EA 025888B1 20170228 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/025888 Полный текст описания [**] EA201290233 20101206 Регистрационный номер и дата заявки PLP-389856 20091210 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок PL2010/000121 Номер международной заявки (PCT) WO2011/071398 20110616 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21702 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000025\888BS000#(1052:585) Основной чертеж [**] СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПОЙ И СИСТЕМА ПИТАНИЯ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Название документа [8] H05B 41/292 Индексы МПК [PL] Адамович Пётр Сведения об авторах [PL] АЗО ДИДЖИТАЛ Сп.з.о.о. Сведения о патентообладателях [PL] АЗО ДИДЖИТАЛ Сп.з.о.о. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000025888b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, согласно которому подают сигнал от каскада переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста на лампу и балластный контур, содержащий по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент, и резонансный контур, причем согласно способу посредством генератора (CONTROL1) генерируют сигнал с переменной частотой и постоянным коэффициентом заполнения для управления каскадом переключателей; посредством блока (CONTROL2) управления управляют генератором (CONTROL1) для изменения частоты указанного сигнала, отличающийся тем, что для управления генератором (CONTROL1) блок (CONTROL2) управления использует сигнал, имеющий постоянную частоту и изменяемый коэффициент заполнения таким образом, что частоту сигнала, генерируемого для управления каскадом переключателей, периодически изменяют между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и посредством уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.

2. Способ по п.1, согласно которому сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения получают от генератора (CONTROL1) сигналов, регулируемого посредством сигнала прямоугольной формы с постоянной частотой и регулируемым коэффициентом заполнения, генерируемого блоком (CONTROL2) управления.

3. Способ по п.1 или 2, согласно которому балластная цепь содержит второй индуктивный элемент (L2), отделяющий лампу (LAMP) от второго конденсатора (С2).

4. Способ по п.3, согласно которому между источником (PFC) стабилизированного напряжения и каскадом переключателей (Т1, Т2) измеряют значение тока источника питания предпочтительно с помощью измерительного элемента (А1), и на основе полученного значения определяют величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, а также величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей.

5. Способ по любому из пп.3, 4, согласно которому для возбуждения резонансного контура в режиме зажигания высокоинтенсивной газоразрядной лампы подают сигнал высокого напряжения с периодически изменяющейся частотой, высокое значение которой (F max ) ниже значения дорезонансной частоты (F stat ), при которой уровень напряжения, созданного на втором конденсаторе (С2) резонансного контура, содержащего первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2), достаточен для зажигания лампы (LAMP).

6. Способ по п.5, согласно которому в режиме зажигания при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (А2) величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и, если величина измеренного тока превышает заданное значение, прекращают подачу сигнала.

7. Способ по п.6, согласно которому при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой в режиме зажигания измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (A3) величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и по достижении величиной измеренного тока заданного значения прекращают подачу возбуждающего сигнала и начинают подачу на лампу (LAMP) сигналов источника питания.

8. Способ по любому из пп.1-4, согласно которому при подаче питания на высокоинтенсивную газоразрядную лампу частоту модулируют циклически и плавно от низкого значения (F min ) к высокому (F max ) и далее вновь от высокого к низкому.

9. Способ по п.8, согласно которому мощность, подаваемую на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения частоты отношения интервала времени, в течение которого частота возрастает, к интервалу времени, в течение которого частота убывает.

10. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит натриевая лампа.

11. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 15%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.

12. Способ по п.11, согласно которому модулированная частота составляет 50 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.

13. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит металлогалогенная лампа.

14. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 20%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.

15. Способ по п.14, согласно которому модулированная частота составляет 130 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.

16. Способ по любому из пп.8-15, согласно которому мощность, которую подают на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения коэффициента заполнения широтно-модулированного сигнала блока управления (CONTROL2).

17. Способ по п.16, согласно которому изменение коэффициента заполнения широтно-модулированного сигнала блока управления (CONTROL2) выполняют с помощью микросхемного управления.

18. Способ по любому из пп.1-7, согласно которому затухание дугового разряда определяют по величине тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, особенно когда эта величина намного меньше величины тока, установленной в компараторе узла (3) сравнения для надлежащей работоспособности лампы, после чего возобновляют режим зажигания лампы (LAMP).

19. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому отсутствие лампы (LAMP) или ее неисправность, приводящую к невозможности ее дальнейшей эксплуатации, определяют исходя из величины тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, для чего выявляют отличие указанной величины тока от значения, установленного в компараторе узла (3) сравнения для надлежащего зажигания лампы (LAMP), в частности, после того, как делают попытку выполнить зажигание через интервал времени, требуемый для охлаждения лампы.

20. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому после выявления затухания дугового разряда и возобновления зажигания лампы величину мощности, подаваемой на лампу, уменьшают, и при отсутствии затухания дугового разряда поддерживают постоянной, а при затухании дугового разряда возобновляют режим зажигания и повторяют операцию уменьшения мощности.

21. Система питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, содержащая каскад электронных переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста, соединенного с лампой;балластное сопротивление, содержащее по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент; генератор (CONTROL1), соединенный с указанным каскадом переключателей, причем указанный генератор выполнен с возможностью генерирования сигнала переменной частоты и постоянного коэффициента заполнения и для регулирования указанного каскада переключателей, и блок (CONTROL2) управления, соединенный с указанным генератором (CONTROL1) для его регулирования, отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор для генерирования сигнала постоянной частоты с изменяемым коэффициентом заполнения таким образом, что частота сигнала от генератора (CONTROL1) для регулирования каскадов переключателей оказывается периодически изменена между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала с регулируемой частотой и постоянным коэффициентом заполнения, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.

22. Система по п.21 дополнительно содержит балластный контур, содержащий первый конденсатор (С1) и первый индуктивный элемент (L1), соединенный с входом лампы (LAMP), второй конденсатор (С2), включенный параллельно с лампой (LAMP), и второй индуктивный элемент (L2), соединенный с выходом лампы (LAMP) и отделяющий ее от второго конденсатора, причем первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2) соединены последовательно друг с другом и образуют часть резонансного контура.

23. Система по п.21 или 22, отличающаяся тем, что сигнал напряжения, созданный на выходе каскада переключателей (Т1, Т2), имеет прямоугольную форму, а его коэффициент заполнения составляет 50%.

24. Система по п.22 или 23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А1), включенный между источником (PFC) стабилизированного напряжения и каскадом электронных переключателей (Т1, Т2) с возможностью измерения величин питающего тока.

25. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А2), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего по резонансному контуру, содержащему первый индуктивный элемент и второй конденсатор.

26. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (A3), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего через лампу (LAMP).

27. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат резистивные измерительные элементы.

28. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат индуктивные измерительные элементы.

29. Система по любому из пп.21-28, отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор широтно-модулированных сигналов и узел (3) сравнения, выполненный с возможностью управления этим генератором.

30. Система по п.29, отличающаяся тем, что генератором широтно-модулированных сигналов служит микропроцессор с ШИМ-выходом, управляемый узлом (3) сравнения.

31. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит натриевая лампа.

32. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит металлогалогенная лампа.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Способ управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, согласно которому подают сигнал от каскада переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста на лампу и балластный контур, содержащий по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент, и резонансный контур, причем согласно способу посредством генератора (CONTROL1) генерируют сигнал с переменной частотой и постоянным коэффициентом заполнения для управления каскадом переключателей; посредством блока (CONTROL2) управления управляют генератором (CONTROL1) для изменения частоты указанного сигнала, отличающийся тем, что для управления генератором (CONTROL1) блок (CONTROL2) управления использует сигнал, имеющий постоянную частоту и изменяемый коэффициент заполнения таким образом, что частоту сигнала, генерируемого для управления каскадом переключателей, периодически изменяют между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и посредством уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.

2. Способ по п.1, согласно которому сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения получают от генератора (CONTROL1) сигналов, регулируемого посредством сигнала прямоугольной формы с постоянной частотой и регулируемым коэффициентом заполнения, генерируемого блоком (CONTROL2) управления.

3. Способ по п.1 или 2, согласно которому балластная цепь содержит второй индуктивный элемент (L2), отделяющий лампу (LAMP) от второго конденсатора (С2).

4. Способ по п.3, согласно которому между источником (PFC) стабилизированного напряжения и каскадом переключателей (Т1, Т2) измеряют значение тока источника питания предпочтительно с помощью измерительного элемента (А1), и на основе полученного значения определяют величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, а также величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей.

5. Способ по любому из пп.3, 4, согласно которому для возбуждения резонансного контура в режиме зажигания высокоинтенсивной газоразрядной лампы подают сигнал высокого напряжения с периодически изменяющейся частотой, высокое значение которой (F max ) ниже значения дорезонансной частоты (F stat ), при которой уровень напряжения, созданного на втором конденсаторе (С2) резонансного контура, содержащего первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2), достаточен для зажигания лампы (LAMP).

6. Способ по п.5, согласно которому в режиме зажигания при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (А2) величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и, если величина измеренного тока превышает заданное значение, прекращают подачу сигнала.

7. Способ по п.6, согласно которому при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой в режиме зажигания измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (A3) величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и по достижении величиной измеренного тока заданного значения прекращают подачу возбуждающего сигнала и начинают подачу на лампу (LAMP) сигналов источника питания.

8. Способ по любому из пп.1-4, согласно которому при подаче питания на высокоинтенсивную газоразрядную лампу частоту модулируют циклически и плавно от низкого значения (F min ) к высокому (F max ) и далее вновь от высокого к низкому.

9. Способ по п.8, согласно которому мощность, подаваемую на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения частоты отношения интервала времени, в течение которого частота возрастает, к интервалу времени, в течение которого частота убывает.

10. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит натриевая лампа.

11. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 15%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.

12. Способ по п.11, согласно которому модулированная частота составляет 50 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.

13. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит металлогалогенная лампа.

14. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 20%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.

15. Способ по п.14, согласно которому модулированная частота составляет 130 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.

16. Способ по любому из пп.8-15, согласно которому мощность, которую подают на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения коэффициента заполнения широтно-модулированного сигнала блока управления (CONTROL2).

17. Способ по п.16, согласно которому изменение коэффициента заполнения широтно-модулированного сигнала блока управления (CONTROL2) выполняют с помощью микросхемного управления.

18. Способ по любому из пп.1-7, согласно которому затухание дугового разряда определяют по величине тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, особенно когда эта величина намного меньше величины тока, установленной в компараторе узла (3) сравнения для надлежащей работоспособности лампы, после чего возобновляют режим зажигания лампы (LAMP).

19. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому отсутствие лампы (LAMP) или ее неисправность, приводящую к невозможности ее дальнейшей эксплуатации, определяют исходя из величины тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, для чего выявляют отличие указанной величины тока от значения, установленного в компараторе узла (3) сравнения для надлежащего зажигания лампы (LAMP), в частности, после того, как делают попытку выполнить зажигание через интервал времени, требуемый для охлаждения лампы.

20. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому после выявления затухания дугового разряда и возобновления зажигания лампы величину мощности, подаваемой на лампу, уменьшают, и при отсутствии затухания дугового разряда поддерживают постоянной, а при затухании дугового разряда возобновляют режим зажигания и повторяют операцию уменьшения мощности.

21. Система питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, содержащая каскад электронных переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста, соединенного с лампой;балластное сопротивление, содержащее по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент; генератор (CONTROL1), соединенный с указанным каскадом переключателей, причем указанный генератор выполнен с возможностью генерирования сигнала переменной частоты и постоянного коэффициента заполнения и для регулирования указанного каскада переключателей, и блок (CONTROL2) управления, соединенный с указанным генератором (CONTROL1) для его регулирования, отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор для генерирования сигнала постоянной частоты с изменяемым коэффициентом заполнения таким образом, что частота сигнала от генератора (CONTROL1) для регулирования каскадов переключателей оказывается периодически изменена между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала с регулируемой частотой и постоянным коэффициентом заполнения, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.

22. Система по п.21 дополнительно содержит балластный контур, содержащий первый конденсатор (С1) и первый индуктивный элемент (L1), соединенный с входом лампы (LAMP), второй конденсатор (С2), включенный параллельно с лампой (LAMP), и второй индуктивный элемент (L2), соединенный с выходом лампы (LAMP) и отделяющий ее от второго конденсатора, причем первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2) соединены последовательно друг с другом и образуют часть резонансного контура.

23. Система по п.21 или 22, отличающаяся тем, что сигнал напряжения, созданный на выходе каскада переключателей (Т1, Т2), имеет прямоугольную форму, а его коэффициент заполнения составляет 50%.

24. Система по п.22 или 23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А1), включенный между источником (PFC) стабилизированного напряжения и каскадом электронных переключателей (Т1, Т2) с возможностью измерения величин питающего тока.

25. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А2), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего по резонансному контуру, содержащему первый индуктивный элемент и второй конденсатор.

26. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (A3), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего через лампу (LAMP).

27. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат резистивные измерительные элементы.

28. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат индуктивные измерительные элементы.

29. Система по любому из пп.21-28, отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор широтно-модулированных сигналов и узел (3) сравнения, выполненный с возможностью управления этим генератором.

30. Система по п.29, отличающаяся тем, что генератором широтно-модулированных сигналов служит микропроцессор с ШИМ-выходом, управляемый узлом (3) сравнения.

31. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит натриевая лампа.

32. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит металлогалогенная лампа.


(19)
Евразийское
патентное
ведомство
025888
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201290233
(22) Дата подачи заявки 2010.12.06
(51) Int. Cl. H05B 41/292 (2006.01)
(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПОЙ И СИСТЕМА ПИТАНИЯ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ
(31) P-389856
(32) 2009.12.10
(33) PL
(43) 2013.01.30
(86) PCT/PL2010/000121
(87) WO 2011/071398 2011.06.16
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АЗО ДИДЖИТАЛ Сп.з.о.о. (PL)
(72) Изобретатель:
Адамович Пётр (PL)
(74) Представитель:
Нилова М.И. (RU)
(56) WO-A1-9638024 WO-A1-03017736 WO-A1-03024161 US-A1-2002145393
(57) Изобретение относится к способу управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, согласно которому подают сигнал с переменной частотой и постоянным коэффициентом заполнения от каскада переключателей на лампу и балластный контур, состоящий по меньшей мере из одного конденсатора и по меньшей мере одной индуктивности, отличающемуся тем, что подают сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения до 50% от каскада электронных переключателей в конфигурации полумоста, соединенного с лампой и балластным контуром, состоящим, по меньшей мере, из первого конденсатора (С1) и лампы, а также из первой индуктивности (L1) и второго конденсатора (С2), образующих резонансный контур. Изобретение также относится к системе питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, содержащей источник стабилизированного напряжения питания каскада электронных переключателей в конфигурации полумоста или полного моста, соединенного с лампой и балластным сопротивлением, состоящим по меньшей мере из одного конденсатора и по меньшей мере одной индуктивности; генератор сигналов напряжения или тока регулируемой частоты и блок управления генератором широтномодулированных импульсных сигналов. Система отличается тем, что она содержит генератор (CONTROL1) сигналов напряжения или тока регулируемой частоты с постоянным коэффициентом заполнения и блок управления (CONTROL2), состоящий по меньшей мере из одного генератора сигналов постоянной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения. Выход блока управления (CONTROL2) соединен со входом управляющего сигнала генератора сигналов (CONTROL1) c возможностью подачи на генератор (CONTROL1) широтномодулированных импульсных сигналов, изменяющих рабочую частоту генератора сигналов (CONTROL1), соединенного с каскадом электронных переключателей (T1, T2) в конфигурации полумоста; а балластное сопротивление содержит первый конденсатор (С1), первую индуктивность (L1), второй конденсатор (С2) и вторую индуктивность (L2), отделяющую лампу (LAMP) от второго конденсатора (С2).
Изобретение относится к способу управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой и системе электропитания такой лампы.
В силу высокой эффективности, варьирующейся в диапазоне от 100 до 150 Лм/Вт, высокоинтенсивные газоразрядные лампы широко применяют в системах освещения городских улиц и системах освещения большого формата. Типичные системы зажигания и питания высокоинтенсивных газоразрядных ламп содержат индуктивное балластное сопротивление (BALLAST) и стартер, который создает высокое напряжение на этом сопротивлении до момента зажигания лампы. После зажигания индуктивность балластного сопротивления ограничивает протекание тока через лампу. С целью уменьшения разрушения электродов, для питания высокоинтенсивных газоразрядных ламп с ограничивающей индуктивностью (BALLAST) наиболее часто используют квадратно-волновое напряжение источника питания.
Типичная система питания газоразрядных ламп от сети переменного тока содержит диодный выпрямитель и устройство компенсации коэффициента мощности (устройство PFC), которые служат внутренним источником стабилизированного напряжения величиной примерно 400 В. Это напряжение питает каскад электронных переключателей (транзисторов) в конфигурации полного моста и полумоста, который при управлении соответствующей системой управления служит источником переменного напряжения заданного значения, при котором величина последовательной индуктивности ограничивает ток, протекающий через лампу, до заданной величины. Контуры с регулируемой частотой дополняют конденсатором, включенным параллельно с лампой и последовательно с индуктивностью с образованием последовательного резонансного контура. Создание переменного напряжения с частотой, значение которой близко к значению собственной частоты этого контура в каскаде переключателей, приводит к наведению высокого переменного напряжения в конденсаторе указанного контура. Это напряжение используют для подачи сигнала на зажигание газоразрядных ламп.
В документе "Высокоинтенсивные газоразрядные лампы. Техническая информация о снижении потребляемой мощности", опубликованном компанией OSRAM в марте 2009 г., рассматривают способы понижения и регулирования мощности, подаваемой на газоразрядные лампы. В типичных решениях единственным элементом, стабилизирующим мощность, подаваемую на лампу, является индуктивность, тогда как регулирование мощности при стабильности заданного тока и частоте питающей сети выполняют путем подбора индуктивности при расчетной мощности. Такое решение учитывает изменения параметров питающей сети и, по существу, вызывает необходимость создания отдельной питающей электросети для систем освещения городских улиц.
Питание высокоинтенсивных газоразрядных ламп от источника тока частотой выше 1 кГц приводит к возникновению акустических (звуковых) волн, которые в широком диапазоне частоты питающего тока (от 1 кГц до 1 МГц) обуславливают появление акустического резонанса. Это явление дестабилизирует поток тока через плазму и служит причиной нестабильности дугового разряда, мерцания лампы, а в экстремальных ситуациях - даже механического повреждения горелки. Типичными способами устранения этого явления может служить подача на высокоинтенсивные лампы напряжений питания двух видов: основного, при котором в диапазоне частот может возникнуть резонанс, и второго напряжения более высокой частоты, вызывающего стабилизацию дугового разряда.
В описании европейского патента EP 1327382 раскрыт способ подачи питания на газоразрядную лампу, согласно которому для уменьшения неблагоприятного влияния акустического резонанса используют частотную (FM) и широтно-импульсную модуляцию (PWM) напряжения квадратной волны, питающего балластное сопротивление (BALLAST), в результате чего получают дополнительную амплитудную модуляцию (AM) питающего напряжения.
Согласно обсуждаемым решениям затрачиваемую лампой мощность регулируют посредством измерения тока и напряжения на электродах лампы и изменения параметров питающего напряжения, например амплитуды напряжения, частоты или его коэффициента заполнения. Чтобы вызвать зажигание высокоинтенсивной газоразрядной лампы, необходимо создать высокое напряжение от 2,5 до 15 кВ. Согласно одному из способов для создания соответствующего напряжения подают питание в контур, состоящий из индуктивности и конденсатора и включенный последовательно с индуктивностью и параллельно лампе, при этом конденсатор и индуктивность образуют последовательный резонансный контур, частота тока которого близка к собственной резонансной частоте контура. По достижении напряжения зажигания происходит зажигание лампы в результате создания высокого напряжения на конденсаторе, включенном параллельно лампе. В международном патенте WO 2008/132662 описывают применение системы зажигания в устройствах с ограничивающей индуктивностью и системы питания в конфигурации полного моста с одним каскадом переключателей (транзисторов) для создания в момент зажигания высокого напряжения на конденсаторе, включенном параллельно лампе, или для выявления затухания дугового разряда в лампе.
В случае резонансных последовательных систем зажигания эффективность получения высоких напряжений на резонансном конденсаторе зависит от емкости указанного конденсатора. На практике для создания на резонансном конденсаторе напряжений порядка нескольких или десятков киловольт, в диапазоне значений силы тока, безопасных для лампы (до 20 А), емкость конденсатора ограничивают до нескольких нанофарад. С другой стороны, емкость этого конденсатора непосредственно связана с резо
нансной частотой.
f= ,
где f - резонансная частота; L - индуктивность; C - емкость.
Резонансная частота зависит от величины ограничивающей индуктивности L, которая, в свою очередь, зависит от частоты и напряжения питания разрядной лампы, а также от расчетной мощности, подаваемой на лампу. Как правило, для ламп мощностью от 30 до 400 Вт, величина индуктивности L варьируется от нескольких десятков мкГн до нескольких мГн. В результате коэффициент Q, полученный в этих системах, и равный
имеет высокие значения, а резонансные кривые характеризуются крутыми наклонами, что вызывает необходимость очень точного выбора частот для отдельных резонансных систем зажигания разрядных ламп. С учетом принятых отклонений параметров серийных промышленных изделий, многообразие фактических значений индуктивности и емкости приводит к разбросу резонансных частот систем, что, в свою очередь, вызывает необходимость применения способов, основанных на изменении частот напряжения источника питания при создании высокого напряжения. Как правило, в последовательных резонансных системах зажигания, частоту сети, питающей систему, уменьшают от значения, превышающего резонансную частоту, до значения сверхрезонансной частоты, близкого к резонансной частоте, при которой может произойти зажигание, и значения рабочей частоты (частоты, при которой индуктивность ограничивает ток до значения, соответствующего заданной мощности). По мере приближения значения частоты наведенного напряжения к значению резонансной частоты, при отсутствии или неисправности лампы, в резонансном контуре может возникнуть резкий скачок напряжения и тока, который вызывает повреждение контура или отказ других элементов системы. В реальных установках, такая опасность вынуждает применять системы защиты.
Изобретение предлагает альтернативный способ управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, а также систему питания такой лампы.
В соответствии с изобретением предложен способ управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, согласно которому сигнал регулируемой частоты с постоянным коэффициентом заполнения подают с каскада переключателей на лампу и в контур с балластным сопротивлением, состоящим по меньшей мере из одного конденсатора и по меньшей мере одной индуктивности, отличающийся тем, что сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения до 50% подают с каскада электронных переключателей в конфигурации полумоста, соединенного с лампой и балластным контуром, состоящим, по меньшей мере, из первого конденсатора и лампы, а также из первой индуктивности и второго конденсатора, образующих резонансный контур. Сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения до 50% предпочтительно получают от генератора сигналов, управляя сигналом прямоугольной формы постоянной частоты с переменным коэффициентом заполнения, поданным от блока управления. Балластное сопротивление может включать в себя вторую индуктивность, отделяющую лампу от второго конденсатора. Между источником стабилизированного напряжения и каскадом электронных переключателей измеряют значение тока источника питания, предпочтительно с помощью измерительного элемента, и на основе полученного значения, определяют величину тока между выводом второго конденсатора и землей, а также величину тока между выводом второй индуктивности и землей.
Для возбуждения резонансного контура в режиме зажигания высокоинтенсивной газоразрядной лампы предпочтительно подают сигнал высокого напряжения периодически изменяющейся частоты, высокая частота которого ниже значения дорезонансной частоты, при котором напряжение, созданное на втором конденсаторе резонансного контура, состоящего из первой индуктивности и второго конденсатора, достаточно для зажигания лампы. В частности, в режиме зажигания, при подаче сигнала периодически изменяющейся частоты, измеряют, предпочтительно с помощью измерительного элемента, величину тока между выводом конденсатора и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла сравнения, и если величина измеренного тока превышает заданное значение, прекращают подачу сигнала. В некоторых случаях при подаче в режиме зажигания сигнала периодически изменяющейся частоты измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента величину тока между выводом индуктивности и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла сравнения, и по достижении величиной измеренного тока заданного значения, прекращают подачу возбуждающего сигнала и начинают подачу сигналов в режиме питания лампы.
В режиме питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, частоту предпочтительно модулируют циклически и плавно от низкого значения к высокому, и далее от высокого к низкому.
Мощность, подаваемую на лампу, регулируют путем изменения частоты за счет изменения отношения интервала времени, в течение которого частота возрастает, к интервалу времени, в течение которого частота убывает.
В частности, высокоинтенсивной газоразрядной лампой может служить натриевая лампа. Для изменения частоты, главным образом, используют по меньшей мере одну модулирующую частоту, глубину модуляций выбирают не более 15%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10. Предпочтительно модулированная частота составляет 50 кГц, частота модуляции - 240 Гц, а глубина модуляции - 10%.
В частности, высокоинтенсивной газоразрядной лампой может служить металлогалогенная лампа. Для изменения частоты, главным образом, используют по меньшей мере одну модулирующую частоту, глубину модуляций выбирают не выше 20%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10. Предпочтительно модулированная частота составляет 130 кГц, частота модуляции - 240 Гц, а глубина модуляции -10%. Мощность, которую подают на лампу, предпочтительно регулируют путем изменения коэффициента заполнения широтно-импульсной модуляции в блоке управления. Коэффициент заполнения широтно-импульсного сигнала в блоке управления изменяют с помощью микросхемного управления.
Затухание дугового разряда определяют по величине тока между выводом второй индуктивности и землей, в частности указанное значение должно быть намного ниже величины тока, установленного в компараторе узла сравнения для надлежащей работоспособности лампы, после чего возобновляют режим зажигания лампы. Отсутствие лампы или неисправность, приводящую к невозможности ее дальнейшей эксплуатации, определяют исходя из величины тока между выводом второй индуктивности и землей, для чего выявляют отличие указанной величины тока от значения, установленного в компараторе узла сравнения для надлежащего зажигания лампы, в частности, после того, как делают попытку выполнить зажигание через интервал времени, требуемый для охлаждения лампы.
После выявления затухания дугового разряда и возобновления зажигания лампы величину мощности, подаваемой на лампу, уменьшают и в случае отсутствия затухания дугового разряда указанную величину мощности поддерживают постоянной, в случае же затухания дугового разряда возобновляют режим зажигания и повторяют операцию уменьшения мощности.
Система питания высокоинтенсивной разрядной лампы согласно изобретению, содержащая источник стабилизированного напряжения питания каскада электронных переключателей в конфигурации полного моста и полумоста, соединенного с лампой и балластным сопротивлением, состоящим по меньшей мере из одного конденсатора и по меньшей мере одной индуктивности; генератор сигналов напряжения или тока регулируемой частоты и блок управления генератором широтно-модулированных импульсных сигналов, отличающаяся тем, что она содержит генератор сигналов напряжения или тока регулируемой частоты с постоянным коэффициентом заполнения, и блок управления, состоящий по меньшей мере из одного генератора сигналов постоянной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения, причем вывод блока управления соединен со входом управляющего сигнала генератора сигналов с возможностью подачи на генератор широтно-модулированных импульсных сигналов, изменяющих рабочую частоту генератора сигналов, соединенного с каскадом электронных переключателей в конфигурации полумоста; а балластное сопротивление содержит первый конденсатор, первую индуктивность, второй конденсатор и вторую индуктивность, отделяющую лампу от второго конденсатора. Балластное сопротивление предпочтительно содержит первый конденсатор и первую индуктивность, соединенные со входом лампы, второй конденсатор, включенный параллельно с лампой, и вторую индуктивность, соединенную с выходом лампы и отделяющую лампу от второго конденсатора, причем первая индуктивность и второй конденсатор соединены последовательно друг с другом и образуют часть резонансного контура. Сигнал напряжения, созданный на выходе каскада переключателей, имеет прямоугольную форму, а его коэффициент заполнения составляет 50%. Для измерения величин питающего тока система содержит измерительный элемент, включенный между источником стабилизированного напряжения и каскадом электронных переключателей. В некоторых случаях система содержит измерительный элемент, выполненный с возможностью измерения тока, протекающего по резонансному контуру, состоящему из первой индуктивности и второго конденсатора. В частности, она может содержать измерительный элемент, выполненный с возможностью измерения тока, протекающего через лампу. Измерительными элементами могут служить резистивные измерительные элементы. В некоторых случаях измерительными элементами могут служить индуктивные измерительные элементы.
Блок управления предпочтительно содержит генератор широтно-модулированных сигналов и узел сравнения, выполненный с возможностью управления этим генератором. Генератором широтно-модулированных сигналов может служить микропроцессор с ШИМ-выходом, управляемый узлом сравнения.
Высокоинтенсивной газоразрядной лампой предпочтительно может служить натриевая лампа. В некоторых случаях высокоинтенсивной газоразрядной лампой может служить металлогалогенная лампа.
Способ управления высокоинтенсивными газоразрядными лампами и система питания согласно
изобретению обладают рядом преимуществ, предопределяющих решение проблемы их широкого использования в применяемых на практике вариантах конструкций осветительных установок. Система может характеризоваться высокой эффективностью, превышающей эффективность традиционных электромагнитных систем, а также простотой конструкции систем управления и исполнительных систем, по сравнению с современными электронными моделями. Способ управления и конструкция системы обеспечивают безопасную работу в режиме зажигания лампы за счет напряжения или тока. Более того, способ управления по изобретению обеспечивает автоматическое регулирование параметров системы питания лампы с возможностью стабилизирования потребляемой мощности на соответствующем заданном уровне. Кроме того, способ по изобретению обеспечивает регулирование мощности, потребляемой лампой, с возможностью установления уровня саморегулирования. Использование способа и системы по изобретению позволяет получить более длительный срок надлежащей эксплуатации лампы, а наличие реализованных адаптивных алгоритмов значительно увеличивает продолжительность горения изношенных ламп.
Использование изобретения в осветительных установках позволяет получить свет без стробоскопического эффекта (в отличие от традиционных решений, где при частоте вдвое превышающей частоту питающей сети, т.е. 100 или 120 Гц, возникает эффект мигания).
Кроме того, за счет использования в системе по изобретению устройства компенсации коэффициента мощности PFC устраняют пассивные потери мощности (поскольку коэффициент мощности соответствует coscp = 0,99), что, в свою очередь, вызывает снижение активных (омических) потерь в проводах и линиях питания. Возможность использования широкого диапазона входных напряжений и высокая устойчивость к изменениям напряжения позволяет избавиться от необходимости создания отдельных электрических сетей для питания муниципальных систем освещения.
Изобретение иллюстрировано прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 показана основная конфигурация системы согласно изобретению; на фиг. 2 показана система согласно изобретению, которая оборудована средством регулирования динамической мощности; на фиг. 3 показана система согласно изобретению, которая оснащена средством регулирования динамической мощности и дополнительными измерительными устройствами; на фиг. 4 показан график изменения частоты во времени при работе системы в режиме зажигания; на фиг. 5 показаны изменения напряжения при работе системы в режиме зажигания; на фиг. 6 показано напряжение на выходе блока управления и на выходе генератора сигналов; на фиг. 7 показан график зависимости тока, протекающего через лампу, от выходной частоты генератора сигналов; на фиг. 8 показан блок управления, соединенный с генератором сигналов; на фиг. 9 приведен график изменения частоты при установленной в систему натриевой лампе; на фиг. 10 показан график изменения частоты, при установленной в систему металлогалогенной лампе; на фиг. 11 показаны изменения тока, потребляемого системой питания лампы, соответствующие уровни выходного сигнала компаратора и выборочные значения этих выходных сигналов, несовпадающих по времени; на фиг. 12 показан логический цикл типичного алгоритма цифрового регулирования мощности.
Система питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы согласно изобретению (фиг. 1) получает питание от сети переменного тока и содержит внутренний источник стабилизированного напряжения мощностью примерно 400 В, обычно включающий в себя диодный выпрямитель и устройство компенсации коэффициента мощности PFC. Источник стабилизированного напряжения питает каскад электронных переключателей, например, в конфигурации полумоста, состоящий из транзисторов Т1 и Т2, которые служат электронными ключами. При управлении от генератора сигналов CONTROL 1 каскад переключателей может служить источником переменного тока заданной величины, при котором включенная последовательно индуктивность L1 ограничивает ток, протекающий через лампу LAMP до заданного уровня. Система может быть дополнена конденсатором С2, включенным параллельно лампе LAMP и последовательно с индуктивностью L1, с образованием последовательного резонансного контура. Создание в каскаде переключателей Т1 и Т2 переменного напряжения частоты, близкой к резонансной частоте собственных колебаний контура, состоящего из индуктивности L1 и конденсатора С2, приводит к созданию высокого переменного напряжения на конденсаторе С2, вызывающего зажигание разрядной лампы
LAMP.
Генератор сигналов CONTROL1 содержит управляемый током или напряжением генератор 1 регулируемой частоты с постоянным коэффициентом заполнения (50/50%). Генератор сигналов CONTROL1 соединен с блоком управления CONTROL2, который содержит генератор 2 постоянной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения широтно-модулированного сигнала, выполненный с возможностью изменения частоты генератора 1. Система содержит дополнительную индуктивность L2, которая отделяет лампу LAMP от конденсатора С2. За счет введения дополнительной индуктивности L2 и блока управления CONTROL 2 с рассмотренными ниже характеристиками, обеспечивают стабилизацию работы разрядной лампы LAMP и реализацию инновационного способа управления согласно изобретению, в частности способа зажигания, питания и регулирования мощности высокоинтенсивной газоразрядной лампы.
На фиг. 2 показан предпочтительный вариант системы питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, изображенной на фиг. 1. Этот вариант конструкции обеспечивает управление работой лампы, в
частности, посредством регулирования мощности, потребляемой высокоинтенсивной газоразрядной лампой LAMP. Система, изображенная на фиг. 2, содержит измерительный элемент А1, включенный между устройством PFC, каскадом электронных ключей Т1 и Т2 и остальной частью системы. Измерительный элемент А1 служит для измерения величины тока источника питания. Измерительным элементом А1 может служить резистивное или индуктивное измерительное устройство.
Система, изображенная на фиг. 2, содержит узел сравнения 3, который установлен в блоке управления CONTROL2 и содержит по меньшей мере один компаратор. Узел сравнения 3 соединяют с выходом результирующих сигналов измерительного элемента А1 и анализируют его состояние путем сравнения с заданным значением, а результат сравнения используют для изменения параметров выходного сигнала генератора 2, что в свою очередь, приводит к изменению параметров выходного сигнала генератора CONTROL1, управляющего каскадом электронных ключей T1, T2, и изменению рабочих характеристик лампы LAMP.
На фиг. 3 показан другой вариант конструкции системы, изображенной на фиг. 2. Система фиг. 3 содержит дополнительные измерительные элементы А2 и A3, а также соответствующие компараторы, расположенные в узле сравнения 3. Измерительные элементы А2 и A3 служат для измерения величины тока. Измерительными элементами А2 и A3 могут служить резистивные измерительные устройства, индуктивные измерительные устройства, или их комбинация. Усовершенствованные способы измерений и управления в режиме зажигания и в рабочем режиме лампы реализуют на основе непосредственных измерений токов, выполненных в тех местах устройства, где расположены измерительные элементы А2 и A3. Измерительный элемент А2, который соединяют с конденсатором С2 и отрицательным полюсом источника питания, используют для измерения тока, протекающего через конденсатор С2. Измерительный элемент A3, который соединяют с индуктивностью L2 и отрицательным полюсом источника питания, используют для измерения тока, протекающего через индуктивность L2.
Значения тока, измеренные измерительными элементами А2, A3 или определенные в тех местах системы, где расположены А2 или A3, сравнивают со значениями, заданными в узле сравнения 3, и на основе такого сравнения меняют параметры выходного сигнала генератора 2, что, в свою очередь, приводит к изменению сигнала на выходе генератора сигналов CONTROL1.
Система питания согласно изобретению обеспечивает реализацию инновационного способа зажигания высокоинтенсивной газоразрядной лампы. Известный способ резонансного зажигания в системах питания/зажигания газоразрядных ламп (при частотах свыше 1 кГц, в частности при сверхзвуковых частотах) состоит в том, что в резонансный контур L1-C2 подают переменное напряжение, частота которого выше резонансной частоты контура L1-C2. Затем частоту снижают до значения близкого к резонансной частоте, при которой напряжение, созданное в резонансном конденсаторе, является достаточным для зажигания лампы. После зажигания, продолжают снижать частоту до значения, при котором ограничивающая индуктивность LI ограничивает ток заданной величины, протекающий через лампу LAMP. Этот способ приводит к неизбежному выравниванию частоты с резонансной частотой, что в случае отсутствия лампы или ее повреждения вызывает создание очень высоких напряжений на резонансном конденсаторе при значительных величинах тока, потребляемого системой питания. Т.к. высокое напряжение и большой ток могут повредить систему зажигания, то необходимо применять соответствующие системы измерения/защиты.
Способ резонансного зажигания согласно изобретению состоит в том, что в резонансный контур подают сигнал напряжения с периодически изменяющейся частотой. Согласно предложенному способу в резонансный контур подают сигнал с дорезонансной частотой, которую периодически изменяют. На фиг. 4 показан график изменения частоты во время зажигания. На графике, F есть ось частоты, Т - ось времени, Fres. -резонансная частота контура L1-C2, FstIU - постоянная частота (при которой происходит зажигание), Fmax - максимальное значение модулированной частоты при динамическом зажигании и Fmin - минимальное значение модулированной частоты при динамическом зажигании. К последовательному резонансному контуру, который содержит индуктивность LI и конденсатор С2, прикладывают переменное напряжение, частоту которого варьируют от низкого значения Fmm до высокого значения Fmax, периодически изменяя ее между этими значениями. Значения обеих частот Fmin и Fmax ниже не только значения резонансной частоты Fres, но также и значения частоты Fstat, т.е. постоянной частоты, при которой происходит зажигание.
Необходимо отметить, что значение частоты Fmax - всегда ниже значения частоты Fstat. Из вышесказанного следует, что величина тока, потребляемого резонансным контуром также меньше, чем в известном способе, в котором используют сверхрезонансные частоты.
Принцип способа зажигания по изобретению показан на фиг. 5, где представлены графики напряжений, полученные в резонансной системе зажигания, при питании этой системы напряжением постоянной частоты V (ignition f stat.) и напряжением модулированной частоты V (ignition Fmod). На графике ось V есть ось, определяющая отношение напряжения конденсатора С2 ко входному напряжению V (C2/V|n), ось F (кГц) - ось частоты, область Operation характеризует диапазон частотной модуляции в процессе эксплуатации, область Modulated Ignition соответствует диапазону частотной модуляции во время динамического зажигания, a Static Ignition отображает постоянную частоту, при которой напряжение на кон
денсаторе С2 является достаточным для зажигания. Fres - резонансная частота контура L1-C2.
Экспериментальные результаты показывают, что максимальная частота Fmax может отличаться от резонансной частоты таким образом, что максимальный ток, потребляемый системой зажигания во время зажигания, не превышает максимально допустимых значений, несмотря на разброс значений резонансных частот в практических системах (возникающий в результате расхождения фактических значений индуктивности и емкости промышленных изделий, используемых в этих системах). В ходе экспериментов системы были подвергнуты испытанию, при котором напряжение источника питания каскада транзисторов T1, T2 составило 395 В, а значения параметров элементов и их погрешность составили соответственно для конденсатора С1: 47 нФ (±5%), для индуктивности L1: 600 нФ (±10%), для конденсатора С2: 1,175 нФ (±5%), для индуктивности L2: 25 мкФ (±10%). Значение резонансной частоты контура, состоящего из индуктивности L1 и конденсатора С2, составило приблизительно 190 кГц. Значение частоты изменяли от Fmin 140 кГц до Fmax 160 кГц, в соответствии с принципом, установленным на фиг. 4 и 5, при частоте 240 Гц и равных периодах времени возрастания и убывания этого значения частоты. В ходе экспериментов, испытанию на зажигание подвергали натриевые и металлогалогенные высокоинтенсивные газоразрядные лампы, мощностью от 70 до 400 Вт, в которых использовали устройства, изображенные на фиг. 1, а подачу сигнала на зажигание осуществляли инновационным методом частотной модуляции, продемонстрированным на фиг. 4 и 5. Эффективность зажигания холодной (с температурой ниже 50°C) и нагретой натриевых ламп составила 80% при времени подачи модулированного сигнала в резонансную систему - 10 мс. Увеличение этого времени до 30 мс привело к повышению эффективности до 100%, как холодных ламп, так и ламп нагретых до нормальных рабочих условий и охлажденных до температуры окружающего воздуха в течение 1 мин. При зажигании металлогалогенной лампы, эффективности зажигания 100% достигали за время модуляции, равное соответственно 50 мс. Для повторного зажигания лампы, нагретой до нормальных рабочих условий, требовался период охлаждения, равный 5 мин.
В процессе зажигания средняя мощность, потребляемая каскадом транзисторов T1, T2 и резонансным контуром, состоящим из индуктивности L1 и конденсатора С2, не превышает 50 Вт, тогда как мгновенные средние значения тока (время меньше 50 мкс) не превышают нескольких ампер. Эти значения являются допустимыми для стандартных систем в конфигурации полного моста и полумоста на базе полевых транзисторов, обеспечивающими возможность поддержания высокого напряжение в период, достаточный для зажигания лампы. При отсутствии лампы в корпусе, перегрузка по току этих элементов не происходит. Таким образом, используя способ по изобретению, устраняют необходимость использования дополнительных элементов для защиты системы питания от повреждений.
Явление акустического резонанса значительно затрудняет эксплуатацию высокоинтенсивных газоразрядных ламп, питающихся переменным током частотой выше 1 кГц, в которых использованы современные решения. Указанное явление дестабилизирует дуговой разряд, вызывая мигание лампы, а в экстремальных случаях - даже механическое повреждение горелки лампы. В известных системах, разработанных в конфигурации полного моста и полумоста и на основе балластных сопротивлений, это явление устраняют или ограничивают с помощью сложных методов модуляции, как частотной FM, так и амплитудной AM. За счет использования системы, изображенной на фиг. 1 (а также предпочтительных вариантов, показанных на фиг. 2 и 3), содержащей дополнительную индуктивность L2, отделяющую лампу от резонансного конденсатора С2, устранения указанного неблагоприятного явления достигают посредством относительно простых методов частотной модуляции.
Согласно способу по изобретению используют блок управления CONTROL2 (фиг. 1), который содержит генератор 2 (генератор постоянной частоты с переменным коэффициентом заполнения), выполненный с возможностью управления генератором сигналов CONTROL1, включающим в себя генератор 1, и управления далее каскадом электронных ключей Т1 и Т2 таким способом, что частота напряжения на выходе электронных ключей Т1 и Т2 каскада соответствует частоте генератора 1 (генератора регулируемой частоты с постоянным коэффициентом заполнения, с управлением по току или напряжению). Генератором 1 управляют выходным сигналом генератора постоянной частоты с переменным коэффициентом заполнения PWM, например PWM1 и/или PWM2 (фиг. 8), который входит в состав блока управления CONTROL2.
На фиг. 8 показаны генератор 1, который является управляемым током генератором с постоянным коэффициентом заполнения и регулируемой частотой, и генератор 2, содержащий блок PWM генераторов (генераторов с широтно-импульсной модуляцией), где PWM1 - первый PWM генератор, a PWM2 -второй PWM генератор, R < Fmm - резистор, определяющий низкую частоту генератора 1, а элементы R', R", R", R"/R"", С, С - пассивные резистивно-емкостные элементы.
В проводимых опытах генератором сигналов CONTROL1 и каскадом ключей Т1 и Т2 служит поставляемая компанией Fairchild интегральная электронная система FSFR2100, в состав которой входит управляемый током генератор регулируемой частоты, контроллер каскада на полевых транзисторах и каскад на указанных транзисторах. На фиг. 6 показан принцип регулирования частоты генератора сигналов CONTROL1 выходным сигналом генератора PWM2. Частота F (CONTROL1) генератора сигналов CONTROL1 возрастает при высоком уровне выходного сигнала генератора PWM2 (показано как F
(CONTROL2) - на выходе системы управления CONTROL2), и убывает при низком уровне выходного сигнала, причем указанные изменения происходят постоянно, но не обязательно линейно (по линейному закону). На фиг. 8 показана система, в которой реализуют нелинейную зависимость изменений частоты генератора сигналов CONTROL1 от изменений состояния генератора PWM2. В системе используют биполярные транзисторы и элементы R, R/R", R", R"/R"'/C С, таким образом, что высокий уровень сигнала на выходе генератора PWM2 соответствует возрастанию частоты генератора сигналов CONTROL1, а низкий уровень соответствует убыванию этой частоты. Изменения частот в системе по изобретению вызывают изменения значений тока, протекающего через лампу LAMP. Эта зависимость показана на фиг. 7, где кривая II характеризует напряжение V (В) на выходе переключателей Т1 и Т2 каскада, а кривая I характеризует изменения значений тока ДА), протекающего через лампу (LAMP). Как показано на фиг. 7, чем ниже частота, тем выше ток и мощность, подводимые к лампе, и наоборот, чем выше частота, тем ниже ток и мощность, подводимые к лампе. На основе опытов, проводимых с использованием системы согласно изобретению, было выявлено, что устойчивый режим работы натриевых газоразрядных ламп, мощность которых варьируется в пределах от 70 до 400 Вт, получают за счет частотной модуляции путем подачи напряжения, частоту которого варьируют в пределах от 30 до 100 кГц, питающего последовательную цепь, состоящую из: конденсатора С1, индуктивности L1, лампы LAMP, индуктивности L2, с частотой примерно 240 Гц при глубине модуляции, равной 10%, являющейся отношением абсолютной величины разности высокой и низкой частот (Fmax, Fmin на фиг. 9) к их среднему арифметическому. Глубину модуляции выражают в процентах. На практике глубину модуляции выражают следующим уравнением:
Глубина модуляции =
Для достижения устойчивого режима работы металлогалогенных газоразрядных ламп, мощность которых варьируется в пределах от 70 до 400 Вт, напряжение, питающее последовательный контур, состоящий из конденсатора С1, индуктивности L1, лампы LAMP и индуктивности L2, частота которого варьируется в пределах от 100 до 200 кГц, модулируют с частотой 240 Гц при глубине модуляции 10%. На фиг. 9 показана график изменения частоты в системе согласно изобретению, обеспечивающей устойчивый режим работы натриевых ламп, а на фиг. 10 - тот же график для металлогалогенных ламп (где F -ось частот, Т - ось времени, Fmax - максимальная частота напряжения, питающего ветвь C1, L1, LAMP, C2, a Fmin - минимальная частота напряжения, питающего ветвь C1, L1, LAMP, C2). Типовые значения параметров элементов системы согласно изобретению и параметров, представленных на графике (фиг. 10) при использовании натриевой лампы LAMP, имеют следующий вид: конденсатор С1 47 нФ, индуктивность L1 600 мкГн, конденсатор С2 - 1,175 нФ, индуктивность L2 - 25 мкГн, Fmax - 60 кГц, Fmin - 46 кГц, мощность лампы - 100 Вт, а значение напряжения устройства PFC составляет 390 В. Типовые значения параметров системы согласно изобретению и параметров, представленных на графике (фиг. 10), при использовании металлогалогенной лампы LAMP имеют следующий вид: конденсатор С1 47 нФ, индуктивность L1 200 мкГн, конденсатор С2 - 550 пФ, индуктивность L2 - 25 мкГн, Fmax - 140 кГц, Fmin -120 кГц, мощность лампы - 100 Вт, а значение напряжения устройства PFC составляет 390 В.
Так как выходное напряжение устройства PFC имеет постоянное среднее значение, независящее от нагрузки, то потребляемый от этого блока ток используют для измерения и регулирования мощности, потребляемой лампой LAMP.
На фиг. 2 показана изображенная на фиг. 1 система, которую дополняют токоизмерительным элементом А1 и узлом сравнения 3, содержащим по меньшей мере один компаратор (входящий в состав блока управления CONTROL2), соединенный с выходом результирующих сигналов измерительного элемента А1. Такая компоновка системы согласно изобретению обеспечивает возможность выполнения функции автоматического регулирования мощности, потребляемой лампой LAMP. Типовой график изменения значений тока, потребляемого лампой LAMP и соответствующие состояния выходного сигнала компаратора показаны на фиг. 11, где ЦХ) есть заданное значение тока, с которым сравнивают мгновенное значение тока, потребляемого лампой LAMP, измеренное с помощью измерительного элемента А1, а ЦА1) - само значение тока, измеренное с помощью измерительного элемента А1. Мгновенное значение тока зависит от частоты питающей сети балластного сопротивления BALLAST и лампы LAMP (см. фиг. 7). Если верхнее значение области изменения тока, ниже заданного значения тока ЦХ), говорят о низком уровне выходного сигнала компаратора узла сравнения 3 [BIT(comp) = 0]. Если нижнее значение этой области, выше ЦХ), говорят о высоком уровне выходного сигнала компаратора узла сравнения 3 [BIT(comp) = 1]. Если значение ЦХ) лежит в пределах области изменения, указанным сигналом служит быстроменяющийся сигнал прямоугольной формы (изменение значений битов 0-1). В целях поддержания высокой точности регулирования потребляемой мощности в системе согласно изобретению значения ЦХ) предпочтительно выбирают из условия их нахождения в пределах области изменения измеренного тока. В аналогичной системе автоматического регулирования энергии быстро меняющийся сигнал напряжения на выходе компаратора узла сравнения 3 усредняют при помощи интегрирующей инерционной системы R-C, с возможностью медленного изменения напряжения, соответствующего средним значени
ям тока и мощности, потребляемой лампой LAMP.
С помощью этого напряжения можно прямо пропорционально регулировать коэффициент заполнения широтно-модулированного сигнала генератора 2 в блоке управления CONTROL2. Полученная таким образом зависимость уменьшает отношение времени убывания частоты ко времени ее возрастания, т.е. ограничивая мощность, подаваемую на лампу, в зависимости от средней величины напряжения на выходе компараторе 3, стабилизируют эту мощность на заданном уровне с точностью не хуже 1%. В микропроцессорных системах с помощью выборки состояния выходного сигнала S{BIT(comp)} компаратора в узле сравнения 3, с частотой не ниже нескольких кГц (фиг. 11), посредством простого алгоритма (представленного на фиг. 12), достигают точности регулирования лучше чем 1%. В основу типового алгоритма заложен принцип возрастания или убывания вспомогательной переменной А, в зависимости от состояния бита S{BIT(comp)}. По достижении заданного значения, положительного В или отрицательного С, коэффициент заполнения генератора 2 блока управления CONTROL2 соответственно уменьшается, или возрастает, а значение переменной А - обнуляется. Изменяя величины В и С вызывают изменение стабилизированного значения мощности, потребляемой лампой LAMP. Система согласно изобретению содержит резистор с величиной сопротивления 2,2 Ом (который служит токоизмерительным элементом), аналоговый компаратор LM393 и микроконтроллер ATMEGA8, поставляемый компанией ATMEL (который выполняет функцию генератора PWM2).
В системе согласно изобретению достигнутый уровень точности стабилизации потребляемой мощности лучше чем 1%, а стабилизация мощности зависит только от стабильности параметра измерительного резистора А1.
На фиг. 3 показана система, изображенная на фиг. 2, которая содержит дополнительные токоизме-рительные элементы А2, A3. Вариант реализации системы, показанный на фиг. 3, обеспечивает удобное выполнение предпочтительных дополнительных функций системы управления зажиганием. Токоизмери-тельный элемент А2 выполняют с возможностью контроля значений тока, протекающего через резонансный контур зажигания, и в примере осуществления изобретения этим элементом служит резистор, величиной 0,1 Ом, который соединен со входом блока обнаружения перегрузки микропроцессора FSFR2100 и защищает этот контур от чрезмерно высокого тока и от повреждений. Токоизмерительный элемент A3 служит для выявления наличия лампы и обнаружения ее зажигания. Отсутствие тока в элементе A3 эквивалентно отсутствию тока в лампе LAMP, что говорит об отсутствии лампы или ее повреждении, которое делает зажигание невозможным. В системе согласно изобретению измерительным элементом A3 служит измерительное сопротивление величиной 0,5 Ом, а ток, протекающий через этот резистор, который измеряют по падению напряжения на нем, после сравнения с величиной, установленной в узле сравнения 3, вызывает изменение состояния управляющего сигнала на входе микроконтроллера
ATMEGA8 блока управления CONTROL2.
Использование измерительного элемента A3 в сочетании с микроконтроллером влечет за собой снижение подаваемой на лампу мощности при обнаружении затухания света с возможностью эксплуатации изношенных ламп, которые нельзя эксплуатировать должным образом при номинальном уровне мощности.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ управления высокоинтенсивной газоразрядной лампой, согласно которому
подают сигнал от каскада переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста на лампу и балластный контур, содержащий по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент, и резонансный контур, причем согласно способу
посредством генератора (CONTROL1) генерируют сигнал с переменной частотой и постоянным коэффициентом заполнения для управления каскадом переключателей;
посредством блока (CONTROL2) управления управляют генератором (CONTROL1) для изменения частоты указанного сигнала,
отличающийся тем, что для управления генератором (CONTROL1) блок (CONTROL2) управления использует сигнал, имеющий постоянную частоту и изменяемый коэффициент заполнения таким образом, что частоту сигнала, генерируемого для управления каскадом переключателей, периодически изменяют между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и посредством уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.
2. Способ по п.1, согласно которому сигнал с периодически изменяющейся частотой и постоянным коэффициентом заполнения получают от генератора (CONTROL1) сигналов, регулируемого посредством сигнала прямоугольной формы с постоянной частотой и регулируемым коэффициентом заполнения, генерируемого блоком (CONTROL2) управления.
3. Способ по п.1 или 2, согласно которому балластная цепь содержит второй индуктивный элемент (L2), отделяющий лампу (LAMP) от второго конденсатора (С2).
4. Способ по п.3, согласно которому между источником (PFC) стабилизированного напряжения и
каскадом переключателей (Т1, Т2) измеряют значение тока источника питания предпочтительно с помощью измерительного элемента (А1), и на основе полученного значения определяют величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, а также величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей.
5. Способ по любому из пп.3, 4, согласно которому для возбуждения резонансного контура в режиме зажигания высокоинтенсивной газоразрядной лампы подают сигнал высокого напряжения с периодически изменяющейся частотой, высокое значение которой (Fmax) ниже значения дорезонансной частоты (Fstat), при которой уровень напряжения, созданного на втором конденсаторе (С2) резонансного контура, содержащего первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2), достаточен для зажигания лампы (LAMP).
6. Способ по п.5, согласно которому в режиме зажигания при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (А2) величину тока между выводом второго конденсатора (С2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и, если величина измеренного тока превышает заданное значение, прекращают подачу сигнала.
7. Способ по п.6, согласно которому при подаче сигнала с периодически изменяющейся частотой в режиме зажигания измеряют предпочтительно с помощью измерительного элемента (A3) величину тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, сравнивают ее с величиной тока, заданной в компараторе узла (3) сравнения, и по достижении величиной измеренного тока заданного значения прекращают подачу возбуждающего сигнала и начинают подачу на лампу (LAMP) сигналов источника питания.
8. Способ по любому из пп.1-4, согласно которому при подаче питания на высокоинтенсивную газоразрядную лампу частоту модулируют циклически и плавно от низкого значения (Fmin) к высокому (Fmax) и далее вновь от высокого к низкому.
9. Способ по п.8, согласно которому мощность, подаваемую на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения частоты отношения интервала времени, в течение которого частота возрастает, к интервалу времени, в течение которого частота убывает.
10. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит натриевая лампа.
11. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 15%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.
12. Способ по п.11, согласно которому модулированная частота составляет 50 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.
13. Способ по любому из пп.1-9, согласно которому высокоинтенсивной газоразрядной лампой служит металлогалогенная лампа.
14. Способ по п.9 или 10, согласно которому для изменения частоты используют по меньшей мере одну частоту модуляции, глубина модуляции которой не превышает 20%, а отношение интервала времени, в котором частота возрастает, к интервалу времени, в котором частота убывает, варьируют в диапазоне от 0,1 до 10.
15. Способ по п.14, согласно которому модулированная частота составляет 130 кГц, частота модуляции 240 Гц, а глубина модуляции 10%.
16. Способ по любому из пп.8-15, согласно которому мощность, которую подают на лампу (LAMP), регулируют посредством изменения коэффициента заполнения широтно-модулированного сигнала блока
управления (CONTROL2).
17. Способ по п.16, согласно которому изменение коэффициента заполнения широтно-
модулированного сигнала блока управления (CONTROL2) выполняют с помощью микросхемного
управления.
18. Способ по любому из пп.1-7, согласно которому затухание дугового разряда определяют по величине тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, особенно когда эта величина намного меньше величины тока, установленной в компараторе узла (3) сравнения для надлежащей работоспособности лампы, после чего возобновляют режим зажигания лампы (LAMP).
19. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому отсутствие лампы (LAMP) или ее неисправность, приводящую к невозможности ее дальнейшей эксплуатации, определяют исходя из величины тока между выводом второго индуктивного элемента (L2) и землей, для чего выявляют отличие указанной величины тока от значения, установленного в компараторе узла (3) сравнения для надлежащего зажигания лампы (LAMP), в частности, после того, как делают попытку выполнить зажигание через интервал времени, требуемый для охлаждения лампы.
20. Способ по любому из пп.1-18, согласно которому после выявления затухания дугового разряда и возобновления зажигания лампы величину мощности, подаваемой на лампу, уменьшают, и при отсутствии затухания дугового разряда поддерживают постоянной, а при затухании дугового разряда возобнов
18.
ляют режим зажигания и повторяют операцию уменьшения мощности.
21. Система питания высокоинтенсивной газоразрядной лампы, содержащая
каскад электронных переключателей (Т1, Т2) в конфигурации полумоста или полного моста, соединенного с лампой;
балластное сопротивление, содержащее по меньшей мере один конденсатор и по меньшей мере один индуктивный элемент;
генератор (CONTROL1), соединенный с указанным каскадом переключателей, причем указанный генератор выполнен с возможностью генерирования сигнала переменной частоты и постоянного коэффициента заполнения и для регулирования указанного каскада переключателей, и блок (CONTROL2) управления, соединенный с указанным генератором (CONTROL1) для его регулирования,
отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор для генерирования сигнала постоянной частоты с изменяемым коэффициентом заполнения таким образом, что частота сигнала от генератора (CONTROL1) для регулирования каскадов переключателей оказывается периодически изменена между первым значением частоты и ее вторым значением посредством увеличения частоты указанного сигнала с регулируемой частотой и постоянным коэффициентом заполнения, если состояние указанного управляющего сигнала высокое, и уменьшения частоты указанного сигнала, если состояние указанного управляющего сигнала низкое.
22. Система по п.21 дополнительно содержит балластный контур, содержащий первый конденсатор (С1) и первый индуктивный элемент (L1), соединенный с входом лампы (LAMP), второй конденсатор (С2), включенный параллельно с лампой (LAMP), и второй индуктивный элемент (L2), соединенный с выходом лампы (LAMP) и отделяющий ее от второго конденсатора, причем первый индуктивный элемент (L1) и второй конденсатор (С2) соединены последовательно друг с другом и образуют часть резонансного контура.
23. Система по п.21 или 22, отличающаяся тем, что сигнал напряжения, созданный на выходе каскада переключателей (Т1, Т2), имеет прямоугольную форму, а его коэффициент заполнения составляет 50%.
24. Система по п.22 или 23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А1), включенный между источником (PFC) стабилизированного напряжения и каскадом электронных переключателей (Т1, Т2) с возможностью измерения величин питающего тока.
25. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (А2), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего по резонансному контуру, содержащему первый индуктивный элемент и второй конденсатор.
26. Система по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что она содержит измерительный элемент (A3), выполненный с возможностью измерения тока, протекающего через лампу (LAMP).
27. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат резистивные измерительные элементы.
28. Система по пп.24, 25 или 26, отличающаяся тем, что измерительными элементами (А1, А2, A3) служат индуктивные измерительные элементы.
29. Система по любому из пп.21-28, отличающаяся тем, что блок (CONTROL2) управления содержит генератор широтно-модулированных сигналов и узел (3) сравнения, выполненный с возможностью управления этим генератором.
30. Система по п.29, отличающаяся тем, что генератором широтно-модулированных сигналов служит микропроцессор с ШИМ-выходом, управляемый узлом (3) сравнения.
31. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит натриевая лампа.
32. Система по любому из пп.21-30, отличающаяся тем, что высокоинтенсивной газоразрядной лампой (LAMP) служит металлогалогенная лампа.
: "
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025888
- 1 -
025888
- 1 -
025888
- 1 -
025888
- 1 -
025888
- 4 -
025888
- 11 -