Высокочастотный источник питания для газоразрядных ламп

 

Сущность изобретения: источник может работать от промышленной сети при наличии выпрямителя с фильтрующим конденсатором. Источник содержит высокочастотный инвертор, обеспечивающий поджиг и режим горения газоразрядной лампы. Он включает транзистор, поджигающий и разделительный конденсаторы, силовой трансформатор, к первичной обмотке которого через диод подключен силовой переход транзистора, а вторичная обмотка соединена одним концом с общей точкой поджигающего и разделительного конденсаторов, и узел запуска. Отличительной особенностью источника является наличие дополнительного дросселя, через который обмотка токового автотрансформатора включена в цепь вторичной обмотки силового трансформатора. Другая обмотка токового автотрансформататора подключена к управляющему электроду транзистора и зашунтирована вторым диодом. Такое решение позволяет обеспечить одновременно падающую внешнюю характеристку и малые коммуникационные потери. 1 ил.

Изобретение относится к осветительной технике, а именно к устройствам для высокочастотного питания газоразрядных ламп.

Известен высокочастотный источник питания [1] содержащий два силовых транзистора, включенных по полумостовой схеме, и подсоединенный к общей точке транзисторов резонансный контур, последовательно с которым включены выводы для подсоединения газоразрядной лампы. Управляющие электроды транзисторов включены в цепь лампы через токовый трансформатор.

В этом устройстве переключение силовых транзисторов при токах коллектора, близких к нулю, обеспечивает малые коммутационные потери. Однако внешняя характеристика источника не соответствует падающей вольт-амперной характеристике (ВАХ) лампы, несмотря на наличие дросселя, включенного последовательно в цепь нагрузки. Жесткость внешней характеристики этого источника вызвана тем, что на резонансной частоте сопротивление контура, который выполняет функцию балластного сопротивления в цепи лампы, близко к нулю.

Известен высокочастотный источник питания [2] содержащий источник постоянного напряжения с фильтрующим конденсатором, силовой транзистор, силовой трансформатор, поджигающий и разделительный конденсаторы и узел запуска. Источник выполнен по схеме блокинг-генератора. Силовой переход транзистора подключен через диод к первичной обмотке силового трансформатора. Общая точка разделительного и поджигающего конденсаторов подсоединена к вторичной обмотке силового трансформатора, а вторые выводы конденсаторов через выводы для подсоединения газоразрядной лампы соединены между собой и подключены к источнику постоянного напряжения. Узел запуска подключен к источнику постоянного напряжения, силовому и управляющему переходам транзистора.

Этот источник имеет мягкую внешнюю характеристику, однако коммутационные потери в нем достаточно велики, поскольку коммутация транзистора происходит при максимальном токе коллектора.

Наиболее близким является высокочастотный источник питания для газоразрядных ламп [3] содержащий источник постоянного напряжения, силовой трансформатор, силовой транзистор, поджигающий и разделительный конденсаторы, узел запуска и токовый трансформатор. Первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первичной обмоткой силового трансформатора, а второй с эмиттером силового транзистора, коллектор которого связан с другим выводом первичной обмотки трансформатора. К управляющему переходу транзистора, зашунтированному диодом в обратном по отношению к переходу направлении, подключена вторичная обмотка токового трансформатора. Выходной вывод узла запуска соединен с базой силового транзистора. Поджигающий и разделительный конденсаторы одним из своих выводов соединены с одним из выводов вторичной обмотки силового трансформатора, другой вывод которого связан с одним из выводов первичной обмотки токового трансформатора, вторым выводом связанной с другим выводом поджигающего конденсатора и одним из выводов для подключения газоразрядной лампы. Второй вывод для подключения газоразрядной лампы соединен с другим выводом разделительного конденсатора.

В этом источнике, как и в предыдущем, обеспечена мягкая внешняя характеристика, но достаточно велики коммутационные потери. Снижение же коммутационных потерь введением резонансного контура аналогично тому, как это сделано в вышеприведенном патенте ФРГ, приведет к увеличению жесткости внешней характеристики источника, поскольку при резонансном режиме коммутации в качестве балластного сопротивления в цепи лампы выступает активная составляющая резонансного контура. Если же в качестве балластного сопротивления использовать реактивную составляющую резонансного контура, то это приведет к нарушению резонансной коммутации транзистора и, следовательно, к увеличению потерь.

Цель изобретения снижение коммутационных потерь в силовом транзисторе источника при сохранении мягкой внешней характеристики.

Цель достигается тем, что в высокочастотный источник питания для газоразрядных ламп, содержащий источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с одним из выводов первичной обмотки силового трансформатора, а второй с эмиттером транзистора, токовый трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к управляющему переходу транзистора, зашунтированному диодом, включенным в обратном направлении по отношению к упомянутому переходу, узел запуска, выходной вывод которого соединен с базой транзистора, коллектором связанного с другим выводом первичной обмотки силового трансформатора, поджигающий и разделительный конденсаторы, соединенные одним из своих выводов с одним из выводов вторичной обмотки силового трансформатора, другой вывод которого связан с одним из выводов первичной обмотки токового трансформатора, вторым выводом связанной с другим выводом поджигающего конденсатора и одним из выводов для подключения газоразрядной лампы, другой вывод для подключения которой соединен с другим выводом разделительного конденсатора, введены дополнительный и рекуперирующий диоды и дроссель, токовый трансформатор включен по автотрансформаторной схеме, а вторичная обмотка силового трансформатора снабжена отводом, при этом коллектор транзистора связан с первичной обмоткой силового трансформатора через дополнительный диод, включенный согласно по отношению к силовому переходу транзистора, вторичная обмотка силового трансформатора связана с первичной обмоткой токового трансформатора через дроссель, а отвод вторичной обмотки силового трансформатора соединен через рекуперирующий диод с первым выводом источника постоянного напряжения.

Введение дросселя, дополнительного и рекуперирующего диодов, включенных по вышеуказанной схеме, позволяет, с одной стороны, осуществлять каждый цикл перезарядки конденсаторов с определенного значения напряжения и строго ограничить ток коллектора силового транзистора и ток через лампу, образуя мягкую характеристику, а, с другой стороны, обеспечивает снижение коммутационных потерь вследствие реализации резонансного режима коммутации транзистора.

На чертеже показан предлагаемый источник питания.

Высокочастотный источник питания содержит источник 1 постоянного напряжения с фильтрующим конденсатором 2, транзистор 3, поджигающий конденсатор 4 и разделительный конденсатор 5, силовой трансформатор 6 с первичной 7 и вторичной 8 обмотками, дроссель 9, токовый автотрансформатор 10 с обмотками 11 и 12, а также дополнительный диод 13, шунтирующий диод 14, рекуперирующий диод 15 и узел 16 запуска. Первичная обмотка 7 силового трансформатора 6 через дополнительный диод 13 и силовой переход транзистора 3 подключена к источнику 1 постоянного напряжения. Вторичная обмотка 8 силового трансформатора 6 через дроссель 9 и токовый автотрансформатор 10 подключена к управляющему переходу транзистора 3 и диоду 14, а также к поджигающему и разделительному конденсаторам 4,5, другие выводы которых через выводы для подсоединения газоразрядной лампы соединены между собой и подключены к источнику 1 постоянного напряжения. Узел 16 запуска выходным выводом подсоединен к базе транзистора 3, а другими выводами к силовому переходу транзистора 3. Рекуперирующий диод 15 включен между отводом от вторичной обмотки 8 и источником 1 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения от источника 1 начинает работать узел 16 запуска, который представляет собой отключаемый релаксационный генератор, и подает короткий положительный импульс на базу транзистора 3. Транзистор 3 отпирается, и к первичной обмотке 7 через дополнительный диод 13 прикладывается напряжение источника 1. ЭДС вторичной обмотки 8 направлена таким образом, что ток заряда поджигающего конденсатора 4 начинает протекать по контуру: обмотка 8, дроссель 9, обмотка 11 токового автотрансформатора 10. При этом транзистор 3 поддерживается в открытом состоянии током, протекающим через обмотки 11 и 12 автотрансформатора 10. Напряжение и ток через поджигающий конденсатор 4 начинают изменяться по закону, близкому к синусоидальному, и определяются значением его емкости и индуктивности дросселя 9. Ток коллектора и ток базы транзистора 3 также изменяются по закону, близкому к синусоидальному, а при окончании заряда поджигающего конденсатора 4 (при токе коллектора и базы, близком к нулю) транзистор 3 запирается. Начинается перезаряд поджигающего конденсатора 4 по контуру: обмотка 11, дроссель 9, обмотка 8 по закону, близкому к синусоидальному и определяемому значением емкости поджигающего конденсатора 4 и суммарной индуктивностью дросселя 9 и обмотки 8 силового трансформатора, магнитопровод которого имеет зазор. Транзистор 3 при этом остается запертым прямым падением напряжения на открытом диоде 14. По окончании перезаряда поджигающего конденсатора 4 транзистор 3 вновь открывается и поджигающий конденсатор 4 снова начинает заряжаться, как было указано выше. В течение каждого цикла заряда конденсатора 4 напряжение на нем возрастает до значения, определяемого формулой U_л 2U n K_т, где U_л амплитуда напряжения на поджигающем конденсаторе после n-го цикла; U напряжение источника постоянного напряжения; n номер цикла; К_т коэффициент трансформации силового трансформатора.

При некотором значении U_л лампа загорается и напряжение на ней резко падает. Параллельно поджигающему конденсатору 4 подключается цепочка разделительного конденсатора 5 и лампы, конденсаторы 4 и 5 начинают работать в параллель аналогично описанному выше.

При достаточно высоком напряжении питания или при обрыве в цепи лампы напряжение на поджигающем конденсаторе 4 может возрасти до недопустимо большого значения и привести к его пробою. Наличие рекуперирующего диода 15 препятствует перезаряду конденсатора 4 выше значения, определяемого величиной напряжения питания и соотношением частей вторичной обмотки 8. При этом вывод энергии из дросселя 9 и силового трансформатора 6 осуществляется не в конденсатор 4, а через открытый рекуперирующий диод 15 и обмотку 11 в фильтрующий конденсатор 2. Дополнительный диод 13 предотвращает реверс тока коллектора транзистора 3 после каждого цикла заряда конденсатора 4. Таким образом, коммутация транзистора 3 осуществляется при токе коллектора, близком к нулевому, и потери на переключение в нем незначительны.

Источник питания обеспечивает при этом работу транзистора при высоких напряжениях питания (до 300 В) без выхода за пределы области безопасной работы и, кроме того, позволяет увеличить частоту питания лампы, что приводит к увеличению ее световых и энергетических параметров.

Формула изобретения

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП, содержащий источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с одним из выводов первичной обмотки силового трансформатора, а второй с эмиттером транзистора, токовый трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к управляющему переходу транзистора, защунтированному диодом, включенным в обратном направлении по отношению к упомянутому переходу, узел запуска, выходной вывод которого соединен с базой транзистора, коллектором связанного с другим выводом первичной обмотки силового трансформатора, поджигающий и разделительный конденсаторы, соединенные одними из своих выводов с одним из выводов вторичной обмотки силового трансформатора, другой вывод которой связан с одним из выводов первичной обмотки токового трансформатора, вторым выводом связанной с другим выводом поджигающего конденсатора и одним из выводов для подключения газоразрядной лампы, другой вывод для подключения которой соединен с другим выводом разделительного конденсатора, отличающийся тем, что в него введены дополнительный и рекуперирующий диоды и дроссель, токовый трансформатор включен по автотрансформаторной схеме, а вторичная обмотка силового трансформатора снабжена отводом, при этом коллектор транзистора связан с первичной обмоткой силового трансформатора через дополнительный диод, включенный согласно по отношению к силовому переходу транзистора, вторичная обмотка силового трансформатора связана с первичной обмоткой токового трансформатора через дроссель, а отвод вторичной обмотки силового трансформатора соединен через рекуперирующий диод с первым выводом источника питания постоянного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1