(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 PL/EP T3 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2010/22 EP B1 (13) (51) T3 Int.Cl. H05B 41/282 ( ) H05B 41/288 ( ) H02M 7/5387 ( ) (54) Tytuł wynalazku: Układ falownika z dopasowaniem impedancji z wysokim współczynnikiem Q (30) Pierwszeństwo: US (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2004/40 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2010/12 (73) Uprawniony z patentu: GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, US (72) Twórca(y) wynalazku: Timothy Chen, Aurora, US (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Leokadia Płotczyk POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 53/55P26234PL00 2 Opis [0001] Niniejsze zgłoszenie dotyczy układów falownika wykorzystywanych w zasilaniu lamp wyładowczych, zwłaszcza układu falownika z dopasowaniem impedancji z trzeciego rzędu z wysokim współczynnikiem Q z elektronicznym statecznikiem z automatyczną stabilizacją napięciową do wykorzystania z lampami wyładowczymi o dużej mocy działającymi przy niskim napięciu wejściowym. [0002] Na FIGURZE 1, przedstawiono jako znany, o szybkim starcie układ falownika drugiego rzędu wykorzystywanego do zasilania lamp wyładowczych o dużej mocy i małej impedancji. Taki układ będzie miał od 1 do 1.5 sekundy opóźnienia między przyłożeniem sygnału rozruchowego a zapaleniem lampy. Układ 10 zawiera pełnomostkową sekcję wejściową 12, która odbiera napięcie wejściowe ze źródła AC 14. Napięcie wyjściowe pełnomostkowej sekcji 12 doprowadzone jest do półmostkowej sieci 16 układu przełączającego, zawierającego pierwszy przełącznik 18 tranzystorowy, drugi przełącznik 20 tranzystorowy, i sterownik 21. Napięcie wyjściowe z półmostkowego układu przełączającego 16 podaje się do rezonansowej sieci LC 22, zawierającej cewkę rezonansową 24 i kondensator rezonansowy 26. Sygnał wyjściowy z układu LC 22 podaje się do lampy 28, która jest dodatkowo połączona z siecią 30 pojemnościowego dzielnika napięciowego, zawierającego kondensator 32 i kondensator 34. Napięcie rozruchowe w przybliżeniu około 600 woltów może być wykorzystywane jako napięcie zapłonu. W tym typie układu, ponieważ napięcie zapłonowe wynosi zwykle 600 woltów, układ podgrzewający wstępnie (nie pokazany) może znajdować się w celu wstępnego ogrzania lampy przed dostarczeniem napięcia zapłonu. [0003] Wadą układu pokazanego na FIGURZE 1 jest to, że nie jest on przeznaczony do wydajnego działania z lampami o wysokiej impedancji. Dzieje się tak, częściowo, z powodu wykorzystania niższego napięcia wejściowego Na przykład, gdy napięcie wejściowe wynosi standardowo 120 woltów, napięcie szyny zbiorczej układu może wynosić około woltów. Napięcie AC jest w przybliżeniu dzielone, z powodu działania sieci przełączającej 18, powodującej to, że napięcie AC na wyjściu półmostkowej sieci przełączającej 18 wynosi w przybliżeniu 75 woltów. Napięcie to wystarcza do wydajnego działania lampy o niskiej impedancji. Jednak, jeżeli lampa

3 53/55P26234PL00 3 jest lampą o wysokiej impedancji, układ 10 będzie pobierał zwiększony prąd, powodując niewydajną pracę i obciążenia na komponentach wewnątrz układu. [0004] Inna wadą układu z FIGURY 1, jest to, że w celu otrzymania akceptowalnej wartości znamionowej współczynnika Q, podczas zastosowania go do zasilania lampy o wysokiej impedancji, trzeba dostarczyć znacznie większe napięcia do lampy. W tej sytuacji, w celu otrzymania żądanej wartości znamionowej Q, potrzebny jest większy kondensator rezonansowy 26 i większa cewka rezonansowa 24. [0005] Dodatkowo, układ 10 z szybkim zapłonem z FIGURY 1, utrzyma układ ogrzewania wstępnego aktywny nawet po zapaleniu się lampy, skutkujący stratami od około 1 do 1.5 watów mocy. [0006] Jeżeli układ 10 ma działać jako system oświetlenia o zimnym zapłonie, wtedy napięcie rozruchowe lampy będzie wynosiło około 1300 woltów. To wyższe napięcie będzie potrzebować większego prądu rezonansowego, w przybliżeniu 5 amperów. In wyższy prąd, tym większe są obciążenia na cewce 24, wymagające większego komponentu. Zwiększanie rozmiarów elementów magnetycznych (tj. cewki 24) zwiększa koszty elementów magnetycznych i zwiększa rozmiar obudowy w której umieszcza się elementy magnetyczne. Ten sam prąd przełączający również będzie oddziaływał na półmostkową sieć przełączającą 16, która zawiera tranzystory 18 i 20. W celu obsłużenia tych wyższych prądów, potrzebne będą struktury półprzewodnikowe o większych rozmiarach, a zatem wykorzystywane będą większe obudowy dla tranzystorów 18 i 20 (tranzystory mogą być tranzystorami typu FET, CMOS, bipolarne albo innego odpowiedniego typu). Te większe, bardziej solidne tranzystory i kondensatory powodują zwiększone koszty ekonomiczne, wymagają fizycznie większych systemów oświetlenia lampami, oraz skutkują zmniejszeniem wydajności układu. [0007] Zatem, jeżeli układ falownika drugiego rzędu 10 z FIGURY 2 ma być użyty do zasilania lampy o wysokiej impedancji, potrzebny będzie duży prąd rozruchowy. Znane jest to, że gdy prąd rozruchowy jest większy, do obsłużenia większego prądu potrzebne będą większe elementy magnetyczne (tj. cewka 24) i tranzystory, skutkując mniejszą wydajnością systemu oświetlenia lampami. [0008] W opisie US-A przedstawiono elektroniczne obciążenie dla lampy wyładowczej, które zawiera oscylator wysokiej częstotliwości i układ rezonansowy połączony szeregowo z uzwojeniem pierwotnym transformatora. Lampa, z kolei, jest połączona szeregowo z układem rezonansowym. Kondensatory rezonansowe są

4 53/55P26234PL00 4 włączone szeregowo między terminale zasilania stałoprądowego D.C., a diody są włączone równolegle do nich. [0009] Zgodnie z jednym aspektem niniejszego zgłoszenia, układ falownika zawierający sekcję wejściową skonfigurowaną do odbierania napięcia ze źródła napięcia, sieć przełączającą połączoną do odbierania napięcia wejściowego z sekcji wejściowej, sterownik w operacyjnym połączeniu z siecią przełączającą i zaprojektowany do działania sterowania sieci przełączającej, obwód rezonansowy zawierający cewkę rezonansową i kondensator rezonansowy, przy czym pierwszy styk wspomnianej cewki rezonansowej jest połączony ze wspomnianą siecią przełączającą a drugi styk wspomnianej cewki rezonansowej jest połączony z pierwszym stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, a drugi styk wspomnianego kondensatora rezonansowego jest połączony z siecią przełączającą. Układ falownika dodatkowo zawiera drugi kondensator rezonansowy, przy czym pierwszy styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego jest połączony ze wspomnianym drugim stykiem wspomnianej cewki rezonansowej i wspomnianym pierwszym stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, a drugi styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego jest połączony z pierwszym stykiem obciążenia, a drugi styk wspomnianego obciążenia jest połączony z pierwszym stykiem kondensatora stałego, pierwszym stykiem pierwszej diody, i pierwszym stykiem drugiej diody, przy czym wspomniany kondensator stały ma wartość kondensatora stałego, drugi styk wspomnianego kondensatora stałego połączony jest z drugim stykiem wspomnianej pierwszej diody, drugim stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, i siecią przełączającą, drugi styk wspomnianej drugiej diody jest połączony z siecią przełączającą, w której kondensator stały, pierwsza dioda i druga dioda tworzą sieć o zmiennej pojemności, przy czym wspomniana sieć o zmiennej pojemności jest przystosowana do dostarczania zmiennej pojemności podczas działania układu przez poziomowanie napięcia na kondensatorze stałym na z góry określonych poziomach, przy czym kondensator stały jest bocznikowany przez działanie poziomowania dla co najmniej części z części cyklu pracy układu, i w którym skuteczna zmienna pojemność układu jest otrzymywana za pomocą działania poziomowania. [0010] Dostarczony jest sposób działania układu falownika, zawierający zasilanie napięciem ze źródła napięcia, do sekcji wejściowej; przechodzenia napięcia wejściowego z sekcji wejściowej do sieci przełączającej; działanie sterowania sieci

5 53/55P26234PL00 5 przełączającej przez sterownik, w którym zalecane napięcie jest przekazywane do obwodu rezonansowego. Obwód rezonansowy zawiera cewkę rezonansową i kondensator rezonansowy, przy czym pierwszy styk wspomnianej cewki rezonansowej jest połączony ze wspomnianą siecią przełączającą a drugi styk wspomnianej cewki rezonansowej jest połączony z pierwszym stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, a drugi styki wspomnianego kondensatora rezonansowego jest połączony z siecią przełączającą, drugi kondensator rezonansowy, pierwszy styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego jest połączony z wspomnianym drugim stykiem wspomnianej cewki rezonansowej i wspomnianym pierwszym stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, a drugi styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego jest połączony z pierwszym stykiem obciążenia, a drugi styk wspomnianego obciążenia jest połączony z pierwszym stykiem kondensatora stałego, pierwszym stykiem pierwszej diody, i pierwszym stykiem drugiej diody, przy czym wspomniany kondensator stały ma pierwszą wartość kondensator, drugi styk wspomnianego pierwszego kondensatora jest połączony z drugim stykiem wspomnianej pierwszej diody, drugim stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego, i z siecią przełączającą, przy czym drugi styk wspomnianej drugiej diody jest połączony z siecią przełączającą, przy czym kondensator stały, pierwsza dioda i druga dioda tworzy sieć o zmiennej pojemności, przy czym wspomniana sieć o zmiennej pojemności jest przystosowana do dostarczania zmiennej pojemności podczas działania układu przez poziomuje napięcia na kondensatorze stałym na z góry określonych poziomach, przy czym kondensator stały jest bocznikowany przez poziomowanie dla co najmniej części z części cyklu działania układu, i w którym skuteczna zmienna pojemność układu jest otrzymywana za pomocą działania poziomowanie. [0011] Poniżej zostaną opisane, przykładowo, warianty wykonania wynalazku w odniesieniu do załączonych rysunków, na których: FIGURA 1 przedstawia topologię układu falownika drugiego rzędu; FIGURA 2 przedstawia blokowy schemat połączeń zgodnie z pomysłami niniejszego zgłoszenia; FIGURA 3 przedstawia pierwszy przykład topologii układu dla układu falownika trzeciego rzędu z automatyczną regulacja liniową zgodnie z niniejszym zgłoszeniem;

6 53/55P26234PL00 6 FIGURA 4 przedstawia napięcie na kondensatorze w układzie niniejszego zgłoszenia w celu zilustrowania czułości prądowej lampy w niniejszym układzie; FIGURA 5 przedstawia drugi przykład wykonania układu falownika w trybie otwartej lub zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego trzeciego rzędu ze zintegrowanym układem sterowania dla działania obwodu; FIGURA 6 przedstawia trzeci przykład wykonania układu falownika trzeciego rzędu z komplementarną parą tranzystorów FET; FIGURA 7 przedstawia czwarty przykład wykonania układu falownika trzeciego rzędu wykorzystujący tranzystory bipolarne; FIGURA 8 przedstawia pełnomostkowy układ sieci przełączającej zgodnie koncepcjami niniejszego zgłoszenia; a FIGURA 9 przedstawia sieć z pojedynczym przełącznikiem realizującą koncepcje niniejszego zgłoszenia. [0012] Układ falownika drugiego rzędu 10 z FIGURY 1 może być używany jako układ falownika trzeciego rzędu jeżeli wartości kondensatorów 32 i 34 są wykonane jako dużo mniejsze, albo usunięte z układu. W szczególności, gdy działanie jako układ drugiego rzędu, sieć 30 kondensatora, zawierająca kondensatory 32 i 34 funkcjonuje jako dzielnik napięcia do lampy, i w celu magazynowania energii układu. W jednym przykładzie wykonania, który wykorzystuje napięcie wejściowe 120 woltów, można to zrobić przez zastosowanie wartości pojemności powyżej około 100 nanofaradów. Jednak, jeżeli kondensatory 32 i 34 są wewnątrz zakresu od około 100 nanofaradów do około 5 nanofaradów, sieć 30 kondensatora działa jedynie jako dzielnik napięcia/układ magazynujący energię, ale również staje się częścią obwodu rezonansowego (zawierającego cewkę rezonansową 24 i kondensator rezonansowy 26). Zmieni to układ z FIGURY 1 z układu falownika drugiego rzędu do układu falownika trzeciego rzędu. [0013] Jednak, układ skonfigurowany w ten sposób będzie miał słabą regulację podczas działania. Na przykład, ze zmianą napięcia wejściowego rzędu 10 procent, zmiana mocy może wynosić od 20 do 25 procent. Zwiększa się ta niestabilność, ponieważ zwiększają się zmiany na wejściu układu, powodując naprężenia na komponentach układu, i stratę energii. Dodatkowo, działanie układu 10 z FIGURY 1 jako falownika trzeciego rzędu będzie skutkować układem o większej czułości nie tylko na fluktuacje wejściowe napięcia ale również na zmiany komponentu. W szczególności, komponent, który znajduje się poza specyfikacją, albo nawet

7 53/55P26234PL00 7 wewnątrz zakresu tolerancji, może w sposób niepożądany zmieniać działanie układu. W celu sterowania niepożądanymi zmianami, dla otrzymania pewnej stabilności układu potrzebne będą kompleksowe sterowniki IC implementujące sterowania albo inne komponenty. Wady te ograniczają praktyczne zastosowania działania falownika trzeciego rzędu dla układu przedstawionego na FIGURZE 1 w tanich obszarach. Dzieje się tak z powodu czułości układu na zmiany linii energetycznej, fluktuacji komponentów, oraz zmian impedancji. [0014] Jednak, na podstawie tej dyskusji zrozumiałe jest, że układ trzeciego rzędu posiada pożądane aspekty, zawierające korzyści zastosowania go do wydajnego zasilania lampy o wysokiej impedancji, z małym prądem początkowym. Dzieje się tak, częściowo, z powodu wykorzystania pojemności rezonansowej, o wiele mniejszej niż ta wykorzystana w układzie drugiego rzędu. Mniejsze pojemności dają w wyniku mniejsze wartości prądu, co umożliwia wykorzystanie mniejszej cewki 24 i tranzystorów 18 i 20. [0015] Na FIGURZE 2, przedstawiono schemat blokowy układu 40 który przedstawia układ falownika trzeciego rzędu zgodnie z koncepcjami niniejszego zgłoszenia. Sygnały, takie jak z pełnomostkowego mostka diodowego (nie pokazanego) albo innej odpowiedniej sieci, dostarcza się do bloku 42 układu przełączającego. Ta sieć przełączająca może być pojedynczą, półmostkową, pełnomostkowy albo inną odpowiednią siecią przeznaczoną do realizowania koncepcji niniejszego zgłoszenia. Blok 42 układu dostarcza napięcie do cewki/kondensatora/bloku 44 falownika o wysokiej Q. Kondensatory bloku 44, mają znacznie mniejsze wartości niż kondensatory w systemie drugiego rzędu. [0016] Sieć pojemnościowa bloku 44 jest przeznaczona do dostarczania zmiennej pojemności określonej w bloku 46 sterowania kondensatorem zmiennym. Dzięki tej konfiguracji, przypisane wartości napięcia, mocy i prądu dostarcza się do obciążenia 48 o wysokiej impedancji takiego jak lampa o wysokiej impedancji. Sieć bloku 44, również zapewnia sygnały sprzężenia zwrotnego do bloku 50 sterowania bramką sprzężenia zwrotnego, stosowaną do operacji sterowania układu w granicach przewidzianych parametrów. Blok 46 sterowania zmiennym kondensatorem kompensuje, dla wejścia napięcia liniowego albo innych zmian komponentu układu, poprawiając regulację mocą dostarczoną do obciążenie 48. Koncepcja działania diagramu 40 bloku układu polega na powodowaniu takiej pracy komponentu

8 53/55P26234PL00 8 kondensatora mającego ustaloną wartość, aby działał on jako skuteczna zmienna pojemność układu podczas cyklu pracy układu. [0017] Na FIGURZE 3, przedstawiono układ falownika trzeciego rzędu 60 z automatyczną regulacją liniową zgodnie z koncepcjami niniejszego zgłoszenia. Rozwiązanie to utrzymuje wiele charakterystyk opisanego wcześniej układu 10. Jednak, struktura niniejszego układu umożliwia sprawne zasilanie lampy o wysokiej impedancji o małym prądzie włączenia oraz zapewnia niski prąd roboczy, w układzie mającym pracę stateczną. [0018] Układ 60 zawiera pełnomostkowy prostownik, zawierający diody 62a, 62b, 62c i 62d, dołączony do szyny 63a o potencjale dodatnim, i wspólnej szyny zbiorczej 63b, i zasilany przez źródło wejściowe 64. Układ przełączający 66 pokazany na figurze jako sieć półmostkowa z pierwszym tranzystorem 68 i drugim tranzystorem 70, sterowanymi przez sterownik 72. Zrozumiałe jest, że podczas gdy sieć przełączająca w poniższych przykładach wykonania jest pokazana jako rozwiązanie półmostkowa, te przykłady wykonania stosuje się w równym stopniu i mogą zawierać inne układy wejściowe, w tym pojedyncze i pełnomostkowe sieci przełączające, z różnymi mechanizmami sterowania. Zatem, blok 42 układu przełączającego z FIGURY 2 ma na celu pokazanie różnych znanych elementów przełączających i mechanizmów sterujących. [0019] Jak opisano wcześniej, napięcie wyjściowe wygenerowane przez układ przełączający 66 jest dostarczane do obwodu rezonansowego zawierającego cewkę rezonansową 74, i kondensator rezonansowy 76. Drugi kondensator rezonansowy 78 jest połączony szeregowo z obciążeniem 80, takim jak lampa o wysokiej impedancji połączona z układem za pomocą połączeń obciążenia. Niniejszy układ dodatkowo zawiera kondensator 82 dopasowujący impedancję również szeregowo z lampą 80. Kondensator dopasowujący 82, które może również być uważany jako część obwodu rezonansowego działającego w celu zwiększenia współczynnika Q układu bez potrzeby większej wartości kondensatora rezonansowego 76, co mogłoby być potrzebne na przykład w układzie falownika drugiego rzędu. Zatem, prąd zapłonowy, jest zmniejszony pozwalając na użycie cewek i kondensatorów o mniejszych rozmiarach, niż byłoby to możliwe. [0020] Jednak, należy zauważyć, że podczas pracy, ten układ 60 o wysokim Q byłby czuły na liniowe napięcie i zmiany komponentu systemu. W celu rozwiązania tego problemu, układ 60 wykorzystuje kondensator 82 dopasowujący impedancję w celu

9 53/55P26234PL00 9 dostarczenia skutecznej zmiennej pojemności, nawet gdy ma on wartość kondensatora stałego. Osiąga się to przez zastosowanie elementów przełączających 84 i 86 w połączeniu z kondensatorem 82 dopasowującym impedancję. Element przełączający 86 umieszczony jest równolegle z kondensatorem 82 dopasowującym impedancję a przełącznik 84 jest połączony z jednym końcem z przełącznikiem 86 a drugim końcem z szyną zbiorczą o potencjale dodatnim układu 60. W jednym przykładzie wykonania, przełącznikami 84 i 86 mogą być bardzo szybkie diody. [0021] Na FIGURZE 4, przedstawiono schemat ilustrujący analizy czułości prądowej lampy zgodnie z układem pokazanym na FIGURZE 3, i efekt układu kondensatora dopasowującego 82 i diód 84, 86. Kształt fali napięcia 90 przedstawia napięcie na kondensatorze 82. [0022] Można zaobserwować, że kształt fali 90 jest poziomowany po stronie dodatniej 92 dla około 150 woltów, i po jego stronie ujemnej 94 dla około 0 woltów. W szczególności, kształt fali 90 jest poziomowany po jego ujemnej stronie do szyny zbiorczej jak i do napięcia szyny potencjału dodatniego po jego stronie dodatniej. Podczas pracy w zakresie liniowym 95, kondensator 82 pracuje jako komponent z ustaloną wartością pojemności. Powyżej zakresu od około 150 woltów albo poniżej zakresu od około 0 woltów, kondensator 82 jest zasadniczo eliminowany z układu. Za pomocą tego rozwiązania, przez cały cykl działania, otrzymuje się skuteczną wartość zmiennej pojemności. [0023] Gdy większy albo mniejszy prąd przechodzi przez kondensator 82, wskaże to, że wyższy albo niższy prąd przechodzi również przez lampę. Prąd lampy i prąd kondensatora są takie same (zakładając, że diody 84 i 86 nie poziomują układ) ponieważ kondensator 82 jest połączony szeregowo z lampą 80. Zatem, prąd w lampie 80 zmienia się tak jak liniowe zmiany napięcia, albo tak jak występują zmiany komponentu. [0024] Te zmiany również wpływają na zmiany napięcia na kondensatorze 82. Gdy napięcie na kondensatorze 82 diodach 84, 86 osiąga z góry określoną wartość (np. 150 albo 0 V), diody 84, 86 poziomują napięcie na kondensatorze 82. Jeżeli diody 84 i 86 poziomują kondensator 82, jest on skutecznie bocznikowany podczas tej części czasu przewodzenia. Za pomocą tego działania, układ zasadniczo automatycznie zmienia wartość równoważnego kondensatora układu. Zatem, kondensator 82 i diody 84 i 86 działają jako układ sterowania zmienną pojemnością, taki jak blok 46 z FIGURY 2. Ta nastawna pojemnościowa właściwość zmniejsza czułość układu na

10 53/55P26234PL00 10 zmiany, takie jak wspomniane zmiany napięcia wejściowego albo zmiany spowodowane komponentami. [0025] Opisany proces jest skuteczny ponieważ każda zmiana liniowa, zmiana cewki, zmiana kondensatora, zmiana częstotliwości, przekształca albo ma wpływ na prąd lampy, powodując jego zmianę. Przez sterowanie prądem lampy, możliwe staje się wytworzenie układu mniej czułego na takie zmiany. Rozwiązanie to i proces pozwala na regulacje podobna do tej jaka może być otrzymywana za pomocą układu falownika drugiego rzędu, jednocześnie wzmacniając korzyści układu trzeciego rzędu, takie jak możliwość stosowania lamp o wysokiej impedancji, stosowanie niskiego prądu zapłonowego, i wysokiego napięcia początkowego, mniejszych naprężeń na komponentach, a także możliwość skonstruowania urządzenia o małej fizycznej powierzchni z powodu wykorzystania mniejszych komponentów. Rozwiązanie to również wzmacnia korzyści falownika trzeciego rzędu dzięki działaniu o wyższej wydajności niż układy falownika drugiego rzędu podczas zasilania lamp o wysokiej impedancji. [0026] Jak wspomniano wcześniej, prąd przepływający przez lampę zależy od wielu czynników. Poniższy wzór ilustruje tę koncepcję: [0027] W szczególności, wzór uwypukla, że całkowita zmiana prądu lampy (ΔI Lamp ) zawiera trzy komponentu. Pierwszy komponent jest zmianą prądu lampy (di Lamp ) w funkcji zmiany cewki rezonansowej (dl) całkowitej zmiany indukcyjności (ΔL). Drugi komponent składa się ze zmiany prądu lampy (di Lamp ) w funkcji zmiany kondensatora rezonansowego (dc Lamp ) dla całkowitej zmiany pojemności rezonansowej (ΔC Lamp ). Trzecim komponentem jest zmiana prądu (di Lamp ) lampy w zależności od zmiany impedancji (dr Lamp ) lampy dla całkowitej zmiany (ΔR Lamp ) lampy. Zmiana impedancji w lampie może być spowodowana zmianami produkcyjnymi impedancji własnej poszczególnych lamp gdy lampy mogą różnić się w zależności od partii, albo nawet między lampami. [0028] Na FIGURZE 5, przedstawiono drugi przykład wykonania układu falownika trzeciego rzędu 100. W tym rozwiązaniu, sieć przełączająca 102 wykorzystuje dwa tranzystory FET 104, 106 sterowane przez scalony układ sterowania 108. Scalony

11 53/55P26234PL00 11 układ sterowania 108 pozwala na to, że struktura działa zarówno jako system obwodu otwartego jak i obwodu zamkniętego. Pozostałe komponenty systemu są podobne do tych z układu 60 na FIGURZE 3. [0029] Na FIGURZE 6, trzeci przykład wykonania układu falownika trzeciego rzędu 110 zawiera sieć przełączającą 112, która jest rozwiązaniem komplementarnego układu przełączającego realizującego parę komplementarną przełączników (tj. tranzystory FET) 114, 116, sterowane przez wejście cewek 118, 120 i kondensatora 122 (alternatywne rozwiązania komplementarnej pary przełączającej pokazano w dokumentach patentowych U.S.A. 5,408,403; 5,796,214; 5,874,810; i 5,877,595 Nerone et al. Taka topologia ilustruje samooscylującą, tanią strukturę systemu. Pozostałe części układu są podobne do układu z FIGURY 3. Należy zauważyć, że cewka indukcyjna 118 jest również częścią struktury obwodu rezonansowego. [0030] Na FIGURZE 7 przedstawiono czwarty przykład wykonania układu falownika trzeciego rzędu 130, który wykorzystuje tranzystory bipolarne jako elementy przełączające. W szczególności, układ sterujący 132 zawiera tranzystory bipolarne 134, 136 i diody 138, 140 odpowiednio połączone ze sobą poprzecznie. Tranzystory 134 i 136 są sterowane przez cewki indukcyjne 142, 144, które mają elektryczne połączenie z cewkami indukcyjnymi 146. [0031] Na FIGURZE 8, przedstawiono dodatkowo przykład wykonania układu 148 zgodnie z niniejszym zgłoszeniem, w którym sieć przełączająca 150 jest w szczególności zdefiniowana tak, że ma pełnomostkową sieć przełączającą zawierającą tranzystory 152, 154, 156 i 158. Sterownik jest pokazany jako rodzajowy sterownik 160, który może być dowolnym z wcześniej opisanym albo innym istniejącym sterownikiem wykorzystywanym do pracy pełnomostkowej sieci. To rozwiązanie pozwoliłoby na prace z dużo większą mocą na przykład 1 kw. [0032] FIGURA 9 przedstawia układ 168 podobny do tych opisanych wcześniej z siecią przełączającą 170 zaprojektowanej pojedynczego przełącznika 172 sterowanego przez sterownik 174. [0033] Na FIGURACH 3 i 5-9 przedstawiono przykłady wykonania układu falownika trzeciego rzędu, a na FIGURZE 2 blokowy schemat połączeń, opisują one układy w których wartości skuteczne zmiennej pojemności otrzymuje się z wartości kondensatora stałego i działania jako sterowanie sprzężeniem zwrotnym (tj. blok 50 z FIGURA 2) w celu stabilizowania pracy układu. W szczególności, nastawienia kondensatora są funkcjonalnie przeciwne do zmian na wejściu do układu i/lub

12 53/55P26234PL00 12 komponentów układu. Na przykład, gdy dodatnie zmiany napięcia pojawiają się (tj. napięcie wzrasta) powyżej konkretnej wartości, zmienna pojemność działa w celu zniwelowania tej zmiany i/lub innych zmian komponentów. Działanie wydajnej zmiennej pojemności utworzone przez kondensator 82, diody 84 i 86, połączenie funkcji w celu przeciwdziałania fluktuacjom układu (tj. zwiększaniu/zmniejszaniu). W ten sposób, system posiada sterowanie ujemnym sprzężeniem zwrotnym, które nieodłącznie posiada cechę stabilizowania. [0034] Działanie układów falownika trzeciego rzędu z niniejszego zgłoszenia zwiększa współczynnik Q otrzymywany dzięki temu rozwiązaniu do zakresu 2-5, podczas gdy działanie współczynnik Q w systemie drugiego rzędu zasadniczo byłoby w zakresie od 1 do 1.5. Zatem, rozmiar fizyczny systemu oświetlenia (takiego jak kompaktowa lampa fluorescencyjna) może się zwiększyć o 30 procent w porównaniu z systemami kompaktowej lampy fluorescencyjnej realizującej istniejące rozwiązania układu falownika. W jednym przykładzie, podczas gdy wartości cewek wykorzystywanych w układzie falownika drugiego rzędu i trzeciego rzędu zasilającym lampy o podobnych rozmiarach mogą być zasadniczo takie same, systemy drugiego rzędu musiałyby przenosić potencjalnie dwa razy więcej prądu niż opisane tutaj układy, przez co konieczne byłoby zwiększenie podstawowych kosztów. Dodatkowo, średnica bańki szklanej dla takiego kompaktowego systemu lamp fluorescencyjnych, i odległość między pętlami bańki szklanej może również być znacznie niższa niż odległość dla istniejących lamp, z powodu opisanych tutaj cech. [0035] Niniejszy system może być zrealizowany jako pewna liczba alternatywnych rozwiązań, i z różnymi wartościami, w jednym przykładzie wykonania realizującym półmostkowy system prostownika taki jaki może być znany ze stanu techniki, wykorzystywany dla napięcia wejściowego 125 Voltów, można określić konkretne wartości dla konkretnej realizacji pokazanej na FIGURZE 3,: Diody 62a, 62b, 62c, 62d Przełącznik 68 Przełącznik 70 Cewka 74 Kondensator 76 Kondensator 78 1N5395 FQU 9N25 FQU 9N25 470uh 6.8nf 22nf

13 53/55P26234PL00 13 Lampa 80 Kondensator 82 Dioda 84 Dioda 86 42W 10nf 1N4937 1N4937 [0036] Inne ponumerowane komponenty przedstawione w tym zgłoszeniu ale nie przedstawione na tym wykazie mogą mieć wartości podobne do tych opisanych. Zrozumiałe będzie, ze przedstawione wartości podane są jedynie przykładowo.

14 53/55P26234PL00 14 Zastrzeżenia patentowe 1. Układ falownika (60) zawierający: sekcję wejściową (62a-62d) skonfigurowaną do odbierania napięcia ze źródła napięcia (64); sieć przełączającą (68, 70) połączoną w celu odbierania napięcia wejściowego z sekcji wejściowej; sterownik (72) w funkcjonalnym połączeniu z siecią przełączającą (68, 70) i przeznaczony do operacji sterowania sieci przełączającej; obwód rezonansowy zawierający cewkę rezonansową (74) i kondensator rezonansowy (76), przy czym pierwszy styk wspomnianej cewki rezonansowej (74) jest połączony z wspomnianą siecią przełączająca (68, 70), a drugi styk wspomnianej cewki rezonansowej (74) jest połączony z pierwszym stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego (76), i drugi styk wspomnianego kondensatora rezonansowego (76) jest połączony z siecią przełączająca (68, 70) za pomocą wspólnej magistrali (63b) sekcji wejściowej; i znamienny tym, że układ falownika (60) dodatkowo zawiera: drugi kondensator rezonansowy (78), przy czym pierwszy styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego (78) jest połączony z wspomnianym drugim stykiem wspomnianej cewki rezonansowej (74) i wspomnianego pierwszego styku wspomnianego kondensatora rezonansowego (76), a drugi styk wspomnianego drugiego kondensatora rezonansowego (78) jest połączony z pierwszym stykiem obciążenia (80); drugi styk wspomnianego obciążenia (80) jest połączony z pierwszym stykiem pierwszego kondensatora (82), pierwszym stykiem pierwszej diody (86), i pierwszym stykiem drugiej diody (84); wspomniany kondensator stały (82) ma stałą wartość kondensatora, drugi styk wspomnianego kondensatora stałego (82) jest połączony z drugim stykiem wspomnianej pierwszej diody (86), z drugim stykiem wspomnianego kondensatora rezonansowego (76), i z siecią przełączającą (68, 70) za pomocą wspólnej szyny zbiorczej (63b) sekcji wejściowej; drugi styk wspomnianej drugiej diody (84) jest połączony z siecią przełączającą (68, 70) za pomocą szyny (63a) o potencjale dodatnim sekcji wejściowej; przy czym

15 53/55P26234PL00 15 kondensator stały (82), pierwsza dioda (86) i druga dioda (84) tworzą sieć o zmiennej pojemności, wspomniana sieć o zmiennej pojemności jest przystosowana do dostarczania zmiennej pojemności podczas pracy układu za pomocą poziomowania napięcia na kondensatorze stałym (82) na z góry określonych poziomach, przy czym kondensator stały (82) jest bocznikowany przez działanie poziomowania dla co najmniej części z części cyklu działania układu, i w którym skuteczna zmienna pojemność układu otrzymywana jest za pomocą operacji poziomowania. 2. Układ falownika według zastrzeżenia 1, w którym sieć przełączająca jest pojedynczym przełącznikiem tranzystorowym. 3. Układ falownika według zastrzeżenia 1, w którym sieć przełączająca jest półmostkową albo pełnomostkową siecią tranzystorową. 4. Układ falownika według zastrzeżenia 1, w którym sterownik jest komplementarnie sparowanym sterownikiem do sterowania komplementarną parą przełączników tranzystorowych. GENERAL ELECTRIC COMPANY Pełnomocnik:

16 53/55P26234PL00 16

17 53/55P26234PL00 17

18 53/55P26234PL00 18

19 53/55P26234PL00 19

20 53/55P26234PL00 20