Осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания постоянным током газоразрядной лампы высокого давления, например в медицинской аппаратуре с волоконными световодами, в частности в медицинских эндоскопах, а также в проекционных приборах. Осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока содержит нестабилизированный источник питания и стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, входами подключенные к выводам для присоединения к сети переменного тока, диод развязки, блок подпитки, блок поджига, датчик тока, первое и второе пороговые устройства, реле времени, усилитель постоянного тока обратной связи, усилитель постоянного тока, имитирующий сигнал обратной связи, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения, синхронизированным с напряжением сети, регулятор освещенности. Достигаемый при использовании изобретения технический результат - это повышение надежности зажигания газоразрядной лампы, повышение ее долговечности, удобства эксплуатации, повышение электробезопасности осветительного устройства, уменьшение его габаритов и массы. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания постоянным током газоразрядной лампы высокого давления, например в проекционных приборах, в частности в медицинских эндоскопах.

Известно устройство для зажигания разрядной лампы (акцептованная заявка Японии N 2-47836, кл. H 05 B 41/16, G 05 F 1/10), которая содержит широтно-импульсный модулятор, усилители рассогласования, амплитудную избирательную схему, схему регулирования тока и схему управления по отрицательной обратной связи, определяющую выходной ток схемы и управляющую схемой. Устройство зажигает разрядную лампу с высоким уровнем яркости током схемы. Схема управления содержит блок определения, подающий сигнал, соответствующий пиковому значению тока схемы регулирования тока и блок определения, подающий сигнал, соответствующий средней величине тока схемы регулирования тока. Схема управления контролируют схему на основании большего из сигналов блока определения и усилителя рассогласования.

Устройство предназначено для зажигания разрядной лампы и не может быть использовано для зажигания разрядной лампы без его значительного усложнения, а следовательно снижения его надежности, что является существенным недостатком этого устройства. Кроме того, регулирующий элемент коммутирует полностью напряжение питания, что в случае значительной мощности нагрузки приводит к значительным габаритам регулирующего ключа, значительной величине рассеивающей мощности на нем и значительному уровню радиопомех, и, как следствие, обладает невысоким КПД.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для питания газоразрядной лампы постоянного тока (авт. св. N 818039, кл. H 05 B 41/23), которое включает в себя стабилизированный и нестабилизированный источники питания, стабилизированный источник питания цепей управления, блок управления источниками питания, датчик тока, включенный между минусовой шиной питания и катодом газоразрядной лампы, диод развязки, блок поджига, источник подпитки, коммутатор выходных цепей силовых источников питания.

Общими существенными признаками прототипа с существенными признаками предлагаемого технического решения являются последовательно соединенные нестабилизированный и стабилизированный источники питания, входами подключенные к выводам для присоединения к сети переменного тока, диод развязки, блок подпитки, положительный полюс которого подключен к катоду диода развязки, блок поджига, подключенный выходом к электродам газоразрядной лампы и датчик тока.

Недостатком известного устройства является низкая надежность зажигания газоразрядной лампы, питаемой стабилизированным током, невысокая ее долговечность и неудобство эксплуатации, что обусловлено тем, что в момент поджига отсутствует сигнал обратной связи и стабилизированный источник питания не подготовлен к режиму горения газоразрядной лампы, что в свою очередь ведет к неоднократному поджигу лампы или к отсутствию дугового разряда. Недостатком является также то, что контакты коммутатора выходных силовых цепей питания должны быть рассчитаны на значительный ток питания газоразрядной лампы (10 - 30 А), т.е. коммутатор должен быть крупногабаритным, кроме того, при переключении может возникнуть электрическая дуга, что ведет к преждевременному износу контактов и снижает безопасность устройства.

Достигаемый при использования изобретения технической результат это повышение надежности зажигания газоразрядной лампы, повышение ее долговечности, удобства эксплуатации, повышение электробезопасности осветительного устройства, а также уменьшение его габаритов и массы.

Осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока включает в себя последовательно соединенные нестабилизированный источник питания и стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, входами подключенные к выводам для присоединения к сети переменного тока, диод развязки, подключенный между одним из полюсов нестабилизированного источника питания и одним из электродов газозразрядной лампы, блок подпитки, положительный полюс которого подключен к катоду упомянутого диода, блок поджига, выходом подключенный к электродам газоразрядной лампы, и датчик тока.

Отличительными признаками устройства является то, что в него введены первое и второе пороговые устройства, реле времени, усилитель постоянного тока обратной связи, усилитель постоянного тока, иллюстрирующий сигнал обратной связи, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного или любого другого развертывающего напряжения, синхронизированным с напряжением сети, и регулятор освещенности, при этом между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодом газоразрядной лампы подключен упомянутый датчик тока, сигнал с которого поступает на вход первого порогового устройства, одним из выходов подключенного к обмотке реле времени, а другим к управляющему входу блока подпитки, отрицательный полюс которого соединен с катодом газоразрядной лампы, подключенным к аноду диода развязки, катодом соединенного с отрицательным полюсом нестабилизированного источника питания, второе пороговое устройство входом подключено к выходу блока подпитки, а выходом к управляющему входу блока поджига, инвертирующий вход усилителя постоянного тока обратной связи через первый замыкающий контакт упомянутого реле времени соединен с анодом газоразрядной лампы, неинвертирующий вход с регулятором освещенности, а выход через второй замыкающий контакт того же реле времени с входом широтно-импульсного модулятора, выходом подключенного к управляющему электроду управляющего ключа стабилизированного источника питания, причем вход широтно-импульсного модулятора подключен также и к выходу усилителя постоянного тока, имитирующего сигнал обратной связи, через размыкающий контакт указанного реле времени.

Технический результат более высокая надежность включения газоразрядной лампы при работе с одноимпульсной схемой поджига в сочетании с силовым источником питания, включенным по схеме с использованием регулируемого вольтодобавочного напряжения, при работе в условиях нестабильных сетевых цепей, что важно при использовании осветительного устройства для совместной работы с медицинским эндоскопом во время хирургических операций, когда недопустимы срывы, важно качественное освещение объекта исследования, повышенная электробезопасность осветительного устройства при минимальных габаритах и массе.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где 1 нестабилизированный источник питания; 2 стабилизированный источник питания; 3 первое пороговое устройство; 4 блок подпитки; 5 реле времени; 6 диод развязки; 7 - газоразрядная лампа; 8 второе пороговое устройство; 9 блок поджига; 10 - датчик тока; 11 усилитель сигнала обратной связи; 12 усилитель, имитирующий сигнал обратной связи; 13 регулятор освещенности; 14 - широтно-импульсный модулятор; 15 генератор пилообразного напряжения (или любой другой генератор импульсов); 16 регулирующий ключ.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства к сети переменного тока на выходах блоков 1, 2, 11, 12 появляется постоянное напряжение. На выходе усилителя сигнала обратной связи 11, находящемся в линейном режиме, обеспечивается величина постоянного напряжения, соответствующая величине напряжения при работе лампы 7 в номинальном режиме. На выходе усилителя 12 формируется имитирующий сигнал обратной связи, величина которого равна величине сигнала обратной связи при работе лампы 7 в номинальном режиме горения. Этот сигнал напряжения через размыкающий контакт реле времени 5 поступает на вход широтно-импульсного модулятора 14 с генератором 15 пилообразного напряжения, синхронизированным с напряжением сети. В результате на выходе широтно-импульсного модулятора 14 появляются продифференцированные одиночные импульсы управления, которые с помощью регулирующего ключа 16 включают в работу стабилизированный источник 2 питания, который вместе с нестабилизированным источником питания 1 подготовлен к включению лампы 7. На выходе блока подпитки 4, последовательно включенного с источником питания 1 и 2 (выходной конденсатор блока подпитки 4, не показанный на схеме, включен последовательно с выходными конденсаторами источников питания 1, 2, что позволяет свести к минимуму его габариты и габариты источников питания 1, 2), напряжение постоянного тока увеличивается постепенно от момента подключения к сети от 0 до некоторой пороговой величины (около 100 150 В) в течение 1-2 с за счет задерживающей RC-цепи, образованной выходным конденсатором блока подпитки 4 и ограничительным сопротивлением (на схеме не показаны). При этом напряжением выходного конденсатора блока подпитки 4 диод развязки 6 закрыт. По достижении на выходе блока подпитки 4 величины напряжения, равного пороговому значению (около 100 150 В) срабатывания второго порогового устройства 8, оно срабатывает и включает блок поджига 9. На выходе блока поджига 9 появляется высоковольтное напряжение (импульс амплитудой порядка 35 кВ), прикладываемое к лампе 7 и вызывающее пробой межэлектродного промежутка. После пробоя начинается переходный процесс. За счет напряжения "подпитки", представляющего собой сумму напряжений силовых блоков 1 и 2 и собственно блока подпитки 4, нагреваются электроды лампы 7 и начинается дуговой разряд. После уменьшения внутреннего сопротивления лампы 7 напряжение на выходе (выходном конденсаторе) блока подпитки 4 падает, напряжение, приложенное к диоду 6, меняет знак, он открывается и к лампе подключаются последовательно соединенные источники питания 1 и 2, при помощи которых завершается переходный процесс. При протекании через лампу 7 тока дугового разряда датчик тока 10 вырабатывает сигнал (около 1 В), поступающий на вход первого порогового устройства 3, по выходному сигналу которого отключается блок подпитки 4 и блок поджига 8, включается реле времени 5 и начинается отсчет времени. Через некоторый заданный промежуток времени (около 2 3 с) после включения реле времени 5 срабатывает и переключает свои контакты в такое состояние, при котором первый и второй замыкающие контакты замкнуты, а размыкающий контакт разомкнут. При этом разомкнутый контакт реле времени 5 отключает усилитель 12, имитирующий сигнал обратной связи при работе лампы 7 в номинальном режиме от широтно-импульсного модулятора 14, а замкнутые контакты реле времени 5 подключают, соответственно, датчик тока 10 к инвертирующему входу усилителя сигнала обратной связи 11, а выход усилителя 11 подключают к широтно-импульсному модулятору 14. При этом сигнал с датчика тока 10 через усилитель сигнала обратной связи 11, широтно-импульсный модулятор 14, регулирующий ключ 16 стабилизированного источника питания 2 управляет работой этого стабилизированного источника питания таким образом, что стабилизируется ток через газоразрядную лампу 7. Отклонение тока лампы 7 от заданного значения, устанавливаемого с помощью регулятора освещенности 13, вызванные, например нестабильностью сетевого напряжения, компенсируются путем изменения фазового угла импульсов управления относительно момента перехода сетевого напряжения через нуль, поступающих с широтно-импульсного модулятора 14 на регулирующий ключ 16 стабилизированного источника питания 2.

Регулировка тока лампы 7 осуществляется с помощью регулятора 13.

В качестве силового трансформатора стабилизированного и нестабилизированного источников питания 2 и 1 возможно использование как низкочастотного (59 60 Гц) трансформатора со стальным сердечником, так и высокочастотного трансформатора (выше 20 кГц) инвертора на сердечнике из феррита.

В качестве реле времени может быть использован компаратор на операционном усилителе с RC-цепью на входе, в качестве усилителей 11, 12 непосредственно операционные усилители на микросхемах, в качестве датчика тока может быть использован низковольтный резистивный делитель. Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является более высокая надежность включения ксеноновой лампы при работе с одноимпульсной схемой поджига в сочетании с силовым источником питания, включенным по схеме с использованием регулируемого вольтодобавочного напряжения, а также при работе в условиях нестабилизированных сетевых цепей.

Использование изобретения позволяет увеличить надежность осветительного устройства за счет увеличения срока службы лампы, повышения электробезопасности, уменьшить его габариты и массу, а также дает значительный экономический эффект и повышает готовность к работе.

Формула изобретения

Осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока, содержащее последовательно соединенные нестабилизированный источник питания и стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, входами подключенные к выводам для присоединения к сети переменного тока, диод развязки, подключенный между одним из полюсов нестабилизированного источника питания и одним из электродов газоразрядной лампы, блок подпитки, положительный полюс которого подключен к катоду упомянутого диода, блок поджига, выходом подключенный к электродам газоразрядной лампы, и датчик тока, отличающееся тем, что введены два пороговых устройства, реле времени, усилитель постоянного тока обратной связи, усилитель постоянного тока, имитирующий сигнал обратной связи, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения, синхронизированным с напряжением сети, и регулятор освещенности, при этом между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодом газоразрядной лампы подключен упомянутый датчик тока, сигнал с которого поступает на вход первого порогового устройства, одним из выходов подключенного к обмотке реле времени, а другим к управляющему входу блока подпитки, отрицательный полюс которого соединен с катодом газоразрядной лампы, подключенным к аноду диода развязки, катодом соединенного с отрицательным полюсом нестабилизированного источника питания, второе пороговое устройство входом подключено к выходу блока подпитки, а выходом к управляющему входу блока поджига, инвертирующий вход усилителя постоянного тока обратной связи через первый замыкающий контакт упомянутого реле времени соединен с анодом газоразрядной лампы, неинвертирующий вход с регулятором освещенности, а выход через второй замыкающий контакт того же реле времени с входом широтно-импульсного модулятора, выходом подключенного к управляющему электроду управляющего ключа стабилизированного источника питания, причем вход широтно-импульсного модулятора подключен также и к выходу усилителя постоянного тока, имитирующего сигнал обратной связи, через размыкающий контакт указанного реле времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1