пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп

Формула изобретения

1. Пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп, содержащее источник постоянного тока и инвертор, общий вход которого соединен с общим выходом источника постоянного тока, отличающееся тем, что введены преобразователь постоянного напряжения в переменное импульсное напряжение (далее по тексту "преобразователь") и два выпрямителя, при этом выход источника постоянного тока подключен через последовательно соединенные преобразователь и первый выпрямитель к входу инвертора, второй выход преобразователя через второй выпрямитель соединен со вторым входом инвертора и со вторым входом преобразователя, общий выход источника постоянного тока подключен к общим входам преобразователя и обоих выпрямителей, а два выхода инвертора являются выходами устройства, к которым могут быть подключены n последовательно соединенных ламп, при этом преобразователь содержит три резистора, переменный резистор, терморезистор, два транзистора, полевой транзистор, фототранзистор, выпрямитель, стабилитрон, конденсатор и трансформатор с четырьмя обмотками, первая обмотка которого своим выводом соединена с электродом первого резистора и является первым входом преобразователя, к общему входу которого подключены выводы второй, третьей и четвертой обмоток трансформатора, эмиттеры двух транзисторов, электроды переменного и второго резисторов, вторые электроды которых соединены с истоком полевого транзистора, сток которого подключен к второму выводу первой обмотки трансформатора, а затвор соединен со вторым электродом первого резистора, с коллекторами двух транзисторов и через параллельно включенные конденсатор и третий резистор - со вторым выводом второй обмотки трансформатора, база первого транзистора подключена к движку переменного резистора, база второго транзистора соединена с анодом стабилитрона, с первым электродом терморезистора и эмиттером фототранзистора, коллектор которого подключен ко второму электроду терморезистора и является вторым входом преобразователя, катод стабилитрона соединен через выпрямитель со вторым выводом третьей обмотки трансформатора, второй вывод четвертой обмотки трансформатора является первым выходом преобразователя, а второй вывод второй обмотки трансформатора является вторым выходом преобразователя, при этом инвертор состоит из генератора импульсов, диода, полевого транзистора и трансформатора с четырьмя обмотками, в котором первые выводы первой и второй обмоток объединены и подключены к первому входу инвертора, второй вывод первой обмотки соединен со стоком полевого транзистора и через третью обмотку - с первым выходом инвертора, а второй вывод второй обмотки соединен с катодом диода и через четвертую обмотку - со вторым выходом инвертора, при этом к общему входу инвертора подключены анод диода, исток полевого транзистора и общий вход генератора импульсов, выход которого соединен с затвором полевого транзистора, а вход является вторым входом инвертора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в преобразователь введены четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, второй переменный резистор, второй фототранзистор, второй стабилитрон и усилитель, при этом ко второму входу преобразователя подключен вход питания усилителя, а через четвертый резистор подключены электроды пятого и шестого резисторов и катод второго стабилитрона, к общему входу преобразователя подключен общий входом усилителя, электрод и движок второго переменного резистора, анод второго стабилитрона и эмиттер второго фототранзистора, коллектор которого подключен ко второму электроду пятого резистора и к инверсному входу усилителя, другой вход которого соединен со вторыми электродами шестого и переменного резисторов, а выход подключен через седьмой резистор к базе второго транзистора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в преобразователь введены датчик перемещений, четвертый, пятый и шестой резисторы, компаратор и третий транзистор, при этом ко второму входу преобразователя подключены вход питания датчика перемещений, электрод четвертого резистора и вход питания компаратора, к общему входу преобразователя подключены общие входы датчика перемещений и компаратора, эмиттер третьего транзистора и через пятый резистор второй электрод четвертого резистора и вход компаратора, инверсный вход которого подключен к выходу датчика перемещений, а выход компаратора подключен к базе третьего транзистора, коллектор которого через шестой резистор соединен с затвором полевого транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к схемам для зажигания и эксплуатации газоразрядных ламп, преимущественно таких, как люминесцентные лампы низкого давления, ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы низкого давления.

Известна управляющая схема для источника освещения - патент США 5130609, заявленный 26.01.1990 г. , опубликованный 17.07.1992 г., которая содержит входной трансформатор, подключенный через выпрямительный мост и диод к сглаживающему конденсатору, к положительному электроду которого через переменный резистор и первую обмотку трансформатора подключен коллектор транзистора, база которого через вторую обмотку трансформатора подключена к положительному электроду сглаживающего конденсатора, отрицательный электрод которого подключен к эмиттеру транзистора и через конденсатор к первой обмотке трансформатора. Третья обмотка трансформатора подключена к люминесцентной лампе.

В данной управляющей схеме выпрямленное напряжение от сети питания и сглаживающего конденсатора поступает через переменный резистор на обмотку трансформатора и проходит через вторую обмотку трансформатора на базу транзистора. Создается положительная обратная связь, и схема возбуждается. На коллекторе транзистора образуются импульсы напряжения, которые трансформируются на третьей обмотке и подаются на лампу. При негорящей лампе ток, протекающий через нее, мал, импульсы напряжения велики и зажигают лампу. Ток растет, напряжение импульсов падает до величины, достаточной для горения газа в лампе.

Недостаток такого устройства заключается в том, что оно может использоваться только для маломощных ламп, т.к. при увеличении мощности возрастает ток, протекающий через переменный резистор; растут потери мощности и переменный резистор перегревается. Кроме того, отрицательный импульс напряжения на лампе имеет постоянную величину, пропорциональную напряжению сети, а положительный импульс имеет переменную величину, зависящую от сопротивления лампы. Поэтому величина отрицательного тока лампы не равна величине положительного тока лампы и лампа горит нестабильно и может гаснуть с одного из концов. Низкая надежность работы устройства при перегрузках. Устройство предназначено для работы с одной лампой.

Известен пускорегулирующий аппарат для люминесцентных ламп - патент России 02116009, подан 19.06.1997 г., опубликован 20.07.1998 г. Аппарат содержит последовательно соединенные сетевой фильтр, инвертор, резонансный контур, к выходу которого подключены две параллельно соединенные люминесцентные лампы. К другим электродам ламп подключен датчик тока, соединенный через последовательно подключенный диодный мост, усилитель и оптрон к управляющему входу инвертора.

В данном аппарате постоянное напряжение через сетевой фильтр поступает на вход инвертора, возбуждает в нем прямоугольные импульсы, которые подаются через резонансный контур на лампы. Когда лампы не горят, ток, проходящий через них, мал, поэтому резонансный контур создает высокое переменное напряжение, зажигающее лампы. После чего напряжение на лампах падает до напряжения горения. Ток ламп выявляется в датчике тока, выходной сигнал которого выпрямляется, и усиливается, и через оптрон поступает в инвертор, регулируя частоту прямоугольных импульсов, изменяя рабочую точку на резонансной кривой контура, в результате чего стабилизируется ток, проходящий через лампы.

Недостатками такого устройства являются низкая надежность работы, связанная с отсутствием защиты по току аппарата при выходе из строя транзисторов инвертора, отсутствие защиты по напряжению при выходе из строя или при отсутствии ламп, т.к. при атом резонансный контур развивает высокое выходное напряжение, которое может вывести его из строя. Аппарат не может работать на лампы повышенной мощности, т.к. резонансный контур трудно сделать с выходной мощностью более 80 Вт. Аппарат не обеспечивает работу с количеством ламп более двух, если вторую схему исключить.

Известно пускорегулирующее устройство, свидетельство 12319 от 13.05.1999 г. БИ 12-99, которое взят за прототип. Устройство содержит источник постоянного тока, выход которого соединен с входом питания инвертора, выход которого через сглаживающий блок подключен к входу блока управления инвертором, два выхода которого подключены к соответствующим двум управляющим входам инвертора, выход сглаживающего блока подключен также через балластный резистор к входу источника питания блока управления инвертором, а второй выход сглаживающего блока через последовательно соединенные диод и резистор подключен к электродам конденсатора и динистора, вторые электроды которых соединены с общим выходом источника постоянного тока и общими входами источника питания блока управления инвертора, блока управления инвертора и инвертора. Выход инвертора может быть подключен через последовательно соединенные первый конденсатор и дроссель с электродами лампы и второго конденсатора, вторые электроды которых подключены к общему входу инвертора.

При включении источника постоянного тока его выходное напряжение поступает на вход питания инвертора, который создает на своем выходе прямоугольные импульсы, амплитуда которых равна напряжению на выходе источника постоянного тока. Эти импульсы поступают на вход сглаживающего блока, образуя на его выходе постоянное напряжение, которое через балансное сопротивление поступает на источник питания блока управления инвертора, а сам блок управления инвертора создает на своих двух выходах импульсы, управляющие работой инвертора. Выходные импульсы инвертора через первый конденсатор поступают на вход резонансной цепи, состоящей из дросселя и второго конденсатора. При не горящей лампе возникает резонанс, на конденсаторе образуется переменное напряжение, амплитуда которого может превысить выходное напряжение источника постоянного тока во много раз и может составлять порядка 600-800 В. При этом лампа зажигается, и на лампе поддерживается амплитуда импульсов напряжения, равная напряжению горения пампы порядка 120 В. Ток в лампе ограничивается индуктивным сопротивлением дросселя. При неисправной работе в цепях инвертора повышается выходное напряжение сглаживающего блока, возрастает напряжение на динисторе, он пробивается и снижает выходное напряжение сглаживающего блока, при этом блок управления инвертором перестает работать и инвертор прекращает работу.

Недостатками такого устройства является малая мощность лампы (до 40 Вт) в нагрузке, т.к. на больших мощностях резонансный контур работает нестабильно, в устройстве отсутствует возможность подключения к выходу более одной лампы. Устройство не имеет защиты от перегрева транзисторов инвертора, от короткого замыкания указанных транзисторов, при котором источник постоянного тока выйдет из строя. Устройство не является экономичным, т.к. не имеет возможности изменять яркость свечения лампы в зависимости от внешней освещенности, не может работать в дежурном режиме, когда включается яркий свет только при наличии рядом людей.

Заявляемое изобретение решает задачу создания более надежного и эффективного пускорегулирующего устройства, обеспечивающего экономичную эксплуатацию газоразрядных ламп.

Для решения поставленной задачи в пускорегулирующее устройство для газоразрядных ламп, содержащее источник постоянного тока и инвертор, общий вход которого соединен с общим выходом источника постоянного тока, введены преобразователь постоянного напряжения в переменное импульсное напряжение (далее по тексту "преобразователь") и два выпрямителя, при этом выход источника постоянного тока подключен через последовательно соединенные преобразователь и первый выпрямитель к входу инвертора, второй выход преобразователя через второй выпрямитель соединен со вторым входом инвертора и со вторым входом преобразователя, общий выход источника постоянного тока подключен к общим входам преобразователя и обоих выпрямителей, а два выхода инвертора являются выходами устройства, к которым могут быть подключены n последовательно соединенных ламп, при этом преобразователь содержит три резистора, переменный резистор, терморезистор, два транзистора, полевой транзистор, фототранзистор, выпрямитель, стабилитрон, конденсатор и трансформатор с четырьмя обмотками, первая обмотка которого своим выводом соединена с электродом первого резистора и является первым входом преобразователя, к общему входу которого подключены выводы второй, третьей и четвертой обмоток трансформатора, эмиттеры двух транзисторов, электроды переменного и второго резисторов, вторые электроды которых соединены с истоком полевого транзистора, сток которого подключен к второму выводу первой обмотки трансформатора, а затвор соединен со вторым электродом первого резистора, с коллекторами двух транзисторов и через параллельно включенные конденсатор и третий резистор со вторым выводом второй обмотки трансформатора, база первого транзистора подключена к движку переменного резистора, база второго транзистора соединена с анодом стабилитрона, с первым электродом терморезистора и эмиттером фототранзистора, коллектор которого подключен к второму электроду терморезистора и является вторым входом преобразователя, катод стабилитрона соединен через выпрямитель с вторым выводом третьей обмотки трансформатора, второй вывод четвертой обмотки трансформатора является первым выходом преобразователя, а второй вывод второй обмотки трансформатора является вторым выходом преобразователя, при этом инвертор состоит из генератора импульсов, диода, полевого транзистора и трансформатора с четырьмя обмотками, в котором первые выводы первой и второй обмоток объединены и подключены к первому входу инвертора, второй вывод первой обмотки соединен со стоком полевого транзистора и через третью обмотку с первым выходом инвертора, а второй вывод второй обмотки соединен с катодом диода и через четвертую обмотку со вторым выходом инвертора, при этом к общему входу инвертора подключены анод диода, исток полевого транзистора и общий вход генератора импульсов, выход которого соединен с затвором полевого транзистора, а вход является вторым входом инвертора.

При этом преобразователь может дополнительно содержать четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, второй переменный резистор, второй, фототранзистор, второй стабилитрон и усилитель, при этом ко второму входу преобразователя подключен вход питания усилителя, а через четвертый резистор подключены электроды пятого и шестого резисторов и катод второго стабилитрона, к общему входу преобразователя подключен общий вход усилителя, электрод и движок второго переменного резистора, анод второго стабилитрона и эмиттер второго фототранзистора, коллектор которого подключен к второму электроду пятого резистора и к инверсному входу усилителя, другой вход которого соединен с вторыми электродами шестого и переменного резисторов, а выход подключен через седьмой резистор к базе второго транзистора.

Кроме того, преобразователь может дополнительно содержать датчик перемещений, четвертый, пятый и шестой резисторы, компаратор и третий транзистор, при этом ко второму ходу преобразователя подключены вход питания датчика перемещений, электрод четвертого резистора и вход питания компаратора, к общему входу преобразователя подключены общие входы датчика перемещений и компаратора, эмиттер третьего транзистора и через пятый резистор второй электрод четвертого резистора и вход компаратора, инверсный вход которого подключен к выходу датчика перемещений, а выход к базе третьего транзистора, коллектор которого через шестой резистор соединен с затвором полевого транзистора.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение подключения к устройству одновременно n ламп, обеспечение плавного ручного регулирования силы света ламп, обеспечение автоматического регулирования силы света ламп в зависимости от внешней освещенности, обеспечение стабилизации силы света при воздействии внешних факторов, обеспечение защиты устройства от перегрева ее элементов, от превышения силы тока, защиты силового элемента от превышения напряжения, обеспечение дежурного режима ламп, повышающих яркость свечения при нахождении рядом человека.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где фиг.1 - функциональная схема пускорегулирующего устройства; фиг.2 - схема преобразователя; фиг.3 - схема инвертора; фиг.4 - схема преобразователя с усилителем; фиг.5 - схема преобразователя с датчиком перемещений; фиг.6 - временные диаграммы.

Как показано на фиг. 1, устройство состоит из источника 1 постоянного тока, преобразователя 2 постоянного напряжения в переменное импульсное напряжение (в дальнейшем "преобразователь"), выпрямителей 3, 4, инвертора 5, n ламп 6, где n может изменяться от 1 до 8, при этом лампы могут быть следующих типов: люминесцентные, натриевые низкого давления, ртутные высокого давления, входов и выходов 7-15 блоков. При этом выход источника 1 постоянного тока через последовательно соединенные преобразователь 2, выпрямитель 3, инвертор 5 и n ламп 6 подключен к второму выходу инвертора 5, общий выход источника 1 постоянного тока соединен с общими входами преобразователя 2, выпрямителей 3, 4 и инвертора 5, второй выход преобразователя 2 через выпрямитель 4 подключен ко вторым входам инвертора 5 и преобразователя 2.

Преобразователь 2 состоит (фиг.2) из резисторов 16-18, переменного резистора 19, конденсатора 20, транзисторов 21, 22, полевого транзистора 23, стабилитрона 24, терморезистора 25, фототранзистора 26, выпрямителя 27, трансформатора с обмотками 28-31. При этом вход 7 преобразователя 2 соединен с электродом резистора 16 и через обмотку 28 к стоку полевого транзистора 23, второй вход 8 соединен с коллектором фототранзистора 26 и через терморезистор 25 с эмиттером фототранзистора 26, базой транзистора 21 и с анодом стабилитрона 24, общий вход 15 подключен к выводам обмоток 29, 30, 31, к эмиттерам транзисторов 21, 22, к электроду переменного резистора 19 и через резистор 18 к истоку транзистора 23 и к другому электроду переменного резистора 19, движок которого соединен с базой транзистора 22, коллектор которого подключен к затвору полевого транзистора 23, ко второму электроду резистора 16, к коллектору транзистора 21 и через параллельно включенные резистор 17 и конденсатор 20 к второму выводу обмотки 31, которая является вторым выходом 10 преобразователя 2, второй вывод обмотки 30 через выпрямитель 27 соединен с катодом стабилитрона 24, а второй вывод обмотки 29 является выходом 9 преобразователи 2.

Инвертор 5 состоит (фиг.3) из генератора 32 импульсов, полевого транзистора 33, диода 34 и трансформатора с обмотками 35-38. В инверторе 5 вход 11 подключен к выводам обмоток 35, 36, второй вход 12 соединен с входом питания импульсного генератора 32, общий вход 15 подключен к общему входу генератора 32, к аноду диода 34 и к истоку полевого транзистора 33, затвор которого соединен с выходом импульсного генератора 32, выход 13 инвертора 5 через обмотку 37 подключен к второму выводу обмотки 35 и к стоку полевого транзистора 33, а второй выход 14 инвертора подключен через обмотку 38 к второму выводу обмотки 36 и к катоду диода 34.

Преобразователь 2 может дополнительно содержать (фиг.4) резисторы 39-42, переменный резистор 43, фототранзистор 44, усилитель 45 и стабилитрон 46. При этом в преобразователе 2 второй вход 8 может быть подключен к входу питания усилителя 45 и через резистор 39 к электродам резисторов 40, 41 и к катоду стабилитрона 44, общий вход 15 соединен с общим входом усилителя 45, с анодом стабилитрона 46, с эмиттером фототранзистора 44, с движком и электродом переменного резистора 43, второй электрод которого подключен к второму электроду резистора 41 и к входу усилителя 45, инверсный вход которого соединен с вторым электродом резистора 40 и с коллектором фототранзистора 44, а выход подключен через резистор 42 к базе транзистора 21.

Преобразователь 2 может быть выполнен другим образом (фиг.5) и дополнительно содержать датчик 47 перемещений, резисторов 48-50, компаратора 51, транзистора 52. При этом второй вход 8 преобразователя 2 подключен к входам питания датчика перемещений 47 и компаратора 51 и через резистор 48 к электроду резистора 49 и к входу компаратора 51, общий вход 15 преобразователя 2 соединен с эмиттером транзистора 52, с вторым электродом резистора 49 и с общими входами датчика перемещений 47 и компаратора 51, у которого инверсный вход подключен к выходу датчика перемещений 47, а выход подключен к базе транзистора 52, коллектор которого соединен через резистор 50 с базой полевого транзистора 23.

Работает устройство следующим образом. Выходное напряжение U7 (фиг.6) источника 1 постоянного тока (фиг.1) поступает на вход 7 преобразователя 2, на выходе 9 которого образуется импульсное напряжение, положительная амплитуда которого может составлять 600 В при малом токе нагрузки и падать до десятков вольт при большом токе нагрузки. Нагрузкой при этом служит выпрямитель 3, который образует на своем выходе постоянное напряжение, равное по величине амплитуде входного импульса. Это напряжение поступает на вход 11 инвертора 5, который образует на своих выходах 13 и 14 противофазные прямоугольные импульсы типа "меандр" с частотой около 60 кГц, со скважностью 2. Амплитуда импульсов на выходах 13 и 14 прямо пропорциональна напряжению на входе 11 инвертора 5.

Данные импульсы напряжения поступают на n штук последовательно включенных, например, люминисцентных ламп 6. Если лампы не горят, то их внутреннее сопротивление велико, ток через них отсутствует, поэтому на входе 11 инвертора 5 образуется постоянное напряжение U₁₁=600 В (фиг.6), а амплитуда импульсов напряжения на лампах составит:

U_m13,12=nU_заж=K_u600,

где U_заж=800 В - напряжение зажигания одной лампы;

K_u1,33n - коэффициент передачи инвертора. В этом случае все n ламп одновременно зажигаются, напряжение на каждой лампе падает до напряжения горения U_гop=120 В, ток в лампах резко возрастает, падает сопротивление нагрузки для преобразователя 2, падает амплитуда импульсов на его выходе 9, при этом на входе 11 инвертора 5 образуется постоянное напряжение:

U₁₁=600(U_гop/U_зaж)=90 В.

Так как скважность импульсов напряжения на лампах равна двум, то ток в одном направлении через лампы равен току в обратном направлении, поэтому лампы светят с одинаковой яркостью по всей длине.

На втором выходе 10 преобразователя 2 в любом режиме работы устройства образуются импульсы U₁₀ (фиг.6) положительной амплитуды, имеющей постоянную небольшую величину порядка U_m10=15 В. При этом на выходе выпрямителя 4 появляется постоянное напряжение +15 В, которое питает генератор 32 импульсов в инверторе 5 и цепь автоматики преобразователя 2, состоящую из терморезистора 25 и фотодиода 26.

Таким образом, в устройстве происходит двойное преобразование напряжения из постоянного на выходе источника 1 в переменное на выходе преобразователя 2, которое имеет переменную скважность и не годится для питания ламп. Затем переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение на выходе выпрямителя 3, которое преобразуется вновь в переменное напряжение на выходе инвертора 5. Это напряжение имеет постоянную скважность 2 и идеально подходит для питания ламп.

Вместо люминесцентных ламп 6 можно применить ртутные лампы высокого давления типа ДРЛ, которые имеют меньшее, порядка 280 В, напряжение зажигания, что облегчает работу устройства. Можно также использовать более современные и эффективные натриевые лампы низкого давления типа SOX, имеющие напряжение зажигания порядка 800 В.

В качестве источника постоянного тока 1 можно применить выпрямленное напряжение сети переменного тока 220 В, частотой 50 Гц, при этом выходное напряжение составит порядка U₇=280 B. Можно также применить аккумуляторы с напряжением от 12 до 110 В. При том устройство можно применить как в автомобиле, так и в поезде.

Преобразователь 2 (фиг.2) работает следующим образом. В начальный момент времени напряжение U₇ на входе 7 преобразователя 2 подается на делитель напряжения, реализованый на резисторах 16 и 17. При этом на затворе полевого транзистора 23 образуется постоянное напряжение порядка 6 В, которое открывает транзистор 23 и запускает преобразователь 2 в работу. К обмотке 28 приложено напряжение U₇, через инее начинает протекать ток I₁₈, линейно возрастающий во времени (фиг.6), этот ток выделяется на резисторе 18, сопротивление которого равно 1 Ом:

I₁₈=(U₇/L)t,

где L - индуктивность обмоток 28, 29.

Возникающее на резисторе 18 напряжение также линейно растет во времени (фиг. 6). Как только оно достигнет значения, при котором на движке переменного резистора 19, включенного параллельно резистору 18, напряжение достигнет величины 0,6 В, открывается транзистор 22, уменьшающий напряжение на затворе полевого транзистора 23. Транзистор 23 начинает закрываться, напряжение на его истоке и на обмотке 28 резко повышается, напряжение на обмотке 31, создающей положительную обратную связь, резко понижается и через резистор 17 и конденсатор 20 полностью закрывает транзистор 23. Конденсатор 20 при этом способствует более быстрому закрытию транзистора 23. При этом осуществляется защита транзистора 23 по току, т.к. ток в транзисторе не может превысить значения, заданного движком переменного резистора 19.

В обмотке 28 в момент закрытия транзистора 23 запасается энергия W_i, равная

W_i=(LI_m ²)/2,

где I_m - максимальное значение тока I₁₈.

На обмотке 28 при этом возникает импульс напряжения U_m, в течение которого энергия, запасенная в обмотке 28, передается на вход 9 выпрямителя 3. После передачи всей энергии напряжение на обмотке 28 резко падает, на обмотке 31 напряжение резко возрастает и транзистор 23 снова открывается. Возникают периодические колебания с частотой порядка 20 кГц=F₂₃=1/T₂₃. При этом на вход 9 выпрямителя 3 через обмотку 29 передается с преобразователя 2 мощность Рн, равная:

P_H=WF₂₃=(LI_m ²F₂₃)/2

Как видно, мощность, подаваемая на вход 9 выпрямителя 3, сильно зависит от величины тока I_m, которая устанавливается движком переменного резистора 19. При этом появляется возможность плавно вручную регулировать мощность Рн или силу света ламп в большом диапазоне:

P_H=(0,051)P_max,

где Р_mах - максимальная мощность для конкретных ламп. Положительная полуволна U_m7 на обмотке 31 (U₁₀) имеет всегда постоянную величину независимо от режима работы устройства. Она равна:

U_m7=U₇(W_31/W₂₈)15 В,

где W₃₁, W₂₈ - количество витков обмоток.

При этом режим работы транзистора 23 является стабильным.

Число витков обмоток 28 и 29 одинаково, поэтому на обмотке 29 возникает напряжение U₉= U₂₈-U₇. Положительные волны этого напряжения выпрямляются в выпрямителе 3.

Импульс напряжения U_m при неработающей лампе может достигать величин, значительно больших напряжения пробоя транзистора 23 (1000 В). Для исключения выхода из строя транзистора в устройстве предусмотрена защита транзистора по напряжению. При этом на обмотке 30 возникают значительные по величине импульсы, которые на выходе выпрямителя и создают постоянное положительное напряжение U₂₇ порядка 10 В, открывающее стабилитрон 24, напряжение стабилизации которого равно 9,4 В. После чего открывается транзистор 21, уменьшающий напряжение на затворе полевого транзистора 23. Таким образом, ток ограничивается, максимальное напряжение на стоке транзистора 23 находится на уровне 680 В. При этом соотношение витков обмоток равно:

W_28/WW₃₀=(880-U₇)/10

При этом напряжение на входе инвертора U₇=280 В возрастает до величины:

U₇=880-280=600 В

Это напряжение должно обеспечить зажигание ламп.

На корпус транзистора 23 устанавливается терморезистор 25 и при возрастании температуры корпуса более 80^oС сопротивление терморезистора 25 падает до величины, при которой ток, протекающий через него, возрастает и открывает транзистор 21, что ведет к уменьшению напряжения на затворе транзистора 23 и к уменьшению амплитуды импульсов на его стоке. При этом падает рассеиваемая мощность на транзисторе 23, и его температура стабилизируется на уровне 80^oС, что обеспечивает защиту основного силового элемента устройства от перегрева.

В устройстве предусмотрено автоматическое управление светом ламп в зависимости от внешнего освещения. При этом фототранзистор 26 устанавливается в месте освещения внешних источников, но изолировано от света используемых ламп. При наличии внешнего освещения (днем) фототранзистор 26 проводит большой ток, он попадает на базу транзистора 21, открывает его совсем и подключает затвор транзистора 23 на общий вход. Транзистор 23 закрывается, генерация импульсов отсутствует, лампы гаснут, устройство при этом потребляет менее 5% от своей номинальной мощности. При отсутствии внешнего освещения фототранзистор 26 закрыт и лампы светят на полную мощность. В сумерках (утром или вечером) через фототранзистор 26 течет такой ток, что лампы светят не на полную мощность, при этом при переходе от дня к ночи лампы постепенно меняют свой свет от нулевого до максимального, чем экономят электроэнергию, обеспечивая при этом постоянную суммарную освещенность.

Инвертор 5 (фиг. 3) работает следующим образом. Генератор 32 импульсов питается от входа 12 напряжением U₈=15 В. На своем выходе он генерирует прямоугольные импульсы амплитудой 15 В, частотой порядка 60 кГц и скважностью 2. Эти импульсы поступают на затвор полевого транзистора 33. При этом на его стоке (на обмотке 35) образуются импульсы напряжения U₃₅ с амплитудой, равной двойному напряжению U₁₁. Такое равенство объясняется тем, что обмотка 36, имеющая равное число витков с обмоткой 35 и включенная ей навстречу, создает импульсы обратной полярности U₃₆, но из-за диода 34 напряжение на обмотке 36 не может быть меньше нуля. При открытом диоде 34 излишняя энергия в обмотках трансформатора с помощью обратного тока заряжает сглаживающие конденсаторы выпрямителя 3, осуществляя экономию энергии.

При зажигании ламп 6 напряжение U₁₁ равно 600 В, поэтому напряжения на обмотки 35 и 36 (U₃₅ и U₃₆) на амплитуде равны 1200 В. Транзистор 33 при этом должен иметь максимально допустимое напряжение более 1300 В. Одна люминесцентная лампа зажигается напряжением 800 В, поэтому для зажигания n2 ламп напряжения 1200 В мало. Обмотки 37 и 38 повышают амплитуду переменного напряжения, коэффициент трансформации при этом равен:

K=W₃₇/W₃₅=W₃₈/W₃₆=2/3(n-1)

Разность напряжений на выводах 13 и 14 составит:

U₁₃-U₁₄=U_л=1200(1+к)=800n

Этого напряжения достаточно для зажигания n ламп. Если лампа одна (n=1), то коэффициент трансформации к= -1/3, при этом повышающие обмотки 37, 38 должны быть включены навстречу обмоткам 35, 36.

После зажигания ламп напряжение на лампах падает до уровня поддержания их горения:

U₁₃-U₁₄=180(1+к)120n

Ток, проходящий через лампы 6, яркость их свечения и потребляемая мощность при этом регулируется переменным резистором 19. Диапазон регулирования составляет значительную величину (0,11) Рн, где Рн является номинальной мощностью потребления каждой лампой. При этом устройство работает эффективно, так при включении четырех люминесцентных ламп при номинальном излучаемом свете каждой лампой устройство потребляет мощность 130 Вт, т.е. по 33 Вт на одну лампу. Для сравнения одна лампа, имеющая стандартную схему запуска, реализованную на дросселе и пускателе, потребляет 53 Вт. При работе на одну лампу типа SOX мощностью 90 Вт потребляется мощность 56 Вт в то время, как эта лампа при использовании стандартной дроссельной схемы питания потребляет 102 Вт при аналогичной яркости свечения.

Если в процессе эксплуатации необходимо стабилизировать силу света включенных ламп на весь срок их использования, что очень важно для некоторых типов производств, например в теплицах, то в преобразователь могут быть дополнительно введены (фиг.4) усилитель 45, резисторы 39-43, фототранзистор 44 и стабилитрон 46. При этом резистор 39 задает ток в стабилитроне 46, образуя на нем стабильное напряжение порядка 6 В. Это напряжение питает мост, состоящий из резисторов 40, 41, фототранзистора 44 и переменного резистора 43. С диагонали моста два напряжения подаются на входы усилителя 45, его выходное напряжение через резистор 42 поступает на базу транзистора 21, регулируя силу света ламп 6. При этом фототранзистор 44 устанавливается в месте, в которое падает свет ламп 6. Пропорционально силе света ламп меняется проводимость фототранзистора 44. Схема работает таким образом, что из-за обратной связи через свет ламп напряжение на входах усилителя 45 всегда равны между собой. А это значит, что автоматически в любых условиях, независимо от старения ламп и колебаний выходного напряжения источника 1, поддерживается постоянная сила света, обеспечивающая постоянную проводимость фототранзистора 44. Изменяя движком величину сопротивления 22, можно регулировать проводимость фототранзистора 44, а значит и силу света ламп 6.

При этом возможна значительная экономия энергии, т.к. резистором 43 можно установить минимально возможную по стандартам силу света ламп, которая будет постоянно поддерживаться устройством независимо от колебаний питающей сети, в то время, как при обычной схеме питания ламп возрастание напряжения питающей сети выше нормы, что приводит к недопустимо яркому свету ламп, расходованию электроэнергии и быстрому выходу ламп из строя. А при питании устройства от батарей устройство создает стабильную силу света, независимую от состояния батарей, что обеспечивает полный расход их электроэнергии.

Преобразователь 2 может также дополнительно содержать (фиг.5) датчик перемещений 47, компаратор 51, транзистор 52 и резисторы 48, 49, 50. Такая схема обеспечивает "дежурный" режим работы ламп. При этом датчик перемещений 47 реагирует по звуку шагов, по изменению объемной емкости или по инфракрасному датчику на наличие рядом человека. В результате чего на его выходе образуется повышенное напряжение, поступающее на инверсный вход компаратора 51. На другой вход компаратора 51 подан постоянный средний сигнал с делителя на резисторах 48 и 49. На выходе компаратора 51 образуется нулевой сигнал, транзистор 52 при этом закрытии не влияет на работу устройства, лампы горят в номинальном режиме. При отсутствии рядом человека на выходе датчика перемещений 47 имеется нулевой сигнал, который создает на выходе компаратора 51 повышенное напряжение, открывающее транзистор 52, замыкающий резистор 50 на общий вход. Величина сопротивления резистора 50 достаточно мала, в результате чего он понижает напряжение на затворе транзистора 23 до уровня, когда сила света ламп падает в 20 раз по сравнению с номинальной силой света.

Таким образом, в отсутствие людей лампы светят незначительно, потребляя мало энергии, а при наличии рядом людей лампы светят ярко. Полное отключение ламп не происходит, что продлевает срок их службы в несколько раз. т.к. лампы портятся в основном в момент их включения, а в "дежурном" режиме это происходит сотни раз за одну ночь. Применение такой схемы обеспечивает "дежурный" режим и продлевает срок службы ламп, обеспечивает значительную экономию энергии.