RU2095946C1

RU2095946C1 - Discharge lamp with varying brightness

Info

Publication number: RU2095946C1
Application number: SU905010532A
Authority: RU
Inventors: Ладани Йожеф
Original assignee: Ладани Йожеф
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1997-11-10
Also published as: EP0473679A1; ATE118955T1; HU202701B; ES2071098T3; DE69017209D1; EP0473679B1; DE69017209T2; WO1990014746A1

Abstract

FIELD: light display panels. SUBSTANCE: device has discharge lamp with heated cathode, ignition circuit, which is connected to lamp, direct current power supply, which is connected to anode and cathode electrodes of lamp, and brightness control circuit which is connected to lamp anode. Discharge lamp is designed as small-size discharge tube with two filaments. Terminals of first filament are connected to terminal of heating source, negative terminal of direct current power supply is connected to heating source. Brightness control circuit has controlled switch. Another claim of invention describes device design with longer service life in which heating source has transformer; terminals of first filament are connected to secondary winding of transformer, and negative terminal of direct current power supply is connected to central tap of secondary winding of transformer. EFFECT: increased functional capabilities. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к разрядным лампам с переменной яркостью, используемым в основном для панелей отображения. The invention relates to electrical engineering, namely to discharge lamps with variable brightness, used mainly for display panels.

Разрядные ламповые устройства с переменной яркостью в основном применяют для крупных панелей отображения, в которых основной элемент изображения панели выполнен из газового разрядного элемента специальной конструкции, где различные аноды размещены в корпусе напротив обычного нагреваемого катодного электрода, а внутри корпуса флюоресцирующие слои, излучающие свет различного цвета, взаимодействуют с соответствующими анодными зонами [1]
Управление и работа таких панелей связаны с рядом проблем, некоторые из которых будут рассмотрены. Для получения хорошей разрешающей способности изображения необходимо, чтобы размер газовых разрядных ламп, предназначенных для этих целей, был небольшим. Обычно применяют довольно высокие напряжения в 50 60 В для обеспечения надежного зажигания и непрерывного разряда. Применение напряжения, величина которого больше величины, требуемой для поддержания разряжающего процесса, уменьшает производительность и вызывает нежелательную потерю тепла.Dischargeable tube devices with variable brightness are mainly used for large display panels, in which the main panel image element is made of a gas discharge element of a special design, where various anodes are placed in the housing opposite the usual heated cathode electrode, and fluorescent layers emitting light of different colors inside the housing interact with the corresponding anode zones [1]
The management and operation of such panels are associated with a number of problems, some of which will be considered. To obtain good image resolution, it is necessary that the size of gas discharge lamps designed for these purposes be small. Typically, fairly high voltages of 50-60 V are used to provide reliable ignition and continuous discharge. Applying a voltage greater than that required to maintain the discharge process reduces productivity and causes undesired heat loss.

Другим недостатком является ограниченная долговечность нити разрядных ламп, работающей в пульсирующем режиме. Излучение, неровное вдоль поверхности катода, и сила излучения начинает уменьшаться в зонах нити даже после короткого рабочего периода. Это снижение постепенно распространяется на центральную часть нити. Со временем уровень излучения уменьшается, достигая центральной части нити, катод теряет свою излучающую способность, и лампа выходит из строя. Another disadvantage is the limited durability of the string of discharge lamps operating in a pulsating mode. The radiation, uneven along the cathode surface, and the radiation force begin to decrease in the filament zones even after a short working period. This decrease gradually spreads to the central part of the thread. Over time, the radiation level decreases, reaching the central part of the filament, the cathode loses its emissivity, and the lamp fails.

Специальные разрядные лампы, применяемые в панелях отображения данных, изготавливают ограниченно, поэтому они сравнительно дорогие. Special discharge lamps used in data display panels are limited in manufacture, therefore they are relatively expensive.

Наиболее близким к изобретению является разрядное устройство с переменной яркостью, содержащее разрядную лампу с анодом и нагреваемым катодом, подключенным выводами ко вторичной обмотке накального трансформатора, соединенной к отрицательным выводам источника постоянного тока, положительный вывод которого связан с анодом лампы через цепь регулировки яркости [2]
Недостатками этого устройства являются значительные массогабаритные показатели из-за использования линейной газоразрядной лампы, низкая надежность функционирования, обусловленная отсутствием средств, автоматически поджигающих лампу в случае ее погасания, низкий КПД из-за необходимости использования напряжения, величина которого больше требуемой для поддержания разряда, в результате чего имеют место значительные потери энергии, низкая долговечность из-за усиленного износа нити катода.Closest to the invention is a variable brightness discharge device comprising a discharge lamp with an anode and a heated cathode connected to the secondary windings of a filament transformer connected to the negative terminals of a direct current source, the positive terminal of which is connected to the lamp anode via a brightness adjustment circuit [2]
The disadvantages of this device are significant weight and size indicators due to the use of a linear gas discharge lamp, low reliability due to the lack of means that automatically ignite the lamp in the event of its extinction, low efficiency due to the need to use voltage, the value of which is greater than required to maintain the discharge, as a result which causes significant energy losses, low durability due to increased wear of the cathode filament.

Задачей изобретения является создание разрядного лампового устройства, обеспечивающего повышение срока службы, КПД, надежности функционирования и улучшение массогабаритных показателей. The objective of the invention is the creation of a discharge tube device that provides increased service life, efficiency, reliability, and improvement of overall dimensions.

Эта задача решается благодаря тому, что в разрядное ламповое устройство с переменной яркостью, содержащее разрядную лампу с анодом и натриевым катодом, подключенным выводами ко вторичной обмотке накального трансформатора, соединенной с отрицательным выводом источника постоянного тока, положительный вывод которого связан с анодом через цепь регулирования яркости, согласно изобретению введены генератор импульсов, формирующих импульсы через интервалы 1 2 с, и импульсный преобразователь, а лампа выполнена в виде комнатной лампы с емкостным электродом, перекрывающим часть ее корпуса, напряжение, необходимое для поддержания процесса разряда которой, составляет 33 35 В, при этом упомянутый генератор импульсов соединен через импульсный преобразователь с емкостным электродом лампы, а вторичная обмотка накального трансформатора соединена с отрицательным выводом источника постоянного тока своим средним выводом, причем упомянутый отрицательный вывод заземлен. This problem is solved due to the fact that in a discharge lamp device with a variable brightness, containing a discharge lamp with an anode and a sodium cathode connected by leads to the secondary winding of a filament transformer connected to a negative terminal of a DC source, the positive terminal of which is connected to the anode through a brightness control circuit , according to the invention, a pulse generator, forming pulses at intervals of 1 2 s, and a pulse converter, are introduced, and the lamp is made in the form of a room lamp with a capacitive m electrode that overlaps part of its housing, the voltage necessary to maintain the discharge process of which is 33 35 V, while the mentioned pulse generator is connected via a pulse converter to the capacitive electrode of the lamp, and the secondary winding of the filament transformer is connected to the negative terminal of the DC source by its average a terminal, wherein said negative terminal is grounded.

На фиг.1 показана схема цепи светового разрядного устройства; на фиг.2 - схема устройства панели отображения; на фиг.3 характеристика выбранных напряжений, измеряемых в световой разрядной лампе. Figure 1 shows a circuit diagram of a light discharge device; figure 2 - diagram of the device display panel; figure 3 characteristic of the selected voltage measured in a light discharge lamp.

На фиг. 1 показана цепь управления компактной разрядной лампы 1. Нить 2 компактной разрядной лампы 1 соединена с накальным трансформатором 3, который обеспечивает постоянное напряжение нити, в то же время лампа имеет вторую нить, которая во время работы выполняет роль анода, иона не нагревается. Трансформатор 3 имеет вторичную обмотку, образующую напряжение нагрева в 7 в для лампы 1, а средний отвод 9 от вторичной обмотки соединен с отрицательным выводом источника силового постоянного тока, этот вывод заземлен. In FIG. 1 shows the control circuit of a compact discharge lamp 1. The filament 2 of a compact discharge lamp 1 is connected to an incandescent transformer 3, which provides a constant voltage of the filament, at the same time, the lamp has a second filament, which acts as the anode during operation, the ion does not heat up. Transformer 3 has a secondary winding forming a heating voltage of 7 V for lamp 1, and the middle tap 9 from the secondary winding is connected to the negative terminal of the DC power source, this terminal is grounded.

Положительный вывод V + источника постоянного тока соединен с сопротивлением R1 и с последовательно соединенными управляемым переключателем 5 и вторым сопротивлением R2. Другие концы сопротивлений R1 и R2 соединены между собой и проводом 10 соединены с обеими выводами нити 4, расположенной в концевой части компактной разрядной лампы 1. Этот концевой участок расположен напротив участка, где расположена нить 2, образующая катод. The positive terminal V + of the direct current source is connected to a resistance R1 and to a series-connected controlled switch 5 and a second resistance R2. The other ends of the resistances R1 and R2 are interconnected and the wire 10 is connected to both terminals of the filament 4 located at the end of the compact discharge lamp 1. This end section is located opposite the section where the filament 2 forming the cathode is located.

Управляемый переключатель 5 управляется прямоугольными импульсами регулируемой ширины. Во время действия этих импульсов управляемый переключатель 5 проводит при этом сопротивления R1 и R2 соединены параллельно. Во время периодов "выключено" импульсов управляемый переключатель 5 размыкается таким образом, между положительным выводом V+ и нитью 4 ток может протекать только через сопротивление R1. The controlled switch 5 is controlled by rectangular pulses of adjustable width. During the action of these pulses, the controlled switch 5 conducts while the resistances R1 and R2 are connected in parallel. During periods of "off" pulses, the controlled switch 5 is opened in this way, between the positive terminal V + and thread 4, current can flow only through the resistance R1.

Что касается варианта, показанного на фиг.1, зажигание компактной разрядной лампы 1 можно выполнить посредством емкостного электровода зажигания 6, занимающего часть корпуса лампы 1. Электрод зажигания 6 через импульсный преобразователь 7 соединен с генератором импульсов 8, формирующим импульсы зажигания интервалами в 1 2 с. As for the variant shown in Fig. 1, ignition of a compact discharge lamp 1 can be performed by means of a capacitive ignition electrode 6, which occupies part of the lamp housing 1. The ignition electrode 6 is connected via a pulse converter 7 to a pulse generator 8, which generates ignition pulses at intervals of 1 2 s .

Если некоторые из компактных разрядных ламп 1 вместе с взаимодействующими цепями, как это показано на фиг.1, расположены рядами и колонками, то получается панель отображения данных в виде матрицы 2, показанная на фиг.2, с элементами изображения, образованными соответствующими компактными разрядными лампами. Панель цветного отображения получают, если каждый элемент изображения состоит из трех компактных разрядных ламп 1a, 1b и 1c, дающих красный, синий и зеленый свет. V-образная конструкция обычных компактных ламп и их стандартная ширина в 25 мм позволяет изготовление панели отображения 2, на которой размер изображения равен около 60 70 мм. На фиг.2 компактные лампы показаны только на первом элементе изображения, так как все другие элементы изображения имеют аналогичную конструкцию. If some of the compact discharge lamps 1 along with the interacting circuits, as shown in Fig. 1, are arranged in rows and columns, then the data display panel in the form of a matrix 2, shown in Fig. 2, with image elements formed by the corresponding compact discharge lamps . A color display panel is obtained if each image element consists of three compact discharge lamps 1a, 1b and 1c giving red, blue and green light. The V-shaped design of conventional compact lamps and their standard width of 25 mm allows the manufacture of a display panel 2, on which the image size is about 60 70 mm. In figure 2, compact lamps are shown only on the first image element, since all other image elements have a similar design.

Прежде чем перейти к описанию работы схемы согласно изобретению обратимся к фиг.3, где рабочее напряжение между нитями 2 и 4 показано в виде функции времени. Before proceeding to the description of the operation of the circuit according to the invention, we turn to figure 3, where the operating voltage between the threads 2 and 4 is shown as a function of time.

Если номинальное напряжение нагрева, например переменный ток с частотой 50 Гц и напряжением 7 В, непрерывно поступает в нить 2 компактной разрядной лампы 1, тогда для схемы на фиг.1 нулевая линия питающего напряжения постоянного тока будут изменяться, как это показано на фиг.3. Напряжением нагрева в 7 В симметрично нулевой линии напряжения постоянного тока только потому, что трансформатор 3 подает напряжение, симметричное потенциалу заземления. Напряжение переменного тока в 7 В, приложенное к двум концам нити 2 распределяется равномерно по нити. Что касается нити 4, она служит в качестве анода, на фиг.3 кривая 2a показывает потенциал первого конца нити 2, кривая 2b показывает потенциал второго конца нити 2, в то время как нулевая ось, отмеченная позицией 2c, отражает потенциал средней части нити 2. Потенциалы двух концов нити 2 относительно анода соответствуют форме волн, где соответствующие напряжения переменного тока в ±3,5В налагаются на анодное напряжение постоянного тока. В компактной разрядной лампе 1 напряжение, необходимое для поддержания газового разряда, находится между 33 35 В. Если потенциал заземления предусмотрен в средней части нити 2, как это предложено изобретением, то нить 2 будет всегда иметь по крайней мере 50% вдоль участка, имеющего потенциал относительно противоположной нити 4, например, относительно анода, который по крайней мере такой же высокий, как напряжение вывода V + или выше, и этого участка достаточно для поддержания разряда. Таким образом, напряжение постоянного тока V+ можно регулировать на 33 35 В. Если точка нити 2 рассматривается как мгновенный максимум излучения тока, который довольно отрицательный в сравнении с анодом, то, что касается кривых на фиг. 3, станет ясно, что во время каждого периода напряжения нагрева эта точка перемещается непрерывно и постепенно вдоль нити 2, например максимальное излучение не может взаимодействовать с какой-либо дискретной частью нити. Из этого свойства следует, что во время работы истирание активного катодного материала будет протекать равномерно по длине нити, что увеличивает долговечность катода. If the nominal heating voltage, for example, alternating current with a frequency of 50 Hz and a voltage of 7 V, continuously enters the filament 2 of a compact discharge lamp 1, then for the circuit in Fig. 1, the zero line of the DC supply voltage will change, as shown in Fig. 3 . The heating voltage of 7 V is symmetrical to the zero line of the DC voltage only because the transformer 3 supplies a voltage that is symmetrical to the ground potential. An AC voltage of 7 V applied to the two ends of thread 2 is distributed evenly across the thread. As for yarn 4, it serves as an anode, in Fig. 3, curve 2a shows the potential of the first end of yarn 2, curve 2b shows the potential of the second end of yarn 2, while the zero axis marked by 2c reflects the potential of the middle part of yarn 2 The potentials of the two ends of the filament 2 relative to the anode correspond to the waveform, where the corresponding AC voltages of ± 3.5 V are superimposed on the anode DC voltage. In a compact discharge lamp 1, the voltage necessary to maintain a gas discharge is between 33 35 V. If the grounding potential is provided in the middle part of thread 2, as proposed by the invention, then thread 2 will always have at least 50% along a portion having a potential relative to the opposite filament 4, for example, relative to the anode, which is at least as high as the output voltage V + or higher, and this section is sufficient to maintain the discharge. Thus, the DC voltage V + can be adjusted to 33 35 V. If the point of the filament 2 is considered to be the instantaneous maximum of the current radiation, which is quite negative in comparison with the anode, then with regard to the curves in FIG. 3, it will become clear that during each heating voltage period, this point moves continuously and gradually along the filament 2, for example, the maximum radiation cannot interact with any discrete part of the filament. From this property it follows that during operation, the abrasion of the active cathode material will proceed uniformly along the length of the filament, which increases the durability of the cathode.

Если бы отрицательный вывод питающего напряжения постоянного тока приложили к концевой точке нити 2, то потенциал этой концевой точки образовал бы нулевую линию 2C (см. фиг.3), а напряжение другой концевой точки стало бы соответствовать кривой 2A, но в этом случае эффективная величина напряжения стала бы 7 вместо 3.5 B, как в предыдущем случае. Если потенциал этой другой концевой точки расположен в положительном полупериоде относительно нулевой линии, то мгновенная величина анодно-катодного напряжения меньше напряжения постоянного тока по всей нити и состояние разряда в лампе можно поддерживать только, если напряжение постоянного тока приложено к нити 4, которое на 7 В выше, чем в предшествующем случае. А это означает, что напряжение постоянного тока приблизительно 40 B необходимо применить вместо минимально допустимой величины в 33 B, при этом средний уровень яркости света выше не станет. Такое устройство схемы привело бы к значительному снижению эффективности. If the negative output of the DC supply voltage were applied to the end point of thread 2, the potential of this end point would form a zero line 2C (see Fig. 3), and the voltage of the other end point would correspond to curve 2A, but in this case the effective value voltage would become 7 instead of 3.5 V, as in the previous case. If the potential of this other endpoint is located in the positive half-cycle relative to the zero line, then the instantaneous value of the anode-cathode voltage is less than the DC voltage throughout the filament and the discharge state in the lamp can only be maintained if the DC voltage is applied to filament 4, which is 7 V higher than in the previous case. This means that a DC voltage of approximately 40 V must be applied instead of the minimum permissible value of 33 V, while the average level of light brightness will not become higher. Such a circuit arrangement would lead to a significant decrease in efficiency.

Также необходимо иметь в виду, что в случаях, когда отрицательный вывод питающего напряжения постоянного тока приложен непосредственно к концевой точке нити 2, во время первого полупериода напряжения нити первый конец нити окажется наиболее отрицательным местом в сравнении с анодом, в то время как во время другого полупериода эта точка будет другим концом нити. Таким образом, максимальное излучение попеременно будет приходится на две концевые точки нити. Это обстоятельство означает, что максимальная нагрузка будет приходиться на две концевые точки нити, а ток разряда будет неравномерно распределяться вдоль нити, причем износ нити также будет неравномерным. Если нулевой потенциал напряжения постоянного тока сместится в среднюю часть нити, как предлагается изобретением, то получат ожидаемую увеличенную долговечность и можно применить пониженное напряжение постоянного тока. Если две концевые точки нити 4, которая образует анод, соединить, то можно получить более равномерное распределение потенциала вдоль этой нити 4. Преимущества, получаемые при этом, не являются очень значительными, но от них отказаться нельзя. It is also necessary to bear in mind that in cases where the negative output of the DC voltage is applied directly to the end point of the thread 2, during the first half-cycle of the voltage of the thread, the first end of the thread will be the most negative place compared to the anode, while during the other half period this point will be the other end of the thread. Thus, the maximum radiation will alternately fall on the two end points of the thread. This circumstance means that the maximum load will fall on the two end points of the thread, and the discharge current will be unevenly distributed along the thread, and the wear of the thread will also be uneven. If the zero potential of the DC voltage is shifted to the middle part of the filament, as proposed by the invention, then the expected increased durability will be obtained and a lower DC voltage can be applied. If the two end points of the filament 4, which forms the anode, are connected, then a more uniform distribution of potential along this filament 4 can be obtained. The advantages obtained are not very significant, but they cannot be abandoned.

После короткого анализа свойств излучения будет описан предпочтительный способ импульсного управления компактной разрядной лампой 1. After a brief analysis of the radiation properties, a preferred method for pulsed control of a compact discharge lamp 1 will be described.

Генератор импульсов 8 соединен с электродом зажигания 6 через импульсный преобразователь 7. Хотя разряд можно начать посредством одного импульса зажигания, эти импульсы повторяют через интервалы в 1 2 с для обеспечения зажигания компактной разрядной лампы 1 в тех случаях, если по какой-либо случайной причине прерван анодный ток. The pulse generator 8 is connected to the ignition electrode 6 through a pulse converter 7. Although the discharge can be started with a single ignition pulse, these pulses are repeated at intervals of 1 2 s to ensure the ignition of the compact discharge lamp 1 in case of interruption for any random reason anode current.

Величину тока разряда определяют положением управляемого переключателя 5. В положении "включено" переключателя 5 сопротивления R1 и R2 включены параллельно, и их величины подобраны так, чтобы обеспечить ток лампы около 150 микроампер. В этом случае лампа горит с максимальной яркостью. В положении "выключено" управляемого переключателя 5 минимальный ток в 1 1,5 мкА через сопротивление R1 может протекать через лампу, что совершенно достаточно для поддержания процесса разряда, причем не образуется заметного света. Сохраняемый процесс разряда представляет возможность для мгновенного увеличения тока в лампе, то есть без какой-либо задержки. Яркость света определяется отношением времени импульсов включения и выключения, подаваемых на вход управления переключателя 5, и это отношение можно легко изменять. The magnitude of the discharge current is determined by the position of the controlled switch 5. In the "on" position of the switch 5, the resistances R1 and R2 are connected in parallel, and their values are selected so as to provide a lamp current of about 150 microamps. In this case, the lamp lights up with maximum brightness. In the off position of the controlled switch 5, the minimum current of 1 1.5 μA through the resistance R1 can flow through the lamp, which is quite enough to maintain the discharge process, and no noticeable light is formed. The stored discharge process provides an opportunity for an instantaneous increase in the current in the lamp, that is, without any delay. The brightness of the light is determined by the ratio of the time of the on and off pulses supplied to the control input of the switch 5, and this ratio can be easily changed.

В каждом месте панели отображения 11 любой требуемый цвет и яркость можно отрегулировать путем соответствующего управления лампами. Скорость этого управления может быть выше, чем время реакции человеческого глаза, причем могут быть отображены движущиеся надписи и рисунки. At each location on the display panel 11, any desired color and brightness can be adjusted by appropriately controlling the lamps. The speed of this control can be higher than the reaction time of the human eye, and moving inscriptions and drawings can be displayed.

Преимущества изобретения, во-первых, состоят в увеличенной долговечности компактной разрядной лампы 1 благодаря предложенному нагреванию, во-вторых, в замене нитей 2 и 4, так как, если нагретая нить выйдет из строя или перестанет излучать, лампу можно поместить в гнездо в обратном положении, и положение нитей 2 и 4 изменится, а нить 4, которую вначале применяли в качестве анода, можно применить в качестве катода, а нить 2 можно использовать в качестве анода даже в неисправном виде, или если она вообще не изучает. Благодаря этому долговечность можно увеличить вдвое. Уменьшение рабочего напряжения постоянного тока экономит энергию. Другое существенное преимущество представляет возможность массового производства недорогих компактных разрядных ламп, являющихся деталями панели отображения 11, так как это в значительной степени уменьшает производственные расходы. The advantages of the invention, firstly, are the increased durability of the compact discharge lamp 1 due to the proposed heating, and secondly, the replacement of filaments 2 and 4, since if the heated filament fails or stops emitting, the lamp can be placed in the socket in the reverse the position and position of threads 2 and 4 will change, and thread 4, which was first used as an anode, can be used as a cathode, and thread 2 can be used as an anode even in a faulty form, or if it does not study at all. Thanks to this, durability can be doubled. Reducing the operating DC voltage saves energy. Another significant advantage is the possibility of mass production of inexpensive compact discharge lamps, which are parts of the display panel 11, as this significantly reduces production costs.

Claims

A variable-brightness discharge lamp device containing a discharge lamp with an anode and a heated cathode connected to the secondary winding of a filament transformer connected to a negative terminal of a direct current source, the positive terminal of which is connected to the lamp anode through a brightness adjustment circuit, characterized in that the generator is introduced pulses, forming pulses at intervals of 1 2 s, and a pulse converter, and the lamp is made in the form of a compact lamp with a capacitive electrode, overlapping part e of the housing, the voltage necessary to maintain the discharge process of which is 33 35 V, while the mentioned pulse generator is connected via a pulse converter to the capacitive electrode of the lamp, and the secondary winding of the filament transformer is connected to the negative terminal of the DC source by its middle terminal, and the said negative the output is grounded.