Un procedimiento para hacer funcionar una lámpara de descarga de alta intensidad (HID) (12) que tiene fases de funcionamiento estable y transitorio,

por medio de un circuito controlado digitalmente (1) que incluye un inversor (8) y una alimentación de CC que tiene una etapa de corrección del factor de potencia (CFP) (6) y en el que, durante la fase de funcionamiento estable de la lámpara, un voltaje de CC de entrada al inversor se mantiene en un valor que depende del voltaje de la lámpara: caracterizado porque: dicha etapa de CFP incluye un conmutador reductor de voltaje (82), un conmutador elevador de voltaje (88) y un inductor (86), en el que, durante los periodos de tiempo de la onda de voltaje de entrada, ambos conmutadores son activados cerca de la corriente nula del dicho inductor y el tiempo de conexión del conmutador reductor de voltaje se limita para acelerar la descarga del inductor

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al funcionamiento de lámparas de descarga de alta intensidad (HID), y más particularmente a un procedimiento para encender, operar y monitorizar el funcionamiento de lámparas HID.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 5

En los últimos años, se está usando un número creciente de balastos electrónicos en la industria de iluminación relacionada con las lámparas HID. Los balastos electrónicos más novedosos utilizan un circuito que comprende un filtro de entrada pasivo, una etapa de corrección del factor de potencia (CFP), un inversor y un encendedor. Los balastos más novedosos están diseñados para mantener un voltaje de circuito abierto (VCO) relativamente elevado y una fuente de voltaje de CC elevada para el inversor. Por consiguiente, en el circuito se 10 desarrollan pérdidas innecesarias, específicamente, pero no exclusivamente, durante la fase transitoria inicial de la lámpara que sigue al encendido del arco mientras el voltaje de la lámpara es bajo y su corriente es alta.

La patente de EE.UU. Nº 6.049.179 desvela un cebador para lámpara de descarga de alto voltaje que tiene un circuito de control que regula el voltaje de salida de un filtro activo cuando el voltaje y la corriente detectados de la lámpara de descarga están dentro de límites predeterminados que corresponden al voltaje de entrada del filtro activo. 15

La patente de EE.UU. Nº 6.225.755 desvela un circuito de balasto electrónico para activar lámparas de descarga de alta intensidad (HID), que tiene un par de convertidores de entrada y salida con conmutadores conectados en serie que están acoplados a líneas de señal de entrada y salida respectivas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, un objetivo general de la presente invención es el de mejorar las desventajas de los balastos 20 electrónicos de la técnica anterior, y proporcionar un procedimiento para hacer funcionar lámparas HID que mejore el funcionamiento del balasto.

Un objetivo adicional de la presente invención es el de proporcionar un procedimiento para hacer funcionar lámparas HID que asegure el encendido, la transición de incandescencia a arco y el control eficiente de la fase transitoria de corriente elevada/voltaje bajo de la lámpara y el funcionamiento normal después de ello. 25

Aún es un objeto adicional de la presente invención proporcionar protección del balasto y rebajar las pérdidas del balasto, la generación de IEM (interferencia electromagnética) y el coste del circuito.

De acuerdo con la presente invención, por lo tanto, se proporciona un procedimiento para hacer funcionar una lámpara de descarga de alta intensidad (HID) de acuerdo con la reivindicación independiente 1.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un algoritmo para control digital de un filtro activo 30 CFP de dos conmutadores. Este algoritmo está basado en el valor medio de la relación Vin/Vout de dicho filtro. De ese modo se puede lograr un factor de potencia superior a 0,96 (realmente, aproximadamente 0,99) y una distorsión armónica total (THD) de la corriente de entrada inferior al 10% dentro de un intervalo muy amplio de Vin y Vout.

Aún más, un aspecto de la invención es que la detección de la corriente de carga se realiza mediante un simple detector de pico de corriente, proporcionando así bajo ruido de medición y una resistencia de detección de 35 corriente que tenga valor mínimo y pérdidas mínimas.

Aún más, según la invención, el funcionamiento de la CFP comprende modos elevador de voltaje y elevador de voltaje modificado, ambos críticamente discontinuos. El modo de elevación de voltaje se logra con el conmutador reductor de voltaje conduciendo continuamente y el conmutador elevador de voltaje funcionando a alta frecuencia. Cuando el voltaje instantáneo de CA de entrada se aproxima al valor del voltaje de CC de salida, se activa un 40 temporizador “de vigilancia” en el circuito de control del conmutador reductor de voltaje para bloquear dicho conmutador cuando la duración de descarga del inductor se vuelve demasiado prolongada, digamos, el doble del tiempo de carga. Por consiguiente, la descarga del inductor se acelera sustancialmente y se mantiene la frecuencia de funcionamiento apropiada. Cuando la corriente del inductor se ha descargado, ambos conmutadores comienzan la conducción iniciando así un nuevo ciclo de elevación de voltaje de tiempo de descarga limitado (elevación de voltaje 45 modificada). El modo de elevación de voltaje modificada durante la fase en la que el valor del voltaje de CA de entrada es entre el 70 y el 130% del valor del voltaje de CC de salida mejora la eficiencia del circuito y suaviza las transiciones entre los modos.

Aún una característica más de la presente invención es un procedimiento que facilita las transiciones eficientes de modo a modo del funcionamiento de la CFP, es decir, las transiciones de reducción de voltaje a 50 reducción-elevación de voltaje, de reducción-elevación de voltaje a elevación de voltaje y viceversa, durante lo cual se puede lograr reducción de pérdida de potencia, corriente de pico y THD. El procedimiento está constituido por una conexión de cada conmutador cerca de la corriente nula del inductor seguido por el control del tiempo de conexión de cada conmutador de la siguiente manera:

El tiempo de conexión del conmutador reductor de voltaje se reduce gradualmente y dicho tiempo de conexión del conmutador reductor de voltaje se aumenta gradualmente durante la transición del modo de funcionamiento de reducción de voltaje al modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje y durante la transición del modo de funcionamiento de elevación de voltaje al modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje de la CFP; y el tiempo de conexión del conmutador reductor de voltaje se aumenta gradualmente y el tiempo de conexión del 5 conmutador elevador de voltaje se reduce gradualmente durante la transición del modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje al modo de funcionamiento de elevación de voltaje y durante la transición del modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje al modo de funcionamiento de reducción de voltaje de la CFP.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación se describirá la invención a modo de ejemplo no limitador únicamente en relación con ciertas 10 realizaciones preferidas con referencia a las siguientes figuras ilustrativas de manera que pueda comprenderse más plenamente.

En los dibujos:

la Fig. 1 es un diagrama de bloques de una realización de un circuito de balasto programable para efectuar el procedimiento según la presente invención; 15

la Fig. 2 es un organigrama que ilustra una realización preferida del procedimiento según la presente invención;

la Fig. 3 es un diagrama de circuito de una realización de la etapa de CFP, mostrada en la Fig. 1;

la Fig. 4 es un diagrama de circuito de una realización de un inversor, mostrado en la Fig. 1;

la Fig. 5 es un gráfico de una envolvente de semionda de corriente de entrada de la técnica anterior, y

la Fig. 6 es un gráfico de una envolvente de semionda de corriente de entrada según la invención. 20

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES

En la Fig. 1 se ilustra un diagrama de bloques de una realización de un balasto programable 1 (que constituye un circuito controlado digitalmente) para la implementación de la presente invención. La energía eléctrica circula desde una alimentación de electricidad por la línea 2 a través de un filtro pasivo 4, una etapa de CFP 6, un inversor 8 y un circuito de encendido 10 a una lámpara HID 12. Están provistos tres sensores de voltaje 14, 16 y 18 que detectan el 25 voltaje de entrada de CFP, su voltaje de salida y el voltaje de la lámpara, respectivamente, y suministran los datos de voltaje respectivos a un controlador programable 20. También está provisto un monitor de temperatura 22 que suministra al controlador 20 datos relacionados con la temperatura del circuito, permitiendo así que el controlador 20 impida temperaturas excesivas en el balasto 1, reduciendo la potencia suministrada a través del circuito a la lámpara 12. La corriente de la lámpara es detectada y monitorizada a través de un detector de corriente de pico 24 provisto en 30 el inversor 8. También se ve un sensor... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para hacer funcionar una lámpara de descarga de alta intensidad (HID) (12) que tiene fases de funcionamiento estable y transitorio, por medio de un circuito controlado digitalmente (1) que incluye un inversor (8) y una alimentación de CC que tiene una etapa de corrección del factor de potencia (CFP) (6) y en el que, durante la fase de funcionamiento estable de la lámpara, un voltaje de CC de entrada al inversor se mantiene en un valor que depende del voltaje de la lámpara: 5

caracterizado porque: dicha etapa de CFP incluye un conmutador reductor de voltaje (82), un conmutador elevador de voltaje (88) y un inductor (86), en el que,

durante los periodos de tiempo de la onda de voltaje de entrada, ambos conmutadores son activados cerca de la corriente nula del dicho inductor y el tiempo de conexión del conmutador reductor de voltaje se limita para acelerar la descarga del inductor. 10

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho valor de voltaje de CC es sustancialmente el doble del voltaje de la lámpara.

3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho valor de voltaje de CC está entre el voltaje de la lámpara y el doble del voltaje de la lámpara.

4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho procedimiento además 15 comprende:

encender la lámpara; y

durante el periodo de la fase de funcionamiento transitorio de la lámpara tras el encendido, mantener el voltaje de CC de entrada del inversor en un valor bajo adaptado al valor medio del voltaje de la lámpara.

5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que a la lámpara se le suministra 20 corriente que tiene una frecuencia que es inferior a la frecuencia de resonancia acústica más baja del arco de la lámpara.

6. El procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, en el que a la lámpara se le suministra corriente continua o corriente a baja frecuencia durante la fase de funcionamiento inicial que sigue al encendido.

7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que durante el modo de corriente 25 continua (MCC), la corriente se limita controlando el tiempo de carga del inductor.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que durante el modo de corriente discontinua (MCDC), la corriente se limita controlando el tiempo de carga del inductor.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente de la lámpara es detectada basándose en la detección del valor de pico. 30

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha lámpara está provista de un primer y un segundo electrodos y el voltaje de la lámpara se calcula a partir de datos recogidos a partir de la medición de voltaje en un solo electrodo de la lámpara siempre que el segundo electrodo estén a potencial de tierra y la medición de voltaje en cada electrodo cuando dichos primer y segundo electrodos estén por encima del potencial de tierra. 35

11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la protección contra las sobretensiones está provista por un procedimiento de corte de circuito a corto plazo que es activado durante el periodo de desarrollo de un sobrevoltaje y desactivado tras la atenuación del sobrevoltaje.

12. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que están provistos medios de 40 protección contra el sobrecalentamiento mediante la reducción de la potencia suministrada a la lámpara.

13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que están provistos medios de protección contra cortocircuito mediante un corte de circuito activado por varios procedimientos paralelos desencadenados por el controlador y relacionados con características conocidas de la lámpara.

14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que dichos procedimientos incluyen una comparación de un 45 valor medio a corto plazo del voltaje de la lámpara con un valor medio a largo plazo del voltaje de la lámpara.

15. El procedimiento según la reivindicación 13 ó 14, en el que dichos procedimientos incluyen la detección de corriente elevada.

16. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que dichos procedimientos incluyen comparar un valor medio a largo plazo del voltaje de la lámpara con un valor de voltaje mínimo 50 predeterminado.

17. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 16, en el que la generación de impulsos de encendido se controla por medio del voltaje a través de los terminales del circuito de encendido.

18. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que la potencia suministrada por la alimentación de CC está limitada a un máximo predeterminado.

19. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que la alimentación de CC es 5 alimentada desde una fuente exterior y el control de la corriente de entrada de dicha alimentación de CC está basado en valores medios de la relación entre el voltaje de entrada de la alimentación de CC y su voltaje de salida.

20. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la lámpara es alimentada con una corriente de onda sustancialmente cuadrada.

21. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que la corriente nula es detectada 10 indirectamente detectando el voltaje a través de al menos un conmutador.

22. El procedimiento según una de las reivindicaciones 20 a 21, en el que, durante partes de la onda de voltaje de entrada, los conmutadores son activados cerca de la corriente nula de dicho inductor y el tiempo de conexión de cada conmutador se controla para facilitar la transición suave entre los modos de funcionamiento de la CFP.

23. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que dicho tiempo de conexión del conmutador reductor de 15 voltaje se reduce gradualmente y dicho tiempo de conexión del conmutador elevador de voltaje se aumenta gradualmente para facilitar la transición eficiente del modo de funcionamiento de reducción de voltaje al modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje y del modo de funcionamiento de elevación de voltaje al modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje de la CFP.

24. El procedimiento según la reivindicación 22 ó 23, en el que dicho tiempo de conexión del conmutador reductor 20 de voltaje se aumenta gradualmente y dicho tiempo de conexión del conmutador elevador de voltaje se reduce gradualmente para facilitar la transición eficiente del modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje al modo de funcionamiento de elevación de voltaje y del modo de funcionamiento de reducción-elevación de voltaje al modo de funcionamiento de reducción de voltaje de la CFP.

25. Un circuito controlado digitalmente (1) para una lámpara de descarga de alta intensidad (HID) (12) que tiene 25 fases de funcionamiento estable y transitoria, incluyendo dicho circuito controlado digitalmente (1) un inversor (8) y una alimentación de CC que tiene una etapa de corrección del factor de potencia (CFP) (6) y en el que, durante la fase de funcionamiento estable de la lámpara, un voltaje de CC de entrada al inversor se mantiene en un valor que depende del voltaje de la lámpara;

caracterizado porque: dicha etapa de CFP incluye un conmutador reductor de voltaje (82), un conmutador 30 elevador de voltaje (88) y un inductor (86), en el que,

durante el uso, el circuito controlado digitalmente (1) es configurado para funcionar de acuerdo con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.