Тиристорное переключающее устройство для ламп иллюминации Советский патент 1992 года по МПК H05B39/04 

VI

сл

00

VI

0

Использование: в схемах управления яркостью гирлянд и рекламных панно, выполненных на лампах накаливания. Сущность изобретения: в тиристорное переключающее устройство, содержащее генератор 1 импульсов, счетчик 2, программируемое постоянное запоминающее устройство 3, многоканальный блок согласующих устройств 5, первую группу тиристоров 7 и фор- мирователь 13 коротких импульсов, введены вторая 8, третья 9 и четвертая 10 группы тиристоров и блок 4 ключей, формирователь 13 коротких импульсов входом соединен с выводами для подключения к питающей сети, выходом - с информационным входом блока 4 ключей и выполнен в виде преобразователя синусоидального напряжения в последовательность коротких импульсов, формируемых по истечении заСП С

5

данной выдержки времени после каждого прохождения синусоидальным напряжением нулевого значения, постоянное запоминающее устройство 3 имеет дополнительно вторую, третью и четвертую группы выходов, соединенных с двоичными управляющими входами

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления яркостью свэчения ламп гирлянд или рекламных панно из ламп накаливания.

Известно тиристорное переключающее устройство для ламп иллюминации, далее устройство, содержащее два вывода для подключения к питающей сети, первую группу выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, генератор им- пульсов, первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации и много- ччальный блок согласующих устройств с пе; -6й группой каналов, число которых в первой группе каналов равно числу тиристоров в первой группе тиристоров, катоды тиристоров первой группы тиристоров обьединены, аноды этих тиристоров соеди- нены каждый с одним выводом из первой группы выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, а управляющий электрод каждого тиристора соединен с выходом соответствующего канала первой группы каналов блока согласующих устройств.

Однако известный переключатель обг дает ограниченным числом комбинации коммутирования ламп накаливания и поЗво- ляет осуществлять в автоматическом режиме многократные повторения только одной программы, при этом число управляюац/ix тиристоров равно.числу коммутируемых ламп и равно числу каналов согласующих устройств. Следовательно, с увеличением числа ламп у известного устройства происходит пропорциональное снижение надежности, удорожание и усложнение переключателя. Дополнительно из-за про- извольного момента включения тиристоров известный переключатель является источником радиопомех по сети. Использование в переключателе только положительной полуволны питающей сети создает пульси-

блока 4 ключей, соответствующий выход которого соединен с входом канала блока 5 согласующих устройств, что позволяет упростить устройство при числе ламп иллюминации, превышающем 16, повысить надежность и снизить уровень помех. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

рующую нагрузку за период и позволяет использовать лампу накаливания на номинальную мощность.

Известно другое переключающее устройство, взятое в качестве прототипа, содержащее два вывода для подключения к питающей сети, первую группу выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, генератор импульсов, формирова- тель коротких импульсов, счетчик, постоянное запоминающее устройство с первой группой выходов, число которых равно чис..у выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, генератор импульсов, формирователь коротких импульсов, счетчик, постоянное запоминающее устройство с первой группой выходов, число которых равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, и многоканальный блок согласующих устройств с первой группой каналов, число которых в первой группе каналов равно числу тиристоров в первой группе тиристоров, причем выход генератора импульсов подключен к входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам постоянного запоминающего устройства, катоды тиристоров первой группы тиристоров соединены с первым выводом для подключения к питающей сети, аноды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из первой группы выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, а управляющий электрод каждого тиристора соединен с выходом соответствующего канала первой группы каналов блока согласующих устройств.

Однако в известном устройстве надежность и сложность его, т.е. количество тиристоров, согласующих устройств и разрядность слова, хранимая е постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) находятся в линейной зависимости от числа К коммутируемых ламп.

В прототипе количество коммутируемых ламп К равно К тиристоров, К согласующим устройствам и К разрядам слова, хранимого в ПЗУ. При этом, чтобы обеспечить различные сйетовые эффекты благодаря коммутации всех К ламп, возрастает емкость ПЗУ и разрядность счетчика адреса. Следовательно, с увеличением числа К возрастает сложность устройства за счет увеличения количества элементов и связей между ними. При этом надежность прототипа снижается обратно пропорционально количеству К коммутируемых ламп.

Дополнительно прототип является источником радиопомех и помех по сети благодаря включению тиристоров в произвольные моменты времени в течение полупериода питающей сети. Мощность помех зависит ит величины коммутируемого тока тиристором. Поэтому при постоянной нагрузке в прототипе при включении тиристора в момент амплитудного значения напряжения сети мощность радиопомех бу- дет максимальной, а включение его в районе перехода напряжения через нуль мощность помехи будет минимальной. Использование в переключателе только положительной полуволны питающего напряжения создает пульсирующий ток в сети, что является дополнительным источником помех. Кроме того, использование только положительной полуволны влечет неэффективное использование лампы накаливания - только наполо- вину номинальной мощности. Прототип также не позволяет получать световые эффекты с использованием изменения уровня яркости лампы накаливания, так как обеспечивает только два состояния каждой лампы: включенное и выключенное.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков при количестве ламп иллюминации больше шестнадцати, т.е. упрощение устройства путем сокраще- ния количества тиристоров, согласующих устройств, разрядов счетчика и разрядов слов ПЗУ или замена линейной зависимости количества коммутируемых ламп от количества тиристоров на параболиче- скую, повышение надежности устройства и уменьшения до минимального значения излучаемых радиопомех и помех по сети, использование ламп при номинальной мощности, а также получение световых эффектов с использование трехуровневого изменения яркости.

Для достижения поставленной цели в устройство введены вторая группа тиристоров с числом тиристоров, равным числу тиристоров в первой группе тиристоров, вторая группа выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, третья и четвертая группы тиристоров с числом тиристоров о каждой группе, равным числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, и олок ключей, имеющий один инфор мационный вход, группу двоичных управляющих входов ключей и группу выходов, подключающихся каждый через соответствующий ключ к информационному входу блока ключей при заданном значении двоичного сигнала на двоичном управляющем входе этого ключа, блок согласующих устройств дополнительно снабжен второй группой каналов, число которых равно числу каналов в первой группе каналов, и третьей и четвертой группами каналов, число которых в каждой группе равно числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, а формирователь коротких импульсов своим входом соединен с выводами для подключения к питающей сети, а выходом - с информационным входом блока ключей, и выполнен в виде преобразователя синусоидального напряжения в последовательность коротких импульсов, формируемых по истечении заданной выдержки времени после каждого прохождения синусоидальным напряжением нулевого значения, причем катоды тиристорсз второй группы тиристоров соединены с вторым выводом для подключения к питающей сети, аноды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из первой группы выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров третьей группы тиристоров соединены с первым выводом для подключения питающей сети, катоды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из вто- ргй группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров четвертой группы тиристоров соединены с вторым выьодом для подключения к питающей сети, катоды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из второй группы выводов для подключения п-.орых выводов ламп иллюминации, а управляющие электроды тиристоров второй, третьей и четвертой групп тиристоров соединены с выходами второй, третьей и четвертой групп каналов б.юка согласующих устройств соответственно, при этом выходы

программируемого постоянного запоминающего устройства соединены с двоичными управляющими входами ключей блока ключей, выходы которого соединены с входами каналов блока согласующих устройств.

В каждом канале блока согласующих устройств между входом и выходом канала включены последовательно соединенные усилитель мощности, элемент гальванической развязки и диод.

Совокупность всех вышеперечисленных признаков позволяет достичь поставленной цели.

Упрощение схемы переключателя достигается путем включения К ламп иллюминации по схеме матрицы, состоящий из У столбцов и М строк ( х М), при этом количество управляющих тиристоров согласующих устройств сокращается с К до 2(У+М), а разрядность слова, хранящего в ПЗУ, сокращается с К до значения У+М. Надежность переключателя повышается благодаря сокращению количества элементов (тиристоры, согласующие устройства и так далее) и связей между ними.

Снижение уровня радиопомех и помех в сеть до минимального значения получается путем включения тиристоров при малых токах, то есть в интервале времени, почти совпадающим с моментом перехода напряжения сети через нуль.

Снижение дополнительных помех от пульсирующих токов за период и эффективное использование ламп накаливания достигается коммутацией через нее токов обоих полупериодов напряжения сети.

Получение новых световых, эффектов с использованием трехуровневого изменения яркости ламп накаливания достигается путем пропускания через лампу тока, либо обоих полупериодов сети, либо одного из них. При этом разрядность слова в ПЗУ сокращается только до значения 2(У+М).

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - графические зависимости количества тиристоров, согласующих устройств и разрядности слова ПЗУ от количества К коммутируемых ламп при условии равенства количества столбцов У и строк М в матрице ламп накаливания. При этом прямая 1 отражает зависимость для прототипа, кривые 2, 3 для заявляемого переключателя, причем зависимость 3 показывает только изменение разрядности слова Т, хранящего в ПЗУ при условии .

Устройство содержит генератор импульсов 1, двоичный счетчик N разрядный, ПЗУ. хранящее 2N 2(У+М) разрядных слов,

блок ключей 4, состоящий из 2(У+М) ключей, первые входы которых объединены и являются информационным входом блока ключей 4. группа выходов которого через

соответствующий ключ подключается к информационному входу блока ключей 4 в зависимости от двоичного сигнала на управляющем двоичном входе соответствующего ключа, образующих группу управля0 ющих входов блока ключей 4, блок согласующих устройств 5, состоящий из 2(У+М) согласующих устройств, каждое из . которых содержит последовательно подключенный эмиттерный повторитель, им5 пульсный трансформатор и диод, матрицу 6 ламп иллюминации, состоящую из У столбцов и М строк, содержащую в каждом узле по одной лампе накаливания, подключенную одним выводом к столбцу, а другим к

0 строке , Ъбщее количество ламп в матрице 6 равно х М, первую 7 и вторую 8 группу по У тиристоров, третью 9 и четвертую 10 группу по М тиристоров, клеммы 11, 12 для подключения к сети переменного тока, фор5 мирователь 13 короткого импульса через временный интервал г после перехода синусоидального напряжения сети через нуль, причем выход генератора подключен к тактовому входу счетчика 2, выходы N разрядов

0 которого соединены соответственно с адресными входами ПЗУ 3, группа информационных выходов которого-подключена к группе двоичных управляющих входов блока ключей 4, группа выходов которого под5 ключена соответственно к группе входов блока согласующих устройств 5, группа из 2(У+М) выходов которого подключена соответственно к управляющим входам первой 7, второй 8, третьей 9 и четвертой 10 групп

0 тиристоров, аноды первой 7 и второй 8 групп объединены попарно и подключены соответственно к столбцам матрицы 6, к М строкам которой подключены соответственно объединенные попарно катоды третьей 9

5 и четвертой 10 групп тиристоров, У катодов первой группы 7 тиристоров и М анодов третьей группы 9 тиристоров объединены и подключены к первой 7 клемме для подключения к сети, к второй 12 клемме для под0 ключения к сети подключены объединенные У катодов второй группы 8 тиристоров и М анодов четвертой 10 группы тиристоров, вход устройства последовательно через формирователь 13 импульса подключен к

5 информационному входу блока ключей 4.

Устройство работает следующим образом.

Программа переключения К ламп накаливания матрицы 6 записана последова- тельно по адресам ПЗУ 3 в виде 2(У+М)

разрядного слова по каждому адресу. Емкость ПЗУ равна емкости 2 счетчика 2. Последовательный перебор программы световых эффектов осуществляется путем последовательного переключения счетчика 2 под действием тактовых импульсов с генератора 1. С выхода трансформатора питания часть синусоидального напряжения сети поступает на вход формирователя 13, с выхода которого импульсы через время т после перехода синусоидального напряжения через нуль поступают на информаци- онный вход блока ключей А. Время задержки импульсов г должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить включение тиристоров при малых токах с целью снижения уровня радиопомех, но одновременно быть больше максимального времени выключения тиристоров.

Короткие импульсы с информационного входа блока ключей 4 поступают только на те выходы блока ключей 4, на соответствующие управляющие двоичные входы которого из группы входов поступает единичный потенциал с соответствующего выхода ПЗУ 3. С группы выходов блока ключей 4 короткие импульсы через блок согласующих устройств 5 поступают на управляющие электроды тех тиристоров, которые определены единичным кодом в каждом разряде слова ПЗУ 3. Эти тиристоры включаются в соответствующую полуволну синусоидального напряжения сети, поступающего с первой 11 и второй 12 клемм для подключения сети на катоды первой 7 и второй 8 групп тиристоров и на аноды третьей 9 и четвертой 10 групп тиристоров. Для включения любой лампы матрицы 6 на полный накал необходимо с выхода блока согласующих устройств 5 подавать короткие импульсы на управляющие электроды только тех тирист- ров первой 7, второй 8, третьей 9 и четвертой 10 группы тиристоров, которые подключены к тому же столбцу и строке матрицы, что и лампа. Например, для включения лампы HL1 импульсы необходимо подавать на тиристоры VS1-VS4.

Для включения любой лампы матрицы б в полнакала управляющие импульсы необходимо подавать на два тиристора из четырех, подключенных к той же строке и столбцу матрицы, что и лампа, причем только на те тиристоры, которые соединены с разными клеммами для подключения устройства к сети разноименными выводами. Например, для включения в полнакала лампы HL1 управляющие импульсы необходимо подавать либо на тиристоры VS1, VS4, либо на тиристоры VS2. VS3.

В том случае, когда требуется только двухступенчатое управление яркостью (включено, выключено), разрядности слова. записываемого в ПЗУ 3 и количество ключей в блоке ключей 4 можно сократить в два раза до У-iM. При этом короткие импульсы на управляющие электроды каждой пяры ти- рисгоров первой 7, второй 8 и третьей 9, четвертой 10 групп тиристоров подаются с

0 раздвоенного выхода отдельного ключа блока ключей А через два согласующих устройства блока согласующих устройств 5.

Данное изобретение при количестве К коммутируемых ламп гирлянд больше шест5 надцати позволяет существенно сократить количество согласующих устройств, тиристоров и упростить ПЗУ за смет сущестзонного сокращения разрядности слов, хранимых в нем. Как следствие упрощения

0 переключателя повышается его надежность. Причем чем больше число К, тем выразительнее эффект по сравнению с прототипом как в техническом смысле, так и в экономическом за счет сокращения ко5 личества комплектующих и конструктивного упрощения переключателя в целом. Например, для построения световых табло 8 х 8 (У х М) К равно 64 для прототипа необходимо использовать для ПЗУ восемь штук микро0 схем 556РТ5 (8 х разряда), тогда как заявляемого переключателя только две (8 х разрядов) при двухступенчатом управлении яркостью и четыре (8 х разряда) при трехступенчатом управлении.

5 Заявляемый переключатель благодаря включениютиристоровтолько на начальном участке синусоидального напряжения при мгновенном значении напряжения не более 10В (например, для сети 220 В) и тиристоре

0 2У202Н (время выключения тоыкп не более 150 мкс) обеспечивает минимальный уровень радиопомех и помех по сети,

Кроме того, данное техническое решение расширяет функциональные возможно5 сти устройства с виде получения новых световых эффектов путем трехступенчатого изменения уровня яркости каждой лампы по любой программе.

Формула изобретения

0 1. Тиристориое переключающее устройство для ламп иллюминации, содержащее два вывода для подключения к питающей сети, первую группу ьыводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, ге5 нератор импульсов, формирователь коротких импульсов, , постоянное запоминающее устройство с первой группой выходов, число которых равно числу выводов о первой группе выводов для подключения первых выводов ламп илл юминации. первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, гоканальный блок согласующих устройств с первой группой каналов, число которых в. первой группе каналов равно числутиристоров в первой группе тиристоров, причем выход генератора импульсов подключен к входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам постоянного запоминающего устройства, катоды тиристоров первой группы тиристоров соединены с первым выводом для подключения к питающей сети, аноды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из первой группы выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, а управляющий электрод каждого тиристора соединен с выходом соответствующего канала первой группы каналов блока согласующих устройств, о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства при числе ламп иллюминации, превышающем 16, повышения надежности и снижения уровня излучаемых радиопомех и помех по питающей сети, в устройство введены вторая группа тиристоров с числом тиристоров, равным числу тиристоров е первой группе тиристоров, вторая группа выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, третья и четвертая группы тиристоров с числом тиристоров в каждой группе, равным числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, и блок ключей, имеющий один информационный вход, группу двоичных управляющих входов ключей и группу выходов, подключающихся каждый через соответствующий ключ к информационному входу блока ключей при заданном значении двоичного сигнала на двоичном управляющем входе этого ключа, блок согласующих устройств дополнительно снабжен второй группой каналов, число которых равно числу каналов в первой группе каналов, и третьей и четвертой группами каналов, число которых в каждой группе равно числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, а формирователь коротких импульсов своим входом соединен с выводами для подключения к питающей сети, выходом - с информационным входом блока ключей и выполнен в виде преобразователя синусоидального напряжения а последовательность коротких импульсов, формируемых по истечении заданной выдержки времени после каждого прохождения синусоидальным напряжением нулевого значения, причем катоды тиристоров второй группы тиристоров соединен с вторым выводом для подключения к питающей сети, аноды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из первой

группы выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров третьей группы тиристоров соединены с первым выводом для подключения питающей сети, катоды этих тиристоров со0 единены каждый с одним выводом из второй группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров четвертой группы тиристоров соединены с вторым выводом для подклю5 чения к питающей сети, катоды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из второй группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, а управляющие электроды тиристоров второй,

0 третьей и четвертой групп тиристоров соединены с выходами второй, третьей и четвертой, групп каналов блока согласующих устройств соответственно, при этом выходы постоянного запоминающего устройства

5 соединены с двоичными управляющими входами ключей блока ключей, выходы которого соединены с входами каналов блока согласующих устройств.

5 каналов блока согласующих устройств.

подключения первых выводов ламп иллюминации, третью и четвертую группы выходов, число выходов в каждой из которых равно числу вы водов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, число ключей и соответственно число двоичных управляющих входов ключей и число выходов блока ключей равно удвоенному суммарному числу выводов в первой и второй группах выводов для подключения соответствующих выводов ламп иллюминации, при этом каждый выход первой, второй, третьей и четвертой групп выV,

-f

н1111-

ю го io чо so ff# 7о ъо Зй fffo

Фиг. 2.

0

ходов постоянного запоминающего устройства соединен с соответствующим двоичным управляющим входом ключа блока ключей, соответствующий выход которого соединен с одним входом первой, второй, третьей и четвертой групп каналов блока согласующих устройств соответственно.

I прототип

$(У+М)

3 У

-f