PL183316B1

PL183316B1 - Układ do zapłonu i uruchamiania wysokociśnieniowych lamp wyładowczych

Info

Publication number: PL183316B1
Application number: PL97324113A
Authority: PL
Inventors: Oscar J. Deurloo; Franciscus H.T. Lammers
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2002-06-28
Also published as: PL324113A1; CA2225320A1; JPH11508401A; JP3842823B2; DE69707809D1; US5909089A; ATE208122T1; CN1137608C; EP0839437A1; DE69707809T2; CN1195464A; MX9800250A; WO1997039605A1; TW347643B; EP0839437B1; KR19990023026A; ID16621A

Abstract

Uklad do zaplonu i uruchamiania wysoko- cisnieniowych lamp wyladowczych zaopatrzony w zaciski wejsciowe do dolaczenia zródla zasilajace- go, zaciski wyjsciowe do dolaczenia lampy, srodek komutacyjny do uruchamiania lampy przy jej napie- ciu nominalnym (VI a) podczas pracy ustalonej i do generowania napiecia otwarcia (Vo) na zaciskach wyjsciowych przed zaplonem lampy, srodek zaplo- nowy do wytwarzania impulsu napiecia zaplonowe- go, kiedy napiecie na zaciskach wyjsciowych osiaga wartosc napiecia progowego (Vi), uklad sterujacy, do sterowania srodka komutacyjnego, znamienny tym, ze uklad sterowania zawiera srodki do ograniczania napiecia na zaciskach wyjsciowych do pewnej war- tosci (Vb), spelniajacej zaleznosc V1a < Vb < Vi. FIG. 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do zapłonu i uruchamiania wysokociśnieniowych lamp wyładowczych zaopatrzony w:

- zaciski wejściowe do dołączenia źródła zasilającego,

- zaciski wyjściowe do dołączenia lampy,

- środek komutacyjny do uruchamiania lampy przy jej napięciu nominalnym V1a podczas pracy ustalonej i do generowania napięcia otwarcia Vo na zaciskach wyjściowych przed zapłonem lampy,

- środek zapłonowy do wytwarzania impulsu napięcia zapłonowego, kiedy napięcie na zaciskach wyjściowych osiąga wartość napięcia progowego Vi,

- układ sterujący, do sterowania środka komutacyjnego.

Tego rodzaju układ znany jest z opisu EP 0401931 = US 5,068,572. Ten znany układ nadaje się do zapłonu i uruchamiania między innymi wysokociśnieniowych lamp sodowych i lamp z halogenkami metali. Lampy te są zwykle zaopatrzone w naczynie wyładowcze, w którym podczas pracy utrzymuje się wyładowanie elektryczne, i które jest zamknięte, z zachowaniem pewnej przestrzeni pośredniczącej, w innej bańce. Te lampy wymagają wysokonapięciowego impulsu zapłonowego (powyżej kilku kV). Środek zapłonowy zostaje uruchomiony włączeniem napięcia otwarcia Vo, takim, że Vo > Vi i spowodowaniem wystąpienia impulsu napięcia zapłonowego. Po zapłonie lampy spadek napięcia na lampie zmniejsza się szybko do około dziesięciu woltów. W miarę powstawania w lampie stabilnego wyładowania, napięcie na lampie stopniowo wzrasta do napięcia lampy V1a odpowiadającego stabilnej pracy lampy. Konstrukcja układu jest dobrana tak, że napięcie V1a jest mniejsze, niż napięcie Vi, które z kolei jest mniejsze od napięcia otwarcia Vo.

Obwód sterowania układu zapewnia pracę środka komutacyjnego jako sterowanego generatora prądowego w ustalonym stanie pracy lampy. Dzięki temu osiąga się niepowtarzanie impulsów zapłonowych, kiedy napięcie na zaciskach przyłączeniowych spada do napięcia lampy V1a lub poniżej.

Generowanie impulsów zapłonowych w dłuższym czasie jest niepożądane, gdyż stanowi pewne obciążenie. Zatem często w literaturze spotyka się sugestię ograniczania działania środka zapłonowego przez jego wyłączanie po upłynięciu pewnego okresu czasu.

Ma to jednakowoż szereg wad:

- na zaciskach wyjściowych jeszcze nie zapalonej lamy utrzymuje się stosunkowo wysokie napięcie otwarcia Vo,

- po zapłonie lampy, środek zapłonowy na przykład pod koniec okresu trwałości generuje impulsy zapłonowe po zgaśnięciu lampy. Zwłaszcza wysokociśnieniowe lampy ha183 316 logenkowe sodowe i lampy z halogenkami metali pod koniec okresu trwałości charakteryzują się tym, że zapałają się ponownie podczas przykładania impulsów zapłonowych po zgaśnięciu i ostygnięciu. Powoduje to charakterystyczne migotanie lamp, i stwarza nieprzyjemne wrażenie, lecz najczęściej oddziałuje również szkodliwie na układ powodując zwykle znaczne promieniowanie zakłóceń (radioelektrycznych itp.).

Celem wynalazku jest opracowanie środka wyeliminowania tego rodzaju wady.

Zatem, według wynalazku, układ rodzaju wspomnianego w rozdziale wstępnym charakteryzuje się tym, że układ sterowania zawiera środki do ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych do pewnej wartości Vb, takiej, że spełniona jest następująca zależność

V1a< Vb< Vi.

Dobór napięcia na poziomie niewiele większym od nominalnego napięcia lampy, korzystnie, powoduje stłumienie generacji impulsów napięcia na tej samej zasadzie, zarówno w przypadku niepoprawnie startującej lampy, jak i w przypadku lampy, która osiągnęła kres trwałości. Dodatkowa zaleta polega na tym, że nie może powstać wyładowanie w bańce zewnętrznej, w przypadku przeciekania naczynia wyładowczego, dzięki czemu zapobiega się powstaniu sytuacji niebezpiecznych. Specjalnie korzystna odmiana wykonania środków ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych obejmuje stosowanie bloku czasowego, który po zadanym z góry okresie czasu przeprowadza układ sterujący w stan, w którym napięcie występujące na zaciskach wyjściowych jest ograniczane do wartości Vb. Korzystne jest, jeżeli blok czasowy dołączony jest tak, że następuje jego skasowanie po dołączeniu do źródła zasilania. Korzystne jest, jeżeli do bloku czasowego dołączony jest buforowy układ napięciowy, w celu zapobieżenia kasowaniu bloku czasowego również w warunkach wystąpienia krótkiej przerwy w dostarczaniu napięcia zasilającego ze źródła zasilania. Układ ten może być na przykład układem RC. W charakterze sterowanego generatora prądowego nadaje się stabilizator impulsowy czyli przetwornik Bucka.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został pokazany na rysunku, na którym fig. 1 prr^c^c^stt^awi^ idad do zapłonu i muchEaniimia \wyokociśmeniowej lmnpy wyładowczej, fig. 2 - ssczegółowo śśodek komutacyjny układu z fig. 1, ifig- 3 - bardziej rrodki ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych układu, natomiast fig. 4 przedstawia bardziej szczegółowo pewną odmianę środków z fig. 3.

Na fig. 1 przedstawiono budowę układu do zapłonu i uruchamiania wysokociśnieniowej lampy wyładowczej, zaopatrzonego w:

- zaciski wejściowe 3 do dołączenia źródła zasilania,

- zaciski wyjściowe 2 do dołączenia lampy 3,

- środek komutacyjny II do uruchamiania lampy przy nominalnym jej napięciu V1a podczas stabilnej pracy lampy i do generowania napięcia otwarcia Vo na zaciskach wyjściowych przed zapłonem lampy. Układ jest również zaopatrzony w środek komutacyjny III do okresowej zmiany kierunku przepływu prądu przez lampę, i w stabilizator wstępny I, do wytwarzania napięcia DC, służący do zasilania środka komutacyjnego II. Środek komutacyjny zawiera również środek zapłonowy (nie pokazany szczegółowo) do wytwarzania impulsu napięcia zapłonowego, kiedy napięcie na zaciskach wyjściowych osiąga wartość progową Vi.

Struktura układowa zaopatrzona jest ponadto w układ sterujący IV, do sterowania środkiem komutacyjnym, i w środki V do ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych do wartości Vb spełniającej zależność

V1a< Vb< Vi.

W korzystnej odmianie wykonania środki komutacyjne skonstruowane są w postaci stabilizatora impulsowego, czyli przetwornika Bucka, szczegółowo przedstawionego na fig. 2. Na fig. 2 A i B są to punkty połączeniowe między środkiem komutacyjnym a stabilizatorem wstępnym I, a C i D stanowią punkty połączeniowe ze środkiem komutacyjnym III. Stabilizator impulsowy zawiera sterowany klucz tranzystorowy 10, indukcyjność 11 i diodę usprawniającą 12. Stabilizator jest poza tym zaopatrzony w kondensator 13 do zmniejszania pre:ydźwięku napięcia między punktami połączeniowymi C, D. Elektroda sterująca 101 klucza 10 dołączona jest do wyjścia 41 układu sterującego IV. Układ sterujący ma wejście 42 do detekcji sygnału Sv, który jest proporcjonalny do napięcia na zaciskach wyjściowych, oraz wejście 43 do detekowania sygnału Si, który jest proporcjonalny do prądu lampy i powstaje na niewielkiej,

183 316 korzystnie omowej, impedancji Z. Sygnał Sv porównywany jest z napięciem odniesienia Vref. Wynik tego porównania przekazywany jest do sterownika 45 bramki. Sygnał Si przepuszczany jest przez integrator 44A do modUlatora szerokości impulsów (PWM- Pulse Width Modulator) 44, który z kolei przesyła sygnał komutacji do sterownika 45 bramki. Sygnał sterujący generowany w sterowniku 45 bramki przekazywany jest do elektrody 101 przez wyjście 41.

Napięcie odniesienia Vref stanowi część środków ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych do wartości Vb takiej, że zachodzi zależność

V1a< Vb < Vi.

Środek V przedstawiono bardziej szczegółowo na fig. 3. Napięcie odniesienia Vref powstaje w punkcie połączeniowym 52 z napięcia pomocniczego V za pomocą układu 50 dzielnika napięcia. W jednej z gałęzi układu 50 dzielnika napięcia, która dołączona jest do punktu połączeniowego 52, po jednej jego stronie włączony jest klucz 51. Klucz 51 bocznikuje część impedancji wchodzącej w skład układu dzielnika napięcia. W przedstawionej odmianie wykonania, klucz umieszczony jest w gałęzi między punktem połączeniowym 52 a ziemią. Przy zwieraniu klucza następuje obniżenie napięcia w punkcie połączeniowym 52 w stosunku do wartości przy rozwartym kluczu 51. Niskie napięcie w punkcie połączeniowym 52 oznacza niską wartość napięcia odniesienia Vref, co powoduje takie sterowanie kluczem półprzewodnikowym w sterowniku bramkującym, że napięcie na zaciskach wyjściowych struktury układu zostaje ograniczone do wartości stosunkowo niewielkiej. Na fig. 4 przedstawiono dokładniej jedną z odmian wykonania środka V z fig. 3. Klucz utworzony jest przez szeregowe połączenie diody 55, bloku czasowego 500, układu 53 buforowania napięcia, i punktu połączeniowego 54 do dołączenia napięcia zasilającego bloku czasowego. Klucz 51 działa w sposób następujący. W momencie podania napięcia zasilającego do punktu połączeniowego 54 napięcie przedostaje się do zacisku wejściowego 501 bloku czasowego 500 powodując skasowanie tego bloku czasowego. Wynikiem tego jest występowanie stanu wysokiego sygnału na zacisku wyjściowym 502 bloku czasowego. Odpowiada to stanowi stosunkowo wysokiego napięcia w punkcie połączeniowym 52. Po upływie okresu, na który został ustawiony blok czasowy, następuje przełączenie bloku czasowego i napięcie na zacisku wyjściowym 502 staje się małe, tak że napięcie w punkcie połączeniowym 52 staje się również małe.

W praktycznej realizacji układowej według opisanej odmiany wykonania, układ ten nadaje się do zapłonu i uruchamiania lamp z halogenkami metali, na przykład typu CDM 35W produkcji firmy Philips, o mocy znamionowej 39 W. Lampa ta ma znamionowe napięcie pracy V1a wynoszące 90 V. Przy dołączeniu źródła zasilania, na przykład źródła o napięciu 220 V, 50 Hz, to stabilizator wstępny daje napięcie DC o wartości 400 V dla środka komutacyjnego II. Napięcie otwarcia na zaciskach wyjściowych, kiedy lampa nie jest zapalona, zawiera się między 310 V a 380 V. Napięcie progowe na zaciskach wyjściowych, przy którym zapłon oznacza rozpoczęcie wytwarzania impulsów zapłonowych, wynosi 240 V.

Blok czasowy 500 utworzony jest przez układ scalony typu HEF 4541. Napięciowy układ buforowy 53 zawiera połączenie równoległe kondensatora 100 nF i diody Zenera, o napięciu Zenera wynoszącym 15 V. Za napięcie zasilania dla układu czasowego służy wyprostowane napięcie 220 V źródła zasilającego. Dla ograniczenia prądu, między punkt połączeniowy 54 a napięciowy układ buforowy włączony jest rezystor 300 kQ. Dioda 55 jest typu BAV 103, produkcji firmy Philips. Wartość Vref wynosi 3,3 V po skasowaniu bloku czasowego. Po przełączeniu bloku czasowego, po upływie co najwyżej 20 min, Vref spada do 1,5 V, co powoduje ograniczenie napięcia na zaciskach wyjściowych do wartości Vb wynoszącej co najwyżej 200 V. Jest oczywiste że przy tym spełniony jest warunek

V1a< Vb< Vi.

Blok czasowy zaprogramowany jest tak, że dokonuje przełączenia po minimum 10 min, a maksimum po 20 min. Korzystne jest dobranie tego czasu tak, aby zapewnić możliwość zapłonu lampy na gorąco. Stertowany klucz półprzewodnikowy środka komutacyjnego utworzony jest przez tranzystor MOSFET, typu STP4NA60FI produkcji firmy SGS Thomson. Sterownik bramkujący stanowi układ scalony typu IR2117 produkcji firmy Int. Rectifier. Modulator szerokości impulsów PWM 44 stanowi układ scalony, typu L6560A, produkcji firmy SGS-Thomson.

183 316

A C

-TTYJK-L.

-«F-C

3-12

Φ-13

0-D

FIG. 2

FIG. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Układ do zapłonu i uruchamiania wysokociśnieniowych lamp wyładowczych zaopatrzony w zaciski wejściowe do dołączenia źródła zasilającego, zaciski wyjściowe do dołączenia lampy, środek komutacyjny do uruchamiania lampy przy jej napięciu nominalnym (V1a) podczas pracy ustalonej i do generowania napięcia otwarcia (Vo) na zaciskach wyjściowych przed zapłonem lampy, środek zapłonowy do wytwarzania impulsu napięcia zapłonowego, kiedy napięcie na zaciskach wyjściowych osiąga wartość napięcia progowego (Vi), układ sterujący, do sterowania środka komutacyjnego, znamienny tym, że układ sterowania zawiera środki do ograniczania napięcia na zaciskach wyjściowych do pewnej wartości (Vb), spełniającej zależność V1a < Vb < Vi.