Импульсный источник питания флуоресцентных ламп с холодным катодом

Изобретение относится к технике вторичных источников питания и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в высоковольтное переменное напряжение заданной частоты, в частности для питания флуоресцентных ламп с холодным катодом. Техническим результатом является уменьшение пульсаций тока в первичном источнике напряжения. Устройство источника питания флуоресцентных ламп содержит первый полупроводниковый ключ, имеющий первый вывод, второй вывод и управляющий вывод, причем первый вывод соединен с выводом "земли" импульсного источника питания, трансформатор, имеющий первичную обмотку с первичной индуктивностью, соединенную последовательно с первым полупроводниковым ключом так, что ее первый конец соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, а второй конец соединен с выводом первичного источника питания, питающего импульсный источник питания, и вторичную обмотку, имеющую число витков по крайней мере в десять раз больше, чем число витков первичной обмотки, развязывающий конденсатор, имеющий первый вывод, соединенный с первым концом вторичной обмотки трансформатора и включенный последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, которая вторым концом подсоединена к первому выводу лампы, а второй вывод лампы соединен со вторым выводом развязывающего конденсатора, второй полупроводниковый ключ, имеющий первый, второй и управляющий выводы, и последовательно соединенный с ним накопительный конденсатор со стороны первого вывода, второй вывод накопительного конденсатора соединен со вторым выводом первого ключа и с первым концом первичной обмотки трансформатора, управляющую схему, имеющую первый выход, соединенный с управляющим выводом первого полупроводникового ключа, второй выход, соединенный с управляющим выводом второго полупроводникового ключа, и вырабатывающую сигналы таким образом, чтобы в пределах цикла сначала включался первый полупроводниковый ключ, и второй был выключен, затем наоборот, причем управляющая схема включает и выключает ключи с частотой, превышающей резонансную частоту цепи, состоящей из первичной индуктивности трансформатора и емкости накопительного конденсатора, второй вывод второго полупроводникового ключа соединен с выводом первичного источника питания. Второй полупроводниковый ключ соединен с "землей", импульсного источника питания. В управляющую схему включены разделительный конденсатор, последовательно соединенный с управляющим выводом второго ключа, резистор, соединенный первым выводом с управляющим выводом второго ключа, а вторым выводом - с "землей" импульсного источника питания, и полупроводниковый диод, соединенный катодом с "землей", а анодом - с управляющим выводом второго ключа. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к технике вторичных источников питания и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в высоковольтное переменное напряжение заданной частоты, в частности для питания флуоресцентных ламп с холодным катодом.

Известны высокоэффективные источники питания флуоресцентных ламп с холодным катодом, описанные в патентах США №5,490,052, №5,535,112 и др., в которых описаны различные модификации известной схемы Ройера.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент США №5,619,402. В этом патенте описано устройство высокоэффективного источника питания флуоресцентных ламп с холодным катодом, содержащее:

первый полупроводниковый ключ, имеющий первый вывод, второй вывод и управляющий вывод, причем первый вывод соединен с выводом «земли» импульсного источника питания,

трансформатор, имеющий первичную обмотку с первичной индуктивностью, соединенную последовательно с первым полупроводниковым ключом так, что ее первый конец соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, а второй конец соединен с выводом первичного источника питания, питающего импульсный источник питания, и вторичную обмотку, имеющую число витков по крайней мере в десять раз больше, чем число витков первичной обмотки,

развязывающий конденсатор, имеющий первый вывод, соединенный с первым концом вторичной обмотки трансформатора и включенный последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, которая вторьм концом подсоединена к первому выводу лампы, а второй вывод лампы соединен со вторым выводом развязывающего конденсатора,

второй полупроводниковый ключ, имеющий первый, второй и управляющий выводы, и последовательно соединенный с ним накопительный конденсатор со стороны первого вывода,

второй вывод второго полупроводникового ключа соединен с выводом первичного источника питания, а второй вывод накопительного конденсатора соединен со вторым выводом первого ключа и с первым концом первичной обмотки трансформатора.

управляющую схему, имеющую первый выход, соединенный с управляющим выводом первого полупроводникового ключа, второй выход, соединенный с управляющим выводом второго полупроводникового ключа, и вырабатывающую сигналы таким образом, чтобы в пределах цикла сначала включался первый полупроводниковый ключ и второй был выключен, затем наоборот, причем управляющая схема включает и выключает ключи с частотой, превышающей резонансную частоту цепи, состоящей из первичной индуктивности трансформатора и емкости накопительного конденсатора,

Однако известные устройства имеют недостаток:

Первичный источник постоянного напряжения работает в импульсном токовом режиме, что приводит к импульсным помехам для подключенных к нему электронных схем.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение пульсаций тока в первичном источнике напряжения.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве источника питания флуоресцентных ламп, содержащем:

первый полупроводниковый ключ, имеющий первый вывод, второй вывод и управляющий вывод, причем первый вывод соединен с выводом «земли» импульсного источника питания,

трансформатор, имеющий первичную обмотку с первичной индуктивностью, соединенную последовательно с первым полупроводниковым ключом так, что ее первый конец соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, а второй конец соединен с выводом первичного источника питания, питающего импульсный источник питания, и вторичную обмотку, имеющую число витков по крайней мере в десять раз больше, чем число витков первичной обмотки,

развязывающий конденсатор, имеющий первый вывод, соединенный с первым концом вторичной обмотки трансформатора и включенный последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, которая вторым концом подсоединена к первому выводу лампы, а второй вывод лампы соединен со вторым выводом развязывающего конденсатора,

второй полупроводниковый ключ, имеющий первый, второй и управляющий выводы, и последовательно соединенный с ним накопительный конденсатор со стороны первого вывода, второй вывод накопительного конденсатора соединен со вторым выводом первого ключа и с первым концом первичной обмотки трансформатора.

управляющую схему, имеющую первый выход, соединенный с управляющим выводом первого полупроводникового ключа, второй выход, соединенный с управляющим выводом второго полупроводникового ключа, и вырабатывающую сигналы таким образом, чтобы в пределах цикла сначала включался первый полупроводниковый ключ и второй был выключен, затем наоборот, причем управляющая схема включает и выключает ключи с частотой, превышающей резонансную частоту цепи, состоящей из первичной индуктивности трансформатора и емкости накопительного конденсатора,

второй вывод второго полупроводникового ключа соединен с выводом первичного источника питания.

Предложено:

- второй полупроводниковый ключ соединить с «землей», а не с выводом первичного источника питания, как в прототипе.

Дополнительно предложено:

- в управляющую схему включить разделительный конденсатор, последовательно соединенный с управляющим выводом второго ключа, резистор, соединенный первым выводом с управляющим выводом второго ключа, а вторым выводом - с «землей» импульсного источника питания, и полупроводниковый диод, соединенный катодом с «землей», а анодом - с управляющим выводом второго ключа.

Указанный выше технический результат достигается совокупностью перечисленных выше новых признаков изобретения.

Уменьшение пульсаций тока в первичном источнике постоянного напряжения достигается за счет того, что первичная индуктивность трансформатора, работающая как генератор тока, в предложенном устройстве постоянно подключена к «земле» либо через первый ключ, либо через второй. В прототипе она подключена к «земле» только на период включения первого ключа, а при включении второго ключа индуктивность замыкается на конденсатор, минуя первичный источник питания, что и создает в нем прерывание тока с крутыми фронтами, что в свою очередь вызывает импульсные помехи на первичном источнике питания. Сказанное подтверждается результатами расчета электрических схем прототипа и данного изобретения, проведенными с помощью широко известной программы PSPICE (В.Д.Разевиг. Design Center. PSpice, M. 1996 г.).

Дополнительный признак изобретения направлен на конкретизацию реализации схемы управления вторым полупроводниковым ключом с измененными согласно предложенному изобретению соединениями. Введенные в цепь управления разделительный конденсатор, резистор и диод обеспечивают необходимое для нормальной работы смещение периодических управляющих сигналов в область отрицательных напряжений.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявляемое изобретение.

Фиг.1 иллюстрирует известное устройство высокоэффективного импульсного источника питания флуоресцентных ламп с холодным катодом (прототип).

Фиг.2 иллюстрирует предлагаемое устройство высокоэффективного импульсного источника питания флуоресцентных ламп с холодным катодом.

Устройство высокоэффективного импульсного источника питания флуоресцентных ламп с холодным катодом состоит (см. фиг.1 и 2) из первого полупроводникового ключа 1, имеющего первый вывод 2, второй вывод 3 и управляющий вывод 4, причем первый вывод 2 соединен с выводом «земли» импульсного источника питания, из трансформатора 5, имеющего первичную обмотку 6 с первичной индуктивностью, соединенную последовательно с первым полупроводниковым ключом 1 так, что ее первый конец 7 соединен со вторым выводом 3 первого полупроводникового ключа 1, а второй конец 8 соединен с выводом 9 первичного источника питания, питающего импульсный источник питания, и вторичную обмотку 10, имеющую число витков по крайней мере в десять раз больше, чем число витков первичной обмотки 6, из развязывающего конденсатора 11, имеющего первый вывод 12, соединенный с первым концом 13 вторичной обмотки 10 трансформатора 5 и включенный последовательно со вторичной обмоткой 10 трансформатора 5, которая вторым концом 14 подсоединена к первому выводу 15 лампы 16, а второй вывод 17 лампы 16 соединен со вторым выводом 18 развязывающего конденсатора 11, из второго полупроводникового ключа 19, имеющего первый 20, второй 21 и управляющий 22 выводы, и последовательно соединенный с ним накопительный конденсатор 23 со стороны первого вывода 20, второй вывод 21 второго ключа 19 соединен с «землей» импульсного источника питания, а второй вывод 24 накопительного конденсатора 23 соединен со вторым выводом 3 первого ключа 1 и с первым концом 7 первичной обмотки трансформатора 5, из управляющей схемы 25, имеющей первый выход 26, соединенный с управляющим выводом 4 первого полупроводникового ключа 1, второй выход 27, соединенный с управляющим выводом 22 второго полупроводникового ключа 19, и вырабатывающую сигналы таким образом, чтобы в пределах цикла сначала включался первый полупроводниковый ключ, и второй был выключен, затем наоборот, причем управляющая схема 25 включает и выключает ключи с частотой, превышающей резонансную частоту цепи, состоящей из первичной индуктивности 6 трансформатора 5 и емкости накопительного конденсатора 23.

Управляющая схема 25, если она аналогична управляющей схеме прототипа, может содержать в цепи управления вторым ключом 19 разделительный конденсатор 28, последовательно соединенный с управляющим выводом 22 второго ключа 19, резистор 29, соединенный первым выводом 30 с управляющим выводом 22 второго ключа 19, а вторым 31 - с «землей», и полупроводниковый диод 32, соединенный катодом 33 с «землей», а анодом 34 - с управляющим выводом 22 второго ключа 19.

Устройство работает следующим образом. Управляющая схема 25 периодически попеременно включает первый 1 и второй 19 полупроводниковые ключи. Когда включен первый ключ 1, ток в первичной обмотке 6 трансформатора 5 нарастает и на лампу 16 поступает положительная полуволна переменного высоковольтного напряжения. При выключении первого 1 и включении второго ключа 19 индуктивность первичной обмотки 6 трансформатора 5 создает на выводе 7 повышенное напряжение по отношению к напряжению первичного источника питания на выводе 9. В результате этого ток индуктивности обмотки 6 начинает уменьшаться, что создает на лампе 16 отрицательную полуволну переменного высоковольтного напряжения. Далее цикл периодически повторяется. Разделительный конденсатор 28, резистор 29 и диод 32 создают смещение управляющих сигналов схемы 25 в отрицательную область, чтобы они включали второй полупроводниковый ключ 19, выполненный на р-канальном полевом транзисторе с истоком, соединенным с «землей».

Так как ток первичной обмотки 6 попеременно замыкается первым и вторым ключами на «землю», то в отличие от прототипа больших пульсаций тока в первичном источнике питания не происходит.

Импульсный источник питания флуоресцентных ламп с холодным катодом, содержащий первый полупроводниковый ключ, имеющий второй вывод, управляющий вывод и первый вывод, соединенный с выводом "земли" импульсного источника питания, трансформатор, имеющий первичную обмотку с первичной индуктивностью, соединенную последовательно с первым полупроводниковым ключом так, что ее первый конец соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, а второй конец соединен с выводом первичного источника питания, питающего импульсный источник питания, и вторичную обмотку, имеющую число витков по крайней мере в десять раз больше, чем число витков первичной обмотки, второй полупроводниковый ключ, имеющий первый, второй и управляющий выводы, и последовательно соединенный с ним накопительный конденсатор, развязывающий конденсатор, имеющий первый вывод, соединенный с первым концом вторичной обмотки трансформатора и включенный последовательно со вторичной обмоткой трансформатора, которая вторым концом подсоединена к лампе, второй вывод накопительного конденсатора соединен со вторым выводом первого ключа и с первым концом первичной обмотки трансформатора, управляющую схему, имеющую первый выход, соединенный с управляющим выводом первого полупроводникового ключа, второй выход, соединенный с управляющим выводом второго полупроводникового ключа, и вырабатывающую сигналы таким образом, чтобы в пределах цикла сначала включался первый полупроводниковый ключ и второй был выключен, затем наоборот, причем управляющая схема включает и выключает ключи с частотой, превышающей резонансную частоту цепи, состоящей из первичной индуктивности трансформатора и емкости накопительного конденсатора, отличающийся тем, что второй вывод второго ключа соединен с "землей" импульсного источника питания, а управляющая схема содержит разделительный конденсатор, последовательно соединенный с управляющим выводом второго ключа, резистор, соединенный первым выводом с управляющим выводом второго ключа, а вторым выводом - с "землей" импульсного источника питания, и полупроводниковый диод, соединенный анодом с "землей", а катодом - с управляющим выводом второго ключа.