Стабилизатор для питания лампы накаливания низкого напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/44 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

12

Изобретение относится к электро -технике, в частности к устройствам стабилизации, в которых использован в качестве силового элемента транзистор, включенный последовательно со стабилизируемой лампой.

Известен стабилизатор для галогенной лампы накаливания низкого напряжения , питаемой от сети переменного тока, в котором указанный эффект достигается за счет стабилизации действующего значения напряжения на лампе путем переключения вто;ричных обмоток понижаюшвго трансформатора, в результате чего в течение первой части каждой полуволны напряжения лампа питается от обмотки пониженного напряжения, а в течение второй части каждой полуволны лампа питается от обмотки повышенного напряжения, а фаза переключения, обмо- ток изменяется в зависимости от действующего напряжения сети 1.

Указанный стабилизатор имеет очень сложную электрическую схему, содержащую почти сотню деталей, включая 10 транзисторов, и сложный понижающий трансформатор с шестью выходными обмотками, что приводит к затруднениям при изготовлении, наНИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

стройке и ремонте аппаратуры, собранной по такой схеме, и, в конечном счете, - к довольно высокой стои-мости такой аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор для питания лампы накаливания низкого напряжения, содержащий последовательно соединенные мостовой выпрямитель, лампу накаливания и силовой транзистор, у которого базо-эмиттерная цепь зашунтирована тиристором, имеющим блок упра&ления, выполненный на базе интегрирующего и порогового элемен15тов, В известном стабилизаторе в качестве датчика тока, протекающего через лампу, -используется резистор, включенный в эмиттерную цепь силового транзистора 2}.

20

Однако в известном стабилизаторе на резисторе, включенном в,цепь лампы и используемом в качестве датчика тока, создается во время горения лампы напряжение н несколько вольт,

25 поэтому потери мощности в нем при питании, например, лампы напряжением 27 В могут быть порядка 10% от всей потребляемой мощности, что приводит к снижению КПД стабилизатора.

30 Величина сигнала, снимаемого с этого резистора (несколько вольт), все же очень мала для получения хороших результатов при интегрировании посредством RC-цепочкй и поэтому рекомендуется для получения хороших результатов применять дополнительно интегрирующий усилитель, что усложняет и удорожает схему прибора. При простом интегрировании тока (или напряжения), протекающего за каждую полув-олну через лампу, и при сравнении интеграла с пороговой величиной в пороговом устройстве стабилизируется среднее значение тока, но при этом действующее значение то ка может существенно отличаться в зависимости от. формы импульсов, проходящих через лампу.И хотя в из- вастной схеме эффект стабилизации достигается за счет стабилизации среднего значения тока, глубина ста билизации получается не очень большой: колебания мощности лампы с .та ким стабилизатором при изменении. питающего напряжения в пределах f25 составляют примерно tl5% (вместо t 4 при использовании лампы без стабили затора). Цель изобретения - повышение коэ фициента стабилизации действующего значения напряжения и КПД. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе для питания лампы блок управления подключен Непосредственно к питаемой лампе накаливания, а последовательно с интегрирующей цепью в блок управления включены введенные первые диод и ста билитрон, зашунтирсванный введенным, первым конденсатором. При этом пороговый элемент может быть выполнен на однопереходном транзисторе, импульсном трансформаторе, втором диоде, резисторе, втором стабилитроне и втором конденсаторе, причем первичная обмотка импульсного трансформатора через второй стабилитрон, зашуитированный вторым конденсатором, подключена к силовым электродам однопереходного транзистора, управляющий электрод которого соединен с управляющим вхо дом порогового элемента, вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выходу блока управления, точка соединения второго стабилитроаа и силового электрода одMf nftonci VrtTTW ftnia Llo глгт/ тчга нопереходибго транзистора через последоватёльнй включенные резистор и второй диод подключена к одному вхддйбМу выводу блока управления, другой входной вывод которого через первый стабилитрон подключен к точке соединения второго стабилитрона и первичной обмотки импульсного трансформатора. На обнове .математического анали за можно показать, что сигнал, поступающий во время каждой полуволны I напряжения на вход порогового элемента, пропорциональный действующему значению напряжения на лампе, при изменении действующего напряжения сети 40 В (U, 56,5 В) в пределах t25% описывается функцией с высокой степенью точности (ошибка 13-4%) . , I t -Ф J tUfT, Sin LUt - Ucyvi)dt, где и напряжение смещения или постоянное нап15 яжение какого-либо элемента, введенного последовательно в цепь, интегрирования;, коэффициент пропорциональности;период колебаний напряжения сети; и, максимальное мгновенное напряже ни е се ти; JJ - частота ко.лебаний напряжений. На чертеже представлена электрическая схема стабилизатора для питания лампы накаливания низкого напряжения от источника переменного тока.. Схема содержит зажимы 1 и 2, к которым подсоединяется сеть переменного тока (не показана) с изменяющимся во время работы напряжением, к этим зажимам подключен понижающий трансформатор 3 с выходной обмоткой 4, и к этой обмотке подключен мостовой выпрямитель 5, к положительной клемме б которого подсоединена стабилизируемая лампа-7 накаливания, соединенная последовательно с транзистором 8, эмиттер которого подсоединен к отрицательной клемме 9 мостового выпрямителя 5, между положительной и отрицательной : клеммами мостового выпрямителя 5 подключен также делитель напряжения из резисторов 10 - 12, причем общая точка резисторов 10 и 11 через тиристор 13 подключается к отрицательной клемме 9 выпрямителя 5, а общая точка резисторов 11 и 12 подключена к базе транзистора 8. Кроме того, между п(эложительной клеммой 6 и общей точкой лампы 7 и транзистора 8 подсоединяется блок 14 управления, содержащий диод 15, эле« «.чгшгч л ..r.v . « . менты интегрирующей цепочки: переменный резистор 16, постоянный резистор 17 и конденсатор 18 а также зарядный резистор 19, два стабилитрона 20 я 21, эашунтированные соответственно конденсаторами 22 и 23, причем конденсатор 23 и стабилитрон 21 образуют источник постоянного напряженин смещения UCIA , включенный последовательно с интегрирующей цепочкой - резисторами 16 и 17 и конденсатором 18, а конденсатор 22 и стабилитрон 20 образуют источник постоянного стабилизированного напряжения/ от которого питается пороговый элемент, состоящий из однопереходного транзистора 24 и импульсного трансформатора 25, диода 26, резистора 19, стабилитрона 20 и конденсатора 22, причем выходные клеммы 27 и 28 импульсного трансформатора подсоединены соответственно к управляющему электроду тиристора 13,соединенному с клеммой 29, и к клемме 30, связанной с минусовой клеммой 9 выпрямительного моста 5..

Стабилизатор для питания лампы накаливания низкого напряжения от источника переменного тока работает следующим образом.

При питании лампы накаливания с номинальным напряжением 27 В после подачи сетевого напряжения на выходе трансформатора 3 получается напряжение 40 В, которое изме- няться в пределах tlO Б при колебании напряжения сети. Ток выходной v обмот.ки 4 трансформатора поступает через мостовой выпрямитель 5 на лампу 7 и открытый транзистор 8, при этом напряжение на лампе оказывается равным напряжению на вторичной обмотке 4 трансформатора минус падение напряжения на диодах мостового выпрямителя и открытом полностью транзисторе. 8. Напряжение с лампы, поступает через диод 15 на интегрирующую цепь (резисторы 16 и 17,конденсатор 18) и параллельно соединенные конденсатор 23 и стабилитрон 21 и на пороговый элемент через стабилизированный выпрямитель (диод 26, резистор 19, конденсатор 22 и стабилитрон 20). Зарядный ток в интегрирующий конденсатор 18 поступает во время каждой полуволны напряжения с некоторой задержкой после того, как напряжение на лампе 7 превысит напряжение на стабилитроне 21, остаточное напряжение на конденсаторе 18 и прямое падение напряжения на диоде Л5, которые составляют вместе напряжение смещения и., равное, например 17 В для случая питания лампы накаливания с эффективным рабочим напряжением 27 В. Как только напряжение на конденсаторе 18 достигает порогового значения, происходит срабатывание однопереходного транЗистора, конденсатор 18 разряжается ерез транзистор и трансформатор 25, а на клеммах 27 и 28 появляется импульс напряжения, который, подаваясь на клеммы 29 и 30, запускает тирисор 13. При этом шунтируется базоая цепь транзистора 8, он закрыватся, ток через лампу 7 прекраща тся, напряжение на ней падает до нуя и g течение оставшейся части полуволны свечение лампы происходит за счет остывания уже нагретой спирали. Дальнейшая подзарядка конденсатора 18 при закрытом транзисторе 8 до конца полуволны происходить не может. В момент, когда напряжение сети проходит через нулевое значение, тиристор 13 выключается и при начале следующей полуволны вновь открывается.транзистор 8, ток через

лампу 7 начинает протекать вновь и цикл работы схемы повторяется. Напряжение питания однопереходного транзистора и основная составляюшая напряжения напряжение на конденсаторе 23 и стабилитроне 21 - образуется почти сразу после включения схемы за счет тока, протекающег го через диод 26, резистор 19 и трацзистор 8.

Устройство позволяет с высокой точностью поддерживать неизменной среднюю мощность лампы накаливания при изменениях питающего напряжения, например в пределах +25% от номинального, а также повысить КПД. При этом для каждого номинального напряжения лампы должна быть расчетом определе,на оптимальная величина напряжения смещения UCM, а подстройка схемы . переменным резистором 16 производится путем выставления номинальной мощности в лампе при номинальном напряжении питающей сети.

35

Формула изобретения

1.Стабилизатор для питания лампы накаливания низкого напряжения, содержащий мостовой выпрямитель входом

соединенный с клеммами для подключения источника переменного напряже- ния, а выходом через транзистор к клеммам-для подключения лампы накаливания, базо-эмиттерная цепь транзистора зашунтирована тиристором, управляющий электрод которого подключен к выходу блока управления, выполненного на базе порогового элемента, управляющий вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи,

отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента стабилизации действующего значения напряжения и КПД, входные выводы блока управления подключены непосредственно к клеммам для подключения лампы накаливания, а последовательно с интегрирующей цепью в блою.управления включены введенные первые диод и стабилитрон, зашунтированный

введенным первым конденсатором.

2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что пороговый элемент выполнен на однопереходном транзисторе, импульсном трансформаторе, втором диоде, резисторе, втором

стабилитроне и втором конденсаторе, причем первичная обмотка импульсного трансформатора через второй стабилитрон, зашунтированный вторым конденсатором, подключена к силовым электродам однопереходного транзистора, управляющий электрод которого соединен с управляющим входом порогового элемента, вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к выходу блока управления, при этом точка соединения второго стабилитрона и силового электрода однопереходного транзистора через по следовательно включенные резистор и

второй диод подключена к одному входному выводу блока управления, другой входной вывод которого через первый стабилитрон подключен к точке соединения второго стабилитрона и первичной обмотки импульсного трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Зайцев В.В. Стабилизатор напряжения питания галогенной лампы. Светотехника, 1978, № 8, с. 1719,

2.Патент Японии № 54-40873, кл. 93 А О, 1979.