NO178090B - Drivkrets for utladningslampe, samt fremgangsmåte for drift og tenning av en slik lampe - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en drivkrets for en utladningslampe som angitt i den innledende del av patentkrav 1, samt en fremgangsmåte for drift og tenning av en slik lampe, som angitt i den innledende del av patentkrav 10. Drivkretser av den aktuelle type blir innsatt for høy-frekvensmating av gassutladningslamper.

Fra US-PS 4.298.835 er det kjent en forbedret like-spenningsregulator, som oppviser en ønsket temperaturavhengighet på 2V/°C i sin utgangslikespenning. En slik spenningsregulator er der innsatt for styring av APD'er (avalanche photodetectors), hvorved lineariseringsnettverket kan falle ut. For direkte mating av gassutladningslamper er likespenninger allikevel ikke anvendbare, da en ujevn slitasje av elektrodene ville føre til for tidlig ødeleggelse av en gassutladningslampe.

Fra den japanske A-61144000 er det kjent en styreanordning for sériekobling av to direkteoppvarmede (utladnings-) lamper. Her er.det innsatt en transformator med fem sekundærviklinger. Fire av de fem sekundærviklingene kan forbindes med de fire glødetrådene til de to seriekoblede lampene over de aktuelle strømkretser. Samtidig med påleg-gingen av forvarmespenningene blir transformatorens femte sekundærvikling parallellkoplet over kondensatoren ved hjelp av en ekstra bryter - hvilken kondensator under drift av lampene ligger i serie med denne femte sekundærvikling. Den parallell-resonanskrets som oppstår på denne måten, muliggjør en høyfrekvent svingning og en forvarming av lampens gløde-tråder. En sensor føler omgivelsestemperaturen, og gløde-trådenes forvarmetid blir endret avhengig av omgivelsestemperaturen. Etter utløpet av forvarmetiden og åpning av strømbryteren, kan lampene bli "varmstartet". En slik koblingsanordning er kostbar, og den nødvendige transformator er uønsket på grunn av sin vekt.

Fra EP 241279 er det kjent en likestrønravgivende styreanordning for en gassutladningslampe. Etter den regulerbare likestrøm-styreanordning er det koblet en topolet mekanisk omkoblingskontakt (DPDT); denne forsyner en gassutladningslampe over en bifilart viklet transformator. Tennspenningen blir innkoblet magnetisk over en ekstra vikling i den bifilare transformator. En temperatursensor i forbindelse med en mikroprosessor tillater at begynnelses-likestrømmen heves avhengig av temperaturen for så å oppnå rask oppvarming av lampen for å muliggjøre skånsom drift ved lave omgivelsestemperaturer. Etter oppvarmningsfasen er det temperatursensorens oppgave fra nå av å øve slik innflytelse på likestrømmen fra lampestyrekreten at den bestemte lampetemperaturen forblir på en forutbestemt konstant verdi.

Endelig var det tidligere vanlig ved drivkretser av det innledningsvis nevnte slag, å velge tennspenningen så høy at den alltid uavhengig av temperaturen skulle sikre tenning over hele det driftstemperaturområde som lampen skulle arbeide, dersom det ikke var forutbestemt noen temperaturavhengighet.

Det ble nå fastslått at utladningslampenes levetid blir desto kortere jo høyere den anvendte tennspenningen er. På den annen side betyr dette at utladningslampenes levetid kan forlenges hvis tennspenningen avhengig av temperaturen blir valgt lavest mulig, men minst så høy at det fremdeles sikres en sikker tenning.

Innenfor rammen av disse temperaturundersøkelsene ble det også fastslått at levetiden for en indirekte eller direkte oppvarmet utladningslampe kan forlenges ved at ved forskjellige temperaturer kan det anvendes tilsvarende andre forvarmespenninger, hvis verdier kan finnes eksperimentelt.

Ifølge en eldre, men allikevel ikke utlagt norsk patentsøknad 89.1602 tilhørende søker, blir det ved hjelp av en skalverdi-giver fastsatt en temperatur-uavhengig tennspenning, hvilken skalverdi-giver tilfører skalverdien til en regulator, som på sin side mottar et erverdi-signal fra en spenningsdeler som er koblet parallelt med lampen. Regulatoren produserer et reguleringssignal som blir tilført en prosessor som på sin side produserer et styresignal for frekvensstyring av vekselspenningsgeneratoren. Skalverdi-giveren produserer videre en skalverdi for forvarmespenningen, som så blir regulert på samme måte som tennspenningen. Prosessoren arbeider etter et bestemt tidsprogram. Under en forvarmefase styrer den vekselspenningsgeneratorens frekvens, hvilken generator består av en likeretter som kan forbindes med vekselstrømnettet, og en vekselretter koblet etter likeretteren, slik at vekselretteren produserer en utgangsspenning med høyere frekvens. Vekselretterens belast-ningskrets består av en seriekobling av en drossel og en kondensator koblet parallelt med lampen. Den frekvens som er produsert under forvarmefasen, er så høy at det flyter en glødestrøm gjennom lampens glødetråder, hvorved det allikevel ikke opptrer noen resonansspenningsforhøyelse på kondensatoren, som ville hatt tenning av lampen til følge. Vekselretterens frekvens under denne forvarmeperiode blir bestemt av den faste skalverdi for forvarmingen. Etter at den forvarmeperiode som er bestemt av prosessoren er avsluttet, blir vekselretterens frekvens senket i retning mot resonansfrekvensen, som hovedsakelig blir bestemt av drosselen og kondensatoren. Derved opptrer det en resonans-spennings-forhøyelse på kondensatoren, hvilken resonans-spennings-forhøyelse fører til tenning av rørene. Den frekvens som bestemmer rørenes tennspenning, er forutbestemt av den ovennevnte faste tennspennings-skalverdi.

Ifølge DE-OS 33 38 464 er det også kjent, istedenfor eller i tillegg til frekvensen til vekselretterens utgangssignal, også å endre dennes pulsforhold, for å kunne drive lampen ved bestemte karakteristiske verdier.

Fra DE 3208607, som tilhører herværende søker, er kjent en drivkrets hvor forvarmespenning og tennspenning blir bestemt ut fra frekvensen i avhengighet av lampetemperaturen. Denne kjente drivkretsen viser imidlertid ikke det trekk at tennspenningen skal ha et minimum i avhengighet av lampens eller omgivelsenes temperatur, og en forutbestemt, første karakteristisk temperatur som defineres av lampetypen.

Videre er det fra US-patent nr. 4396872 kjent en drivkrets for høyeffekts-gassutladningslamper, som er tilveiebrakt for innsetting i veksthus. Kretsutlegget i denne anordningen er slik at plantene som befinner seg i veksthuset så hurtig som mulig skal få optimale omgivelsesbetingelser. I denne hensikt overvåkes lyset og temperaturen i veksthuset, og også lyset og temperaturen for hver enkelt lampe. Da de ønskede lys- og temperaturforhold for plantene ikke er oppnåelige i lampenes oppvarmingsfase, må lampene så raskt som mulig overføres fra oppvarmingsfasen til normaldrifts-fasen. Dette oppnås ved utforming av lampestrømmens pulsforhold. Så snart lampen har nådd en tilstrekkelig temperatur, hvilket formidles via tilsvarende sensorer, innstilles pulsforholdet på en verdi som tilsvarer normaldrift.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å forlenge lampens levetid.

Denne oppgaven er ifølge oppfinnelsen løst slik som angitt i den karakteriserende del av henholdsvis patentkravene 1 og 10.

Grunntanken for oppfinnelsen er altså å gjøre lampens karakteristika, som f.eks. forvarmespenningen og/eller tennspenningen, avhengig av temperaturen på slik måte at det gir mest mulig skånsom behandling av lampen såvel som av de perifere byggelementer.

En enkel mulighet for gjennomføring av den foran beskrevne løsning kan med drivkretsen ifølge søkerens eldre norske patentsøknad 89.1602 bestå i at det til erverdi-giveren for lampespenningen, som i søknaden er utformet som en med lampen parallellkoblet spenningsdeler, i det minste tilføyes ett temperaturavhengig byggelement som virker på slik måte at lampens erverdi-spenning som begynner på en normal-temperatur, i det minste blir senket ned til lavere temperaturer.

En annen utførelse av løsningen ifølge oppfinnelsen kan bestå i at skalverdi-giveren blir tilført et temperatursignal fra en temperaturføler, og at det i skalverdi-giveren eller i lageret til en prosessor som er forbundet med denne, er lagret forskjellige temperaturavhengige skalverdier som i samsvar med det tilførte temperatursignal, blir fremkalt og avgitt via skalverdi-giveren, henholdsvis prosessoren.

En slik temperaturavhengig ettertilførsel av skalverdi kan sammenfattes til en kontinuerlig funksjon både for forvarme-spenning/strømmen og for tennspenningen. Det har vist seg å være spesielt fordelaktig med et temperaturavhengig forløp som funksjon for tennspenningen (den spenning som i rørenes tennøyeblikk ligger mellom de oppvarmede eller uoppvarmede elektroder), hvilket forløp ved ca. +30°C oppviser et minimum, og som stiger mot høyere og lavere temperaturer. Det er oppnådd et fordelaktig forløp for forvarmespenning/strøm til en direkte eller indirekte oppvarmet gassutladningslampe, hvor forløpet opp til ca. 30°C oppviser en konstant, forutbestemt verdi, og over +30°C faller monotont (f.eks. hyperbolsk eller e-funksjonsmessig), på slik måte at selv om forvarmespenningen faller med stigende temperatur, vil verdien ved høyere omgivelsestemperaturer allikevel aldri falle under en forutbestemt minimumsverdi.

For indirekte eller direkte oppvarmede

gassutladningslamper (med varmstart) kan tennspennings- og forvarmespenning/strøm-avhengigheten settes felles. Når det anvendes uoppvarmede gassutladningslamper (kaldstart), så bortfaller forvarmespenningens temperaturavhengighet. Da blir bare tennspenningen regulert, henholdsvis styrt avhengig av omgivelsestemperaturen.

Omgivelsestemperatur kan i forbindelse med oppfinnelsen for det første være den faktiske utetemperaturen, dvs. lufttemperaturen i en bestemt avstand fra utladningslampen. Den kan også direkte gjelde lampetemperaturen i dennes nærmeste omgivelser eller direkte på lampen når lampen i drift er sterkt oppvarmet, f.eks. på grunn av kraftig kapsling eller manglende luftsirkulasjon.

I det følgende skal utførelseseksempler beskrives i forbindelse med tegningene.

Figur 1 viser en første praktisk utførelsesform.

Figur 2 viser en andre praktisk utførelsesform.

Drivkretsen ifølge figur 1 består av en likeretter 1 som er forbundet med vekselstrømnettet. Etter likeretteren er det koblet en vekselretter 2 med styrbar frekvens. Vekselretterens 2 lastkrets er dannet av en seriekobling bestående av en drossel 3, en kondensator 4 og en ekstra kondensator 10. Utladningslampen 10 er koblet parallelt med ekstrakonden-satoren 10. Drosselen 3 tjener til begrensning av lampe-strømmen når lampen 9 har tent. Kondensatoren 4 tjener til likestrømfrakobling mellom utladningslampen 9 og vekselretteren 2. Drosselen 3, kondensatoren 4 og kondensatoren 10 danner en serieresonanskrets. Da kondensatoren 4 har en vesentlig høyere kapasitans enn kondensatoren 10, bestemmes serieresonanskretsens resonansfrekvens hovedsakelig av drosselen 3 og kondensatoren 10.

En spenningsdeler bestående av to motstander 7,8 er koblet parallelt med lampen 9. En erverdi-spenning blir avledet fra mellomverdien til denne spenningsdeler 7,8. Erverdi-spenningen blir tilført til en styrespenningsdel 14. Styrespenningsdelen har en skalverdi-giver 13. I skalverdi-giveren 13 er det fastsatt en skalverdi UH for forvarmespenning og en skalverdi Uz for tennspenning. Begge disse skalverdier blir tilført til en regulator 12. Regulatoren 12 får dessuten erverdi-spenningen UL (V). Regulatoren 12 produserer et reguleringssignal, hvilket signal blir ført til en prosessor 11. Prosessoren 11 produserer et signal for frekvensstyring av vekselretteren 2.

I prosessoren 11 er det lagret et tidsprogram. Prosessoren 11 styrer vekselretteren 2 etter dette program først under en forvarmeperiode slik at vekselretteren 2 produserer en utgangsspenning med en frekvens som ligger så meget høyere enn serieresonanskretsens resonansfrekvens at det på kondensatoren 10 fremdeles ikke opptrer noen resonans-spenningsforhøyelse. Under denne forvarmefase blir bare lampens 9 glødetråder 15,16 forvarmet. Spenningen som synker over kondensatoren 10 og som bestemmer forvarmingen av glødetrådene 15,16, avhenger av vekselretterens 2 frekvens. Denne frekvens blir igjen bestemt av den skalverdi UH som er avgitt fra skalverdi-giveren 13. På grunn av forvarmingen blir lampens 9 levetid forlenget.

I overensstemmelse med det tidsprogram som er lagret i prosessoren 11, slutter tennfasen seg til forvarmefasen. I tillegg senker prosessoren 11 vekselretterens 2 frekvens i retning ned mot serieresonanskretsens resonansfrekvens. Den nøyaktige frekvens under tennfasen blir bestemt av den skalverdi Uz som blir avgitt fra skalverdi-giveren. Den frekvens som blir produsert av vekselretteren 2 bevirker at det opptrer en resonans-spenningsforhøyelse på kondensatoren 10. Denne resonans-spenningsforhøyelse fører til tenning av lampen 9. Resonans-spenningsforhøyelsen er allikevel bare valgt tilstrekkelig høy til at lampen 9 tenner bare akkurat ved en bestemt temperatur. For å garantere dette er det parallellkoblet en seriekobling av motstandene 5 og 6 til motstanden 7 i spenningsdeleren 7,8. Motstanden er en temperaturuavhengig motstand, mens dens resistans synker når temperaturen stiger. Derved sikres at erverdi-spenningen UL, som blir ført til regulatoren 12, er temperaturavhengig. I foreliggende tilfelle blir erverdi-spenningen UL nedsatt ved fallende temperatur. Resultatet er at ved fallende temperatur nærmer vekselretterens 2 ^frekvens seg ytterligere til resonansfrekvensen, hvorved resonans-spenningsforhøyelsen på kondensatoren 10 blir større. På denne måten blir det altså tatt nødvendig hensyn til at lampen 9 faktisk behøver høyere tennspenninger ved lavere temperaturer for å tenne.

Utførelsesformen ifølge figur 2 adskiller seg fra den på figur 1 ved at erverdi-spenningen UL som er avledet fra den av motstandene 7,8 dannede spenningsdeler, er temperatur-uavhengig. Istedet er det i skalverdi-giveren 113 lagret tabeller med bestemte karakteristika for lampen avhengig av temperaturen. I foreliggende tilfelle er disse forvarmespenningen UH (V) og tennspenningen Uz (-7) . Til skalverdi-giveren 113 blir det ført et temperatursignal fra en temperaturføler 115, hvilket temperatursignal påvirker skalverdigiveren 113 til å avgi den tilsvarende tabellverdi til regulatoren 12 ved den aktuelle temperatur. Det ligger klart i dagen at ved denne utførelsesformen av tempertur-avhengigheten til lampens karakteristika, som ikke oppviser noe lineært forhold, kan det oppnås gustigere forhold enn ved utførelsesformen ifølge figur 1.

Claims (10)

1. Drivkrets for en utladningslampe (9), med en veksel-spenningsgenerator (2) i hvis lastkrets det ligger en seriekobling omfattende i det minste en reaktans (3, 4) og lampen (9), og med en styrekretsdel (14) for styring av frekvensen og/eller pulsforholdet til vekselspenningsgeneratorens (2) utgangssignal, karakterisert ved at styrekretsdelen (14) i avhengighet av omgivelsestemperaturen utvelger og innstiller de frekvenser som er bestemmende for lampens (9) karakteristiske verdier, så som frekvensen som bestemmer lampens forvarmespenning og/eller frekvensen som bestemmer lampens tennspenning, og/eller tilsvarende pulsforhold, slik at tennspenningen (Uz), avhengig av lampens eller omgivelsenes temperatur (6), har en minimumsverdi ved en forut valgt, første karakteristisk temperatur som avhenger av lampetypen.

2. Drivkrets ifølge krav l, karakterisert ved at styrekretsen omfatter en skalverdi-giver (13) for bestemte karakteristika for lampen, så som lampestrømmen eller lampespenningen, og en regulator (12) som blir tilført både skalverdiene og erverdiene fra en med lampen forbundet erverdi-giver (5, 6, 7, 8), hvilken regulator derav produserer et reguleringssignal for frekvensstyring av vekselspenningsgeneratoren, idet erverdi-giveren (5,6,7,8) inneholder minst ett temperaturavhengig byggelement (6).

3. Drivkrets ifølge krav 2, karakterisert ved at erverdi-giveren (5,6,7,8) er en spenningsdeler som er koblet parallelt med lampen, hvilken spenningsdeler leverer en erverdi-spenning som tilsvarer den aktuelle lampespenningen, begynnende fra en normaltemperatur, og at det temperaturavhengige byggelement (6) virker og er anordnet slik at erverdi-spenningen, begynnende fra en normaltemperatur, nedsettes ved lavere temperaturer.

4. Drivkrets ifølge krav 1, karakterisert ved at styrekretsen omfatter en skalverdi-giver (13) for bestemte karakteristika, så som lampestrømmen eller lampespenningen, og en regulator (14) som blir tilført både skalverdiene og erverdiene fra lampen, og hvilken regulator derav produserer et reguleringssignal for frekvensstyring av vekselspenningsgeneratoren, hvorved skalverdi-giveren (13) blir tilført et temperatursignal fra en temperatur-føler (115), og hvor det i skalverdi-giveren (13) eller i minnet til en med denne forbundet prosessor (11) er lagret forskjellige temperaturavhengige skalverdier som i overensstemmelse med det tilførte temperatursignal blir fremkalt og avgitt via skalverdi-giveren (13) henholdsvis prosessoren (11).

5. Drivkrets for en utladningslampe ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at vekselspenningsgeneratoren består av en likeretter (1) som kan forbindes med vekselstrømnettet, og en styrbar vekselretter (2) koblet etter likeretteren.

6. Drivkrets ifølge krav 4, karakterisert ved at de forskjellige skalverdier for forvarmespenning (UH), forvarmestrøm (IH) og/ eller tennspenning (Uz) som er avhengige av lampens (9) temperatur eller av omgivelsestemperaturen ( ti), er forutbestemt som en kontinuerlig temperaturavhengig funksjon av skalverdi-giveren.

7. Drivkrets ifølge krav 1, 2 eller 4, karakterisert ved at frekvensene som er bestemmende for lampens (9) karakteristika, er lampespesifikke, så som at de er avhengige av nominell ytelse, og lampetype eller av omgivelsene.

8. Drivkrets ifølge krav 1, 2 eller 4, karakterisert ved at tennspenningen (Uz) oppviser et minimum, især ved 30°C, og forløper hovedsakelig symmetrisk mot høyere og lavere temperaturer.

9. Drivkrets som angitt i krav 1, 2 eller 4, karakterisert ved at forvarmespenningen (UH), avhengig av omgivelsestemperaturen henholdsvis lampetemperaturen (f>), begynnende fra en forutbestembar konstant verdi, faller fra en andre forutbestembar karakteristisk temperatur med stigende temperatur og forblir på en temperatur-uavhengig minimumsverdi fra en forutbestembar tredje karakteristisk temperatur.

10. Fremgangsmåte for drift og tenning av en utladningslampe, hvilken utladningslampe er forbundet med en induktans (3) og en kapasitans (4) i en serie-resonanskrets og hvor lampens glødetråder er forbundet over en parallell-glødekondensator (10), hvorved serie-resonanskretsen blir tilført et utgangssignal som varierer i frekvens og pulsforhold, karakterisert ved at glødetrådstrømmen (UH, IH) og tennspenningen (Uz) avhengig av lampe- eller omgivelsestemperaturen (d), forutbestemmes uavhengig av hverandre, ved at den karakteristiske forvarmestrøm (IH/uh) hovedsakelig blir bestemt ut fra utgangssignalets pulsforhold og den karakteristiske tennspenningen (Uz) hovedsakelig blir bestemt ut fra utgangssignalets frekvens, slik at tennspenningen (Uz), avhengig av lampetemperaturen henholdsvis omgivelsestemperaturen (tr) , oppviser et minimum ved en forutbestemt, lampetype-avhengig første karakterisk temperatur.