Устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления Советский патент 1993 года по МПК H05B41/23 

Предлагаемое изобретение относит; 6я к электротехнике, в частности к устройствам для зажигания газоразрядных ламп высокого давления (ГЛВД) с парами металлов, например, короткодуговых металлога- логенных ламп (МГЛ), питаемых от источников постоянного тока и применяемых в фарах переднего света автомобилей, в бортовых световых приборах и си гнал ьн ых огнях транспортных средств или летательных аппаратов.ь

Цель изобретения - упрощение электрической схемы устройства.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блочно-функци- ональная электрическая схема устройства питания и зажигания лампы; на фиг. 2 и 3 - примеры конкретного выполнения и реализации предлагаемого устройства зажигания.

На фиг. 1 представлена блочно-функци- ональная электрическая схема питания и зажигания лампы, где устройство зажигания 1 короткодуговой МГЛ высокого давления 2 без

предварительного прогрева электродов подключено к источнику вторичного элект- .ропитания 3, имеющему стабилизированный выходной ток, либо подающую .вольтамперную характеристику, который питается от сети постоянного тока низкого напряжения или от аккумуляторной батареи 4. Устройство зажигания 1 собрано, например, по схеме блокинг-генератора с самовозбуждением и содержит силовой транзистор 5, повышающий автотрансформатор б с первичной обмоткой 7, вторичной обмоткой 8 и обмоткой обратной связи 9, подключенной одним концом к базе транзистора 5 через резистор 10, а другим концом к катоду Диода 11, параллельно соединенно-. roc конденсатором 12, подключенных к отрицательной шине электропитания 13, диод 14 пусковой цепи катодом подключенный к базе транзистора 5 и анодом к шине электропитания 13, пусковую цепь 15, включенную между положительной шиной электропитания 16 и отрицательной шиной электропитания 13 и подключенную к базе

00

VI го о о

транзистора 5, эмиттер которого подключен к отрицательной шине электропитания 13, цепь защиты 17, которая подключена к коллектору транзистора 5, к средней точке между обмотками 7 и 8 автотрансформатора б и соединена с шинами электропитания 13 и 16, причем-автотраисформатор б одним концом выходной обмртки 8 подключен к первому электроду лампы 2, другой электрод который подсоединен к отрицательной шине 13, а второй конец обмотки 8 соединен с одним концом обмотки 7 и коллектором транзистора 5, а другой конец обмотки 7 автотрансформатора б соединен с положительной шиной электропитания 16.

Устройство зажигания лампы работает следующим образом.

Цепь обратной связи (элементы 9, 10, 11,12,14), обеспечивающая условия автогенерации блокинг-генератора, периодически открывает и закрывает транзистор 5, при этом ток, протекающий через транзистор и первичную обмотку 7 автотрансформатора б вызывает индуцирование импульсов повышенного напряжения на выходе устройства 1, которые зажигают лампу 2.

Пусковая цепь 15 обеспечивает запуск блокинг-генератора после того, как напряжение между шинами 13 и 16 повысится выше напряжения порога включения этой схемы, который должен быть выше рабочего напряжения на лампе. После зажигания лампы напряжение на ней в пусковом режиме уменьшается до 15-20 В, ток пускового режима, примерно на порядок превышающий рабочий ток, приводит к снижению напряжения на выходе источника вторичного электропитания 3 с падающей вольтампер- ной характеристикой и напряжение между шинами эаектропитания 13 и 16 снижается, падая ниже второго порога (порог выключения) пусковой цепи. В этих условиях срывается генерация блокинг-генератора, так как ферромагнитный сердечник автотрансформатора б насыщается большим постоянным током лампы и нарушаются условия обратной связи, а также и потому, что пусковая цепь 15 переходит в режим торможения, прекращая подачу пускового тока на базу транзистора 5 и переключая базу на потенциал шины электропитания 13 или подключая базу к источнику отрицательного смещения (на фиг. не показан). После, разогрева лампы и выхода ее на нормальный режим работы ток через автотрансформатор (обмотки 7 и 8) уменьшается, напряжение на лампе и на выходе источника вторичного электропитания 3 возрастает, но не достигает второго порога переключения пусковой цепи 15 и в связи с этим исключается возможность повторного запуска блокииг-генератора. Если в начальной стадии зажигания лампа горит неустойчиво и электрический разряд на большом токе в

ней не возникает, то устройство зажигания продолжает генерировать импульсы повышенного напряжения, поддерживающие ток в лампе и вызывающие прогрев ее электродов с последующим переходом в режим

устойчивого дугового горения.

Цепь защиты предназначается для ограничения импульсного напряжения на транзисторе 5 и на выходе устройства зажигания 1 при отсутствии лампы или при неисправ5 ной лампе, т.е. в режиме холостого хода, Эта цепь поглощает энергию импульсов зажигания,.если лампа не зажигается, и ограничивает скорость нарастания напряхсения на силовом транзисторе после его закрытия в

0 режиме генерации импульсов.

В зависимости от выбора параметров электроэлементов схемы устройства 1 оно может обеспечивать либо зажигание холодных ламп, либо зажигание холодных ламп и

5 мгновенное перезажигаиие горячих только что выключенных ламп.

При использовании устройства для зажигания только холодных ламп, когда выходное напряжение устройства может

0 находиться, например, в пределах 2-3 кВ, для исключения длительной работы бло- кинг- генератора ( в течение времени пока лампа остывает) и с целью задерх ки повторного включения генератора после погаса5 ния лампы или ее выключения в пусковую цепь 15 может быть введен коммутирующий элемент устройства временной задержки либо термодатчика, контролирующего температуру лампы (на фиг. 2 - контакты 27).

0 Один из возможных вариантов электрической схемы пусковой цепи 15с двумя порогами по напряжению и контактами реле временной задержки 27 представлен на фиг. 2. На этой же фигуре дан один из воз5 можных вариантов электрической схемы цепи защиты 17.

Пусковая цепь 15 может быть собрана с использованием триггера Шмидта. В предложенном на фиг. 2 упрощенном варианте в

0 сосав схемы пусковой цепи входит электромагнитное реле 18с контактами 19, 20 и 21, стабилитроны 22 и 23 для стабилизации напряжения на обмотке реле 18, стабилитрон 24 дня ограничения тока через обмотку реле

5 при низких напряжениях питания и резисторы 25 для установки порога включения блокинг-генератора и 26 для регулировки порога выключения блокинг-генератора, которые через контакты 27устройства аремен- ной задержки подключены к обмотке реле.

Пусковая цепь 15 работает следующим образом: При повышении напряжения на входе пусковой цепи между шинами электропитания 13 и 16 начинает протекать ток через элементы 24,18,27,25, который с увеличением напряжения возр астает и достигает, например, при напряжении 90 В (если рабочее напряжение лампы 65 В) тока срабатывания реле, при этом контакты 20 и 21 размыкаются, контакты 20 и 19 замыкаются и через элементы 24,18, 22, 23, 27, 26, 19, 20 и базу транзистора 5 начинает протекать дополнительный ток, который запускает блокинг-генератор. С этого момента реле 18 удерживается во включенном состоянии токами, протекающими по двум выше названным контурам. После зажигания лампы и снижения напряжения между шинами 13 и 16 до примерно 15-20 В токи в обоих названных контурах снижаются до значения меньшего, чем ток удержания реле 18, его контакты переключаются в исходное положение, база транзистора через контакты 20 и 21 соединяется с минусовой шиной либо со вспомогательной шиной отрицательного смещения, не показанной на фиг. 2, генерация блокинг-генератора прекращается и ток обмотки возбуждения реле 18 скачком уменьшается, переводя его в устойчивое выключенное состояние в связи с раз- рывом тока во втором контуре, образованном цепью из элементов 24, 18, 27, 26, 19, 20 и 5). Для повторного срабатывания пусковой цепи необходимо, чтобы напряжение на ее входе повысилось до порога включения, однако при наличии горящей исправной лампы с рабочим напряжением 65 В такое срабатывание не может произойти.

Контакты 27 реле временной задержки или тепловой защиты исключают возможность запуска блокинг-генератора в течение некоторого времени после выключения лампы, пока ее колба не остыла до требуемой температуры. Однако этих контактов в схеме цепи 15 может и не быть, если например, к выходу устройства 1 параллельно подключено две или больше ламп, из которых всегда будут зажигаться и работать только одна лампа, и всегда будет иметься одна из ламп с холодной колбой, либо, если параметры устройства 1 рассчитаны на зажигание горячей лампы; в последнем случае необходимо предусмотреть принудительный перевод пусковой цепи в выключенное состояние, например, с использованием отдельной кнопки пускового режима горячей лампы, которая после зажигания лампы отключает пусковую цепь от источника питания или

приводит реле 18 в положение, при котором замкнуты контакты 20 и 21.

Цепь защиты 17 (фиг. 2) содержит элементы, ограничивающие скорость нараста- 5 ния напряжения на транзисторе 5 при его закрытии: диод 28, конденсатор 29 и резистор 30, которые удлиняют фронт импульса напряжения до нескольких микросекунд, снижая коммутируемую транзистором мощ0 ность, элементы, поглощающие энергию импульса, генерируемого блокинг-генера- тором в режиме холостого хода устройства зажигания: резисторы 31, 32, диод 33, и конденсатор 34, и элементы, ограничивающие

5 амплитуду импульсов напряжения на транзисторе 5: демпферный диод 35 и диод 36. Приведенная в качестве примера цепь защиты может быть выполнена любым другим образом, причем некоторые из пред0 ставленных на фиг. 2 элементов могут отсутствовать, например диоды 35 и 36.

Рабочий ток лампы, проходя длительное время через обмотки 7 и 8 автотрансформатора 6, нагревает их и это приводит к

5 общему снижению КПД аппаратуры питания и зажигания лампы. С целью уменьшения тока через автотрансформатор во время пускового режима лампы в схеме предложенного устройства зажигания, имеющего

0 рабочий ток и импульсы зажигания одного направления, имеется возможность зашун- тировать обмотки 7 и 8 цепочкой из элементов с малым активным сопротивлением,. например, соединенными последовательно

5 резистором 37 и диодами или диодной сборкой 38, при этом последовательно с обмотками 7 и 8 следует включить соединенные параллельно диод 39 и конденсатор 40. Схема такого блокинг-генератора с шунтирую0 щими элементами 37, 38 и дополнительными элементами 39 и 40, представленная на фиг, 3, работает следующим образом. Во время открытого состояния транзистора 5 на выходном конце

5 обмотки 8 образуется импульс отрицательного напряжения, под действием которого происходит зарядка конденсатора 40 через цепочку из элементов 37, 38. Во время генерирования импульса положительной поляр0 ности на выходном конце обмотки 8 напряжение конденсатора 40 складывается с напряжением обмотки 8 и прикладывается к лампе 2. После пробоя разрядного промежутка лампы от источника вторичного

5 электропитания 3 с фильтрующим конденсатором на выходе протекает импульс тока, ограничиваемый сопротивлением обмоток 7 и 8, с учетом падения напряжения на лампе и на диоде 39, Одновременное этим импульсом тока проходит импульс по цепи, состоящей из элементов 37 и 38, После разрядки фильтрующего конденсатора на выходе источника 3 устанавливается ток пускового режима лампы, который частично проходит через обмотки 7 и 8 и диод 39, а частично - через элементы 37 и 38. благодаря чему уменьшается нагрев обмоток во время пускового режима лампы. К моменту окончания разогрева лампы ее ток уменьшается в несколько раз и активные потери в элементах устройства 1 уменьшаются, однако имеется возможность еще сильнее понизить активные потери в устройстве 1, если параллель - но резистору 37 включить резистор 41 с малым активным сопротивлением посредством контактов 42 и 43 реле (на фиг. 3 не представлено). Резистор 41, имеющий очень малое сопротивление в рабочем режиме, шунтирует обмотки 7 и 8 автотрансформатора 6 и резистор 37. и т.о. реализуется практически безбалластное питание лампы от источника вторичного электропитания с падающей вольтамперной выходной характеристикой или со стабилизированным выходным током.

Вместо контактов 43 и 44 и электромагнитного реле в схеме устройства может быть использован полупроводниковый коммутатор.

Предлагаемое устройство обеспечивает надежное зажигание короткодуговых МГЛ при относительно низком напряжении источника электропитания и при этом достигается поставленная цель - упрощается электрическая схема устройства зажигания, а также повышается КПД устройства и осуществляется автоматизация процесса зажигания,

В качестве примера в таблице приведены параметры электроэлементов устройства зажигания для короткодуговой металлогалогенной лампы мощностью 175 Вт, питаемой от вторичного источника электропитания с падающей вольтамперной характеристикой.

Устройство зажигания, собранное с использованием указанных в таблице элементов, при работе с МГЛ на мощности 150 Вт обеспечивает посылку зажигающих импульсов на частоте 2-3 кГц с силой тока порядка 1 А и надежное мгновенное зажигание ламп, В рабочем режиме падение напряжения на устройстве зажигания составляло 4,5 В, потери мощности - 9 Вт, КПД, как отношение мощности на выходе к мощности на входе.составлял 94%.

Общетехнический эффект заключается в том, что такое устройство позволяет зажигать МГЛ при питающем напряжении порядка 100 В, тогда как имеющиеся стандартные УИЗУ обеспечивают зажигание этих же ламп только при напряжении 220 В в сети переменного тока. Высокая эффективность зажигания сочетаются с малыми потерями энергии в устройстве зажигания и с автоматическим отключением

генератора после зажигания лампы. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления, содержащее источник питания, генератор импульсов, трансформатор, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод - с первым выводом для подключения лампы,

второй вывод для подключения лампы соединен с вторым выводом источника питания, первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью

упрощения, в устройство введен пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения по напряжению которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения - выше начального напряжения лампы в пусковом режиме после зажигания, входные выводы порогового элемента соединены с выводами источника питания, а выходной вывод соединен с управляющим входом генератора импульсов,

причем источник питания выполнен с падающей вольтамперной характеристикой.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что введена цепь из параллельно соединенных диода и конденсатора, подключенная между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и первым выводом для подключения лампы, и введены последовательно соединенные высоковольтный диод и балластный резистор,

подключенные между первым выводом источника питания и первым выводом для подключения лампы.

Номер элемента по схеме фиг,2

Название элемента

Основные параметры

Использование: световые приборы транспортных средств и летательных аппаратов. Сущность изобретения: устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы содержит источник питания, с падающей вольт-амперной характеристикой генератор импульсов, трансформатор, пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения выше начального напряжения на лампе. 1 з.п. , 3 ил.

2

3

6

7

8

9

10

12

18

2,24

23

25

26

28

29

30

31

32

33

34

35

36

Короткодуговая МГЛ Источник вторичного электропитанияПервичный источник постоянного тока Транзистор 2Т704А

Автотрансформатор

Обмотка

Обмотка

Обмотка

Резистор

Диод 2Д202А

Конденсатор

Электромагнитное реле

РЭС49 Стабилитрон Д814Г

Стабилитрон Д814Д

Резистор

Резистор

Диодный столб 2Ц103А Конденсатор

Резистор

Резистор

Резистор Диод2Д213А Конденсатор Диод 2Д206В Диод2Д202Р

Примечание. Цифрами 1, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 27 на схеме обозначены детали или блоки, параметры которых не могут быть представлены в таблице.

175 Вт, 65-75 В

адающая выходная вольамперная характеристика

27 В, ток до 10 А

Уэк-до 1000В

3 эк-до 4 А

ровод обмоток 4 0,53 мм

75 вит.

108 вит.

6 вит. провод 0,25

4 Ом, 2 Вт

2,2 мкф Vpa6. 27 В

Df стаб. 3-29 мА,

V стаб.11 В

3 стаб, 3-24 мА,

V стаб. ИЗ В

9,1 кОм, 0.5 Вт

7,5 кОм. 0,5 Вт

0,02 мкф, 1500 В 10 кОм. 5 Вт 240 Ом, 5 Вт 7,2 кОм, 5Вт

0,012 мкф, 1500 В

ЛигЛ

+0-1.

,

Л

1ЬтШ

Фиг.З

I

I

w