197140. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés nagynyomású nátrium kisülő lámpa működtetésére
1 197140 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés V,, lámpafeszültségű nagynyomású kisülő lámpának Vn tápfeszültségről történő működtetésére áramhatároló áramkörrel együtt, amelyben első, vezérelt félvezető kapcsolóelem van, amelynek vezérlő elektródája a kapcsolási elrendezés vezérlő áramköréhez csatlakozik. A „V,a lámpafeszültség” és „Vn tápfeszültség” kifejezések alatt a jelen leírásban és a hozzáfűzött szabadalmi igénypontokban azt az értéket értjük, amely a mindenkori lámpafeszültség és tápfeszültség négyzetes időbeni átlagának négyzetgyöke, vagyis az effektiv értéke. A V,, lámpafeszültség a lámpán a stabil üzem közben levő feszültség. A „V„” tápfeszültség” alatt a jelen leírásban és a hozzáfűzött szabadalmi igénypontokban azt a feszültséget is értjük, amelyre az áramhatároló áramkör és a lámpa együttes kapcsolása van kötve. Az áramhatároló fokozatot egy egyetlen stabilizáló ballaszt is alkothatja, mint például egy induktivitás. Lehet azonban egy félvezető kapcsoló áramkör is, mint például egy feszültségnövelő vagy egy feszültségcsökkentő konverter is. A bevezetőben körülírt kapcsolási elrendezés ismeretes a 4.475.065 lajstromszámú US szabadalmi leírásból. Ebben az isméit áramkörben az első vezérelt félvezető kapcsolóelem úgy van vezérelve, hogy a lámpa élettartama során a lámpa által felvett teljesítmény a Vla lámpafeszültség növekedésének függvényében csökkenjen. Ily módon a lámpa élettartama megnövelhető. A lámpa többi paramétere, mint például a kibocsátott sugárzás R, általános színvisszaadási indexe és a Tc színhőmérséklete az említett szabályozás hatására változni fog. Sok esetben azonban, például köztéri megvilágításnál ezek a paraméterek gyakorlatilag elhanyagolhatók. Teljesen más a helyzet azonban olyan nagynyomású nátrium kisülő lámpáknál, amelyek belsőtéri megvilágításra alkalmasak, például sportcsarnokok megvilágítására vagy lakás belső világításánál. Belsőtéri megvilágításra szolgáló lámpánál mind az R, szfnvisszaadási index, mind aTc színhőmérséklet nagy jelentőséggel bír. Ezért nagyon fontos, hogy ezek a paraméterek a lámpa élettartama során állandók, vagy lényegében állandók maradjanak. Jóllehet, ismeretes, hogy a kibocsátott sugárzás Tc színhőmérséklete változik, és különösen változik az ismert kapcsolási elrendezés alkalmazása esetén. A találmány elé célul tűztük ki ezért egy olyan kapcsolási elrendezés kidolgozását nagynyomású nátrium kisülő lámpa működtetésére, amelynek alkalmazásával a Tc színhőmérséklet a lámpa élettartama során csak kismértékben változik. A kitűzött célt a bevezetőben körülírt kapcsolási elrendezéssel a találmány szerint úgy értük el, hogy a Vu lámpafeszültséget lényegében állandó értéken tartó egységei vannak, amelyek közül az első egységben egy a V,, lámpa feszültségével arányos feszültséget egy V, referencia feszültséggel összehasonlító első összehasonlító áramkör van, amelynek kimenete van, második egységében a V„ tápfeszültséggel arányos feszültséget az első összehasonlító áramkör kimenetén levő feszültséggel összehasonlító második összehasonlító áramköre van, és a második összehasonlító áramkör kimenete a vezérlő áramkör bemenetére van vezetve. A találmány szerinti megoldásnak az az előnye, hogy a lámpa működése közben kibocsátott sugárzás Tc színhőmérséklete a lámpa élettartama során gyakorlatilag állandó értékű marad. A találmány további előnye, hogy a V, referenciafeszültség beállításával az egyes lámpák Vu lámpafeszültség értéke a hozzátartozó Tc színhőmérséklet értékéhez beállítható. Ily módon lehetőség van arra, hogy az egyes lámpáknál az egyazon V,, lámpafeszültséghez tartozó különböző Tc színhőmérsékleteket kompenzáljuk. A kibocsátott sugárzás Tc színhőmérséklete a lámpa kisülő csövében levő nátrium-nyomással van összefüggésben. Abban az esetben, ha a kisülő csőben fölös mennyiségű töltés van, akkora nátrium nyomását a fölös mennyiségű nátrium hőmérséklete határozza meg. A nagynyomású kisülő lámpa csövének töltése általában nátrium-amalgámot és egy nemesgázt tartalmaz. Az amalgám a V,„ lárnpafeszültség szempontjából fontos, mivel a V,„ lámpafeszültség az Na és Hg relatív nyomásának függvénye. Ameddig a nátrium nyomása a nátrium eltűnésének következtében változik, addig lehetőség van a Vj„ lámpafeszültség állandó értéken való tartásával a nátrium nyomásának állandó értéken való tartására. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy további előnye abban van, hogy a V,„ lámpafeszültségnek a V„ tápfeszültség változására bekövetkező változását szintén közvetlenül befolyásoljuk az első félvezető kapcsolóelem vezérlésével. Ily módon nagyon pontos szabályozás érhető el. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy első lehetséges kiviteli alakjánál az első összehasonlító áramkörben első integráló fokozat van, amelynek integrálási ideje Tg > 45 s. Egy további előnyös kiviteli alaknál a második részben második integráló fokozat van, amelynek integrálási ideje Tk sS 10 ms. Ily módon elérhető, hogy a tápfeszültség változásai nem tudják befolyásolni a lámpa feszültségét, másrészről a lámpa feszültségének változásait a szabályozó körbe visszacsatoljuk, pozitív visszacsatolás veszélye nélkül. A „pozitív viszszacsatolás” fogalom alatt azt értjük, hogy a fellépő lámpafeszültség-változással a kapcsolási elrendezés szabályozása biztosítja, hogy a lámpa feszültségváltozása növekedjék. A pozitív visszacsatolás veszélye a nagynyomású nátrium lámpáknál azt jelenti, hogy a lámpa áramának ugrásszerű növekedésével a lámpa feszültsége ugrásszerűen csökken, és csak fokozatosan növekszik egy állandósult új állapotban egy megnövekedett lámpaáram mellett. Az az időtartam, ami az új, állandósult állapot eléréshez szükséges, az illető lámpa termikus tulajdonságainak a függvénye, és egy t r karakterisztiléus idővel fejezhető ki. Nagynyomású nátrium kisülő lámpáknál ez a tt karakterisztikus idő 20 másodperc nagyságrendben van. A folyamatszályozás általános alapelvéből látható, hogy a visszacsatoláson alapuló szabályozás esetében pozitív visszacsatolás veszélye nem áll fenn abban az esetben, ha a szabályozórendszer karakterisztikus ideje lényegesen hoszszabb, mint a szabályozandó mennyiség karakterisztikus ideje. A folyamatszabályozás szempontjából támasztott követelmény teljesül abban az esetben, ha az első összehasonlító áramkörben egy integráló fokozat van, amelynek az integrálási ideje rg > 45 s. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
