Электронный стартер для зажигания люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева Советский патент 1993 года по МПК H05B41/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам зажигания трубчатых люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева, питаемых от сетей переменного тока частотой 50 - 60 Гц или 400 Гц и напряжением 115 - 127 В или 220 - 240 В через балластные устройства индуктивного или индуктивно-емкостного типов, которые обеспечивают зажигание люминесцентных ламп всех видов и номиналов по мощности в том числе и при пониженных температурах окружающей среды.

Цель изобретения - повышение надежности зажигания люминесцентной лампы.

На чертеже представлена полная электрическая схема электронного стартера для люминесцентной лампы с электродами предварительного подогрева, питаемой от сети переменного тока через балластное устройство индуктивного или индуктивно-емкостного типа.

На чертеже цифрами 1 и 2 обозначены зажимы, подключаемые к сети переменного

тока, к которым присоединены балластный дроссель 3 и люминесцентная лампа 4с электродами 5 и 6 предварительного подогрева и контактами 7 и 8, посредством которых к лампе подключен электронный стартер (все остальные элементы схемы). Электронный стартер содержит первый мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов 9-12 лавинного типа (например, меза-диффузионные кремниевые диоды КД206 В) и разделительный трансформатор 13 с первичной обмоткой 14 и вторично обмоткой 15, причем мостовой выпрямитель подключен к контакту 8 через обмотку 14. В диагональ моста включен коммутирующий транзистор 16, соединенный последовательно с низкоомным резистором 17. Устройство управления силовым транзистором состоит из четырех функциональных блоков, соединенных по кольцевой схеме, которые ограничены на чертеже пунктирными прямоугольниками: блоки 18, 19, 20 и 21.

Блок 18 состоит из последовательно соединенных резистора 22, стабилитрона 23 и

00

о ел

СП

ел

конденсатора 24, образующих чувствительную к напряжению на лампе цепь, и последовательно соединенных динистора 25, резисторов 26, 27, 28 с конденсатором 29, шунтирующим резистор 27, которые образуют базовую цепь транзистора 16, первая цепь подключена между эмиттером и коллектором транзистора 1.6, вторая - между эмиттером транзистора 16, общей точкой стабилитрона 23 и конденсатора 24 и под- ключё на к базе транзистора 16.

Блок 19 состоит из четырех диодов 30, 31, 32, 33, соединенных по мостовой схеме, и трансформатора 13 (на чертеже вынесен из блока 19), вторичная обмотка 15 трансформатора 13 включена в одну диагональ выпрямительного моста контактами 44 и 45, а вторая диагональ моста подключена к эмиттеру транзистора 16 и конденсатору 24. Второй выход блока 19 подключен к схеме удвоения напряжения блока 20 через диод 34 и конденсатор 35.

Блок 20 со схемой удвоения напряжения, состоящей из диодов 34 и 36 и конденсаторов 35 и 37, содержит также однопереходный транзистор 38, резисторы 39,40 и 17 и конденсатор 41, причем конденсатор 35 подключен к общей точке диодов 34 и 36, диод 36 соединен катодом с резистором 39, конденсатором 37 и однопере- ходным транзистором 38, конденсатор 37 подсоединен к эмиттеру транзистора 16, к низкоомному резистору 17 и конденсатору 41, который другой обкладкой подключен к эмиттеру транзистора 38 и резистору 39, а транзистор 38 второй базой подключен к резистору 40 и оба резистора 17 и 40 соединены с диодами 9 и 10 первого мостового выпрямителя.

Блок 21 состоит из резистора 42 и тири- стора 43, подключенного анодом к общей точке элементов 26, 2J, и 29 в блоке 18 и катодом - к общей точке элементов 16, 28, 31, 33, 37 и 41, а управляющий электрод тиристора 43 через резистор 42 подключен к общей точке элементов 38 и 40.

Стартер вместе с лампой и балластным дросселем функционируют следующим образом.

При приложении сетевого напряжения между зажимами 1 и 2 это напряжение через дроссель 3 электроды 5 и 6 лампы 4, первичную обмотку 14 трансформатора 13, диоды 9, 10, 11 и 12 и резистор 17 прикладывается между коллектором и эмиттером закрытого транзистора 16, а также - к цепочке из элементов 22; 23 и 24, через которую начинает протекать ток, заряжающий конденсатор 24. При зарядке конденсатора 24 до напряжения срабатывания динистора

25 происходит пробой динистора и ток от конденсатора 24 через динистор 25 и резисторы 26 и 27 поступает в базу транзистора 16; транзистор 16 открывается, закорачива5 ет диагональ первого моста (диоды 9,10,11, 12), и через дроссель 3, электроды 5 и 6, обмотку 14, диоды мостового выпрямителя 9, 10,11 и 12, резистор 17 и транзистор 16 начинает протекать ток, под действием которого нагреваются электроды 5 и 6 и на обмотке 15 образуется переменное напряжение, поступающее на второй мост из диодов 30, 31, 32 и 33.

На второй диагонали второго моста об5 разуется выпрямленное напряжение, и ток от этого моста заряжает конденсатор 24, благодаря чему обеспечивается длительное удержание транзистора 16 в открытом состоянии. Одновременно под действием

0 напряжений, снимаемых с этого моста через диод 34 и конденсатор 35 посредством диода 36, на конденсаторе 37 образуется удвоенное (по отношению к конденсатору 24) напряжение, обеспечивающее протекание

5 рабочего тока через элементы 38, 40 и 17 и зарядку конденсатора 41 через резистор 39 за время, например 2 с, достаточное для полного прогрева электродов 5 и 6. При этом через резистор 17 протекает пульсирующий

0 выпрямленный ток прогрева электродов и сравнительно малый ток транзистора 38, а конденсатор 41 плавно заряжается и к эмиттеру элемента 38 прикладывается сумма на- пряжений на конденсаторе 41 и

5 пульсирующего напряжения на резисторе 17. В момент, когда сумма этих напряжений впервые достигнет напряжения срабатывания элемента 38, а этот момент соответствует моменту максимального значения силы

0 тока в цепи подогрева электродов и в дросселе 3, срабатывает однопереходный транзистор 38 и на управляющий электрод тиристора 43 в блоке 21 подается импульс напряжения, открывающий тиристор, кото5 рый шунтирует цепь базового тока транзистора 16; транзистор 16 закрывается, конденсатор 24 разряжается через элементы 25,26 и 43, ток через обмотку 14 прекращается, напряжение на обмотке 15 исчезает

0 и прекращается зарядка конденсатора 24 через мостовой выпрямитель (30,31,32,33), Конденсатор 29 в базовой цепи транзистора 16 обеспечивает формирование импульса отрицательной полярности на базе

5 транзистора в момент срабатывания тиристора 43.

Прекращение протекания тока по цепи подогрева электродов 5 и 6 вызывает генерацию импульса повышенного напряжения на дросселе 3, этот импульс прикладывается

к лампе 4 и через обмотку 14 и диоды 9, 10, 11, 12 к транзистору 16 и к цепочке из элементов 22, 23, 24,

Дальнейшее функционирование устройства может протекать четырьмя различными способами.

Под действием импульса повышенного напряжения, имеющего крутой передний фронт, произойдет пробой разрядного промежутка лампы 4 и через нее при прогретых электродах пройдет ток длительностью примерно 1/4 периода сетевого напряжения, приложится обратное напряжение к лампе и она войдет в режим нормальной работы. При этом напряжение на лампе будет меньше, чем пороговое напряжение на стабилитроне, ток по цепи из элементов 22, 23, 24 не станет протекать, конденсатор 24 разрядится и стартер вернется в исходное состояние, ожидая в обесточенном состоянии повторного включения лампы после ее выключения или ожидая погасания лампы по каким-либо другим причинам.

Лампа под действием импульса повышенного напряжения не зажглась, тогда на- пряжение на дросселе 3 повысится до напряжения лавинного пробоя одного из диодов в первом мосте из элементов 9, 10, 11, 12, которое, например для диодов 2Д 206В составляет 600 В, на лампе и на транзисторе 16 сформируется импульс повышенного напряжения с плоской вершиной амплитудой 600 В, через диоды 9, 10, 11, 12 начнет протекать ток дросселя, который за время порядка миллисекунды прекратится, при этом по цепи из элементов 22, 23, 24 также пройдет импульс тока, который не сможет зарядить конденсатор 24, так как в это время открыт тиристор 43. После окончания импульса к электронному стартеру прикладывается сетевое напряжение от контактов 7 и 8 и цикл работы стартера повторяется.

Лампа зажглась, работает устойчиво, но в связи с некоторой дезактивацией катодов имеет повышенное мгновенное значение напряжения перезажигания, и в моменты изменения направления тока через лампу на ней образуются очень короткие всплески напряжения. В этом случае через элементы 22 и 23 протекают короткие импульсы тока, заряжающие конденсатор 24, однако срабатывания динистора 25 не происходит, так как заряд с конденсатора 24 стекает через диоды 34, 36, транзистор 38 и резисторы 40 и 17.

Лампа зажглась, но в связи с сильной дезактивацией одного из электродов перешла в выпрямительный режим, опасный для

эксплуатации дросселя 3, или напряжение на ней очень сильно возросло из-за дезактивации обоих катодов и она горит на переменном токе с повышенным напряжением, 5 свидетельствующим о необходимости замены лампы. В этом случае через элементы 22, 23 и 24 начинает протекать ток такой силы, при котором стартер срабатывает обычным образом, шунтирует лампу, гасит ее и про0 гревает ее электроды в течение-2 с, а затем зажигает лампу вновь. Периодическое включение и выключение лампы стартером указывает на необходимость ее замены; стартер в этом случае заменять не следует.

5 Благодаря стартеру исключается возможность работы лампы в длительном опасном для дросселя выпрямительном режиме.

Стартер характеризуется следующими положительными качествами.

0 В случае перегорания одного из катодов лампы или обрыва цепи подогрева катодов стартер отключается от цепи питания и пус- корегулирующий аппарат с лампой перестают функционировать.

5 В случае возникновения искрений между штырьками лампы и контактами лампо- держателей, а также при появлении в сети импульсных помех повышенного напряжения не происходит повреждения элементов

0 стартера, который по входу защищен лавинными диодами.

Особенность построения электрической схемы стартера и последовательность срабатывания его цепей обеспечивают не5 критичность выбора параметров элементов, возможен широкий разброс допусков на номиналы используемых электроэлементов.

Стартеры нормально функционируют как с люминесцентными лампами, имеющи0 ми катоды низкого сопротивления (напряжение питания при разогреве-до 6,5 В), так и с люминесцентными лампами, имеющими катоды высокого сопротивления (напряжение питания при разогреве - до 11 В).

5

Амплитуда генерируемых на лампе одиночных импульсов повышенного напряжения во время зажигания лампы ограничена, не превышает напряжения лавинного про0 боя диодов стартера в первом мосте и в случае выбора диодов с более высоким напряжением лавинного пробоя обеспечивается зажигание ламп при пониженных температурах окружающей среды.

5 Момент генерации одиночного зажигающего импульса по времени совпадает с амплитудным значением тока в балластном дросселе, благодаря чему достигается высокая вероятность зажигания лампы с первой попытки.

В случае незажигания лампы с первой попытки зажигание повторяется с периодом несколько секунд.

Постоянное потребление тока стартером при исправно горящей лампе очень мало и определяется током утечки стабилитрона в стартере при напряжениях, меньших, чем его опорное напряжение.

Стартер по указанной схеме при изменениях номиналов некоторых элементов может эксплуатироваться в сетях переменного тока частотой 50 - 60 и 400 Гц; в зависимости от типа и количества зажигаемых ламп также должны изменяться некоторые элементы электрической схемы стартера.

В стартере используется разделительный трансформатор малой мощности ( 0,5 Вт) с первичным и вторичным напряжением порядка 5 В, который характеризуется меньшей трудоемкостью изготовления по сравнению с трансформатором в прототипе на первичное напряжение 220 В,

Стартер может быть использован для зажигания-сразу двух последовательно соединенных ламп, например, мощностью 15 или 20 Вт; в этом случае разделительный трансформатор стартера должен иметь большую мощность и дополнительную обмотку для прогрева катодов двух соедйиен- йых последовательно ламп.

Использование стартера позволит расширить области применения люминесцент- ных ламп с электромагнитными ПРА, например, позволит применять их на транспортных средствах и в световой сигнализа- ции, где должно гарантироваться 100000 и более включений, v

Стартер генерирует одиночные импульсы с малым процентом высших гармонических составляющих, и поэтому является значительно более слабым источником электромагнитных помех по сети и по полю, чем стартер тлеющего разряда.

Для монтажа стартера в аппаратуре не требуется применять стартерную колодку, так как все его детали работают в облегченных режимах и стартеры не нуждаются в замене.

При необходимости имеется возможность легко изменять время прогрева като- дов лампы посредством изменения номинала резистора в эмиттерной цепи од- нопереходного транзистора.

Большинство электроэлементов стартера работает с малой рассеиваемой мощно- стью в течение ограниченного времени, поэтому в перспективе имеется возможность изготовить гибридную схему с использованием бескорпусных полупроводниковых элементов и резисторов малой мощности, к

которой подключается несколько навесных электроэлементов.

Формула изобретения Электронный стартер для зажигания люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева, содержащий мостовой выпрямитель, биполярный транзистор, подключенный в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя, блок управления биполярным транзистором, включающий первый и второй резисторы, два последовательно соединенных диода, третий резистор, включенный между базой и эмиттером биполярного транзистора, и последовательно соединенные четвертый резистор и конденсатор, а также выводы для подключения к накальным электродам люминесцентной лампы, один из которых соединен с первым выводом диагонали переменного тока мостового выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности зажигания люминесцентной лампы, дополнительно в блок управления биполярным транзистором введены разделительный трансформатор тока, стабилитрон, динистор, однопереход- ный транзистор, тиристор, четыре конденсатора, четыре резистора и мостовой выпрямитель, при этом положительный вывод диагонали дополнительного мостового выпрямителя подключен к аноду первого диода, через последовательно соединенные динистор и первый и второй резисторы - к базе биполярного транзистора, через последовательно соединенные стабилитрон и пятый резистор - к коллектору биполярного транзистора, а через второй конденсатор - к эмиттеру биполярного транзистора, отрицательный вывод диагонали дополнительного выпрямительного моста подключен к эмиттеру биполярного транзистора, к катоду тиристора, к объединенным выводам четвертого резистора и первого и третьего конденсаторов, анод тиристора соединен с объединенными выводами первого и второго резисторов и четвертого конденсатора, второй вывод которого подключен к базе биполярного транзистора, управляющий электрод тиристора через седьмой резистор подключен к первой базе однопереходного транзистора и к восьмому резистору, второй вывод которого соединен с отрицательным выводом диагонали основного выпрямительного моста и вторым выводом четвертого резистора, катод второго диода подключен к второму выводу первого конденсатора, второй базе однопереходного транзистора и первому выводу шестого резистора, второй вывод которого соединен с

вторым выводом третьего конденсатора и эмиттером однопереходного транзистора, катод первого диода через пятый конденсатор подключен к одному из выводов диагонали переменного тока дополнительного выпрямительного моста, соединенного диагональю переменного тока с вторичной обмоткой разделительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена между вторым выводом диагонали переменного тока основного выпрямительного моста и вторым выводом для подключения накального электрода люминесцентной лампы.

Сущность изобретения:, электронный стартер содержит два выпрямителя, разделительный трансформатор, коммутирующий транзистор и устройство управления силовым транзистором, состоящее из четырех функциональных блоков, соединенных по кольцевой схеме. 1 ил.