Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству управления лампы освещения, более точно регулятору газоразрядной лампы высокой мощности. Настоящее изобретение особо применимо в диспрозийных, индиевых, бесшумных, натриевых, галогенных люминесцентных лампах с холодным катодом.
Предпосылки создания изобретения
В то время как номинальное напряжение газоразрядной лампы обычно находится в пределах 80-150 вольт, напряжение сети питания составляет 220 вольт. Необходимо понизить напряжение сети питания с 220 вольт до 80-150 вольт, чтобы пользоваться лампой. При этом лампа должна быть снабжена понижающим напряжение, токоограничивающим и защитным устройством соответствующей мощности. Низкочастотный электрический дроссель является наиболее распространенным в настоящее время устройством такого рода, но его недостатками являются большой объем и масса, низкий коэффициент мощности со значительными потерями, высокий уровень шума, сильные помехи, низкое качество освещения, а его напряжение, ток и мощность невозможно регулировать.
В патенте 98218196.5 описан адаптивный регулятор газоразрядной лампы с высокой интенсивностью света, в котором изменение интенсивности света достигается за счет изменения индуктивности и диэлектрической проницаемости. Имея аналогичные обычным устройствам индуктивного типа характеристики потребления энергии, уровня шума, коэффициента мощности, напряжения, тока и пуска, такой регулятор отличается высоким потреблением энергии, создает сильные помехи, а его мощность, напряжение и ток подвержены воздействию колебаний напряжения, в связи с чем он не применим в газоразрядной лампе высокой мощности.
В патенте 01264335.1 описан электронный дроссель стартера с высоким коэффициентом мощности для управления газоразрядной лампой высокой мощности, способный повышать коэффициент мощности газоразрядной лампы и отличающийся экономичным потреблением энергии, малой стоимостью, высоким качеством освещения и длительным сроком службы. Однако такой дроссель стартера не способен эффективно работать в лампах высокой мощности. В случае внешних колебаний напряжения лампу сложно запустить и даже зажечь вследствие недостаточной длительности и амплитуды импульса. При отсутствии пусковой схемы высокой мощности данный электронный дроссель стартера не применим в газоразрядной лампе высокой мощности из-за низкой стабильности и надежности.
Описание изобретения
Настоящее изобретение призвано решить техническую задачу, которая заключаются в создании регулятора газоразрядной лампы высокой мощности. Такой регулятор отличается не только малым весом, компактностью размеров, но также имеет простую схему, малую стоимость, меньше компонентов, а его установка очень проста. Кроме того, его управляющий сигнал имеет низкий уровень искажений, и регулятор способен стабильно и надежно работать, обеспечивая ток постоянной величины, постоянные напряжение и мощность. Он особо применим в газоразрядной лампе высокой мощности.
Для осуществления названной задачи в настоящем изобретении предложены следующие технические решения.
Предложен электронный регулятор газоразрядной лампы высокой мощности, который состоит из последовательно соединенных схемы фильтра, выпрямляющей схемы, схемы переключения коэффициента мощности, схемы инверсии управляющего напряжения и регулирования мощности, схемы защиты стартера, выходной согласующей схемы и вспомогательной схемы питания, отличающийся тем, что схема переключения коэффициента мощности представляет собой толстопленочную интегральную схему IC1 в корпусе, образованную полевым транзистором Q1 и катушкой индуктивности L4, при этом полевой транзистор Q1 соединен с диодом D2 и сопротивлением R4, R3; схема инверсии управляющего напряжения и регулирования мощности представляет собой толстопленочную интегральную схему IC2 в корпусе, образованную полевым транзистором Q3, соединенным с сопротивлением R4, R3 и электровакуумным стабилитроном ZD3, полевым транзистором Q2, соединенным с электровакуумным стабилитроном ZD1, ZD2, сопротивлением R9, R10, трансформатором Т2 и емкостным сопротивлением С8; схема защиты стартера представляет собой толстопленочную интегральную схему IC3 в корпусе, образованную емкостным сопротивлением С10, однооперационным триодным тиристором, диодом D4, емкостным сопротивлением С9, С11, катушкой индуктивности L5 и реле JT.
Настоящее изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известным уровнем техники.
В настоящем изобретении осуществляется преобразование переменного тока с частотой 50 Гц в переменный ток с частотой 30 Гц, за счет чего приводится в действие вся электронная структура лампы. Регулятор имеет компактные размеры, его вес составляет лишь 1/4 веса обычного регулятора, а его коэффициент мощности настолько высок, что близок к 1. За счет применения в схеме фильтра многоуровневого фильтра помех общего вида, помех при дифференциальном включении она способна снижать электромагнитные помехи, помехи от паразитного излучения и помехи по цепям питания, возникающие во время включения-выключения; она также защищает регулятор от помех, вызванных загрязнением источника входной мощности. Схема фильтра отвечает стандарту EIE СЕЕ (согласно европейским требованиям Международной электротехнической комиссии к испытанию и сертификации электрооборудования). В настоящем изобретении применяются три интегральные схемы, что повышает степень интеграции, уменьшает число деталей, упрощает схемы и снижает стоимость. Вспомогательная схема подачи питания, которая подает питание на интегральные схемы, приводится в действие после прохождения тока питания через трансформатор и электровакуумный стабилитрон, за счет чего обеспечивается высокая стабильность и надежность. За счет интегрированной схемы IC2, приводящей в действие полевой транзистор Q3, управляющая схема отличается простотой, низким уровнем искажений, способна работать при токе постоянной величины, постоянном напряжении, постоянной мощности и стабильно работать в условиях короткого замыкания, обрыва в схеме и ненормальных условиях. Также предусмотрена особая схема запуска. За этот счет настоящее изобретение особо применимо в газоразрядной лампе высокой мощности и отличается высоким коэффициентом мощности, длительным сроком службы и высоким качеством освещения, а также соответствует стандарту на электромагнитную совместимость и требованиям к защите окружающей среды.
Описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема настоящего изобретения,
на фиг.2 показана монтажная схема настоящего изобретения.
Описание предпочтительного варианта осуществления
Далее со ссылкой на приложенные чертежи более подробно описан предпочтительный вариант осуществления изобретения.
Блок 1 представляет собой схему фильтра. В момент включения в цепи происходит бросок напряжения. Тензорезистор R1 способен поглощать бросок неустановившегося напряжения и защищать схему от импульса неустановившегося высокого напряжения; терморезистор R2 используется для подавления броска неустановившегося тока источника питания и обеспечивает мягкий запуск. Многоуровневый фильтр помех общего вида, помех при дифференциальном включении, состоящий из емкостного сопротивления C1, C2, С3, С4 и катушки индуктивности L1, L2, L3, работает в общих направлениях, снижая электромагнитные помехи, помеха от паразитного излучения и помехи по цепям питания, возникающие во время включения-выключения, и защищая регулятор от помех, вызванных загрязнением источника входной мощности.
Схема 1 фильтра фазовыми проводами соединена с концом L защитного разрядника фильтра, а другой конец защитного разрядника фильтра соединен с R1, C1 и 1-м концом L1; нейтральный провод N соединен с R1, C1 и 3-м концом L1; 2-й конец L1 соединен с C2 и 1-м концом L2; другой конец C2 соединен с 4-м концом L1; 2-й конец L2 соединен с С3 и 1-м концом L3; 4-й конец L2 соединен с С4 и 3-м концом L3; другой конец С3 соединен с другим концом С4 и заземлен.
Блок 2 представляет собой выпрямляющую схему. Мостиковый выпрямитель D1 используется для преобразования переменного тока в постоянный, который после фильтрации при помощи С6 поступает в схему.
2-й конец L3 выпрямляющей схемы 2 соединен с одним концом R2 и 1-м концом трансформатора Т1; другой конец R2 соединен с 1-м концом D1; 3-й конец fD1 соединен с катодом С 13×3; 4-й конец D1 соединен со 2-м разъемом IС1 и так далее; 4-й конец L3 соединен со 2-м концом D1 и затем соединен 2-м концом трансформатора 2.
Блок 3 представляет собой схему переключения коэффициента мощности в виде толстопленочной интегральной схемы IC1 в корпусе. Ее главной функцией является повышение коэффициента мощности и регулирование напряжения и тока Q1. Отобранный с вспомогательной обмотки L4 импульс тока поступает на 5-й разъем IC1; отобранный с соединения D2 и С7 импульс тока поступает на 1-й разъем IC1, а сигнал обратной связи, отобранный с R4, поступает на 6-й разъем IC1. Импульсный источник питания с параллельным соединением, состоящий из вольтодобавочной катушки L4 индуктивности, полевого транзистора Q1, Q2, повышает напряжение выпрямленного постоянного тока с 200 до 350 вольт. После сглаживающей фильтрации С7 дополнительно понижает пульсирующую компоненту постоянного тока. Разрядное сопротивление R5, поглощающее максимальный ток заряда и разрядный ток, уравновешивает допустимую погрешность электролитического конденсатора.
Схема 3 переключения коэффициента мощности выполнена таким образом, что 1-й разъем IC1 соединен с анодом диода D2, R5 и анода С5, а также соединена с электродом D Q2; 2-й разъем IC1 соединен с С6, 4-м концом D1 и 1-м концом L4; 4-й разъем IC1 соединен с другим концом R3; электрод S Q1 соединен с одним концом R4, другой конец R4 соединен с одним концом R5; катод С7 соединен с одним концом R6; 7-й разъем IC1 соединен с R13 и так далее; 2-й конец L4 соединен с катодом D2 и электродом D Q1.
Блок 4 представляет собой схему инверсии управляющего напряжения и регулирования мощности в виде толстопленочной интегральной схемы IC2 в корпусе, управляющей стартером и регулирующей мощность. Импульс, поступающий в потенциометр максимально допустимой мощности R7 и С 14 из отбирающего ток сопротивления R6, поступает на 1-й и 3-й разъемы IC2, где осуществляется его сравнивание. В IC2 поступает опорный сигнал, который управляет 4-м и 5-м выходным сигналом. С8 представляет собой емкость связи, а Т2 - задающий трансформатор. R8 и R9 представляют собой токоограничивающие сопротивления. R10 и R11 представляют собой фиксирующие сопротивления. Диоды регулирования напряжения ZD1, ZD2, ZD3 защищают электрод G полевого транзистора Q2, Q3 в проводящем направлении включения и противоположном направлении. Q2 и Q3 выполнены в виде полумостиковой схемы переключения, которая преобразует рабочее напряжение постоянного тока в напряжение переменного с частотой 30 Гц, которое питает лампу. Снабженный байонетным разъемом конец потенциометра максимально допустимой мощности соединен с С 14 и R7, а за счет регулирования потенциометра максимально допустимой мощности мощность можно регулировать в пределах от нескольких ватт до тысяч ватт.
Схема 4 инверсии управляющего напряжения и регулирования мощности выполнена таким образом, что другой конец R7 соединен с другим концом R6, R4 и R5, катодом С7×2, 3-м разъемом IC1, 3-м концом L4, другим концом С6, катодом электровакуумного стабилитрона ZD4, катодом С 13×3 и С 18 и 3-м концом мостикового выпрямителя; 3-й разъем IC2 соединен с другим концом С14; другой конец R6, 2-й конец Т2, катод С18, R11 и катод ZD3, электрод S Q3, один конец С15 соединены друг с другом; 2-й разъем и 6-й разъем IC2 соединены с анодом С18; 4-й разъем IC2 соединен с С8, другой конец С8 соединен с 1-м концом Т2; 5-й разъем IC2 соединен с R8, другой конец R8 соединен с R11, анодом ZD3 и электродом G Q3; 3-й конец Т2 соединен с R9, другой конец R9 соединен с анодом R10 и ZD1 и электродом G Q2; 4-й конец Т2 соединен с другим концом R10, анодом ZD2, электродом S Q2, электродом D Q3, С15 и С12, катод ZD1 соединен с катодом ZD2; электрод D Q2 соединен с R12 и анодом D2.
Блок 5 представляет собой схему защиты пускового устройства в виде толстопленочной интегральной пусковой схемы IC3 в корпусе. Переменный ток высокой частоты через R12 заряжает С11, после чего С11 разряжается. Напряжение возникновения разряда с вспомогательной обмотки поступает на главную обмотку, которая подает пусковое напряжение на лампу. После включения лампы реле JT автоматически отключит рабочее напряжение, С9, С11 и однооперационный триодный тиристор потеряют мощность, и схема перейдет в режим стабилизации напряжения. С15 поглощает импульсный выброс, а С10 представляет собой емкостное сопротивление с постоянной времени RC-цепи.
Схема защиты 5 пускового устройства выполнена таким образом, что 1-й разъем IC3 соединен с электродом G однооперационного триодного тиристора; 2-й разъем IC3 соединен с электродом Т однооперационного триодного тиристора, С9, С11 и электродом В реле JT; 3-й разъем IC3 соединен с электродом G реле JT анодом D4; 4-й электрод IC3 соединен с электродом D реле JT и катодом D4, затем соединен с электродом S однооперационного триодного тиристора, катодом С10×2, другим концом R9, 2-м и 4-м концами L5; 1-й конец L5 соединен с другим концом С11; 5-й разъем IC3 соединен с анодом С10×2; 6-й разъем IC3 соединен с анодом С18 и так далее; электрод А реле JT соединен с R12×2; другой конец R12 соединен с электродом D Q2, анодом D2 и так далее.
Блок 6 представляет собой вспомогательную схему питания. Переключая блок 1 и блок 2, она выводит напряжение 15 вольт со схемы фильтра, трансформируемое Т1 и выпрямляемое D3; RC-цепь, образованная R13 и С 13, фильтрует выходное напряжение, диод с регулятором напряжения стабилизирует его, после чего оно поступает в каждую интегральную схему, питая IC1, IC2 и IC3.
Вспомогательная схема 6 питания выполнена таким образом, что 1-й конец трансформатора Т1 соединен со 2-м концом L3 и R2; 2-й конец Т1 соединен со 2-м концом D1 и 4-м концом L3; 3-й конец Т1 соединен со 2-м концом мостикового выпрямителя D3; 4-й конец Т1 соединен с 1-м концом D3; 3-й конец D3 и 3-й конец D1, катод С13×3 С18, катод электровакуумного стабилитрона ZD4, 3-й разъем IC1, 3-й конец L4, катод R4, С7×2, R6, R7 соединены друг с другом, образуя канал общего назначения; 4-й конец D3 соединен с R13, другой конец R13 соединен с анодом С13×3, анод ZD4, 7-й разъем IC1, 2-й, 6-й разъемы IC2, 6-й разъем IC3 соединены друг с другом, образуя канал подачи низковольтного номинального питания.
Блок 7 представляет собой выходную согласующую схему, образованную емкостным сопротивлением С 13, лампой промышленного образца и вспомогательной катушкой индуктивности L15. Лампа промышленного образца может представлять собой люминесцентную лампу с холодным катодом, а также разнообразные диспрозийные, индиевые, бесшумные, натриевые, галогенные лампы и т.п.
Выходная согласующая схема 7 выполнена таким образом, что С 12 соединен с С 15, электродом S Q2, электродом D Q3 и так далее; другой выходной конец С 12 соединен с лампой; 4-й конец L5 соединен со 2-м концом L5, С9, электрода S однооперационного триодного тиристора и так далее; 3-й конец L5 соединен с другим концом лампы.
После включения из блока 1 в схему фильтра поступает переменный ток с частотой 50 Гц, a R1 поглощает бросок неустановившегося напряжения, создаваемый источником питания. Трехуровневый фильтр помех общего вида, помех при дифференциальном включении, образованный L1-L3, С1-С3, не пропускает в оба конца помехи от источника входной мощности и местного устройства в соответствии с требованиями Международного стандарта электромагнитной совместимости, принятого в США, Европе и т.д.
После фильтрации ток питания делится на две части: одна поступает в блок 6, а другая в блок 2, после чего ток выпрямляют и получают постоянный ток с напряжением около 200 вольт.
Блок 3 осуществляет стабилизацию напряжения, тока и корректировку коэффициента мощности за счет управления полевым транзистором Q1.
Входной импульс постоянного тока поступает на 2-й разъем IC2, а выходной импульс постоянного тока поступает на 1-й разъем IC1. При изменении напряжения тока питания IC1 сравнивает импульсы напряжения на входе и выходе.
Происходит контрольное срабатывание IC1, и с 4-го разъема IC1 поступает получаемый импульс напряжения, который управляет разрядником с целью стабилизации напряжения.
Постоянный ток поступает с конца 1 и выходит через конец 2 L4. Индуцированный на концы 3 и 4 L4 импульс тока подвергается обработке и анализу в IC1. Затем с 4-го разъема IC1 поступает управляющий сигнал с целью стабилизации напряжения.
Посредством L4, Q1, ZD1 повышают рабочее напряжение, увеличивают фазу напряжения, обеспечивают следование фазы напряжения за фазой тока и повышают коэффициент мощности почти до 1. Стабильный выходной ток поступает в блок 4.
Блок 4 осуществляет инверсию управляющего напряжения и регулирование мощности. IC2 генерирует сигнал высокочастотных колебаний и выводит его с 4-го разъема. Выходной сигнал, связанный при помощи С8, изолированный и согласованный при помощи Т2, приводит в действие Q2. 5-й разъем с возможностью ограничения тока через R8 непосредственно связан с Q3 и приводит в действие Q3. Q3, попеременно работая в режиме восходящего полупериода и нисходящего полупериода, преобразует постоянный ток с устойчивым напряжением в переменный ток с напряжением высокой частоты, а частоту инвертирования задает IC2.
При изменении нагрузки на единицу мощности или мощности лампы соответствующим образом меняется ток во всей цепи. R6 представляет собой отбирающее ток сопротивление всего устройства. С одного конца R6 через R7 передается сигнал. дискретизации. С другого конца R6 передается сигнал на 3-й разъем IC3. Часть сигнала, проходящая через точку соединения R7 и С 14, поступает в потенциометр максимально допустимой мощности. Скорректированный потенциометром максимально допустимой мощности сигнал поступает на 1-й разъем IC3. После обработки в IC3 сигнал выводится через 4-й разъем IС2 с целью регулирования выходного значения Q2 и Q3. Тем самым нагрузочная способность схемы меняется в соответствии с изменением нагрузки.
Блок 5 представляет собой схему защиты пускового устройства. Переменный ток высокой частоты через блок 7 блокировочный конденсатор С12 подается на лампу при помощи Q2 и Q3. Постоянный ток высокого напряжения, регулируемый R12, заряжает С11 через нормально замкнутый контакт реле JT. По окончании зарядки С11 разряжается через L5. В этот момент на обмотке между 1-м и 2-м разъемами L5 возникает индуцированная электродвижущая сила, под действием которой на обмотке между 3-м и 4-м разъемами возникает повышенное пусковое напряжение, в результате чего лампа загорается. Когда лампа горит, на концы С и D реле поступает ток, якорь реле JT находится в притянутом состоянии, а защитная схема пускового устройства замкнута. Если лампа работает неустойчиво или происходит отказ вследствие износа, реле JT остается закрытым, а на С11 не подается пусковое напряжение, за счет чего процесс разрядки не происходит, а на L5 не поступает наведенное напряжение, поэтому лампу нельзя зажечь, и схема защищена.
С учетом колебаний мощности и особенностей различных ламп в IC3 предусмотрена группа вибрационных переключающих сигналов. После поступления таких сигналов через 1-й и 2-й разъемы IC3 в однооперационный триодный тиристор он генерирует серию импульсов, которая последовательно приводит в действие лампу. В случае утечки тока по поверхности лампового патрона, разрушения лампового цоколя, растрескивания стеклянной оболочки или любого отказа С9 передаст сигнал обратно на IC3, которая прекратит генерирование серии импульсов и тем самым обеспечит защиту цепи. После устранения неисправности IC3 снова начнет действовать.
Диапазон входных рабочих напряжений составляет от 150 до 250 вольт, диапазон рабочих частот - от 50 до 60 герц, а диапазон рабочей мощности - от 150 до 2000 ватт.
Настоящее изобретение особо применимо в газоразрядных лампах высокой мощности и отличается высоким коэффициентом мощности, длительным сроком службы и высоким качеством освещения. Электронный регулятор газоразрядной лампы высокой мощности состоит из последовательно соединенных схемы фильтра, выпрямляющей схемы, схемы переключения коэффициента мощности, схемы инверсии управляющего напряжения и регулирования мощности, схемы защиты стартера, выходной согласующей схемы и вспомогательной схемы питания. За счет применения в схеме фильтра многоуровневого фильтра помех общего вида, помех при дифференциальном включении она полностью отвечает стандарту электромагнитной совместимости и способна снижать помехи цепи нагрузки источника питания, воздействующие на регулятор. В настоящем изобретении применяются три интегральные схемы, что повышает степень интеграции, уменьшает число деталей, упрощает схемы и снижает стоимость; вспомогательная схема подачи питания, которая подает питание на интегральные схемы, приводится в действие после прохождения тока питания через трансформатор и электровакуумный стабилитрон, за счет чего обеспечивается высокая стабильность и надежность. За счет интегрированной схемы IC2, приводящей в действие полевой транзистор Q3, управляющая схема отличается простотой, низким уровнем искажений. Описанный регулятор способен работать при токе постоянной величины, постоянном напряжении, постоянной мощности и стабильно работать в условиях короткого замыкания, обрыва в схеме и ненормальных условиях. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Огнетушитель | 0 |
|
SU91A1 |
US 6504313 B1, 07.01.2003 | |||
US 6300728 B1, 09.10.2001 | |||
ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ С ИМПУЛЬСНЫМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ | 1997 |
|
RU2202145C2 |
Авторы
Даты
2008-11-20—Публикация
2004-04-14—Подача