способ управления электрической мощностью газоразрядной лампы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления мощностью газоразрядной лампы, заключающийся в регулировании длительностей чередующихся открытого и закрытого состояний силового управляемого ключа, отличающийся тем, что упомянутые длительности каждого из состояний задают временем интегрирования суммы трех сигналов: первого сигнала - от датчика величины тока силового управляемого ключа, второго сигнала - от датчика величины напряжения источника питания, и третьего сигнала, равного с обратным знаком среднему за период переключения силового управляемого ключа значению суммы первого и второго сигналов, поступающего от источника сигнала смещения и задающего мощность, потребляемую от источника питания.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее датчик величины тока силового управляемого ключа, датчик величины напряжения источника питания, источник сигнала смещения, драйвер, силовой управляемый ключ, согласующее звено, включенное последовательно с силовым управляемым ключом, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено суммирующим и интегрирующим блоком и компаратором с гистерезисом переключения, причем к входам суммирующего и интегрирующего блока подсоединены выходы датчика величины тока силового ключа, датчика величины напряжения питания и источника сигнала смещения, а выход подключен ко входу компаратора с гистерезисом переключения, выход которого соединен со входом драйвера, управляющего силовым управляемым ключом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания газоразрядных устройств и, в частности, газоразрядных ламп.

Известен способ регулирования мощности питания газоразрядных ламп и реализующее его устройство [Патент РФ N 2101886, МПК H 05 B 41/29, опубл. в бюлл. N 1/98] , в котором управление силовым ключом осуществляется в зависимости от величины тока, питающего напряжения на накопительном конденсаторе и управляемом ключе, причем стабилизация мощности газоразрядной лампы осуществляется путем изменения действующего тока лампы за счет сужения средней (наиболее эффективной) временной зоны внутри периода изменения напряжения питания.

Недостатком известного способа является требование достаточно сильного изменения напряжения источника питания (например, выпрямленное сетевое напряжение без сглаживающего конденсатора) для управления средней электрической мощностью газоразрядной лампы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и принятым за прототип является способ регулирования мощности питания газоразрядных ламп [Патент США N 4230971, МПК H 05 B 41/39, опубл. 28.10.80], заключающийся в том, что при питании газоразрядной лампы двуполярными электрическими импульсами, длительность открытого состояния силового ключа (к лампе прикладывается напряжение одной полярности) определяется моментом достижения током в силовой цепи ключевого элемента заданной величины, а длительность закрытого состояния силового ключа (к лампе прикладывается ток противоположной полярности) задается принудительно.

Недостатком прототипа является зависимость средней электрической мощности газоразрядной лампы от напряжения источника питания и от сопротивления газоразрядной лампы.

Техническим результатом изобретения является регулирование электрической мощности газоразрядной лампы.

Технический результат достигается тем, что по способу управления, заключающемуся в регулировании длительностей чередующихся открытого и закрытого состояний силового управляемого ключа, упомянутые длительности каждого из состояний задают временем интегрирования суммы трех сигналов: первого сигнала - от датчика величины тока силового управляемого ключа, второго сигнала - от датчика величины напряжения источника питания, и третьего сигнала, равного с обратным знаком среднему за период переключения силового управляемого ключа значению суммы первого и второго сигналов, поступающего от источника сигнала смещения и задающего мощность, потребляемую от источника питания, причем к упомянутым трем сигналам могут добавляться корректирующие сигналы.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим датчик величины тока силового управляемого ключа, датчик величины напряжения источника питания, источник сигнала смещения, драйвер, силовой управляемый ключ, согласующее звено, включенное последовательно с силовым управляемым ключом, которое дополнительно снабжено суммирующим и интегрирующим блоком и компаратором с гистерезисом переключения, причем к входам суммирующего и интегрирующего блока подсоединены выходы датчика величины тока силового управляемого ключа, датчика величины напряжения питания и источника сигнала смещения, а выход подключен ко входу компаратора с гистерезисом переключения, выход которого соединен со входом драйвера, управляющего силовым управляемым ключом.

Сущность изобретения заключается в регулировании средней электрической мощности газоразрядной лампы путем взаимокомпенсации влияния напряжения источника питания и среднего значения тока через силовой управляемый ключ. Для примера рассмотрим случай линейной зависимости сигнала датчика величины напряжения источника питания от напряжения источника питания V_ИП и сигнала датчика величины тока силового управляемого ключа от тока I_ИП силового управляемого ключа. Обозначим: <I> - средний за период ток силового управляемого ключа, равный с точностью до потерь среднему за период току, потребляемому от источника питания. V_СМ - сигнал от источника сигнала смещения, задающий среднюю электрическую мощность

газоразрядной лампы, < V_КОРР> - среднее за период значение дополнительного корректирующего сигнала. Тогда:

(k₁₁+k₁₂<I>)+(k₂₁+k₂₂ V_ИП)=V_СМ+< V_КООР>,

где (k₁₁+k₁₂<I>) - сигнал от датчика величины тока силового управляемого ключа, (k₂₁+k₂₂V_ИП) - сигнал от датчика величины напряжения источника питания, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂ - постоянные коэффициенты.

Для простоты анализа предположим, что среднее за период значение < V_КОРР> равно нулю. Учитывая, что с точностью до потерь мощности на элементах устройства

= <I>V_ИП и, вводя соответствующие постоянные коэффициенты = (V_СМ-k₁₁-k₂₁)/k₁₂ и = k₂₂/k₁₂, получим:

= V_ИП-V²_ИП

Отсюда видно, что средняя за период следования импульсов мощность, передаваемая в газоразрядную лампу, не зависит от электрических параметров последней.

Обозначим: V_{ИП НОМ}= /2 - номинальное значение напряжения источника питания, <P> = ²/4 - максимальная (в определенном диапазоне V_ИП) средняя мощность, потребляемая газоразрядной лампой, = (V_ИП - V_{ИП НОМ})/V_{ИП НОМ} - относительное отклонение напряжения источника питания от номинального значения. Тогда получим:

/<P> = (1-²)

На фиг. 1 проиллюстрирована вышеприведенная зависимость

/<P> от V_ИП/V_{ИП НОМ}, где видно, что средняя за период следования импульсов мощность максимальна при номинальном напряжении питания, достаточно слабо спадает при отклонении V_ИП в любую сторону от номинального значения в определенном диапазоне V_ИП и достаточно сильно спадает при отклонении V_ИП в любую сторону вне этого диапазона.

На фиг. 2 представлены экспериментальные данные по относительному световому потоку <W/W> (светлые кружки) люминесцентной лампы КЛУ9/ТБЦ-1 и электрической мощности

(затушеванные кружки), потребляемой устройством от источника питания, полученные на устройстве, позволяющем реализовать заявляемый способ и выполненном соответственно принципиально-структурной схеме, представленной на фиг. 3. В качестве согласующего звена применялся энергозапасающий трансформатор.

Устройство, реализующее данный способ, содержит датчик 1 величины тока силового управляемого ключа, датчик 2 величины напряжения питания, источник 3 сигнала смещения, драйвер 4, силовой управляемый ключ 5, согласующее звено 6, включенное по входу последовательно с силовым управляемым ключом 5 и по выходу с газоразрядной лампой 9, суммирующий и интегрирующий блок 7, состоящий, например, из транзистора и конденсатора, компаратор с гистерезисом переключения 8, например, триггер Шмидта.

Устройство работает следующим образом. Суммирующий и интегрирующий блок 7 генерирует на выходе сигнал, пропорциональный интегралу суммы сигналов, поступающих от датчика 1 величины тока силового управляемого ключа, от датчика 2 величины напряжения питания и от источника 3 сигнала смещения. Каждый раз после достижения выходным сигналом с суммирующего и интегрирующего блока 7 одного из порогов переключения компаратора с гистерезисом переключения 8, происходит очередное переключение в противоположное состояние силового управляемого ключа 5.

К началу очередного периода напряжение на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7 достигает одного из порогов переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения, что переводит силовой управляемый ключ 5 в открытое состояние. При этом появляется ток силового управляемого ключа 5, что приводит к изменению знака направления изменения напряжения на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7. Данный процесс происходит в течение "активной" части T₁ периода - T до момента времени, когда напряжение на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7 достигает второго порога переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения. Это приводит к выключению силового управляемого ключа 5. Ток силового управляемого ключа прекращается, что приводит к изменению знака изменения напряжения на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7. Данный процесс продолжается в течение "пассивной" части T₂ периода T до момента времени, когда напряжение на входе суммирующего и интегрирующего блока 7 снова достигает первого порога переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения. Далее процесс периодически повторяется с периодом T = T₁+T₂.