устройство для включения и питания люминесцентной лампы

Формула изобретения

Устройство для включения и питания люминесцентной лампы, содержащее инвертор, включающий в себя перестраиваемый генератор, выходом подключенный к первому входу схемы коммутации и защиты, первый и второй выходы которой подключены соответственно к первому силовому ключу и второму силовому ключу, выходы силовых ключей нагружены соответственно на первый и второй выводы первичной обмотки трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого через конденсатор подключен к выходу инвертора, четыре вывода для подключения накальных электродов люминесцентной лампы, дроссель, подключенный между выходом инвертора и первым выводом для подключения первого накального электрода люминесцентной лампы, конденсатор, включенный между вторыми выводами для подключения накальных электродов люминесцентной лампы, отличающееся тем, что, с целью стабилизации режима разогрева электродов люминесцентной лампы, стабилизации мощности на ней в рабочем режиме и защитного отключения во всех аварийных режимах работы люминесцентной лампы, в устройство введены временное устройство, состоящее из генератора низкой частоты, выходом подключенного к счетному входу n-разрядного счетчика, выходы n-2 и n-1 разрядов которого связаны со входами схемы 2ИЛИ, а также первого и второго формирователей импульсов, причем выход n-го разряда счетчика соединен со вторым входом схемы коммутации и защиты инвертора, логическую схему, содержащую схему 2ИЛИ-НЕ, выходом подключенную к первому входу схемы 2И, второй вход которой соединен с выходом схемы инверсии, а выход схемы 2И связан с первым входом схемы 2ИЛИ, вторым входом подключенной к выходу первого формирователя импульсов временного устройства и к третьему входу схемы коммутации и защиты инвертора, выход схемы 2ИЛИ поступает на вход установки счетчика временного устройства, операционный усилитель, выходом подключенный к управляющему входу перестраиваемого генератора инвертора, первый аналоговый мультиплексор, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а первый управляющий вход связан с выходом схемы 2ИЛИ временного устройства, второй аналоговый мультиплексор, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, первый управляющий вход - с выходом первого формирователя импульсов временного устройства, первый компаратор, выходом подключенный ко входу схемы инверсии логической схемы, ко второму управляющему входу первого аналогового мультиплексора и ко второму управляющему входу второго аналогового мультиплексора, перемножитель, выход которого соединен с первым входом второго аналогового мультиплексора, а управляющий вход - с выходом второго формирователя импульсов временного устройства, датчик тока, токовой цепью включенный между выводом для подключения первого вывода второго накального электрода люминесцентной лампы и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора инвертора, а выходом связанный с первым входом перемножителя, датчик напряжения, вход которого соединен с первым выводом для подключения первого накального электрода люминесцентной лампы, а выход - с неинвертирующим входом первого компаратора и со вторым входом перемножителя, второй и третий компараторы, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами схемы 2ИЛИ-НЕ логической схемы, а неинвертирующий вход второго компаратора и инвертирующий вход третьего компаратора объединены и подключены к выходу операционного усилителя, источник опорных напряжений, первый вход которого подключен к инвертирующему входу первого компаратора, второй выход - к первому, второму и третьему входам первого аналогового мультиплексора и к неинвертирующему входу третьего компаратора, третий выход - к четвертому входу первого аналогового мультиплексора и ко второму входу второго аналогового мультиплексора, третьим входом подключенного к выходу датчика напряжения, четвертый выход - к инвертирующему входу второго компаратора.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к полупроводниковым пускорегулирующим аппаратам (ППРА) для зажигания и питания люминесцентных ламп (ЛЛ) с подогревными электродами током высокой частоты и может быть использовано в осветительных установках различного назначения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время широко используются ППРА на основе 2-тактных преобразователей напряжения в переменное напряжение высокой частоты, часто называемых инверторами. Напряжение с инвертора поступает на лампу через балластный дроссель, который задает ток лампы в рабочем режиме. Для зажигания лампы формируется высокое напряжение с помощью резонансного контура, образованного балластным дросселем и конденсатором, установленным параллельно лампе. Разогрев электродов лампы осуществляется также с помощью этого контура за счет их последовательного включения в контур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для включения и питания люминесцентной лампы, обеспечивающее пуск ЛЛ с предварительным разогревом ее электродов (см. авторское свидетельство SU 1462520 А1, кл. Н 05 В 41/24, опубл. 28.02.89). Устройство содержит преобразователь частоты, к выходу которого посредством дросселя и конденсатора, настроенных в резонанс на частоте f_рез, подключена люминесцентная лампа и блок управления преобразователем частоты. Блок управления преобразователем частоты включает в себя основной источник питания, генератор переменной частоты с формирователем импульсов, дополнительный источник питания, формирователь монотонно нарастающего напряжения. Частота работы преобразователя в режиме температурной подготовки ЛЛ из условия отсутствия холодных зажиганий выбирается, как правило, равной (1,2-3,0) f_рез а частота преобразователя в установившемся режиме выбирается равной (0,7-0,85) f_рез. Время температурной подготовки электродов составляет от 2 до 5 с и зависит от тока подогрева электродов.

Указанное устройство обеспечивает включение и питание ЛЛ, исключая холодные зажигания ЛЛ, однако имеет некоторые недостатки:

1. В режиме разогрева электродов устанавливается начальная частота генератора, которая неизменна и выше частоты резонанса f_рез контура, с таким расчетом, чтобы напряжение на ЛЛ было меньше наименьшего напряжения ее зажигания. Однако, если учесть разбросы (допуска) на параметры контура L и С, например, по минус 5%, напряжение питания плюс 10%, то начальную частоту нужно увеличить на 15%. Тогда напряжение на ЛЛ при номинальных значениях L и С и напряжения питания будет в 2 раза меньше начального (определялось экспериментально с ЛЛ типа КЛУ9). Такое изменение обусловлено характеристикой резонансного контура. При отклонении L и С на плюс 5% и напряжения питания на минус 10% напряжение на ЛЛ уменьшится еще в 2 раза. Таким образом, разброс начального тока накала составит 400%.

2. В режиме пуска в случае неисправной лампы (дегазованная ЛЛ или ЛЛ с дезактивированными электродами) перестройка частоты генератора доходит до резонансной. В этом случае происходит перегрузка силовой части инвертора по току и, как правило, выход его из строя. Ограничение перестройки частоты вблизи резонанса, как предложено в описании указанного устройства, практически неосуществимо из-за разброса L и С и питающего напряжения (это возможно только в случае индивидуальной настройки каждого экземпляра устройства и при наличии стабилизации питающего напряжения, что не оправдано экономически).

3. Отсутствие стабилизации мощности на ЛЛ. Стабилизация мощности предусмотрена в ППРА, указанном в описании изобретения к авторскому свидетельству SU 1378091 А1, кл. Н 05 В 41/24, опубл.29.02.88, но эта стабилизация мощности является частичной, т.к. не учитывается изменение напряжения на ЛЛ, в то время как напряжение на ЛЛ, кроме технологического разброса ±10%, изменяется с изменением температуры ЛЛ, а также зависит от общего времени ее наработки.

4. Отсутствие защиты в случае аварийных режимов лампы и силовой части ППРА.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное предлагаемое изобретение направлено на решение следующих задач:

1. Стабильный режим разогрева электродов ЛЛ при максимальных отклонениях L и С резонансного контура, а также питающего напряжения от номинальных значений.

2. Исключение аварийных режимов силовой части инвертора при попытке запуска неисправной ЛЛ.

3. Стабилизация мощности на ЛЛ с отслеживанием дестабилизирующих факторов:

- разброс параметров ЛЛ;

- изменение параметров ЛЛ с изменением температуры и времени;

- изменение напряжения питания.

4. Защитное отключение во всех аварийных режимах:

- обрыв в цепях ЛЛ;

- дезактивация одного или обоих катодов ЛЛ;

- короткое замыкание в цепи ЛЛ;

- нарушение заданного режима стабилизации мощности из-за недопустимо большого изменения параметров ЛЛ или дефектов силовой части ППРА, а также отклонения питающего напряжения выше заданных величин.

Вышеперечисленные задачи решаются за счет введения элементов управления частотой инвертора, питающего ЛЛ током высокой частоты через балластный дроссель, для стабилизации напряжения на ЛЛ в режимах разогрева и пуска, а в рабочем режиме для стабилизации мощности на ЛЛ.

Предлагаемое устройство для включения и питания люминесцентной лампы содержит инвертор, четыре вывода для подключения электродов ЛЛ, дроссель, конденсатор, временное устройство, логическую схему, операционный усилитель, первый аналоговый мультиплексор, второй аналоговый мультиплексор, первый компаратор, перемножитель, датчик тока, датчик напряжения, второй и третий компараторы, источник опорных напряжений.

После включения устройства устанавливается режим разогрева электродов ЛЛ, при этом операционный усилитель, управляя частотой инвертора, стабилизирует напряжение на ЛЛ на уровне, несколько ниже минимального напряжения зажигания. Затем (примерно через 1 с) напряжение на ЛЛ увеличивается до величины, большей, чем максимальное напряжение зажигания ЛЛ, - режим пуска ЛЛ. После зажигания ЛЛ операционный усилитель, управляя частотой инвертора, стабилизирует мощность на ЛЛ. При нарушении режима стабилизации вследствие, например, недопустимо больших изменений параметров ЛЛ срабатывает один из компараторов аварийного режима, и отключается инвертор через временное устройство.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для включения люминесцентной лампы.

Устройство содержит ИНВЕРТОР 1, включающий в себя перестраиваемый генератор 2, выходом подключенный к первому входу схемы 3 коммутации и защиты, первый и второй выходы которой подключены соответственно к первому силовому ключу 4 и второму силовому ключу 5, выходы силовых ключей 4 и 5 нагружены соответственно на первый и второй выводы первичной обмотки трансформатора 6, первый вывод вторичной обмотки которого через конденсатор 7 подключен к выходу инвертора 1, четыре вывода 8-11 для подключения накальных электродов ЛЛ 12, ДРОССЕЛЬ 13, подключенный между выходом инвертора 1 и первым выводом 8 для подключения первого накального электрода ЛЛ 12, КОНДЕНСАТОР 14, включенный между вторыми выводами 9 и 11 для подключения накальных электродов ЛЛ 12, ВРЕМЕННОЕ УСТРОЙСТВО 15, состоящее из генератора 16 низкой частоты, выходом подключенного к счетному входу счетчика 17, выходы 6-го и 7-го разрядов которого связаны со входами схемы 18 2ИЛИ, а также первого и второго формирователей 19 и 20 импульсов, причем выход 8-го разряда счетчика 17 соединен со вторым входом схемы 3 коммутации и защиты инвертора 1, ЛОГИЧЕСКУЮ СХЕМУ 21, содержащую схему 22 2ИЛИ-НЕ, выходом подключенную к первому входу схемы 23 2И, второй вход которой соединен с выходом схемы 24 инверсии, а выход схемы 23 2И связан с первым входом схемы 25 2ИЛИ, вторым входом подключенной к выходу первого формирователя 19 импульсов временного устройства 15 и к третьему входу схемы 3 коммутации и защиты инвертора 1, выход схемы 25 2ИЛИ поступает на вход установки счетчика 17 временного устройства 15, ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (ОУ) 26, выходом подключенный к управляющему входу перестраиваемого генератора 2 инвертора 1, ПЕРВЫЙ АНАЛОГОВЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР 27, выход которого соединен с инвертирующим входом ОУ 26, а первый управляющий вход связан с выходом схемы 18 2ИЛИ временного устройства 15, ВТОРОЙ АНАЛОГОВЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР 28, выход которого соединен с неинвертирующим входом ОУ 26, первый управляющий вход - с выходом первого формирователя 19 импульсов временного устройства 15, ПЕРВЫЙ КОМПАРАТОР 29, выходом подключенный ко входу схемы 24 инверсии логической схемы 21, ко второму управляющему входу первого аналогового мультиплексора 27 и ко второму управляющему входу второго аналогового мультиплексора 28, ПЕРЕМНОЖИТЕЛЬ 30, выход которого соединен с первым входом второго аналогового мультиплексора 28, а управляющий вход - с выходом второго формирователя 20 импульсов временного устройства 15, ДАТЧИК 31 ТОКА, токовой цепью включенный между выводом 10 для подключения первого вывода второго накального электрода ЛЛ 12 и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 6 инвертора 1, а выходом связанный с первым входом перемножителя 30, ДАТЧИК 32 НАПРЯЖЕНИЯ, вход которого соединен с первым выводом 8 для подключения первого накального электрода ЛЛ 12, а выход - с неинвертирующим входом первого компаратора 29 и со вторым входом перемножителя 30, ВТОРОЙ КОМПАРАТОР 33 и ТРЕТИЙ КОМПАРАТОР 34, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами схемы 22 2ИЛИ-НЕ логической схемы 21, а неинвертирующий вход второго компаратора 33 и инвертирующий вход третьего компаратора 34 объединены и подключены к выходу ОУ 26, ИСТОЧНИК ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 35, первый выход которого подключен к инвертирующему входу первого компаратора 29, второй выход - к первому, второму и третьему входам первого аналогового мультиплексора 27 и к неинвертирующему входу третьего компаратора 34, третий выход - к четвертому входу первого аналогового мультиплексора 27 и ко второму входу второго аналогового мультиплексора 28, третьим входом подключенного к выходу датчика 32 напряжения, четвертый выход - к инвертирующему входу второго компаратора 33.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

В описании устройства для включения и питания люминесцентной лампы представлены следующие графические изображения:

Фиг.1 - функциональная схема устройства для включения и питания люминесцентной лампы.

Фиг.2 - осциллограммы работы устройства для включения и питания люминесцентной лампы в рабочем режиме.

Фиг.3 - осциллограммы работы устройства для включения и питания люминесцентной лампы в аварийном режиме.

Фиг.4 - схема датчиков напряжения и тока в случае установки их в цепи постоянного питающего напряжения, а также схема сложения в случае исключения перемножителя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство работает следующим образом.

После подачи питания первый и второй формирователи 19 и 20 импульсов временного устройства 15 вырабатывают импульсы начальной установки (осциллограммы А и Б фиг.2): импульс длительностью 10÷20 мс проходит с выхода первого формирователя 19 на третий вход схемы 3 коммутации и защиты инвертора 1 на первый управляющий вход второго аналогового мультиплексора 28 и через схему 25 2ИЛИ логической схемы 21 на вход установки счетчика 17 временного устройства 15, перепад напряжения, задержанный относительно момента подачи питания на 30-50 мс, поступает со второго формирователя 20 импульсов на управляющий вход перемножителя 30. Так как на время действия импульса первого формирователя 19 импульсов инвертор 1 не работает, то напряжение на его выходе отсутствует и соответственно уровни напряжений на выходе датчика 32 напряжения и неинвертирующем входе первого компаратора 29 равны нулю. А напряжение на инвертирующем входе последнего, поступающее с первого выхода источника опорных напряжений 35, равно 0,5 В (все опорные напряжения приведены в качестве примера при величине питающего напряжения ОУ 26 восемь вольт, а коэффициенты передачи датчиков тока и напряжения для ЛЛ КЛУ 9). Значит, на выходе первого компаратора 29 установится низкий уровень напряжения, поступающий на вторые управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров 27 и 28 (осциллограмма В). Таким образом, в интервале времени от 0 до 10-20 мс на управляющих входах второго аналогового мультиплексора 28 установится код 01 (в качестве такого аналогового мультиплексора с цифровым управлением может быть взята микросхема К561КП2), что соответствует прохождению опорного напряжения 2 В с третьего выхода источника опорных напряжений через второй вход второго аналогового мультиплексора 28 на его выход и на неинвертирующий вход ОУ 26 (осциллограмма Г). На инвертирующий вход (осциллограмма Д) ОУ 26 поступает опорное напряжение 1 В со второго выхода источника опорных напряжений 35 через первый вход первого аналогового мультиплексора 27, так как на его управляющих входах установится код 00 вследствие поступления напряжения низкого уровня на первый управляющий вход мультиплексора 27 со схемы 18 2ИЛИ временного устройства 15 потому, что счетчик 17 установлен в нулевое состояние. Напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем входе ОУ 26, и напряжение на его выходе (осциллограмма Е) устанавливается максимальным. Это напряжение в качестве управляющего частотой поступает на вход перестраиваемого генератора 2 инвертора 1. После окончания импульса начальной установки первого формирователя 19 импульсов временного устройства 15 инвертор 1 начинает работать на максимальной частоте, которая выбирается выше резонансной частоты контура, состоящего из дросселя 13 и конденсатора 14, так, чтобы с учетом технологических разбросов параметров контура напряжение на ЛЛ 12 было меньше минимального напряжения зажигания ЛЛ 12 (для КЛУ 9 минимальное напряжение зажигания 210 В эффективного значения, максимальное напряжение зажигания при минус 45°С - 300 В, рабочее напряжение горения - 60 В).

Оптимальным напряжением на лампе, при котором следует производить разогрев электродов, является напряжение 170 В эффективного значения (для КЛУ9 обоснование приводится в приложении 1). Для стабилизации указанного напряжения на ЛЛ 12 при опорном напряжении 1 В, поступающем со второго выхода источника 35 опорных напряжений на инвертирующий вход ОУ 26, требуется коэффициент передачи датчика 32 напряжения, равный

Итак, инвертор 1 начинает работать на максимальной частоте, а напряжение на ЛЛ 12 меньше минимального напряжения зажигания, при этом первый компаратор 29, назначением которого является определение режима горения ЛЛ 12, имеет пороговое напряжение 0,5 В, что соответствует переключению компаратора 29 при уменьшении напряжения на ЛЛ 12 в два раза по отношению к напряжению, при котором происходит разогрев электродов: 170 В:2=85 В ( рабочее напряжение на ЛЛ 12 не более 70 В). Напряжение на ЛЛ 12 при максимальной частоте инвертора 1 может оказаться как больше, так и меньше 85 В (зависит от выбранного диапазона перестройки частоты), например оно больше 85 В, тогда компаратор 29 переключается в состояние высокого уровня напряжения по выходу (осциллограмма В). Если напряжение на ЛЛ 12 меньше 85 В, то компаратор 29 сначала будет в состоянии низкого уровня по выходу, и управляющий код второго аналогового мультиплексора будет 00, что соответствует прохождению на неинвертирующий вход ОУ 26 напряжения, близкого к нулю, с выхода перемножителя 30, так как на его управляющий вход поступает напряжение низкого уровня со второго формирователя 20 импульсов (осциллограмма Б). Поэтому ОУ 26 перестраивает частоту несколько ближе к резонансной контура, напряжение на ЛЛ 12 становится больше 85 В, и компаратор 29 переключается в состояние высокого уровня напряжения (через 2÷4 мс от момента окончания импульса формирователя 19).

После переключения первого компаратора 29 в состояние высокого уровня изменяется код на управляющих входах первого и второго аналоговых мультиплексоров 27 и 28 на 10, что соответствует прохождению напряжения с датчика 32 напряжения ( осциллограмма Ж) через третий вход второго аналогового мультиплексора 28 на неинвертирующий вход ОУ 26, на инвертирующем входе которого опорное напряжение 1 В не изменяется, так как входы 1 и 3 первого аналогового мультиплексора 27 объединены. ОУ 26 перестраивает частоту инвертора 1 ближе к резонансной контура так, что напряжение на ЛЛ 12 устанавливается 170 В±8% и стабилизируется. Это режим разогрева электродов ЛЛ 12, который продолжается около 1 с. Через 30÷50 мс от момента подачи питания напряжение на выходе второго формирователя 20 импульсов переключается с низкого уровня на высокий, подготавливая перемножитель 30 к работе. Таким образом, второй формирователь 20 импульсов запрещает работу перемножителя 30 для возможности переключения первого компаратора 29.

Переключение первого компаратора 29 в состояние высокого уровня вызывает через логическую схему 21 на входе установки счетчика 17 переключение уровня напряжения с высокого на низкий (снимается установка в нулевое состояние). Таблица истинности логической схемы приведена в Приложении 2). Счетчик 17 временного устройства 15 начинает отсчет времени разогрева электродов ЛЛ 12. Счетчик 17 считает импульсы низкочастотного генератора 16, частота которых выбрана примерно 32 Гц, исходя из возможности реализации генератора с времязадающей цепью с резистором не более 500 кОм и конденсатором не более 0,1 мкФ. Первые пять разрядов счетчика 17 осуществляют предварительное деление частоты, шестой разряд переключается 32-м импульсом в состояние высокого уровня через 1 с от момента окончания импульса установки счетчика 17. Напряжение высокого уровня с 6-го разряда счетчика 17 поступает через схему 18 2ИЛИ (осциллограмма И) на первый управляющий вход первого аналогового мультиплексора 27, управляющий код которого изменяется с 10 на 11, и он переключает напряжение 1 В, поступающее со второго выхода источника 35 опорных напряжений, на напряжение 2 В, поступающее с третьего выхода источника 35 опорных напряжений на инвертирующий вход ОУ 26. Режим разогрева электродов заканчивается и начинается режим зажигания, так как ОУ 26 перестраивает частоту инвертора 1 еще ближе к резонансной контура, напряжение на ЛЛ 12 возрастает в 2 раза и становится 340 В±8%.

Далее возможны 2 варианта:

1. Рабочий режим (осциллограммы А÷К фиг.2).

2. Аварийный режим ( лампа не загорается в течение 3 секунд, осциллограммы А÷Л, фиг.3)

Вариант 1.

Лампа загорается, напряжение на ней резко уменьшается до (60±6) В, активное сопротивление горящей лампы шунтирует контур, состоящий из дросселя 13 и конденсатора 14, его резонансные свойства практически исчезают, и дроссель работает как токоограничивающий элемент. Напряжение на выходе датчика 32 напряжения, поступающее на неинвертирующий вход первого компаратора 29, уменьшается до пределов

(60±6)·K _U=(0,35±0,035) В,

где K_U - коэффициент передачи датчика 32 напряжения,

становясь меньше порогового напряжения (0,5 В) на его инвертирующем входе. Компаратор 29 переключается, напряжение низкого уровня с его выхода поступает на вторые управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров 27 и 28 и через логическую схему 21 на вход установки счетчика 17. Код управления второго аналогового мультиплексора 28 становится 00, что соответствует прохождению напряжения с выхода перемножителя 30 через первый вход мультиплексора 28 на неинвертирующий вход ОУ 26. Кроме того, счетчик 17 устанавливается в нулевое состояние, и напряжение низкого уровня с 6 и 7 разрядов через схему 18 2ИЛИ поступает на первый управляющий вход первого аналогового мультиплексора 27, управляющий код которого изменяется с 11 на 00, и он переключает опорное напряжение на инвертирующем входе ОУ 26 с 2 В на 1 В. ОУ 26, управляя частотой инвертора 1, начинает поддерживать напряжение на выходе перемножителя 30 (осциллограмма К) близким к 1 В. А так как мощность на лампе равна произведению напряжения на ток, то значит будет происходить стабилизация мощности на лампе. Это рабочий режим. При этом коэффициент передачи датчика 31 тока, через который протекает ток ЛЛ 12, определится из выражения

P·K_P=U_Л·K_U·I _Л·К_I,

где Р - мощность;

К_P - коэффициент передачи по мощности. При напряжении на выходе перемножителя 1 В коэффициент по мощности К_P будет равен

;

U_л - рабочее напряжение на лампе (U_л = 60 В);

K_U - коэффициент передачи по напряжению (K_U= - был определен ранее);

I_л - номинальное значение тока ЛЛ 12 (I_л=0,15 А для Р_л=9 Вт и U _л=60 В);

K_I - коэффициент передачи датчика 31 тока.

Подставим значения величин в указанную выше формулу:

таким образом, К_I=18,9;

а напряжение на выходе датчика 31 тока при номинальном значении тока ЛЛ 12 будет

0,15·18,9=2,83 В.

Если в рабочем режиме произойдет нарушение заданного режима стабилизации мощности из-за недопустимо большого изменения параметров ЛЛ 12 или дефектов силовой части инвертора, то на входах ОУ 26 появится заметная разность напряжения, которая неизбежно установит регулирующее напряжение на выходе ОУ 26 в одно из крайних значений: либо максимальное (7,2 В), либо минимальное (0,8 В). Это напряжение поступает на входы компараторов 33 и 34, на которые поданы пороговые напряжения с источника опорных напряжений соответственно несколько ниже максимального (7 В) и несколько выше минимального (1 В) напряжения ОУ 26.

Соответственно переключается один из компараторов: либо 33, либо 34 в состояние высокого уровня напряжения, которое проходит с инверсией через схему 22 2ИЛИ-НЕ, и низким уровнем напряжения запрещает прохождение напряжения установки (высокий уровень) счетчика 17 со схемы 24 инверсии через схему 23 2И. Со счетчика 17 снимается установка нулевого состояния, он начинает считать импульсы генератора 16 низкой частоты, и через четыре секунды переключается 8-й разряд счетчика 17 в состояние высокого уровня, вызывая срабатывание защиты схемы 3 коммутации и защиты инвертора 1. Причем до срабатывания защиты при переключении 6-го и 7-го разрядов счетчика 17 происходит изменение кода управления первого мультиплексора 27 с 00 на 01, не приводящее к изменению опорного напряжения на ОУ 26, так как входы 1, 2, 3 мультиплексора 27 объединены. Возобновление работы устройства после срабатывания защиты возможно только при переключении питания.

Погрешность стабилизации мощности определяется суммой погрешностей источника опорных напряжений, датчиков тока и напряжения и перемножителя.

2. Аварийный режим.

Если лампа не загорается (аварийный режим, осциллограммы А÷Л фиг.3), то напряжение 340 В стабилизируется ОУ 26, который не допускает перестройки частоты до резонансной, защищая таким образом силовые ключи 4 и 5 инвертора 1 от перегрузок по току. Попытка запуска длится 3 с, это время, за которое счетчик 17 досчитает от момента включения 6-го разряда до момента включения 8-го разряда в состояние высокого уровня (осциллограмма Л). Это напряжение поступает на второй вход схемы 3 коммутации и защиты инвертора 1, которая закрывает силовые ключи 4 и 5. Возобновление работы произойдет только при переключении питания устройства.

На практике, если не требуется высокая точность стабилизации по мощности, то с целью упрощения устройства (датчиков), вполне можно датчики напряжения и тока перенести из цепей переменного тока лампы в цепи постоянного питающего напряжения устройства, так как его коэффициент полезного действия величина примерно постоянная. Датчики тока и напряжения из схем детектирования становятся резистивными делителями.

Если напряжение питания устройства не имеет больших отклонений от номинала, например бортовая сеть автомобиля (13,5±1,5) В, а это ±11%, то можно исключить перемножитель, заменив его простым сложением (фиг.4). Чтобы не было влияния датчиков друг на друга, R _I должно быть в 500÷1000 раз меньше R₂, что легко выполняется. Падения напряжений на R₁ и R₂ при номинальных значениях питающего напряжения и тока нагрузки не должны сильно отличаться (не более 20%), в этом случае замена умножения на сложение дает ошибку, которая максимальна на краях диапазона питающего напряжения (от 12 до 15) В и имеет величину не более 6%.

Предлагаемое устройство для включения и питания люминесцентной лампы может быть реализовано путем размещения элементов электрической схемы на печатной плате.

На предприятии ООО Предприятие "ТЕХНОЛОГИЯ" изготовлены действующие образцы печатных плат по схеме, представленной на фиг.1, которые встраивались в качестве пускорегулирующих аппаратов в светильники автотранспортные с люминесцентными лампами мощностью 9 Вт (типа КЛУ 9) и дали положительный результат. Предлагаемое устройство может быть использовано для включения и питания люминесцентных ламп любой мощности.

Наиболее интересным представляется реализация данного технического решения в интегральном исполнении. В настоящее время проводятся работы по разработке микросхемы.

Приложение 1

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РЕЖИМА ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ (ЛЛ), ПРИ КОТОРОМ СЛЕДУЕТ ПРОИЗВОДИТЬ РАЗОГРЕВ ЭЛЕКТРОДОВ

1. Время разогрева и ток разогрева электродов.

С точки зрения эксплуатации время разогрева электродов желательно сократить, но при этом ужесточаются требования по мощности к трансформатору 6 и по току к ключам 4 и 5 инвертора 1. Приемлемым значением является время 1 с (в устройстве - ближайшем аналоге это время составляет от 2 до 5 с), в этом случае оптимальный ток разогрева равен рабочему току ЛЛ (150 мА для КЛУ9 - рекомендация разработчика и подтверждается экспериментально). В данном устройстве ток определяется величиной емкости конденсатора 14 при выбранных напряжении и частоте. Точность времени разогрева определяется стабильностью генератора 16 временного устройства 15.

2. Напряжение на ЛЛ

Сверху напряжение ограничено минимальным напряжением зажигания (210 В эффективного для КЛУ 9), снизу напряжение ограничено мощностью инвертора. Так как ток разогрева электродов протекает через конденсатор 14 контура, и напряжение на ЛЛ равно напряжению на конденсаторе 14, то в режиме запуска ЛЛ напряжение на конденсаторе 14 нужно увеличить до максимального напряжения зажигания ЛЛ (300 В эффективного для ламп КЛУ9). Следовательно, чем меньше выбрано напряжение ЛЛ при разогреве электродов, тем в большей степени нужно увеличить ток контура для получения максимального напряжения зажигания

где U_л - напряжение на лампе,

U_c - напряжение на конденсаторе,

С - емкость конденсатора 14,

I - ток конденсатора 14,

- частота, на которой происходит разогрев электродов.

Так как ток контура протекает через активное сопротивление электродов (для КЛУ9 - 60 Ом), то от инвертора 1 потребуется и большая мощность (P=I²·R). Итак, напряжение на ЛЛ в режиме разогрева электродов желательно брать больше, но чтобы оно не превысило минимальное напряжение зажигания с учетом погрешности стабилизации напряжения на ЛЛ в данном режиме. При погрешностях источника 35 опорных напряжений, например, ±3% и коэффициента передачи датчика 32 напряжения ±5% получаем для КЛУ9

U _{разогрева}=U_заж ^min·0,92=210·0,92= 193 В.

При максимальных погрешностях ЛЛ может загореться, поэтому еще уменьшаем напряжение разогрева на 10%:

U _{разогрева}=193·0,9=170 В эфф.