УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Российский патент 1995 года по МПК H05B41/392 

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при работе с газоразрядными источниками света, в технике освещения различных объектов, где применяется газоразрядные источники света.

Известно, что использование для питания газоразрядной лампы (ГЛ) переменного тока повышенной частоты, синусоидальной модуляции разрядного тока и импульсной модуляции разрядного тока [1] позволяет увеличить световую отдачу ГЛ по сравнению с питанием переменным током промышленной частоты 50 Гц. Известен также целый ряд устройств для регулирования светового потока ГЛ при ее питании переменным током повышенной частоты.

Однако недостатком известных устройств является отсутствие стабилизации светового потока, излучаемого ГЛ, и мощности, рассеиваемой в ГЛ и в пускорегулирующем устройстве, при изменении напряжения сети.

Известно устройство высокочастотного питания ГЛ [2], наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству. Постоянное напряжение, создаваемое блоком питания, поступает на включенные последовательно генератор импульсов тока и элемент создания высокочастотного переменного тока заданной величины. Блок питания содержит выпрямительный мост и сглаживающий пульсации напряжения конденсатор. Блок питания преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное. Элемент создания высокочастотного переменного тока заданной величины выполнен в виде резонансного параллельного контура, содержащего катушку индуктивности и конденсатор контура, в индуктивную ветвь которого включена ГЛ. Импульсы тока от генератора импульсов тока вызывают колебания тока в резонансном контуре, причем амплитуда этих колебаний максимальна, поскольку контур настроен в резонанс с возмущающими импульсами. При этом через ГЛ протекает переменный ток высокой частоты, близкий по форме к синусоидальному.

Недостатками известного устройства являются низкая стабильность и малая надежность за счет непостоянства светового потока ГЛ и рассеиваемой на ней и на устройстве мощности при колебаниях напряжения питающей сети.

Целью изобретения является повышение стабильности и надежности за счет обеспечения постоянства светового потока ГЛ и рассеиваемой на ней и на устройстве электрической мощности и увеличение срока службы путем стабилизации светового потока, излучаемого ГЛ, и мощности, рассеиваемой в ГЛ и в пускорегулирующем устройстве, при изменении напряжения питающей сети.

Цель достигается тем, что в устройство высокочастотного питания ГЛ, содержащее источник напряжения постоянного тока, управляемый ключ постоянного тока, управляющий вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов управления, выводы для подключения ГЛ, один из которых соединен с первым выводом конденсатора, а другой связан с первым выводом дросселя, причем дроссель и конденсатор образуют резонансный контур, их вторые выводы объединены и подключены к одному из выводов источника напряжения, один из силовых выводов ключа постоянного тока соединен с первым выводом конденсатора, а другой - с другим выводом источника напряжения, введен датчик тока дросселя, выходные выводы которого соединены с входными частотнозависимыми выводами блока формирования импульсов управления, который выполнен с возможностью формирования постоянной длительности паузы между импульсами управления.

Цель достигается тем, что датчик тока дросселя выполнен в виде трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с дросселем.

Кроме этого, цель достигается тем, что датчик тока дросселя может быть выполнен в виде вторичной обмотки дросселя.

Сущность изобретения заключается в стабилизации величины тока, протекающего через ГЛ, изменением длительности импульсов ключа постоянного тока обратно пропорционально величине этого тока при сохранении постоянной величины паузы между импульсами тока, за счет чего достигается постоянство светового потока, излучаемого ГЛ, электрической мощности, потребляемой устройством, и достигается оптимальный режим работы ГЛ при изменении напряжения питающей сети.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, состоящий из выпрямительного моста 2 и сглаживающего конденсатора 3 и подключенный к выводам для присоединения к сети переменного тока, ключ 4 постоянного тока, соединенный последовательно с резонансным контуром 5 и подключенный к выводам источника постоянного напряжения. Резонансный контур включает в себя конденсатор 6, дроссель 7, датчик 8 тока дросселя и выводы для подключения ГЛ 9, расположенные в индуктивной цепи резонансного контура. Выходные выводы датчика тока подключены к входным частотнозависимым выводам блока 10 формирования импульсов управления, выполненного с возможностью формирования постоянной длительности паузы между импульсами управления. Выход блока формирования подключен к управляющему входу ключа постоянного тока.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, где датчик тока дросселя 7 выполнен в виде трансформатора 8 обратной связи, первичная обмотка которого подключена последовательно с дросселем 7 резонансного контура.

Сущность изобретения поясняется фиг. 3, где датчик тока дросселя выполнен в виде вторичной обмотки дросселя.

Работу устройства рассмотрим в предположении, что ГЛ зажжена любым из известных способов и устройств поджига, а блок питания устройства подключен к сети переменного тока с частотой 50 Гц при номинальном напряжении 220 В. Импульсы длительностью τ с периодом повторения Т, формируемые блоком 10, подаются на управляющий вход ключа 4 постоянного тока. Импульсы тока вызывают колебания тока в резонансном контуре, причем амплитуда этих колебаний, а следовательно, и мощность, рассеиваемая ГЛ, определяются параметрами контура и длительностью импульсов тока. Действительно, импульс тока длительностью τ, протекающий через контур 5, практически мгновенно (по сравнению с периодом колебания тока в резонансном контуре) заряжает конденсатор 6 до напряжения U, создаваемого источником 1 постоянного напряжения, и вызывает в индуктивной ветви резонансного контура ток
i_L= (1 - ) (1) где τ_o= L/R ; L - индуктивность дросселя; R_л - эквивалентное сопротивление ГЛ (активным сопротивлением дросселя пренебрегаем). Для случая разряда переменного тока повышенной частоты ( 10⁴ Гц) в смеси паров ртути с инертными газами изменение во времени сопротивления R_лневелико, и R_л можно считать неизменным во времени.

Когда длительность импульсов тока τ много меньше
τ_o= L/R_л= = Q (Т_о - период колебаний тока в резонансном контуре в отсутствие сопротивления R_л ; ρ = - волновое сопротивление контура; Q - добротность контура), то выражение (1) можно свести к более простому:
i_L= =
В момент окончания импульса тока в элементах резонансного контура запасена энергия
W_τ = + = + которая в паузе между импульсами тока вызывает в резонансном контуре свободные затухающие колебания с частотой
f₁= f = ; f_o= =
Используя выражение для добротности контура Q = 2 π L/(R_л Т₁), легко найти энергию, выделяющуюся на сопротивлении за период колебания тока:
W= W_τ = · 1 +
Из полученного выражения видно, что рассеянную в ГЛ электрическую энергию можно варьировать путем изменения длительности импульса тока τ. При этом для более эффективной подкачки энергии в контур необходимо подавать импульсы тока в моменты, когда ток в индуктивной цепи резонансного контура равен нулю. Фиг. 4 иллюстрирует изменение тока во времени i(t) через ГЛ и индуктивность L и напряжение U(t) на контуре. За период Т₁ напряжение на конденсаторе 6 уменьшается до величины U₁ вследствие рассеяния энергии на ГЛ. Напряжение U₁ легко найти, приравняв энергию CU₁²/2 величине W_τ- W_Rл:
W_τ- W= 1 + - · 1 + =
= 1 + 1 - =
U₁= U
Напряжение U₁ зависит от длительности импульса тока τ, т.е. от величины запасенной в индуктивности L энергии и от энергии, рассеянной в нагрузке R_л . Для уменьшения импульсных помех, возникающих в моменты перезарядки (или разряда) конденсатора 6, целесообразно выбирать параметры резонансного контура и длительность импульсов тока τ такими, чтобы U U. Это требование позволяет выбирать длительность импульсов τ для номинальных условий (напряжение питания U_о) разряда:
1, ____→ τ≃
При номинальном напряжении питающей сети через ГЛ и дроссель резонансного контура протекает номинальный рабочий ток ГЛ. Управляющее напряжение, поступающее с датчика тока дросселя и соответствующее номинальному току ГЛ, обеспечивает длительность импульса тока
τ
При отключении напряжения питания U от номинального значения U_осоответствующее изменение тока, протекающего через ГЛ, приводит к изменению напряжения, поступающего на частотнозависимый вход блока формирования, который изменяет длительность импульса тока τ так, что средний ток, протекающий через ГЛ, остается равным номинальному значению.

Изобретение позволяет увеличить световую отдачу ГЛ за счет использования переменного тока повышенной частоты и существенно повысить стабильность и надежность за счет обеспечения постоянства светового потока ГЛ и рассеиваемой на ней и на устройстве питания электрической мощности. Стабилизация режима питания ГЛ обеспечивает оптимальные условия ее работы как с точки зрения световой отдачи, так и с точки зрения срока службы, который весьма чувствителен к перегрузкам по мощности, рассеиваемой в положительном столбе и на электродах ГЛ.

Сущность изобретения: устройство содержит источник 1 напряжения постоянного тока, ключ 4 постоянного тока, резонансный контур 5, датчик 8 тока дросселя 7, блок 10 формирования импульсов управления, выполненный с возможностью формирования постоянной длительности паузы между импульсами управления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ, содержащее источник напряжения постоянного тока, управляемый ключ постоянного тока, управляющий вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов управления, выводы для подключения газоразрядной лампы, один из которых соединен с первым выводом конденсатора, а другой - с первым выводом дросселя, причем дроссель и конденсатор образуют резонансный контур, их вторые выводы объединены и подключены к одному из выводов источника напряжения, один из силовых выводов ключа постоянного тока соединен с первым выводом конденсатора, а другой - с другим выводом источника напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и срока службы, в устройство введен датчик тока дросселя, выходные выводы которого соединены с входными частотно-зависимыми выводами блока формирования импульсов управления, который выполнен с возможностью формирования постоянной длительности паузы между импульсами управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик тока дросселя выполнен в виде трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с дросселем. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока дросселя выполнен в виде вторичной обмотки дросселя.