Устройство для питания люминесцентной лампы однополярными импульсами

 

ОП ЫСАНЙЕ

И ЗОЗРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз СовВтскнх

Соцмалнстмческнз

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.01.80 (21) 2892386/24-07 с присоединением заявки % (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.81. оюллетень М З6

Дата опубликования описания 01 10. 81 (53)M. Кл.

Н 05 В 41/14

Веударстеенньй кеттнтет

СССР ао денем изобретений н отерыти11,(53) УДК 621. Ý27

° 514 (088. 8) Е. И. Цветков, О. А. 3ахаржевский, А. И. Александров и Е. В. Охонскай

)

Мордовский государственный у3твверситет им. Н. П. Огарева

<

&.:„;:, :.:) j ) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ

ОДНОПОЛЯРНЫМИ ИМПУЛЬСАИИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в осветительных установках с люминесцентными лампами.

Известно устройство для питания люминесцентных ламп, содержащее мос5 товой выпрямитель, конденсатор на выходе выпрямителя, транзисторный ключ в цепи выпрямленного тока, включенный последовательно с люминесцент10 ной лампой и дросселем, причем лампа и дроссель шунтированы диодом, управление транзистором, работающим в ключевом режиме, осуществляется от отдельного генератора импульсов 1g .

Недостатками устройства являются его сложность, низкие энергетические показатели и недостаточная надежность работы. Сложность устройства связана с наличием- в силовой цепи дросселя и диода, шунтирующего дроссель и лампу, а также тем, что генератор импульсов, обеспечивающий ключевой импульсный режим работы транзистора силовой цепи содержит несколько дополнительных транзисторов и других элементов.

Низкие энергетические показатели. объясняются потерями в активном сопротивлении дросселя. Если питание устройства происходит от нестабилизированной по напряжению сети переменного тока, то для ограничения тока в цепь переменного тока перед выпрямителем включают дополнительный балласт в виде резистора или дросселя, что создает доПолнительные потери в устройстве. При индуктивном балласте дросселе коэфициент мощности на входе устройства отстающий, и устройство является потребителем реактивной мощности из сети. Это, в свою очередь, увеличивает мощность потерь в сети или требует соэдаттия в сети дополнительных компенсирунщих устройств.

Низкая надежность известного уст=. ройства связана с тем, что к транзкс-.

869081

25 тору силовой цепи в период его закрытого состояния прикладывается напряжение, близкое амплитуде переменного .напряжения сети, В случае применения в качестве дополнительного балласта в цепи переменного тока дросселя, напряжение на выходе выпрямителя может оказаться еще выше (до двойной величины от амплитуды переменного напряжения сети) . При выходе из строя ди- 10 ода, шунтирующего лампу и дроссель, напряжение на транзисторе в момент его запирания за счет ЭДС самоиндукции дросселя может быть существенно (s несколько раз) выше рабочего напряжения транзистора. Дополнительный . источник для питания генератора импульсов управления транзисторным ключем (транзистором силовой цепи) и сам генератор содержит немало эле- .

20 ментов, что дополнительно уменьшает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство, содержащее выпрямительный мост, входом подключенный через балластный конденсатор к выводам для присоединения к сети переменного тока, а выходсм соединенный с конденсатором сглажизающего фильтра, с выво30 дом для подкю.ючения люминесцентной лампы и с эмиттером и-р-и транзистора, коллектор которого подключен к выводу для присоединения лампы, а база через транзисторный усилитель подключена к выходу мультивибратора. Для питания мультивибратора и усилителя предусмотрен отдельный трансформатор, выпрямитель и сглаживающий конденсатор Р23.

Недостаток этого устройства состо- 40 ит в большой его сложности и малой надежности.

Цель изобретения — повышение .надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, 45 что устройство для питания люминесцентной лампы однополярными импульсами, содержащее выпрямительный мост, подключенный входом через балластный конденсатор к выводам для присоедине- So ния к сети переменного тока, а выходом соединенный с конденсатором сглаживающего фильтра, с одним иэ выводов для подключения люминесцентной лампы и с эмиттером и-р-и транзистора, снабжено импульсным трансформатором, конденсатором, делителем напряженИя двумя резисторами обратной связи и другим конденсатором, причем делитель напряжения входом подключен между эмиттером и-р-п транзистора и выводом для присоединения люминесцентной лампы, параллельно делителю напряжения подключены последовательно соединенные конденсатор и первичная обмотка импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого черер указанные два резистора и другой конденсатор подключена к базе и-р-и транзистора, коллектор которого подключен к выходу делителя напряжения.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Люминесцентная лампа 1 точками 2 и 3 разных своих электродов подключена через транзистор 4 к выходным точкам 5 и 6 мостового выпрямителя, образованного диодами 7-10, вход которого точками 11 и 12 через конденсатор 13 подключен к сети 14 переменного тока. На выходе выпрямителя 7-10 установлен конденсатор 15, служащий

t для сглаживания. выпрямляемого напряжения. Другие концы 16 и 17 электродов лампы 1 соединены со стартером 18 тл еюще го р аз р яда .

Конденсатор, 19 подключен через первичную обмотку 20 импульсного трансформатора 21 с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерези— са. Конец обмотки 20 и начало вторичной обмотки 22 того же трансформатора 21 соединены с эмиттером транзистора 4, а конец обмотки 22 соединен через последовательно включенные резисторы 23 и 24 обратной связи с базой транзистора 4. Параллельно резистору 23 подсоединен конденсатор 25 обратной связи. Резисторы 26 и 27 образуют делитель напряжения, Устройство работает следующим образом.

До подключения устройства к сети 14 цепь находится в нерабочем состоянии, токи и напряжения на всех элементах равны нулю.

При включении напряжения сети 14 через конденсатор 13, выпрямитель 7-10 начинает протекать ток заряда конденсатора 15, так как емкость конденсатора 15 много больше емкости конденсатора 13, напряжение на конденсаторе 15 увеличивается ступенчато по полупериодам сети.

При малом напряжении на выходе выпрямителя (на конДенсаторе 15) через лампу 1 и стартер 18 протекает лишь

15

5, 86 ток утечкй между электродами и ток инициирующего разряда, а напряжение на транзисторе 4, шунтированном высокоомным резистором 27 практически равно нулю. Стартер 18 и лампа 1 подбираются так, что тлеющий разряд развивается в стартере 18 при меньшем напряжении, чем в лампе l. Появление тока тлеющего разряда стартера 18 увеличивает напряжение на транзисторе 4 и может создать условия для возникновения генерации импульсов управления транзистором 4 от цепи положительной обратной связи.

В цепи коллектора транзистора 4 включено относительно небольшое сопротивление, образуемое сопротивлением между точками и концами электродов 2 — 16 и 3-17 .пампы l и резистором 26. В результате к эмиттер-коллекторному переходу транзистора 4 прикладывается большое напряжение и возникает регенеративный процесс. При увеличении напряжения на транзисторе 4 через конденсатор 19 и обмотку 20 начинает протекать ток, причем к началу обмотки 20 приложен положительный потенциал. Полярность напряжения, наведенного на вторичной обмотке 22 трансформатора 21 оказывается такой, что положительный полюс его приложен к эмиттеру, а отрицательный к базе транзистора 4. За счет конденсатора 25 увеличивается крутизна переднего фронта прикладываемого к базе транзистора напряжения; запирающего транзистор 4 и тем самым способствующего еще большему увеличению напряжения на транзисторе 4.

Если нарастание напряжения на транзисторе 4 прекращается,то прекращается и ток через конденсатор 19, исчезает напряжение на обмотках трансформатора 21, а к базовой цепи транзистора 4 уже прикладывается на запирание напряжение, а остаточное напряжение конденсатора 25, созданное в процессе протекания в базе тока в предшествующем интервале времени. Это напряжение оказывается отпирающим для транзистора 4. В результате несколько уменьшается его сопротивление и уменьшается напряжение на транзисторе. Возникает ток через конденсатор 19 такого направления, что к об- мотке 20 прикладывается напряжение в отрицательной полярности на ее начале. На вторичной обмотке 22 наводится

ЭДС также в отрицательной полярнос9081 6 ти на ее начале. Эта ЭДС оказывается отпирающей для транзистора 4, что вызывает дальнейший процесс отпирания транзистора 4. Конденсатор 25 увеличивает крутизну переднего фронта напряжения, отпирающего транзистор 4.

Отпирающее напряжение формируется до тех пор, пока происходит заряд конденсатора !9, или до. тех пор, пока не происходит насыщение сердечника трансформатора 21. В обоих этих случаях отпирающее напряжение, наведенное на обмотке 22 уменьшается, а к базе транзистора 4 прикладывается запирающее напряжение конденсатора 25, созданное в предшествующем,интервале.времени. Развивается процесс запирания транзистора 4, сопровождающийся увеличением напряжения на нем.

Запертое состояние транзистора 4 сохраняется до тех пор, пока не заканчивается заряд конденсатора 19 или не произойдет иасьпцения сердечника трансформатора 21, после чего снова возникает процесс перехода

25 транзистора 4 из запертого в открытое состояние.

Использование конденсатора 25 и сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса в трансформаторе 21 обеспечивает резкий перелом из запертого. состояния транзистора 4 в открытое состояние и обратный переход, что дает возможность свести коммутационные потери в транзисторе 4 до возможно малой величины. Этой же цели снижения коммутационных потерь в транзисторе 4 служит выбор глубины обратной связи за счет соответствующей величины коэффициента трансформации трансформатора 21. Глубокая об ратная связь позволяет также обеспечить устойчивую генерацию в широком . диапазоне изменения сопротивления нагрузки в цепи коллектора транзистора 4 и напряжения сети. Такое решение упроцает устройство, так как не требует дополнительных источников питания. Таким образом, при появлении напряжения на транзисторе возникает устойчивый ключевой режим чередующегося открытого и закрытого состояния транзистора 4 со скважностью и частотой, зависящими от йара" метров элементов цепи обратной связи.

При каждом запирании транзистора 4 его ток уменьшается до весьма малой величины. Чтобы при этом ие аро- изошло выключения лампы, параллель86908 но транзистору 4 включен резистор 27.

Величина этого сопротивления выбирается возможно большей, чтобы лишь сохранить проводимость плазмы за интервал запертого состояния транзистора 4.

Одновременно с повышением надежности зажигания и перезажигания лампы использование резистора 27 несколько снижает рабочее напряжение транзистора 4 и улучшает условия возникновения тлеющего разряда в стартере 18. Это повышает надежность работы устройства. Обеспечение в предлагаемом устройстве горячего зажигания также увеличивает надежность устройства

Использование балластного конденсатора 13 увеличивает устойчивость устройства при случайных коротких замыканиях в цепи выпрямленного тока и повышает его эксплуатационную надежность..

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого изобретения достигается за счет уменьшения эксплуатационных расходов на осветительные установки.

Форчула изобретения

Устройство для питания люминесцент" ной лампы однополярными импульсами, ВНИИПИ Заказ 8360/87

Тираж 892 Подписное

Филиал ППП "Патент", r,Óæãîð0ä, ул. Проектная, 4

1 8

Ф содержащее выпрямительный мост, подключенный входом через балластный конденсатор к выводам для присоединения к сети переменного тока, а выходом соединенный с конденсатором сглаживающего фильтра, с одним из выводов для подключения люминесцентной лампы и с эмиттером и-р-и транзистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно снабжено импульсным трансформатором, конденсатором, делителем напряжения, двумя резисторами и другим конденсатором, причем делитель напряжения входом подключен между эмиттером и-р-и транзистора и выводом для присоединения люминесцентной лампы, параллельно делителю напряжения подключены последовательно соединенные конденсатор и первичная обмотка импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого через указанные два резистора и другой конденсатор подключена к базе и-р-и транзистора, коллектор которого подключен к Bblxo ду делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3591830, кл.315290, 06.06.71.

2. Заявка ФРГ Ô 2646621, кл. Н 05 В 41/14, 20.04.78.