Un método para variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20,

60), cuyo métodoconsiste en los pasos de:

(a) invertir periódicamente la polaridad de la energía eléctrica a dicha lámpara (20, 62) durante un primerintervalo;

(b) tras dicho primer intervalo, reducir dicha energía eléctrica a dicha lámpara (20, 62) y mantener unapolaridad constante de dicha energía eléctrica reducida durante un intervalo de potencia de salida atenuadade dicha lámpara (20, 62);

(c) tras dicho intervalo de potencia de salida atenuada, aumentar dicha energía eléctrica a dicha lámpara(20,62) e invertir aperiódicamente la polaridad de dicha energía aumentada; y

(d) tras una pluralidad de dichas inversiones aperiódicas de dicha energía, invertir periódicamente dichaenergía a dicha lámpara (20,62) durante otro intervalo.

Lámpara estroboscópica de descarga de alta intensidad.

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

En esta solicitud se reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense nº 61/124.305, presentada el 15 de abril de 2008.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a lámparas de descarga de alta intensidad (HID) y, más concretamente, a una lámpara estroboscópica HID y a un método para el funcionamiento de una lámpara estroboscópica HID.

En las lámparas de descarga de alta intensidad (HID) la luz se produce cuando una corriente eléctrica ceba el arco entre dos electrodos dispuestos muy próximos entre sí en una cápsula sellada de cristal de cuarzo o de cerámica, conocida como tubo de descarga, tubo de arco o quemador, que contiene un vapor de metal y gas. Los electrones libres presentes en el arco colisionan con los átomos metálicos presentes en el vapor excitando los electrones de los átomos metálicos a un estado de energía mayor. Cuando los electrones excitados vuelven a su nivel original de energía menor, la radiación electromagnética es emitida a una longitud de onda determinada por el nivel de energía de los electrones y la constitución del vapor presente dentro de la cápsula. En comparación con una lámpara halógena de tipo filamento, la iluminación HID normalmente produce luz de forma más eficiente y a una temperatura de color más cercana a la de la luz solar. Como resultado, la iluminación HID ha sido adaptada a muchos usos residenciales y comerciales, incluyendo la iluminación de edificios, calles y estadios deportivos, iluminación de automóviles e iluminación de aviones. A pesar de las ventajas de la iluminación HID, las características operativas de las lámparas HID menoscaban la utilidad de las lámparas como fuentes de luz estroboscópica.

A diferencia de una lámpara incandescente, una lámpara HID no se ilumina de inmediato al suministrar energía a la lámpara. Cuando se aplica una tensión a los electrodos de una lámpara HID, se produce un retardo inicial mientras el gas se calienta, retardo durante el cual la lámpara actúa a modo de circuito abierto. Tras el retardo inicial, el gas presente en el tubo de descarga es ionizado con un impulso de alta tensión, de 2 a 20 kilovoltios (kV) normalmente, que permite que el gas ionizado conduzca una corriente relativamente alta entre los electrodos de la lámpara y se produzca una descarga luminiscente. Una vez se inicia la descarga luminiscente, la lámpara necesita una corriente relativamente alta durante un corto período de tiempo para mantener el flujo de corriente entre los electrodos mientras éstos empiezan a calentarse. Los electrodos deben calentarse para que puedan proporcionar un número de electrones suficiente para mantener un arco y, si el período de calentamiento no es adecuado, la lámpara puede apagarse más tarde durante el proceso de arranque. Tras el calentamiento, la fase de activación, durante la cual los electrodos siguen calentándose y la tensión aplicada a la lámpara aumenta, precede al funcionamiento en estado continuo de la lámpara. Las lámparas HID normalmente se activan con una corriente alterna de 45 a 225 V y a un rango de frecuencia de 150 a 400 Hercios (Hz) normalmente. La polaridad alterna de la corriente reduce la pérdida de material de los electrodos y la frecuencia relativamente baja evita que se produzca una resonancia acústica que puede hacer que la lámpara parpadee, se apague o, incluso, se autodestruya. Dependiendo del tipo de lámpara y de su estado, una lámpara HID puede tardar de 10 segundos a 5 minutos en alcanzar un modo de funcionamiento continuo y a plena potencia de iluminación desde el arranque en fío.

Aunque la operación de arranque de una lámpara HID dura un tiempo considerable, el tiempo requerido para recebar (rearrancar) una lámpara apagada normalmente es mayor y generalmente dos veces superior al intervalo de arranque en frío. Si no se deja enfriar una lámpara HID apagada de forma adecuada antes de intentar un recebado, el arco puede apagarse antes de alcanzar un funcionamiento en estado continuo. Algunas lámparas HID tienen capacidad para un “recebado en caliente” lo que permite el recebado de la lámpara antes de que la lámpara se enfríe. El recebado en caliente normalmente requiere un impulso eléctrico con una tensión 10 veces superior a la necesaria para el arranque en frío de la lámpara y puede afectar negativamente al tiempo de vida útil de la lámpara. Aunque la potencia de salida de una lámpara HID se puede atenuar reduciendo la energía proporcionada a la lámpara, la reducción de la energía y de la potencia de salida de la lámpara a unos niveles un 60% menores aproximadamente respecto a los niveles nominales puede suponer el peligro de que la lámpara se apague y, por lo tanto, haya que recebarla. Durante la reducción de la energía de entrada a la lámpara para atenuar la potencia de salida, el arco de descarga se desestabiliza con cada cambio de polaridad de la corriente alterna, generando una interferencia electromagnética no deseada y, si la energía que fluye por la lámpara deja de ser suficiente para mantener la temperatura de los electrodos por encima de la temperatura térmica de emisión de electrones, el arco puede apagarse. Muchas aplicaciones de luz estroboscópica requieren un diferencial de potencia de salida de la lámpara mayor que el diferencial de potencia de salida (un 40% aproximadamente) que puede alcanzarse reduciendo la magnitud de la energía a la lámpara y el largo intervalo de recebado y/o los requisitos de alta tensión de recebado, lo que hace que las lámparas HID no sean normalmente adecuadas para el uso como fuentes de luz estroboscópica.

En la US5434479 se presenta un dispositivo de iluminación por lámpara de descarga en el que se hace uso de un primer y un segundo circuitos en serie, en donde cada uno de los circuitos en serie incluye dos elementos de conmutación y un punto de conexión ubicado entre ellos. El primer y el segundo circuitos en serie quedan conectados en paralelo entre sí a través de una fuente de tensión de CC. Hay un circuito de carga, que incluye una lámpara de descarga, conectado entre los dos puntos de conexión del primer y del segundo circuitos en serie. Lasincronización de ACTIVACIÓN/DESACTIVACIÓN del elemento de conmutación del primer circuito en serie varía entre en fase y 180° fuera de fase de la sincronización de ACTIVACIÓN/DESACTIVACIÓN de los elementos de conmutación del segundo circuito en serie. La relación del período de ACTIVACIÓN de los elementos de conmutación es diferente en al menos uno de entre el primer y el segundo circuitos en serie. El dispositivo permite la atenuación de la lámpara de descarga a lo largo de una amplia gama, y la iluminación de la lámpara de descarga con una pequeña cantidad de energía suministrada.

Lo que se desea, por tanto, es un sistema y un método para el funcionamiento de una lámpara de HID que permita reducir considerablemente la potencia de salida de luz de la lámpara durante un mayor período de tiempo 55 y que la lámpara vuelva rápidamente a una iluminación plena. Para ello, en un aspecto de la presente invención se proporciona un método para variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad, cuyo método comprende los pasos de: (a) invertir periódicamente una polaridad de la energía eléctrica a dicha lámpara durante un primer intervalo; (b) tras dicho primer intervalo, reducir dicha energía eléctrica a dicha lámpara y mantener una polaridad constante de dicha energía eléctrica reducida durante un intervalo de potencia de salida atenuada de dicha lámpara; (c) tras dicho intervalo de potencia de salida atenuada, aumentar dicha energía eléctrica a dicha lámpara e invertir de manera aperiódica la polaridad de dicha energía aumentada; y (d) tras una pluralidad de dichas inversiones aperiódicas de dicha energía, invertir periódicamente dicha energía a dicha lámpara durante otro intervalo. Convenientemente, una frecuencia de dicha inversión periódica de la polaridad de la energía durante al menos uno de dichos primeros intervalos y el otro intervalo antedicho es superior a 150 inversiones por segundo e inferior a 400 inversiones por segundo. Ventajosamente, una frecuencia de dicha inversión periódica de polaridad de la energía durante al menos uno de entre dicho primer intervalo y el otro intervalo antedicho es superior a 100 inversiones por segundo e inferior a 500 inversiones por segundo. Preferentemente, dicha energía eléctrica reducida comprende una magnitud de energía eléctrica de aproximadamente un treinta por ciento... [Seguir leyendo]

1. Un método para variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 60) , cuyo método consiste en los pasos de:

(a) invertir periódicamente la polaridad de la energía eléctrica a dicha lámpara (20, 62) durante un primer intervalo;

(b) tras dicho primer intervalo, reducir dicha energía eléctrica a dicha lámpara (20, 62) y mantener una polaridad constante de dicha energía eléctrica reducida durante un intervalo de potencia de salida atenuada de dicha lámpara (20, 62) ;

(c) tras dicho intervalo de potencia de salida atenuada, aumentar dicha energía eléctrica a dicha lámpara (20, 62) e invertir aperiódicamente la polaridad de dicha energía aumentada; y

(d) tras una pluralidad de dichas inversiones aperiódicas de dicha energía, invertir periódicamente dicha energía a dicha lámpara (20, 62) durante otro intervalo.

2. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de la reivindicación 1 en donde una frecuencia de dicha inversión periódica de la polaridad de la energía durante al menos uno de entre dicho primer intervalo y dicho otro intervalo es superior a 150 inversiones por segundo e inferior a 400 inversiones por segundo.

3. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de la reivindicación 1 en donde una frecuencia de dicha inversión periódica de la polaridad de la energía durante al menos uno de entre dicho primer intervalo y dicho otro intervalo es superior a 100 inversiones por segundo e inferior a 500 inversiones por segundo.

4. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dicha energía eléctrica reducida comprende una magnitud de energía eléctrica más o menos igual a un treinta por ciento de la energía nominal para dicha lámpara (20, 62) .

5. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde dicha energía eléctrica reducida comprende una magnitud de energía eléctrica inferior a un cincuenta ciento de la energía nominal para dicha lámpara (20, 62) .

6. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el paso de aumentar dicha magnitud de dicha energía y de invertir aperiódicamente la polaridad de dicha energía incrementada comprende los pasos de:

(a) invertir dicha polaridad eléctrica y aumentar dicha magnitud de dicha energía.

(b) mantener dicha polaridad durante un primer período de activación;

(c) invertir la polaridad de dicha energía y mantener dicha polaridad durante un segundo período de activación; e

(d) invertir la polaridad de dicha energía y mantener dicha polaridad durante un tercer período de activación, en donde dicho primer, dicho segundo y dicho tercer período de activación tienen una duración distinta.

7. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de la reivindicación 6, en donde:

(a) la duración de dicho segundo período de activación es inferior a la duración de dicho primer período de activación; y

(b) la duración de dicho tercer período de activación es inferior a la duración de dicho segundo período de activación.

8. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de la reivindicación 6 ó 7, en donde dicha duración de dicho tercer período de activación es mayor que una periodicidad de dicha inversión periódica de la polaridad de la energía durante al menos uno de entre dicho primer intervalo y dicho otro intervalo.

9. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el paso de aumentar dicha magnitud de dicha energía y de invertir aperiódicamente la polaridad de dicha energía aumentada comprende los pasos de:

(a) invertir dicha polaridad de dicha energía y aumentar dicha magnitud de dicha energía;

(b) mantener la polaridad en dicha lámpara durante un primer período de activación durante aproximadamente tres períodos de dicha inversión periódica de energía;

(c) invertir y mantener dicha polaridad durante un segundo período de activación durante aproximadamente dos períodos de dicha inversión periódica de energía; e

(e) invertir y mantener dicha polaridad durante un tercer período de activación durante aproximadamente un período y medio de dicha inversión periódica de energía.

10. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde:

(a) durante dicho primer intervalo, dicha energía eléctrica tiene una magnitud suficiente para hacer que dicha lámpara (20, 62) produzca una iluminación considerable;

(b) dicha energía reducida tiene una magnitud insuficiente para causar que dicha lámpara (20, 62) produzca una iluminación considerable; y

(c) durante dicho otro intervalo, dicha energía tiene una magnitud suficiente para hacer que dicha lámpara (20, 62) produzca una iluminación considerable.

11. El método de variar la iluminación de una lámpara de descarga de alta intensidad (20, 62) de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde:

(a) la duración de dicho primer período de activación es aproximadamente igual a la duración de tres períodos de dicha inversión periódica de dicha polaridad de energía;

(b) la duración de dicho segundo período de activación es aproximadamente igual a la duración de dos períodos de dicha inversión periódica de dicha polaridad de energía; y

(c) la duración de dicho tercer período de activación es aproximadamente igual a la duración de un período y medio de dicha inversión periódica de dicha polaridad de energía.

12. Una luz estroboscópica (50) que comprende:

(a) una lámpara de descarga de alta intensidad (62) ;

(b) un balastro (52) capaz de generar una salida de energía suficiente para causar que dicha lámpara (62) produzca una iluminación considerable y que incluye un control de la atenuación (72) que, cuando se activa a través de una señal de atenuación, hace que dicho balastro (52) genere una salida de energía a una magnitud insuficiente para causar que dicha lámpara (62) produzca una iluminación considerable, comprendiendo dicha energía de potencia de salida un nivel de corriente continua;

(c) un puente conectado de manera conductiva a dicho balastro (52) y dispuesto de modo que conduzca energía con una primera polaridad a dicha lámpara (62) en respuesta a una primera señal de polaridad y conduzca energía a dicha lámpara (62) con una segunda polaridad en respuesta a una segunda señal de polaridad; y

(d) un controlador del puente (58) que incluye una salida conectada para transmitir dicha primera señal de polaridad y dicha segunda señal de polaridad a dicho puente y una entrada de señal de atenuación conectada de modo que se active cuando dicha señal de atenuación es trasmitida a dicho control de atenuación (72) de dicho balastro (52) , estando dicho controlador del puente (58) dispuesto para:

(i) alternar la transmisión de dicha primera señal de polaridad a dicho puente con la transmisión de dicha segunda señal de polaridad a dicho puente; alternando la transmisión de dichas primera y segunda señal de polaridad con una periodicidad en estado continuo;

(ii) en respuesta a una señal de atenuación, transmitir de manera continua dicha primera señal de polaridad a dicho puente;

(iii) en respuesta al cese de dicha señal de atenuación,

(a) cesar la transmisión de dicha primera señal de polaridad e iniciar la transmisión de dicha segunda señal de polaridad a dicho puente;

(b) continuar la transmisión de dicha segunda señal de polaridad durante un primer período de activación;

(c) interrumpir la transmisión de dicha segunda señal de polaridad y transmitir dicha primera señal de polaridad a dicho puente durante un segundo período de activación, siendo dicho período de activación menor que dicho primer período de activación;

(d) interrumpir la transmisión de dicha primera señal de polaridad y transmitir dicha segunda señal de polaridad a dicho puente durante un tercer período de activación, siendo dicho tercer período de activación menor que dicho segundo período de activación y mayor que dicha periodicidad en estado continuo, y (e) al final de dicho tercer período de activación, volver a arrancar la transmisión alterna de dicha primera y dicha

segunda señal de polaridad a dicho puente a dicha periodicidad en estado continuo.

13. La luz estroboscópica (50) de la reivindicación 12 en donde dicha periodicidad en estado continuo tiene una duración mayor de 2 milisegundos y menor de 7 milisegundos.

14. La luz estroboscópica (50) de 12 ó 13 en donde la activación de dicho control de la atenuación provoca que

dicho balastro genere una potencia de salida de aproximadamente el treinta por ciento de la energía nominal 10 para dicha lámpara (62) .

15. La luz estroboscópica (50) de la reivindicación 12 ó 13 en donde la activación de dicho control de atenuación provoca que dicho balastro genere una potencia de salida aproximadamente un cincuenta por ciento menor que la energía nominal para dicha lámpara (62) .