ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ЛИНЕЙНОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ 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 повышает надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы.
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 низкая надежность работы из-за низких значений коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, возможного перегрева электродов лампы полным током коммутирующего конденсатора, увеличенных затрат энергии на нагрев электродов в номинальном режиме работы.
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 низкая надежность работы из-за низких значений коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, что приводит к росту амплитуды токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, возможного перегрева электродов лампы полным током коммутирующего конденсатора, повышенных затрат энергии на нагрев электродов лампы в номинальном режиме работы.
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 низкая надежность работы из-за высоких значений амплитуд токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, возможного перегрева электродов лампы полным током коммутирующего конденсатора во время ее работы, повышенных энергозатрат на нагрев электродов лампы в номинальном режиме, отсутствия защиты от аномальных режимов работы.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы, 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 встречно-параллельными диодами и последовательными резисторами, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, 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, выводы электродов лампы соединены попарно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора и вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную конденсатором, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и вторым резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора, четвертого резистора и второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым конденсатором, база транзистора подключена к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора, через тиристор, управляющий электрод которого подключен к точке соединения последовательного резистора с вторым транзистором через третью последовательную цепь из порогового элемента и пятого резистора, и к катоду через третий конденсатор.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата, что достигается комплексным снижением амплитуд токов через элементы устройства и электроды лампы и, соответственно, коэффициента формы тока, исключением перегрева электродов лампы током коммутирующего конденсатора во время ее длительной работы, снижением энергозатрат на нагрев электродов в номинальном режиме работы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы с энергоэффективным стартом и защиту от аномальных режимов, в том числе, «открытого катода» линейной люминесцентной лампы и аппарата, перегрузок и перегрева элементов устройства и электродов лампы.
Повышение надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной 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 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 полумостовой инвертор на транзисторах 3, 4 с встречно-параллельными диодами 5, 6 и последовательными резисторами 7, 8, входные выводы которого соединены с выходными выводами источника, включающий два последовательно соединенных конденсатора 9, 10 фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор 11 и коммутирующий дроссель 12, образующие с линейной люминесцентной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 13 трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, выводы электродов лампы соединены попарно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из резистора 14 и вторичной обмотки 15 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, зашунтированную конденсатором 16, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором 17 и вторым резистором 18, коллектор второго транзистора соединен с базой через третий резистор 19, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из разделительного конденсатора 20, четвертого резистора 21 и второй вторичной обмотки 22 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, зашунтированную вторым конденсатором 23, база транзистора подключена к выводу источника, соединенного с последовательным резистором второго транзистора, через тиристор 24, управляющий электрод которого подключен к точке соединения последовательного резистора с вторым транзистором через третью последовательную цепь из порогового элемента 25 и пятого резистора 26, и к катоду через третий конденсатор 27.
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 встречно-параллельными диодами 5, 6 и последовательными резисторами 7, 8 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 13 которого соединяется последовательно в нагрузочную цепь инвертора, а вторичные обмотки 15, 22 включаются в базовые цепи транзисторов 3, 4. При этом вторичные обмотки 15, 22 трансформатора имеют встречное включение. Базовые токи транзисторов 3, 4 при их работе пропорциональны току в нагрузочной цепи (13-1, 11-12). 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 емкости коммутирующего конденсатора 11, а также индуктивности коммутирующего дросселя 12. Выводы электродов линейной люминесцентной лампы 1 соединены попарно друг с другом. Ток коммутирующего конденсатора 11, таким образом, через электроды лампы не протекает за счет разделения цепей. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Разделительный конденсатор 20 служит для емкостной развязки цепи управления второго транзистора 4 и, совместно с резистором 21, для ограничения базового тока второго транзистора 4. Одновременно, заряд разделительного конденсатора 20 через резисторы 16, 7, 19, 21, 6 и вторую вторичную обмотку 22 трансформатора обеспечивает запуск пускорегулирующего аппарата. Конденсаторы 16, 23 ограничивают уровни обратного напряжения на базах транзисторов 3, 4 относительно их эмиттеров и, одновременно, повышают устойчивость транзисторов 3, 4 к большой величине скорости нарастания напряжения на них, а также к электромагнитным помехам в цепях управления. Встречно-параллельные диоды 5, 6 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 3, 4 инвертора. Демпферный конденсатор 17 и второй резистор 18 снижают уровни коммутационных перенапряжений на транзисторах 3, 4. Кроме того, за счет демпферного конденсатора 17 обеспечивается плавное нарастание напряжений на транзисторах 3, 4 и встречно-параллельных диодах 5, 6 (мягкая коммутация) при работе инвертора. Последовательные резисторы 7, 8 в эмиттерных цепях транзисторов 3, 4 демпфируют нагрузочную цепь инвертора и ограничивают броски токов чрез транзисторы 3, 4 в интервалах коммутации. Резисторы 14, 21 служат для ограничения базовых токов транзисторов 3, 4. Защита электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы 1 от нарушений электрического режима и выхода элементов из строя обеспечивается, в частности, тиристором 24. При работе устройства в аномальном режиме «открытого катода» линейной люминесцентной лампы 1 (лампа 1 не зажигается), отключении или замене лампы 1 возрастают токи и напряжения на элементах нагрузочной цепи. Ограничение роста токов и напряжений в режиме «открытого катода» линейной люминесцентной лампы 1 обеспечиваются включением тиристора 24, который блокирует базовую цепь транзистора 3 и вызывает выключение режима автогенерации устройства. Управление тиристором 24 осуществляется по третьей последовательной цепи из порогового элемента 25 и пятого резистора 26. Третий конденсатор 27 шунтирует управляющий электрод тиристора 24, что повышает помехоустойчивость и обеспечивает селективность защитных цепей устройства. При возрастании токов и напряжений в нагрузочной цепи линейной люминесцентной лампы 1 возрастает напряжение на последовательном резисторе 8, что приводит к срабатыванию порогового элемента 25 и, соответственно, включению тиристора 24.
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 5, 6. Конденсаторы фильтра 9, 10 являются электролитическими либо пленочными. Диоды 5, 6 должны быть быстродействующими. В качестве порогового элемента 25 могут быть использованы стабилитроны, стабисторы, динисторы или обычные диоды. Для повышения порога срабатывания возможно соединение нескольких диодов последовательно.
По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы с необходимым стартом линейной люминесцентной лампы и защиту от режима «открытого катода», перегрузок и перегрева устройства и электродов лампы, а также пониженными потерями энергии на нагрев электродов. Это достигается за счет комплексного снижения амплитуд токов через элементы устройства и электроды лампы в длительном режиме работы и значений коэффициента формы тока. Обеспечиваются оптимальные режимы работы. Положительные качества обусловлены также использованием эффективной схемы защиты на тиристоре, 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 и, следовательно, надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы, срывов инвертирования при работе на динамическую нагрузку, что повышает и надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы.
Повышение надежности электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы оценивается по времени наработки на отказ. В соответствии с результатами экспериментальных исследований время наработки на отказ устройства может быть увеличено 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 15% и весо-габаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для линейной люминесцентной лампы за счет оптимизации схемы и конструкции, что также расширяет и его область применения.