ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭНДОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 1997 года по МПК A61B1/00 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к эндоскопической, офтальмологической технике, и может быть использовано в осветителях для аппаратуры с волоконными световодами, в проекционной аппаратуре, в частности в осветителях для эндоскопов, использующих в качестве источника света галогенные лампы накаливания с током потребления до 10 А и более.

Известно устройство [1] с лампой накаливания, соединенной последовательно с резистивным датчиком тока и регулирующим транзистором, на базу которого от генератора подаются импульсы отрицательной полярности. Генератор импульсов отрицательной полярности управляется посредством резистивного датчика тока. Схема работает таким образом, что при увеличении питающего лампу напряжения, благодаря действию обратной связи, падение напряжения на транзисторе увеличивается так, что действующее напряжение на лампе накаливания сохраняется в определенных пределах. Данное устройство решает задачу ограничения и стабилизации тока лампы накаливания компенсационным способом.

Однако это устройство не обеспечивает стабильность работы лампы накаливания, особенно в момент ее подключения к источнику питания, когда пусковые токи в 8 10 раз превышают номинально установленное значение, что приводит к перегоранию около 80% ламп от общего числа вышедших из строя [2] и обусловливает малый срок службы ламп. Кроме того, в данном устройстве компенсируется только часть изменения напряжения источника питания над номинальным значением на лампе ввиду увеличения сопротивления нити накала с течением времени, т.е. происходит постепенный разбаланс схемы. Последовательное включение с лампой резистивного датчика тока при токах 10 А и выше вызывает дополнительное рассеяние тепловой энергии, что снижает КПД устройства.

Известно также осветительное устройство для питания ламп накаливания [3] принятое за прототип. Устройство содержит силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками, две лампы накаливания, два управляемых ключа переменного тока, три переключателя, два развязывающих диода, два элемента "И", элемент "И-НЕ", два управляемых ключа постоянного тока, RC-цепь, датчик действующего значения напряжения, усилитель постоянного тока, эмиттерный повторитель, блок сравнения, генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, реле времени и выпрямитель. В этом устройстве обеспечиваются плавное нарастание действующего значения напряжения (тока) на лампе накаливания от 0 до номинальной или заданной величины в течение 1 2 с (постоянная времени нагрева нити накала) путем постепенного увеличения угла регулирования ключа переменного тока от нуля до рабочего угла регулирования при подключении устройства к сети или при смене ламп, а также стабилизация действующего значения напряжения на лампе накаливания в рабочем режиме. Это позволяет увеличить срок службы ламп накаливания (особенно при токах потребления 10 А и выше) в сравнении с устройством (заявка Японии N 58-36479) на 20 30% так как пусковые токи при плавном включении не превышают установившийся ток нагрузки, поднять КПД устройства за счет параллельного подключения к лампе датчика напряжения. Известное устройство обеспечивает возможность использования двух источников света, одного рабочего и одного резервного, но при условии включения в схему устройства соответствующего числа управляемых ключей переменного тока, элементов "И" и переключателей появляется возможность использования вместо одной резервной двух и n-резервных ламп.

Вместе с тем известное осветительное устройство [3] имеет существенные недостатки, которые не позволяют эффективно использовать его в медицинской практике, в частности в эндоскопических приборах с волоконными световодами. Так, наличие переключателей, развязывающих диодов, элементов "И" и "И-НЕ", одного ключа переменного тока и одного ключа постоянного тока при работе с одним источником света (что требуется для осветительного устройства эндоскопического прибора) является ненужным и конструктивно избыточным, что обусловливает необходимость принципиальной переработки всей схемы осветительного известного устройства [3] Существенным недостатком этого устройства является также и то, что запуск генератора пилообразного напряжения непосредственно от вторичной обмотки понижающего трансформатора при работе устройства в режиме стабилизации действующего значения напряжения на лампе накаливания не обеспечивает достаточно высокий коэффициент стабилизации напряжения на всем интервале допустимых колебаний сетевого напряжения (±10% U ном).

Между тем медицинская практика свидетельствует об острой необходимости в наличии специального осветительного устройства, которое имело бы светотехнические характеристики на уровне известного устройства [3] отличалось портативностью и универсальностью, имело один источник света.

Таким образом, автором решается задача разработки портативного универсального осветительного устройства для эндоскопических приборов, которые используются как для диагностики заболеваний, так и для проведения операций. Автором решается также задача повышения коэффициента стабилизации напряжения на лампе накаливания, что необходимо для получения в эндоскопической технике изображения высокого качества в допустимом диапазоне изменения сетевого напряжения или источника питания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что осветительное устройство для эндоскопической техники, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, один из входных выводов которого соединен с концом первой вторичной обмотки трансформатора, подключенному к положительному полюсу выпрямителя, к одному из управляющих входов ключа постоянного тока, а выход соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод через регулировочный резистор с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход с формирователем импульсов управления, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выходом управляющего ключа постоянного тока. Согласно настоящему изобретению осветительное устройство снабжено формирователем прямоугольных импульсов, силовой трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, к которой подключены входы формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена к входам выпрямителя, при этом выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, а объединенный вывод ключа переменного тока и лампы накаливания с другим входным выводом датчика напряжения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого осветительного устройства; на фиг. 2 4 варианты реализации блоков 9, 18 и 22; на фиг. 5 временная диаграмма работы устройства; на фиг. 6 временная диаграмма работы устройства в режиме стабилизации номинального напряжения (тока) на лампе накаливания.

Осветительное устройство для эндоскопической техники содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого соединена с выводами 2¹-2¹ для подключения к сети переменного тока. Начало первой 3 вторичной обмотки 4 соединено через управляемый ключ 5 переменного тока с лампой накаливания 6, а конец 7 со свободным выводом 8 лампы накаливания 6, датчик напряжения 9, один из выводов которого соединен с концом 7 первой вторичной обмотки трансформатора 1, подключенному к положительному полюсу выпрямителя 10, к одному из управляющих входов ключа постоянного тока 11, а выход соединен с первым входом усилителя 12, второй вход которого через регулятор освещенности 13 соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10, блок сравнения 14, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 15, второй входной вывод через регулировочный резистор 16 соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10, а выход с формирователем импульсов управления 17, реле времени 18, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10, а выход соединен с другим управляющим входом ключа постоянного тока 11, эмиттерный повторитель 19, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения 14, а вход соединен с входом усилителя 12 через RC-цепь 20, 21, резистор 20 которой шунтирован выходом управляющего ключа 11 постоянного тока. Осветительное устройство содержит также формирователь прямоугольных импульсов 22, силовой трансформатор имеет дополнительную вторичную обмотку 23, к которой подключены входы формирователя 22 прямоугольных импульсов. Выход формирователя прямоугольных импульсов 22 подключен к входу генератора пилообразного напряжения 15. Вторая вторичная обмотка 24 трансформатора 1 подключена к входам выпрямителя 10. Выход формирователя управляющих импульсов 17 соединен с управляющим входом 25 ключа переменного тока 5, объединенный вывод 26 ключа 5 переменного тока и лампы 6 накаливания соединен с другим входным выводом датчика напряжения 9.

Силовой трансформатор 1 является понижающим трансформатором от напряжения 220 В до напряжения несколько большего номинального напряжения низковольтной галогенной лампы накаливания 6. Трансформатор 1 выполнен на магнитопроводе броневого типа серии ШЛ.

Ключ переменного тока 5, например, симистор типа ТС2-25, является силовым ключом и регулирующим элементом в устройстве.

Датчик 9 действующего значения напряжения предназначен для снятия напряжения той же формы, что и на нагрузке (лампе накаливания) и преобразования его в постоянное напряжение, пропорциональное напряжению на лампе. Датчик 9 содержит (фиг.2) понижающий трансформатор развязки 27 с кольцевым магнитопроводом из стали, первичная цепь 28 которого подключена к входам датчика 9, а вторичная цепь 29 подключена к входу собственного датчика 30, построенного по известной схеме (Булатов О.Г. Иванов В.С. и др. Тиристорные схемы включения высоковольтных источников света. М. Энергия, 1975, с.54, рис.3-15), выход которого подключен к входу дополнительного сглаживающего Г-образного RC-фильтра 31 (Рогинский Ю. В. Электропитание радиоустройств. Л. Энергия, 1970), выход которого подключен к входу эмиттерного повторителя 32, выполненного по известной схеме на микросхеме операционного усилителя К553УД2. Выход эмиттерного повторителя 32 является выходом датчика 9.

Эмиттерный повторитель 32 предназначен для повышения входного сопротивления усилителя постоянного тока 12 и является согласующим звеном между входом усилителя постоянного тока 12 и выходом фильтра 31 датчика 9.

Выпрямитель 10 является источником постоянного напряжения и служит для питания схем усилителя 12, эмиттерного повторителя 19, реле 18 времени, формирователя прямоугольных импульсов 22, генератора пилообразного напряжения 15, блока сравнения 14, формирователя 17 импульсов управления и цепей управления. Выпрямитель 10 состоит из общего двухполупериодного выпрямителя, диоды которого включены по мостовой схеме с фильтрующим конденсатором на выходе, и двух компенсационных стабилизаторов отрицательного (-7,0 В) и положительного напряжения (+7,0 В), выполненных по известной схеме. В качестве регулирующего элемента в стабилизаторе используется транзистор, в качестве источника опорного напряжения -стабилитрон. На выходе каждого стабилизатора установлен фильтрующий конденсатор.

Ключ постоянного тока 11, например, транзисторный оптрон предназначен для шунтирования резистора 20, что необходимо после окончания процесса разогрева нити накала галогенной лампы при ее включении для обеспечения быстродействия схемы устройства при возможных изменениях сетевого напряжения.

Усилитель постоянного тока 12 с коэффициентом усиления, равным 50, выполнен по известной схеме дифференциального операционного усилителя на микросхеме К553УД2 (Браммер Ю.А. Пащук И.Н. Импульсная техника. М. Высшая школа, 1985, с.100, рис.39), у которой инвертирующий вход, являющейся первым входом усилителя 12, соединен с выходом эмиттерного повторителя 32 датчика 9 и через сопротивление типа С2-33Н-510 Ком обратной связи с выходом собственного усилителя 12, а неинвертирующий вход, являющийся вторым входом усилителя 12, через регулятор освещенности 13 (представляющий собой регулируемый резистивный делитель) и стабилитрон (не показан) с шиной питания выпрямителя 10.

Блок сравнения 14 предназначен для суммирования сигналов с эмиттерного повторителя 19 и генератора пилообразного напряжения 15, сравнения этого суммированного сигнала с опорным напряжением и формирования прямоугольных широтно-модулированных импульсов. Блок сравнения 14 выполнен по известной схеме компаратора сравнения однополярных сигналов на микросхеме К553УД2 (Браммер Ю.А. и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, 1985, с.107), у которой инвентирующий вход соединен с анодом диода (не показан) и является первым входом блока сравнения 14, катод этого диода является третьим входом блока сравнения 14 и через резистор 150 Ком (не показан) соединен с общей шиной. Неинвертирующий вход компаратора является вторым входом блока сравнения 14 и через переменный резистивный делитель 16, выполненный на резисторе типа СПЗ-39А 10 Ком, соединен с шиной "-" блока 10 (выпрямителя).

Генератор пилообразного напряжения 15 предназначен для генерирования импульсов линейно-изменяющегося напряжения, синхронизированных с частотой сети. Он выполнен по известной схеме на базе транзистора КТ361Б (Браммер Ю.А. и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, с.223, рис.6.3)
Формирователь 17 для формирования отрицательных относительно катода ключа 5 переменного тока импульсов управления этим ключом. Он выполнен по известной схеме дифференцирующей цепочки (Ю.А. Браммер и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, с.130), емкость конденсатора 0,1 мкФ, сопротивление резистора 2 кОм, выход которой подключен к катоду фильтрующего диода (не показан), пропускающего только положительные импульсы, и к входу инвертирующего ключа, выполненного на транзисторе КТ817В (не показан), выход которого является выходом формирователя импульсов управления 17.

Реле времени 18 предназначено для включения и выключения постоянного тока 11 (например, транзисторного оптрона АОТ11ОА). Реле времени содержит (фиг. 3) RC-цель, резистор 33 которой соединен с конденсатором 34 и с первым входом компаратора 35, второй вход которого соединен с подвижным контактом переменного резистивного делителя напряжения 36 (10 кОм) и выход которого соединен с базой транзисторного ключа 37, коллектор которого является выходом реле времени 18. Другой вывод резистора 33 является входом реле времени. Времязадающая RC-цепь реле времени 18, состоящая из резистора 33 сопротивлением 2,4 Мом и полярного конденсатора 34 типа К50-35 емкостью 10 мкФ, предназначена для выдачи информации о времени задержки на вход компаратора 35. Компаратор 35 выполнен по известной схеме компаратора для сравнения однополярных сигналов на микросхеме К553У 2 (Браммер Ю.А. и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, 1985, с.107), у которой инвертирующий вход является первым входом компаратора 35, а неинвертирующий вход вторым входом компаратора 35, который через переменный резистивный делитель 36 соединен с шиной "-" реле времени 18. Компаратор 35 предназначен для управления ключом 37, выполненным на транзисторе типа КТ315Б.

Эмиттерный повторитель 19 предназначен для усиления тока после RС-цепи 20, 21 и выполнен на двух транзисторах КТ361Б по составной схеме Дарлингтона (Ленк Дж. Электронные схемы. М. Мир, 1985, с.48, 49, рис.1.26).

Времязадающая RC-цепь, состоящая из резистора 20 типа С2-33Н (39 кОм) и полярного конденсатора 21 типа К50-35 (220 мкФ), предназначена для обеспечения плавного включения лампы 6. Кроме того, конденсатор 21 стабилизирует работу цепи обратной связи, препятствуя возникновению паразитных электрических колебаний.

Формирователь прямоугольных импульсов 22 предназначен для формирования прямоугольных импульсов, синхронных с момента перехода синусоиды сетевого напряжения через "нуль" и практически имеющих постоянную амплитуду в диапазоне изменения величины сетевого напряжения, служащих для запуска генератора пилообразного напряжения 15. Он содержит (фиг.4) мостовой выпрямитель 38, реализованный по известной схеме (Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М. Радио и связь, 1981, с.60, рис.4-1в) на диодах типа КД522, входы для переменного тока которого являются входами формирователя прямоугольных импульсов 22, а выход подключен к входу параллельного ограничителя 39 на стабисторах типа КС115 с ненулевым порогом ограничения, построенного по известной схеме (Браммер Ю.А. и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, 1985, с.153-154, рис.4.20б), выход которого подключен к входу транзисторного ключа 40, выполненного по известной схеме на транзисторе КТ361Б.

Выход транзисторного ключа 40 является выходом формирователя прямоугольных импульсов 22 и соединен через два диода типа КД522 (не показаны) с входом генератора пилообразного напряжения 15, при этом катод первого диода соединен с выходом транзисторного ключа 40, а анод второго диода с входом генератора пилообразного напряжения 15.

Осветительное устройство работает следующим образом.

После подключения напряжения питающей сети к обмотке 2 трансформатора 1 через вторую вторичную обмотку 24 и выпрямитель 10 подается напряжение на шины питания усилителя 12, эмиттерного повторителя 19, блока сравнения 14, генератора пилообразного напряжения 15, формирователя импульсов управления 17, формирователя прямоугольных импульсов 22, реле времени 18, а через третью вторичную обмотку 23 подается синхронизирующее напряжение на входы формирователя прямоугольных импульсов 22. Конденсатор 34 реле времени 18 начинает заряжаться через резистор 33 от выпрямителя 10. До тех пор, пока напряжение на конденсаторе 34 не достигло порога срабатывания компаратора 35, на выходе последнего присутствует отрицательный потенциал и ключ 37 закрыт. Ключ 11 (оптрон) отключен. Порог срабатывания компаратора 35 устанавливается из условия открывания ключа 37 с задержкой от момента включения устройства в сеть на время, необходимое для обеспечения режима плавного нарастания напряжения на лампе накаливания от нуля до номинального (заданного) значения, что обеспечивается подбором соответствующих постоянной времени RC-цепи 33, 34 и величин сопротивления на резисторе 36. Это время задержки должно составлять не менее 2 с. Поскольку второй вход датчика 9 подключен к катоду ключа 5, который в момент включения устройства закрыт, на выходе датчика 9 и соответственно на инвертирующем входе усилителя 12 присутствует сигнал "0". При этом сигнал опорного напряжения, поступающий на неинвертирующий вход усилителя 12 через резистивный делитель 13 (регулятор освещенности) с выпрямителя 10 устанавливает на выходе усилителя 12 сигнал напряжения, величина которого близка к напряжению шины "-" выпрямителя 10 (около 6 В). Это напряжение начинает заряжать конденсатор 21 через резистор 20. Сигнал возрастающего напряжения заряда конденсатора 21 И₅ (фиг. 5д) через резистор 20 поступает через эмиттерный повторитель 19, усиливающий его по току, на вход 3 блока сравнения 14. Синусоидальное синхронизирующее напряжение, подаваемое на входы формирователя прямоугольных импульсов 22 с момента включения устройства в сеть, сигнал И₁ (фиг. 5а) с обмотки 23 трансформатора 1, преобразуется последовательно в блоке формирователя прямоугольных импульсов 22 с помощью выпрямительного моста сначала в выпрямленное пульсирующее напряжение отрицательной полярности с частотой 100 Гц сигнал И₂ (фиг. 5б) и амплитудой около 30 В, которое затем с помощью ограничителя на стабисторе и транспортного ключа преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов, синхронных с моментом перехода синусоиды сетевого напряжения через нуль амплитудой около 2 3 В сигнал И₃ (фиг. 5в) постоянной на всем интервале изменения сетевого напряжения (±10% И ном). Прямоугольные импульсы регулярно обнуляют генератор 15 на транзисторе КТЗ61Б, в результате чего на его выходе формируется сигнал И₄ (фиг. 5г) пилообразного напряжения с частотой 100 Гц. Сигнал И₄ с выхода генератора пилообразного напряжения 15 поступает на первый вход блока сравнения 14, на третий вход которого поступает сигнал И₅ (фиг. 5д) с эмиттерного повторителя 19. В блоке 14 сигнал И₄ и И₅ суммируется через диод. Суммированный сигнал И₇ (фиг. 5ж) поступает на инвертирующий вход компаратора блока сравнения 14, где сравнивается с сигналом И₆ (фиг. 5е) постоянного опорного напряжения, поступившим с выпрямителя 10 через регулируемый резистивный делитель 16 на неинвертирующий вход компаратора блока сравнения 14.

В результате на выходе компаратора блока 14 формируются прямоугольные импульсы (широтно-модулированные) И₈ (фиг. 5з), у которых положительный передний фронт смещен по времени относительно момента перехода амплитуды сигнала И₁ (фиг. 5а) через нуль. С выхода компаратора блока сравнения 14 прямоугольные импульсы И₈ поступают на вход формирователя управляющих импульсов 17. Продифференцированные в нем импульсы И₉ (фиг. 5и) инвертируются и в виде импульсов сигнала И₁₀ (фиг. 5к) поступают на управляющий электрод ключа переменного тока 5 и открывают его, так как используемые в схеме в качестве ключей переменного тока симисторы серии ТС-25 при обоих полярностях анодного напряжения открываются импульсами отрицательной полярности относительно катода симистора. При этом лампа 6 подключается к питающему напряжению обмотки 4 трансформатора 1.

Из временной диаграммы фиг. 5 видно, что первый импульс управления сигнала И₁₀ поступает на ключ 5 переменного тока в момент времени t₁, определяемый углом управления или регулирования ключа 5α₁ В результате этого ключ 5 открывается с некоторой задержкой, характеризуемой α₁ по отношению к началу отрицательной полуволны напряжения И_s сигнал И₁₁ (фиг. 5л) с обмотки 4 трансформатора 1 и подключает лампу 6 на напряжение И_α Через лампу 6 потечет ток.

Мгновенное значение И_α напряжения на лампе 6 изменяется по кривой напряжения И_s сигнала И₁₁ (фиг. 5л). В момент t₂ ключ 5 запирается, так как напряжение И_s меняет свою полярность и проходит через нуль. В интервале t₂ t₃ ключ 5 будет закрыт и тока в лампе 6 не будет. В момент t₃, определяемый углом a₂, на ключ 5 подается второй отпирающий импульс, ключ 5 открывается и остается в таком состоянии до момента t₄. Далее через интервал, равный углу α₃, ключ 5 вновь открывается третьим импульсом и т.д. Заштрихованная площадь между кривой напряжения И_α и осью времени, характеризующая сигнал И₁₁, подводимый к лампе 6, прямо пропорциональна энергии, подводимой к лампе 6 на интервале Dt(Δt=t₂-t₁; t₄-t₃; t₆-t₅;...) когда ключ 5 открыт, и действующему значению напряжения И_α на лампе 6. Из временной диаграммы на фиг. 5 видно, что с течением времени по мере заряда конденсатора 21 растет величина сигнала И₅-напряжения, поступающего на эмиттерный повторитель 19, соответственно растет абсолютная величина сигнала И₇, суммированного значения напряжений сигналов И₄ и И₅, уменьшается фазовое смещение передних фронтов прямоугольных импульсов сигнала И₈ (фиг. 5з) относительно начала полуволны сетевого напряжения. Это ведет к уменьшению фазового сдвига импульсов И₉ на выходе формирователя импульсов управления 17 и в конечном итоге к уменьшению угла a управления ключом 5 и задержки на его включение по отношению к началу полуволны напряжения обмотки 4 трансформатора 1, к увеличению интервала времени включения ключа 5, обеспечивающему плавное увеличение действующего значения напряжения И_α и соответственно величины энергии переменного тока, подводимых к лампе 6. Нить накала лампы 6 начинает постепенно разогреваться, появляется свечение, интенсивность которого плавно растет с течением времени.

Сигнал напряжения И₁₁ (фиг. 5л) кривой И_s, подводимый к лампе 6, одновременно подается на первый и второй входы датчика 9. Понижающий трансформатор развязки 27 с коэффициентом трансформации 10 датчика 9 подает на вход собственного датчика 30 сигнал той же формы, что и сигнал И₁₁. Датчик 30 выпрямляет сигнал напряжения с лампы 6, далее он сглаживается дополнительным фильтром 31 и в виде сигнала постоянного напряжения отрицательной полярности через эмиттерный повторитель 32, увеличивающий входное сопротивление усилителя постоянного тока 12, в качестве сигнала обратной связи поступает на инвертирующий вход усилителя 12, на неинвертирующем входе которого присутствует сигнал постоянного опорного напряжения отрицательной полярности с регулятора освещенности 13. Напряжение на выходе усилителя 12 станет равным алгебраической сумме напряжений, каждое из которых результат действия сигнала на соответствующем входе, и будет описываться формулой
И_вых = U(+)вх2

•K_ни+U(-)вх1•K_ин (3.6), где
U(+)вх и U(-)вх1 напряжения на 1 и 2 входах усилителя 12 (фиг. 1);
K_ин коэффициент усиления ОУ при инвертирующем включении (в схеме K_ин 51; K_ни 52);
K_ни коэффициент усиления OУ при неинвертирующем включении (Браммер Ю.А. и др. Импульсная техника. М. Высшая школа, 1985, с. 100, рис. 3.9), поскольку в схеме устройства R₁ R₂ 10 кОм, R₀ R₃ 510 кОм (3.6) сведется к формуле

Когда величина сигнала с датчика 9, соответствующая определенному уровню напряжения заряда конденсатора 21, станет практически равной опорному напряжению с регулятора освещенности 13, усилитель 12 из режима насыщения перейдет в линейный номинальный режим усиления и на его выходе установится сигнал постоянного напряжения И₁₂ (фиг. 6а) около 3 4 В, равный номинальному напряжению заряда конденсатора 21. В результате сравнения суммированного сигнала И₁₃ (фиг. 6б) в блоке сравнения 14 с сигналом И₆ (фиг. 5е) постоянного опорного напряжения на выходе блока 14 сформируются прямоугольные широтно-модулированные импульсы И₁₄ (фиг. 6в), у которых передний фронт будет смещен по времени относительно момента перехода амплитуды сигнала И₁ (фиг. 5а) через нуль на постоянный угол α₁ Соответственно на управляющий вход 25 ключа 5 будут поступать импульсы сигнала И₁₆ с фазой α₁ относительно начала напряжения И_s на ключе 5 переменного тока. В результате этого ключ 5 будет открываться в интервалах t_10n t_11n и t_12n t_13n первого периода сигнала И₁₇ (фиг. 6е) и далее в каждый период этого сигнала в интервалах той же длительности с углом регулирования α_n При этом в лампе 6 в каждый период сигнала И₁₇ подводится действующее значение напряжения равное номинальному значению напряжения лампы 6.

Время заряда конденсатора 21 до напряжения сигнала И₁₂ (фиг. 6а), определяемое подбором резистора 20, находится в пределах 1 2 с. Так как отсчет времени заряда конденсатора 21 RC-цепи задержки и конденсатора 34 реле времени 18 совпадают, а время задержки для срабатывания реле времени 18 равно 2 с или более, то по истечение времени заряда конденсатора 21 RC-цепи задержки включается компаратор 35 реле времени 18, срабатывает ключ 37, который включает оптрон 11, шунтирующий резистор 20 RC-цепи задержки. Устройство начинает работать в режиме стабилизации напряжения (тока) на нагрузке.

Если в режиме стабилизации происходит отклонение сетевого напряжения или напряжения питания от какого-либо автономного источника переменного тока в сторону увеличения (сигнал И₁₈, фиг. 6ж) от номинальной величины И_n, то на вход датчика 9 поступает повышенный относительно номинального сигнал напряжения. Выпрямленный сигнал действующего значения повышенного напряжения поступает на первый вход усилителя 12. В результате алгебраического сложения сигнала с датчика 9 и опорного сигнала, а также усиления сигнала рассогласования на выходе усилителя появится сигнал постоянного отрицательного напряжения по абсолютной величине меньший, чем при работе в номинальном режиме.

Пройдя без изменения через оптрон 11, эмиттерный повторитель 19, сигнал поступает на третий вход блока сравнения 14.

Так как абсолютная величина суммированного сигнала И₁₃ будет тоже меньше номинальной, сравнение с сигналом опорного напряжения И_on произойдет позже в момент времени t₂₀, определяемой углом α_б большим, чем α_n Ключ переменного тока 5 в каждом периоде сигнала И₁₈ (фиг. 6ж) будет включаться на временные интервалы, меньшие по величине, чем при номинальном режиме работы, что приведет в норму действующее значение напряжения на лампе 6.

В случае понижения сетевого питающего напряжения или напряжения переменного тока какого-либо другого источника работа устройства происходит аналогично изложенному, только на выходе усилителя 12 появится сигнал рассогласования по абсолютной величине больший, чем при работе в номинальном режиме, соответственно фазовый сдвиг α_m импульсов управления, определяющий момент t₃₀ и т.д. открывания ключа 5 переменного тока в каждом периоде сигнала И₁₉ (фиг. 6з) будет меньше, чем α_n, а время включения ключа 5 и соответственно действующее значение напряжения на лампе 6 увеличатся до номинального.

Таким образом, настоящее осветительное устройство обеспечивает высокий коэффициент стабилизации напряжения на лампе накаливания 6, что позволяет получать в используемой эндоскопической технике (совместно с данным осветительным устройством) изображения высокого качества. При этом данное осветительное устройство обладает портативностью и универсальностью, усовершенствованной схемотехникой, что определяет перспективность использования настоящего осветительного устройства в медицинской практике для оснащения различной эндоскопической техники.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к эндоскопической, офтальмологической технике, и может быть использовано в осветителях для аппаратуры с волоконными световодами. Осветительное устройство содержит силовой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой 3 вторичной обмотки 4 соединено через управляемый ключ 5 переменного тока с лампой накаливания 6, а конец 7 - со свободным выводом 8 лампы накаливания 6, датчик напряжения 9, выпрямитель 10, ключ постоянного тока 11, усилитель 12, регулятор освещенности 13, блок сравнения 14, генератор пилообразного напряжения 15, регулировочный резистор 16, формирователь импульсов управления 17, реле времени 18, эмиттерный повторитель 19, RC-цепь 20, 21, формирователь прямоугольных импульсов 22, силовой трансформатор 1 имеет дополнительную вторичную обмотку 23, устройство содержит также вторичную обмотку 24 трансформатора 1. Осветительное устройство обеспечивает высокий коэффициент стабилизации напряжения на лампе накаливания, что позволяет получать в эндоскопической технике изображение высокого качества. 6 ил.

Осветительное устройство для эндоскопической техники, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, один из входных выводов которого соединен с концом первой вторичной обмотки трансформатора, который подключен к положительному полюсу выпрямителя, к одному из управляющих входов ключа постоянного тока, а выход соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод через регулировочный резистор с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход с формирователем импульсов управления, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выходом управляющего ключа постоянного тока, отличающееся тем, что оно снабжено формирователем прямоугольных импульсов, силовой трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, к которой подключены входы формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена к входам выпрямителя, при этом выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, а объединенный вывод ключа переменного тока и лампы накаливания соединен с другим входным выводом датчика напряжения.