FI101187B - Lampputehon mittauksella varustettu säädettävä elektroninen liitäntäla ite - Google Patents

Description

101187

Lampputehon mittauksella varustettu säädettävä elektroninen liitäntälaite. - Med lampeffekts mätning försett regler- bart elektroniskt anslutningsorgan.

‘ 5 Tämä keksintö koskee säädettävää tai ohjattavaa pienipai- neisen purkauslampun, erityisesti loistelampun, elektronista liitäntälaitetta, jonka toiminta perustuu lampun valoulostulon säätämiseen lampulle syötettävän jännitteen taajuutta muuttamalla. Keksinnön kohteena on menetelmä ja 10 piirijärjestely tällaisen liitäntälaitteen lamppukuormaan siirtämän tehon mittaamiseksi tarkasti niin, että lampun katodien kuluttaman tehon osuus tunnetaan.

Pienipaineisten purkauslamppujen elektronisten liitäntä-15 laitteiden rakenne on tunnettu hakijan patentista n:o FI 64487 sekä teoreettiset perusteet hakijan patentista n:o FI 63314. Hakijan patentissa n:o FI 63146 on puolestaan esitetty pienjännitteellä ohjattavan elektronisen liitän-tälaitteen rakenne ja toiminta, jolloin saavutetaan ulkoi-20 seen ohjaussignaaliin verrannollinen valoulostulo.

Hakijan patentista n:o FI 63146 tunnettua ohjattavan tai säädettävän liitäntälaitteen rakennetta ja toimintaa selostetaan lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen Fig. 1, 25 joka esittää erästä tällaisen liitäntälaitteen edullista suoritusmuotoa. Esityksen yksinkertaistamiseksi on kuviossa Fig. 1 esitetty vain toiminnan ymmärtämisen kannalta välttämättömimmät rakenneosat.

30 Piirustuksen Fig. 1 esittämään liitäntälaitteeseen kuuluu syöttöjännitteeseen UV kytketty tasasuuntaaja V1, tasoitus-kondensaattori C1, suurtaajuusoskillaattori A1 sekä puoli-siltakytkennän muodostavat transistorit TR1 ja TR2. Lamppu LL on kytketty osaksi kondensaattorin C2 ja kelan L2 muo-35 dostamaa resonanssipiiriä, jota vuorovaiheisesti johtavat transistorit TRI ja TR2 syöttävät. Lampun LL katodien esi-hehkutusvirta lampun sytytysvaiheessa johdetaan kondensaat- 2 101187 torin C3 kautta. Oskillaattori A1 on varustettu ohjauslii-tännällä C01 - C02, jonka kautta ohjaussignaali vaikuttaa oskillaattorin värähtelytaajuuteen. Elektroninen liitäntä-laite on yleensä varustettava erillisellä suojatoiminnalla 5 eräitä erikoistilanteita, kuten liitäntälaitetta syöttävän sähköverkon yli- tai alijännitettä, laitteen ylikuumenemista, lampun puuttumista tai lampun katodien katkeamista vastaan esim. hakijan patenttihakemuksessa FI 955 695 kuvatulla tavalla.

10

On yleisesti tunnettua, että pienipaineisten purkauslamp-pujen katodien lämmittämisellä lampun sytytystapahtuman aikana on myönteinen vaikutus lampun elinikään ja toimintaominaisuuksiin. Sopivasti mitoitetulla hehkutusteholla 15 voidaan lampun elinikää pidentää vähentämällä lampun kato-deihin ja erityisesti niiden pinnoitteena olevaan emissio-ainekerrokseen kohdistuvaa rasitusta. Samalla mahdollistetaan lampun sytyttäminen vilkkumatta pienemmällä lampun yli vaikuttavalla jännitteellä kuin tilanteessa, jossa esiheh-20 kutusta ei käytetä. Elektronisille liitäntälaitteille asetetut vaatimukset katodien hehkuttamisesta lamppua sytytettäessä on annettu kansainvälisessä standardissa IEC 929. Näillä vaatimuksilla on pyritty varmistamaan se, että standardien IEC 81 ja IEC 901 mukaiset loistelamput saavuttavat 25 niille spesifioidun elinikänsä. Poikkeaminen mainittujen standardien vaatimuksista voi aiheuttaa myös muita epäsuotuisia ilmiöitä, kuten lampun lasikuvun mustumista katodien viereisillä alueilla, jolloin katodeista emittoituvaa materiaalia kertyy lasikuvun sisäpinnalle.

30

Niin ikään on tunnettua, että mainittu lampun katodien hehkuttaminen on välttämätöntä tilanteissa, joissa lampun va-loulostuloa halutaan säätää. Riittävällä katodihehkutuksel-la varmistetaan se, että katodeista emittoituu riittävästi 35 varauksenkuljettajia ylläpitämään purkausta lampussa sen läpi kulkevan virran pienentyessä. Optimaalinen hehkutusta-so on jälleen välttämätön myös lampun eliniän pitämiseksi 3 101187 hyväksyttävällä tasolla. Piirustuksessa Fig. 2 on esitetty eräs edullinen suoritusmuoto lampun LL katodien hehkuttami-seksi. Tässä piirissä kela L2 sisältää kaksi toisiokäämiä, jotka syöttävät kondensaattoreiden C5 ja C6 kautta lampun . 5 LL katodeille halutunsuuruisen hehkutusenergian. Piirieli miä R4 ja V5 käytetään mittaustarkoitukseen tavalla, jota selostetaan lähemmin keksinnön ominaispiirteiden kuvauksen yhteydessä.

10 Edellä kuvatun ohjattavan liitäntälaitteen toiminnalle on oleellista, että lampulle LL syötettävää tehoa pystytään mittaamaan riittävällä tarkkuudella. Tätä mittaustietoa käytetään hyväksi ohjauslohkon A1 toiminnassa siten, että lampulle LL saadaan syötetyksi stabiililla tavalla ohjaus-15 linjojen C01 ja C02 väliseen jännitteeseen verrannollinen teho lampun valoulostulon säätämiseksi. Puolisiltaan kytketyn transistoripiirin TR1 ja TR2 lamppukuormaan LL syöttämä teho koostuu kahdesta komponentista: varsinaisesta lampputehosta, joka ylläpitää valoa tuottavaa purkausta 20 lampussa ja hehkutustehosta, jota käytetään lampun katodien lämmittämiseen. Erityisesti alemmilla säätötasoilla, jolloin lampun purkauksen kuluttama teho on pieni, muodostaa katodihehkutuksen teho huomattavan osuuden koko piirin tehosta. Edellä kuvatun liitäntälaitteen ongelmana on kuorma-25 tehon mittaaminen niin, että varsinainen lampun teho saadaan mitatuksi riittävällä tarkkuudella ilman, että hehkutuksen vaatima teho vaikuttaisi merkittävästi mittaustulokseen .

30 Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää patenttivaatimuksen 1 johdannossa määriteltyä tyyppiä olevan liitäntälaitteen mittauspiirikytkentä, jonka avulla pienipaineisen pur-kauslampun, erityisesti loistelampun, teho voidaan mitata niin, että katodien hehkutukseen käytettävän tehon osuus 35 kompensoidaan pois mittaustuloksesta.

4 101187 Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen piirteiden avulla. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

5

Piirustuksissa kuvio 1 esittää edellä selostettua tekniikan tasoa; 10 kuvio 2 esittää erästä piiri järjestelyä lampun katodin hehkuttamiseksi, piirin ollessa varustettu elimillä R4, V5 katodien hehkutukseen käytettävän tehon osuuden mittaamiseksi; ja 15 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisella lampputehon mittauksella varustettua elektronista liitäntälaitet-ta, jossa on hieman kuviosta 2 poikkeava piirijär-jestely katodien hehkuttamiseksi ja siihen käytettävän tehon osuuden mittaamiseksi.

20

Keksinnön toimintaa selostetaan lähemmin viittaamalla piirustukseen Fig. 3, jonka useimmat toiminnot on selostettu jo edellä piirustuksen Fig. 1 avulla. Lisäyksenä edelliseen ovat ns. freewheel-diodit V2 ja V3, jotka sallivat värähte-25 lypiirin virran kulun myötäsuuntaan tilanteissa, joissa niiden rinnalla oleva transistori TR1 tai TR2 on katkaissut piirin virran vastakkaisessa suunnassa.

Puolisillan TR1 - TR2 kuluttama pätöenergia siirtyy pää-30 asiallisesti kuormapiiriin C2, L2, LL ja C3. Piirin symmetrisen toiminnan vuoksi virta kumman tahansa puolisillan syötön kautta on verrannollinen kuormapiirin kuluttamaan energiaan, jos puolisillan syöttöjännite pidetään vakiona.

35 ^load ^halfbridge,supply 5 101187

Kuormapiiri muodostuu kelasta L2, lampusta LL ja kondensaattoreista C2, C3. Näistä ainoastaan lamppu LL kuluttaa pätötehoa. Lampun LL kuluttama energia jakautuu lampun purkauksen aiheuttamaan energian käyttöön ja hehkujen kulutta-5 maan energiaan. Valontuoton kannalta lamppuvirran energia on kiinnostava.

Säädettäessä kuormapiirin pätötehoa eli lampun LL tuottamaa valoulostuloa käyttäen puolisillan syöttövirtaa vertailuar-10 vona toimii säätö hyvin niin kauan, kun lampputeho on suurempi kuin hehkuteho. Kun mainitut tehot ovat yhtä suuria tai lampputeho on pienempi kuin hehkuteho, säätö muuttuu epätarkaksi. Tämä tapahtuu lampputyypistä riippuen noin 10 ... 20% valotason välillä. Haluttaessa säätää tätä alemmal-15 le valotasolle pitää hehkutehon vaikutus poistaa mittasig-naalista. Tämä voi tapahtua mittaamalla esim. lampun LL toisen katodin yli olevaa jännitettä. Katodi jännite muodostuu katodiresistanssin ja hehkuvirran sekä lamppuvirran neliösumman tulosta. Huomattakoon, että hehkuvirran ja 20 lamppuvirran vaihe-ero on noin 90 astetta. Matalilla valo-tasoilla hehkujännite muodostuu pääasiassa hehkuvirrasta, koska lamppuvirta on pieni. Tällöin edullinen kompensoin-tisignaali saadaan yksinkertaisesti vähentämällä sopivasti mitoitettu hehkujännitteeseen verrannollinen jännite puoli-25 sillan syöttövirtaan verrannollisesta jännitteestä.

Kompensointi mitoitetaan siten, että se on merkittävä vain alemmilla valotasoilla. Hehkuteho voidaan kalibroida, eli hehkuresistanssivaihtelujen vaikutus eri lamppuyksilöiden 30 välillä voidaan kompensoida ennen lampun syttymistä vertaamalla puolisillan virtaa hehkujännitteeseen.

Lampun päästä tapahtuva mittaus antaa sekä hehku- että lamppuvirran. Loistelampun dynaaminen impedanssi on lähes 35 resistiivinen laajalla taajuusalueella ja impedanssin arvo riippuu voimakkaasti lamppuvirran tasosta siten, että pie- 6 101187 nillä virroilla efektiivinen resistanssi on hyvin korkea ja isoilla virroilla vastaavasti pieni.

Piirustuksessa Fig. 3 on esitetty edellä kuvatun mittaus-5 periaatteen eräs suoritusmuoto. Tässä kuormapiirin koko-naistehon mittaamiseen käytetään vastusta R2, jonka tuottama puolisillan TR1 - TR2 virtaan verrannollinen jännite suodatetaan elimillä R3 ja C4 sekä johdetaan oskillaatto-rilohkolle A1. Tässä oskillaattorilohkon AI toiminta on 10 selvyyden vuoksi jaettu kahteen osaan, joista osalohko II

huolehtii mittaussignaalien käsittelystä ja osalohko I puolisillan transistorien TRI ja TR 2 ohjaamisesta.

Lampun LL katodien hehkutukseen käytettävään tehoon verran-15 nollinen jännite muodostetaan elimillä V4 ja Rl ja tämä mittaussignaali johdetaan niin ikään oskillaattoripiirin A1 osalohkoon II. Täällä muodostetaan mainittujen mittaussignaalien erotus, jolloin ohjauslohkolla on käytettävissään todellinen lampputehoon verrannollinen mittaussignaali.

20 Tämän ja linjoihin C01 - C02 syötetyn ohjaussignaalin avulla ohjauslohko II voi suorittaa ohjaustehtävänsä niin, että puolisillan TR1 - TR2 ohjaus alilohkon I kautta takaa stabiilin valaistuksen säätötoiminnan liitäntälaitteelle suunnitellulla tavalla.

25 Käytettäessä katodien esihehkutukseen kuvion 2 mukaista piiriä, katodien hehkutustehoon verrannollinen jännite saadaan vastuksen R4 yli ja mittaussignaali viedään ohjausloh-kolle diodin V5 kautta.

30 : Ammattimiehelle on ilmeistä, että keksintö ei rajoitu pel kästään esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan on yhtä hyvin sovellettavissa lukuisiin muihin taajuussäatöön perustuviin liitäntälaitekytkentöihin, esim. monilamppuisiin liitäntä-35 laiteversioihin. Varsinkaan puolisillassa käytettävien kyt-kintransistorien teknologia ei vaikuta esitetyn kytkennän hyödyllisyyteen, eli tässä ovat käyttökelpoisia muun muassa 7 101187 bipolaaritransistori ja kenttävaikutustransistorien erilaiset muodot. On myös ilmeistä, että oskillaattorin A1 ohjaussignaali liitännässä C01 - C02 voi olla myös digitaalinen, jolloin alilohko II sisältää tarvittavat piirielimet 5 digitaalisen informaation käsittelemiseksi esim. ohjelmoitavan mikrokontrollerin avulla.

Claims (3)

101187

1. Lampputehon mittauksella varustettu säädettävä elektroninen liitäntälaite pienpaineiselle purkauslampulle, eri-5 tyisesti loistelampulle, liitäntälaitteeseen kuuluessa - ainakin yksi puolisiltainvertteri (TR1, TR2, V2, V3) tai vastaava AC-lähde, joka syöttää tehoa kuormapiiriin, kuormapiiri, johon kuuluu virtaa rajoittava induktanssi (L2) ja hehkuvirtaa syöttävä kapasitanssi (C3) sekä lii- 10 täntälaitteeseen kytkettävä purkauslamppu (LL), - säätö- tai ohjauslohko (AI /1, II) invertterin tai vastaavan AC-lähteen taajuuden säätämiseksi lampun va-loulostulon säätämistä varten; ja - elimet (R2, R3, C4) kuormapiirin tehoon verrannollisen 15 virran mittaamiseksi ja mittaustiedon (Umitt ) viemiseksi säätö- tai ohjauslohkolle, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu lisäksi elimet (Rl, V4; R4, V5) lampun yhden tai useamman hehkulangan kautta kulkevaan virtaan verrannollisen jännitteen mit-20 taamiseksi ja mittaustiedon syöttämiseksi säätö- tai ohjauslohkolle (AI /1, II), jossa mittaustietoa käytetään kompensoimaan pois hehkutehon vaikutus kuormapiirin tehon mittaustuloksesta .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitäntälaite, tun nettu siitä, että kuormapiirin virtaan verrannollisesta jännitteestä vähennetään hehkuvirtaan verrannollinen jännite, ja erotusta käytetään kontrolloimaan lampun va-loulostulon säätöä. 30

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liitäntälaite, tunnettu siitä, että mainittuihin elimiin hehkuvirtaan verrannollisen jännitteen mittaamiseksi kuuluu hehku-langan päähän liittyvä vastus (R1, R4), ja elimiin mittaus-35 tiedon siirtämiseksi säätö- tai ohjauslohkolle (AI /1, II) kuuluu mittausvastuksen (Rl, R4) toiseen napaan liittyvä diodi (V4, V5). 101187