УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ Российский патент 1998 года по МПК H05B41/18 

Изобретение относится к электротехнике, к газоразрядным светильникам.

Известны устройства для питания люминесцентных ламп, работа которых основана на использовании однополярных импульсов от источника тока. Близкими по содержанию по мнению заявителя являются осветительное устройство [1], устройство для питания газоразрядной лампы [2], устройство для питания люминесцентных ламп [3].

Указанное осветительное устройство [1] содержит источник постоянного тока, стартер и выполненный на транзисторе высокочастотный прерыватель для получения однополярных импульсов тока, предназначенных для питания люминесцентной лампы.

Механические контакты фотореле и стартера, управляющие режимами работы лампы, при работе искрят, подгорают и излучают радиопомехи.

Устройство для питания газоразрядной лампы [2] содержит источник постоянного напряжения, ключ для выработки импульсного напряжения, балластный дроссель, шунтирующий диод между выводом для подключения лампы и дросселем, а также стартер.

Особенностью данного устройства является необходимость иметь два источника питания - основной и вспомогательный, при этом устройство не обеспечивает предварительный подогрев электродов лампы при запуске.

Устройство для питания люминесцентной лампы [3] (прототип) содержит балластный дроссель с первым выводом для присоединения плюсового провода от источника однополярных импульсов, подключенный вторым выводом к выводу для подключения первого электрода лампы, шунтирующий диод, подключенный минусовым выводом к первому выводу балластного дросселя, а плюсовым выводом - к выводу для подключения второго электрода лампы и к выводу для присоединения минусового провода от источника однополярных импульсов, стартер, подключенный к выводам для подключения электродов лампы.

В данном устройстве электромеханический стартер генерирует радиопомехи, а также не обеспечивается предварительный подогрев электродов лампы, расчитанной на запуск с предварительным подогревом.

Целью предлагаемого изобретения является решение следующих задач:
а) уменьшение уровня генерирования радиопомех;
б) исключение возможности холодного запуска лампы, расчитанной на запуск с предварительным подогревом;
в) подогрев электродов лампы до состояния ее горячего запуска;
г) горячий запуск лампы и поддержание ее устойчивого свечения;
д) холодный запуск люминесцентной лампы, если она конструктивно выполнена без нитей накала.

Решение поставленных задач позволяет обеспечить возможность устойчивой работы находящейся поблизости радио- и телеаппаратуры, обеспечить мягкость запуска и продлить срок службы люминесцентной лампы, добиться качественного освещения, а также возможность холодного запуска и поддержания устойчивого свечения ламп с неподогревными электродами.

В предлагаемом устройстве для питания люминесцентной лампы, содержащем баллстный дроссель с первым выводом для присоединения плюсового провода от источника однополярных импульсов, подключенный вторым выводом к выводу для подключения первого электрода лампы, шунтирующий диод, подключенный минусовым выводом к первому выводу балластного дросселя, а плюсовым выводом к выводу для подключения второго электрода лампы и присоединения минусового провода источника однополярных импульсов, стартер, подключенный к выводам для подключения электродов лампы, новым является то, что стартер состоит по крайней мере из транзистора, резистора и элемента связи, при этом база транзистора через указанный резистор подключена к первому выводу балластного дросселя, коллектор транзистора через указанный элемент связи подключен к выводу для подключения первого электрода лампы, а эмиттер транзистора подключен к выводу для подключения второго электрода лампы.

Указанный элемент связи может иметь несколько вариантов его выполнения:
- первый вариант - наиболее предпочтителен - это параллельно соединенные дроссель и конденсатор;
- второй вариант - параллельно соединенные резистор и дроссель;
- третий вариант - параллельно соединенные конденсатор и резистор;
- четвертый вариант - элементом связи является резистор.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства с тремя вариантами выполнения элемента связи и одним вариантом подключения транзистора стартера для люминесцентных ламп с подогревными электродами; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема с четвертым вариантом элемента связи, вторым и третьим вариантами подключения транзистора стартера и вариант, при котором люминесцентная лампа конструктивно выполнена с неподогревными электродами и расчитана на холодный запуск.

Предлагаемое устройство - вариант 1, вариант 2 и вариант 3 (фиг. 1), вариант 4, вариант 5 и вариант 6 (фиг. 2) показано подключенным к источнику однополярных импульсов тока 7 через двухпроводную линию, состоящую из плюсового провода 8 и минусового провода 9. Каждый вариант показан со включенной в него люминесцентной лампой, где в вариантах 1-5 лампа 10 имеет подогревные электроды (нити накала) 11 и 12, а в варианте 6 показана лампа 13 с неподогревными электродами 14 и 15. Балластный дроссель 16 первым выводом 17 для присоединения плюсового провода 8 включен вторым выводом 18 к выводу для подключения первого электрода 11 или 14 соответственно лампы 10 или 13. К первому выводу 17 минусовым выводом подключен шунтирующий диод 19, а плюсовым выводом он подключен к выводу 20 для подключения второго электрода 12 или 15 лампы 10 или 13 и для присоединения минусового провода 9.

К электродам 11 и 12 лампы 10 или электродам 14 и 15 лампы 13 подключен стартер, состоящий из транзистора 21, резистора 22 и элемента связи, имеющего четыре возможных варианта. В варианте 1 (фиг. 1) элемент связи состоит из параллельно соединенных дросселя 23 и конденсатора 24; в варианте 2 элемент связи состоит из параллельно соединенных резистора 25 и дросселя 23; в варианте 3 элемент связи состоит из параллельно соединенных резистора 25 и конденсатора 24; в варианте 4 (фиг. 2) элементом связи является резистор 25.

Во всех вариантах транзистор 21 подключен коллектором к первому электроду 11 лампы 10 или первому электроду 14 лампы 13 через элемент связи, эмиттером - ко второму электроду 12 лампы 10 или ко второму электроду 15 лампы 13, а базой - через резистор 22 к первому выводу 17 балластного дросселя 16.

В вариантах 1-5, где используется лампа 10 с подогревными электродами 11 и 12, нити накала лампы включены последовательно между балластным дросселем 16 и стартером, а также между стартером и выводом 20.

Во всех вариантах между базой и эмиттером транзистора 21 включен защитный диод 26. В варианте 5 (фиг. 2) база и коллектор транзистора 21 соединены через стабилитрон 27; в варианте 6 база и коллектор транзистора 21 соединены через стабилитрон 28 и делитель напряжения, состоящий из резисторов 29 и 30, включенных между коллектором и эмиттером транзистора 21.

К проводам 8 и 9 может быть подключено различное количество ламп 10 и 13 с элементами схемы, собранными по любому из предлагаемых вариантов. На выводах для подключения к источнику 7 в каждом варианте схемы установлены тумблер 31 и диод 32. Тумблер 31 предназначен для включения соответствующей лампы 10 или 13, а диод 32 является блокирующим, он не допускает возможности подачи напряжения на элементы схемы, если при монтаже не выдержана нужная полярность подключения к проводам 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Источник импульсов тока 7 должен иметь минимальное напряжение в 1,5 раза выше напряжения горения ламп 10 и 13, а максимальное напряжение может превышать напряжение минимальное в несколько раз, оно ограничено электрической прочностью элементов схемы.

Для зажигания любой из ламп 10 и 13 включают соответствующий тумблер 31. Импульсное напряжение поступает на первый вывод 17 балластного дросселя 16 и через резистор 22 на базу транзистора 21. При этом в момент поступления очередного фронта импульса на первом выводе 17 балластного дросселя 16 скачкообразно возрастает положительный потенциал, диод 19 запирается и открывается транзистор 21 за счет поступления этого потенциала на базу через резистор 22 и более плавно нарастает ток в балластном дросселе 16. Во время действия импульса ток проходит по цепи: провод 8, тумблер 31, дроссель 16, первый электрод 11 (нить накала) лампы 10, конденсатор 24 (в первый момент) и дроссель 23 (в течение действия импульса), коллектор - эмиттер транзистора 21, второй электрод (вторая нить накала) 12, диод 32, провод 9, Дроссель 16 накапливает электромагнитную энергию поля. Основная энергия импульса тока в виде тепла выделяется на электродах 11 и 12 лампы 10, поскольку они имеют наибольшее активное сопротивление данной цепи.

В момент поступления заднего фронта рассматриваемого импульса напряжения на первом выводе 17 дросселя 16 потенциал скачкообразно падает до нуля, диод 19 отпирается, падает напряжение и на базе транзистора 21, последний на время интервала между импульсами запирается, накопленная энергия в дросселе 23 сбрасывается на конденсатор 24, а накопленная энергия балластного дросселя 16 вызывает скачок отрицательного потенциала на втором его выводе и импульс напряжения между электродами лампы.

В вариантах 1-5 дроссель 16 выбран таким, что он, сглаживая импульсы по напряжению, оставляет их достаточными по величине для поджигания лампы 10 с подогретыми электродами 11 и 12 и далеко недостаточными для холодного ее поджигания. Пока лампа 10 холодная, ток через нее не проходит, лампа не светится. При поступлении следующего импульса его энергия опять расходуется на подогрев электродов лампы 10 и на попытку зажечь эту лампу в межимпульсный интервал энергией дросселя 16.

Так будет повторяться до тех пор, пока лампа 10 не нагреется до состояния горячего запуска.

После того как в результате подогрева лампы 10 ее напряжение зажигания опустилось до уровня напряжения импульса от дросселя 16, межэлектродное пространство лампы 10 становится электропроводным, ток замыкается по цепи: первый вывод 17, дроссель 16, второй вывод 18, первый электрод 11, газоразрядная среда лампы 10, второй электрод 12, диод 19, первый вывод 17 дросселя 16. При поступлении следующего импульса на первый вывод дросселя 16 диод 19 скачкообразно запирается, транзистор 21 отпирается и ток после балластного дросселя разветвляется на лампу 10 и на транзистор 21. Однако сопротивление зажженной газоразрядной среды лампы во много раз ниже от сопротивления цепи стартера (элемента связи и транзистора), потому через лампу 10 проходит ток во много раз больше от тока, проходящего через транзистор 21.

Если при запуске энергия импульса расходовалась преимущественно на разогрев лампы 10, то после запуска эта энергия тратится на свечение лампы 10. В интервалах между импульсами дроссель 16 отдает запасенную энергию импульса на свечение лампы по вышеописанной цепи, он же сглаживает пульсацию тока проводов 8 и 9, ограничивает ток до рабочей величины лампы 10. Стартер, благодаря связи базы транзистора 21 с первым выводом 17 балластного дросселя 16 через резистор 20, работает синфазно с источником однополярных импульсов 7, обеспечивает предварительный подогрев электродов 11 и 12 лампы 10 при зажигании, а также находится в дежурном (ждущем) режиме во время ее свечения. В случае потухания лампы 10 весь ток от импульса проходит через нити накала электродов 11 и 12, разогревает лампу и восстанавливает ее свечение. Для лампы 13 с холодным запуском элементы схемы по параметрам соответственно подобраны и отрегулированы.

В варианте 1 схемы элемент связи, выполненный из конденсатора и дросселя, с позиций малой энергозатратности и быстроты срабатывания стартера является наиболее предпочтительным.

Во втором, третьем и четвертом вариантах схемы элементы связи выполнены с использованием резистора. Это вызывает непроизводительные энергозатраты, снижая КПД устройства.

Второй, третий и четвертый варианты предпочтительно использовать как запасные (аварийные) или только в осветительных устройствах с маломощными люминесцетными лампами.

В первых четырех вариантах выполнения схемы транзистор 21 стартера включен без защиты от пробоя между базой и коллектором и в случае прыжка напряжения до уровня, превышающего допустимое для данного типа транзистора, пробьется переход база - коллектор и устройство выйдет из строя.

Для защиты транзистора 21 между базой и коллектором может быть включен высоковольтный стабилитрон 27 как показано в варианте 5 (фиг.2).

В связи с тем что пятый вариант расчитан на использование высоковольтного стабилизатора 27 с фиксированным напряжением, его нельзя применить там, где требуется подстройка порога его срабатывания.

В варианте 6 стабилитрон 28 включен между базой и коллектором транзистора 21 через делитель напряжения, состоящий из резисторов 29 и 30. В этом варианте схемы допустимо использовать стабилитрон 28 любой, но вводить схему в нужный режим работы необходимо подбором резисторов 29 и 30. Последний вариант схемы наиболее предпочтителен.

Кроме защиты транзистора 21 от пробоя стабилитроны 27 и 28 в пятом и шестом вариантах ограничивают напряжение на лампах, пока они находятся в режиме прогрева, чтобы не допустить холодного запуска для ламп с подогревными электродами.

Опытный экземпляр данного устройства для питания люминесцентной лампы изготовлен на Донецкой железной дороге, прошел лабораторные испытания в Днепропетровском техническом университете железнодорожного транспорта. По заключению ДТУЖТ устройство по всем параметрам удовлетворяет требованиям ГОСТ 9219-88 (протокол испытаний 1-24-95 от 28.02.95 г. по теме: хоздоговор N 24.31.94.95).

В настоящий период устройство проходит опытную эксплуатацию в вагонном депо Донецк.

Изобретение относится к электротехнике. Существо предложения: устройство содержит балластный дроссель с выводом для присоединения плюсового провода 8 от источника однополярных импульсов и выводом для подключения электрода лампы. Шунтирующий диод включен минусовым выводом к выводу балластного дросселя, а плюсовым выводом - к выводу для подключения электрода лампы и минусового провода источника, стартер, подключенный к выводам для подключения электродов лампы, состоящий по крайней мере из транзистора, резистора и элемента связи, при этом резистор включен между базой транзистора и выводом балластного дросселя, элемент связи - между коллектором транзистора и выводом для подключения электрода, а эмиттер подключен к выводу электрода. Элемент связи выполнен из параллельно включенных конденсатора и дросселя или резистора, установленного параллельно одной из этих радиодеталей. Устройство разогревает электроды и запускает лампу или запускает лампу с неподогревными электродами. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для питания люминесцентной лампы, содержащее балластный дроссель с первым выводом для присоединения плюсового провода от источника однополярных импульсов, подключенный вторым выводом к выводу для подключения первого электрода лампы, шунтирующий диод, подключенный минусовым выводом к первому выводу балластного дросселя, а плюсовым выводом - к выводу для подключения второго электрода лампы и к выводу для присоединения минусового провода от источника однополярных импульсов, стартер, подключенный к выводам для подключения электродов лампы, отличающееся тем, что стартер состоит из транзистора, резистора и элемента связи, при этом база транзистора через указанный резистор подключена к первому выводу балластного дросселя, коллектор транзистора через указанный элемент связи подключен к выводу для подключения первого электрода лампы, а эмиттер транзистора подключен к выводу для подключения второго электрода лампы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент связи стартера выполнен из параллельно включенных конденсатора и дросселя. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент связи стартера выполнен из параллельно включенных резистора и дросселя. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент связи стартера выполнен из параллельно включенных резистора и конденсатора. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементом связи стартера является резистор.