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 пусковых токов 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 пусковых токов, 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. - AN 1577).
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 пусковых токов, 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 полумостовой выпрямитель, два смежных плеча которого выполнены на диодах, а два других плеча на конденсаторах, входной вывод которого, образованный диодами, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к нулевому проводу сети, а входной вывод, образованный конденсаторами, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к линейному проводу сети, 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.
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 пусковых токов, пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также повышением надежности работы устройства за счет использования эффективной схемы выпрямления и фильтрации, оптимизации пускового режима устройства, снижения коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах выпрямителя, а также электрических потерь в других элементах устройства, уменьшения числа активных компонентов, схемотехнической защиты от коротких замыканий. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, 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 полумостовой выпрямитель, два смежных плеча которого выполнены на диодах 2, 3, а два других плеча на конденсаторах 4, 5, входной вывод которого, образованный диодами, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к нулевому проводу сети, а входной вывод, образованный конденсаторами, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к линейному проводу сети, конденсатор фильтра 6, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах 7, 8 с встречно-параллельными диодами 9, 10, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра 11, 12, коммутирующий конденсатор 13 и коммутирующий дроссель 14, 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 полумостовой выпрямитель на диодах 2, 3 и конденсаторах 4, 5 преобразует переменное напряжение сети в знакопостоянное напряжение. Входной вывод выпрямителя, образованный диодами 2, 3, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к нулевому N проводу сети, а входной вывод, образованный конденсаторами 4, 5, соединен с входным выводом аппарата, подключенным к линейному L проводу сети. При коротком замыкании или выходе элементов из строя напряжение на выходе выпрямителя снижается, а конденсаторы 4, 5 ограничивают величину тока сети. Таким образом, в новом электронном пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы имеется эффективная параметрическая защита от коротких замыканий и нарушений электрического режима, а также емкостная развязка входной и нагрузочной цепей. Конденсатор фильтра 6 совместно с конденсаторами 4, 5 обеспечивает достаточно высокую и надежную фильтрацию выходного напряжения выпрямителя. Заряд конденсатора фильтра 6 осуществляется от источника питания (выпрямителя) через конденсаторы 4, 5. В результате выходное напряжение на входных выводах инвертора при запуске устройства нарастает плавно, а импульс пускового тока не превышает по амплитуде ток в рабочем режиме. Транзисторы 7, 8 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 13 и коммутирующий дроссель 14 между входными выводами инвертора, образуемыми общими точками соединения конденсаторов фильтра 11, 12 и транзисторов 7, 8 соответственно. Периодическое переключение транзисторов 7, 8 происходит с частотой, определяемой величинами емкости коммутирующего конденсатора 13 и индуктивности коммутирующего дросселя 14. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Встречно-параллельные диоды 9, 10 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 7, 8 инвертора. Из сравнения осциллограмм фиг.2 токов и напряжений в известных схемах, в том числе, в схеме прототипа и нового электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1 следует, что пульсация входного напряжения инвертора снижается, следовательно, снижается пульсация светового потока. Амплитуда пускового тока сети в новом аппарате значительно ниже. Ток сети имеет лучший коэффициент формы и гораздо более низкую амплитуду при сравнимых значениях коэффициентов мощности. Входное напряжение инвертора при запуске нарастает, как уже отмечено, сравнительно плавно, что обеспечивает существенные преимущества нового электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы 1.
Транзисторы 7, 8 инвертора могут иметь структуры с встроенными или модульные конструкции с предустановленными встречно-параллельными диодами. В этом случае отпадает необходимость в установке отдельных встречно-параллельных диодов 9, 10. Конденсатор фильтра 6 является электролитическим либо пленочным с величиной емкости около 0,12 мкФ/Вт. Встречно-параллельные диоды 9, 10 должны быть быстродействующими.
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, 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 пусковых токов, пульсаций светового потока и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также повышения надежности работы устройства, упрощения схемы за счет уменьшения числа активных элементов. Положительные качества обусловлены использованием эффективного однофазного полумостового выпрямителя, оптимизацией пускового режима, 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. Обеспечивается параметрическая защита от коротких замыканий и других нарушений электрического режима, а также емкостная развязка входных и нагрузочных цепей. Для схемы пускорегулирующего аппарата отсутствует необходимость в защите с помощью предохранителей.
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 50-60%.
Коэффициент полезного действия устройства повышается на 5-6% 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, отсутствия предохранительных элементов.
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 применения.