(12 OPIS PATENTOWY (19) PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12 OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/DE92/00514 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO93/00784, PCT Gazette nr 02/93 (11) (13) B1 (51) IntCl6: H05B 41/26 (54) Układ połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej (30) Pierwszeństwo: ,DE,P (73) Uprawniony z patentu: Prolux Maschinenbau GmbH, Berlin, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 14/94 (72) Twórcy wynalazku: Erhard Bernicke, Berlin, DE Klaus Röhr, Berlin, DE Karl Eibisch, Zuthen, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/96 (74) Pełnomocnik: Kamiński Zbigniew, KANCELARIA PATENTOWA PL B1 1. Układ połączeń do eksploatacji lam- (57) py wyładowczej z podgrzewanymi elektrodami, z falownikiem lub przetwornikiem wysokiej częstotliwości, z indukcyjnością połączoną szeregowo z lampą wyładowczą oraz z równolegle do lampy wyładowczej szeregowym połączeniem termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego, przy czym połączenie to w fazie wstępnego grzania powoduje ograniczenie napięcia na lampie wyładowczej, znamienny tym, że szeregowe połączenie termistora (V1) i dwukierunkowego elementu przebiciowego (V2) umieszczone jest równolegle do pojemności (C1), a termistor (V1) i dwukierunkowy element przebiciowy (V2) są sprzężone ze sobą termicznie, przy czym stopień termicznego sprzężenia jest regulowany.

2 Układ połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej Zastrzeżenia patentowe 1. Układ połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej z podgrzewanymi elektrodami, z falownikiem lub przetwornikiem wysokiej częstotliwości, z indukcyjnością połączoną szeregowo z lampą wyładowczą oraz z równolegle do lampy wyładowczej szeregowym połączeniem termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego, przy czym połączenie to w fazie wstępnego grzania powoduje ograniczenie napięcia na lampie wyładowczej, znamienny tym, że szeregowe połączenie termistora (V1) i dwukierunkowego elementu przebiciowego (V2) umieszczone jest równolegle do pojemności (C1), a termistor (V1) i dwukierunkowy element przebiciowy (V2) są sprzężone ze sobą termicznie, przy czym stopień termicznego sprzężenia jest regulowany. 2. Układ połączeń według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień termicznego sprzężenia jest regulowany poprzez wybór rodzaju łączącego ośrodka oraz przez zmianę odstępu między termistorem (V1) i dwukierunkowym elementem przebiciowym (V2). 3. Układ połączeń według zastrz. 1, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowi dwukierunkowa dioda Zenera. 4. Układ połączeń według zastrz. 1, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowią dwie diody Zenera, o przeciwnie połączonych kierunkach przewodzenia. 5. Układ połączeń według zastrz. 1, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowi warystor. 6. Układ połączeń według zastrz. 1, znamienny tym, że termistor (V1) i dwukierunkowy element przebiciowy (V2) są scalone w jednym elemencie układu. 7. Układ połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej z podgrzewanymi elektrodami, z falownikiem lub przetwornikiem wysokiej częstotliwości, z indukcyjnością połączoną szeregowo z lampą wyładowczą oraz z równolegle do lampy wyładowczej szeregowym połączeniem termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego, przy czym połączenie to w fazie wstępnego grzania powoduje ograniczenie napięcia na lampie wyładowczej, znamienny tym, że szeregowe połączenie termistora (V1) i dwukierunkowego elementu przebiciowego (V2) umieszczone jest równolegle do indukcyjności, a termistor (V1) i dwukierunkowy element przebiciowy (V2) są sprzężone ze sobą termicznie, przy czym stopień termicznego sprzężenia jest regulowany. 8. Układ połączeń według zastrz. 7, znamienny tym, że stopień termicznego sprzężenia jest regulowany poprzez wybór rodzaju łączącego ośrodka oraz przez zmianę odstępu między termistorem (V1) i dwukierunkowym elementem przebiciowym (V2). 9. Układ połączeń według zastrz. 7, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowi dwukierunkowa dioda Zenera. 10. Układ połączeń według zastrz. 7, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowią dwie diody Zenera, o przeciwnie połączonych kierunkach przewodzenia. 11. Układ połączeń według zastrz. 7, znamienny tym, że dwukierunkowy element przebiciowy (V2) stanowi warystor. 12. Układ połączeń według zastrz. 7, znamienny tym, że termistor (V1) i dwukierunkowy element przebiciowy (V2) są scalone w jednym elemencie układu. * * * Wynalazek dotyczy układu połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej. Pod pojęciem eksploatacja lampy wyładowczej rozumie się wszystkie stany lampy wyładowczej, od zapłonu aż do stacjonarnego palenia się.

3 Niskociśnieniowe lampy wyładowcze, zwłaszcza świetlówki stosowane są w szerokim zakresie do oświetlania elektrycznego. W porównaniu do żarówek odznaczają się one dużą wydajnością świetlną, większą sprawnością oraz dłuższym okresem użytkowania. Niskociśnieniowe lampy wyładowcze składają się z naczynia wyładowczego, które w świetlówkach pokryte jest od środka warstwą luminoforu, z elektrod, gazu wypełniającego oraz z cokołu lampy z kołkami wtykowymi. W lampach wyładowczych wytwarzanie światła następuje podczas procesu wyładowania w gazie, w naczyniu wyładowczym. Lampy wyładowcze niskociśnieniowe nie mogą być bezpośrednio dołączane do sieci zasilającej ze względu na ich ujemną wewnętrzną oporność czynną. Koniecznym jest, aby pomiędzy sieć zasilającą i niskociśnieniową lampę wyładowczą włączyć układ wstępny, który reguluje zapłon i pracę lampy. Istnieją różne możliwości realizacji takich układów wstępnych, które w zasadzie różnią się rodzajem zapłonu lampy. Najbardziej rozpowszechnione są układy wstępne, w których elektrody, przed zapłonem wyładowania w gazie, są wstępnie podgrzewane. Zapłon wyładowania w gazie następuje w takich układach wstępnych za pomocą impulsu napięciowego. Zwykłe układy wstępne do wytwarzania impulsów napięciowych stosują zapłonnik lampowy. W znanych rozwiązaniach układ wstępny realizuje się za pomocą środków czysto elektronicznych. Dotyczy to zwłaszcza lamp o zwartej budowie, w których układ wstępny, w sposób możliwie oszczędny pod względem miejsca, zintegrowany jest w cokole lampy. Lampy o zwartej budowie, w przeciwieństwie do zwykłych świetlówek w kształcie pręta, posiadają małe wymiary. Elektroniczne układy wstępne są znane. Składają się one z filtra dolnoprzepustowego, filtra eliminującego zakłócenia, prostownika oraz z falownika lub przetwornika. Falownik lub przetwornik wytwarza napięcie przemienne wysokiej częstotliwości od 25 do 50 khz, które jest doprowadzane do elektrod lampy wyładowczej. Podczas pracy niskonapięciowej lampy wyładowczej, przy napięciu przemiennym wysokiej częstotliwości, uzyskuje się wyższe wydajności świetlne lampy niż przy eksploatacji przy niskiej częstotliwości. Również światło przy takiej eksploatacji pozbawione jest migotania. Z niemieckiego opisu patentowego znany jest układ połączeń do eksploatacji niskonapięciowej lampy wyładowczej z indukcyjnością połączoną szeregowo z lampą wyładowczą i z pojemnością włączoną równolegle do niej. Równolegle do indukcyjności włączony jest dwójnik, który z jednej strony dołączony jest do jednego z punktów połączeń obwodu obciążenia, a z drugiej strony, przynajmniej przez jedną diodę, dołączony jest do dodatniego bieguna i/lub poprzez diodę, do ujemnego bieguna źródła napięcia stałego, w celu zasilania układu połączeń. Diody powodują blokadę wstępnego obwodu grzejnego po zapłonie lampy wyładowczej. Przy napięciach wyładowania powyżej 70 V dwójnik składa się z szeregowego połączenia termistora i dwóch diod Zenera o przeciwnych kierunkach przewodzenia. Służy to do zabezpieczenia blokady wstępnego obwodu grzejnego przy napięciach wyładowania powyżej 70 V. Z amerykańskiego opisu patentowego znany jest układ połączeń do eksploatacji lampy wyładowczej, który składa się z falownika dla wytwarzania wysokoczęstotliwościowych napięć roboczych dla lampy wyładowczej, oraz z indukcyjności połączonej szeregowo z lampą wyładowczą i z pojemności włączonej równolegle do lampy wyładowczej oraz z równolegle do pojemności włączonego termistora. W tym znanym układzie połączeń, w sposób niepożądany również po zapłonie lampy wyładowczej płynie prąd przez termistor, przyspieszając jego zużycie. Z polskiego opisu patentowego znane jest urządzenie do elektronicznego zapłonu lampy fluorescencyjnej, w którym zespół sterujący urządzenia zawierający rezystor i diodę Zenera jest włączony między bramkę i anodę tyrystora w układzie przyłączającym. Charakterystyka startowa lampy wyładowczej w znanych układach połączeń, jak i w rozwiązaniu według opisu polskiego , zależy od temperatury otoczenia oraz danych eksploatacyjnych układu zapłonowego, zmieniających się wskutek starzenia, tak, że stały zapłon lampy wyładowczej za pomocą znanych układów połączeń jest niemożliwy. Wynalazek stawia sobie za zadanie opracowanie prostego układu połączeń pozwalającego na prawidłową eksploatację lampy wyładowczej i umożliwiającego jej stały zapłon.

4 Układ połączeń według wynalazku zawiera falownik lub przetwornik wysokiej częstotliwości, indukcyjność połączoną szeregowo z lampą wyładowczą oraz pojemność włączoną równolegle do lampy wyładowczej, przy czym równolegle do pojemności lub indukcyjności włączony jest szeregowy układ złożony z termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego, a termistor i dwukierunkowy element przebiciowy są sprzężone ze sobą termicznie. Rozwiązanie według wynalazku dotyczy prostego układu połączeń do prawidłowej eksploatacji lampy wyładowczej, zwłaszcza niskociśnieniowej lampy wyładowczej, przy której to eksploatacji w fazie grzania wstępnego lampy następuje ograniczenie napięcia, co zapobiega spontanicznemu zapłonowi lampy wyładowczej przez przepięcie rezonansowe w obwodzie obciążenia. Sprzężenie termiczne termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego prowadzi do dodatkowego ogrzania termistora przez ciepło tracone, dwukierunkowo działającego elementu przebiciowego. Doprowadzanie ciepła przez dwukierunkowo działający element przebiciowy powoduje, że zmiany danych eksploatacyjnych termistora w wyniku starzenia oraz temperatura otoczenia, tylko w niewielkim stopniu wpływają na charakterystykę startową lampy wyładowczej, co zapewnia w zasadzie stały zapłon tej lampy. W rozwiązaniu według wynalazku indukcyjność i pojemność tworzą szeregowy obwód rezonansowy. W fazie grzania wstępnego przez termistor i dwukierunkowy element przebiciowy płynie prąd tak, że nagrzewają się one. Ze wzrastającym nagrzaniem termistora zwiększa się jego oporność czynna tak, że wzrasta spadek napięcia na termistorze, przy czym dwukierunkowy element przebiciowy ogranicza napięcie. Wraz ze wzrastającym nagrzaniem termistora wzrasta przepięcie rezonansowe w szeregowym obwodzie rezonansowym złożonym z indukcyjności i pojemności, aż do pojawienia się zapłonu lampy wyładowczej. Stopień termicznego sprzężenia termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego jest odpowiednio regulowany, co umożliwia odpowiednie nastawienie charakterystyki startowej lampy wyładowczej. Podczas fazy grzania lampy - dwukierunkowy element przebiciowy wykazuje wysoką moc traconą, która poprzez sprzężenie termiczne powoduje określone dodatkowe nagrzanie termistora, a tym samym, stosownie do stopnia termicznego sprzężenia, wcześniej czy później, prowadzi do przepięcia rezonansowego w szeregowym obwodzie rezonansowym i do zapłonu lampy wyładowczej. Przez nastawienie stopnia termicznego sprzężenia termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego umożliwione jest nastawienie charakterystyki startowej lampy. Dobranie czasu nagrzewania do różnych parametrów lampy możliwe jest zwłaszcza za pomocą układu połączeń według wynalazku. Termiczne sprzężenie termistora i dwukierunkowego elementu przepięciowego następuje korzystnie za pomocą ośrodka łączącego. Jako ośrodek łączący nadaje się na przykład klej lub lakier. Stopień termicznego sprzężenia ustala się przy tym przez dobór właściwości tego ośrodka. Doboru termicznego sprzężenia można dokonać dodatkowo przez zmianę odstępu pomiędzy termistorem i dwukierunkowym elementem przebiciowym. Jako dwukierunkowy element przebiciowy stosuje się na przykład diodę dwukierunkową Zenera lub warystor. Można również zastosować dla uzyskania dwukierunkowo działającego elementu przebiciowego dwie diody Zenera o przeciwnie połączonych kierunkach przewodzenia. Napięcie przebicia dwukierunkowego elementu przebiciowego korzystnie jest tak wybrane, że położone jest poniżej napięcia zapłonu i powyżej napięcia wyładowania. Uzyskuje się dzięki temu to, że we wstępnej fazie grzania lampy płynie prąd przez obwód grzania wstępnego, składający się z termistora i dwukierunkowego elementu przebiciowego, wskutek czego elektrody nagrzewane są wstępnie, natomiast nie następuje jeszcze zapłon wyładowania w gazie. Z drugiej strony uzyskuje się to, że po zapłonie wyładowania w gazie, a więc podczas fazy palenia się lampy, w obwodzie grzania wstępnego prąd już nie płynie. Napięcie szczytowe znajduje się wtedy poniżej napięcia przebicia. Dwukierunkowy element przebiciowy zostaje zablokowany, a obwód grzania wstępnego nie stanowi dodatkowego obciążenia.

5 Korzystnie termistor i dwukierunkowy element przebiciowy zintegrowane są jako jeden element układu. Wynalazek jest bliżej wyjaśniony na podstawie przykładu rozwiązania przedstawionego na rysunku. Rysunek przedstawia schemat ideowy układu połączeń według wynalazku, który zawiera prostownik 1 z urządzeniem wygładzającym, falownik 2 i obwód obciążenia 3. Obwód obciążenia 3 zawiera indukcyjność L 1, która połączona jest szeregowo z równoległym układem utworzonym przez lampę wyładowczą H 1 i co najmniej jedną pojemność C 1. Również równolegle względem pojemności C 1 włączony jest szeregowy układ, składający się z termistora V 1 i dwukierunkowej diody Zenera V2. Termistor V 1 i dwukierunkowa dioda Zenera V2 sprzężone są ze sobą termicznie za pomocą lakieru, co zaznaczone jest kreskowanym połączeniem obu elementów układu. Pojemności C2 i C3 służą zarówno jako sprzężenie dla prądu przemiennego jak i do wygładzania napięcia zasilającego. Falownik 2 dostarcza napięcia prostokątnego o około 310 Vss. Przy starcie falownika 2 prąd płynie w obwodzie obciążenia 3 przez indukcyjność L 1, spirale grzejne elektrod lampy oraz przez pojemność C 1, termistor V 1 i dwukierunkową diodę Zenera V2. Napięcie przebicia dwukierunkowego elementu przebiciowego V2 jest tak dobrane, że lampa wyładowcza H 1 nie zapala się samorzutnie, a nagrzewanie elektrod jest zapewnione. Ze względu na termiczne sprzężenie pomiędzy termistorem V 1 i dwukierunkowym elementem przebiciowym V2, termistor V 1 nagrzewany jest dodatkowo przez ciepło tracone w tym elemencie V2. Wraz z nagrzewaniem się termistora V 1 zwiększa się jego oporność czynna a tym samym przepięcie rezonansowe na lampie H 1, aż do jej zapłonu. Podczas palenia się lampy wyładowczej H 1 jej napięcie szczytowe znajduje się poniżej napięcia przebicia dwukierunkowego elementu przebiciowego V2. Obwód grzania wstępnego jest zablokowany i nie stanowi dodatkowego obciążenia.

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł