АВАРИЙНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПОЙ

Известны аварийные светильники [1, 2], содержащие аккумуляторную батарею, зарядное устройство, электронный пускорегулирующий аппарат, люминесцентную лампу с подогревными катодами, стартерное устройство (например, стартерный конденсатор), пороговое устройство (например, стабилитрон); зарядное устройство содержит: преобразователь сетевого напряжения в постоянное напряжение с разделительным трансформатором, выпрямитель и ограничитель (или стабилизатор) тока; электронное пускорегулирующее устройство имеет, по меньшей мере, два входа управления (например, вход установки рабочей частоты, вход блокирования работы, и др., например, вход выключателя, вход сброса выключателя); выпрямитель, подключен к вторичной обмотке трансформатора, ограничитель тока подключен к выходу выпрямителя; аккумуляторная батарея подключена к выходу ограничителя тока; электронный пускорегулирующий аппарат подключен к аккумуляторной батарее; выход порогового устройства подключен к входу блокирования работы электронного пускорегулирующего аппарата.
Известные электронные пускорегулирующие аппараты предназначены для зажигания люминесцентных ламп при питании от аккумуляторной батареи. Эти аппараты могут быть выполнены на микросхемах, имеющих входы управления (рабочей частотой, блокированием работы, выключателем, сбросом выключателя и др.) [4], [5].
В известных аварийных светильниках электронный пускорегулирующий аппарат и аккумуляторная батарея должны быть по соображениям безопасности [2] изолированы от питающей сети. Это достигается применением низкочастотного изолирующего трансформатора. Управление включением и выключением аварийного режима реализуется, благодаря тому, что низковольтное напряжение во вторичной обмотке трансформатора, предназначенное для заряда аккумулятора, пропорционально сетевому напряжению и сигнал для включения или выключения аварийного режима выделяется пороговым устройством и управляет работой
электронного пускорегулирующего блока. Однако такие устройства имеют повышенный вес и габариты из-за применения низкочастотных трансформаторов.
В качестве преобразователей сетевого напряжения для снижения веса и габаритов в зарядных устройствах аварийных светильников могут быть применены высокочастотные преобразователи с обратноходовым режимом работы. При применении таких преобразователей на специализированных микросхемах типа LNK501 [3] или аналогичных достигаются: простота и компактность схемы, стабилизация выходного напряжения зарядного устройства, защита от перенапряжения и перегрева. Однако независимость выходного напряжения обратноходовых преобразователей от напряжения питающей сети препятствует выполнению одной из основных функций аварийного светильника: включению и выключению аварийного режима при изменении напряжения питающей сети в заданных пределах. Подключение же входа порогового устройства, управляющего включением и выключением аварийного режима, непосредственно к сети противоречит требованиям безопасности. Применение оптронов для развязки первичной и вторичной цепей возможно, но усложняет схему.
Предлагаемое устройство аварийного светильника не имеет указанных недостатков, благодаря тому, что содержит дополнительный выпрямитель, первый ограничительный резистор и транзисторный согласующий каскад, например, схему на транзисторе с общей базой; в устройстве применен обратноходовой преобразователь сетевого напряжения в постоянное напряжение; дополнительный выпрямитель подключен к вторичной обмотке трансформатора через первый ограничительный резистор в полярности, соответствующей прямо-ходовому режиму работы преобразователя; вход порогового устройства подключен к выходу дополнительного выпрямителя через транзисторный согласующий каскад.
Отсутствие указанных недостатков связано с тем, что в прямо-ходовом преобразователе амплитуда выходного напряжение пропорциональна входному напряжению; подсоединение дополнительного маломощного выпрямителя через ограничительный резистор не нарушает работу основного обратноходового преобразователя. Пороговое устройство, подсоединенное к выходу дополнительного выпрямителя, будет разрешать или блокировать работу электронного пускорегулирующего аппарата в зависимости от величины сетевого напряжения.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что, содержит управляемый параллельный стабилизатор напряжения, первый резистивный делитель напряжения и второй ограничительный резистор; второй ограничительный резистор, подключен
между положительной клеммой аккумуляторной батареи и входом выключателя электронного пускорегулирующего аппарата, первый резистивный делитель напряжения подключен к аккумуляторной батарее, вход управляемого параллельного стабилизатора напряжения подключен к средней точке первого резистивного делителя напряжения, а выход - к входу выключателя электронного пускорегулирующего аппарата.
Это позволяет защитить аккумуляторную батарею аварийного светильника от глубокого разряда и разрушения, благодаря тому, что при снижении напряжения на входе управляемого параллельного стабилизатора, напряжение на его выходе повышается и через вход выключателя электронного пускорегулирующего устройства блокирует его работу. При этом прекращается или существенно уменьшается ток разряда аккумуляторной батареи.
Предлагаемое устройство отличается и тем, что, содержит первую логическую схему «НЕ», вход которой подключен к выходу первого порогового устройства, а выход подключен к входу сброса выключателя электронного пускорегулирующего аппарата.
Это позволяет автоматически включать аварийное освещение после выключения электронного пускорегулирующего аппарата в результате срабатывания защиты аккумуляторной батареи и после перезаряда аккумуляторной батареи при повторном пропадании напряжения сети.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что, дополнительно содержит второе пороговое устройство (например, стабилитрон), вторую логическую схему «НЕ», диодную логическую схему «ИЛИ», второй и третий делители напряжения, первый конденсатор; третий ограничительный резистор; выход второй логической схемы «НЕ» подключен к входу управляемого параллельного стабилизатора напряжения, вход второго порогового устройства зашунтирован первым конденсатором, вход второй логической схемы «НЕ», подключен к выходу второго порогового устройства, вход которого через первую диодную логическую схему «ИЛИ» подключен к средним точкам второго и третьего делителей напряжения, вход второго делителя напряжения подключен к первому катоду люминесцентной лампы, вход третьего делителя напряжения подключен ко второму катоду люминесцентной лампы, третий ограничительный резистор подключен между положительной клеммой аккумуляторной батареи и низкопотенциальному катоду люминесцентной лампы.
Это позволяет защитить электронный пускорегулирующий аппарат от перегрузки при неудаче включения люминесцентной лампы, или от перегрузки при отсутствии люминесцентной лампы.
Предлагаемое устройство отличается также тем, что, содержит: транзисторный ключ, транзисторную схему «токовое зеркало», третью логическую схему «НЕ», RC-цепь с четвертым резистором и вторым конденсатором, управляемый пороговый ключ, пятый резистор; транзисторный ключ включен между положительной клеммой аккумуляторной батареи первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого подключен к входу установки частоты электронного пускорегулирующего аппарата; транзисторная схема «токовое зеркало» подключена между положительной клеммой аккумуляторной батареи и входом установки частоты электронного пускорегулирующего аппарата, вход схемы «токовое зеркало» через пятый резистор подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи, вход управляемого порогового ключа подключен ко второму конденсатору и выходу третьей логической схемы «НЕ», выход управляемого порогового ключа подключен к входу транзисторного ключа.
Это позволяет унифицировать аварийный светильник для применения люминесцентных ламп, различающихся мощностью, током подогрева катодов и напряжением зажигания, а так же позволяет регулирования яркость горения ламп.
Блок - схема полезной модели приведена на фиг.1. Приняты следующие условные обозначения:
1 - зарядное устройство; 2 - преобразователь сетевого напряжения в высокочастотное напряжение; 3 - трансформатор: 4 - выпрямитель (с конденсатором фильтра); 5 - ограничитель тока или стабилизатор тока, например, выполненный на микросхеме LM317; 6 - аккумуляторная батарея; 7 - электронный пускорегулирующий аппарат, например, на основе микросхемы КР1211, с входами: 8 - вход установки частоты, 9 - вход блокирования работы, 10 - вход выключателя, 11 - вход сброса выключателя, 12 - выход высоковольтного высокочастотного напряжения; 13 - люминесцентная лампа с первым 14 и вторым 15 катодами; 16 - стартерный конденсатор; 17, 18 - первое и второе пороговое устройство (например, стабилитроны); 19 - транзисторный согласующий каскад; 20 - третье пороговое устройство (например, транзистор, эмиттер которого подключен к шине с заданным потенциалом Е); 21 - дополнительный выпрямитель; 22, 23, 24 - логические схемы «НЕ»; 25 - диодная логическая схема «ИЛИ», 26 - управляемый
параллельный стабилизатор, например, микросхема TL431; 27 - транзисторная схема «токовое зеркало»; 28 - транзисторный ключ; 29, 30, 31 - первый, второй и третий конденсаторы; 32, 33, 34, 35, 36, 37 - ограничительные резисторы; 38, 39 - резисторы первого делителя напряжения; 40, 41 - резисторы второго делителя напряжения; 42, 43 - резисторы третьего делителя напряжения.
RC-цепь 37, 31, задающая частоту работы, относится к составу электронного пускорегулирующего аппарата 7.
Согласующий каскад 19 может быть выполнен в виде транзисторной схемы с общей базой (с дополнительным инвертором или без него). Он предназначен для согласования выходного сигнала отрицательной полярности порогового устройства 17 с, управляемыми сигналами положительной полярности, входами логических схем 22, 23 «НЕ» и входом 9 блокировки пускорегулирующего аппарата 7.
Эмиттер транзистора в пороговом устройстве 20 должен быть подсоединен к потенциалу близкому (70-90%) к напряжению аккумуляторной батареи. Выбор этого напряжения может быть осуществлен отдельным резистивным делителем напряжения.
Вместо двух логических схем «НЕ» 22, 23 может применяться эквивалентная замена их на одну, например, 22 и диодную схему «ИЛИ».
Транзисторный ключ 28 может быть нормально закрытым или нормально открытым.
Функционирование полезной модели осуществляется следующим образом.
При подключении нормального (187-265В) сетевого напряжения к зарядному устройству 1 аккумуляторная батарея 6 заряжается ограниченным или стабильным током, через выпрямитель 4 и ограничитель 5, уровень зарядного тока выбирается на безопасном уровне путем соответствующего выбора тока ограничителя 5. При этом выпрямитель 21 через пороговое устройство 17, согласующее устройство 19 блокирует работу электронного пускорегулирующего устройства 7 через вход блокировки 9. Выходное напряжение согласующего устройства через логическую схему «НЕ» 22 сбрасывает выключатель пускорегулирующего аппарата 7 (готовит к работе).
При пропадании или уменьшении напряжения в питающей сети (например, ниже 132 В) пороговое устройство 17 не обеспечивает необходимого уровня выходного напряжения, в результате чего напряжение на входе блокировки 9 электронного пускорегулирующего аппарата 7 уменьшатся, аппарат 7 генерирует высоковольтное
переменное напряжение на выходе 12, люминесцентная лампа 13 после прогрева катодов 14 и 15 зажигается (включение аварийного режима).
Аккумулятор 6 при включенной лампе 13 постепенно разряжается, напряжение на входе управляемого параллельного стабилизатора 26 уменьшается ниже порогового значения, что вызывает повышение напряжения на выходе стабилизатора 26 и входе 10 выключателя пускорегулирующего аппарата 7 и выключение последнего. Уровень напряжения аккумулятора, при котором выключается пускорегулирующий аппарат 7, регулируется делителем напряжения 38, 39.
Если после отключения пускорегулирующего аппарата 7, напряжение на аккумуляторной батарее (вследствие падения нагрузки) восстановится, возобновление работы не произойдет, т.к. выключатель находится в защелкнутом состоянии.
При включении напряжения питающей сети возобновляется заряд аккумуляторной батареи 6, как это было описано выше. Выходное напряжение согласующего устройства через логическую схему «НЕ» 22 сбрасывает выключатель пускорегулирующего аппарата 7 (готовит к работе).
Электронный пускорегулирующий аппарат 7 остается в выключенном состоянии, а его вход 9 заблокирован повышенным напряжением, соответствующим наличию достаточного напряжения в питающей сети.
При повторном пропадании питающей сети, если аккумуляторная батарея заряжена до напряжения большего, чем порог срабатывания защиты от глубокого разряда, работа устройства аналогична описанной выше, напряжение на входе 9 уменьшается, что вызывает повторное включение пускорегулирующего аппарата 7, зажигание люминесцентной лампы 13, т.е. включение аварийного режима.
Зажигание люминесцентной лампы происходит следующим образом.
При пропадании напряжения питающей сети пускорегулирующий аппарат генерирует высоковольтные импульсы на выходе 12, частота которых определяется характеристиками резистора 37, конденсатора 31 и током выхода «токового зеркала» 27. Напряжение на выходе логической схемы «HЕ» 23 повышается, конденсатор 30 заряжается током через резистор 36. Схема токового зеркала плавно снижает ток в цепи входа установки частоты 8 пускорегулирующего аппарата 7, что вызывает снижение частоты генерации высоковольтного напряжения. Характеристики резонансной цепи пускорегулирующего аппарата 7 обычно выбираются таким образом, чтобы начальная частота была значительно выше (30-50%) рабочей частоты горения люминесцентной лампы. Поэтому, по мере заряда конденсатора 30, катоды 14, 15 люминесцентной лампы 13 прогреваются, частота
генерации приближается к резонансной частоте, напряжение на лампе 13 возрастает, и она загорается.
Через некоторое время, определяемое значениями сопротивления резистора 36 и конденсатора 30, напряжение на конденсаторе 30 превышает порог отпирания порогового устройства 20, что приводит к отпиранию нормально закрытого транзисторного ключа 28. При этом суммарный ток входа 8 установки частоты пускорегулирующего аппарата 7 увеличивается, частота работы пускорегулирующего аппарата 7 повышается, и люминесцентная лампа 13 переводится в режим меньшей рассеиваемой мощности. Это позволяет для стабильного зажигания люминесцентной лампы 13 осуществлять включение ее при достаточном уровне потребляемой мощности с последующим переводом лампы в режим меньшей мощности, характерный для аварийного режима работы с экономным потреблением энергии от аккумуляторной батареи.
Если установлен нормально открытый транзисторный ключ 28, имеется возможность установки повышенной яркости лампы после зажигания.
Сопротивление резисторов 35, 36, 37, емкость конденсатора 31, опорное напряжение Е (в пороговом устройстве 20) могут быть выбраны в различных комбинациях в зависимости от заданных значений частоты и времени прогрева катодов 14, 15, частоты поджига и напряжения зажигания люминесцентной лампы 13, рабочей частоты и мощности горения лампы 13, что позволяет широко перестраивать работу схемы под заданные типы ламп и заданное время работы в аварийном режиме. Резистор 35, определяющий рабочую частоту пускорегулирующего аппарата 7 после включения люминесцентной лампы, может быть использован для регулирования яркости люминесцентной лампы.
При пропадании сетевого напряжения выход логической схемы 23 «НЕ» имеет низкий потенциал, конденсатор 30 разряжается и подготавливается к следующему циклу запуска люминесцентной лампы 13.
При отсутствии лампы 13, или в случае неудачи ее включения, на выходе 12 пускорегулирующего аппарата 7 появляется опасное высоковольтное напряжение, которое может не снижаться долгое время, если не будет отключено. Это также приводит так же к нежелательному расходованию энергии аккумулятора. В этих случаях потенциалы средних точек одного или двух делителей напряжения 40, 41 и 42, 43 и конденсатора 29 возрастают и, при достижении определенных уровней, вызывают срабатывание порогового устройства 18. При этом на выходе логической схемы «НЕ» 24 (и на входе управляемого параллельного стабилизатора 26) возникает
сигнал низкого уровня. Напряжение на выходе управляемого параллельного стабилизатора напряжения 26 и через вход 10 выключает пускорегулирующий аппарат 7.
Полезная модель может быть использована для конструирования непостоянных аварийных светильников.
Литература
[1] Аварийное освещение. Каталог 2006, Белый Свет, стр.60, 61
[2] ГОСТ Р МЭК 60598-2-22-99
[3] Data Book and Design Guide, Power Integration Inc, 2003-04, p2-47, fig.1
[4] Ballast Control IR2156 IC International Rectiefur (http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2156.pdf)
[5] 1211ЕУ1/1А ДВУХТАКТНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ЭПРА Додека (http://dodeca-electric.ru/pdf/1211_DS_ru.pdf)