Электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной лампы

Изобретение направлено на увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом. Указанный технический результат достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для линейной люминесцентной 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 последовательными резисторами 5, 6 в эмиттерных цепях, цепи транзисторов и последовательных резисторов зашунтированы встречно-параллельными диодами 7, 8, входные выводы которого соединены с выводами источника, включающий два последовательно соединенных конденсатора фильтра 9, 10, трехобмоточный трансформатор, а также два коммутирующих конденсатора 11, 12 и коммутирующий дроссель 13, образующие с линейной люминесцентной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 14 трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, соответственно, одноименные выводы электродов лампы попарно зашунтированы коммутирующими конденсаторами, лампа включена в последовательную резонансную схему двумя разноименными выводами электродов, вторые разноименные выводы электродов лампы соединены через позистор 15, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора 16 и вторичной обмотки 17 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, а также к выходному выводу инвертора, образуемому точкой соединения последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, через конденсатор 18, второй резистор 19 и вторую последовательную цепь из встречного диода 20 и третьего резистора 21, цепь транзистора с последовательным резистором зашунтирована демпферным конденсатором 22 и четвертым резистором 23, коллектор второго транзистора соединен с базой через пятый резистор 24, база второго транзистора подключена к эмиттеру через третью последовательную цепь из разделительного конденсатора 25, шестого резистора 26 и второй вторичной обмотки 27 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, а также к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора через второй конденсатор 28 и четвертую последовательную цепь из второго встречного диода 29 и седьмого резистора 30. 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 направлена на увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной 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 линейной люминесцентной 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 Компонентс, 2008. - С.15).

Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы является малый срок службы лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом из-за низких значений коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы аппарата и, соответственно, коэффициента формы тока, больших токов через электроды лампы в длительном режиме работы и возможного перегрева электродов полным током коммутирующего конденсатора.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной 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 линейной люминесцентной лампы является малый срок службы лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом из-за низких значений коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы аппарата и, соответственно, коэффициента формы тока, больших токов через электроды лампы в длительном режиме работы и возможного перегрева электродов полным током коммутирующего конденсатора.

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

Недостатком прототипа является малый срок службы лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом из-за низких значений коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы аппарата и, соответственно, коэффициента формы тока, больших токов через электроды лампы в длительном режиме работы и возможного перегрева электродов полным током коммутирующего конденсатора.

Полезная модель направлена на решение задачи увеличения срока службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для линейной люминесцентной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащем источник постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с последовательными резисторами в эмиттерных цепях, цепи транзисторов и последовательных резисторов зашунтированы встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выводами источника, включающем два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также два коммутирующих конденсатора 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 последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, соответственно, одноименные выводы электродов лампы попарно зашунтированы коммутирующими конденсаторами, лампа включена в последовательную резонансную схему двумя разноименными выводами электродов, вторые разноименные выводы электродов лампы соединены через позистор, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора и вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, а также к выходному выводу инвертора, образуемому точкой соединения последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, через конденсатор, второй резистор и вторую последовательную цепь из встречного диода и третьего резистора, цепь транзистора с последовательным резистором зашунтирована демпферным конденсатором и четвертым резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через пятый резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через третью последовательную цепь из разделительного конденсатора, шестого резистора и второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, а также к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора через второй конденсатор и четвертую последовательную цепь из второго встречного диода и седьмого резистора.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является увеличение срока службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом, что достигается комплексным снижением амплитуд токов через элементы аппарата и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, обеспечением нагрева электродов перед включением лампы и исключения перегрева электродов лампы током коммутирующих конденсаторов во время ее длительной работы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих увеличенный срок службы с эффективным «теплым» стартом, перегрузок и перегрева электродов лампы.

Увеличение срока службы линейной люминесцентной 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 линейной люминесцентной лампы являются существенными.

На рисунке приведена схема электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы.

Электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной лампы 1, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержит источник 2 постоянного напряжения питания и однофазный полу мостовой инвертор на транзисторах 3, 4 с последовательными резисторами 5, 6 в эмиттерных цепях, цепи транзисторов и последовательных резисторов зашунтированы встречно-параллельными диодами 7, 8, входные выводы которого соединены с выводами источника, включающий два последовательно соединенных конденсатора фильтра 9, 10, трехобмоточный трансформатор, а также два коммутирующих конденсатора 11, 12 и коммутирующий дроссель 13, образующие с линейной люминесцентной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 14 трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, соответственно, одноименные выводы электродов лампы попарно зашунтированы коммутирующими конденсаторами, лампа включена в последовательную резонансную схему двумя разноименными выводами электродов, вторые разноименные выводы электродов лампы соединены через позистор 15, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора 16 и вторичной обмотки 17 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, а также к выходному выводу инвертора, образуемому точкой соединения последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, через конденсатор 18, второй резистор 19 и вторую последовательную цепь из встречного диода 20 и третьего резистора 21, цепь транзистора с последовательным резистором зашунтирована демпферным конденсатором 22 и четвертым резистором 23, коллектор второго транзистора соединен с базой через пятый резистор 24, база второго транзистора подключена к эмиттеру через третью последовательную цепь из разделительного конденсатора 25, шестого резистора 26 и второй вторичной обмотки 27 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, а также к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора через второй конденсатор 28 и четвертую последовательную цепь из второго встречного диода 29 и седьмого резистора 30.

Электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной 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 последовательными резисторами 5, 6 в эмиттерных цепях. 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 трехобмоточного трансформатора, первичная обмотка 14 которого соединяется последовательно в нагрузочную цепь инвертора, а вторичные обмотки 17, 27 включаются в базовые цепи транзисторов 3, 4. При этом вторичные обмотки 17, 27 трансформатора имеют встречное включение. Базовые токи транзисторов 3, 4 при их работе пропорциональны току в нагрузочной цепи (14-1, 11, 12, 15-13). 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 суммарной емкости коммутирующих конденсаторов 11, 12 и индуктивности коммутирующего дросселя 13. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Разделительный конденсатор 25 служит для емкостной развязки цепи управления второго транзистора 4 и, совместно с резистором 26, для ограничения базового тока второго транзистора 4. Одновременно, заряд разделительного конденсатора 25 через резисторы 23, 5, 24, 26, 6 обеспечивает запуск пускорегулирующего аппарата. Второй резистор 19, вторая последовательная цепь из встречного диода 20 и третьего резистора 21, конденсатор 18, а также четвертая последовательная цепь из второго встречного диода 29 и седьмого резистора 30, второй конденсатор 28, соответственно, ограничивают уровни обратного напряжения на базах транзисторов 3, 4 относительно их эмиттеров. Конденсатор 18 и второй резистор 19, второй конденсатор 28 повышают устойчивость транзисторов 3, 4 к большой величине скорости нарастания напряжения на них и электромагнитным помехам в цепях управления. Второй встречный диод 29 предотвращает разряд разделительного конденсатора 25 через седьмой резистор 30, что гарантирует надежный первоначальный запуск устройства. Встречно-параллельные диоды 7, 8 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 3, 4 инвертора. Демпферный конденсатор 22 и четвертый резистор 23 снижают уровни коммутационных перенапряжений на транзисторах 3, 4. Кроме того, за счет демпферного конденсатора 22 обеспечивается плавное нарастание напряжений на транзисторах 3, 4 и встречно-параллельных диодах 7, 8 (мягкая коммутация) при работе инвертора. Последовательные резисторы 5, 6 в эмиттерных цепях транзисторов 3, 4 демпфируют нагрузочную цепь инвертора и ограничивают броски токов чрез транзисторы 3, 4 в интервалах коммутации. Резисторы 16 и 26 служат для ограничения базовых токов транзисторов 3, 4. При пуске электронного пускорегулирующего аппарата сопротивление позистора 15 является сравнительно низким и он шунтирует электроды линейной люминесцентной лампы 1. Происходит предварительный нагрев электродов лампы 1 до требуемой температуры током через позистор 15. Далее, по мере нагрева, сопротивление позистора 15 возрастает и инициируется электрический разряд в лампе 1. Незначительный контролируемый подогрев электродов лампы 1 после ее зажигания, с целью оптимизации эмиссионных свойств, производится за счет токов, протекающих через коммутирующие конденсаторы 11, 12.

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 7, 8. Конденсаторы фильтра 9, 10 являются электролитическими либо пленочными. Диоды 7, 8, 20, 29 должны быть быстродействующими.

По сравнению с прототипом существенно увеличивается срок службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих увеличенный срок службы с «теплым» стартом линейной люминесцентной лампы. Это достигается за счет комплексного снижения амплитуд токов через элементы аппарата и электроды лампы в длительном режиме работы и значений коэффициента формы тока. За счет разделения токов через электроды лампы потери энергии снижаются в четыре раза. Обеспечиваются оптимальные режимы работы с контролируемым подогревом электродов линейной люминесцентной лампы и низкими электрическими потерями. Положительные качества обусловлены также 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, следовательно, надежность работы и увеличивается срок службы линейной люминесцентной лампы и электронного пускорегулирующего аппарата для нее, за счет исключения срывов инвертирования при работе на динамическую нагрузку.

Срок службы линейной люминесцентной лампы с электронным пускорегулирующим аппаратом лампы (в соответствии с результатами экспериментальных исследований) может быть увеличен в 1,5÷2,0 раза.

Коэффициент полезного действия устройства повышается на 2÷3% за счет уменьшения потерь энергии на подогрев электродов лампы 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 (до 10%) и весоабаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы за счет оптимизации схемы и конструкции, что также расширяет и его область применения.

Электронный пускорегулирующий аппарат для линейной люминесцентной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий источник постоянного напряжения питания и однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с последовательными резисторами в эмиттерных цепях, цепи транзисторов и последовательных резисторов зашунтированы встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выводами источника, включающий два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также два коммутирующих конденсатора 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 последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора соответственно, одноименные выводы электродов лампы попарно зашунтированы коммутирующими конденсаторами, лампа включена в последовательную резонансную схему двумя разноименными выводами электродов, вторые разноименные выводы электродов лампы соединены через позистор, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора и вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, а также к выходному выводу инвертора, образуемому точкой соединения последовательного резистора транзистора с коллектором второго транзистора, через конденсатор, второй резистор и вторую последовательную цепь из встречного диода и третьего резистора, цепь транзистора с последовательным резистором зашунтирована демпферным конденсатором и четвертым резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через пятый резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через третью последовательную цепь из разделительного конденсатора, шестого резистора и второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, а также к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора через второй конденсатор и четвертую последовательную цепь из второго встречного диода и седьмого резистора.