Задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы
Предложенное изобретение относится к электротехнике в области осветительного оборудования - к задающим генераторам устройств управления пускорегулирующими аппаратами (ПРА) для люминесцентных ламп. Техническим результатом от реализации данного изобретения является создание ПРА повышенной надежности, который позволяет производить зажигание различных типов ламп без дополнительной его перестройки. Задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы содержит шины питания, подключенные к внешним контактам, тактовый генератор, имеющий внешний вход, выход, формирователь, имеющий тактовый вход, второй вход блокировки выходов формирователя и два выхода, блок защиты, имеющий два внешних входа и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный с входом блокировки выходов формирователя, делитель частоты, соединенный входом с тактовым генератором, а выходом с тактовым входом формирователя. Кроме того, в него также введены делитель напряжения, стабилизатор напряжения, формирователь временного интервала, электронный коммутатор, преобразователь "напряжение - ток", причем делитель напряжения одновременно соединен своим входом с внешним контактом, входом стабилизатора напряжения, а выходом с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, третий вход управления с выходом формирователя временного интервала, имеющий выход на внешний контакт, а выход электронного коммутатора соединен с входом преобразователя "напряжение - ток", выход которого соединен одновременно с внешним контактом, входом тактового генератора и вторым входом блока защиты. 6 ил.
Изобретение относится к электротехнике в области осветительного оборудования, а именно к задающим генераторам устройств управления пускорегулирующими аппаратами (ПРА) для люминесцентных ламп. Задающий генератор в данном случае формирует требуемый сигнал высокой частоты и со вспомогательными цепями образует устройство управления ПРА для управления силовым преобразователем, возбуждающим резонансный контур, состоящий из дросселя и конденсатора, включенного параллельно лампе, также входящими в состав ПРА.
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. Предложенная конструкция инвертора в качестве устройства управления ПРА позволяет создавать пускорегулирующие устройства только с трансформаторным выходом, от низковольтных источников питания, что неприемлимо при создании ПРА с питанием от сети переменного тока, без существенного изменения конструкции инвертора, это снижает область применения данного устройства в качестве устройства управления ПРА.
Наиболее близким по сущности является устройство задающего генератора, содержащее внешние шины питания, тактовый генератор, имеющий внешний вход и выход, формирователь, имеющий тактовый вход, второй вход блокировки выходов формирователя и два выхода, а также блок защиты, имеющий внешний вход и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, управляемый делитель частоты, имеющий внешний вход переключения коэффициентов деления, тактовый выход управляемого делителя частоты и выход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, а также блок управления длительностью импульсов формирователя, имеющий вход управления длительностью импульсов формирователя, вход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя и выход, а блок защиты имеет дополнительно вход разрешения включения блока защиты (см. патент RU 2206963 С1, приоритет 31.10.2001, опубл. 20.06.2003), прототип.
Недостатком известного устройства является:
1. Двухступенчатое переключение частоты задающего генератора при режиме подогрева катодов лампы и режиме ее поджига. При запуске лампы происходит увеличения токов и напряжений на элементах резонансного контура при приближении частоты возбуждения резонансного контура к его собственной резонансной частоте, поэтому для обеспечения режима прогрева 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 с 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.2) не позволяет увеличивать дополнительно некоторый срок службы лампы.
2. Отсутствие реализации режима перестройки частоты не позволяет осуществлять стабилизацию мощности на лампе при полумостовом включении выходных ключей силового преобразователя в данном устройстве, так как режим управления яркостью (ШИМ) не обеспечивает при изменении длительности управляющих импульсов обязательную паузу 1,2 мкс между выходными импульсами, это является условием отсутствия сквозных токов при переключении выходных ключей силового преобразователя, что снижает область применения ПРА.
Техническим результатом является создание ПРА повышенной надежности, который позволяет производить зажигание различных типов ламп без дополнительной его перестройки, снижение себестоимости изготовления, улучшение и расширение эксплуатационных характеристик, увеличение срока службы люминесцентных ламп, а также применение устройства в блоках управления преобразовательной техники.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство, содержащее задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы, включающий в себя шины питания, подключаемые к внешним контактам, тактовый генератор, имеющий внешний вход, выход, формирователь, имеющий тактовый вход, второй вход блокировки выходов формирователя и два выхода, блок защиты, имеющий два внешних входа, и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, делитель частоты, соединенный входом с тактовым генератором, а выходом с тактовым входом формирователя, введены: делитель напряжения, стабилизатор напряжения, формирователь временного интервала, электронный коммутатор, преобразователь "напряжение - ток", причем делитель напряжения одновременно соединен своим входом с внешним контактом, входом стабилизатора напряжения, а выходом с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, третий вход управления с выходом формирователя временного интервала, имеющего выход на внешний контакт, выход электронного коммутатора соединен со входом преобразователя "напряжение - ток", выход которого соединен одновременно с внешним контактом, входом тактового генератора и вторым выходом блока защиты.
Введение указанных блоков и наличие между ними новых связей позволяет изменить режим пуска и работы лампы.
На фиг.1 изображена функциональная схема задающего генератора устройства управления ПРА.
На фиг.2 изображена диаграмма режима прогрева и поджига ПРА с задающим генератором (прототип).
На фиг.3 изображена диаграмма режима прогрева и поджига ПРА с задающим генератором изобретения.
На фиг.4 изображена диаграмма работы задающего генератора в режиме прогрева и поджига ПРА.
На фиг.5 изображена диаграмма работы задающего генератора в режиме стабилизации тока лампы ПРА.
На фиг.6 изображена функциональная схема ПРА с задающим генератором предлагаемого изобретения.
Устройство содержит внешние контакты 1-8, задающий генератор 9, делитель напряжения 10, электронный коммутатор 11, преобразователь "напряжение - ток" 12, блок защиты 13, стабилизатор напряжения 14, формирователь временного интервала 15, тактовый генератор 16, делитель частоты 17, формирователь 18 и входит в состав ПРА 19, состоящего дополнительно, из источника питания 20, силового преобразователя 21, резонансного контура 22, вспомогательных цепей 23, люминесцентной лампы 24. Через внешние контакты 1, 2, 3, 4, 6, 7 осуществляется электрическая связь внутренних блоков задающего генератора со вспомогательными цепями 23, ПРА 19 или другими устройствами управления преобразовательной техники, а внешние контакты 5, 8 образуют шину питания устройства, подключаемую к источнику питания 20, ПРА 19, входы делителя напряжения 10 и стабилизатора напряжения 14 соединены с внешним контактом 8, выход делителя напряжения 10 соединен с 1-м входом электронного коммутатора 11, 2-й вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения 14, а 3-й его вход управления соединен с выходом формирователя временного интервала 15, вход которого соединен с внешним контактом 3, выход электронного коммутатора 11 соединен с входом преобразователя "напряжение - ток" 12, его выход соединен одновременно с внешним контактом 7, входом тактового генератора 16 и вторым выходом блока защиты 13, два входа блока защиты 13 соединены с внешними контактами 1, 2, а его 1-й выход соединен со 2-м входом блокировки выходов формирователя 18, 1-й вход которого соединен с выходом делителя частоты 17, два выхода формирователя 18 соединены с внешними контактами 4, 6, вход делителя частоты 17 соединен с выходом тактового генератора 16. Описание работы устройства в режиме запуска и работы лампы.
1. Режим подогрева катодов и поджига лампы
При подаче напряжения на шины питания устройства через контакты 5, 8 с источника питания 20, ПРА 19 на выходе стабилизатора напряжения 14 формируется стабилизированное постоянное напряжение, которое поступает на 2-й вход электронного коммутатора 11, после чего начинается формирование времени прогрева формирователем временных интервалов 15, задаваемое внешней цепью через контакт 3, выход которого управляет электронным коммутатором 11, через который стабилизированное напряжение в течение времени прогрева подается на преобразователь "напряжение - ток" 12, где происходит линейное нарастание тока, который поступает на внешний контакт 7 и на вход тактового генератора 16, на котором формируется периодический сигнал переменной частоты, превышающий частоту резонансного контура 22, силового преобразователя 21, при изменении входного тока на тактовом генераторе 16 изменяется и его частота, при этом частота с ростом входного тока, постепенно понижается, приближаясь к резонансной частоте резонансного контура 22 силового преобразователя 21, происходит постепенное нарастание тока лампы 24, осуществляя тем самым плавный прогрев катодов лампы 24, что затем приводит к резкому увеличению напряжения на лампе и происходит зажигание лампы (см. фиг.3, 4, 6).
2. Режим стабилизации тока лампы
После окончания времени прогрева электронный коммутатор 11 переключается и через его 1-й вход входное напряжение с источника питания 20, ПРА 19, через делитель напряжения 10 поступает на вход преобразователя "напряжение - ток" 12, в результате чего на выходе тактового генератора 16 формируется рабочая частота ПРА 19, которая зависит от величины входного напряжения питания, при его увеличении увеличивается рабочая частота тактового генератора 16 и через силовой преобразователь 21, подаваемая на резонансный контур 22, за счет эффекта изменения индуктивного сопротивления дросселя в зависимости от частоты протекающего через него тока, при этом величина тока лампы 24 будет уменьшаться пропорционально изменению частоты возбуждения резонансного контура 22, а при уменьшении входного напряжения питания рабочая частота тактового генератора 16 уменьшается, что приведет к увеличению тока лампы 24 пропорционально изменению частоты возбуждения резонансного контура 22, таким образом осуществляя стабилизацию тока лампы 24, т.е. происходит стабилизация мощности на лампе в заданных пределах, необходимая пропорциональность устанавливается через внешний контакт 7 (см. фиг.5, 6).
3. Режим включения защиты
При поступлении сигнала логической "1" через внешний контакт 2 на 1-й вход блока защиты 13 включается блок защиты 13, выключенный ранее на этапе прогрева катодов лампы 24, при этом, если лампа 24 не включается в течение заданного времени (обычно 2-3 с), повышенные во время запуска по сравнению с номинальным режимом работы лампы 24 токи и напряжения, поступая через вспомогательные цепи 23, на внешний контакт 2 и далее - на 1-й вход блока защиты 13, вызовет появление сигнала на выходе блока защиты 13 и соединенном с ним 2-м входе формирователя 18, что приведет к отключению выходных импульсов формирователя 18, а соответственно выключению ПРА19.
4. Режим ограничения тока
В случае, если лампа зажглась и включения защиты не произошло, тактовый генератор 16 продолжает работать, как при окончании режима поджига лампы. При этом сигнал от вспомогательных цепей 23 через внешний контакт 1, поступающий на 2-й вход блока защиты 13, соответствует уровню логический "0", при этом частота с делителя частоты 17, поступающая на вход формирователя импульсов 18, будет такой же и, соответственно, будет определять частоту возбуждения резонансного контура 22. При загоревшейся лампе 24 конденсатор резонансного контура 22 окажется зашунтированным работающей лампой 24, в результате чего ток, протекающий через лампу 24, будет ограничиваться индуктивным сопротивлением дросселя резонансного контура 22 при текущей рабочей частоте, определяемой внешними цепями, задающими частоту работы тактового генератора 16, что соответствует работе ПРА 19 в режиме ограничения тока, но при поступлении сигнала логической "1" через внешний контакт 1 на 2-й вход блока защиты 13 включается блок защиты 13, выключенный ранее, что вызовет появление сигнала на выходе блока защиты 13 и соединенном с ним 2-м входе формирователя 18, что приведет к отключению выходных импульсов формирователя 18, а соответственно, выключению ПРА 19, работоспособность его восстанавливается только при повторной подаче напряжения питания. Заявляемый задающий генератор, используемый в устройствах управления ПРА, а также в устройствах управления преобразовательной техники, может быть реализован как на элементах цифровой логики, так и в виде интегральной микросхемы.
Задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы, содержащий шины питания, подключенные к внешним контактам, тактовый генератор, имеющий внешний вход, выход, формирователь, имеющий тактовый вход, второй вход блокировки выходов формирователя и два выхода, блок защиты, имеющий два внешних входа и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, делитель частоты, соединенный входом с тактовым генератором, а выходом с тактовым входом формирователя, отличающийся тем, что в него введены делитель напряжения, стабилизатор напряжения, формирователь временного интервала, электронный коммутатор, преобразователь "напряжение - ток", причем делитель напряжения одновременно соединен своим входом с внешним контактом, входом стабилизатора напряжения, а выходом с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, третий вход управления с выходом формирователя временного интервала, имеющий выход на внешний контакт, а выход электронного коммутатора соединен со входом преобразователя "напряжение - ток", выход которого соединен одновременно с внешним контактом, входом тактового генератора и вторым входом блока защиты.
