ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ Российский патент 2003 года по МПК H05B41/23 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания постоянным током газоразрядной лампы высокого давления и предназначено для эксплуатации в составе осветительных устройств.

С помощью пускорегулирующих аппаратов осуществляется питание газоразрядной лампы, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания и работы лампы.

Известно устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления (авт. св. 1817266, кл. Н 05 В 41/23), которое включает в себя источник вторичного электропитания, имеющий стабилизированный выходной ток, устройство зажигания, собранное по схеме блокинг-генератора с самовозбуждением, пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения выше начального напряжения на лампе.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока (патент 2068627, кл. Н 05 В 41/36), которое содержит стабилизированный источник питания с регулирующим ключом и нестабилизированный источник питания, входами подключенные к выводам сети переменного тока, а выходами включенные последовательно, диод развязки, блок подпитки, блок поджига, датчик тока, первое и второе пороговые устройства, реле времени, усилитель постоянного тока обратной связи, усилитель постоянного тока, имитирующий сигнал обратной связи, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения, синхронизированным с напряжением сети, регулятор освещенности.

Недостатком известных устройств является их сложность и отсутствие стабилизации мощности на питаемой лампе, что снижает надежность и долговечность осветительного устройства.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат - это повышение долговечности и надежности за счет упрощения устройства и обеспечения режима стабилизации мощности газоразрядной лампы.

Сущность технического решения заключается в том, что в пускорегулирующем аппарате, содержащем нестабилизированный источник питания, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, генератор импульсов, подключенный ко входу широтно-импульсного модулятора, ко второму входу которого подключен усилитель обратной связи, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему электроду регулирующего ключа стабилизированного источника питания, блок поджига, датчик тока, включенный между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодным выводом газоразрядной лампы, стабилизированный источник питания, вход которого подключен к выходу дестабилизированного источника питания, выполнен в виде понижающего преобразователя напряжения, к части индуктивного балластного дросселя которого подключен выход блока поджига, включенного между анодным выводом лампы и началом дросселя, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания, подключен к катодному выводу лампы, а вход усилителя обратной связи соединен с выходом датчика тока.

В структурную схему устройства введены датчик напряжения, включенный параллельно выводам для подключения электродов лампы, и аналоговый перемножитель, входы которого подключены соответственно к выходу датчика тока и выходу датчика напряжения, а выход соединен со входом усилителя обратной связи.

Это позволяет при упрощении устройства реализовать режим стабилизации мощности на лампе, что увеличивает долговечность ее горения.

На фиг.1 приведена электрическая блок-схема первого варианта выполнения пускорегулирующего аппарата; на фиг.2 приведена блок-схема пускорегулирующего аппарата с аналоговым перемножителем.

Пускорегулирующий аппарат включает в себя нестабилизированный источник питания 1, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания 2 с регулирующим ключом 3, выполненный в виде понижающего преобразователя напряжения (включающего балластный дроссель 4 и диод 5), вход которого подключен к выходу нестабилизированного источника питания 1, а к части балластного дросселя 4 подключен выход блока поджига 6, включенный между анодным выводом лампы 8 и началом дросселя 4, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания 2, подключен к катодному отрицательному выводу лампы 8, а вход усилителя обратной связи 9 соединен с выходом датчика тока 7, включенного между положительным полюсом стабилизированного источника питания 2 и анодным выводом газоразрядной лампы 8. Генератор импульсов 10 подключен ко входу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 11, ко второму входу которого подключен выход усилителя обратной связи (УОС) 9, а выход ШИМ 11 подключен к управляющему электроду регулирующего ключа 3.

В варианте выполнения устройства, показанном на фиг.2, датчик напряжения 12 включен параллельно выводам для подключения электродов лампы 8, а аналоговый перемножитель 13 своими входами подключен к выходу датчика напряжения 12 и выходу датчика тока 7, а выходом подключен ко входу усилителя обратной связи 9.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства к сети переменного тока на выходе блока 1 появляется постоянное напряжение ≈300 В, которое приложено к катоду диода 5 и к истоку ключевого транзистора 3. На выходе усилителя сигнала обратной связи 9, находящемся в линейном режиме, обеспечивается величина постоянного напряжения, соответствующая минимальному коэффициенту заполнения управляющих импульсов регулирующего ключа 3 источника питания 2. Этот сигнал напряжения поступает на вход ШИМ 11, куда приходят продифференцированные короткие импульсы "нулевого" уровня с генератора импульсов 10. В результате на выходе блока широтно-импульсного модулятора 11 появляются импульсы (с частотой около 20 кГц), поступающие на управляющий вход регулирующего ключа 3 источника питания 2 и запускающие его в работу на холостом ходу (пока лампа не подожглась). Напряжение с положительной шины источника питания 2 поступает через датчик тока 7 на блок поджига 6, заряжает его конденсатор (на схеме не показан), один из выводов которого соединен с началом обмотки дросселя 4ка поджига 6 (на схеме не показан), формирующий выходной сигнал блока поджига 6, поступающий на часть обмотки дросселя 4 (через которую разряжается 4 конденсатор). Соотношение числа витков частей обмотки до отвода и после него достаточно велико, чтобы ток разряда конденсатора блока поджига 6 сгенерировал кратковременный высоковольтный импульс (3-5 кВ) на всей обмотке дросселя 4, который прикладывается (через диод 5, датчик тока 7) к лампе 8. При пробое межэлектродного промежутка и поджига лампы ее внутреннее сопротивление уменьшается, и через датчик тока 7 начинает протекать разрядный ток, выходной сигнал с датчика тока 7 поступает на УОС 9, откуда сигнал идет на блок ШИМ 11, формирующий импульсы, управляющие ключом 3 источника питания 2 с постепенно увеличивающимся коэффициентом заполнения по мере разгорания лампы 8. В источнике питания 2 во время открытого состояния ключа 3 (диод 5 закрыт) энергия запасается в дросселе 4. При закрывании ключа 3 энергия дросселя 4 передается через открывающийся диод 5 и через датчик тока 7 в нагрузку-лампу 8. Чем больше коэффициент заполнения импульсов, поступающих на управляющий вход ключа 3 с блока ШИМ 11, тем большую часть периода открыт ключ 3, тем большую мощность можно передать из источника 1 в лампу 8. Для более надежного зажигания лампы 8 блок поджига 6 постоянно формирует высоковольтные кратковременные импульсы, подающиеся на лампу 8 с периодом 1-2 с (определяется RC-цепью блока поджига). После поджига лампы 8 напряжение на ней резко падает, соответственно падает напряжение и на части дросселя 4, зажигающиеся импульсы автоматически прекращаются.

После выхода лампы на номинальный режим сигнал с датчика тока 7 через УОС 9, ШИМ 11, регулирующий ключ 3 управляет источником питания 2 таким образом, что стабилизируется ток через лампу 8.

В варианте выполнения устройства с аналоговым перемножителем 13 на его входы подаются сигналы с датчика тока 7 и датчика напряжения 12, перемножаясь, эти две величины на выходе блока 13 выдают сигнал мощности, согласно которому работают УОС 9 и ШИМ 11, управляя работой источника питания 2 и обеспечивая при переходных процессах (при пуске и при разгорании лампы, когда токи и напряжения соответственно больше и меньше номинальной величины) и в номинальном режиме горения постоянство мощности на лампе 8.

В качестве регулирующего ключа 3 использован полевой транзистор типа КП707Б1. Дроссель 4 выполнен на сердечнике из феррита марки М2500 НМС1-11, типоразмер Ш 10•10. В качестве датчика тока 7 использован низкоомный резистор, в качестве датчика напряжения - резистивный делитель. Генератор импульсов может быть выполнен на микросхеме 561 ТЛ1. УОС выполнен на биполярных транзисторах типа КТ209Б, ШИМ - на триггере Шмитта. Аналоговый перемножитель выполнен в виде дифференциального каскада на двух биполярных транзисторах типа КТ3102БМ и резистивном делителе.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить долговечность и надежность пускорегулирующего аппарата для газоразрядных ламп за счет упрощения его устройства и обеспечения режима стабилизации мощности на лампе. Кроме того, в процессе старения лампы изменяются ее параметры, поэтому важно не перегружать ее по мощности, то есть уменьшать ток при увеличении напряжения горения в процессе старения, что и осуществляет предложенное устройство, способствуя увеличению срока службы лампы, благодаря работе в оптимальном режиме.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано для питания постоянным током газоразрядной лампы высокого давления и предназначено для эксплуатации в составе осветительных устройств. Технический результат - повышение долговечности и надежности за счет упрощения устройства и обеспечения режима стабилизации мощности газоразрядной лампы. В пускорегулирующем аппарате, содержащем нестабилизированный источник питания, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, генератор импульсов, подключенный ко входу широтно-импульного модулятора, ко второму входу которого подключен усилитель обратной связи, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему электроду регулирующего ключа стабилизированного источника питания, блок поджига, датчик тока, включенный между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодным выводом газоразрядной лампы, стабилизированный источник питания, вход которого подключен к выходу нестабилизированного источника питания, выполнен в виде понижающего преобразователя напряжения, к части индуктивного балластного дросселя которого подключен выход блока поджига, включенного между анодным выводом лампы и началом дросселя, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания, подключен к катодному выводу лампы, а вход усилителя обратной связи соединен с выходом датчика тока. В устройство может быть введен датчик напряжения, включенный параллельно выводам для подключения электродов лампы, и аналоговый перемножитель, входы которого подключены соответственно к выходу датчика тока и выходу датчика напряжения, а выход соединен с входом усилителя обратной связи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пускорегулирующий аппарат, содержащий нестабилизированный источник питания, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания с регулирующим ключом и диодом, генератор импульсов, соединенный со входом широтно-импульсного модулятора, ко второму входу которого подключен выход усилителя обратной связи, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему электроду регулирующего ключа стабилизированного источника питания, блок поджига, датчик тока, включенный между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодным выводом газоразрядной лампы, отличающийся тем, что стабилизированный источник питания, подключенный входом к выходу нестабилизированного источника питания, содержит балластный дроссель, к части которого подключен выход блока поджига, включенного между анодным выводом лампы и началом балластного дросселя, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания, подключен к катодному выводу лампы, а вход усилителя обратной связи соединен с выходом датчика тока, причем при закрывании ключа энергия дросселя передается через открывающийся диод и через датчик тока в газоразрядную лампу, а соотношение числа витков балластного дросселя до отвода и после него достаточно велико, чтобы ток разряда блока поджига сгенерировал кратковременный высоковольтный импульс на всей обмотке дросселя, который прикладывается к газоразрядной лампе. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик напряжения, включенный параллельно выводам для подключения электродов лампы, а вход усилителя обратной связи по току соединен с выходом датчика тока через аналоговый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом датчика напряжения.