Устройство управления газоразрядной лампой

Изобретение относится к средствам управления газоразрядным источником света. Устройство управления газоразрядной лампой состоит из управляемых микропроцессором 2 формирователя 3 импульсов зажигания и однотактного преобразователя 9. Формирователь 3 включает источник 23 тока, параллельно ему включенный конденсатор 24, силовой ключ 5 и первую обмотку 6 трансформатора 7 на замкнутом магнитопроводе 25. Выводы второй обмотки 8 этого трансформатора замкнуты на выводы лампы 1. Преобразователь 9 включает связанный с источником 10 ЭДС силовой ключ 11 и параллельный резонансный контур 12, включающий последовательные дроссель 15 и третью обмотку 13 трансформатора 7. Четвертая обмотка 14 трансформатора 7 соединена через дроссель 18 с регулируемым от микропроцессора 2 источником 17 тока, которым, благодаря свойствам магнитных элементов, входящих в устройство, регулируется ток лампы без изменения частоты. Технический результат: расширение регулировочной характеристики устройства, благодаря возможности изменять ток лампы на фиксированной частоте. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам управления газоразрядным источником света.

Известно устройство (RU 2172079, 10.08.2001) управления газоразрядной лампой, состоящее из управляемых микропроцессором формирователя импульсов зажигания и однотактного преобразователя. Формирователь импульсов зажигания включает источник энергии (источник напряжения) и соединенную с ним посредством силового ключа первую обмотку трансформатора, вторая обмотка которого соединена с лампой. Однотактный преобразователь выполнен в виде связанного с источником ЭДС посредством второго силового ключа параллельного резонансного контура.

Описанное устройство работает следующим образом (применительно к фиг.1 устройства по вышеуказанному патенту). Через терминал 12 микропроцессор 13 открывает силовой ключ 10 формирователя импульсов зажигания. Энергия, накопленная в источнике 9 напряжения, трансформируется во вторую обмотку 6 трансформатора. Сформированный импульс высокого напряжения прикладывается к лампе 1. Микропроцессор закрывает ключ 10 и через терминал 16 посредством драйвера 17 периодически включает и выключает ключ 15. Когда ключ открыт, происходит подкачка энергии из источника 49 тока, за время закрытого состояния часть энергии рассеивается в нагрузке. При соответствующих длительностях открытого и закрытого состояний ключа 15, устанавливаемых микропроцессором, получается устойчивый резонансный процесс. Частота тока лампы 1 обратно пропорциональна периоду коммутации ключа 15, определяемого как сумма длительностей открытого и закрытого состояний. Таким образом, для поддержания требуемого уровня тока лампы необходимо регулировать, в общем случае, частоту коммутации ключа 15. При питании газоразрядной лампы током высокой частоты в ней может наблюдаться явление акустического резонанса. Частота тока лампы, на которой это происходит, зависит от типа лампы. Известно, что в некотором частотном диапазоне имеются зоны акустического резонанса, а также имеются промежутки, где он не наблюдается. Выбирая частоту тока лампы, соответствующую межрезонансному промежутку, можно добиться устойчивой работы лампы. Но, так как в процессе эксплуатации параметры лампы изменяются, а для компенсации этих изменений вводится подстройка тока лампы, возникает вероятность сваливания из межрезонансного промежутка в ближайшую зону акустического резонанса. Этим недостатком обладает описанное устройство.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение вышеуказанного недостатка, а именно расширение регулировочной характеристики устройства управления газоразрядной лампой, благодаря возможности изменять ток лампы на его фиксированной частоте.

Указанный технический результат достигается в устройстве управления газоразрядной лампой, состоящем из управляемых микропроцессором формирователя импульсов зажигания, включающего источник энергии и соединенную с ним посредством силового ключа первую обмотку трансформатора, вторая обмотка которого соединена с лампой, и однотактного преобразователя в виде связанного с источником ЭДС посредством второго силового ключа параллельного резонансного контура. Устройство согласно изобретению снабжено третьей и четвертой обмотками трансформатора, первым дросселем, установленным в цепи параллельного резонансного контура, и регулятором тока лампы, состоящим из управляемого микропроцессором источника тока и второго дросселя, посредством которого источник тока соединен с четвертой обмоткой трансформатора. Третья обмотка трансформатора представляет собой индуктивность параллельного резонансного контура, соединенную последовательно со вторым силовым ключом посредством первого дросселя. Выводы лампы замкнуты на выводы второй обмотки трансформатора. Источник энергии формирователя импульсов зажигания выполнен в виде дополнительного источника тока и соединенного с ним параллельно конденсатора. Все обмотки трансформатора установлены на замкнутом магнитопроводе.

Предлагаемая взаимосвязь конструктивных элементов позволяет осуществлять регулировку тока потребления газоразрядной лампы на фиксированной частоте тока за счет использования свойств магнитных элементов, входящих в устройство по изобретению. Описание этих свойств будет более понятно из нижеследующего описания работы устройства.

Изобретение поясняется графическими материалами, на которых показаны:

на фиг.1 - общая схема устройства управления газоразрядной лампой;

на фиг.2 - схема составных частей микропроцессора устройства управления газоразрядной лампой.

Устройство управления газоразрядной лампой 1 состоит из управляемых микропроцессором 2 формирователя 3 импульсов зажигания, включающего источник 4 энергии и соединенную с ним посредством силового ключа 5 первую обмотку 6 трансформатора 7, вторая обмотка 8 которого соединена с лампой, и однотактного преобразователя 9 в виде связанного с источником 10 ЭДС посредством второго силового ключа 11 параллельного резонансного контура 12. Устройство снабжено третьей 13 и четвертой 14 обмотками трансформатора 7, первым дросселем 15, установленным в цепи параллельного резонансного контура 12, и регулятором 16 тока лампы. Регулятор 16 тока лампы состоит из управляемого микропроцессором 2 источника 17 тока и второго дросселя 18, посредством которого источник 17 тока соединен с четвертой обмоткой 14 трансформатора 7. Третья обмотка 13 трансформатора 7 представляет собой индуктивность параллельного резонансного контура 12, соединенную последовательно со вторым силовым ключом 11 посредством первого дросселя 15. Выводы 19, 20 лампы замкнуты соответственно на выводы 21, 22 второй обмотки 8 трансформатора 7. Источник 4 энергии формирователя 3 импульсов зажигания выполнен в виде дополнительного источника 23 тока и соединенного с ним параллельно конденсатора 24. Все обмотки трансформатора 7 установлены на замкнутом магнитопроводе 25. Параллельный резонансный контур 12 образован дросселем 15, третьей обмоткой 13 трансформатора 7 и конденсатором 26. Микропроцессор 2 (фиг.2) состоит из задающего генератора 27, арифметическо-логического устройства 28, аналого-цифрового преобразователя 29, цифровых портов 30 ввода-вывода, запоминающего устройства 31. Цифровые порты 30 ввода-вывода микропроцессора 2 связаны: через терминал 32 - с драйвером 33, преобразующим уровень сигналов на порте ввода-вывода в уровень сигналов управления силовым ключом 11; через терминал 34 - с силовым ключом 5 формирователя 3 импульсов зажигания; через терминал 35 - с источником 17 тока регулятора 16 тока лампы. Аналого-цифровой преобразователь 29 микропроцессора 2 связан: через терминал 36 - с датчиком 37 тока потребления однотактного преобразователя 9; через терминал 38 - с датчиком 39 напряжения на участке действия силового ключа 11 однотактного преобразователя 9; через терминал 40 - с датчиком 41 напряжения источника 10 ЭДС.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с программными установками микропроцессор 2 периодически замыкает и размыкает силовой ключ 11. Режим работы силового ключа 11 контролируется микропроцессором 2 через датчик 39 напряжения. Длительность замкнутого и разомкнутого состояний силового ключа 11 определяется из условий области безопасной работы этого ключа и режима горения лампы 1. Лампа 1 подключена к обмотке 8 трансформатора 7. Трансформатор 7 выполняет функцию управляемой нелинейной индуктивности. Для зажигания газоразрядного источника света, в частности лампы 1, необходим высоковольтный импульс. Обмотка 6 трансформатора 7 соединена с силовым ключом 5, конденсатором 24 и источником 23 тока. Микропроцессор 2 через терминал 34 замыкает и размыкает ключ 5. При замыкании ключа 5 к обмотке 6 прикладывается напряжение, накопленное в конденсаторе 24. При размыкании ключа 5 на концах обмотки 6 трансформатора 7, по закону электромагнитной индукции, возникает напряжение, полярность которого обратна полярности напряжения конденсатора 24. Таким образом, в замкнутом магнитопроводе 25 создается переменный магнитный поток. Переменный магнитный поток наводит в обмотках 8, 13, 14 трансформатора 7 переменную ЭДС. Последовательно с обмоткой 13 трансформатора 7 установлен дроссель 15, последовательно с обмоткой 14 - дроссель 18. Хотя переменный ток и наводит в указанных обмотках переменную ЭДС, величина переменного тока через обмотки 13 и 14 относительно мала, так как длительность открытого и закрытого состояний силового ключа 5 выбирается такой, чтобы индуктивное сопротивление дросселя 15 и дросселя 18 на частоте коммутации ключа 5 было значительным. Тогда непроизводительные потери энергии высоковольтного импульса будут минимальными, соответственно большая часть накопленной в конденсаторе 24 энергии будет отдана лампе 1. Когда работает силовой ключ 5, силовой ключ 11 разомкнут. По окончании генерации высоковольтного импульса силовой ключ 5 размыкается, а силовой ключ 11 начинает периодически коммутироваться. Переменный ток, протекающий через обмотку 13 трансформатора 7, создает в его замкнутом магнитопроводе 25 переменный магнитный поток. Этот поток наводит в обмотках 8, 6, 14 переменную ЭДС. Ток через обмотку 6 не протекает, так как силовой ключ 5 разомкнут. Обмотка 14 трансформатора 7 соединена последовательно с дросселем 18 и регулируемым от микропроцессора 2 через терминал 35 источником 17 тока. Индуктивное сопротивление дросселя 18 оказывает достаточно большое индуктивное сопротивление переменной ЭДС, наводимой в результате работы ключа 11, поэтому переменный ток по обмотке 14 трансформатора 7 практически не течет. Переменный ток, протекающий по обмотке 13 трансформатора 7, трансформируется в обмотку 8 трансформатора 7, соединенную с лампой 1. По обмотке 14 трансформатора 7 протекает постоянный ток от регулируемого источника 17 тока. Для постоянного тока индуктивное сопротивление дросселя 18 равно нулю, поэтому дроссель 18 практически не оказывает сопротивления протеканию тока от источника 17 тока. Изменяя величину постоянного тока регулируемого источника 17 тока, изменяется ток подмагничивания обмотки 14 трансформатора 7, следовательно, меняется положение рабочей точки на петле гистерезиса замкнутого магнитопровода 25 трансформатора 7. Из известных математических выражений для управляемой нелинейной индуктивности следует, что в этом случае изменяется амплитуда первой и высших гармоник тока, протекающего через обмотку 8 трансформатора 7, то есть происходит регулирование тока лампы 1 без изменения его частоты, задаваемой работой ключа 11. Таким образом, появляется возможность расширения регулировочной характеристики устройства управления лампой 1 на безопасных, в отношении возникновения акустического резонанса в газоразрядном источнике света, частотах тока. С датчика 41 напряжения, соединенного с аналого-цифровым преобразователем 29 через терминал 40, микропроцессор 2 получает информацию о напряжении источника 10 ЭДС. Ток потребления однотактного преобразователя 9 контролируется посредством датчика 37 тока, соединенного с аналого-цифровым преобразователем 29 микропроцессора 2 через терминал 36. Таким образом, имеется информация о мощности лампы, так как потери энергии в преобразователе 9 заранее известны. Микропроцессор 2, манипулируя источником 17 тока через цифровые порты 30 ввода-вывода и терминал 35, в соответствии с программными установками, заложенными в запоминающее устройство 31 микропроцессора 2, осуществляет стабилизацию режима работы газоразрядной лампы 1.

Устройство управления газоразрядной лампой, состоящее из управляемых микропроцессором формирователя импульсов зажигания, включающего источник энергии и соединенную с ним посредством силового ключа первую обмотку трансформатора, вторая обмотка которого соединена с лампой, и однотактного преобразователя в виде связанного с источником ЭДС посредством второго силового ключа параллельного резонансного контура, отличающееся тем, что оно снабжено третьей и четвертой обмотками трансформатора, первым дросселем, установленным в цепи параллельного резонансного контура, и регулятором тока лампы, состоящим из управляемого микропроцессором источника тока и второго дросселя, посредством которого источник тока соединен с четвертой обмоткой трансформатора, третья обмотка которого представляет собой индуктивность параллельного резонансного контура, соединенную последовательно со вторым силовым ключом посредством первого дросселя, при этом выводы лампы замкнуты на выводы второй обмотки трансформатора, источник энергии формирователя импульсов зажигания выполнен в виде дополнительного источника тока и соединенного с ним конденсатора, а все обмотки трансформатора установлены на замкнутом магнитопроводе.