Устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления

 

Использование: световые приборы транспортных средств и летательных аппаратов. Сущность изобретения: устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы содержит источник питания, с падающей вольт-амперной характеристикой генератор импульсов, трансформатор , пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения выше начального напряжения на лампе. 1 з.п. , 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 05 В 41/23

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785658/07 (22) 23.01.90 (46) 23.05.93. Бюл. Fk 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический светотехнический институт

2) B.Ï,Æèëüöîâ г

6) Патент США М 4808889, кл. Н 05 В

37!02, 1989, Патент США i@4799135, кл, F 21 V7/00, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИГАНИЯ КОРОТКОДУГОВОй МЕТАЛЛОГАЛОГЕННОЙ

Предлагаемое изобретение относйт; ; ся к электротехнике, в частности к устройст- вам для зажигания гаэоразрядных ламп высокого давления (ГЛВД) с парами металлов, например, короткодуговых металлогалогенных ламп (МГЛ), питаемых от источников постоянного тока и применяемых в фарах переднего света автомобилей, в бортовых световых приборах и сигнальных огнях транспортных средств или летательных аппаратов. ь

Цель изобретения — упрощение электрической схемы устройства.

-Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блочно-функциональная электрическая схема устройства питания и зажигания лампы; на фиг. 2 и 3— примеры конкретного выполнения и реализации предлагаемого устройства зажигания.

На фиг. 1 представлена блочно-функциональная электрическая схема питания и зажигания лампы, где устройство зажигания 1 короткодуговой МГЛ высокогодавления 2 без

„„Я2„„1817266 А1

ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ ВЫСОКОГО

ДАВЛЕНИЯ (57) Использование: световые приборы транспортных средств и летательных аппаратов, Сущность изобретения: устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной raзоразрядной лампы содержит источник питания, с падающей вольт-амперной характеристикой генератор импульсов, трансформатор, пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения выше начального напряжения на лампе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. предварительного прогрева электродов подключено к источнику вторичного электропитания 3, имеющему стабилизированный выходной ток, либо подающую вольтамперную характеристику, который питается от сети постоянного тока низкого напряжения или от аккумуляторной батареи

4. Устройство зажигания 1 собрано, например, по схеме блокинг-генератора с самовозбуждением и содержит силовой транзистор 5, повышающий автотрансформатор 6 с первичной обмоткой 7, вторичной обмоткой 8 и обмоткой обратной связи 9, подключенной одним концом к базе транзистора 5 через резистор 10, а другим концом к катоду диода 11, параллельно соединенно-, го с конденсатором 12, подключенных к отрицательной шине электропитания 13, диод

14 пусковой цепи катодом подключенный к базе транзистора 5 и анодом к шине электропитания 13, пусковую цепь 15, включенную между положительной шиной электропитания 16 и отрицательной шиной электропитания 13 и подключенную к базе

1817266 транзистора 5, эмиттер которого подкл;очен к От13ицательнОЙ шине электропитания 13, цепь защиты 17, которая подключена к коллектору транзистора 5, к средней точке между обмотками 7 и 8 автотрансформатора 6 и соединена с шинами электропитания 13 и

16, причем автотрансформатор 6 одним концом выходной обмотки 8 подключен к первому электроду лампы 2, другой электрод который подсоединен к отрицательной шине 13, а второй конец обмотки 8 соединен с одним концом обмотки 7 и коллектором транзистора 5, а другой конец обмотки 7 автотрансформатора 6 соединен с положительной шиной электропитания 16.

Устройство зажигания лампы работает следующим образом.

Цепь обратной связи (элементы 9, 10, 11, 12, 14), обеспечивающая условия лвтогенерации блокинг-генератора, периодически открывает и закрывает транзистор 5, при этом ток, про екаюгций через транзистор и первичную обмотку 7 автотрансформатора

6 вызывает индуцирование импульсов повышенного напряжения на выходе устройства 1, которые зажигают лампу 2.

Пусковая цепь 15 обеспечивает запуск блокинг-генератора после того, как напрлжение между шинами 13 и 16 повысится выше напряжения порога включения этой схемы, который догжен быть BblI(LI" ме уменьшается до 15-20 В, ток пускового режима, примерно на порядок превышающий рабо ий ток, приводит к снижению напря>кенил на выходе источника вторичного электрог>итания 3 с падающей вольтамперной характеристикой и напряжение ме>кду шинами электропитания 13 и 16 снижается, падая нижс второго порога (порог BI,IIUlloчения) пусковой цепи. В этих условиях срывается генерация блокинг-генератора, так как ферромагнитный сердечник авготрансфарматора 6 насыщаетсл большим постоянным током лампы и нарушаются условия обратной связи, а также и потому, что пусковая цепь 15 переходит в режим торможенил, прекращал подачу пускового тока на базу транзистора 5 и переключая базу (Id потенциал шины электропитания 13 или подключал базу к источнику отрицательного смен„ения (на фиг. не показан). После. Разогрева лампы и выхода ее на нормальный режим работы ток через автотрансформатор (обмотки 7 и 8) уменьшается, напряжение на лампе и на выходе источника вторичного электропитания 3 возрастает, но не достигает второго порога переключения пусковой цепи 15 и в связи с этим исключается возмо>кность повторного запуска блокинг-генератора. Если в начальной стадии зажигания лампа горит неустойчиво и электрический разряд на большом токе в

5 ней не возникает, то устройство зажигания продол>кает генерировать импульсы повышенного напрг1жения, поддер>кивающие ток в лампе и вызывающие I1porpeI3 ее электродов с последующим переходом в режим

10 устойчивого дугового горенил.

Цепь защиты предназначается для ограничения импульсного напрлжения на транзисторе 5 и на выходе устройства зажигания

1 при отсутствии лампы или при неисправ15 ной лампе, т,е. в рел<име холостого хода, Эта цапь поглощает энергию импульсов зажигания, если лампа не за>кигается, и ограничивает скорость нарастания напряжения на силовом транзисторе после его закрытия в режиме генерации импульсов, В зависимости от выбора параметров электроэлементов схемы устройства 1 оно может обеспечивать либо зажигание холодньl>i ламп, либо зажигание холодных ламп и мгновенное перезажигание горячих только что выключенных ламп.

При использовании устройства для зажигания только холодных ламп, когда выУо(JHoG напря>кение устройства может находиться, например, в пределах 2-3 кВ, для исключен ил длительной работы блокинг- генератора (в течение времени пока лампа остывает) и с целью задержки повторного включения Ie«epaTopa после погаса35 нил лампы или ее вьп<лючения в пусковую цепь 15 может быть введен коммутирующий элемент устройства временной задер>кки либо термодатчика, контролирующего температуру лампы (на фиг. 2 — контакты 27), 40 Один из возмо>кных вариантов электрической схемы пусковой цепи 15 с двумя порогами по напряжению и контактами реле временной задержки 27 представлен на фиг. 2. На этой >ке фигуре дан один из воз45 можных вариантов электрической схемы цепи защиты 17.

Пусковая цепь 15 может быть собрана с использованием триггера Шмидта. В предложенном на фиг, 2 упрощенном варианте в сосав схемы пусковой цепи входит электромагнитное реле 18 с контактами 19, 20 и 21, стабилитроны 22 и 23 для стабилизации напрл>кения на обмотке реле 18, стабилитрон

24 длл ограничения тока через обмотку реле

55 при низких напря>кениях питания и резисторы 25 для gjcTGHQBKN порога включения блокинг-генератора и 26 длл регулировки порога оыкл1очения блокинг-генератора, которые через контакты 27 устройства временной задержки подключены к обмотке реле.

1817266

Контакты 27 реле временной задержки или тепловой защиты исключают возможность запуска блокинг-генератора в течение некоторого времени после выключения лампы, пока ее колба не остыла до требуемой 4 температуры. Однако этих контактов в схеме цепи 15 может и не быть, если например, к выходу устройства 1 параллельно подключено две или больше ламп, из которых всегда будут зажигаться и работать только одна лампа, и всегда будет иметься одна из ламп с холодной колбой, либо, если параметры устройства I рассчитаны на зажигание горячей лампы; в последнем случае необходимо предусмотреть и ринудител ьный перевод пусковой цепи в выключенное состояние, например, с использованием отдельной кнопки пускового режима горячей лампы, которая после зажигания лампы отключает пусковую цепь от источника питания или

55

Пусковая цепь 15 работает следующим образом; При повышении напряжения íà входе пусковой цепи между шинами электропитания 13 и 16 начинает протекать ток через элементы 24, 18, 27, 25, который с увеличением напряжения возрастает и достигает, например, при напряжении 90 В(если рабочее напряжение лампы 65 В) тока срабатывания реле, при этом контакты 20 и

21 размыкаются, контакты 20 и 19 замыкаются и через элементы 24, 18, 22, 23, 27, 26, l9, 20 и базу транзистора 5 начинает протекать дополнительный ток, который запускает блокинг-генератор. С этого момента реле

18 удерживается во включенном состоянии токами, протекающими по двум выше названным контурам. После зажигания лампы и снижения напряжения между шинами 13 и 16 до примерно 15 — 20 В токи в обоих названных контурах снижаются до значения меньшего, чем ток удержания реле 18, его контакты переключаются в исходное положение, база транзистора через контакты

20 и 21 соединяется с минусовой шиной либо со вспомогательной шиной отрицательного смещения, не показанной на фиг, 2, генерация блокинг-генератора прекращается и ток обмотки возбуждения реле 18 скачком уменьшается, переводя его в устойчивое выключенное состояние в связи с разрывом тока во втором контуре, образованном цепью из элементов 24, 18, 27, 26, 19, 20 и 5). Для повторного срабатывания пусковой цепи необходимо, чтобы напряжение на ее входе повысилось до порога включения, однако при наличии горящей исправной лампы с рабочим напряжением 65 В такое срабатывание не может произойти.

40 приводит реле 18 в положение, при котором замкнуты контакты 20 и 21.

Цепь защиты 17 (фиг, 2) содержит элементы, ограничивающие скорость нарастания напряжения на транзисторе 5 при его закрытии: диод 28, конденсатор 29 и резистор 30, которые удлиняют фронт импульса напряжения до нескольких микросекунд, снижая коммутируемую транзистором мощность, элементы, поглощающие энергию импульса, генерируемого блокинг-генератором в режиме холостого хода устройства зажигания: резисторы 31, 32, диод 33, и конденсатор 34, и элементы. ограничивающие амплитуду импульсов напряжения на транзисторе 5: демпферный диод 35 и диод 36, Приведенная в качестве примера цепь защиты может быть выполнена любым другим образом, причем некоторые из представленных на фиг. 2 элементов могут отсутствовать, например диоды 35 и 36.

Рабочий ток лампы, проходя длительное время через обмотки 7 и 8 автотрансформатора 6, нагревает их и это приводит к общему снижению КПД аппаратуры питания и зажигания лампы. С целью уменьшения тока через автотрансформатор во время пускового режима лампы в схеме предложенного устройства зажигания, имеющего рабочий ток и импульсы зажигания одного направления, имеется возможность зашунтировать обмотки 7 и 8 цепочкой из элементов с малым активным сопротивлением, например, соединенными последовательно резистором 37 и диодами или диодной сборкой 38, при этом последовательно с обмотками 7 и 8 следует включить соединенные параллельно диод 39 и конденсатор 40, Схема такого блокинг-генератора с шунтирующими элементами 37, 38 и дополнительными элементами 39 и 40, представленная на фиг. 3, работает следующим образом, Во время открытого состояния транзистора 5 на выходном конце обмотки 8 образуется импульс отрицательного напряжения, под действием которого происходит зарядка конденсатора 40 через цепочку из элементов 37, 38, Во время генерирования импульса положительной полярности на выходном конце обмотки 8 напряжение конденсатора 40 складывается с напряжением обмотки 8 и прикладывается к лампе 2. После пробоя разрядного промежутка лампы от источника вторичного электропитания 3 с фильтрующим конденсатором на выходе протекает импульс тока, ограничиваемый сопротивлением обмоток 7 и 8, с учетом падения напряжения на лампе и на диоде 39. Одновременно с этим импульсом тока проходит импульс по цепи, состоя1817266

20

30

45

50 щей из элементов 37 и 38, После разрядки фильтрующего конденсатора на выходе источника 3 устанавливается ток пускового режима лампы, который частично проходит через обмотки 7 и 8 и диод 39, а частично— через элементы 37 и 38, благодаря чему уменьшается нагрев обмоток во время пускового режима лампы. К моменту окончания разогрева лампы ее ток уменьшается в несколько раз и активные потери в элементах устройства 1 уменьшаются, однако имеется возможность еще сильнее понизить активные потери в устройстве 1, если параллельно резистору 37 включить резистор 41 с малым активным сопротивлением посредством контактов 42 и 43 реле (на фиг. 3 не представлено). Резистор 41, имеющий очень малое сопротивление в рабочем режиме, шунтирует обмотки 7 и 8 автотрансформатора 6 и резистор 37. и т,о. реализуется практически безбалластное питание лампы от источника вторичного электропитания с падающей вольтамперной выходной характеристикой или со стабилизированным выходным током.

Вместо контактов 43 и 44 и электромагнитного реле в схеме устройства может быть использован полупроводниковый коммутатор.

Предлагаемое устройство обеспечивает надежное зажигание короткодуговых МГЛ при относительно низком напряжении источника электропитания и при этом достигается поставленная цель — упрощается электрическая схема устройства зажигания, а также повышается КПД устройства и осуществляется автоматизация и роцесса зажигания, В качестве примера в таблице приведены параметры электроэлементов устройства зажигания для короткодуговой металлогалогенной лампы мощностью,75

Вт, питаемой от вторичного источника электропитания с падающей вольтамперной характеристикой.

Устройство зажигания, собранное с использованием указанных в таблице элементов, при работе с МГЛ на мощности 150 Вт обеспечивает посылку зажигающих импульсов на частоте 2 — 3 кГц с силой тока порядка

1 А и надежное мгновенное зажигание ламп, В рабочем режиме падение напряжения на устройстве зажигания составляло 4,5

В, потери мощности — 9 Вт, КПД, как отношение мощности на выходе к мощности на входе, составлял 94 .

Общетехнический эффект заключается в том, что такое устройство позволяет зажигать МГЛ при питающем напряжении порядка 100 В, тогда как имеющиеся стандартные УИЗУ обеспечивают зажигание этих же ламп только при напряжении

220 В в сети переменного тока. Высокая эффективность зажигания сочетаются с малыми потерями энергии в устройстве зажигания и с автоматическим отключением генератора после зажигания лампы.

Формула изобретения

1. Устройство для зажигания ко роткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления, содержащее источник питания, генератор импульсов, трансформатор, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым выводом источника питания, а второй вывод — с первым выводом для подключения лампы, второй вывод для подключения лампы соединен с вторым выводом источника питания, первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора импульсов,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, в устройство введен пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения по напряжению которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения — выше начального .напряжения лампы в пусковом режиме после зажигания, входные выводы порогового элемента соединены с выводами источника питания, а выходной вывод соединен с управляющим входом генератора импульсов, причем источник питания выполнен с падающей вольтамперной характеристикой.

2. Устройство поп.1,отл ича ю щеес я тем, что введена цепь из параллельно соединенных диода и конденсатора, подключенная между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и первым выводом для подключения лампы, и введены последовательно соединенные высоковольтный диод и балластный резистор, подключенные между первым выводом источника питания и первым выводом для подключения лампы, 1817266

Основные параметры

Номер элемента по схеме фиг,2 .

Название элемента

175 Вт, 65-75 В

Падающая выходная вольтамперная характеристика

27 В, ток до 10 А

Чэк — до 1000 В

3 эк — до4А

Провод обмоток 4 = 0.53 мм

75 вит, Автотрансформатор

Обмотка

108 вит.

6 вит. провод =0,25

40м,2 Вт

Обмотка

Обмотка

Резистор

Диод 2Д202А

Конденсатор

Электромагнитное реле

РЭС49

2,2 мкф

Чраб. =27 В

3 стаб, 3 — 29 мА, 22,24

Стабилитрон Д814Г

Ч стаб. 11 В

3 стаб, 3-24 мА, 23

Стабилитрон Д814Д

Чстаб. =13 В

9,1 кОм, 0,5 Вт

7,5 кОм. 0,5 Вт

0,02 мкф, 1500 В

10 кОм, 5 Вт

240 Ом, 5 Вт

7,2 кОм, 5Вт

0,012 мкф, 1500 В

П р и м е ч а н и е, Цифрами 1, 1, 15, 1, 17, 19, 20, 21, 27 на схеме об означены детали или блоки, параметры которых не могут быть представлены в таблице.

7

9

11,14

12

26

28

29

31

32

33

34

Короткодуговая МГЛ

Источник вторичного электропитания

Первичный источник постоянного тока

Транзистор 2Т704А

Резистор

Резистор

Диодный столб 2Ц103А

Конденсатор

Резистор

Резистор

Резистор

Диод 2Д213А

Конденсатор

Диод 2Д206В

Диод 2Д202Р

1817266

1817266

Составитель В,Жильцов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корре кто р Ц. Петрова

Редактор Т,Козлова

Заказ 1731 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101