ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ

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 расширяет область применения 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, 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 Компонентс, 2008. - С.15).
Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является узкая область применения из-за высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, больших амплитуд токов сети и повышенных пульсаций светового потока газоразрядной лампы, а также недостаточной надежности работы устройства.
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, 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 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 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 узкая область применения из-за низкого значения коэффициента полезного действия, высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, больших амплитуд токов сети, повышенных пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также недостаточной надежности работы устройства.
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, 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, трехобмоточный 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 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 узкая область применения из-за низкого значения коэффициента полезного действия, высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, больших амплитуд тока сети, повышенных пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также недостаточной надежности работы устройства.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, 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 однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата, конденсатор фильтра и кламп, шунтирующие выходные выводы выпрямителя, кламп включает первую и вторую последовательные цепи, соответственно, из четырех встречных диодов и двух конденсаторов, шунтирующую средние диоды первой последовательной цепи, общие точки соединения средних диодов первой последовательной цепи и конденсаторов второй последовательной цепи клампа подключены к входным выводам 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.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения, что достигается комплексным повышением значения коэффициента полезного действия, снижением уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, уменьшением амплитуд токов сети, пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также повышением надежности работы устройства за счет использования эффективной схемы выпрямления и фильтрации (штампа), оптимизации пускового режима устройства, снижения коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах выпрямителя, а также электрических потерь в других элементах устройства. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих стабилизацию светового потока в течение срока службы газоразрядной лампы, в том числе, для новых типов компактных люминесцентных ламп.
Расширение области применения электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 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 фиг.1 приведена схема электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, на фиг.2 сравнительные осциллограммы токов и напряжений в схеме прототипа и заявляемого пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы.
Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы 1, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержит однофазный мостовой выпрямитель на четырех диодах 2-5, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата, конденсатор фильтра 6 и кламп, шунтирующие выходные выводы выпрямителя, кламп включает первую и вторую последовательные цепи, соответственно, из четырех встречных диодов 7-10 и двух конденсаторов 11, 12, шунтирующую средние диоды первой последовательной цепи, общие точки соединения средних диодов первой последовательной цепи и конденсаторов второй последовательной цепи клампа подключены к входным выводам выпрямителя, однофазный, полумостовой инвертор на транзисторах 13, 14 с встречно-параллельными диодами 15, 16, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра 17, 18, коммутирующий конденсатор 19 и коммутирующий дроссель 20, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно.
Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы в установившемся режиме работает следующим образом. Однофазный мостовой выпрямитель на диодах 2-5 преобразует переменное напряжение сети в знакопостоянное напряжение. При возрастании эквивалентного сопротивления нагрузки (близкое к полному использование ресурса лампы 1) напряжение на выходе выпрямителя повышается за счет работы конденсаторов 11, 12 второй последовательной цепи клампа, что стабилизирует режим горения и световой поток газоразрядной лампы 1. Таким образом, в новом электронном пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы имеется эффективная параметрическая стабилизация при нарушениях электрического режима. Конденсатор фильтра 6 совместно с конденсаторами 11, 12 клампа обеспечивает достаточно качественную и надежную фильтрацию выходного напряжения выпрямителя. Заряд конденсатора фильтра 6 осуществляется от источника питания (выпрямителя) и через конденсаторы 11, 12 клампа. В результате выходное напряжение на входных выводах инвертора более стабильное, а импульсы тока сети имеют меньшую амплитуду и большую длительность. Диоды 7-10 первой последовательной цепи клампа отсекают конденсаторы 11, 12 первой последовательной цепи от конденсатора фильтра 6 при высоком уровне мгновенного напряжения на выходе выпрямителя, что обеспечивает работу электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1 с достаточно высоким коэффициентом мощности. Транзисторы 13, 14 однофазного полумостового инвертора включаются и проводят ток поочередно. Инвертор работает (в частном случае) в автогенераторном режиме, что достигается применением последовательной резонансной схемы включения газоразрядной лампы 1 через коммутирующий конденсатор 19 и коммутирующий дроссель 20 между входными выводами инвертора, образуемыми общими точками соединения конденсаторов фильтра 17, 18 и транзисторов 13, 14 соответственно. Периодическое переключение транзисторов 13, 14 происходит с частотой, определяемой величинами емкости коммутирующего конденсатора 19 и индуктивности коммутирующего дросселя 20. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Встречно-параллельные диоды 15, 16 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 13, 14 инвертора. Из сравнения осциллограмм фиг.2 токов и напряжений в известных схемах, в том числе, в схеме прототипа (первая и вторая осциллограммы) и нового электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1 (третья и четвертая осциллограммы) следует, что пульсация входного напряжения инвертора снижается (суммарная емкость конденсаторов 6, 11, 12 в новом аппарате в два раза меньше), следовательно, значительно снижается пульсация светового потока. Выходное напряжение выпрямителя в новом пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы 1 имеет более высокий уровень за счет действия клампа (элементы 7-12), что позволяет использовать схемы последовательного соединения газоразрядных ламп 1 в мультиламповых светильниках. Амплитуда импульсов тока сети в новом аппарате при равной выходной мощности значительно ниже. Ток сети, как видно из сравнения первой и третьей осциллограмм, имеет лучший коэффициент формы и гораздо более низкую амплитуду (около 1,1 А вместо 2,0 А) при сравнимых значениях коэффициентов мощности.
Выходное напряжение инвертора, как уже отмечено, может иметь более высокий уровень (среднее значение) при равных значениях установленной емкости, что обеспечивает существенные преимущества нового электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1.
Транзисторы 13, 14 инвертора могут выполняться со структурами с встроенными встречно-параллельными диодами или модульные конструкции с предустановленными встречно-параллельными диодами. В этом случае отпадает необходимость в установке отдельных (дискретных) встречно-параллельных диодов 15, 16. Конденсатор фильтра 6 является электролитическим либо пленочным с величиной емкости около 0,13 мкФ/Вт. Конденсаторы 11, 12 также могут быть электролитическими или пленочными с величиной емкости около 0,05 мкФ/Вт. Встречно-параллельные диоды 15, 16 должны быть быстродействующими. Диоды 2-5 являются обычными низкочастотными выпрямительными диодами.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих, например, стабилизацию светового потока в течение срока службы газоразрядной лампы, в том числе, для компактных люминесцентных ламп. Это достигается за счет комплексного повышения коэффициента полезного действия устройства, снижения уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, уменьшения амплитуд токов сети, пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также повышения надежности работы устройства. Положительные качества обусловлены использованием эффективного однофазного мостового выпрямителя с качественной фильтрацией выходного напряжения и штампом, снижением коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах выпрямителя, а также электрических потерь в других элементах устройства. Повышается устойчивость и, следовательно, надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы. Исключаются срывы инвертирования при работе на динамическую нагрузку. Увеличивается уровень выходного напряжения, что позволяет уменьшить величины токов через активные элементы устройства и расширяет возможности по улучшению конструкций мультиламповых светильников. Увеличение уровня выходного напряжения при возрастании эквивалентного сопротивления нагрузки позволяет стабилизировать световой поток газоразрядной лампы в течение всего срока службы и увеличить срок эффективного использования.
Повышение надежности электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы оценивается по времени наработки на отказ. В соответствии с результатами экспериментальных исследований время наработки на отказ заявляемого аппарата может быть увеличено на 40-50%.
Коэффициент полезного действия устройства повышается на 3-4% за счет уменьшения потерь энергии в элементах, в том числе, по причине значительного уменьшения амплитуд импульсов входного тока устройства и его коэффициента формы.
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 и весо-габаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы за счет оптимизации схемы и конструкции, что также расширяет область его применения.