Электронный трансформатор для газоразрядных ламп
Полезная модель относится к электротехнике и светотехнике и может быть использована для питания газоразрядных ламп низкого давления, применяемых, например, для «неоновой» рекламы. Достигаемый технический результат - пуск и стабилизация рабочего тока газоразрядных ламп, не имеющих запускающих электродов и нитей накала. Электронный трансформатор для газоразрядных ламп содержит полумостовой инвертор на МОП-транзисторах, управляемых драйвером полумоста с внутренним генератором и внешней времязадающей RC-цепью. Лампа подключается к вторичной обмотке повышающего трансформатора, первичная обмотка которого включена в диагональ переменного напряжения инвертора, при этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора превышает напряжение зажигания лампы, а при ее зажигании сила тока ограничивается за счет ограничения коэффициента связи между обмотками трансформатора или реактивным балластом, включенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора.
Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована для газоразрядных ламп низкого давления.
Известно несколько способов включения газоразрядных ламп с помощью низкочастотных индуктивных и высокочастотных электронных балластов. Высокочастотные электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) обладают несколькими преимуществами, связанными с повышением ресурса ламп, экономией электроэнергии, снижением металлоемкости устройств.
До недавнего времени преобладали ЭПРА на основе биполярных транзисторов, они достаточно просты по схемному решению [1, 2], но имеют ряд недостатков, связанных с наличием большого числа индуктивных элементов, зависимостью параметров от напряжения сети.
Современные аппараты выполняются по схемам мостового или полумостового инвертора на основе полевых (МОП) или (IGBT) транзисторов, управляемых микроэлектронным драйвером [3, 4].
В качестве прототипа электронного трансформатора выбран полумостовой транзисторный инвертор [3] на МОП-транзисторах, управляемых драйвером полумоста со встроенным задающим генератором, выполненным по MOSFET технологии с внешней времязадающей RC-цепью. Основным недостатком при использовании такого типа генератора для питания газоразрядных ламп является недостаточное напряжение в средней точке полумоста, к которой подключается лампа. Многие газоразрядные лампы не имеют нитей накала и запускающих электродов внутри лампы, поэтому требуют для запуска повышенного напряжения. Так, например, неоновая трубка-лампа длиной 1 метр имеет напряжения зажигания 1200 В, а при возникновении газового разряда рабочее напряжение снижается всего лишь до 800 В.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение напряжения зажигания лампы без предварительного накала и последующая стабилизация рабочего тока лампы.
Поставленная задача достигается тем, что электронный трансформатор для газоразрядных ламп, содержащий полумостовой инвертор на МОП-транзисторах, управляемых драйвером полумоста, с внутренним генератором и внешней времязадающей RC-цепью нагружен на повышающий трансформатор, первичная обмотка которого включена в диагональ переменного тока полумоста, образованного двумя транзисторными ключами и двумя конденсаторами, а газоразрядная лампа или гирлянда из нескольких последовательно включенных ламп подключается к вторичной обмотке трансформатора, на которой создается высокое напряжение, превышающее напряжение зажигания ламп.
На фиг.1 приведена принципиальная схема электронного трансформатора.
Схема состоит из полумостового инвертора с управляющим драйвером 1, включенным по типовой схеме. Выходной повышающий трансформатор 2 включен в диагональ полумоста 3-4. Газоразрядная лампа 5 подключена к вторичной обмотке трансформатора 2.
Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания потенциал точки 4 благодаря емкостному делителю становится равным Е пит/2. Одновременно происходит заряд времязадающего конденсатора 5. Постоянная времени заряда этого конденсатора определяет частоту встроенного в драйвер 1 генератора.
В исходном состоянии при отсутствии напряжения на конденсаторе 5 оба ключа закрыты, при подаче напряжения питания Vcc на драйвер конденсатор 5 заряжается через резистор 6, синфазно с напряжением на резисторе 6 изменяется напряжение средней точки 3 инвертора. То есть сначала открывается верхний ключ, нижний ключ закрыт. Ток от источника протекает через точку 3, первичную обмотку трансформатора 2 к точке 4. По мере заряда конденсатора 5 напряжение на резисторе 6 уменьшается, верхний ключ закрывается, через заданный интервал задержки открывается нижний ключ. Ток протекает от точки 4 через первичную обмотку трансформатора к точке 3, потенциал которой уменьшается до нуля (если минус источника питания соединен с общей шиной), одновременно обнуляется напряжение на емкости 5 и закрывается нижний ключ. Через тот же интервал задержки, называемый «мертвым временем», открывается верхний ключ и процесс повторяется. Таким образом, на первичной обмотке трансформатора 2 образуется переменное напряжение с частотой, равной частоте переключения драйвера, и амплитудой напряжения равной Епит/2. На вторичной обмотке трансформатора возникает высокое напряжение, достаточное для зажигания нескольких ламп без предварительного накала. При зажигании ламп, их сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению силы тока и потребляемой мощности. Во избежание перегрузки инвертора силу тока необходимо ограничить на заданном уровне. Это ограничение возможно несколькими способами:
1. Конструкцией трансформатора 2 за счет ограничения коэффициента связи первичной и вторичной обмоток трансформатора.
2. Путем ограничения тока с помощью конденсатора включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора.
3. Путем ограничения тока с помощью дросселя, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора.
Предлагаемая полезная модель реализована в виде действующего макета электронного трансформатора с выходным напряжением 10 кВ. При подключении к трансформатору гирлянды из 10 неоновых трубок длиной 8 метров происходит их зажигание, а в режиме стационарного свечения сила тока ламп составляет 25 мА. Таким образом, создана полезная модель электронного трансформатора, позволяющая включать от 1 до 10 неоновых ламп и стабилизировать режим их свечения.
Литература
1. RU №92012808. Устройство для зажигания и питания газоразрядных ламп низкого давления. МПК Н05В 41/29.
2. Патент RU №2094964. Пускорегулирующий аппарат для питания разрядной лампы. МПК Н05В 41/29.
3. Информационный материал PD 60131 фирмы International Rectifier no техническим характеристикам драйвера полумоста IR 21531, http//www.irf.com (прототип).
4. Патент RU №2260899 Транзисторный генератор для резонансных нагрузок. МПК Н03В 5/12, Н02М7.
1. Электронный трансформатор для газоразрядных ламп, содержащий полумостовой инвертор на МОП-транзисторах, управляемых включенным по типовой схеме драйвером полумоста с внутренним генератором и внешней времязадающей RC-цепью, отличающийся тем, что газоразрядные лампы подключены к вторичной обмотке повышающего трансформатора, включенного в диагональ переменного напряжения полумостового инвертора, причем коэффициент связи первичной и вторичной обмоток трансформатора ограничен наличием зазора в сердечнике.
2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка повышающего трансформатора включена последовательно с реактивным балластом.
