ПУСКОРЕУЛИРУЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ

Полезная модель устройства относится к электротехнике в частности к пускорегулирующим аппаратам (ПРА) для люминесцентных ламп, при питании от нестабильного источника напряжения (железнодорожный, автомобильный транспорт, метрополитен).
Известно устройство для включения и питания люминесцентной лампы содержащее, инвертор, питающий лампу через балластный дроссель, операционный усилитель, управляющий частотой инвертора, перемножитель, вырабатывающий напряжение, пропорциональное мощности на лампе, датчики тока и напряжения на лампе, два четырехканальных аналоговых мультиплексора, коммутирующих напряжение с перемножителя, датчика напряжения и опорные напряжения на входы операционного усилителя в режимах разогрева электродов, пуска и рабочем режиме, компаратор рабочего режима, два компаратора аварийного режима, отключающих инвертор при нарушении режима стабилизации мощности на лампе, временное устройство и логическую схему, обеспечивающие начальные режимы при включении лампы, за счет чего осуществляется стабилизация режима разогрева электродов, стабилизация мощности на лампе в рабочем режиме и защитное отключение лампы в аварийных режимах, (см. патент RU 2259026 С1, приоритет 21.01.2004, опубл. 20.08.2005).
Указанное устройство имеет следующие недостатки:
1. Схемотехническое решение реализации метода стабилизации мощности на лампе и режима ее разогрева имеет избыточную структуру, большое количество электрических связей между блоками, сложный алгоритм задания режима работы лампы и оценки ее аварийности, требует точной настройки, это приводит в целом к снижению надежности работоспособности и повышению себестоимости устройства.
2. Отсутствие в настоящее время реализации данного устройства управления ПРА в интегральном исполнении.
Наиболее близким по сущности, является устройство содержащее источник питания, стабилизатор напряжения С4, С6, R9, D2, который одновременно соединен своим входом с источником питания и входом питания силового преобразователя, состоящий из транзисторов VT1, VT2, трансформатора ТР1 и разделительного конденсатора С7, а выходом с 8-м выводом задающего генератора, частота которого задается цепью С1, R1, R3, R4, силовой преобразователь управляется выходами 4, 6 задающего генератора, резонансный контур, образованный дросселем L1 и конденсатором С9, формирует напряжение разогрева, поджига и горения люминесцентной лампы Л1, схему 2-х
ступенчатого переключения частоты задающего генератора при режиме подогрева катодов лампы и режиме ее поджига, состоящей из время задающей цепи R2, С2, подключенной к его выводу 3, вспомогательные цепи защиты люминесцентной лампы Л1, подключенные к выводам 1, 2 задающего генератора, состоящие из D1, R5, R6, R10, R11, D5, С8 (фиг 6).Справочная информация «ДОДЭКА» ("Двухтактный контроллер ЭПРА 1211ЕУ1/1А", рис.8), является прототипом.
Недостатком известного устройства является:
1. 2-х ступенчатое переключение частоты задающего генератора при режиме подогрева катодов лампы и режиме ее поджига. При запуске лампы происходит увеличение токов и напряжений на элементах резонансного контура при приближении частоты возбуждения резонансного контура к его собственной резонансной частоте, поэтому для обеспечения режима подогрева катодов лампы необходимо установить частоту задающего генератора выше частоты собственного резонанса, резонансного контура. При этом через катоды лампы начинает протекать ток, достаточный для их разогрева, а напряжение, возникающее в лампе, недостаточно для ее зажигания, но в 1,5-2 раза превышающее напряжение на лампе в режиме работы. После прогрева катодов лампы в течение 1-2 сек. устанавливается рабочая частота задающего генератора близкая к резонансной частоте резонансного контура, что приводит к резкому увеличению напряжения на лампе и она зажигается. При большом разбросе параметров конструктивных элементов используемых при изготовлении ПРА, лампа может не загореться, это происходит из-за того, что частота задающего генератора может не совпадать с частотой резонансного контура, данный режим осуществления подогрева и поджига лампы не позволяет производить поджиг различных типов ламп без дополнительной перестройки силового преобразователя, тем самым теряется универсальность применения ПРА, а резкое начальное нарастание тока лампы при подогреве (см. фиг.5), не позволяет увеличивать дополнительно срок службы лампы.
2. Отсутствие стабилизации мощности на лампе
Техническим результатом является создание ПРА повышенной надежности, улучшение и расширение эксплуатационных характеристик, стабильность свечения и увеличение срока службы люминесцентных ламп, позволяющий производить зажигание различных типов ламп без дополнительной его перестройки, за счет возможности плавной перестройки частоты задающего генератора, т.е. управления частотными режимами ПРА, а также стабилизацию мощности на лампе при изменении питающего напряжения ПРА, путем регулировки индуктивного сопротивления резонансного контура преобразователя.
Сущность полезной модели заключается в том, что ПРА, содержащий источник питания, стабилизатор напряжения, задающий генератор, силовой преобразователь, резонансный контур, вспомогательные цепи защиты,
отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены: делитель напряжения, формирователь временного интервала, электронный коммутатор, преобразователь «напряжение - ток», причем делитель напряжения одновременно соединен своим входом с источником питания, со входом стабилизатора напряжения и входом питания силового преобразователя, а выходом, с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого соединен одновременно с выходом стабилизатора напряжения и восьмым выводом задающего генератора, третий вход управления с выходом формирователя временного интервала, вход которого соединен с конденсатором, а выход электронного коммутатора, с первым входом преобразователя «напряжение - ток», который соединен своим вторым входом с резистором, а выходом, с конденсатором и седьмым выводом задающего генератора.
Исключение схемы двухступенчатого режима подогрева и запуска лампы, а также введение указанных блоков и наличие новых связей в ПРА, позволяет изменить режим пуска и работы лампы, осуществить стабилизацию мощности на лампе при изменении питающего напряжения ПРА, путем регулировки индуктивного сопротивления резонансного контура преобразователя
На фиг1. изображена функциональная схема ПРА
На фиг2. изображена диаграмма режима прогрева и поджига ПРА заявляемой полезной модели
На фиг3. изображена диаграмма перестройки частоты в режиме прогрева и поджига ПРА
На фиг4. изображена диаграмма работы ПРА в режиме стабилизации тока лампы
На фиг5. изображена диаграмма режима прогрева и поджига ПРА (прототип)
На фиг6. изображена электрическая схема ПРА (прототип)
Устройство содержит выводы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, задающего генератора 9, выводы 10, 11, 12, 13 для подключения люминесцентной лампы 14, источник питания 15, делитель напряжения 16, стабилизатор напряжения 17, электронный коммутатор 18, преобразователь "напряжение - ток" 19, формирователь временного интервала 20, силовой преобразователь 21, состоящий из двух транзисторов 22, 23, трансформатора 24, конденсатора 25, резонансный контур 26, состоящий из дросселя 27 и резонансного конденсатора 28, вспомогательные цепи защиты 29, состоящие из выпрямителя 30 и делителя напряжения 31, резистор 32, конденсаторы 33, 34. Через выводы 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, осуществляется электрическая связь задающего генератора, с элементами и блоками ПРА, а его выводы 3, 5 подключены к цепи "земля" источника питания 15 ПРА, к которой подключены вывода, конденсаторов 33, 34 и резистора 32, трансформатора 24, вывод 12 лампы 14, входы делителя напряжения 16 и стабилизатора напряжения 17, соединены по 1-му входу питания силового преобразователя 21 со средним выводом трансформатора 24, выход делителя напряжения 16, соединен с 1-м входом электронного коммутатора 18, 2-й вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения 17 и выводом 8 задающего генератора 9, а 3-й его вход управления, соединен с выходом
формирователя временного интервала 20, вход которого соединен с конденсатором 34, выход электронного коммутатора 18 соединен с 1-м входом преобразователя "напряжение - ток" 19, его 2-й вход соединен с резистором 32, а выход соединен одновременно с конденсатором 33 и выводом 7, задающего генератора 9, два выхода задающего генератора, выводы 4, 6, через управляющие входы 2, 3 силового преобразователя 21 соединены с затворами транзисторов 22, 23 силового преобразователя 21, выход трансформатора 24 силового преобразователя 21 через разделительный конденсатор 25 соединен с дросселем 27, который совместно с конденсатором 28 образуют резонансный контур 26, подключенный параллельно люминесцентной лампе 14 к ее выводам 10, 11, 12, 13 через выпрямитель 30, 1-м входом соединенным с выходом дросселя 27 и выводом 10 люминесцентной лампы 14 и 1-м выходом вспомогательной цепи защиты 29, соединенным с 1-м выводом задающего генератора 9, реализована токовая защита ПРА от потери эмиссии катодов 10-11, 12-13 лампы 14, а через делитель напряжения 31, соединенный входами 2, 3 с выводами 13,11 люминесцентной лампы 14 и 2-м выходом вспомогательной цепи защиты 29, соединенным с выводом 2 задающего генератора 9, реализована защита ПРА от обрыва катодов 10-11, 12-13, люминесцентной лампы 14.
Описание работы устройства в режиме запуска и работы лампы.
1. Режим подогрева катодов и поджига лампы.
При подаче напряжения на шины питания устройства, с источника питания 15 ПРА, на выходе стабилизатора напряжения 17, формируется стабилизированное постоянное напряжение, которое поступает на 2-й вход электронного коммутатора 18 и 8 вывод задающего генератора 9, после чего начинается формирование время прогрева, формирователем временных интервалов 20 задаваемое конденсатором 34, выход которого управляет электронным коммутатором 18, через который стабилизированное напряжение в течении время прогрева, подается на преобразователь "напряжение - ток" 19, где происходит линейное нарастание тока, который поступает на конденсатор 33 и на вход 7 задающего генератора 9, на котором формируется периодический сигнал переменной частоты превышающий частоту резонансного контура 26, при изменении входного тока на задающем генераторе 9 изменяется и его частота, при этом частота с ростом входного тока, постепенно понижается, приближаясь к резонансной частоте резонансного контура 26, происходит постепенное нарастание тока лампы 14, осуществляя тем самым плавный прогрев катодов 10-11, 12-13 лампы 14, что затем приводит к резкому увеличению напряжения на лампе 14 и происходит ее зажигание ( см. Фиг.1, 2, 3).
2. Режим стабилизации тока лампы
После окончания время прогрева, электронный коммутатор 18 переключается и через его 1-й вход, входное напряжение с источника питания 15 ПРА, через делитель напряжения 16, поступает на вход преобразователя "напряжение - ток" 19, в результате чего на выходе задающего генератора 9, формируется рабочая частота ПРА, которая зависит от величины входного
напряжения питания, при его увеличении, увеличивается рабочая частота задающего генератора 9 и через силовой преобразователь 21, подаваемая на резонансный контур 26, за счет эффекта изменения индуктивного сопротивления дросселя в зависимости от частоты протекающего через него тока, при этом величина тока лампы 14 будет уменьшаться пропорционально изменению частоты возбуждения резонансного контура 26, а при уменьшении входного напряжения питания, рабочая частота задающего генератора 9, уменьшается, что приведет к увеличению тока лампы 14, пропорционально изменению частоты возбуждения резонансного контура 26, таким образом осуществляя стабилизацию тока лампы 14, т.е. происходит стабилизация мощности на лампе 14 в заданных пределах, необходимая пропорциональность устанавливается резистором 32 (см. Фиг.1,4).
3.Режим ограничения тока
В случае, если лампа 14 зажглась и включения защиты не произошло, задающий генератор 9 продолжает работать как при окончании режима поджига лампы. При этом сигнал от вспомогательной цепи защиты 29, поступающий на входы 1,2, задающего генератора 9, соответствует уровню логический "0", при этом частота задающего генератора 9 остается такой же и соответственно будет определять частоту возбуждения резонансного контура 26. При загоревшейся лампе 14, конденсатор 28 резонансного контура 26, окажется зашунтированным работающей лампой 14, в результате чего ток, протекающий через лампу 14, будет ограничиваться индуктивным сопротивлением дросселя 27 резонансного контура 26, при текущей рабочей частоте, определяемой внешними цепями, задающими частоту работы задающего генератора 9, что соответствует работе ПРА в режиме ограничения тока.
4. Режим включения защиты
При потере эмиссии катодов 10-11, 12-13, лампы 14, включается токовая защита, выключенная на этапе прогрева катодов лампы, если лампа 14 не зажигается в течение заданного времени (обычно 2-3 с), повышенные по сравнению с номинальным режимом работы лампы, токи и напряжения при потере эмиссии катодов лампы, поступая на 1-й вход вспомогательной цепи защиты 29 через выход выпрямителя 31, сформированное напряжение лог."1" подается на 1-й вход задающего генератора 9, что приводит к отключению выходных импульсов задающего генератора 9, а соответственно и выключению ПРА, повторное его включение осуществляется снятием и подачей напряжения питания.
При обрыве катодов 10-11, лампы 14, повышенное напряжение поступает на 3-й вход делителя напряжения 31, а при обрыве катодов 12-13, лампы 14, повышенное напряжение поступает на 2-й вход делителя напряжения 30 и через 2-й выход вспомогательной цепи защиты 29, сформированное напряжение лог."1" поступает на 2-й вход задающего генератора 9, что приводит к отключению выходных импульсов задающего генератора 9, а соответственно и выключению ПРА, повторное его включение осуществляется восстановлением цепи катодов 10-11 или 12-13 лампы 14 т.е. происходит рестарт ПРА.
Предлагаемый ПРА для люминесцентных ламп обладает возможностью адаптации к широкому диапазону входного напряжения, стабильностью свечения и увеличения срока службы люминесцентных ламп, без дополнительного усложнения и значительного увеличения цены конструкции.