Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы

Изобретение направлено на повышение надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы. Указанный технический результат достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы 1, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащем источник 2 постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах 3, 4 с встречно-параллельными диодами 5, 6, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра 7, 8, четырехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор 9 и коммутирующий дроссель 10, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 11 трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора 12 и вторичной обмотки 13 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную встречным диодом 14, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором 15 и вторым резистором 16, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор 17, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора 18, четвертого резистора 19 и второй вторичной обмотки 20 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым встречным диодом 21, база транзистора соединена с эмиттером второго транзистора через тиристор 22, управляющий электрод которого подключен к катоду через третью последовательную цепь из порогового элемента 23, пятого резистора 24 и третьей вторичной обмотки 25 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную шестым резистором 26. 1 илл.

Полезная модель относится к приборостроению, светотехнике, а также к преобразовательной технике и может быть использована при проектировании источников питания для люминесцентных и других типов энергосберегающих газоразрядных ламп, а также различных высокочастотных, в том числе, электротехнологических нагрузок. Полезная модель повышает надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через плавкую вставку, конденсатор фильтра, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно (Платан. Электронные компоненты. Каталог. - Изд-во ЗАО Платан Компоненте, 2008. - С.15).

Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является низкая надежность работы из-за низких значений коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы устройства и электроды лампы, отсутствия защиты от перегрева элементов и аномальных режимов, в том числе, «открытого катода» газоразрядной лампы, а также аварийного отключения в конце срока службы лампы.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через плавкую вставку и дроссель фильтра, конденсатор фильтра, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий кроме того два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с линейной люминесцентной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, и резистора, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и последовательно соединенными вторым и третьим резисторами, эмиттер транзистора соединен с коллектором второго транзистора через четвертый резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, и пятого резистора, эмиттер второго транзистора соединен с выходным выводом выпрямителя через шестой резистор (IR2520 - новые возможности в области разработки электронных балластов //Силовая электроника. - 2006. - 2. - С.26).

Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является низкая надежность работы из-за низких значений коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, возможного перегрева элементов и аномальных режимов, в том числе, «открытого катода» газоразрядной лампы, а также аварийного отключения в конце срока службы лампы.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий источник постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выводами источник, включающий два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с линейной люминесцентной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, и резистора, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, и второго резистора (Otero Pascal.M. Motorola's D2 Series Transistors for Fluorescent Converters. -Motorola, 1997. - AN1577).

Указанный электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений амплитуд токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, возможного перегрева элементов и аномальных режимов, в том числе, «открытого катода» газоразрядной лампы, а также аварийного отключения в конце срока службы лампы.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащем источник постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, четырехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора и вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную встречным диодом, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и вторым резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора, четвертого резистора и второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым встречным диодом, база транзистора соединена с эмиттером второго транзистора через тиристор, управляющий электрод которого подключен к катоду через третью последовательную цепь из порогового элемента, пятого резистора и третьей вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную шестым резистором.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, что достигается комплексным снижением амплитуд токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, исключения перегрева элементов и электродов лампы током коммутирующего конденсатора во время ее работы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы с эффективной защитой от аномальных режимов, в том числе, «открытого катода», газоразрядной лампы и аппарата, перегрузок и перегрева элементов устройства и электродов лампы, а также надежного аварийного отключения в конце срока службы лампы.

Повышение надежности работы газоразрядной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме, порядком их включения и новыми связями, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы являются существенными.

На рисунке приведена схема электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы.

Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы 1, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержит источник 2 постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах 3, 4 с встречно-параллельными диодами 5, 6, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра 7, 8, четырехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор 9 и коммутирующий дроссель 10, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 11 трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора 12 и вторичной обмотки 13 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную встречным диодом 14, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором 15 и вторым резистором 16, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор 17, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора 18, четвертого резистора 19 и второй вторичной обмотки 20 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым встречным диодом 21, база транзистора соединена с эмиттером второго транзистора через тиристор 22, управляющий электрод которого подключен к катоду через третью последовательную цепь из порогового элемента 23, пятого резистора 24 и третьей вторичной обмотки 25 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную шестым резистором 26.

Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы в установившемся режиме работает следующим образом. Источник 2 постоянного напряжения питания вырабатывает и подает напряжение на вход однофазного полумостового инвертора на транзисторах 3, 4 с встречно параллельными диодами 5, 6. В качестве источника 2 постоянного напряжения питания может быть использован выпрямитель с емкостным фильтром на выходе или аккумуляторная батарея. Транзисторы 3, 4 однофазного полумостового инвертора включаются и проводят ток поочередно. Инвертор работает в автогенераторном режиме, что достигается применением последовательной резонансной схемы включения линейной люминесцентной лампы 1 и обратной связи за счет четырехобмоточного трансформатора, первичная обмотка 11 которого соединяется последовательно в нагрузочную цепь инвертора, а вторичные обмотки 13, 20 включаются в базовые цепи транзисторов 3, 4. При этом вторичные обмотки 13, 20 трансформатора имеют встречное включение. Базовые токи транзисторов 3, 4 при их работе пропорциональны току в нагрузочной цепи (10- 1, 9- 11). Увеличение тока базы одного транзистора (3 или 4) приводит к уменьшению тока базы другого транзистора (4 или 3), что вызывает их периодическое переключение с частотой, определяемой величинами емкости коммутирующего конденсатора 9, а также индуктивности коммутирующего дросселя 10. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Разделительный конденсатор 18 служит для емкостной развязки цепи управления второго транзистора 4 и, совместно с резистором 19, для ограничения базового тока второго транзистора 4. Одновременно, заряд разделительного конденсатора 18 через резисторы 16, 17 обеспечивает запуск пускорегулирующего аппарата. Встречные диоды 14, 21, соответственно, ограничивают уровни обратного напряжения на базах транзисторов 3, 4 относительно их эмиттеров. Встречно-параллельные диоды 5, 6 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 3, 4 инвертора. Демпферный конденсатор 15 и второй резистор 16 снижают уровни коммутационных перенапряжений на транзисторах 3,4. Кроме того, за счет демпферного конденсатора 15 обеспечивается плавное нарастание напряжений на транзисторах 3, 4 и встречно-параллельных диодах 5, 6 (мягкая коммутация) при работе инвертора. Резисторы 12 и 19 служат для ограничения базовых токов транзисторов 3, 4. Защита электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1 от нарушений электрического режима и выхода элементов из строя обеспечивается, в частности, тиристором 22. При работе устройства в аномальном режиме, например, «открытого катода» газоразрядной (люминесцентной) лампы 1 (лампа 1 не зажигается) или отключении или замене лампы 1 возрастают токи и напряжения на элементах нагрузочной цепи. Ограничение роста токов и напряжений в режиме «открытого катода» газоразрядной лампы 1 обеспечиваются включением тиристора 22, который блокирует базовую цепь транзистора 3 и вызывает выключение режима автогенерации устройства. Управление тиристором 22 осуществляется по третьей последовательной цепи из порогового элемента 23, пятого резистора 24 и третьей вторичной обмотки 25 трансформатора. Шестой резистор 26 шунтируют управляющий электрод тиристора 22, что повышает помехоустойчивость и обеспечивает селективность защитных цепей устройства. При возрастании токов и напряжений в нагрузочной цепи газоразрядной лампы 1 возрастают напряжения на третьей вторичной обмотке 25 четерехобмоточного трансформатора, что приводит к срабатыванию порогового элемента 23 и, соответственно, включению тиристора 22. Шестой резистор 26 обеспечивает стойкость тиристора 22 к повышенной скорости нарастания анодного напряжения.

Транзисторы инвертора 3, 4 могут иметь структуры с встроенными или модульные конструкции с предустановленными встречно-параллельными диодами. В этом случае отпадает необходимость в установке дополнительных встречно-параллельных диодов 5, 6. Конденсаторы фильтра 7, 8 являются электролитическими либо пленочными. Диоды 5, 6, 14, 21 должны быть быстродействующими. В качестве порогового элемента 23 могут быть использованы стабилитроны, стабисторы, динисторы или обычные диоды. Для повышения порога срабатывания возможно соединение, в частности, нескольких диодов последовательно.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы с защитой от режима «открытого катода», перегрузок и перегрева элементов устройства и электродов лампы. Это достигается за счет комплексного снижения амплитуд токов через элементы и электроды лампы в длительном и аварийных (аномальных) режимах работы и значений коэффициента формы тока. Обеспечиваются оптимальные режимы работы. Положительные качества обусловлены также использованием эффективной схемы защиты на тиристоре, оптимизацией управляющих цепей транзисторов и пускового режима, снижением коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах устройства, а также электрических потерь в коммутирующем дросселе. Снижаются уровни перенапряжений на элементах устройства, электромагнитных помех, возникающих при выключении транзисторов, электрических потерь в коммутирующем дросселе и других элементах устройства за счет «мягкой» коммутации транзисторов и действия демпферного конденсатора. Повышается устойчивость и, следовательно, надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, срывов инвертирования при работе на динамическую нагрузку, что повышает и надежность работы самого аппарата и лампы с заявляемым электронным пускорегулирующим аппаратом.

Повышение надежности аппарата и газоразрядной лампы с заявляемым электронным пускорегулирующим аппаратом лампы оценивается по времени наработки на отказ. В соответствии с результатами экспериментальных исследований время наработки на отказ аппарата и лампы (и срок ее службы) могут быть увеличены, соответственно, в 2,5÷3,0 и 1,5÷2,0 раза.

Коэффициент полезного действия устройства повышается на 2÷3% за счет уменьшения потерь энергии в элементах устройства в длительном режиме работы.

Может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена устройства за счет оптимизации схемы и обеспечения возможности использования транзисторов и диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой.

По сравнению с прототипом могут быть снижены, ориентировочно, на 18% и весо-габаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы за счет оптимизации схемы и, соответственно, конструкции, что также значительно расширяет и его область применения.

Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий источник постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, четырехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора и вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную встречным диодом, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и вторым резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора, четвертого резистора и второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым встречным диодом, база транзистора соединена с эмиттером второго транзистора через тиристор, управляющий электрод которого подключен к катоду через третью последовательную цепь из порогового элемента, пятого резистора и третьей вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную шестым резистором.