Тиристорное переключающее устройство для ламп иллюминации

 

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 формирователь 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

СОЮЗ СОВЕ TCКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1775878 Al (я)5 Н 05 В 39/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

° р ч;..с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

° <

ЪГ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874595/07 (22) 15.10.90 (46) 15.11,92. Бюл, М 42 (71) Кыштымский радиозавод (72) А. Ю. Баранов и В. А. Красников (56) Немов А. Автомат световых аффектов.—

В помощь радиолюбителю.- М.: ДОСААФ

СССР, 1989, вып. 104, с. 51.

Золотарев А. и др. Многофункциональный автомат световых эффектов. — В помощь радиолюбителю.- М.: ДОСААФ СССР, 1986, вып. 95, с. 52. (54) ТИРИСТОРНОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАМП ИЛЛЮМИНАЦИИ (57) 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 формирователь 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 О импульсов, формируемых по истечении за1775878

5 l0

20

40 полуволны питающей сети создает пульси- 45 согласующих устройств. 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 свечения ламп гирлянд или рекламных панно из ламп накаливания, Известно тиристорное переключающее устройство для ламп иллюминации, далее устройство, содер>кащее два вывода для подключения к питающей сети, первую группу выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, генератор импульсов, первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации и много .банальный блок согласующих устройств с

nc,.:aA группой каналов, число которых в первой группе каналов равно числу тиристоров в первой группе тиристоров, катоды тиристоров первой группы тиристоров обьединены, аноды этих тиристоров соединены каждЪ|й с одним выводом иэ 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 об дает ограниченным числом комбинации коммутирования ламп накаливания и позволяет осуществлять в автоматическом режиме многократные повторения только одной программы, при этом число управляющих 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-эа произвольного момента включения тиристоров известный переключатель является источником радиопомех по сети, Использование в переключателе только положительной 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. и . 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. формирователь 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, перауе группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации первую

25 группу тиристоров, число которых в группе . равно числу выводов в первой группе выводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, и многоканальный блок согласующих устроиств 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

1775878

Однако в известном устройстве надежность и сложность его, т.е. количество тиристоров, согласующих устройств и разрядность слова, хранимая в 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 световые 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 от величины коммутируемого тока тиристором. Поэтому при постоянной нагрузке в прототипе при включении тиристора в момент амплитудного значения напряжения сети мощность радиопомех будет 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 наполовину 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 сокращения количества тиристоров, согласующих устройств, разрядов с етчика и разрядов слов ПЗУ или замена линейной зависимости количества коммутируемых ламп от количества тиристоров на параболическую, повышение надежности устройства и уменьшения до минимального значения излучаемых радиопомех и помех по сети, использование ламп и ри номинальной мощности, а также получение световых эффек5

10 информационный вход, группудвоичных уп15 равляющих входов ключей и группу выхо40

35 тов 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 в каждой группе, равным числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, и блок ключей, имеющий один дов, 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 тиристорсв 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 втор";й группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров четвертой группы тиристоров соединены "вторым выьодом для подключения к питающей сети, катоды этих тиристорон соединены каждый с одним выводом из второй группы выводов для подключения в;орых выводов llBMn иллюминации, а управляющие электроды тиристоров второй, третьей и четвертой групп тиристоров соединены с выходами второй, третьей и четвертой групп каналов блока согласующих устройств соответственно, при этом выходы

1775878 программируемого постоянного запоминающего устройства соединены с двоичными управляющими входами ключей блока ключей, выходы которого соединены с входами каналов блока согласующих устройств. 5

В каждом канале блока согласующих устройств между входом и выходом канала включены последовательно соединенные усилитель мощности, элемент гальванической развязки и диод, 10

Совокупность всех вышеперечисленных признаков позволяет достичь поставленной цели.

Упрощение схемы переключателя достигается путем включения К ламп иллюми- t5 нации по схеме матрицы, состоящий из У столбцов и М строк (К=У х M), при этом количество управляющих тиристоров согласующих устройств сокращается с К до

2(У+М), а разрядность слова, хранящего в 20

ПЗУ, сокращается с К до значения У+М. Надежность переключателя повышается благодаря сокращению количества элементов (тиристоры, согласующие устройства и TBK далее) и связей между ними. 25

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 напря- 30 жения сети через нуль.

Снижение дополнительных помех от пульсирующих токов за период и эффективное использование ламп накаливания достигается коммутацией через нее токов 35 обоих полупериодов напряжения сети.

Получение новых световых эффектов с использованием трехуровневого изменения яркости ламп накаливания достигается путем пропускания через лампу тока, либо 40 обоих полупериодов сети, либо одного иэ них. При этом разрядность слова в ПЗУ сокращается только до значения 2(У+М).

На фиг. 1 представлена функциональ- 45 ная схема устройства; на фиг, 2 — графические зависимости количества тиристоров, согласующих устройств и разрядности слова ПЗУ от количества К коммутируемых ламп при условии равенства количества 50 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 55 разрядности слова Т, хранящего в ПЗУ при условии Т У+М.

Устройство содержит генератор импульсов 1, двоичный счетчик и разрядный, ПЗУ, хранящее 2 2(У+М) разрядных слое, 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 управляющих входов блока ключей 4, блок согласующих устройств 5, состоящий из

2(У+М) согласующих устройств, каждое из . которых содержит последовательно подключенный эмиттерный повторитель, импульсный 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 строке, общее количество ламп в матрице 6 равно К=У 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, формирователь 13 короткого импульса через временный интервал тпосле перехода синусоидального напряжения сети через нуль, причем выход генератора подключен к тактовому входу счетчика 2, выходы N разрядов которого соединены соответственно с адресными входами ПЗУ 3, группа информационных выходов которого подключена к группе двоичных управляющих входов блока ключей 4, группа выходов которого подключена 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 тиристоров, аноды первой 7 и второй 8 групп объединены попарно и подключены соответственно к столбцам матрицы 6, к M строкам которой подключены соответственно объединенные попарно катоды третьеи 9 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 подключения 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 информационному входу блока ключей 4.

Устройство работает следующим образом.

Программа переключения К ламп накаливания матрицы 6 записана последовательно по адресам ПЗУ 3 в виде 2(У+М) 1775878

30

50 разрядного слова по каждому адресу, ЕмМ кость ПЗУ равна емкости 2 счетчика 2. Последовательный перебор программы световых эффектов осуществляется путам последовательного переключенил счетчика

2 под действием тактовых импульсов с генератора 1. С выхода трансформатора питания часть синусоидальнога напряжения сети поступает на вход формирователя 13, с выхода которого импульсы через время

Х после перехода синусоидального напряжения через нуль поступают на информационный вход блока ключей 4. 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 соответствующу о 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 тиристров 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 Н1 1 импульсы необходимо подавать на тиристоры VS1-Ч$4.

Для включения любой лампы матрицы 6 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 Ч$1, VS4, либо на тиристоры VS2, ЧЯЗ.

В там случае, когда требуетсл только двухступенчатое управление яркостью (вкл очено, выключено), разрядность слава, записываемого в ПЗУ 3 и количество ключей в блоке ключей 4 можно сократить в два раза до У+У, При этом коротки= импульсы на управляющие электроды каждой пары тиристаров первой 7, второй 8 и третьей 9, четвертой 10 групп тиристорав подаютсл с раздвоенного выхода отдельного ключа блока ключей 4 через два согласующих устройства блока согласующих устройств 5.

Данное изобретение при количестве К коммутируемых ламп гирлянд больше шестнадцати позволяет существенно сократить количество согласу,ощих устройств, тиристоров и упростить ПЗУ за счет суп,естванllGl0 сокращения разрядности слов, хранимых в нем. Как следствие упрощения переключателя повышается его надежность. Причем чем больше число К, тем выразительнее эффект по сравнению с прототипом как в техническом смысле, так и в зкономическом за счет сокращения количества комплекту ащих и конструктивного упрощения пореключателя в целом. Например, для построения световых табло 8 х 8 (У х М) К равно 64 для прототипа необходимо использовать для ПЗУ восемь штук микросхем 556РТ5 (8 х 8=64 разряда), тогда как . залвляемого перекл очателл только две (8 х

2=16 разрядов) при двухступенчатом управлении яркостью и четыре (8 х 4 — -32 разряда) при трехступенчатом управлении.

Заявляемый переключатель благодаря включениютиристоровтолько на начальном участке синусаидального напряжения при мгновенном значении напряжения не более

10 В (например, длл сети 220 В) и тиристоре

2У202Н (время выкл ачения то л не более

150 мкс) обеспечивает минимальный уровень радиопомех и помех по сети, Кроме того, данное техническое решение расширяет функциональные возможности устройства в виде получения новых световых эффектов путем трехступенчатого изменения уровня яркости каждой лампы по любой программе.

Формула изобретения

1. Тиристорное переключающее устройство длл ламп иллюминации, содержащее два вывода для подключения к пита ощей сети, первую группу ьыводов для подключения первых выводов ламп иллюминации, генератор импульсов, формирователь коротких импульсов, сче" чик, постоянное запомина.ащее устройство с первой группой выходов, числа которых равна числу выводов в первой группе выводов.для подключения первых выводов ламп иллю1775878

12 минации. первую группу тиристоров, число которых в группе равно числу выводов н 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 числутиристоров в первой группе тиристоров, причем выход генератора импульсов подключен к входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам постоянного запомина1ощего устройства, катоды тиристорав первой группы тиристорон соединены с первым выводом для подключения к питающей сети, аноды этих тиристорав соединены каждый с одним выводом из первой группы выводов для подключения перных выводов ламп иллюминации, а управляющий электрод каждого тиристора соединен с выходом соответствующего канала первой группы каналов блока согласующих устройств, о тл 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 тиристорон с числом тиристоров, равным числу тиристарав в первой группе тиристаров, вторая группа выводов для подкл очения вторых выводов ламп иллюминации, третья и четвертая группы тиристоров с числом тиристорон н каждой группе, равным числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, и блок ключей, имеющий один информационный вход, группудвоичных управляющих входов ключей и группу выходов, подключающихся каждый через соотнетству ащий 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 н первой группе каналов, и третьей и четвертой группами каналов, число которых н 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 входам блока ключей и выполнен н виде преобразователя синусоидального напряжения в последовательность коротких импульсов, формируемых по истечении заданной выдержки времени после каждого прохождения синусоидальным напряжением нулевого значения, причем катоды тири25

55 сторон второй группы тиристаров соединен с вторым выводом для подключения к питающей сети. аноды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из первой группы выводон 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 второй группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, аноды тиристоров четвертой группы тиристоров соединены с вторым выводом для подключения к питающей сети, катоды этих тиристоров соединены каждый с одним выводом из второй группы выводов для подключения вторых выводов ламп иллюминации, а управляющие электроды тиристаров второй, третьей и четвертой групп тиристоров соединены с выходами второй, третьей и четвертай.групп каналов блока согласующих устройств соответСтвенно, и ри этом выходы постоя нного запоминающего устройства соединены с двоичными управляющими входами ключей блока ключей, выходы которого соединены с входами каналов блока согласующих устройств.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что постоянное запоминающее устройство дополнительно имеет вторую группу выходов, число которых н группе равно числу выводов 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 суммарному числу выводов в первой и BTQ рой группах выводов для подключения соответствующих выводов ламп иллюминации, при этом каждый выход первой группы выходов постоянного запоминающего устройства соединен с соответствующим двоичным управляющим входом ключа блока ключей, соответствующий выход которого соединен с одним входом первой и одним входом второй групп каналов блока согласующих устройств, а каждый выход второй группы выходов постоянного запоминающего устройства соединен с другим соответствующим двоичным управляющим входом ключа блока кл ачей, соответствующий выход которого соединен с одним входом третьей и одним входом четвертой групп каналов блока согласующих устройств.

3. Устройство по и, 1, а т л и ч а ю щ е ес я тем, что постоянное запоминающее устройство дополнительно имеет вторую группу выходов, числа которых в группе равно числу выводов в первой группе вывадон для

1775878

7Р (ичМ/

10 gy рО щ Д ф 70 &О Яд 400

Фи8.2

Составитель А. Баранов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор 3. Салко

Редактор

Заказ 4042 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 подключения первых выводов ламп иллюминации, третью и четвертую группы выходов, число выходов в каждой из которых равно числу выводов во второй группе выводов для подключения вторых выводов ламп 5 иллюминации, число ключей и соответственно число двоичных управляющих входов ключей и число выходов блока ключей равно удвоенному суммарному числу выводов и первой и второй группах выводов для под- 10 ключения соответствующих выводов ламп иллюминации, при этом каждый выход первой, второй, третьей и четвертой групп выходов постоянного запоминающего устройства соед " нен 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.

4.Устройство поп.1,отл ича ю щеес я тем, что в каждом канале блока согласующих устройств между входом и выходом канала включены последовательно соединенные усилитель мощности, элемент гальванической развязки и диод.