УЗЕЛ ВКЛЮЧЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Российский патент 1998 года по МПК H05B41/24 

Изобретение относится к узлам включения разрядных ламп, преимущественно низкого давления, содержащим высокочастотный преобразователь постоянного тока в переменный или статический преобразователь, катушку индуктивности, соединенную последовательно с разрядной лампой, конденсатор, подключенный параллельно ей, и позистор.

Под включением разрядной лампы понимают все состояния лампы от зажигания до установившегося горения.

Разрядные лампы низкого давления, в частности люминесцентные лампы широко применяются для получения света. По сравнению с лампами накаливания они отличаются более высокой световой отдачей, большим КПД, а также более длительным сроком службы.

Разрядные лампы низкого давления состоят в основном из баллона, который в люминесцентных лампах с внутренней стороны покрыт люминофором, из электродов, газового наполнения, а также цоколя лампы с контактами. Получение света в разрядных лампах осуществляется в процессе газового разряда в баллоне лампы.

Разрядные лампы нельзя включать непосредственно в электросеть вследствие их отрицательного внутреннего сопротивления. Необходимо, чтобы между электросетью и разрядной лампой низкого давления был последовательно включен токоограничитель, который регулирует зажигание и работу лампы.

Имеются различные возможности реализации токоограничителей, применение которых в основном зависит от способа зажигания лампы. Наиболее широко применяются токоограничители, при которых электроды до поджога газового разряда предварительно подогреваются.

При таких токоограничителях зажигание газового разряда осуществляется с помощью импульса напряжения. В обычных токоограничителях для получения импульсов напряжения применяют стартер тлеющего разряда. В настоящее время используют преимущественно электронные токоограничители. Это относится в особенности к компакт-лампам, у которых токоограничитель по возможности совмещен с цоколем лампы. Компакт-лампы отличаются малым размером по сравнению с обычными люминесцентными лампами цилиндрической формы.

Известны электронные токоограничители. Они состоят в основном из фильтра низкой частоты, фильтра радиопомех, выпрямителя, преобразователя постоянного тока в переменный или статического преобразователя частоты. Последний генерирует импульсы высокочастотного напряжения частотой 25 - 50 кГц, которые подаются на электроды разрядной лампы. При работе разрядной лампы низкого давления с высокочастотным источником напряжения имеет место более высокая световая отдача лампы, чем в случае работы с низкочастотным источником. При этом также отсутствуют мерцания света.

В заявке DE N 3840845 A1 описан узел включения разрядной лампы низкого давления, содержащий катушку индуктивности, соединенную последовательно с разрядной лампой, и конденсатор, подключенный параллельно ей. Параллельно с катушкой индуктивности предусмотрен двухполюсник, который, с одной стороны, соединен с точкой подключения нагрузочной цепи, а с другой стороны, по меньшей мере через диод - с положительным полюсом и/или через диод с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока, питающего узел включения. Диоды блокируют цепь предварительного подогрева после зажигания лампы. При рабочем напряжении разрядной лампы более 70 В в состав двухполюсника входят последовательно соединенные терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления и два диода Зенера, поляризованных в противоположных направлениях. Последний предназначен для защиты цепи предварительного подогрева при рабочем напряжении свыше 70 В.

Прототипом изобретения следует считать узел включения разрядной лампы, содержащий высокочастотный преобразователь постоянного тока в переменный или статический преобразователь частоты, катушку индуктивности, соединенную последовательно с разрядной лампой, конденсатор, подключенный параллельно ей, а также позистор (патент США N 4647820, МКИ⁴ H 05 B 37/00, 1985).

Недостаток известного узла заключается в том, что после зажигания разрядной лампы через позистор течет ток, что приводит к ускорению процесса старения данного позистора.

Пусковая характеристика разрядной лампы определяется при использовании известного узла включения температурой окружающей среды и эксплуатационными параметрами позистора, которые изменяются в ходе процесса старения, что делает невозможным стабильное зажигание лампы.

В основу изобретения положена задача создать простой узел включения разрядной лампы, позволяющий рациональную эксплуатацию лампы и обеспечивающий в основном стабильное зажигание лампы.

Поставленная задача решается в предлагаемом узле включения разрядной лампы, преимущественно низкого давления, содержащем высокочастотный преобразователь постоянного тока в переменный или статический преобразователь, катушку индуктивности, соединенную последовательно с разрядной лампой, конденсатор, подключенный параллельно ей, а также позистор, за счет того, что введен двунаправленный элемент, работающий в области обратных напряжений, соответствующих электрическому пробою его электронно-дырочного перехода, при этом последовательно соединенные и имеющие целенаправленно регулируемую термическую связь между собой позистор и упомянутый элемент подключены параллельно катушке индуктивности или конденсатору.

Предлагаемым узлом включения разрядной лампы, преимущественно низкого давления, имеющим простую конструкцию и обеспечивающим рациональную эксплуатацию лампы, ограничивается напряжение в фазе предварительного подогрева лампы и, тем самым, предотвращается опасность самопроизвольного зажигания разрядной лампы вследствие резонанса в нагрузочной цепи.

Целенаправленно регулируемая термическая связь позистора и двунаправленного элемента приводит к дополнительному подогреву позистора за счет потерь тепла в двунаправленном элементе. Подвод тепла от двунаправленного элемента является, в частности, причиной значительного уменьшения влияния изменений эксплуатационных параметров позистора, а также изменений температуры окружающей среды на пусковую характеристику разрядной лампы. Тем самым обеспечивается стабильное зажигание разрядной лампы.

Изобретение опирается на следующий научный результат.

Катушка индуктивности и конденсатор образуют последовательный колебательный контур. В период подогрева через позистор и двунаправленный элемент течет ток, в результате позистор и двунаправленный элемент нагреваются. По мере нагрева позистора повышается его сопротивление, вследствие чего более сильно падает напряжение в позисторе. При этом двунаправленный элемент выполняет функцию ограничителя напряжения. Дальнейшее нагревание позистора вызывает зажигание разрядной лампы вследствие роста коэффициента усиления последовательного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности и конденсатора.

Одно из преимуществ изобретения заключается в возможности целенаправленного регулирования степени термической связи позистора и двунаправленного элемента. Благодаря этому становится возможным также целенаправленное регулирование пусковой характеристики разрядной лампы. Во время подогрева лампы имеют место большие потери мощности в двунаправленном элементе, которые благодаря термической связи позистора и двунаправленного элемента приводят к дополнительному подогреву этих двух деталей, раньше или позже к резонансу в последовательном колебательном контуре и, наконец, к зажиганию разрядной лампы. Целенаправленное регулирование характеристики лампы можно осуществлять путем регулирования степени термической связи позистора с двунаправленным элементом. В частности, с помощью изобретения становится возможным простое согласование времени подогрева с различными параметрами ламп.

Термическую связь позистора и двунаправленного элемента предпочтительно реализовать с помощью специальной соединительной среды, в качестве которой подходит, например, клей или лак. Степень термической связи можно при этом регулировать, в частности, путем соответствующего подбора среды. Дополнительное регулирование глубины термической связи можно осуществлять через изменение расстояния между позистором и двунаправленным элементом.

Двунаправленный элемент может быть выполнен или в виде двустороннего стабилитрона, или в виде двух встречно включенных диодов Зенера, или в виде варистора.

Предпочтительно пробивное напряжение двунаправленного элемента выше рабочего напряжения разрядной лампы. При этом данное напряжение целесообразно меньше напряжения зажигания разрядной лампы. Благодаря этому достигается, с одной стороны, в период предварительного подогрева лампы протекание тока по цепи подогрева, состоящей из позистора и двунаправленного элемента, и, тем самым, подогрев электродов до зажигания лампы. С другой стороны достигается то, что после зажигания лампы, то есть в рабочей фазе лампы, в цепи предварительного подогрева больше не протекает ток. В этом случае максимум рабочего напряжения лампы меньше его пробивного значения. Двунаправленный элемент запирается и после этого цепь предварительного подогрева не представляет собой дополнительную нагрузку.

Предпочтительно позистор и двунаправленный элемент объединены в одном конструктивном элементе.

Изобретение поясняется ниже со ссылкой на приложенный чертеж, на котором показана схема примера выполнения предлагаемого узла включения разрядной лампы.

На чертеже показаны выпрямитель 1 со сглаживающим устройством, преобразователь постоянного тока в переменный 2 и цепь нагрузки 3. Последняя содержит катушку индуктивности 4, которая включена последовательно с разрядной лампой 5, параллельно которой подключен по меньшей мере один конденсатор 6. Параллельно конденсатору подключены последовательно включенные позистор 7 и двусторонний стабилитрон 8.

Позистор 7 и стабилитрон связаны термически друг с другом посредством лака, что показано штрихпунктирной линией. Конденсаторы 9 и 10 обеспечивают возможность работы от источника переменного тока, а также сглаживают пульсации питающего напряжения. Преобразователь постоянного тока в переменный 2 генерирует импульсы напряжения прямоугольной формы амплитудой, например 310 В. При включении преобразователя 2 ток течет по нагрузочной цепи 3 через катушку индуктивности 4, спираль 11 подогрева электродов лампы, а также конденсатор 6, позистор 7 и двусторонний стабилитрон 8.

Напряжение пробоя стабилитрона 8 выбирают таким, чтобы разрядная лампа 5 зажигалась не самопроизвольно, но при этом обеспечивался подогрев электродов. Благодаря термической связи между позистором 7 и стабилитроном 8 происходит дополнительный подогрев позистора 7 за счет тепловых потерь в двустороннем стабилитроне 8. По мере нагрева позистора 7 повышается его сопротивление, и, тем самым, коэффициент усиления колебательного контура разрядной лампы Н1 вплоть до ее зажигания.

При горении разрядной лампы 5 максимум ее рабочего напряжения меньшей напряжения пробоя стабилитрона 8. Цепь предварительного подогрева запирается и поэтому не представляет собой дополнительную загрузку.

Узел включения разрядной лампы содержит высокочастотный преобразователь постоянного тока в переменный или статический преобразователь частоты, последовательно с лампой включенную индуктивность, параллельно лампе включенную емкость, позистор и двунаправленный элемент, работающий в области обратных напряжении, соответствующих электрическому пробою его электронно-дырочного перехода. Позистор и упомянутый элемент подключены параллельно катушке индуктивности или конденсатору. В результате обеспечивается стабильное зажигание лампы. 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Узел включения разрядной лампы преимущественно низкого давления, содержащий высокочастотный преобразователь постоянного тока в переменный или статический преобразователь, катушку индуктивности, соединенную последовательно с разрядной лампой, конденсатор, подключенный параллельно ей, а также позистор, отличающийся тем, что введен двунаправленный элемент, работающий в области обратных напряжений, соответствующих электрическому пробою его электронно-дырочного перехода, при этом последовательно соединенные и имеющие целенаправленно регулируемую термическую связь между собой позистор и упомянутый элемент подключены параллельно катушке индуктивности или конденсатору. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что позистор и двунаправленный элемент связаны между собой через соединительную среду. 3. Узел по п.2, отличающийся тем, что соединительная среда выполнена в виде слоя клея или лака. 4. Узел по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что двунаправленный элемент выполнен в виде двустороннего стабилитрона. 5. Узел по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что двунаправленный элемент выполнен в виде двух встречно включенных диодов Зенера. 6. Узел по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что двунаправленный элемент выполнен в виде варистора. 7. Узел по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что пробивное напряжение двунаправленного элемента выше рабочего напряжения разрядной лампы. 8. Узел по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что пробивное напряжение двунаправленного элемента меньше напряжения зажигания разрядной лампы. 9. Узел по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что позистор и двунаправленный элемент объединены в одном конструктивном элементе.