PL218353B1

PL218353B1 - Sposób sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej i układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej

Info

Publication number: PL218353B1
Application number: PL389856A
Authority: PL
Inventors: Piotr Adamowicz
Original assignee: Azo Digital Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2014-11-28
Also published as: CN102918931A; DE112010004753T5; BR112012012438A2; AU2010328746A1; GB2488068B; TR201206604T1; EP2510758B1; WO2011071398A2; HUE027686T2; HUP1200448A2; MX2012006579A; JP5507704B2; EA025888B1; ES2514740A2; KR101380114B1; TW201130384A; US20120119666A1; UA104932C2; CN102918931B; ES2514740B1

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej i układu zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej.

Wysokoprężne lampy wyładowcze, dzięki wysokiej wydajności sięgającej 100-150 Im/W, są powszechnie stosowane w układach oświetlenia miejskiego i wielko-powierzchniowego. W typowych układach zapłonu i zasilania wysokoprężnych lamp wyładowczych umieszczony jest indukcyjny statecznik (BALAST) oraz zapłonnik, który generuje na tym stateczniku wysokie napięcie do momentu zapłonu lampy. Po uzyskaniu zapłonu indukcyjność statecznika ogranicza przepływ prądu przez lampę. Dla ograniczenia degradacji elektrod, do zasilania wysokoprężnych lamp wyładowczych z indukcyjnością limitującą (BALAST) najczęściej stosuje się napięcie zasilające o przebiegu prostokątnym.

Typowy układ zasilania lamp wyładowczych z sieci prądu przemiennego składa się z prostownika diodowego, układu poprawy współczynnika mocy (PFC), które stanowią wewnętrzne źródło napięcia stabilizowanego o wartości ok. 400 V. Napięcie to zasila układ kaskady przełączników elektronicznych (tranzystorów) typu FULL lub HALF BRIDGE, który sterowany przez odpowiedni układ kontrolny staje się źródłem napięcia przemiennego o zadanej wartości, dla której wartość szeregowej indukcyjności limituje prąd płynący przez lampę na zadanym poziomie. Układy z możliwością regulacji częstotliwości uzupełnia się o równoległy do lampy a szeregowy do indukcyjności kondensator uzyskując szeregowy obwód rezonansowy. Wygenerowanie w kaskadzie przełączników napięcia przemiennego o częstotliwości bliskiej własnej częstotliwości rezonansowej tego obwodu, wywołuje powstanie zmiennego wysokiego napięcia na kondensatorze tego obwodu. Napięcie to wykorzystuje się w celu inicjacji zapłonu lamp wyładowczych.

Dokument „High Intensity Discharg lamps - Technical information on reducing the wattage opublikowany przez firmę OSRAM w marcu 2009 r., omawia metody zmniejszania i regulacji mocy dostarczanej do lamp wyładowczych. W typowych rozwiązaniach jedynym elementem stabilizującym moc dostarczaną do lampy jest indukcyjność, a regulację mocy, przy założonej stabilności napięcia i częstotliwości w sieci energetycznej, przeprowadza się dobierając wartości indukcyjności dla przewidywanej mocy. Rozwiązanie to jest wrażliwe na zmiany parametrów sieci energetycznej i w praktyce wymusza budowanie osobnych sieci zasilających dla oświetlenia miejskiego.

Zasilanie wysokoprężnych lamp wyładowczych z zastosowaniem częstotliwości powyżej 1 kHz, powoduje powstanie fal akustycznych, które w szerokim zakresie częstotliwości przebiegów zasilających (1 kHz do 1 MHz) skutkują pojawianiem się rezonansu akustycznego. Zjawisko to destabilizuje przepływ prądu przez plazmę powodując niestabilność łuku wyładowczego, migotanie lampy, a w skrajnych przypadkach nawet mechaniczne uszkodzenie palnika. Typowe metody eliminacji tego zjawiska polegają na zasilaniu lamp wysokoprężnych napięciem o dwóch przebiegach - pierwszym (głównym) o częstotliwości z zakresu, w którym może wystąpić zjawisko rezonansu, i drugim o wyższej częstotliwości, która stabilizuje łuk wyładowczy. Europejski opis patentowy EP 1327382 ujawnia sposób zasilania lampy wyładowczej, w którym dla ograniczenia niekorzystnego zjawiska rezonansu akustycznego stosuje się modulację częstotliwości (FM) oraz modulację szerokości impulsów (PWM) prostokątnego przebiegu napięcia zasilającego statecznik (BALAST), przez co uzyskuje się dodatkową modulację amplitudy (AM) przebiegu zasilającego.

Regulacja mocy dostarczanej do lampy w przedstawionych rozwiązaniach obejmuje pomiar prądu i napięcia na elektrodach lampy, i zmianę parametrów przebiegu napięcia zasilającego lampę, np. zmianę amplitudy napięcia, zmiany częstotliwości tego przebiegu, lub zmianę współczynnika jego wypełnienia.

Do wywołania zapłonu wysokoprężnej lampy wyładowczej konieczne jest wygenerowanie wysokiego napięcia od 2,5 kV do 15 kV. Jedną z metod wytworzenia odpowiedniego napięcia jest zasilanie obwodu z indukcyjnością zawierającego kondensator, połączony szeregowo z indukcyjnością a równolegle względem lampy, który to kondensator z indukcyjnością tworzy szeregowy obwód rezonansowy, prądem o częstotliwości zbliżonej do własnej częstotliwości rezonansowej obwodu. Wskutek wytworzenia wysokiego napięcia na kondensatorze równoległym do lampy, po osiągnięciu napięcia zapłonu następuje zapłon lampy.

Publikacja międzynarodowa WO 2008/132662 ujawnia zastosowanie układu zapłonowego w układzie z indukcyjnością limitującą i układem zasilania typu FULL BRIDGE, z wykorzystaniem jednej kaskady przełączników (tranzystorów) do wygenerowania na równoległym do lampy kondensatorze wysokiego napięcia w momencie zapłonu lub wykrycia zaniku łuku wyładowczego w lampie.

PL 218 353 B1

W rezonansowych szeregowych układach zapłonowych skuteczne uzyskanie wysokich napięć na kondensatorze rezonansowym zależne jest od pojemności tego kondensatora. W praktyce, w zakresie wartości natężeń prądu bezpiecznych dla układu lampy (do 20 A), dla uzyskania napięcia rzędu kilku lub kilkunastu kilowoltów na kondensatorze rezonansowym, wartość pojemności kondensatora jest ograniczona do kilku nanofaradów. Z kolei wartość pojemności tego kondensatora jest bezpośrednio powiązana z częstotliwością rezonansową:

_ 1 f ~ 2tiVLC (gdzie - częstotliwość rezonansowa, L - indukcyjność, C - pojemność)

Częstotliwość rezonansowa zależna jest również od wartości indukcyjności limitującej L, której wartość zależna jest od częstotliwości i wartości napięcia zasilającego lampę wyładowczą oraz od spodziewanej mocy dostarczanej do lampy. Zazwyczaj wartość indukcyjności L dla lamp o mocach od do 400 W zasilanych przebiegami ponad-akustycznymi waha się w zakresie od kilkudziesięciu μΗ do kilku mH. W rezultacie wartości dobroci Q:

Q

L

C które są uzyskiwane w tych układach (Q - dobroć, R - zastępcza szeregowa oporność układu, L - indukcyjność, C - pojemność) są wysokie, a uzyskane krzywe rezonansowe cechują się stromymi zboczami, wskutek czego konieczne jest bardzo dokładne dobranie częstotliwości pobudzającej do indywidualnych wykonań rezonansowych układów zapłonowych lamp wyładowczych. Ze względu na przyjętą tolerancję parametrów produktów handlowych, zróżnicowanie rzeczywistych wartości indukcyjności i pojemności powoduje rozrzut częstotliwości rezonansowych obwodów, co z kolei wymusza stosowanie technik wykorzystujących zmiany częstotliwości napięcia zasilającego do generowania wysokiego napięcia. Zazwyczaj, w szeregowych rezonansowych układach zapłonowych zmniejsza się częstotliwość zasilającą obwód rezonansowy, od wartości większej niż częstotliwość rezonansowa tego układu poprzez częstotliwości nad-rezonansowe bliskie częstotliwości rezonansowej, przy których powinien nastąpić zapłon, a i dalej do częstotliwości pracy (częstotliwość przy której indukcyjność limituje prąd do wartości odpowiadającej zadanej mocy). W miarę zbliżania się częstotliwości wymuszającej do częstotliwości rezonansowej, w przypadku braku lub uszkodzenia lampy, następuje nagły wzrost napięcia i prądu w obwodzie rezonansowym, co może doprowadzić do uszkodzenia obwodu, a także do uszkodzenia innych elementów układu. Zagrożenie to, w praktycznych rozwiązaniach układów, wymusza stosowanie układów zabezpieczających.

Wynalazek dostarcza alternatywny sposób sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej i układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej.

Sposób sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej obejmujący:

dostarczenie sygnału o zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia z kaskady przełączników do obwodu statecznika i lampy, który to obwód statecznika zawiera co najmniej jeden kondensator oraz co najmniej jedną indukcyjność i który to obwód statecznika zawiera obwód rezonansowy;

generowanie sygnału o zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia do sterowania wspomnianą kaskadą przełączników;

sterowanie wspomnianym generowaniem sygnału o zmiennej częstotliwości;

zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że wspomniane sterowanie uzyskuje się poprzez okresową zmianę częstotliwości generowania za pomocą sygnału sterującego o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia tak, że częstotliwość generowanego sygnału do sterowania kaskadą przełączników okresowo zmienia się między pierwszą a drugą częstotliwością.

Korzystnie, sygnał o okresowo zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia 50 na 50% uzyskuje się z generatora sygnału sterując sygnałem prostokątnym o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia, wytwarzanym przez zespół sterowania. Statecznik, zwłaszcza, zawiera drugą indukcyjność separującą lampę od drugiego kondensatora. W szczególności, między źródłem stabilizowanego napięcia a kaskadą przełączników elektronicznych mierzy się wartość prądu zasilania, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego, a na podstawie tej wartości wyznacza się war4

PL 218 353 B1 tość prądu między zaciskiem kondensatora a masą oraz wartość prądu między zaciskiem indukcyjności a masą.

Korzystnie, w trybie zapłonu wysokoprężnej lampy wyładowczej dostarcza się sygnał o wysokim napięciu i okresowo zmiennej częstotliwości do pobudzenia obwodu rezonansowego, przy czym największa częstotliwość sygnału pobudzającego jest mniejsza od wartości pod-rezonansowej częstotliwości, dla której to częstotliwości poziom napięcia wytworzonego na drugim kondensatorze w układzie rezonansowym zawierającym pierwszą indukcyjność i drugi kondensator, jest wystarczający do zapłonu lampy. W szczególności, w trybie zapłonu, w trakcie dostarczania sygnału o okresowo zmiennej częstotliwości, między zaciskiem kondensatora a masą mierzy się wartość prądu, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego, porównuje się wartość prądu ustaloną na komparatorze w zespole komparatorów, a gdy wartość prądu osiąga wartość większą od wartości ustalonej, przerywa się dostarczanie sygnału. Ewentualnie, w trybie zapłonu, w trakcie dostarczania sygnału o okresowo zmiennej częstotliwości, między zaciskiem indukcyjności a masą mierzy się wartość prądu, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego, porównuje się wartość prądu z wartością ustaloną na komparatorze w zespole komparatorów, a gdy wartość prądu osiąga wartość wyznaczoną przerywa się podawanie sygnału pobudzającego i rozpoczyna się podawanie sygnału w trybie zasilania lampy.

Korzystnie, w trybie zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej, stosuje się częstotliwość modulowaną cyklicznie i płynnie od wartości najmniejszej do największej i ponownie od największej do najmniejszej.

Korzystnie, stosuje się regulację mocy dostarczanej do lampy dokonując zmiany częstotliwości przez zmianę proporcji okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość.

W szczególności, wysokoprężną lampą wyładowczą jest lampa sodowa. Do zmiany częstotliwości, zwłaszcza, stosuje się przynajmniej jedną częstotliwość modulującą, a głębokość modulacji jest nie większa niż 15%, przy czym proporcja okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość, do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość, wynosi od 0,1 do 10. Korzystnie, częstotliwość modulowana wynosi 50 kHz, częstotliwość modulująca wynosi 240 Hz, a głębokość modulacji wynosi 10%.

W szczególności, wysokoprężną lampą wyładowczą jest lampa metalohalogenkowa. Do zmiany częstotliwości stosuje się, zwłaszcza, przynajmniej jedną częstotliwość modulującą, a głębokość modulacji jest nie większa niż 20%, przy czym proporcja okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość, do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość, wynosi od 0,1 do 10. Korzystnie, częstotliwość modulowana wynosi 130 kHz, częstotliwość modulująca wynosi 240 Hz, a głębokość modulacji wynosi 10%. Korzystnie, reguluje się moc dostarczaną do lampy zmieniając stosunek wypełnienia przebiegu PWM w zespole sterowania. Zmianę stosunku wypełnienia przebiegu PWM w zespole sterowania prowadzi się, zwłaszcza, z wykorzystaniem sterowania mikroprocesorowego.

Korzystnie, wykrywa się zanik łuku wyładowczego na podstawie wartości prądu między zaciskiem drugiej indukcyjności a masą, zwłaszcza gdy wartość ta jest znacznie niższa od wartości prądu ustalonej na komparatorze w zespole komparatorów dla poprawnego zapłonu lampy, a następnie wznawia się tryb zapłonu lampy. W szczególności, wykrywa się brak lampy albo jej uszkodzenie uniemożliwiające pracę, na podstawie wartości prądu między zaciskiem drugiej indukcyjności a masą, jeśli ta wartość prądu jest różna od wartości prądu ustalonej na komparatorze w zespole komparatorów dla poprawnego zapłonu lampy, zwłaszcza po próbie zapłonu przeprowadzonej po upływie okresu czasu wymaganego do ostygnięcia lampy.

Korzystnie, po wykryciu zaniku łuku wyładowczego i wznowieniu zapłonu lampy, zmniejsza się wartość mocy dostarczanej do lampy i jeśli łuk nie zanika utrzymuje tę wartość mocy, a w przypadku zaniku łuku wznawia się tryb zapłonu i ponawia się procedurę zmniejszania wartości mocy.

Układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej obejmujący kaskadę przełączników elektronicznych typu HALF lub FULL BRIDGE połączonych z lampą i ze statecznikiem, który to statecznik zawiera co najmniej jeden kondensator oraz co najmniej jedną indukcyjność, oraz zawierający generator podłączony do wspomnianej kaskady przełączników do sterowania wspomnianą kaskadą przełączników oraz zespół sterowania podłączony do wspomnianego generatora do sterowania wspomnianym generatorem, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że zespół sterowania dostosowany do generowania sygnału o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia, jest podłączony do wspomnianego generatora w celu okresowej zmiany częstotliwości wspomnianego generatora tak, że częstotliwość sygnału z generatora do sterowania kaskadą przełączników okresowo zmienia się między pierwszą a drugą częstotliwością.

PL 218 353 B1

Korzystnie, statecznik zawiera pierwszy kondensator i pierwszą indukcyjność na zacisku wejściowym lampy, drugi kondensator podłączony równolegle względem lampy, oraz zawiera na zacisku wyjściowym lampy drugą indukcyjność separującą lampę od drugiego kondensatora, przy czym pierwsza indukcyjność i drugi kondensator są względem siebie rozmieszczone szeregowo i stanowią fragment obwodu rezonansowego. W szczególności, sygnał napięciowy wytwarzany na wyjściu kaskady przełączników jest prostokątny i jego współczynnik wypełnienia wynosi 50%. Układ, zwłaszcza, zawiera element pomiarowy pomiędzy źródłem stabilizowanego napięcia a kaskadą przełączników elektronicznych, do pomiaru wartości prądu zasilania. Ewentualnie, układ zawiera element pomiarowy do pomiaru prądu płynącego przez obwód rezonansowy zawierający pierwszą indukcyjność i drugi kondensator. W szczególności, układ zawiera element pomiarowy do pomiaru prądu płynącego przez lampę. Korzystnie, elementami pomiarowymi są rezystywne aparaty pomiarowe. Ewentualnie, elementami pomiarowymi są indukcyjne aparaty pomiarowe.

Korzystnie, zespół sterowania zawiera generator PWM i zespół komparatorów, który steruje generatorem PWM. W szczególności, generatorem PWM jest mikroprocesor mający wyjście PWM, sterowany przez zespół komparatorów.

Korzystnie, wysokoprężną lampą wyładowczą jest lampa sodowa.

Ewentualnie, wysokoprężną lampą wyładowczą jest lampa metalohalogenkowa.

Sposób sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej i układ zasilania według wynalazku wykazują wiele zalet, które predestynują przedmiotowe rozwiązanie do powszechnego stosowania w praktycznych realizacjach systemów oświetleniowych. Układ cechuje się wysoką sprawnością, większą od tradycyjnych rozwiązań elektromagnetycznych, a także cechuje się prostotą rozwiązania modułu sterującego i wykonawczego, w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami elektronicznymi. Sposób sterowania i konstrukcja układu zapewnia bezpieczne użytkowanie w trybie zapłonu lampy, gdyż wyeliminowane jest ryzyko uszkodzenia układu zbyt wysokim napięciem lub prądem. Nadto, sposób sterowania według wynalazku zapewnia automatyczną regulację parametrów zasilania lampy, z możliwością stabilizacji mocy pobieranej przez lampę na zadanym poziomie. Co więcej, sposób według wynalazku pozwala na regulowanie mocy pobieranej przez lampę, z ustawieniem poziomu autoregulacji. Wykorzystywanie sposobu i układu według wynalazku zapewnia przedłużenie okresu prawidłowej eksploatacji lampy, a dzięki algorytmom adaptacyjnym także na znaczne przedłużenie okresu świecenia lamp zużytych.

Stosowanie rozwiązania według wynalazku w systemach oświetleniowych pozwala na uzyskanie oświetlenia pozbawionego efektu stroboskopowego (w przeciwieństwie do rozwiązań tradycyjnych, gdzie pojawia się efekt migotania z dwukrotną częstotliwością sieci zasilającej, tj. 100 Hz lub 120 Hz).

Ponadto, wskutek zastosowania w układzie według wynalazku modułu poprawy współczynnika mocy PFC, uzyskuje się eliminację strat mocy biernej (gdyż współczynnik mocy odpowiada cos<p = 0,99), co prowadzi do zmniejszenia strat rezystancyjnych w przewodach i liniach zasilaj ących. Możliwość stosowania szerokiego zakresu napięć wejściowych i duża odporność na zmiany tego napięcia, pozwala na wyeliminowanie konieczności wydzielania osobnych sieci energetycznych do zasilania oświetlenia miejskiego.

Wynalazek jest zilustrowany dodatkowo rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia układ według wynalazku o podstawowej topologii, fig. 2 przedstawia układ według wynalazku wyposażony w środki umożliwiające dynamiczną regulację mocy, fig. 3 przedstawia układ według wynalazku wyposażony w środki umożliwiające dynamiczną regulację mocy i pomocnicze podzespoły pomiarowe, fig. 4 przedstawia wykres zmienności częstotliwości w funkcji czasu w układzie działającym w trybie zapłonu, fig. 5 ilustruje zmiany napięcia w układzie działającym w trybie zapłonu, fig. 6 przedstawia przebieg napięcia na wyjściu zespołu sterowania i na wyjściu generatora sygnału, fig. 7 przedstawia wykres zależności prądu płynącego przez lampę od częstotliwości na wyjściu z generatora sygnału, fig. 8 pokazuje przykładowe rozwiązanie zespołu sterowania, połączonego z generatorem sygnału, fig. 9 przedstawia wykres zmian częstotliwości, gdy w układzie według wynalazku zamontowana jest lampa sodowa, fig. 10 przedstawia wykres zmian częstotliwości, gdy w układzie według wynalazku zamontowana jest lampa metalohalogenkowa, fig. 11 przedstawia zmiany prądu pobieranego przez układ zasilający lampę, odpowiadające mu stany wyjścia komparatora i wartości asynchronicznych próbek tego stanu, a fig. 12 pokazuje pętlę logiczną przykładowego algorytmu cyfrowej regulacji mocy.

Układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej według wynalazku przedstawiony na fig. 1 jest zasilany z sieci prądu przemiennego i zawiera wewnętrzne źródło napięcia stabilizowanego o wartości ok. 400 V, które typowo obejmuje prostownik diodowy i układ poprawy współczynnika mocy PFC. Napięciem ze źródła napięcia stabilizowanego jest zasilana kaskada przełączników elektronicznych, taka

PL 218 353 B1 jak HALF BRIDGE, zawierająca jako klucze elektroniczne tranzystory T1 i T2. Kaskada przełączników elektronicznych, w następstwie sterowania generatorem sygnału CONTROL1 staje się źródłem napięcia przemiennego o zadanej wartości, dla której wartość szeregowej indukcyjności L1 limituje prąd płynący przez lampę LAMP na zadanym poziomie. Układ jest uzupełniony o równoległy do lampy LAMP, a szeregowy do indukcyjności L1, kondensator C2 z uzyskaniem szeregowego obwodu rezonansowego. Wygenerowanie w kaskadzie przełączników T1, T2 napięcia przemiennego o częstotliwości bliskiej własnej częstotliwości rezonansowej obwodu zawierającego indukcyjność L1 i kondensator C2, wywołuje powstanie zmiennego wysokiego napięcia na kondensatorze C2, które to napięcie jest wykorzystywane do inicjacji zapłonu lampy wyładowczej LAMP.

Generator sygnału CONTROL1 zawiera generator 1 o zmiennej, sterowanej prądowo lub napięciowo, częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia przebiegu (50 na 50%). Generator sygnału CONTROL1 jest połączony z zespołem sterowania CONTROL2, który zawiera generator 2 o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia PWM dla modyfikowania częstotliwość generatora

1. Układ zawiera ponadto dodatkową indukcyjność L2 separującą lampę LAMP od kondensatora C2. Nieoczekiwanie, wprowadzenie dodatkowej indukcyjności L2 oraz zespołu sterowania CONTROL2 o charakterystyce omówionej dalej w opisie wynalazku, zapewniło stabilizację pracy lampy wyładowczej LAMP i zrealizowanie nowatorskiego sposobu sterowania według wynalazku, a zwłaszcza sposobu zapłonu, zasilania i regulowania mocy wysokoprężnej lampy wyładowczej.

Fig. 2 uwidacznia korzystną modyfikację układu zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej, przedstawionego na fig. 1. Modyfikacja ta zapewnia kontrolowanie pracy lampy, a w szczególności kontrolowanie mocy pobieranej przez wysokoprężną lampę wyładowczą LAMP. Układ według fig. 2 zawiera element pomiarowy A1 pomiędzy układem PFC a kaskadą kluczy elektronicznych T1, T2 oraz resztą układu. Element pomiarowy A1 służy do pomiaru wartości prądu zasilania. Element pomiarowy A1 może mieć postać rezystywnego aparatu pomiarowego, albo indukcyjnego aparatu pomiarowego.

Układ według fig. 2 zawiera także zespół komparatorów 3, zawierający co najmniej jeden komparator, w zespole sterowania CONTROL2. Zespół komparatorów 3 jest połączony z wyjściem wynikowym elementu pomiarowego A1 i analizuje jego stan porównując go z zadaną wartością, a wynik tego porównania wykorzystuje się do modyfikowania parametrów wyjściowych generatora 2, co skutkuje zmianą parametrów wyjściowych generatora sygnału CONTROL1 sterującego kaskadą kluczy elektronicznych T1, T2 i prowadzi do zmiany parametrów pracy lampy LAMP.

Fig. 3 przedstawia kolejną modyfikację układu według fig. 2. Układ według fig. 3 zawiera dodatkowe elementy pomiarowe A2 i A3 oraz odpowiadające im komparatory w zespole komparatorów 3. Elementy pomiarowe A2, A3 służą do pomiaru wartości prądu. Elementy pomiarowe A2, A3 mogą przyjąć postać rezystywnych aparatów pomiarowych, indukcyjnych aparatów pomiarowych, albo ich kombinacji. Na podstawie bezpośrednich pomiarów prądów wyznaczanych w tych punktach układu, gdzie znajdują się elementy pomiarowe A2, A3, realizuje się zawansowane procedury kontrolnopomiarowe, zarówno w trybie zapłonu lampy, jak i w trybie pracy lampy. Element pomiarowy A2, który jest połączony z kondensatorem C2 i z ujemnym biegunem zasilania, jest przeznaczony do pomiaru prądu płynącego przez kondensator C2. Element pomiarowy A3, który jest połączony z indukcyjnością L2 i z ujemnym biegunem zasilania, jest przeznaczony do pomiaru prądu płynącego przez indukcyjność L2.

Wartości pomiarów prądu określone za pomocą elementu pomiarowego A2, A3, albo określone w punkcie układu gdzie znajduje się element pomiarowy A2 albo A3, porównuje się w zespole komparatorów 3 z zadanymi wartościami, a na podstawie wyniku tego porównania modyfikuje się parametry wyjściowe generatora 2, co prowadzi do stosownej zmiany na wyjściu generatora sygnału CONTROL1.

Nieoczekiwanie, układ zasilania według wynalazku pozwala na zrealizowanie nowatorskiego sposobu inicjowania zapłonu wysokoprężnej lampy wyładowczej. Dotychczas stosowana metoda zapłonu rezonansowego w układach zasilająco-zapłonowych do lamp wyładowczych (na częstotliwości wyższe niż 1 kHz, a zwłaszcza częstotliwości ponad-akustyczne) polega na zasilaniu obwodu rezonansowego L1-C2 przebiegiem napięcia zmiennego o częstotliwości większej niż częstotliwość rezonansowa obwodu L1-C2. Następnie częstotliwość jest obniżana do wartości bliskiej częstotliwości rezonansowej, przy której wygenerowane na kondensatorze rezonansowym napięcie jest wystarczające do zapłonu lampy. Po zapłonie lampy następuje dalsze obniżanie częstotliwości do wartości, przy której indukcyjność limitująca L1 ogranicza prąd płynący przez lampę LAMP do zadanej wartości. Metoda ta prowadzi do nieuniknionego zrównania częstotliwości z wartością częstotliwości rezonansowej, co w przypadku braku lampy lub jej uszkodzenia generuje bardzo wysokie napięcie na kondensatorze rezonansowym przy bardzo dużych wartościach prądu pobieranego przez układ zasilania. Ponieważ wysokie napięcie

PL 218 353 B1 i duża wartość prądu mogą spowodować uszkodzenie układu zapłonowego, konieczne staje się stosowanie odpowiednich układów pomiarowo zabezpieczających.

Sposób zapłonu rezonansowego według wynalazku polega na zasilaniu obwodu rezonansowego napięciem o okresowo zmiennej częstotliwości. Według sposobu, obwód rezonansowy zasila się częstotliwością pod-rezonansową z okresową zmianą tej częstotliwości. Wykres zmienności częstotliwości podczas zapłonu jest przedstawiony na fig. 4. Na wykresie F oznacza oś częstotliwości, T oznacza oś czasu, Fres oznacza częstotliwość rezonansową obwodu L1-C2, Fstat oznacza stałą częstotliwość (przy której następuje zapłon), Fmax - maksymalną wartość modulowanej częstotliwości przy zapłonie dynamicznym, a Fmin -minimalną wartość modulowanej częstotliwości przy zapłonie dynamicznym. Szeregowy obwód rezonansowy zawierający indukcyjność L1 i kondensator C2 zasila się przebiegiem napięcia zmiennego w zakresie od częstotliwości najniższej Fmin do częstotliwości najwyżej Fmax i okresowej zmianie tej częstotliwości między tymi wartościami. Zarówno częstotliwość Fmin, jak i częstotliwość Fmax są częstotliwościami niższymi, nie tylko od częstotliwości rezonansowej Fres, ale i od częstotliwości Fstat, to jest od stałej częstotliwości, przy której następuje zapłon.

Należy podkreślić, że nieoczekiwanie wartość częstotliwości Fmax jest zawsze mniejsza od wartości Fstat. Dzięki temu prąd pobierany przez obwód rezonansowy również jest mniejszy niż w metodzie według stanu techniki wykorzystującej częstotliwości nad-rezonansowe.

Zasada sposobu zapłonu według wynalazku jest zilustrowana na fig. 5, gdzie przedstawiono wykresy napięć uzyskiwanych w zapłonowym układzie rezonansowym przy zasilaniu tego układu napięciem o stałej częstotliwości V(zapłonuFstat) i napięciem o częstotliwości modulowanej V(zapłonuFmod). Na wykresie oś V oznacza oś określającą stosunek napięcia na kondensatorze C2 do napięcia wejściowego V(c2)/VIn, oś F (kHz) oznacza oś częstotliwości, zakres Praca wskazuje zakres modulacji częstotliwości podczas fazy pracy, zakres Zapłon modulowany odpowiada zakresowi modulacji częstotliwości podczas zapłonu dynamicznego, a Zapłon statyczny oznacza stałą częstotliwość, przy której napięcie na kondensatorze C2 jest wystarczające do zapłonu. Frez oznacza częstotliwość rezonansową obwodu L1-C2.

Nieoczekiwanie, wyniki eksperymentalne wykazują, że maksymalna częstotliwość Fmax może być na tyle odległa od częstotliwości rezonansowej, by maksymalny prąd pobierany przez układ zapłonowy w czasie zapłonu nie przekraczał dopuszczalnych wartości, pomimo rozrzutu wartości częstotliwości rezonansowych układów praktycznych (wynikających ze zróżnicowania rzeczywistych wartości indukcyjności i pojemności produktów handlowych stosowanych w tych układach). W trakcie eksperymentów poddano testom układy, w których napięcie zasilania kaskady tranzystorów T1, T2 wynosiło 395 V, a wartości parametrów elementów i ich tolerancja wynosiły, odpowiednio, dla kondensatora C1: 47 nF (+/-5%), dla indukcyjności L1: 600 μΗ (+/-10%), dla kondensatora C2: 1,175 nF (+/-5%), dla indukcyjności L2: 25 μH (+/-10%). Wartość częstotliwości rezonansowej dla obwodu zawierającego indukcyjność L1 i kondensator C2 wynosiła około 190 kHz. Częstotliwość zmieniana była w zakresie Fmin. 140 kHz do Fmax. 160 kHz, zgodnie z zasadą określoną według fig. 4 i fig. 5, z częstotliwością 240 Hz i równymi okresami czasowymi zwiększania i zmniejszania wartości tej częstotliwości. W eksperymentach poddano testom zapłonu wysokoprężne lampy sodowe i metalohalogenkowe o mocach od 70 W do 400 W, stosując układ według fig. 1, inicjując zapłon przy zastosowaniu nowatorskiej metody modulacji częstotliwości według fig. 4 i 5. Skuteczność zapłonu zimnych (o temperaturze do 50°C) oraz rozgrzanych lamp sodowych wynosiła 80% przy 10 ms czasie zasilania obwodu rezonansowego przebiegiem modulowanym. Zwiększenie tego czasu do 30 ms podniosło skuteczność do 100%, zarówno w wypadku lamp zimnych, jak też rozgrzanych do normalnych warunków pracy i studzonych w temperaturze pokojowej przez okres 1 minuty. W przypadku zapłonu lamp metalohalogenkowych, 100% skuteczność zapłonu uzyskano dla czasu modulacji wynoszącego odpowiednio 50 ms. Ponowny zapłon lampy rozgrzanej do normalnych warunków pracy wymagał okresu czasu stygnięcia wynoszącego 5 minut.

Średnia moc pobierana w czasie zapłonu przez kaskadę tranzystorów T1, T2 i obwód rezonansowy z indukcyjnością L1 oraz kondensatorem C2 nie przekraczała 50 W, natomiast chwilowe średnie wartości prądu (czas poniżej 50 us) nie przekraczały kilku amperów. Wartości te okazały się bezpieczne dla typowych układów typu HALF i FULL BRIDGE wykonanych na tranzystorach unipolarnych, pozwalając na utrzymywanie wysokiego napięcia w czasie wystarczającym do zapłonu lampy. W przypadku braku lampy w oprawie nie następowało prądowe przeciążenie tych elementów. A zatem, nieoczekiwanie, stosowanie sposobu według wynalazku pozwala wyeliminować konieczność stosowania dodatkowych elementów zabezpieczających układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej, dla zabezpieczenia przed uszkodzeniem.

PL 218 353 B1

Istotną trudnością związaną z eksploatacją wysokociśnieniowych lamp wyładowczych z zastosowaniem rozwiązań ze stanu techniki przy zasilaniu prądem przemiennym o częstotliwościach większych niż 1 kHz, jest występowanie zjawiska rezonansu akustycznego. Zjawisko to destabilizuje łuk wyładowczy powodując migotanie lampy, a w skrajnych przypadkach nawet mechaniczne uszkodzenie palnika lampy. W znanych układach opartych o topologię HALF lub FULL BRIDGE oraz BALAST eliminuje się lub ogranicza występowanie tego zjawiska za pomocą złożonych sposobów modulacji zarówno częstotliwościowej FM, jak też amplitudowej AM. Nieoczekiwanie, stosując układ według fig. 1 (a także jego korzystne wersje według fig. 2 i fig. 3), który w relacji do stanu techniki jest zaopatrzony w dodatkową indukcyjność L2 separującą lampę od kondensatora rezonansowego C2, uzyskuje się wyeliminowanie niekorzystnego zjawiska, przy zastosowaniu stosunkowo prostych technik modulacji częstotliwości. W sposobie według wynalazku stosuje się wskazany na fig. 1 zespół sterowania CONTROL2 zawierający generator 2 (generator o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia), który steruje generatorem sygnału CONTROL1 zawierającym generator 1, a dalej steruje kaskadą kluczy elektronicznych T1, T2 tak, że częstotliwość przebiegu napięcia na wyjściu kaskady kluczy T1, T2 jest zgodna z częstotliwością generatora 1 (generatora o zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia, ze sterowaniem prądowym lub napięciowym). Generator 1 sterowany jest z wyjścia generatora o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia PWM, takiego jak PWM1 i/lub PWM2, co przedstawiono na fig. 8, wchodzącego w skład zespołu sterowania CONTROL2.

Fig. 8 przedstawia generator 1, którym jest generator o stałym współczynniku wypełnienia i zmiennej częstotliwości sterowany prądowo, generator 2 zawierający zespół generatorów PWM, przy czym PWM1 oznacza pierwszy generator PWM, a PWM2 oznacza drugi generator PWM, R(Fmin) oznacza rezystor określający najmniejszą częstotliwość generatora 1, a elementy R', R, R, R', R, C, C' oznaczają pasywne elementy rezystancyjno-pojemnościowe.

W przeprowadzonych eksperymentach wykorzystano jako generator sygnału CONTROL1 oraz kaskadę kluczy T1, T2 zintegrowany układ elektroniczny FSFR2100 dostarczany przez firmę Fairchild, zawierający w sobie generator o zmiennej częstotliwości sterowany prądowo, sterownik kaskady tranzystorów unipolarnych oraz kaskadę tych kluczy. Zasada sterowania częstotliwością generatora sygnału CONTROL1 poprzez wyjście generatora PWM2 jest przedstawiona na fig. 6. Częstotliwość F(CONTROL1) generatora sygnału CONTROL1 rośnie, gdy stan wyjścia generatora PWM2 (co pokazano jako F(CONTROL2) - na wyjściu z układu sterowania CONTROL2) jest wysoki, maleje natomiast gdy stan tego wyjścia jest niski, przy czym zmiany te są ciągłe, ale nie muszą być liniowe. Przykładowy układ realizujący nieliniową funkcję zmiany częstotliwości generatora sygnału CONTROL1 poprzez zmiany stanu generatora PWM2 przedstawia fig. 8. Zastosowano w nim tranzystory bipolarne oraz elementy R, R', R, R, R', R, C, C', tak by wysokiemu stanowi na wyjściu generatora PWM2 odpowiadało zwiększenie częstotliwości generatora sygnału CONTROL1, a stanowi niskiemu zmniejszenie tej częstotliwości. Zmiana częstotliwości w układzie według wynalazku powoduje zmianę wartości prądu płynącego przez lampę LAMP. Zależność tą obrazuje fig. 7, według której krzywa II przedstawia przebieg napięcia V(V) na wyjściu kaskady przełączników T1, T2, a krzywa I przedstawia odpowiadający tym zmianom przebieg zmian wartości prądu I(A) płynącego przez lampę LAMP. Jak wynika z wykresu według fig. 7, im mniejsza częstotliwość tym większy jest prąd i moc dostarczana do lampy, a im większa częstotliwość tym mniejszy jest prąd i moc dostarczana do lampy. Na podstawie wyników eksperymentalnych przeprowadzonych z wykorzystaniem układu według wynalazku stwierdzono, że uzyskuje się stabilną pracę lamp sodowych o mocach od 70 W do 400 W poprzez modulowanie częstotliwościowe przebiegu napięcia o częstotliwościach z zakresu od 30 do 100 kHz zasilającego linię szeregową: kondensator C1, indukcyjność L1, lampa LAMP, indukcyjność L2, częstotliwością około 240 Hz, przy głębokości modulacji 10% rozumianej jako stosunek modułu różnicy częstotliwości największej lub najmniejszej (Fmax., Fmin. według fig. 9) z ich średnią algebraiczną do tej średniej. Głębokość modulacji jest wyrażana w procentach. W praktyce głębokość modulacji można określić za pomocą równania:

głębokość modulacji = ^Fmax~^Fmln· i o o %

Fmax.⁺F_mi_n.

Aby uzyskać stabilną pracę lamp metalohalogenkowych o mocach od 70 W do 400 W, częstotliwość przebiegu napięcia zasilającego linię szeregową: kondensator C1, indukcyjność L1, lampa LAMP, indukcyjność L2, która mieści się w zakresie od 100 do 200 kHz, jest modulowana przebiegiem o częstotliwości około 240 Hz przy głębokości modulacji 10%.

PL 218 353 B1

Wykres zmian częstotliwości dla układu według wynalazku, dla których to zmian częstotliwości uzyskano stabilną pracę lamp sodowych, jest przedstawiony na fig. 9, a dla lamp metalohalogenkowych jest przedstawiony na fig. 10 (gdzie F oznacza oś częstotliwości, T - oś czasu, Fmax. - maksymalną częstotliwość przebiegu napięcia zasilającego gałąź C1, L1, LAMP, C2, a Fmin. - minimalną częstotliwość przebiegu napięcia zasilającego gałąź C1, L1, LAMP, C2). Przykładowe wartości parametrów elementów układu według wynalazku i parametrów określonych na wykresie według fig. 10, w przypadku gdy lampa LAMP jest lampą sodową, są następujące: kondensator C1 47 nF, indukcyjność L1 600 μΗ, kondensator C2 1,175 nF, indukcyjność L2 25 μΗ, F_max. 60 kHz, F_min. 46 kHz, moc lampy 100 W, przy czym wartość napięcia z układu PFC wynosi 390 V. Przykładowe wartości elementów układu według wynalazku i parametrów określonych na wykresie według fig. 10, w przypadku gdy lampa LAMP jest lampą metalohalogenkową, są następujące: kondensator C1 47 nF, indukcyjność L1 200 μΗ, kondensator C2 550 pF, indukcyjność L2 25 μΗ, F_max. 140 kHz, F_min. 120 kHz, moc lampy 100 W, przy czym wartość napięcia z układu PFC wynosi 390 V.

Ponieważ napięcie wychodzące z układu PFC ma średnią wartość stałą, niezależną od obciążenia, prąd pobierany z tego układu może być wykorzystany do pomiaru i regulacji mocy pobieranej przez lampę LAMP.

Fig. 2 przedstawia układ według fig. 1 uzupełniony o prądowy element pomiarowy A1, oraz wyposażony w zespół komparatorów 3, mający co najmniej jeden komparator (będący częścią zespołu sterowania CONTROL2) podłączony do wyjścia wynikowego elementu pomiarowego A1. Takie rozwiązanie układu według wynalazku pozwala na zrealizowanie funkcji automatycznej regulacji mocy pobieranej przez lampę LAMP. Przykładowy wykres zmian wartości prądu pobieranego przez lampę LAMP i odpowiadające mu stany wyjścia komparatora w zespole komparatorów 3 są przedstawione na wykresie według fig. 11 gdzie I(X) to ustalona wartość prądu, z którą porównywana jest chwilowa wartość prądu pobieranego przez lampę LAMP, mierzona elementem pomiarowym A1, a I(A1) to wartość prądu mierzona aparatem pomiarowym A1. Chwilowa wartość prądu zależna jest od częstotliwości zasilającej statecznik (BALAST) i lampę LAMP (co pokazuje wykres według fig. 7). Gdy największa wartość zakresu zmienności tego prądu jest mniejsza od ustalonej wartości prądu I(X), wyjście komparatora zespołu komparatorów 3 ma stan niski [BIT(komp) = 0]. Gdy najmniejsza wartość tego zakresu jest większa od I(X), wyjście komparatora zespołu komparatorów 3 ma stan wysoki [BIT(komp) = 1]. Kiedy zakres zmienności zawiera ustaloną wartość I(X), przebieg ten jest szybkozmiennym przebiegiem prostokątnym (zmiana bitów 0-1). Korzystnie, dla utrzymania dużej dokładności układu regulacji pobieranej mocy w układzie według wynalazku tak dobiera się wartości I(X), aby wartość I(X) zawierała się w zakresie zmienności wartości mierzonego prądu. W analogowym układzie automatycznej regulacji mocy szybkozmienny prostokątny napięciowy przebieg wyjściowy komparatora w zespole komparatorów 3 można uśrednić całkującym inercyjnym układem R-C otrzymując wolnozmienne napięcie odpowiadające średniej wartości prądu i mocy pobieranej przez lampę LAMP.

Napięcie to może bezpośrednio modulować współczynnik wypełnienia przebiegu PWM generatora 2 w zespole sterowania CONTROL2. Uzyskana tym sposobem zależność zmniejszająca stosunek czasu zmniejszania do zwiększania częstotliwości, a więc ograniczanie mocy dostarczanej do lampy w zależności od uśrednionej wartości napięcia na wyjściu komparatora 3, stabilizuje tą moc na zadanym poziomie z dokładnością nie gorszą niż 1%. W układach mikroprocesorowych próbkowanie stanu wyjścia komparatora w zespole komparatorów 3 S{BIT(komp)} z częstością nie mniejszą niż kilka kiloherców, tak jak według fig. 11, z wykorzystaniem przykładowego prostego algorytmu, takiego jak przedstawiony na fig. 12, pozwala również na osiągnięcie dokładności regulacji lepszej niż 1%. Działanie przykładowego algorytmu polega na zwiększaniu lub zmniejszaniu wartości zmiennej pomocniczej A w zależności od stanu bitu S{BIT(komp)}. Po osiągnięciu zadanej wartości dodatniej B lub ujemnej C następuje odpowiednie zmniejszenie lub zwiększenie współczynnika wypełnienia generatora 2 zespołu sterowania CONTROL2 oraz wyzerowanie wartości zmiennej A. Zarazem zmiana wartości danych B i C może zmieniać wartość stabilizowanej co do wartości mocy pobieranej przez lampę LAMP. W układzie według wynalazku zastosowano rezystor o wartości 2,2 ohm (jako prądowy aparat pomiarowy), komparator analogowy LM393 oraz mikrokontroler ATMEGA8 dostarczony przez firmę ATMEL (jako generator PWM2).

W tak zestawionym układzie według wynalazku uzyskano dokładność stabilizacji mocy pobieranej przez lampę na poziomie lepszym niż 1%, przy czym stabilizacja mocy była zależna tylko od stabilności parametrów rezystora pomiarowego A1.

PL 218 353 B1

Fig. 3 przedstawia układ według fig. 2 uzupełniony o dodatkowe prądowe elementy pomiarowe A2, A3. Rozwiązanie układu według fig. 3 pozwala na łatwą implementację dodatkowych korzystnych funkcji układu sterująco zapłonowego.

Prądowy element pomiarowy A2 może służyć do monitorowania wartości prądu płynącego przez zapłonowy obwód rezonansowy i w rozwiązaniu przykładowym jest rezystorem pomiarowym o wartości 0,1 ohm podłączonym do wejścia wykrywania przeciążenia układu scalonego FSFR2100 i zabezpiecza ten układ przed przepływem zbyt dużego prądu i uszkodzeniem. Prądowy element pomiarowy A3 może służyć do wykrywania obecności lampy LAMP i poprawnego zapłonu lampy. Brak przepływu prądu przez element A3 równoznaczny jest z brakiem przepływu prądu przez lampę LAMP, a więc równoznaczny z jej brakiem lub uszkodzeniem uniemożliwiającym poprawny zapłon. W przykładowym układzie według wynalazku elementem pomiarowym A3 jest rezystor pomiarowy o wartości 0,5 ohm, a wartość prądu płynącego przez ten rezystor mierzona jako spadek napięcia na tym rezystorze, po porównaniu z ustaloną wartością w zespole komparatorów 3, prowadzi do zmiany stanu na wejściu kontrolnym mikrokontrolera ATMEGA8 zespołu sterowania CONTROL2.

Przykładowym korzystnym wykorzystaniem aparatu pomiarowego A3 we współpracy z mikrokontrolerem jest funkcja zmniejszania mocy dostarczanej do lampy w wypadku wykrycia zaniku jej świecenia, co pozwala na pracę lamp zużytych, które nie mogą już prawidłowo pracować z mocą nominalną.

Claims

1. Sposób sterowania wysokoprężnej lampy wyładowczej obejmujący dostarczenie sygnału o zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia z kaskady przełączników do obwodu statecznika i lampy, który to obwód statecznika zawiera co najmniej jeden kondensator oraz co najmniej jedną indukcyjność i który to obwód statecznika zawiera obwód rezonansowy;

generowanie (CONTROL 1) sygnału o zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia do sterowania wspomnianą kaskadą przełączników;

sterowanie (CONTROL2) wspomnianym generowaniem (CONTROL 1) sygnału o zmiennej częstotliwości;

znamienny tym, że wspomniane sterowanie (CONTROL2) uzyskuje się poprzez okresową zmianę częstotliwości generowania (CONTROL 1) za pomocą sygnału sterującego o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia tak, że częstotliwość generowanego sygnału (CONTROL 1) do sterowania kaskadą przełączników okresowo zmienia się między pierwszą a drugą częstotliwością.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał o okresowo zmiennej częstotliwości i stałym współczynniku wypełnienia 50 na 50% uzyskuje się z generatora sygnału (CONTROL 1) sterując sygnałem prostokątnym o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia, wytwarzanym przez zespół sterowania (CONTROL2).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że poprzez statecznik zawierający drugą indukcyjność (L2) separuje się lampę od drugiego kondensatora (C2).

4. Sposób według zastrz. 1-3, znamienny tym, że między źródłem stabilizowanego napięcia (PFC) a kaskadą przełączników elektronicznych (T1, T2) mierzy się wartość prądu zasilania, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego (A1), a na podstawie tej wartości wyznacza się wartość prądu między zaciskiem drugiego kondensatora (C2) a masą oraz wartość prądu między zaciskiem drugiej indukcyjności (L2) a masą.

5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że w trybie zapłonu wysokoprężnej lampy wyładowczej dostarcza się sygnał o wysokim napięciu i okresowo zmiennej częstotliwości do pobudzenia obwodu rezonansowego, przy czym największa częstotliwość sygnału pobudzającego (Fmax.) jest mniejsza od wartości pod-rezonansowej częstotliwości (Fstat), dla której to częstotliwości (Fstat.) poziom napięcia wytworzonego na drugim kondensatorze (C2) w układzie rezonansowym zawierającym pierwszą indukcyjność (L1) i drugi kondensator (C2), jest wystarczający do zapłonu lampy (LAMP).

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w trybie zapłonu, w trakcie dostarczania sygnału o okresowo zmiennej częstotliwości, między zaciskiem drugiego kondensatora (C2) a masą mierzy się wartość prądu, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego (A2), porównuje się wartość prądu ustaloną na komparatorze w zespole komparatorów (3), a gdy wartość prądu osiąga wartość większą od wartości ustalonej, przerywa się dostarczanie sygnału.

PL 218 353 B1

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że w trybie zapłonu, w trakcie dostarczania sygnału o okresowo zmiennej częstotliwości, między zaciskiem drugiej indukcyjności (L2) a masą mierzy się wartość prądu, korzystnie za pomocą elementu pomiarowego (A3), porównuje się wartość prądu z wartością ustaloną na komparatorze w zespole komparatorów (3), a gdy wartość prądu osiąga wartość wyznaczoną przerywa się podawanie sygnału pobudzającego i rozpoczyna się podawanie sygnału w trybie zasilania lampy (LAMP).

8. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że w trybie zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej, stosuje się częstotliwość modulowaną cyklicznie i płynnie od wartości najmniejszej (Fmax.) do największej (Fmax.) i ponownie od największej do najmniejszej.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się regulację mocy dostarczanej do lampy (LAMP) dokonując zmiany częstotliwości przez zmianę proporcji okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość.

10. Sposób według zastrz. 1-9, znamienny tym, że jako wysokoprężną lampę wyładowczą (LAMP) stosuje się lampę sodową.

11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że do zmiany częstotliwości stosuje się przynajmniej jedną częstotliwość modulującą, a głębokość modulacji jest nie większa niż 15%, przy czym proporcja okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość, do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość, wynosi od 0,1 do 10.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stosuje się częstotliwość modulowaną wynoszącą 50 kHz, częstotliwość modulującą wynoszącą 240 Hz, o głębokości modulacji 10%.

13. Sposób według zastrz. 1-9, znamienny tym, że jako wysokoprężną lampę wyładowczą (LAMP) stosuje się lampę metalohalogenkową.

14. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że do zmiany częstotliwości stosuje się przynajmniej jedną częstotliwość modulującą, a głębokość modulacji jest nie większa niż 20%, przy czym proporcja okresu czasu, w którym zwiększa się częstotliwość, do okresu czasu, w którym zmniejsza się częstotliwość, wynosi od 0,1 do 10.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się częstotliwość modulowaną wynoszącą 130 kHz, częstotliwość modulującą wynoszącą 240 Hz, o głębokości modulacji 10%.

16. Sposób według zastrz. 8-15, znamienny tym, że reguluje się moc dostarczaną do lampy (LAMP) zmieniając stosunek wypełnienia przebiegu PWM w zespole sterowania (CONTROL2).

17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że zmianę stosunku wypełnienia przebiegu PWM w zespole sterowania (CONTROL2) prowadzi się z wykorzystaniem sterowania mikroprocesorowego.

18. Sposób według zastrz. 1-7, znamienny tym, że wykrywa się zanik łuku wyładowczego na podstawie wartości prądu między zaciskiem indukcyjności (L2) a masą, zwłaszcza gdy wartość ta jest znacznie niższa od wartości prądu ustalonej na komparatorze w zespole komparatorów (3) dla poprawnej pracy lampy (LAMP), a następnie wznawia się tryb zapłonu lampy (LAMP).

19. Sposób według zastrz. 1-18, znamienny tym, że wykrywa się brak lampy (LAMP) albo jej uszkodzenie uniemożliwiające pracę, na podstawie wartości prądu między zaciskiem drugiej indukcyjności (L2) a masą, jeśli ta wartość prądu jest różna od wartości prądu ustalonej na komparatorze w zespole komparatorów (3) dla poprawnego zapłonu lampy (LAMP), zwłaszcza po próbie zapłonu przeprowadzonej po upływie okresu czasu wymaganego do ostygnięcia lampy.

20. Sposób według zastrz. 1-18, znamienny tym, że po wykryciu zaniku łuku wyładowczego i wznowieniu zapłonu lampy, zmniejsza się wartość mocy dostarczanej do lampy i jeśli łuk nie zanika utrzymuje tę wartość mocy, a w przypadku zaniku łuku wznawia się tryb zapłonu i ponawia się procedurę zmniejszania wartości mocy.

21. Układ zasilania wysokoprężnej lampy wyładowczej obejmujący kaskadę przełączników elektronicznych typu HALF lub FULL BRIDGE połączonych z lampą i ze statecznikiem, który to statecznik zawiera co najmniej jeden kondensator oraz co najmniej jedną indukcyjność, oraz zawierający generator (CONTROL1) podłączony do wspomnianej kaskady przełączników do sterowania wspomnianą kaskadą przełączników, oraz zespół sterowania (CONTROL2) podłączony do wspomnianego generatora (CONTROL1) do sterowania wspomnianym generatorem (CONTROL1), znamienny tym, że zespół sterowania (CONTROL2) dostosowany do generowania sygnału o stałej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia, jest podłączony do wspomnianego generatora (CONTROL1) w celu okresowej zmiany częstotliwości wspomnianego generatora (CONTROL1) tak, że częstotliwość sygnału z generatora (CONTROL1) do sterowania kaskadą przełączników okresowo zmienia się między pierwszą a drugą częstotliwością.

PL 218 353 B1

22. Układ według zastrz. 21, znamienny tym, że statecznik zawiera pierwszy kondensator (C1) i pierwszą indukcyjność (L1) na zacisku wejściowym lampy (LAMP), drugi kondensator (C2) podłączony równolegle względem lampy (LAMP), oraz zawiera na zacisku wyjściowym lampy (LAMP) drugą indukcyjność (L2) separującą lampę (LAMP) od drugiego kondensatora (C2), przy czym pierwsza indukcyjność (L1) i drugi kondensator (C2) są względem siebie rozmieszczone szeregowo i stanowią fragment obwodu rezonansowego.

23. Układ według zastrz. 21 albo 22, znamienny tym, że sygnał napięciowy wytwarzany na wyjściu kaskady przełączników (T1, T2) jest prostokątny i jego współczynnik wypełnienia wynosi 50%.

24. Układ według zastrz. 21, albo 22, albo 23, znamienny tym, że zawiera element pomiarowy (A1) pomiędzy źródłem stabilizowanego napięcia (PFC) a kaskadą przełączników elektronicznych (T1, T2), do pomiaru wartości prądu zasilania.

25. Układ według zastrz. 21-24, znamienny tym, że zawiera element pomiarowy (A2) do pomiaru prądu płynącego przez obwód rezonansowy zawierający pierwszą indukcyjność (L1) i drugi kondensator (C2).

26. Układ według zastrz. 21-25, znamienny tym, że zawiera element pomiarowy (A3) do pomiaru prądu płynącego przez lampę (LAMP).

27. Układ według zastrz. 24, albo 25, albo 26, znamienny tym, że elementami pomiarowymi (A1, A2, A3) są rezystywne aparaty pomiarowe.

28. Układ według zastrz. 24, albo 25, albo 26, znamienny tym, że elementami pomiarowymi (A1, A2, A3) są indukcyjne aparaty pomiarowe.

29. Układ według zastrz. 21-28, znamienny tym, że zespół sterowania (CONTROL2) zawiera generator PWM i zespół komparatorów (3), który steruje generatorem PWM.

30. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że generatorem PWM jest mikroprocesor mający wyjście PWM, sterowany przez zespół komparatorów (3).

31. Układ według zastrz. 21-30, znamienny tym, że wysokoprężną lampą wyładowczą (LAMP) jest lampa sodowa.

32. Układ według zastrz. 21-30, znamienny tym, że wysokoprężną lampą wyładowczą (LAMP) jest lampa metalohalogenkowa.