PL191318B1 - Układ zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych - Google Patents

Abstract

Uklad zasilania niskocisnieniowych lamp wyladow- czych, do zasilania jednej lub wiecej lamp, zawierajacy niezaleznie regulowane zródlo pradu wielkiej czestotli- wosci, dolaczone bezposrednio do lampy zawierajacej dwie katody bezposrednio zarzone, do których sa dola- czone niezaleznie regulowane zródla napiecia, a do zródla pradu wielkiej czestotliwosci i niezaleznie regu- lowanych zródel napiecia jest dolaczony modul sterow- niczy, majacy elementy do pomiaru wartosci napiecia wyladowania, elementy do pomiaru wartosci pradu wyladowania, elementy do pomiaru wartosci napiecia grzejnego i elementy do pomiaru wartosci pradu grzej- nego, przy czym modul sterowniczy ma elementy do regulacji wartosci pradu dostarczanego ze zródla pradu wyladowania i elementy do regulacji wartosci napiecia dostarczanego ze zródel napiecia zasilajacych katody bezposrednio zarzone, znamienny tym, ze modul sterowniczy (19) zawiera uklad wykrywania typu zasila- nej lampy na podstawie wartosci napiec wyladowania (8), pradów wyladowania (7), napiec grzejnych (21) i pradów grzejnych (6), dolaczony do ukladu do nieza- leznej regulacji wartosci pradu wyladowania (7) i napie- cia grzejnego (21), zaleznie od typu zasilanej lampy (1). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych, zwłaszcza lamp fluorescencyjnych.

Niskociśnieniowe lampy wyładowcze są zwykle lampami rtęciowymi lub sodowymi do promieniowania maksymalnej ilości energii z widma rtęci lub sodu. Natomiast w lampach fluorescencyjnych krótkofalowa energia promieniowania ultrafioletowego jest zamieniana na światło przez warstwę luminoforu wewnątrz lampy.

Lampa wyładowcza fluorescencyjna ma szklaną bańkę, zwykle w kształcie rury, pokrytą wewnątrz fosforową masą świecącą. Bańka zawiera mieszaninę jednego lub więcej gazów szlachetnych z małą ilością pary rtęci. W czasie pracy lampy jest utrzymywany proces wyładowania w gazie, zwykle za pomocą dwóch katod bezpośrednio żarzonych na końcach rury.

Proces wyładowania jest rozpoczynany i utrzymywany za pomocą magnetycznych mechanizmów sterowania lub elektronicznej aparatury sterowniczej wysokoczęstotliwościowej. Te oba rodzaje układów sterowniczych są stosowane do przemiany energii elektrycznej, dostępnej z typowych źródeł prądu przemiennego lub stałego, do postaci wymaganej do rozpoczęcia i utrzymywania procesu wyładowania. Zwykle energia dostarczana do lampy jest zużywana w dwóch głównych procesach zachodzących wewnątrz lampy: w procesie wyładowania i procesie ogrzewania katod. W czasie pracy stan lampy wyładowczej z elektrycznego punktu widzenia jest określany przez napięcie między zaciskami lampy, prąd wyładowania płynący przez lampę i prąd grzejny płynący przez katodę bezpośrednio żarzoną.

Lampy wyładowcze charakteryzują się, w zależności od parametrów mieszanin gazowych oraz wymiarów fizycznych i kształtu, różnymi wartościami napięcia i prądu wyładowania i wymagają różnych prądów grzejnych. Z tego powodu stosuje się różne układy sterownicze do zasilania lamp wyładowczych o określonych parametrach. W typowych zastosowania lampy są zasilane ze źródła napięcia przemiennego. Prąd wyładowania i prąd grzejny są ustalane przez dany typ lampy i są stałe.

Znane są z opisu patentowego USA nr 5 703 441 układy zasilania elementów grzejnych lampy fluorescencyjnej z regulatorem światła, zapewniającym ściemnianie, które są układami częściowo niezależnymi. Napięcie grzejne jest regulowane w czasie, gdy lampa jest wprowadzana w tryb ściemniania, zapewniając optymalną temperaturę katod bezpośrednio żarzonych.

Prąd wyładowania nie jest tutaj regulowany i to rozwiązanie jest stosowane tylko do jednego typu lampy.

Lampy fluorescencyjne wymagają różnych napięć zapłonowych, a przetworniki mocy stosowane do zasilania lamp zapewniają duże wartości współczynnika mocy, co jest równoważne zapewnieniu obciążenia rezystancyjnego sieci zasilającej, jak przedstawiono to w opisach patentowych USA nr 4 870 327 i 4 958 108, bez możliwości całkowicie niezależnej regulacji prądu wyładowania i prądu grzejnego. Ujawnione tutaj rozwiązania są stosowane jedynie do rodziny lamp mających ten sam punkt pracy określony przez napięcie i prąd wyładowania oraz różne napięcie zapłonu.

Opis zgłoszenia europejskiego nr 0 413 991 przedstawia zastosowanie jednego typu przetwornika elektronicznego do różnych lamp, co wymaga automatycznej identyfikacji typu lampy. Identyfikacja ta następuje poprzez użycie wartości napięcia zapłonu do określenia typu lampy w danym zbiorze lamp. Napięcie zapłonu zależy od wielu parametrów, takich jak długość i kształt lampy, rodzaj mieszaniny gazów, ciśnienie gazu, a zatem nie może być stosowane jako uniwersalny parametr identyfikujący typ lampy. Algorytm identyfikacji stosowany w rozwiązaniu z tego opisu umożliwia jedynie zgrubną identyfikację lamp w zakresie ograniczonej rodziny.

W pełni uniwersalna identyfikacja typu lampy jest możliwa jedynie poprzez pomiar wszystkich parametrów określających elektrycznie lampę, to znaczy napięcia wyładowania, prądu wyładowania, napięcia grzejnego i prądu grzejnego oraz algorytm identyfikacyjny uwzględniający wszystkie te parametry.

W układzie według wynalazku moduł sterowniczy zawiera układ wykrywania typu zasilanej lampy na podstawie wartości napięć wyładowania, prądów wyładowania, napięć grzejnych i prądów grzejnych, dołączony do układu do niezależnej regulacji wartości prądu wyładowania i napięcia grzejnego, zależnie od typu zasilanej lampy.

Zaletą wynalazku jest opracowanie układu zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych, zapewniającego niezależne dostarczanie prądu wyładowania i napięcia grzejnego katod bezpośrednio żarzonych z całkowicie niezależnych i regulowanych źródeł prądu i napięcia w celu uzyskania automaPL 191 318 B1 tycznej identyfikacji typu lampy i automatycznej regulacji prądu wyładowania i prądu grzejnego do wartości wymaganych przez zidentyfikowana lampę.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia standardowy układ zasilania lamp wyładowczych, stosowany z magnetycznymi i elektronicznymi układami sterowniczymi, gdzie parametry są określane indywidualnie dla każdego typu lampy, 70 327 fig. 2 - standardowy układ zasilania lam wyładowczych, stosowany z magnetycznymi i elektronicznymi układami sterowniczymi, gdzie parametry są określane indywidualnie dla każdego typu lampy, dodatkowo wyposażony w moduł sprzężenia zwrotnego, poprawiający stabilność parametrów, fig. 3 -standardowy układ zasilania lamp wyładowczych, stosowany z elektronicznymi układami sterowniczymi, z oddzielnymi układami zasilania katod bezpośrednio żarzonych i fig. 4 - układ zasilania lamp wyładowczych, z automatyczną detekcją typu lampy i automatyczną regulacją parametrów zasilania, według wynalazku.

Figura 1 przedstawia schemat blokowy znanego układu zasilania lamp wyładowczych, w którym lampa wyładowcza 1 z dwiema elektrodami 2 jest zasilana ze źródła napięcia przemiennego 3 o ograniczonej dodatniej impedancji wewnętrznej. Prąd ze źródła napięciowego zależy od wartości obciążenia, więc jest dodany dodatkowy element impedancyjny 11 o dodatniej impedancji, aby dopasować prąd do wartości wymaganej przez daną lampę. Energia E_cat pobierana przez lampę jest reprezentowana przez wektor prądu 5, a napięcie Ut na lampie jest reprezentowane przez wektor napięcia wyładowania 8. Całkowity prąd 5 składa się z prądu grzejnego Ig 6 i prądu wyładowania Iwyt 7.

Prąd wyładowania 7 i prąd grzejny 6 są dopasowane do wartości wymaganych przez dany typ lampy wyładowczej. W obwodzie przedstawionym na fig. 1 całkowity prąd 5 jest sumą prądu wyładowania 7 i prądu grzejnego 6: = I_g + Iwył.

Element impedancyjny 4 o dodatniej impedancji jest dodany w celu zamknięcia obwodu grzejnego 10 i zapewnienia właściwej wartości prądu grzejnego 6, która jest określona przez wartość napięcia wyładowania 8 na lampie 1, parametry lampy i wartości elementów impedancyjnych 4 i 11. Ze względu na to, że obwody 9 i 10 są zależne i mają we wspólnej gałęzi lampę, wiec zarówno parametry źródła napięcia 3 jak i elementów impedancyjnych 4 i 11 są ustalane tylko dla jednego typu lampy wyładowczej, określonej przez prąd wyładowania 7, prąd grzejny 6 i napięcie wyładowania 8.

Figura 2 przedstawia schemat blokowy układu zasilania lamp wyładowczych, w którym sygnał 13 określający całkowity prąd 5 i sygnał 12 określający napięcie wyładowania 8 są przetwarzane przez moduł sprzężenia zwrotnego 11, aby wytworzyć sygnał sterujący 14 regulujący parametry źródła energii dla zapewnienia stabilnej wartości całkowitego prądu 5.

Figura 3 przedstawia schemat blokowy układu zasilania lamp wyładowczych, w którym katody 2 bezpośrednio żarzone są zasilane z niezależnych i regulowanych źródeł napięcia 16, a prąd wyładowania 7 jest dostarczany z innego źródła napięcia 3. Regulowane źródła napięcia 16 są stosowane do zwiększania prądu grzejnego, gdy lampa wchodzi w tryb ściemniania, zapewniając optymalną temperaturę katod i wydłużenie czasu życia lampy.

Różne typy i rodziny lamp wyładowczych wymagają zastosowania różnych wartości prądu grzejnego i prądu wyładowania przy różnych wartościach napięcia wyładowania. Ze względu na to, że obwód prądu wyładowania i obwód prądu grzejnego są wzajemnie zależne w układzie zasilania przedstawionym na fig. 1 i fig. 2, parametry poszczególnych elementów są ustalane tylko dla jednego typu lampy wyładowczej i to prowadzi do magnetycznych i elektronicznych układów sterowniczych tylko dla jednego typu lampy. Zasilanie lampy ze źródła napięcia wymaga również zastosowania dodatkowego biernego elementu impedancyjnego, zwykle magnetycznego, ograniczającego prąd wyładowania, pobierany ze źródła napięcia do wartości wymaganej przez daną lampę.

Figura 4 przedstawia schemat blokowy układu zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych według wynalazku, zapewniający niezależne drogi dostarczania prądu wyładowania i prądu grzejnego katod. Lampa fluorescencyjna 1 z dwiema katodami 2 bezpośrednio żarzonymi przedstawia przykład niskociśnieniowej lampy wyładowczej. Prąd wyładowania 7 jest dostarczany ze źródła prądu 3 wielkiej częstotliwości. Prądy grzejne 6 są dostarczane do katod z całkowicie oddzielnych źródeł napięcia 16.

Ze względu na to, że zarówno prąd wyładowania 7, jak i prądy grzejne 6 płyną w niezależnych od siebie obwodach 9, 17 i 18, te prądy są dostarczane z niezależnych źródeł prądu i napięcia, a ich wartości są regulowane niezależnie. Oba typy źródeł są regulowane elektronicznie, umożliwiając niezależną regulację prądu wyładowania i napięcia grzejnego.

PL 191 318B1

Moduł sterowniczy 19 w postaci komputerowego układu sterowniczego mierzy wartość napięcia wyładowania na lampie za pomocą sygnału 12, wartość prądu wyładowania 7 za pomocą sygnału 13, wartość napięcia grzejnego 21 za pomocą sygnału 22 i wartość prądu grzejnego 6 za pomocą sygnału 20. Informacja o wartościach prądu wyładowania 7, napięcia władowania 8, napięcia grzejnego 21 i prądu grzejnego 6 podczas zapłonu lampy i później jest stosowana do detekcji typu lampy, a układ sterowniczy automatycznie reguluje prąd wyładowania i napięcie grzejne do wartości wymaganych przez aktualnie zasilany typ lampy.

Claims (1)

1. Układ zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych, do zasilania jednej lub więcej lamp, zawierający niezależnie regulowane źródło prądu wielkiej częstotliwości, dołączone bezpośrednio do lampy zawierającej dwie katody bezpośrednio żarzone, do których są dołączone niezależnie regulowane źródła napięcia, a do źródła prądu wielkiej częstotliwości i niezależnie regulowanych źródeł napięcia jest dołączony moduł sterowniczy, mający elementy do pomiaru wartości napięcia wyładowania, elementy do pomiaru wartości prądu wyładowania, elementy do pomiaru wartości napięcia grzejnego i elementy do pomiaru wartości prądu grzejnego, przy czym moduł sterowniczy ma elementy do regulacji wartości prądu dostarczanego ze źródła prądu wyładowania i elementy do regulacji wartości napięcia dostarczanego ze źródeł napięcia zasilających katody bezpośrednio żarzone, znamienny tym, że moduł sterowniczy (19) zawiera układ wykrywania typu zasilanej lampy na podstawie wartości napięć wyładowania (8), prądów wyładowania (7), napięć grzejnych (21) i prądów grzejnych (6), dołączony do układu do niezależnej regulacji wartości prądu wyładowania (7) i napięcia grzejnego (21), zależnie od typu zasilanej lampy (1).