapcsolóelem vezető és nem-vezető állapotba váltson át oly módon, hogy a lámpa áramerőssége egy előre meghatározott értékű legyen.

Ennek az ismert áramkörnek azonban az a hátránya, hogy a lámpa által felvett teljesítmény, és ily módon a kibocsátott fény lecsökken akkor, amikor a lámpa egy viszonylag alacsony lámpafeszültségen működik például öregedés következtében vagy kisnyomású higanygőz kisülő lámpa esetén viszonylag meleg környezetben történő működtetés esetén. Abban az esetben is, amikor az áramkörbe egy nemesgáz keveréket tartalmazó kisnyomású higanygőz kisülő lámpát helyezünk, amely lámpa kisülő edényében lévő keverék összetétele eltér a hagyományos összetételtől, amikor is a működési feszültség eltérő, azt találtuk, hogy az ilyen lámpa fénykibocsátása megengedhetetlenül alacsony szintre csökken.

A találmány elé célul tűztük ki a fenti hátrányok kiküszöbölését egy olyan kapcsolási elrendezéssel, amellyel a lámpa teljesítményfelvétele a teljes működési idó alatt lényegében mindig állandó.

A kitűzött célt a bevezetőben körülirt, kisülő lámpa gyújtására és táplálására szol5 gáló kapcsolási elrendezéssel úgy értük el, hogy a kisülő lámpa egy frekvenciafüggó impedanciával sorba van kapcsolva, az egyen-egyen átalakító félvezető kapcsolóelemének meghajtó áramköre egy vezérlő áramkörhöz 0 csatlakozik és egy kondenzátorral van párhuzamosan kapcsolva, a kondenzátoron lévő feszültséget a félvezető kapcsolóelem vezetési periódusai frekvenciájának beállításával egy meghatározott értékre állítjuk, továbbá az 5 érzékelő egy második vezérló áramkörre van vezetve, amely az egyen-váltó átalakító félvezető kapcsolóelemei meghajtó áramkörére csatlakozik, amellyel az egyen-váltó átalakító kapcsolóelemei vezető állapotának frekvenciául ja és/vagy periódusideje, és ezzel együtt a lámpa teljesítményfelvétele beállítható.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezésben működés közben állandó egyenfeszültséget tudunk egy kondenzátoron előállii tani, am.ely kondenzátor a bemeneti csatlakozók közé van iktatva, és amely állandó feszültséget úgy állítjuk elő, hogy az egyen-egyen átalakítóban lévő félvezető kapcsolóelem vezetési periódusának frekvenciáját megfelelően választjuk meg. Az egyen-váltó átalakítóban lévő félvezető kapceolóelem vezetési időtartamának és frekvenciájának megfelelő megválasztásával a kondenzátorból kivett áram, lényegében állandó értéken tart3 ható az érzékeld és az ehhez kapcsolódó vezérlő áramkör segítségével. (A kondenzátor az energiát az egyen-egyen átalakítón keresztül kapja a hálózat). A kondenzátorból kivett teljesítmény és ezzel együtt a lámpa által felvett teljesítmény ekkor szintén állandó, mivel a lámpával sorosan kapcsolt impedancia nagysága a vezérlő frekvenciával változik. A kapcsolóelemek, a lámpával sorba kapcsolt tekercs és az érzékelő vesztesége ekkor a lehető legkisebb.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezésben alkalmazott lámpa fénykibocsátása előnyös. Abban az esetben is, amikor a lámpa feszültsége csökken a lámpa öregedése so3 rán, a lámpa által kibocsátott fény állandó értékre stabilizálható.

A találmány szerinti megoldás különösen előnyösen alkalmazható kisnyomású higanygőz kisúlő lámpáknál, amelynél a működési fe5 szültség változik a kisülő ceőben fellépő hőmérsékletváltozások következtében. A kompakt fluoreszcens lámpák működése közben, ' amelyek kisülő csövét egy külső bura veszi körül, a működési feszültség csökkenése 3 könnyen bekövetkezik a kisülő lámpa környezetében fellépő hömérsékletnövekedés következtében. A találmány ezerinti kapcsolási elrendezés ezért nagyon alkalmas ilyen kompakt fluoreszcens lámpák esetén. A találmány 5 szerinti kapcsolási elrendezés lehetővé teszi, 3

-2HU 199201 Β hogy a lámpa teljesítményfelvételét széles hőmérséklettartományon belül állandó értéken tartsuk.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lehetővé teszi, különböző típusú, azonos teljesítményű lámpák alkalmazását.

A találmány szerinti megoldás egy előnyös kiviteli alakja szerint az egyen-egyen átalakító félvezető kapcsolóelemének kapcsolási frekvenciája, valamint az egyen-váltó átalakító kapcsolóelemének kapcsolási frekvenciája egymással egyenlő, vagy egymásnak többszöröse.

Az egyen-váltó átalakító bemeneti csatlakozásai közé iktatott kondenzátoron átfolyó áramok ekkor egymást teljesen vagy részben kiegyenlítik. A kapacitás-terhelése ekkor viszonylag kicsi, ami előnyösen befolyásolja ennek az elemnek az élettartamát.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy lehetséges kiviteli alakjánál a kondenzátoron lévő feszültség az egyen-egyen átalakító félvezető kapcsolóeleme vezető állapota frekvenciájának és periódusidejének változtatásával folyamatosan állítható, ily módon a lámpa teljesítményfelvétele beállítható. Egy szabályozott átalakító alkalmazásával, mint amilyen az egyen-egyen átalakító, a felhasználó beállíthatja a kondenzátor feszültségét egy kívánt értékre, ily módon a lámpa fénye tompítható. Eközben a kondenzátorból kivett áram azonban változatlanul állandó értékű marad. A kondenzátoron lévő egyenfeszültség arányos a tompított fényű lámpa teljesítményfelvételével. A lámpa fényének az egyen-egyen átalakító kapcsolóelemének segítségével történő tompításának az az előnye, hogy a kapcsolóelemekben, valamint az egyen-váltó átalakítóban lévő tekercsben fellépő teljeeitményveszteségek viszonylag alacsonyak a fénytompitás közben.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezést az alábbiakban, egy a mellékelt rajzon is bemutatott kiviteli példa kapcsán ismertetjük részletesebben.

A rajzon látható cső alakú kisnyomású higanygőz 1 kisülő lámpának két előfűthető 2 és 3 elektródája van. Az 1 kisülő lámpa egy kapcsolási elrendezésbe van beiktatva, amely egy váltakozó feszültségforrásra (például 220 V váltakozó feszültség) csatlakoztatható a 4 és 5 bemeneti csatlakozókon keresztül. A 4 és 5 bemeneti csatlakozók egy 6 szűrőn keresztül egy 7 egyenirányító hidra csatlakoznak, amelynek a kimenete egy egyen-egyen átalakító 8 és 9 bemeneti csatlakozóira vannak kötve, amely átalakító egy feszültségnövelő konverter. A 8 bemeneti csatlakozó egy 10 tekercs és egy 11 egyenirányító eszköz (dióda) soros áramkörére csatlakozik. A 10 tekercs és 11 egyenirányító eszköz csatlakozási pontja egy félvezető 12 kapcsolóelem kollektorára van kötve, amelynek az emittere a 9 bemeneti csatlakozóhoz van vezetve. A jelen kiviteli alak ismertetése 4 során félvezető 12 kapcsolóelemként példaképpen tranzisztort használunk. Egy gyakorlatban megvalósított kiviteli alaknál ezek az elemek MOS-FET-ek. A 12 kapcsolóelem bázisa egy 13 meghajtó áramkörre csatlakozik, amelynek segítségével a 12 kapcsolóelem nagyfrekvenciás vezérléssel vezető és nem-vezető állapotba váltható. A 13 meghajtó áramkör egy 14 vezérlő áramkörre csatlakozik, amelyben egy referencia feszültségforrás van, ée amelynek segítségével a 12 kapcsolóelem vezető és nem-vezető időtartama . és frekvenciája befolyásolható oly módon, hogy a 16 és 17 csatlakozók közé iktatott 15 kondenzátoron stabilizált egyenfeszültség jelenjen meg. A 16 és 17 csatlakozók egy egyen—váltó átalakító bemeneti csatlakozásai, amely átalakító az 1 kisülő lámpát tartalmazza. A 16 és 17 csatlakozók közé egy 18 kondenzátor, egy a terhelő áramkört alkotó 1 kisülő lámpa (amelynek a 2 és 3 elektródáin keresztül egy párhuzamos 19 kondenzátor van) ée egy frekvenciafüggő 20 impedancia (például egy tekercs) soros kapcsolása van beiktatva. A 18 kondenzátorra, az 1 kisülő lámpával és 20 impedanciával egy első félvezető 21 kapceolóelem és egy 22 érzékelő is sorba van kötve (mely utóbbi a 15 kondenzátorból az átalakító által kivett áram mérésére szolgál, amint azt alább még részletesebben ismertetjük). Egy kondenzátor, amely a 18 kondenzátor és az 1 kisülő lámpa csatlakozási pontjára van kötve, a 22 érzékelő (amely például egy kis értékű ellenállás, egy Hall elem vagy egyenáram érzékelő) és a 21 kapcsolóelem közé van csatlakoztatva. A 18 kondenzátort, az 1 kisülő lámpát (a 19 kondenzátorral együtt) és a tekercset tartalmazó áramkörrel párhuzamosan van kapcsolva egy másik félvezető kapcsolóelem.

A 21 és 24 kapcsolóelemek egy 21a és 24a meghajtó áramkör által nagyfrekvenciával vezérelve vezető és nem-vezető állapotba váltanak váltakozva, amely 21a és 24a meghajtó áramkörök a rajzon csak vázlatosan vannak szemléltetve. A 21a ée 24a meghajtó áramkörök egymással csatolásban állnak (például egy transzformátoron keresztül oly módon, amint az például a 8 400 923 sz. közzétett holland szabadalmi bejelentés ismerteti). Ez a csatolás a rajzon csak vázlatosan van szemléltetve egy szaggatott vonal segítségével. A két félvezető 21 és 24 kapcsolóelemmel egy-egy szabadon futó 25 és 26 dióda van párhuzamosan kapcsolva (ezek egy MOS-FET-ben vannak integrálva).

A 22 érzékelő egy 27 vezérlő áramkörhöz csatlakozik, amely összehasonlítja a 22 érzékelő által mért feszültséget (és ezzel oz átalakító által felvett áramot) egy 28 áramkörben előállított referenciafeszültséggel.

A 27 vezérlő áramkör össze van kötve a 21a és a 24a meghajtó áramkörökkel, amely nem csupán a félvezető 21 és 24 kapceolóeleraek kapcsolási frekvenciáját szabályozza,

HU 199201 Β hanem szabályozza a 21 és 24 kapcsolóelemek vezető állapotának periódusidejét is. Egy ilyen periódus az az időtartam, ami alatt az illető 21 és 24 kapcsolóelem egyszer vezető és nem-vezető állapotba kerül (teljes perió- 5 dús). A 15 kondenzátorból kivett áram és ezáltal az 1 kisülő lámpa által felvett teljesítmény a 27 vezérlő áramkör segítségével állandó értéken tartható.

Az átalakító tartalmaz egy gyújtóáram- 10 kört is az átalakító nagyfrekvenciás kapcsolásának elindítására (a rajzon nincs ábrázolva). Egy ilyen áramkört ismertet a már korábban említett, közzétett 8 400 923 számú NL szabadalmi bejelentés. 15

A rajzon bemutatott kapcsolási elrendezés működése a kővetkező:

Miután a 4 és 5 bemeneti csatlakozókat hálózati feszültségre kapcsoltuk, a 15 kondenzátoron állandó feszültség jelenik meg oly 20 módon, hogy megválasztjuk a félvezető 12 kapcsolóelem vezető/nem-vezetó állapotának frekvenciáját és kitöltési tényezőjét. A 10 tekercs, 11 egyenirányító eszköz és 12 kapcsolóelem egy feszültség növelő konvertert al- 25 kot. A 15 kondenzátoron lévő feszültség nagyobb, mint a 8 és 9 bemeneti csatlakozókon lévő feszültség csúcsértéke.

Egy gyújtóáramkör segítségével (a rajzon nincs ábrázolva) az egyen-váltó átalakító 30 elindul és a 21, 24 kapcsolóelemek nagyfrekvenciával váltakozva vezető és nem-vezetó állapotba kerülnek. Az 1 kisülő lámpa teljesítményét a 15 kondenzátorból vesszük ki. Ebből a 15 kondenzátorból kivett teljesít- 35 mény a 22 érzékelő segítségével állandó értéken marad. A 22 érzékelőn mért feszültséget a 27 vezérlő áramkörben összehasonlítjuk a 28 áramkörből származó referenciafeszültséggel. Ha például az 1 kisülő lámpán lévő 40 feszültség csökken, akkor az 1 kisülő lámpa áramát növelni kell annak érdekében, hogy a lámpa teljesítményfelvételét állandó értéken tartsuk. Ez úgy valósítható meg, hogy csökkentjük a 21 és 24 kapcsolóelemek kapcsolási 45 frekvenciáját. Ekkor a 20 impedancia csökken és a 19 kondenzátor impedanciája növekszik, aminek következtében az 1 kisülő lámpa árama növekszik. Ily módon a lámpa teljesítményfelvétele állandó értéken marad. 50

Egy gyakorlati kiviteli alaknál az egyen-váltó átalakító frekvenciája hozzávetőlegesen 28 kHz. Az egyen-egyen átalakító frekvenciája 56 kHz. Az egyen-egyen átalakító szabályozott konverterként történő kialakításával a 15 kondenzátoron lévő feszültség beállítható és az 1 kisülő lámpa teljesítményfelvétele a frekvenciának vagy a kapcsolás kitöltési tényezőjének módosításával befolyásolható (tompítás).

Ha a szabályozott átalakító kitöltési tényezőjét állítjuk, és ezzel a 15 kondenzátoron lévő feszültséget egy adott kisebb értékre változtatjuk, akkor az 1 kisülő lámpa által felvett teljesítményt szabályozzuk. Azt találtuk, hogy ekkor az egyen-váltó átalakító frekvenciája lényegében állandó értéken marad. Csupán az egyen-váltó átalakítóban lévő 1 kisülő lámpa, 19 kondenzátor és 20 impedancia által alkotott középső ág feszültsége lesz kisebb a 15 kondenzátoron lévő feszültséggel arányosan. Előnyös, ha a lámpa fénytompitása a frekvencia lényeges módosítása nélkül jön létre. Ekkor a rádiófrekvenciás zavarok veszélye kisebb, mint olyan áramkörökben, amelyeknél a fény tompítását a frekvencia változtatásával érik el.

A bemutatott kiviteli alaknál a lámpa egy cső alakú kisnyomású higanygőz kisülő, lámpa, amelynek teljesítményfelvétele 32 W. A 15 kondenzátoi· értéke 47 juF mig a 19 kondenzátoré 10 nF. A 18 ' és 23 kondenzátorok kapacitása 0,5 juF.

A 10 tekercs induktivitása hozzávetőlegesen 2 mH, a 20 impedenciát alkotó tekercsé hozzávetőlegesen 3,2 mH. A 22 érzékelőt egy 0,1 Ohmos ellenállás alkotja. A 11 egyenirányító eszköz egy BYV 26c (Philips) típusú dióda. A félvezető 12, 21 és 24 kapcsolóelemeket BŰZ 76 (Philips) MOS-FET-ek alkotják. A 4 és 5 bemeneti csatlakozókra 220 V-os váltakozó, 50 Hz-es feszültséget kell kapcsolni.

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Kapcsolási elrendezés gázkisülő lámpa gyújtására és táplálására, amelynek váltakozó feszültségű tápforrás csatlakozása van, és 5 amelyben egy egyenirányító híd egy egyen-egyen átalakítóra csatlakozik, az egyen-egyen átalakítóban egy egyenirányító eszközt, egy tekercset, valamint egy meghajtó áramkörre csatolt, nagyfrekvenciával kap- 10 csőit félvezető kapcsolóelemet tartalmaz, az egyen-egyen átalakító egy nagyfrekvenciás egyen-váltó átalakító bemenetére csatlakozik, amely a lámpát is magába foglalja, és amely félvezető kapcsolóelemeket, a bemeneti csat- 15 lakozók közé iktatott kondenzátort, valamint egy, az egyen-váltó átalakító által felvett áramot mérő, és az egyik bemeneti csatlakozó és az egyen-váltó átalakító egyik félvezető kapcsolóeleme közé iktatott érzékelőt tártál- 20 máz, azzal jellemezve, hogy a kisülő lámpa (1) egy frekvenciafüggő impedenciával (20) sorba van kapcsolva, az egyen-egyen átalakító félvezető kapcsolóelemének (12) meghajtó áramköre (13) egy vezérlő áramkörhöz (14) 25 csatlakozik, és egy kondenzátorral (15) van párhuzamosan kapcsolva, továbbá az érzékelő (22) egy második vezérlő áramkörre (27) van vezetve, amely az egyen-váltó átalakító félvezető kapcsolóelemei (21, 24) meghajtó 30 áramkörére (21a, 24a) csatlakozik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés, azzal jellemezve, hogy az egyen-egyen átalakító félvezető kapcsolóelemének (12) kapcsolási frekvenciája, valamint az 35 egyen-váltó átalakító kapcsolóelemeinek (21,

   24) kapcsolási frekvenciája egymással egyenlő, vagy egymásnak többszöröse.