PL227101B1 - Układ sterowania lamp wyładowczych - Google Patents

Abstract

(Wynalazek dotyczy układu sterowania lamp wyładowczych, znajdującego zastosowanie głównie w oświetleniu ulicznym. Układ charakteryzuje się tym, że szeregowo z wyładowczą lampą (LP) jest połączony dławik (L1) i te elementy, wyładowcza lampa (LP) i dławik (L1), są włączone pomiędzy punktami (F, C), a pomiar prądu płynącego przez lampę (LP), w zależności od algorytmu sterowania, jest realizowany poprzez pomiarowy element (P), włączony w dowolne miejsce gałęzi pomiędzy punktami (C, F) lub w gałąź pomiędzy zasilającym przewodem (L), a punktem (B), lub pomiędzy tym samym zasilającym przewodem (L) lub punktem (G), lub pomiędzy punktem (F), a przeciwnym zasilającym przewodem (N), lub za pomocą pomiarowych elementów. Sterowanie układem może odbywać się bez pomiaru prądu lampy (LP) i z zastosowaniem lub nie układu korekcji współczynnika mocy.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania lamp wyładowczych, znajdujący zastosowanie w montowaniu lamp wyładowczych powszechnie stosowanych w oświetleniu ulicznym, oświetleniu wielko- i małopowierzchniowym. Lampy wyładowcze są stosowane również w handlu, w transporcie, w medycynie, w rolnictwie do oświetlania, głównie szklarni oraz w innych gałęziach gospodarki, wykorzystujących wyładowcze źródła światła jako element generujący strumień świetlny.

Z opisu amerykańskiego wynalazku, chronionego patentem nr US 4 734 624, znany jest układ pełnego mostka pracującego z niską częstotliwością napięcia zasilającego lampę wyładowczą. Szeregowo z lampą jest połączony kondensator oscylacyjny, umożliwiający wytworzenie oscylacyjnego napięcia o amplitudzie niezbędnej do zapłonu lampy. W wyniku takiego układu przez lampę płynie prąd w sposób oscylacyjny opóźniający dejonizację lampy.

Z opisu amerykańskiego wynalazku, chronionego patentem nr US 4 719 390, znany jest układ inwertera, do którego jest podłączona lampa wyładowcza. Jej impedancja ma charakter rezystancyjny. Układ umożliwia pomiar prądu wysokiej częstotliwości, a następnie regulację momentu załączania i wyłączania tranzystorów inwertera w celu osiągnięcia maksymalnego prądu lampy.

Z opisu wynalazku, chronionego patentem nr US 5 463 281, znany jest sposób połączeń układu zasilania lampy wyładowczej. W tym wynalazku przekształtnik DC-AC zawiera dwa elementy przełączające w gałęzi, które zakończone są bocznikiem, którego drugi biegun podłączony jest do bieguna źródła zasilającego napięcia stałego. Sterowanie układem polega na wygenerowaniu sygnałów sterujących dla dwóch różnych stanów pracy lampy, rozruchu oraz stanu pracy.

Opis wynalazku nr WO 2010 045 880 zawiera opis metody sterowania lampą wyładowczą za pomocą falownika prądu umożliwiającego wygenerowanie prostokątnego przebiegu prądu w lampie. Za pomocą układu mierzy się dodatnią wartość prądu, która odpowiada mocy dostarczonej do lampy. Następnie mierzy się ujemną wartość prądu odpowiadającego mocy dostarczonej do lampy. Na podstawie sygnałów wylicza się chwilowe wartości mocy dodatniej i mocy ujemnej i w oparciu o te wyliczenia steruje się falownikiem.

Celem rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie zwiększenia efektywności energetycznej systemów oświetleniowych z zastosowaniem wyładowczych źródeł światła. W realizacji wynalazku chodzi o zmniejszenie strat mocy w stateczniku pośredniczącym w dostarczaniu energii zasilającej do lampy wyładowczej.

Układ zasilania lamp wyładowczych, zgodnie z wynalazkiem stanowi połączony szeregowo z wyładowczą lampą dławik, gdzie wyładowcza lampa i dławik są włączone pomiędzy punktami F i C, a pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę jest realizowany w zależności od algorytmu sterowania pracą układu, poprzez pomiarowy element włączony w dowolne miejsce gałęzi pomiędzy punktami C i F lub w gałąź pomiędzy zasilającym przewodem L a punktem B, lub pomiędzy tym samym zasilającym przewodem L i punktem G, lub pomiędzy punktem F a przeciwnym zasilającym przewodem N.

Pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę może być realizowany także za pomocą pomiarowych elementów P1 i P2, gdzie pomiarowy element P1 jest włączony w gałąź pomiędzy punktami B i C lub w gałąź pomiędzy punktami B i F, natomiast pomiarowy element P2 jest włączony w gałąź pomiędzy punktami C i G, lub pomiędzy punktami F i G.

Punkt F stanowi punkt jednego z przewodów jednofazowej sieci energetycznej zasilającej o częstotliwości sieciowej. Punkt drugiego przewodu zasilającego znajduje się w punkcie A i wraz z przeciwzakłóceniowym filtrem EMI, diodami D1 i D2 wraz z filtrującymi kondensatorami C1 i C2 stanowi prostowniki jednopołówkowe. Dioda D1 wraz z filtrującym kondensatorem C1 stanowi prostownik dla połówki dodatniej sinusoidy napięcia zasilającego, natomiast dioda D2 wraz z filtrującym kondensatorem C2 jest prostownikiem dla ujemnej połówki sinusoidy napięcia zasilającego. Pomiędzy punktami B i G są włączone, połączone ze sobą szeregowo tranzystory T1 i T2, regulujące wartość prądu lampy LP. Tranzystory T1 i T2 są sterowane sterownikiem ST, wytwarzającym sygnały sterujące załączaniem i wyłączaniem tych tranzystorów T1 i T2. Impulsy sterujące bramkami tranzystorów T1 i T2 są wytwarzane przez sygnał z pomiarowego elementu P lub przez sygnał pracujących jednocześnie pomiarowych elementów P1 i P2, przy czym sterowanie układem może odbywać się bez pomiaru prądu lampy.

Rozwiązanie zgodnie z wynalazkiem umożliwia realizację zasilania wyładowczej lampy na dwa sposoby. Pierwszy sposób pozwala na zasilanie wyładowczej lampy stabilizowanym prądem stałym

PL 227 101 B1 o okresowej zmianie kierunku przepływu, przy czym do zmiany kierunku przepływu prądu w lampie wykorzystuje się sinusoidalną zmienność napięcia zasilającego, za pomocą załączanych sekwencyjnie tranzystorów półprzewodnikowych, regulujących wartość prądu w wyładowczej lampie. Takie rozwiązanie pozwala na zredukowanie strat mocy powstających na dławiku, połączonym szeregowo z wyładowczą lampą, co w rezultacie powoduje zwiększenie efektywności energetycznej układu. Strumień świetlny emitowany przez lampę ma charakter ciągły.

Drugi sposób realizacji wynalazku umożliwia zredukowanie strat mocy powstających w dławiku, a ponadto umożliwia sterowanie układem tak, aby prąd płynący przez lampę miał przebieg sinusoidalny i pozostawał w fazie z napięciem sieciowym zasilającym układ. Taki układ daje możliwość poprawienia współczynnika mocy pobieranej z sieci energetycznej.

Możliwość cyklicznie powtarzanej próby zapłonu, pozwala uzyskać większą żywotność elektrod lampy i zminimalizowanie czasu występowania wysokiego napięcia, co z kolei wpływa na zwiększenie żywotności izolacji przewodów zasilających lampę.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 prezentuje schemat układu, gdzie pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę realizuje się za pośrednictwem pomiarowego elementu zainstalowanego pomiędzy punktami D i C, fig. 2 uwidacznia schemat układu z pomiarowymi elementami P1 i P2 do pomiaru prądu płynącego przez wyładowczą lampę, zainstalowanymi pomiędzy punktami B i C oraz pomiędzy punktami G i C, natomiast fig. 3 pokazuje schemat układu z pomiarowymi elementami P1 i P2 do pomiaru prądu płynącego przez wyładowczą lampę, zainstalowanymi pomiędzy punktami B i C oraz pomiędzy punktami G i C, wyposażony oprócz przeciwzakłóceniowego filtra, w układ korekcji współczynnika mocy PFC.

Układ zasilania lamp wyładowczych, zgodnie z wynalazkiem zaprezentowany w przykładzie wykonania na rysunku, fig. 1 stanowi połączony szeregowo z wyładowczą lampą LP dławik L1, gdzie wyładowcza lampa LP i dławik L1 są włączone pomiędzy punktami F i C, a pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę LP jest realizowany poprzez pomiarowy element P włączony w gałąź pomiędzy punktami D i C. Punkt F stanowi jeden z punktów przewodu jednofazowej sieci energetycznej zasilającej o częstotliwości sieciowej. Punkt drugiego przewodu zasilającego znajduje się w punkcie A i wraz z przeciwzakłóceniowym filtrem EMI, diodami D1 i D2 oraz z filtrującymi kondensatorami C1 i C2 stanowi prostowniki jednopołówkowe. Dioda D1 wraz z filtrującym kondensatorem C1 stanowi prostownik dla połówki dodatniej sinusoidy napięcia zasilającego, natomiast dioda D2 wraz z filtrującym kondensatorem C2 jest prostownikiem dla ujemnej połówki sinusoidy napięcia zasilającego. Pomiędzy punktami B i C oraz pomiędzy punktami C i G są włączone tranzystory T1 i T2, regulujące wartość prądu wyładowczej lampy LP. Tranzystory T1 i T2 są sterowane sterownikiem ST, wytwarzającym sygnały sterujące załączaniem i wyłączaniem tych tranzystorów T1 i T2. Impulsy sterujące bramkami tranzystorów T1 i T2 są wytwarzane przez sygnał z pomiarowego elementu P. Punkt F stanowi środek filtra pojemnościowego, złożonego z kondensatorów C1 i C2. Punkt C jest środkiem półmostka tranzystorowego, utworzonego z tranzystorów T1 i T2 elementów pomiarowych P1 i P2. Punkt B oznacza potencjał dodatni (+) z układu korekcji współczynnika mocy PFC, natomiast punkt G jest masą wychodzącą z układu korekcji współczynnika PFC.

Realizacja wynalazku przewiduje także możliwość sterowania układem bez pomiaru prądu lampy.

Układ zasilania lamp wyładowczych, zgodnie z wynalazkiem zaprezentowany w przykładzie wykonania na rysunku fig. 2 stanowi połączony szeregowo z wyładowczą lampą LP dławik L1, gdzie wyładowcza lampa LP i dławik L1 są włączone pomiędzy punktami F i C, a pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę LP jest realizowany poprzez pomiarowe elementy P1 i P2, gdzie pomiarowy element P1 jest włączony w gałąź pomiędzy punktami B i C, zaś pomiarowy element P2 w gałąź pomiędzy punktami C i G. Punkt F stanowi jeden z punktów przewodu jednofazowej sieci energetycznej zasilającej o częstotliwości sieciowej. Punkt drugiego przewodu zasilającego jest w punkcie A i wraz z przeciwzakłóceniowym filtrem EMI, diodami D1 i D2 oraz filtrującymi kondensatorami C1 i C2 stanowiącymi prostowniki jednopołówkowe.

Dioda D1 wraz z filtrującym kondensatorem C1 jest prostownikiem dla połówki dodatniej sinusoidy napięcia zasilającego, natomiast dioda D2 wraz z filtrującym kondensatorem C2 jest prostownikiem dla ujemnej połówki sinusoidy napięcia zasilającego. Pomiędzy punktami B i G oraz C i G są włączone tranzystory T1 i T2, regulujące wartość prądu wyładowczej lampy LP.

Tranzystory T1 i T2 są sterowane sterownikiem ST, wytwarzającym sygnały sterujące załączaniem i wyłączaniem tranzystorów T1 i T2. Impulsy sterujące bramkami tranzystorów T1 i T2 są wytwarzane przez sygnał z pomiarowych elementów P1 i P2.

PL 227 101 B1

Układ zasilania lamp wyładowczych, zgodnie z wynalazkiem, zaprezentowany w przykładzie wykonania na rysunku fig. 3 stanowi połączony szeregowo z wyładowczą lampą LP dławik L1, gdzie wyładowcza lampa LP i dławik L1 są włączone pomiędzy punktami F i C, a pomiar prądu płynącego przez wyładowczą lampę LP jest realizowany poprzez pomiarowe elementy P1 i P2, przy czym pomiarowy element P1 jest włączony w gałąź pomiędzy punktami B i C, a pomiarowy element P2 w gałąź pomiędzy punktami G i C. Układ ten jest wyposażony w układ korekcji współczynnika mocy PFC, zainstalowany na przewodach L oraz N. Punkt dodatniego przewodu zasilającego znajduje się w punkcie B. Punkt ujemnego przewodu zasilającego znajduje się w punkcie G wraz z przeciwzakłóceniowym filtrem EMI, układem korekcji współczynnika mocy PFC.

Pomiędzy punktami B i G oraz pomiędzy punktami C i G są włączone tranzystory T1 i T2, regulujące wartość prądu wyładowczej lampy LP.

Tranzystory T1 i T2 są sterowane sterownikiem ST, wytwarzającym sygnały sterujące załączaniem i wyłączaniem tych tranzystorów T1 i T2. Impulsy sterujące bramkami tranzystorów T1 i T2 są wytwarzane przez sygnał z pomiarowych elementów P1 i P2 pracujących jednocześnie.

Claims (2)

1. Układ zasilania lamp wyładowczych, składający się z wyładowczej lampy połączonej szeregowo z dławikiem, włączonymi pomiędzy punktami F i C, znamienny tym, że pomiar prądu płynącego przez lampę (LP) w zależności od algorytmu sterowania jest realizowany poprzez element pomiarowy (P) włączony w dowolne miejsce gałęzi pomiędzy punktami (C) i (F) lub za pomocą elementów pomiarowych (P1) i (P2), gdzie element pomiarowy (P1) jest włączony pomiędzy punktami (B) i (C) lub pomiędzy punktami (B) i (F), natomiast element pomiarowy (P2) jest włączony pomiędzy punktami (C) i (G) lub pomiędzy punktami (F) i (G), przy czym punkt (F) stanowi środek filtra pojemnościowego, złożonego z kondensatorów (C1) i (C2), punkt (C) jest środkiem półmostka tranzystorowego, złożonego z tranzystorów (T1) i (T2), punkt (B) jest to potencjał dodatni (+) wychodzący z układu korekcji współczynnika mocy (PFC), natomiast punkt (G) stanowi masę (-) wychodzącą z układu korekcji współczynnika mocy (PFC).

2. Układ zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że dioda (D3) włączona jest pomiędzy punktami (B) i (C), natomiast dioda (D4) jest włączona pomiędzy punktami (C) i (G).