FI108910B - Lampun tasauspiiri - Google Patents

Description

1 108910

Lampun tasauspiiri

Esillä oleva keksintö kohdistuu tasauspiiriin oleellisesti suorakaideaaltoisen ohjaussignaalin kehittä-5 miseksi, joka riittää sytyttämään lamppukuorman, piirin käsittäessä: induktorilaitteen; kondensaattorilaitteen, joka on sarjamuotoisesta kytketty kyseiseen induktorilaitteeseen; ja 10 kehityslaitteen kehitetyn signaalin syöttämiseksi sarjamuotoisesti kytkettyyn induktorilaitteeseen ja kon-densaattorilaitteeseen, kehitetyllä signaalilla ollessa ainakin perustaajuus f:; induktorilaitteella ja kondensaattorilaitteella 15 ollessa resonanssitaajuus f0.

Induktorilaitteella ymmärretään laitetta, jolla on induktorin ominaisuudet. Kondensaattorilaitteella ymmärretään laitetta, jolla on kondensaattorin ominaisuudet.

Tavanomaisesti lamppukuorma on kytketty kondensaat-20 torin yli. Tunnetussa piirissä LC-sarjapiiri toimii lamppukuorman esisytytyksen aikana oleellisesti sen resonans- . . sitaajuudella. Toisin sanoen LC-piiriin syötetty ohjaus- * · · signaali on LC-sarjapiirin resonanssitaajuudella tai lä- 2 108910 tilan toiminta) aikaansaadaan tavallisesti siltainvertte-rillä. Sekä kokosilta- että puolisiltainvertterit ovat tasauspiireissä tunnettuja. (Puoli)siltainvertteri sisältää kytkennän LC-sarjapiiriin syötetyn ohjaussignaalin 5 taajuuden ohjaamiseksi. Takaisinkytkentäpiirille vasteel-lista ohjauspiiriä tarvitaan sen nopeuden ohjaamiseksi, jolla kytkentä tapahtuu.

Tunnetut lampun tasauspiirit, kuten edellä on selostettu, kärsivät useista haittapuolista. Tunnetut lampun 10 tasauspiirit vaativat esimerkiksi kahden eri taajuuden kehittämisen, toisin sanoen resonanssitaajuuden lamppu-kuorman esisytytyksen aikana ja siitä eroavan jatkuvati-laisen toimintaajuuden. Kyseiset tasauspiirit tarvitsevat myös ilmaisinpiirin sen määrittämiseksi, milloin kytkeä 15 resonanssitaajuus jatkuvatilaiselle toimintataajuudelle.

Erityisen ei-toivottavaa on toimia LC-sarjapiirin resonanssitaajuudella tai sen lähellä, koska tällöin voi esiintyä vaarallisen suuria jännite- ja virtatasoja (eli yhden tai useamman tasauspiirin komponentin nimellisarvo-20 jen yläpuolisia). Toimittaessa resonanssitaajuuden alapuo lella lamppukuorman esisytytyksen aikana voi helposti . . esiintyä invertterin kapasitiivinen kytkentä, mikä tuottaa suuria kytkentähäviöitä. Siksi tarvitaan ylimääräinen pii-ri, joka estää invertteriä toimimasta LC-sarjapiirin reso-25 nanssi taajuuden alapuolella lamppukuorman esisytytyksen : ’. aikana.

• Induktorin L induktanssi määritetään normaalisti ::: halutun lampun virran perusteella jatkuvan tilan olosuh teiden aikana. Kondensaattorin C kapasitanssi valitaan .: 30 tämän jälkeen siten, että aikaansaadaan resonanssitila ···. (loistelampulla tyypillisesti 20 - 50 kHz). Kondensaatto- • rin C kapasitanssi on tavallisesti noin 5-10 nF, ylimää räisen suurjännitekapasiteetin johtaessa verrattain kal-liiseen kondensaattoriin, joka vaatii piirilevyllä varsin , 35 paljon tilaa.

3 108910

Siten on toivottavaa aikaansaada lampun tasauspii-ri, jolla on turvallinen tyhjäkäyntijännite- ja -virtataso (esimerkiksi esisytyksessä), kytkentähäviöiden ollessa suhteellisen pieniä. Parannettu lampun tasauspiiri ei tar-5 vitse ohjaussignaalia useammalla kuin yhdellä taajuudella, tämän taajuuden ollessa runsaasti LC-sarjapiirin resonanssin alapuolella. On myös toivottavaa, että parannettu lampun tasauspiiri sallii suhteellisesti huokeamman ja pienemmän kondensaattorin käytön lampun tasaimen valmistus-10 kustannusten pienentämiseksi ja kondensaattorin läpi vir-taavan reaktiivisen virran pienentämiseksi lampun sytytyksen jälkeen siten vähentäen piirin tehohäviötä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti on tasauspiiril-le ohjaussignaalin kehittämiseksi, joka riittää sytyttä-15 mään lamppukuorman kuten johdannossa on mainittu, tunnusomaista se, että perustaajuudelle fx ja resonanssitaajuudelle f0 pätee: nfx < f0 < (n+l)f1, n = parillinen kokonaisluku.

Toimimalla näillä alueilla esisytytyksen aikana 20 voidaan ylläpitää turvallisia jännite- ja virtatasoja.

Yksi ainoa ohjaustaajuus johtaa turvalliseen ei-resonans-. . sissa tapahtuvaan toimintaan ennen lampun sytytystä sekä ;·\ sopivaan lampun virtaan sytytyksen jälkeen. Takaisinkyt- • kentäpiiriä lamppukuorman sytytyksen ilmaisemiseksi toi- 25 selle jatkuvatilaiselle lampun toimintataajuudelle tapah- : tuvaa kytkentää varten ei tarvita. Poistamalla tarve toi- * · · • V mia sarjaan kytketyn LC-piirin resonanssitaajuudella lamp- pukuorman esisytytyksen aikana voidaan kondensaattorin arvo ja sen siitä johtuva koko valita pienemmäksi kuin : 30 tunnetussa tasauspiirissä normaalisti käytetyssä tavan- * » .···. omaisessa sarjaan kytketyssä LC-piirissä.

Esillä olevan keksinnön tunnusomaisen piirteen mukaisesti kehitetty signaali, joka on suorakaideaaltojen jono, kehitetään edullisesti puolisilta- tai kokosiltain-35 vertterillä. Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukai- • » t 108910 sesti sarjaan kytketyn LC-piirin resonanssitaajuus on pienempi kuin kehitetyn suorakaideaaltoisen ohjaussignaalin kolmas harmoninen taajuus, siten välttäen vaarallisia kolmansia harmonisia jännitteitä ja virtatasoja lamppukuorman 5 esisytytyksen aikana. Oleellisesti samaa kehitettyä sig-naalitaajuutta käytetään lamppukuorman esisytytyksen ja jatkuvatilaisen toiminnan aikana.

Keksinnön tavoitteena on siten aikaansaada parannettu tasauspiiri, jossa kuormittamattomat tyhjäkäyntijän-10 nite- ja -virtatasot ovat tasauspiirin komponenttien toiminta-alueella .

Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on aikaansaada parannettu tasauspiiri, jossa samaa invertterin ohjaussignaalia voidaan käyttää lamppukuorman esisytytyksen ja 15 jatkuvatilaisen toiminnan aikana.

Keksinnön tavoitteena on edelleen aikaansaada parannettu tasauspiiri, jossa voidaan käyttää vähemmän kalliita komponentteja tasaimen valmistuskustannusten pienentämiseksi.

20 Keksinnön vielä eräänä tavoitteena on aikaansaada parannettu tasauspiiri, joka poistaa takaisinkytkentäpii-. . rin tarpeen, jolla ilmaistaan lampun sytytys invertterin ; taajuuden muuttamista varten.

’· Keksinnön vielä edelleen eräänä tarkoituksena on 25 aikaansaada parannettu tasauspiiri, jossa invertterin oh- : ’.· jaussignaalin taajuus on oleellisesti pienempi kuin sar- t » · • jaan kytketyn LC-antopiirin resonanssitaajuus lamppukuor- : : : man esisytytyksen aikana.

Esillä oleva keksintö käsittää siten useita vaihei-: 30 ta, jotka liittyvät yhteen tai useampaan kyseiseen vaihee- , ··, seen suhteessa kuhunkin muuhun vaiheeseen, ja laite, joka toteuttaa rakenteen tunnusomaiset piirteet ja elementtien ’ ja osien järjestelyn yhdistelmän, jotka on järjestetty ..· toteuttamaan kyseiset vaiheet, esitetään esimerkkeinä seu- 5 108910 raavassa yksityiskohtaisessa selostuksessa, ja keksinnön puitteet esitetään patenttivaatimuksissa.

Keksinnön täydemmäksi ymmärtämiseksi viitataan seu-raavaan selostukseen yhdessä mukana seuraavien piirustus-5 ten kanssa, joissa: kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen antotasauspiirin piirikaaviota; kuviot 2(a), 2(b) ja 2(c) esittävät invertterin aikakaavioita ja vastaavasti oleellisesti suorakaideaal-10 toista antojännitettä, antovirtaa sen perustaajuudella ja antovirtaa sen kolmannella harmonisella taajuudella kuvion 1 mukaisessa piirissä; kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen tasauspiirin piirikaaviota; 15 kuviot 4(a), 4(b), 4(c) ja 4(d) esittävät kuvion 3 tasauspiirin tuottamien signaalien aikakaavioita lamppu-kuorman esisytytyksen ja jatkuvatilaisen toiminnan aikana; ja kuvio 5 esittää kuvion 1 piirin virran simulointi-20 kaaviota perustaajuuden ja resonanssitaajuuden suhteen funktiona.

. . Tässä esitetyt kuviot havainnollistavat keksinnön ;··’ edullista suoritusmuotoa. Niitä elementtejä/komponentteja, "· ’· jotka esiintyvät useammassa kuin yhdessä piirustusten ku- 25 viossa, on merkitty vastaavilla viitenumeroilla/kirjaimil- : V la, ja ne ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan samanlaisia.

»· · • ' Viitaten nyt kuvioihin 1, 2(a), 2(b) ja 2(c), an- : totasauspiirin 10 käsittävä tasauspiiri sisältää indukto- rin L ja kondensaattorin C, jotka on kytketty sarjaan suo- .·. ; 30 rakaideaaltogeneraattorin 13 annon yli. Suorakaideaalto- » · ,·*·# generaattori 13 on edullisesti, mutta ei siihen rajoit tuen, siltainvertteri, joka kehittää oleellisesti suora-' · kaideaaltoisen jännitteen ±E (eli invertterin antojännit-

teen). Lamppukuorma 16 on kytketty kondensaattorin C yli :·. 35 kytkimen SW kautta. Induktorin L kautta kulkeva virta I

6 10891Q

sisältää perustaajuisen komponentin Ifl ja perustaajuuden kolmannen harmonisen komponentin I3fl. Myös muita korkeampiasteisia parittomia harmonisia virtoja esiintyy, mutta ne ovat arvoltaan merkittävästi pienempiä. Yksinkertaisuu-5 den vuoksi tästä eteenpäin selostetun edullisen suoritusmuodon laskelmissa otetaan huomioon vain termejä, jotka liittyvät perustaaj uuteen f1 ja kolmanteen harmoniseen taa-j uuteen.

Fourier-muunnoksen mukaisesti suorakaideaaltojän-10 nite 13 sisältää sinimuotoisen aallon perustaajuudella f1 ja perustaajuuden parittomia harmonisia, mukaanlukien sinimuotoinen aalto kolmannella harmonisella 3f3. Jännitteen E kolmannen harmonisen komponentin f3 amplitudi on yksi kolmannes jännitteen E perustaajuisen komponentin f3 ampli-15 tudista.

Pienten kytkentähäviöiden saavuttamiseksi suora-kaideaaltogeneraattorissa 13 lamppukuorman 16 esisytytyk-sen aikana (tavallisesti jännitteen E takareunoilla ET) virta I on edullisesti induktiivinen (eli virta on jäljes-20 sä ohjausjännitteestä) kapasitiivisen sijaan (jolloin virta on edellä ohjausjännitettä) jännitteen E jännitemuutos-. . ten aikana. Siten perustaajuisen virtakomponentin Ifl ja kolmannen harmonisen virtakomponentin I3fl summa on induk-• tiivinen, missä Ilf ja I3fl ovat vastaavasti kapasitiivinen 25 ja induktiivinen komponentti. Induktiivisen kokonaisvirran : I saavuttamiseksi vaatii piirin 10 impedanssi Z suorakai- deaaltogeneraattorista 13 katsottuna sen, että induktiivi-: nen impedanssi kolmannella harmonisella Z3fl on pienempi kuin yksi kolmasosa kapasitiivisesta impedanssista perus-30 taajuudella Zfl. Toisin sanoen kolmas harmoninen virtakom-ponentti I3fl on suurempi kuin perustaaj uinen komponentti Ifl. Tämä suhde on kuvattu kuvioissa 2(b) ja 2(c), missä amplitudi P edustaa perustaajuisen virtakomponentin Ifl huippuarvoa, joka on pienempi kuin kolmannen harmonisen 35 virtakomponentin I3fl huippuarvo. Tällä tavoin komponenttien 7 108910

Ifl ja I3fl summa pysyy induktiivisena jännitteen E jännite-muutoksissa .

Lamppukuorma 16 näyttäytyy ennen sytytystä (toisin sanoen esisytytyksen aikana) avoimena piirinä. Tätä avoi-5 men piirin tilaa edustaa kytkin SW auki-tilassa (käännetty OFF-asentoon). Sytytyksen jälkeen lamppukuorma 16 on jat-kuvatilaisessa toimintamuodossaan ja sitä edustaa kytkin SW, joka on käännetty ON-asentoon siten, että lamppukuorma 16 on kytketty kondensaattorin C rinnalle.

10 Impedanssi Z3fl, jonka on oltava pienempi kuin yksi kolmasosa impendanssista Zfl lamppukuorman 16 esisytytyksen aikana, perustuu siten kytkimeen SW sen ollessa auki-tilassa (eli käännettynä OFF-asentoon). Tämä ehto voidaan ilmaista seuraavasti: 15 I z„l > 13Z3fl | (1)

Toisin sanoen, 20 12nf1xL-l/( 2nf1xC) | > 31 6nfjXL-l/( ön^xC) | (2) . . Koska impedanssi Z on kapasitiivinen perustaajuu- della f3 ja induktiivinen kolmannella harmonisella 3fx, 25 : *.·’ l/( 2nf1xC)-2nf1xL > 18nf1xL-l/( 2nf1xC) • * » : T: Toisin sanoen, 30 l/(2ixf1xC) > 5(2nf1xL) (3)

Yhtälö (3) voidaan kirjoittaa seuraavasti: 1//LC > /5 2nf1 (4) 8 108910

Piirin 10 resonanssitaajuus f0 esisytytyksen aikana (kytkimen SW ollessa auki) voidaan määrittää seuraavasti: 1//LC = 2nf0 (5) 5

Korvaamalla 1//LC :n arvo yhtälössä 5 yhtälön 4 määrittämällä 1//LC :n arvolla saadaan 2Tif0 > /5 2nf1 (6) 10

Siten resonanssitaajuus f0 voidaan ilmaista seuraavasti : f0 > /5 fi (7) 15

Toisin sanoen kolmas harmoninen induktiivinen vir- takomponentti I3fl on suurempi kuin perustaajuinen kapasi- tiivinen virtakomponentti Ifl, kun resonanssitaajuus f0 on suurempi kuin /5 kertaa jännitteen E perustaajuus.

20 Sen varmistamiseksi, ettei vaarallisia jännitteitä ja virtoja voi esiintyä resonanssitaajuudella f0, tulee . . myös resonanssitaajuuden f0 olla pienempi kuin jännitteen • · ;1·[ E kolmas harmoninen taajuus 3fx. Siksi induktorin L ja kon- • ” densaattorin C arvot tulee valita siten, että: 25 /5fx < f o < 3f, (8) * · » » • · : Suunnittelemalla tasauspiiri 10 siten, että reso nanssitaajuus f0 on yhtälön 8 määrittämällä taajuusalueel-: 30 la, vältetään vaaralliset jännitteet ja virrat, jotka .>··. esiintyvät resonanssitaaj uudella f0 lamppukuorman 16 esi sytytyksen aikana, ja suorakaideaaltogeneraattorin 13 an- * 1 tama kokonaisvirta pysyy induktiivisena. Ei ole mitään syytä muuttaa jännitteen E taajuutta lamppukuorman 16 esi-·;1. 35 sytytyksen aikaisen resonanssitaaj uuden f0 ja välittömästi ♦ 9 108910 tämän jälkeisen toisen taajuuden välillä, kuten tavanomaisessa tasauspiirissä. Takaisinkytkentäpiiri, jonka tarkoitus on ilmaista lamppukuorman 16 syttyminen sen määrittämiseksi, milloin muuttaa jännitteen E taajuus resonanssi-5 taajuudelta f0 toiselle toimintataajuudelle, voidaan poistaa. Esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaadaan turvallisempi ja yksinkertaisempi piiri ylläpitämällä reso-nanssitaajuus f0 yhtälön 8 määrittämissä rajoissa. Johtuen siitä, että esitetyssä laskelmassa on otettu huomioon vain 10 perustaajuus fx ja sen kolmas harmoninen 3fx, on alueen alempi arvo resonanssitaajuuden f0 valitsemiseksi /5 kertaa f2. Ottamalla kuitenkin huomioon korkeampien harmonisten olemassaolo saavuttaa tämä arvo rajan 2.

Simuloinnin tulos, jossa on otettu huomioon ainakin 15 ensimmäiset 25 harmonista, on esitetty kuviossa 5.

Kuviossa 5 kuvattu käyrä esittää kokonaisvirtaa It=0 kuvion 1 piirissä hetkellä, jolloin generaattorin 13 jännite kytkeytyy -E:stä +E:hen perustaajuuden fx ja resonanssi taajuuden f0 suhteen funktiona. Piiri toimii induk-20 tiivisessa muodossa kaikilla niillä alueilla, joilla virta It-o on jännitteestä jäljessä, ollen siten negatiivinen.

. . Kuviosta 5 on selvää, että nämä alueet täyttävät suhteen * · • < « • · • * · '· *· nf: < f0 < (n+l)fx, n = parillinen kokonaisluku.

’.:.: 25 » · · : ’.· Keksinnön mukainen tasauspiiri 20 on esitetty ku- ; ‘viossa 3. Otto jännite 277 volttia, 60 Hz syötetään sähkö-.:: magneettisen häiriön (EMI) vaimennussuodattimeen 23. Suo datin 23 suodattaa siihen syötettyjä suuritaajuisia kom-j 30 ponentteja pienentäen johtunutta ja säteilynyttä EMI:ia. j .···, Liitäntänapojen 24 ja 25 parissa olevan suodattimen 20 I anto syötetään kokoaaltotasasuuntaajaan 30, joka sisältää 5 » * * * diodit Dlf D2, D3 ja D4. Diodin D: anodi ja diodin D2 katodi on kytketty liitäntänapaan 25. Tasasuuntaajan 30 anto (eli 35 tasasuunnattu vaihtovirtasignaali) antonapojen 31 ja 32 I I ‘ · » 10 1 0891 0 ! parissa syötetään lisämuuntimeen 40. Diodien Dx ja D3 katodit on kytketty liitäntänapaan 31. Diodien D2 ja D4 katodit on kytketty liitäntänapaan 32.

Muunnin 40 vahvistaa tasasuuntaajan 30 syöttämän 5 tasasuunnatun vaihtovirtasignaalin amplitudia ja tuottaa antonapojen 41 ja 42 pariin säädetyn tasavirtajännitteen lähteen. Lisämuunnin 40 sisältää kuristimen L3, diodin D5, jonka anodi on kytketty kuristimen L3 yhteen päähän. Kuristimen L3 toinen pää on kytketty tasasuuntaajan 30 antona-10 paan 31. Antonavoissa 41, 42 oleva lisämuuntimen 40 anto syötetään elektrolyyttisen kondensaattorin CE yli, jonka yksi pää on kytketty diodin D5 katodiin. Transistori (kytkin) Q-l on kytketty kuristimen Lx ja diodin D5 anodin väliseen liitokseen. Transistorin Q3 toinen pää on kytketty 15 kondensaattorin CE toisen pään, tasasuuntaajan 30 antonavan 32 ja antonavan 42 väliseen liitokseen.

Esisovittimen ohjain 50, joka saa tehonsa tasavirta jännitelähteestä V, ohjaa transistorin Q kytkennän kestoa ja taajuutta. Esisovittimen ohjain 50 on edullisesti, 20 mutta ei siihen rajoittuen, "Motorola MC33261 Power Factor Controller Integrated Circuit". Transistori Qx on edulli-,, sesti MOSFET, jonka hila on kytketty esisovittimen ohjai- y meen 50. Tasasuuntaaja 30 ja lisämuunnin 40, joka sisältää ’· ’· esisovittimen ohjaimen 50, muodostavat esisovittimen 80 25 tasauspiiriä 20 varten. Lisämuuntimen 40 antonavat 41 ja | : 42 toimivat esisovittimen 80 antona, jonka yli tuotetaan • säädetty tasavirtajännite.

: : ; Lampun ohjain 90, jota syötetään esisovittimen 80 antamalla säädetyllä tasavirtajännitteellä, sisältää puo-j 30 lisiltainvertterin, jossa on tasonsiirrin 60 ja puolisil- "·, taohjain 70. Puolisiltainvertteri sisältää transistorien Qfi i ! ·” ja Q7 parin, jotka toimivat kytkiminä, kondensaattorien C5 ja C6 parin ja muuntajan T3. Puolisiltaohjain 70 tuottaa ,: suorakaideaaltoisen ohjaussignaalin ohjaustransistorille Q7 35 ja sillä on 50-50 toimintajakso. Tasonsiirrin 60 invertoi n 108910 transistorille Q7 syötetyn ohjaussignaalin transistorin Q6 ohjaamiseksi. Tasonsiirtimen 60 ja puolisiltaohjaimen 70 tuottamat ohjaussignaalit ovat toisiinsa nähden noin 180° vaiheeltaan poikkeavia vastaavasti transistorien Q6 ja Q7 5 samanaikaisen johtamisen estämiseksi.

Transistorin Q6 lähde S ja tasonsiirtimen 60 yksi pää on kytketty lisämuuntimen 40 antonapaan 41. Transistorin Q6 nielu D on kytketty liitäntänapaan A. Tasonsiirtimen 60 toinen pää, puolisiltaohjaimen 70 yksi pää ja 10 transistorin Q7 lähde S on myös kytketty liitäntänapaan A. Puolisiltaohjaimen 70 toinen pää ja transistorin Q7 nielu D on kytketty lisämuuntimen 40 antonapaan 42. Kondensaattori C5 on kytketty yhdestä päästä antonapaan 41. Kondensaattorin C5 toinen pää ja kondensaattorin C6 yksi pää on 15 kytketty liitäntänapaan B. Kondensaattorin C6 toinen pää on kytketty antonapaan 42.

Muuntajan Tx ensiökäämi Tp on kytketty liitäntäna-poihin A ja B. Toisiokäämi Ts on kytketty yhdestä päästä induktoriin L7, joka yleisesti edustaa joko muuntajan Tx ; 20 hajainduktanssia tai diskreettiä kuristinta. Induktorin L7 toiseen päähän on kytketty kondensaattorin C10 yksi pää ja .. lamppukuorman LL yksi pää. Lamppukuorma LL voi sisältää minkä tahansa lamppujen yhdistelmän, ja se on esitetty, » · · • '· vaikka ei siihen rajoittuen, kahden loistelampun LLX ja LL2

'·«·’ 25 sarjayhdistelmänä. Kondensaattorin C10 ja lamppukuorman LL

* · · i toiset päät on kytketty toisiokäämin Ts toiseen päähän.

• ',· Muuntajan Tx ensiökäämin Tp ja toisiokäämin Ts vä- : linen johdinkierrosten suhde on Np/Ns. Muuntaja T1 eristää sähköisesti lamppukuorman LL esisovittimen 80 tuottamasta : 30 anto jännitteestä ja aikaansaa riittävän tyhjäkäyntijännit- * · ,···, teen esisytytyksen aikana lamppukuorman LL sytyttämiseksi.

• Induktorin L7 induktanssi perustuu halutulle virran >>ii virtaukselle lamppukuorman LL kautta sen ollessa sytytetty ja ollessa jatkuvatilaisessa toimintamuodossaan. Kummankin 12 1 0891 0 kondensaattorin C5 ja C6 yli oleva tasavirtajännite on suunnilleen puolet esisovittimen 80 antojännitteestä.

Kuvioissa 4(a), 4(b), 4(c) ja 4(d) esitetyt tasaus-piirin 20 tuottamat aaltomuodot perustuvat noin l,5:n suu-5 ruiselle johdinkierrosten suhteelle Ns/Np, noin 4,3 mH:n suuruiselle induktorille L7, noin 1,2 nF:n suuruiselle kondensaattorille C10 ja noin 0,33 pF:n suuruisille kondensaattoreille C3 ja C4, joiden nimellisarvo on 630 volttia. Molemmat lamput LLX ja LL2 ovat 40 watin matalapaineista 10 elohopeakaasuputkiloistelamppuja. Puolisiltainvertterin tuottaman suorakaideaallon perustaajuus on noin 28 kHz. Induktorin L7 ja kondensaattorin C10 resonanssitaajuus on noin 70 kHz, eli noin 2,5 kertaa perustaajuus f1.

Lamppukuorman LL esisytyksen aikana puolisiltain-15 vertterin anto, joka on liitäntänapojen A-B yli, muodostaa oleellisesti suorakaideaaltojännitteen jonon. Induktori L7 ja kondensaattori C10 muodostavat sarjaan kytketyn LC-pii-rin. Esisytytyksen aikana lamppukuorma LL näyttäytyy oleellisesti avoimena piirinä (eli ei kuormitustilannet-20 ta), joka ei ota oleellisesti mitään tehoa langan kuumennusta lukuunottamatta (olettaen että lamput LLi ja LL2 ovat esimerkiksi nopeasti käynnistyvää tyyppiä olevia it· loistelamppuja).

* » « * · Kuvio 4(a) esittää jännitettä VAB napojen A ja B vä- ’·'·· 25 Iillä. Jännite VAB on suorakaideaalto jännitteen jono, joka : syötetään ensiökäämin Tp yli ja joka vaihtelee noin +240 ! V voltin ja -240 voltin välillä kun kuormitustilannetta ei ♦ i · •\! ole. Kuvio 4(b) esittää virtaa IPRI, joka virtaa ensiökäämin

Tp kautta kun kuormitusta ei ole, toisin sanoen ennen lamp-'·,· 30 pukuorman LL sytytystä, ja jonka huippuarvo on noin ±400 mA. Kun lamppukuorma LL on sytytetty ja se on jatkuvati-• laisessa toiminnassaan, on ensiökäämin Tp kautta virtaaval-

1 · » · I

la virralla IPRI, kuten on esitetty kuviossa 4(c), hieman sinimuotoinen aaltomuoto, jonka huippuarvo on noin ±800 35 mA. Kondensaattori C10 toimii tasoittaakseen tätä hieman » I * « 13 1 0891 0 sinimuotoista virran aaltomuotoa, mikä johtaa oleellisesti sinimuotoiseen lamppuvirtaan ILAMP, kuten on esitetty kuviossa 4(d), ja jonka huippuarvo on noin ±380 mA.

Induktori L7 toimii lampun virtaa tasoittavana ele-5 menttinä. Kondensaattori C10, joka on sijoitettu lamppu-kuorman LL yli, aikaansaa sinimuotoisemman tyhjäkäynti-jännitteen ja pitää puolisillan kokonaisvirran induktiivisena alentaen samalla myös lamppukuorman LL kautta virtaa-van virran korkeampien harmonisten sisältöä. Induktori L7 10 ja kondensaattori C10 muodostavat yhdessä sarjaan kytketyn LC-antopiirin. Kondensaattorin C10 arvo valitaan siten, että aikaansaadaan turvallinen tyhjäkäyntitoiminta, toisin sanoen yhtälön 8 määrittämällä resonanssitaajuuksien alueella. Siten ei tarvita mitään ylimääräisiä piirejä 15 lampun ohjauspiirin 90 suojaamiseksi.

Kun tasauspiiri 20 käännetään ensin päälle, ennen kuin jännitettä vahvistetaan esisovittimella 80, johtaa noin 277 voltin ottojännite huipusta huippuun noin 390 voltin suorakaideaaltoiseen jännitteeseen, joka syötetään 20 muuntajan Tx ensiökäämin Tp yli, jännitteen noustessa huipusta huippuun noin 570 volttiin toisiokäämin Ts yli. Tänä ,, aikana lampun katodeja kuumennetaan. Noin 0,5 sekunnin

I I

kuluttua esisovitin 80 kytketään päälle, mikä johtaa noin * * # • 1 480 voltin säädettyyn tasavirtajännitteeseen lisämuuntimen '·'·' 25 40 antonapojen yli ja huipusta huippuun noin 700 voltin * t * .· jännitteeseen toisiokäämin Ts yli, jälkimmäisen riittäessä * l f : lamppukuorman LL sytyttämiseen. Kun lamppukuorma LL on sytytetty (eli lampun jatkuvatilaisen toiminnan aikana) lampun jännite (eli lamppukuorman LL yli oleva jännite) . ! 30 putoaa noin ±300 voltin huippuun jäljelle jäävässä toisio- ", käämin Ts induktorin L7 yli olevassa antojännitteessä.

»

Lamppujen lukumäärää ja niiden välisiä kytkentöjä lamppu- ' kuormassa LL voidaan muuttaa halutulla tavalla, induktorin , · L7 arvo valittaessa siten, että aikaansaadaan haluttu lamp- 14 1 0891 0 puvirta ILÄMP lamppukuorman LL jatkuvatilaisen toiminnan aikana.

Viitaten jälleen kuvioon 3, esisovittimeen 80 dio-disiltatasasuuntaajasta 30 syötetty tasasuunnattu vaihto-5 virtasignaali (eli pulssitettu tasavirta) vahvistetaan magnitudiltaan kuristimella L3 ja diodilla D5 kondensaattorien CE, C5 ja C6 varaamiseksi. Kuviossa 3 kondensaattori CE on erillinen kondensaattoreista C5 ja C6, kondensaattorin CE ollessa suuri elektrolyyttinen kondensaattori alueella 10 5 - 100 pF. Kondensaattorit C5 ja C6 ovat suuritaajuisia siltakondensaattoreita. Koska kondensaattori CB on rinnan kondensaattorien C5 ja C6 sarjayhdistelmän kanssa, voidaan nämä kolme kondensaattoria merkitä uudelleen kondensaattoreina C5' ja C6'.

15 Esisovitin 80 on ylöspäinmuunnin ja vahvistaa ta- sasuunnattua vaihtovirtaottojännitettä seuraavasti. Kun transistori Q5 (joka toimii kytkimenä) on suljettu, on kuristin L3 oikosuljettu maahan. Virta virtaa kuristimen L3 kautta. Transistori Qx avautuu silloin (käännetty OFf-ti-20 laan). Kuristin L3 siirtää transistorin Qx ollessa auki varastoidun energian diodin D5 kautta kondensaattoriin CE. Kondensaattoriin CE siirretyn energian määrä perustuu ai-kaan, jonka transistori Qx on käännettynä ON-tilaan, perus-: tuu toisin sanoen esisovittimen ohjaimen 50 transistorin Qx . 25 hilalle syöttämän ohjaussignaalin taajuuteen ja kestoon, j’·': Tuloksena on transistorin Qx epätahtinen toiminta jännit- teen VLN suhteen.

• t

Kuristin L3 toimii epäjatkuvassa muodossa, toisin * · · sanoen kuristimen L3 kautta kunkin jakson aikana kulkeva . . 30 virta pienenee oleellisesti nollaan ennen uuden jakson • · · alkamista. Taajuutta, jolla transistori Qx käännetään 0N-·;·' ja ja OFF-tilaan, muutetaan esisovittimen ohjaimella 50 siten, että kuristimen L3 kulkeva huippuvirta voidaan pi-tää vakiona. Transistoreilla Q6 ja Q7 on sisäiset diodit 35 (ei esitetty). Nämä diodit, jotka voivat olla joko tran- » is 1 0891 0 sistorin sisäisiä tai ulkoisia, sallivat induktiivisten virtojen virtaa transistorien Q6 ja Q7 kautta kun transistori Q6 ja Q7 alkujaan käännetään ON-tilaan ja OFF-tilaan.

Kondensaattorit C5 ja C6 ovat edullisesti elektro-5 lyyttisiä kondensaattoreita, joiden rinnalla on vastaavasti purkausvastusten pari. Muuntaja Tx on hajamuuntaja, sillä on toisin sanoen induktanssin LM omaava hajainduktori, joka toimii lamppukuorman LL tasaimena (eli rajoittaa lamppukuorman kautta kulkevaa jatkuvatilaisen virran vir-10 tausta). Vaihtoehtoisesti, kun muuntajalla on vain vähän tai ei mitään hajainduktanssia, tarvitaan induktanssin LM omaava ulkoinen induktori tasaustarkoituksia varten.

Muuntajalla Tx on päätoisiokäämi TM. Resonanssikon-densaattori C10 on sarjassa induktorin L7 kanssa ja se näkyy 15 takaisin muuntajan H1 ensiökäämille puolisiltainvertterin yli olevana LC-sarjayhdistelmänä.

Kuten nyt voidaan helposti nähdä, ylläpitämällä sinimuotoinen perustaajuus fx selvästi LC-antosarjapiirin resonanssitaajuuden f0 alapuolella vältetään tavanomaisis-20 sa tasauspiireissä lamppukuorman LL esisytytyksen aikana tuottivat vaarallisen suuret jännitteet ja virtatasot. Erityisesti valitsemalla induktorin L7 ja kondensaattorin • · C10 arvot siten, että niiden resonanssitaajuus f0 määrittyy edellä selostetulla tavalla, voidaan induktorin L7 ja kon-. 25 densaattorin C10 yli oleva jännitetaso ja niiden kautta "·*. virtaava virta ylläpitää tasoilla, jotka ovat paljon alem- pana kuin tavanomaisissa antotasauspiireissä lamppukuorman LL esisytytyksen aikana.

Kun ei vaadita, että induktorin L7 ja kondensaatto-, t 30 rin C10 tulisi toimia resonanssitaajuudellaan f0 lamppukuor-'· ’· man LL esisytytyksen aikana, voidaan kondensaattorin C10 ··.’ arvoa pienentää merkittävästi. Esimerkiksi tavanomaiset ·;··· arvot kondensaattorille C10 ulottuvat nimellisarvosta 6,8 .·*·. nF nimellisarvoon 9,2 nF. Keksinnön mukaisesti kondensaat- 35 torin C10 arvo voidaan kuitenkin pienentää noin yhteen nel- ie 1 0891 0 jäsosaan tai kuudesosaan (eli noin arvoon 1,2 nF). Siten tarvitaan paljon pienempi ja vähemmän kalliimpi kondensaattori C10, mikä pienentää antotasauspiirin valmistuskustannuksia ja tilantarvetta.

5 Kondensaattorin C10 pienentynyt arvo johtaa siihen, että oleellisesti kaikki virta virtaa lamppukuorman LL kautta verrattain pienen virran virratessa kondensaattorin C2 kautta. Tasauspiirin tehontarvetta voidaan pienentää ja/tai voidaan käyttää vähemmän kallista johdotusta (kor-10 keampiresistanssista) sarjaan kytketyssä LC-antotasaus-piirissä säilyttäen saman tehontarpeen kuin tavanomaisessa antotasauspiirissä. Toisin sanoen esillä olevalla keksinnöllä aikaansaadaan vähemmän kallis ja/tai tehokkaampi tasain pienemmällä tilantarpeella.

15 Resonanssitaajuuden f0 tulee edullisesti olla noin 2,3 - 2,6 kertaa suorakaideaaltogeneraattorin kehittämän suorakaideaallon perustaajuus. Siten hajainduktanssit ja vastaavat, joita voi olla vaikea laskea, eivät lisää koko-naisinduktanssia. Resonanssitaajuus f0 ei lähesty kolmatta 20 harmonista taajuutta 3fx. Tasauspiirin 20 vaarallinen toiminta (eli LC-antosarjapiirin resonanssitoiminta) estetään.

Yleisesti, laskettaessa induktorin L7 induktanssia resonanssi taajuuden f0 määrittämiseksi, on muuntajan Tx . 25 hajainduktanssi tai induktorina L7 käytetyn diskreetin ku- ristimen induktanssi paljon suurempi kuin tasauspiirin 20 hajainduktanssi tai muut induktanssit. Siten ensimmäisen asteen approksimaationa induktorin L7 induktanssia voidaan käyttää ottamatta hajainduktansseja ja vastaavia huomioon . . 30 resonanssitaajuutta f0 määritettäessä. Tiukasti käämityssä muuntajassa Tir jossa on hyvin vähän tai riittämätön määrä ;*' hajainduktanssia, tarvitaan diskreetti induktori lamppu- kuorman LL tasauselementiksi (eli lamppuvirran I^p ohjaa-miseksi).

17 10891 0

Kuten nyt voidaan helposti nähdä, kehitetty jännite (eli kuvion 1 jännite E ja kuvion 4(a) jännite VM) on taajuudella, joka on paljon pienempi kuin sarjaan kytketyn LC-piirin resonanssitaajuus ja aikaansaa siksi turvalliset 5 tyhjäkäyntijännitteet ja -virtatasot (esisytytys). Tämän kehitetyn signaalin taajuutta ei tarvitse muuttaa esisyty-tyksen jälkeen, koska se ei ole koskaan sarjaan kytketyn LC-piirin resonanssitaajuudella tai sen lähellä. Takaisin-kytkentäpiiriä lamppukuorman LL sytytyksen ilmaisemiseksi 10 toiselle jatkuvatilaiselle lampun toimintataajuudelle tapahtuvaa kytkentää varten ei tarvita. Poistamalla tarve toimia LC-sarjapiirin resonanssitaajuudella f0 lamppukuorman LL esisytytyksen aikana voivat sarjaan kytketyn LC-piirin kondensaattorin arvo ja sen siitä johtuva koko olla 15 paljon pienempiä kuin tavanomaisessa sarjaan kytketyssä LC-piirissä normaalisti käytetyssä kondensaattorissa.

• · I I · > · · » ♦

Claims (6)

1. Tasauspiiri oleellisesti suorakaideaaltoisen i ohjaussignaalin kehittämiseksi, joka riittää sytyttämään ! 5 lamppukuorman (LL), piirin käsittäessä: induktorilaitteen (L7) ; kondensaattorilaitteen (C10) , joka on sarjamuotoisesta kytketty kyseiseen induktorilaitteeseen (L7) ; ja kehityslaitteen kehitetyn signaalin syöttämiseksi 10 sarjamuotoisesti kytkettyyn induktorilaitteeseen (L7) ja kondensaattorilaitteeseen (C10) , kehitetyllä signaalilla ollessa ainakin perustaajuus f1# tunnettu siitä, että perustaajuudelle ja resonanssitaajuudelle f0pätee: 15 nf1 < f0 < (n+l)f1# n = parillinen kokonaisluku.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tasauspiiri, i tunnettu siitä, että kehityslaite sisältää puolisil- tainvertterin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tasauspii ri, tunnettu siitä, että resonanssitaajuus f0 on pie-V, nempi kuin perustaajuuden f.1 kolmas harmoninen.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen tasaus-'piiri, jossa lamppukuorma sytytyksen jälkeen siirtyy jat-25 kuvatilaiseen toimintamuotoon, jossa sen kautta kulkeva • ·* virta ylläpidetään oleellisesti vakiotasoisena, tunnet- • · · ' : .· tu siitä, että jatkuvatilaisessa muodossa kehityslaite V ·' syöttää kehitetyn signaalin kyseiseen sarjamuotoisesti kytkettyyn induktorilaitteeseen ja kondensaattorilaittee-30 seen.

.*·. 5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen ta- • ^ sauspiiri, tunnettu siitä, että lamppukuorma on kyt ketty kondensaattorilaitteen yli.

*...· 6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen 35 tasauspiiri, tunnettu siitä, että lamppukuorma sisäl-: tää ainakin yhden loistelampun. I 108910