RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2127498 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 14.02.2008 08716843.1 (13) (51) T3 Int.Cl. H05B 41/288 (2006.01) H05B 41/04 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 30.05.2012 Europejski Biuletyn Patentowy 2012/22 EP 2127498 B1 (54) Tytuł wynalazku: Urządzenie analizujące energię zapłonu lampy wyładowczej (30) Pierwszeństwo: 01.03.2007 DE 202007003032 U (43) Zgłoszenie ogłoszono: 02.12.2009 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2009/49 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31..2012 Wiadomości Urzędu Patentowego 2012/ (73) Uprawniony z patentu: Osram AG, München, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2127498 T3 LUDGER WILKEN, Berlin, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Oliwia Gąbka POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 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 Opis Dziedzina techniki 5 [0001] Wynalazek dotyczy urządzenia do analizy energii zapłonu lampy wyładowczej na podstawie sygnału, który jest proporcjonalny do napięcia przyłożonego do lampy wyładowczej i sygnału, który jest proporcjonalny do prądu płyn ącego przez lampę wyładowczą, podczas procesu zapłonu. [0002] Do lamp wyładowczych, w szczególności wysokociśnieniowych lamp wyładowczych, w celu uzyskania zapłonu jest dołączony zapłonnik, który wytwarza jeden lub ciąg impulsów wysokonapięciowych w celu uzyskania zapłonu lampy wyładowczej. W celu uzyskania skutecznego zapłonu, wysokonapięciowe impulsy muszą mieć pewne minimalne napięcie zapłonu U Z. 15 20 25 30 Stan techniki [0003] Do pomiaru impulsów wysokonapięciowych wykorzystywane są zwykle wysokonapięciowa sonda pomiarowa i oscyloskop. Na Figurze 1 przedstawiono zależne od czasu napięcie U L (t) wytworzone na wysokociśnieniowej lampie sodowej o mocy 400W z pierwszym zapłonnikiem. Napięcie zapłonu U Z jest maksymalną wartością napięcia (U Z = 3.55 kv). Fig. 2a przedstawia przebieg prądu i napięcia lampy wyładowczej i skumulowaną energię wejściową w szerokim przedziale czasowym. Na Figurze 2b przedstawiony jest w funkcji czasu wykres napięcia U L (t) dla drugiego zapłonnika i zastosowane napięcie zapłonu U Z (U Z = 3.96 kv). Napięcie zapłonu może być również mierzone w prosty i ekonomiczny sposób za pomocą detektora napięcia szczytowego. Na Figurze 3 pokazany jest detektor napięcia szczytowego do analizy dodatniej wartości maksymalnej napięcia. Do rejestracji pomiaru wykorzystywany jest przetwornik analogowo cyfrowy. Jeśli wartości szczytowe powinny być mierzone dla każdego impulsu dla impulsów powtarzających się, wówczas należy rozładować kondensator między poszczególnymi impulsami, co może nastąpić np. za pomocą wysoko omowego rezystora. System rejestrujący pomiar musi ponadto mieć dostatecznie dużą częstotliwość rejestracji. Możliwe jest wykorzystanie sygnałów detektora napięcia szczytowego do regulacji urządzenia zapłonowego.
3 5 [0004] Do opisu zapłonu można wykorzystać jako drugą wielkość mierzoną, energię, która jest wprowadzana do wyładowania podczas krótkiego zaniku napięcia. W tym celu, wraz z napięciem, mierzony jest za pomocą oscyloskopu sygnał, który jest proporcjonalny do prądu. Na Figurze 1 i Figurach 2a i b pokazany jest również płynący przez lampę prąd I L (t), w przypadku którego skompensowany został prąd przesunięcia. Z iloczynu napięcia na lampie U L (t) i prądu I L (t) obliczana jest moc: P L (t) = U L (t) I L (t) (1) [0005] Zależna od czasu energia jest obliczana przez całkowanie mocy P L (t) w czasie t: E(t) = 0 t p P L (t')dt' (2) 15 20 [0006] Na Figurze 1 i Figurach 2a, b są przedstawione wykresy mocy P L (t) i obliczonej, zależnej od czasu energii E(t). Można zauważyć, że energia E(t) po krótkotrwałym zaniku napięcia i ponownym ustawieniu prądu do zera, pozostaje na stałej wartości. Ponieważ wysokonapięciowe impulsy zanikają z reguły w ciągu określonego czasu, wprowadzana w tym czasie energia jest energią zapłonu E Z. Zadanie 25 30 [0007] W celu analizy energii zapłonu dowolnych lamp wyładowczych należy skonstruować ekonomiczny system pomiarowy. Wspomniane urządzenie analizujące powinno być dostosowane do zintegrowania w elektronicznych balastach lub w zapłonnikach. Zadanie według wynalazku polega na dostarczeniu urządzenia, które spełnia wspomniane wymagania. Przedstawienie wynalazku
4 5 [0008] Urządzenie zawiera układ (1) mierzący napięcie, układ (2) mierzący prąd i układ analizujący (4). W układzie analizującym sygnał prądowy i napięciowy są mnożone jeden przez drugi, a uzyskany sygnał mocy jest następnie całkowany w celu uzyskania miary energii zapłonu. To napięcie, które reprezentuje energię zapłonu, jest mierzone za pomocą szybkiego przetwornika analogowocyfrowego. Krótki opis rysunków 15 20 [0009] Fig. 1 ilustruje z dużą rozdzielczością czasową napięcie i prąd oraz przeanalizowaną moc i energię impulsu wysokonapięciowego dla zapłonu lampy wyładowczej. Fig. 2a przedstawia z mniejszą rozdzielczością czasową napięcie i prąd i przeanalizowaną moc i energię impulsu wysokonapięciowego dla zapłonu lampy wyładowczej. Fig. 2b ilustruje z większą rozdzielczością czasową, w określonym przedziale, napięcie i prąd oraz przeanalizowaną moc i energię impulsu wysokonapięciowego podczas zapłonu lampy wyładowczej. Fig. 3 przedstawia budowę urządzenia do analizy dodatniego napięcia szczytowego podczas zapłonu lampy wyładowczej. Fig. 4 przedstawia budowę urządzenia do pomiaru energii zapłonu lampy wyładowczej. Korzystny przykład wykonania wynalazku 25 30 [00] Fig. 4 przedstawia budowę urządzenia analizującego według wynalazku. Napięcie sieciowe jest doprowadzane przez cewkę (D) i zapłonnik (ZG) do lampy wyładowczej. Za pomocą odpowiedniego dzielnika napięciowego (1) wytwarzane jest napięcie sygnałowe U U. Za pomocą odpowiedniego przetwornika prąd napięcie (2), który korzystnie usytuowany jest w przewodzie powrotnym, uzyskiwany jest sygnał U I, proporcjonalny do płynącego przez lampę prądu. [0011] Sygnał napięciowy U U i sygnał prądowy U I są wraz z napięciem zasilania U S doprowadzane do urządzenia (4) do analizy energii. Sygnał napięciowy jest doprowadzany do wzmacniacza, który zasila wejście detektora wartości
5 progowej i mnożnika o wystarczającej szerokości pasma. Detektor wartości progowej lub komparator generuje sygnał, kiedy napięcie wejściowe przekracza określoną wartość progową. Wartość progową można ustawić przy użyciu regulowanego rezystora. Detektor wartości progowej przekazuje stan do 5 podzespo łu logicznego. [0012] Na wejścia mnożnika podawany jest oprócz wzmocnionego sygnału napięciowego U sygnał prądowy U I. Wyjście jest podłączone do rezystora U obciążającego i przez szybki przełącznik i rezystor jest podłączone do kondensatora całkującego. Kiedy napięcie przekroczyło wartość progową, moduł logiczny włącza szybki przełącznik i po ustalonym czasie wyłącza ponownie. W tym czasie przykładany sygnał mocy jest całkowany, dzięki czemu na kondensatorze całkującym powstaje sygnał U EZ proporcjonalny do energii zapłonu. Sygnał ten może być mierzony za pomocą miernika napięcia. Ponieważ zapłonniki wytwarzają z reguły ciąg impulsów z odstępami między impulsami, 15 należy w celu pomiaru energii poszczególnych impulsów, stosować system pomiarowy o dostatecznie dużej częstotliwości rejestracji. Ponadto kondensator całkujący musi być również ponownie ustawiany, co można realizować za pomocą przełącznika zwierającego. Wspomniany przełącznik może otrzymywać sygnał sterujący z modułu logicznego lub z systemu rejestracji pomiarów. Moduł 20 logiczny wysyła w tym celu, po upływie ustalonego czasu od przekroczenia przez napięcie wartości progowej krótkotrwały sygnał do wspomnianego przełącznika zwierającego. [0013] Urządzenie pracuje samodzielnie i może zostać wykonane jako oddzielnie działający system. Jest również możliwe zintegrowanie tego urządzenia 25 analizującego w zapłonniku lub w elektronicznym balaście. Do tych zastosowań należy dopasować czasy modułu logicznego do wymagań.
6 Zastrzeżenia patentowe 5 15 20 25 30 1. Urządzenie analizujące do pomiaru energii zapłonu lampy wyładowczej, która jest poddawana zapłonowi za pomocą zapłonu superpozycyjnego, na podstawie sygnału pomiarowego, który proporcjonalny jest do napięcia wyładowania i sygnału pomiarowego, który proporcjonalny jest do płynącego przez lampę prądu, znamienne tym, że energia, która podczas impulsu wysokonapięciowego jest wprowadzana do lampy wyładowczej, jest analizowana za pomocą kombinacji układu analogowego (4) i cyfrowego (5). 2. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że zawiera układ połączeń do analizy mocy na podstawie sygnału napięcia i prądu. 3. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 1 lub 2, znamienne tym, że zawiera układ połączeń do całkowania sygnału mocy. 4. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 1, 2 lub 3, znamienne tym, że zawiera pierwszy przełącznik między układem połączeń do analizy mocy a układem połączeń do całkowania. 5. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że zawiera drugi przełącznik na wyjściu układu połączeń do całkowania sygnału mocy do ponownego ustawiania wspomnianego obwodu. 6. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że zawiera urządzenie, które wykrywa przyłożenie impulsu wysokonapięciowego. 7. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń od 2 do 6, znamienne tym, że zawiera komparator, który dołączony jest do sygnału napięciowego i od ustawialnej wartości progowej napięcia wyprowadza sygnał. 8. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 6 lub 7, znamienne tym, że zawiera moduł logiczny, który dołączony jest do urządzenia do detekcji impulsu wysokonapięciowego oraz do pierwszego przełą cznika i do drugiego przełącznika. 9. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 8, znamienne tym, że moduł logiczny włącza pierwszy przełącznik natychmiast po wykryciu impulsu wysokonapięciowego i wyłącza go po ustalonym czasie.
7 5. Urządzenie analizujące według zastrzeżenia 8 lub 9, znamienne tym, że moduł logiczny zamyka na określony czas drugi przełącznik po ustalonym czasie po otwarciu pierwszego przełącznika. 11. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że dołączony jest system rejestracji pomiarów, który może mierzyć wartości przyłożonego napięcia w sekwencji czasowej. 12. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że jest stosowane w szczególności do zapłonu wysokociśnieniowych lamp wyładowczych. 13. Urządzenie analizujące według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że równolegle do tego urządzenia stosowany jest detektor napięcia szczytowego, którego sygnały są mierzone przez system rejestracji pomiarów. 15 OSRAM AG Pełnomocnik:
8
9
11
12