ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электронным высокочастотным пускорегулирующим аппаратам для питания газоразрядных ламп.
Наиболее близким аналогом является пускорегулирующий аппарат, содержащий полумостовой транзисторный инвертор, блок питания инвертора, балластную цепь, и токовый трансформатор, первая и вторая вторичные обмотки которого связана с базовыми и эмиттерными цепями соответственно первого и второго транзисторов инвертора, а первичная обмотка одним своим выводом - с входом балластной цепи (RU 2094964 С1, 27.10.1997).
Однако известный аппарат не обеспечивает надежную защиту транзисторных ключей как от перегрева, так от избыточного напряжения перехода база эмиттер, значения которого в аномальном режиме могут превышать номинальное значение.
Как известно, при выходе лампы из строя пускорегулирующий аппарат (ПРА) работает в режиме отличном от номинального. В соответствии с установленными нормами (стандартами) такой режим называется аномальным. Он характеризуется долговременным нахождением ПРА в режиме поджига ламп. В таком режиме работы в резонансной схеме включения ламп возникают большие токи и напряжения.
Большой ток нагрузки, протекающий в течение длительного времени через транзисторные ключи инвертора проводит к интенсивному тепловыделению, увеличению температуры и выходу их из строя.
Протекание высокого тока нагрузки через трансформатор обратной связи вызывает высокие напряжения на его вторичных обмотках, которые могут повредить переход база-эмиттер транзисторных ключей при прохождении отрицательной полуволны сигнала.
Задача полезной модели заключается в создании пускорегулирующего аппарата для включения газоразрядных ламп, обеспечивающего надежную защиту транзисторных ключей инвертора как от перегрева, так от избыточного напряжения перехода база эмиттер каждого транзисторного ключа, значения которого превышают номинальное значение, а, кроме того, надежную защиту балласта от перегрева.
Технический результат заключается в повышении надежности работы пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп в аномальном режиме за счет обеспечения надежной защиты транзисторных ключей как от перегрева, так от избыточного напряжения перехода база эмиттер каждого транзисторного ключа, значение которого может превышать номинальное значение, а, кроме того, надежную защиту балласта от перегрева.
В первом варианте выполнения это достигается тем, что в пускорегулирующем аппарате для питания газоразрядных ламп, содержащим полумостовой транзисторный инвертор, блок питания инвертора, балластную цепь, и токовый трансформатор, вторичные обмотки которого связана с базовыми и эмиттерными цепями соответственно первого и второго транзисторов инвертора, а первичная одним своим выводом - с входом балластной цепи, в инвертор в цепь коллектора, по меньшей мере, одного транзистора введен терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, при этом другой вывод первичной обмотки трансформатора соединен со средней точкой полумостового инвертора.
Параллельно цепи база-эмиттер каждого транзистора может быть включен диод, проводимость которого ориентирована в противоположном направлении по отношению к направлению проводимости перехода база
эмиттер, при этом в цепь соединения каждой вторичной обмотки трансформатора с базовой цепью соответствующего транзистора включен резистор.
Кроме того, параллельно цепи каждому из плеч полумоста инвертора может быть включен соответствующий диод.
Во втором варианте выполнения для достижения указанного технического результата в пускорегулирующем аппарате для питания газоразрядных ламп, содержащем полумостовой транзисторный инвертор, блок питания инвертора, балластную цепь, и токовый трансформатор, вторичные обмотки которого связана с базовыми и эмиттерными цепями соответственно первого и второго транзисторов инвертора, а первичная одним своим выводом - с входом балластной цепи, в инвертор параллельно цепи база-эмиттер каждого транзистора включен диод, проводимость которого ориентирована в противоположном направлении по отношению к направлению проводимости перехода база эмиттер, а в цепь соединения каждой вторичной обмотки трансформатора с базовой цепью соответствующего транзистора включен резистор, при этом другой вывод первичной обмотки трансформатора соединен со средней точкой полумостового инвертора.
В цепь коллектора, по меньшей мере, одного транзистора может быть введен терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, а параллельно каждому из плеч полумоста инвертора может быть включен соответствующий диод.
Сущность предлагаемых вариантов полезной модели поясняется чертежом на фиг.1, на котором представлена конкретная реализация схемы заявляемого пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп
Пускорегулирующий аппарат (см. фиг.1) содержит полумостовой транзисторный инвертор 1, блок 2 питания инвертора, балластную цепь 3, включающую последовательно соединенные катушку 4 индуктивности и два конденсатора 5 и 6, причем конденсатор 5 включен в цепь поджига лампы 7.
Устройство содержит также токовый трансформатор, вторичные первая и вторая обмотки 8 и 9 которого соединены с базовыми и эмиттерными цепями соответственно первого и второго транзисторов 10 и 11 инвертора 1, а первичная обмотка 12 трансформатора включена между средней точкой полумостового инвертора 1 и катушкой индуктивности 4.
Инвертор 1 включает также терморезистор 13 с положительным температурным коэффициентом сопротивления, включенный последовательно в цепь коллектора транзистора 10.
Параллельно цепи база-эмиттер каждого транзистора 10 (11) включен диод 14 (15), проводимость которого ориентирована в противоположном направлении по отношению к направлению проводимости цепи база-эмиттер. В цепь соединения каждой вторичной обмотки 8 (9) трансформатора с переходом база-эмиттер транзистора 10 (11) подключен резистор 16 (17). Параллельно последовательносоединенным терморезистору 13 и цепи корректор-эмиттер транзистора 10 включен диод 18. Параллельно цепи корректор-эмиттер транзистора 11 включен диод 19. Проводимость диодов 18 и 19 ориентирована в направлении противоположном направлению цепи коллектор-эмиттер соответственно транзисторов 10 и 11.
Пускорегулирующий аппарат работает следующим образом.
При нормальном режиме работы аппарата при включении блока 1 питания на выходе инвертора 1 формируется меандр, поступающий в нагрузку, включающую балластную цепь 3 и лампу 7. Ток нагрузки протекает через первичную обмотку 12 трансформатора, в результате чего на вторичных обмотках 8 и 9 трансформатора наводятся импульсы. Эти импульсы подаются в базовые цепи транзисторов 10 и 11, обеспечивая автогенерацию инвертора 1.
При подаче напряжения питания на схему импульс тока, формируемый цепью начального запуска (на чертеже не показана), открывает транзистор
10. Переходной процесс в нагрузке вызывает открывающий импульс транзистора 11, и процесс автогенерации запускается.
Сразу же после запуска автогенерации инвертор 1 работает на последовательную резонансную нагрузку, определяемую индуктивностью L катушки 4 и емкостью С1 и С2 конденсаторов 5 и 6 балластной цепи 3 и сопротивлением двух нитей накала лампы 7. Частота автогенерации инвертора 1 устанавливается близкой к резонансной частоте нагрузочного контура. Это обеспечивает такой квазирезонансный режим автоколебаний инвертора 1, который позволяет полностью использовать большую добротность контура для раскачки высокого напряжения на конденсаторе 5. Ток в цепи нагрузки в режиме поджига может в 3-5 раз превышать номинальный рабочий ток лампы 7.
Поджиг лампы 7 наступает при пиковом напряжении на конденсаторе 5, включенным в цепь ее поджига.
Энергия, накопленная в контуре нагрузки, после начала ионизации газовой смеси лампы 7 расходуется на расширение зоны ионизации (так называемый «подхват») и переход из тлеющего разряда в дуговой разряд. При этом импеданс лампы 7 падает от практически бесконечного до примерно 250 Ом. Этот импеданс шунтирует конденсатор 5, фактически, исключая его из нагрузочной цепи. Напряжение на лампе 7 резко падает до значений менее 100 вольт, и наступает режим поддержания горения лампы.
После успешного поджига лампы 7 частота автогенерации инвертора 1 несколько снижается. Инвертор 1 оказывается нагружен на последовательную цепочку, включающую индуктивность L катушки 4, емкость С2 конденсатора 6, а также динамическое сопротивление R лампы 7.
Фактически емкость С1 конденсатора 5 не участвует в работе схемы. Таким образом, катушка 4 балластной схемы 3 является реактивным балластом, ограничивающим ток через лампу 7.
Однако при эксплуатации пускорегулирующего устройства возможны аномальные режимы его работы. Старение и выход из строя лампы,
переходные режимы, ошибки пользователя, помехи и отклонения параметров питающей сети могут создать так называемые аномальные режимы.
Наиболее опасным является аномальный режим, характеризующийся длительной работой инвертора 1 на высокодобротную нагрузку, когда поджиг лампы 7 по каким-либо причинам не происходит. Это случается при изменении состава газовой смеси в лампе 7, а также при полной либо частичной потере эмиссионных свойств одной либо обеих нитей накала лампы 7. При длительной работе на высокодобротную нагрузку через транзисторы 10 и 11 протекает повышенный ток, что приводит к перегреву транзисторов и поддерживает высокую амплитуду напряжений на вторичных обмотках 8 и 9 трансформатора обратной связи. Оба перечисленных фактора создают риск выхода пускорегулирующего аппарата из строя и таким образом снижают его эксплуатационную надежность.
В конкретной схеме реализации предлагаемого пускорегулирующего аппарата защита транзисторов 10 и 11 от перегрева обеспечивается за счет терморезистора 13 с положительным температурным коэффициентом. Величину сопротивления терморезистора 13 выбирают таким образом, чтобы при номинальном режиме работы ПРА его тепловыделение было мало, и соответствующее увеличение его температуры не приводило бы к существенному увеличению его сопротивления, и в то же время в аномальном режиме работы - величина протекающего через него тока приводила бы к разогреву терморезистора 13 до температуры точки Кюри его материала. В этом случае сопротивление терморезистора 13 резко увеличивается, что проводит к уменьшению выходного напряжения ПРА, понижению его нагрузочного тока и уменьшению величины тока через транзисторы 10 и 11.
В таком режиме температура терморезистора 13 устанавливается на стационарном значении, при котором протекающий через терморезистор 13 ток обеспечивает поддержание его температуры вблизи точки Кюри.
В этом случае, как показали проведенные испытания, выходное напряжение ПРА снижается до уровня нескольких десятков вольт, а ток через транзисторы 10 и 11 не превышает значение тока в номинальном режиме.
Время срабатывания такой защиты определяется зависимостью сопротивления от температуры, а также теплоемкостью терморезистора 13 и, как правило, не превышает 5 сек.
Так как режим поджига исправной лампы 7 длиться не более 0,4 сек, то такое время срабатывания защиты обеспечивает уверенный поджиг исправной лампы, но при этом надежно защищает схему от аномального режима.
Кроме того, при аномальном режиме выбросы напряжения на вторичные обмотки 8 и 9 трансформатора могут превышать 10 В, в то время, как типовое напряжение пробоя цепи база-эмиттер транзисторов 10 и 11 составляет от 3 до 5 В.
Для надежной защиты переходов база-эмиттер транзисторов 10 и 11 от пробоя отрицательной полуволны напряжения в инвертор параллельно цепи база-эмиттер каждого транзистора 10 (11) включен диод 14 (15).
При положительной полуволне на вторичной обмотке 8 (9) диод 14 (15) закрыт и не влияет на работу схемы, а при отрицательной полуволне напряжения вторичной обмотки 8 (9) он открывается и ограничивает обратное напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 10 (11). Для кремниевых диодов это напряжение составляет от 0,7 до 1,2 В и не представляет опасность для перехода база-эмиттер транзисторного ключа.
При этом цепь соединения каждой вторичной обмотки 8 (9) с переходом база-эмиттер транзистора 10 (11) содержит последовательно включенный резистор 16 (17), ограничивающий ток вторичной обмотки 8 (9).
Демпферные диоды 18 и 19, включенные параллельно плечам полумоста инвертора 1, содержащим соответственно транзисторы 10 и 11, обеспечивают протекание тока при инверсной полярности напряжения
эмиттер-коллектор, что увеличивает надежность работы схемы и уменьшает ее тепловые потери.
Таким образом, предлагаемые варианты полезной модели обеспечивают повышение эксплуатационной надежности работы пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп в аномальном режиме за счет обеспечения надежной защиты транзисторных ключей как от перегрева, так от избыточного напряжения перехода база эмиттер каждого транзисторного ключа, значение которого может превышать номинальное значение, а, кроме того, обеспечивают надежную защиту аппарата от повышения температуры, вызванного различными причинами, например, увеличением температуры окружающей среды, перегрева лампы, при ее расположении вблизи пускорегулирующего устройства, короткого замыкания в элементах пускорегулирующего устройства, приводящего к интенсивному тепловыделению.