Электронный стартер для зажигания люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1805554 А щ .Б 2 51)5 Н 05 В 41/18 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ЭЛЕКТРОННЫ ГАНИЯ ЛЮМИНЕ ЭЛЕКТРОДАМИ П ПОДОГРЕВА (57) Сущность изо стартер содержит д лительный трансф щий транзистор и силовым транзисто рех функциональны по кольцевой схеме ТАРТЕР ДЛЯ ЗАЖИЕНТНЫХ ЛАМП С ДВАРИТЕЛЬНОГО бретения;. элект ва выпрямителя орматор, комм устройство упр ром, состоящее х блоков, соед ,1 ил,ронныи разде- тируювления 3 четы- ненных(71) Всесоюзный научно-исследовательскипроектно-конструкторский и технологический светотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 429568, кл. Н 05 В 41/14, 1970,Патент ШвейцарииВ 644486, кл, Н 05 В 41/18, 1984.Патент ШвейцарииМ 577779, кл. Н 05 В 41/14, 1976,Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам зажигания трубчатых люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева, питаемых от сетей переменного тока частотой 50 - 60 Гц или 400 Гц и напряжением 115 - 127 В или 220 - 240 В через балластные устройства индуктивного или индуктивно-емкостного типов, которые обеспечивают зажигание люминесцентных ламп всех видов и номиналов по мощности в том числе и при пониженных температурах окружающей среды.Цель изобретения - повышение надежности зажигания люминесцентной лампы.На чертеже представлена полная электрическая схема электронного стартера для люминесцентной лампы с электродами предварительного подогрева, питаемой от сети переменного тока через балластное устройство индуктивного или индуктивно-емкостного типа.На чертеже цифрами 1 и 2 обозначены зажимы, подключаемые к сети переменного тока, к которым присоединены балластный дроссель 3 и люминесцентная лампа 4 с электродами 5 и 6 предварительного подогрева и контактами 7 и 8, посредством которых к лампе подключен электронный стартер (все остальные элементы схемы). Электронный стартер содержит первый мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов 9 - 12 лавинного типа (например, меза-диффузионные кремниевые диоды КД 206 В) и разделительный трансформатор 13 с первичной обмоткой 14 и вторичной обмоткой 15, причем мостовой выпрямитель подключен к контакту 8 через обмотку 14. В диагональ моста включен коммутирующий транзистор 16, соединенный последовательно с низкоомным резистором 17. Устройство управления силовым транзистором состоитиз четырехфункциональных блоков, соединенных по кольцевой схеме, которые ограничены на чертеже пунктирными прямоугольниками, блоки 18, 19, 20 и 21.Блок 18 состоит из последовательно соединенных резистора 22, стабилитрона 23 иконденсатора 24, образующих чувствительнуа к напряжению на лампе цепь, и последовательно соединенных динистора 25, резисторов 26, 27, 28 с конденсатором 29, шунтирующим резистор 27, которые образуют базовую цепь транзистора 16, первая цепь подключена между эмиттером и коллектором транзистора 16, вторая - между эмиттероМ транзистора 16, общей точкой стабилитройа 23 и конденсатора 24 и подключена к базе транзистора 16,Блок 19 состоит из четырех диодов 30, 31, 32, 33, соединенных по мостовой схеме, и трансформатора 13 (на чертеже вынесен из блока 19), вторичная обмотка 15 трансформатора 13 включена в одну диагональ выпрямительного моста контактами 44 и 45, а вторая диагональ моста подключена к эмиттеру транзистора 16 и конденсатору 24. Второй выход блока 19 подключен к схеме удвоения напряжения блока 20 через диод 34 и конденсатор 35,Блок 20 со схемой удвоения напряжения, состоящей из диодов 34 и 36 и конденсаторов 35 и 37, содержит также однопереходный транзистор 38, резисторы 39,40 и 17 и конденсатор 41, причем конденсатор 35 подключен к общей точке диодов 34 и 36, диод 36 соединен катодом с резистором 39, конденсатором 37 и однопереходным транзистором 38, конденсатор 37 подсоединен к эмиттеру транзистора 16, к низкоомному резистору 17 и конденсатору 41, который другой обкладкой подключен к эмиттеру транзистора 38 и резистору 39, а транзистор 38 второй базой подключен к резистору 40 и оба резистора 17 и 40 соединены с диодами 9 и 10 первого мостового выпрямителя.Блок 21 состоит из резистора 42 и тиристора 43, подключенного анодом к общей точке элементов 26, 2, и 29 в блоке 18 и катодом - к общей точке элементов 16, 28, 31, 33, 37 и 41, а управляющий электрод тиристора 43 через резистор 42 подключен . к общей точке элементов 38 и 40.Стартер вместе с лампой и балластным дросселем функционируют следующим образом.При приНожении сетевого напряжения между зажимами 1 и 2 это напряжение через дроссель 3 электроды 5 и 6 лампы 4, первичную обмотку 14 трансформатора 13, диоды 9, 10, 11 и 12 и резистор 17 прикладывается между коллектором и змиттером закрытого транзистора 16, э также - к цепочке из элементов 22; 23 и 24, через которую начинает протекать ток, заряжающий конденсатор 24. Прй зарядке конденсатора 24 до напряжения срабатывания динистора 25 происходит пробой динистора и ток отконденсатора 24 через динистор 25 и резисторы 26 и 27 поступает в базу транзистора16; транзистор 16 открывается, закорачива 5 ет диагональ первого моста (диоды 9, 10, 11,12), и через дроссель 3, электроды 5 и 6,обмотку 14, диоды мостового выпрямителя9, 10, 11 и 12, резистор 17 и транзистор 16начинает протекать ток, под действием ко 10 торого нагреваются электроды 5 и 6 и наобмотке 15 образуется переменное напряжение, поступающее на второй мост из диодов 30, 31, 32 и 33,На второй диагонали второго моста об 15 разуется выпрямленное напряжение, и токот этого моста заряжает конденсатор 24,благодаря чему обеспечивается длительноеудержание транзистора 16 в открытом состоянии, Одновременно под действием20 напряжений, снимаемых с этого моста черездиод 34 и конденсатор 35 посредством диода 36, на конденсаторе 37 образуется удвоенное (по отношению к конденсатору 24)напряжение, обеспечивающее протекание25. рабочего тока через элементы 38, 40 и 17 изарядку конденсатора 41 через резистор 39за время, например 2 с, достаточное дляполного прогрева электродов 5 и 6. При этомчерез резистор 17 протекает пульсирующий30 выпрямленный ток прогрева электродов исравнительно малый ток транзистора 38, аконденсатор 41 плавно заряжается и к эмиттеру элемента 38 прикладывается сумма напряжений на конденсаторе 41 и35 пульсирующего напряжения на резисторе17. В момент, когда сумма этих напряженийвпервые достигнет напряжения срабатывания элемента 38, а этот момент соответствует моменту максимального значения силы40 тока в цепи подогрева электродов и в дросселе 3, срабатывает однопереходный транзистор 38 и на управляющий электродтиристора 43 в блоке 21 подается импульснапряжения, открывающий тиристор, кото 45 рый шунтирует цепь базового тока транзистора 16; транзистор 16 закрывается,конденсатор 24 разряжается через элементы 25, 26 и 43, ток через обмотку 14 прекращается, напряжение на обмотке 15 исчезает50 и прекращается зарядка конденсатора 24через мостовой выпрямитель (ЗО, 31, 32, 33).Конденсатор 29 в базовой цепи транзистора 16 обеспечивает формирование импульса отрицательной полярности на базе55 транзистора в момент срабатывания тиристора 43.Прекращение протекания тока по цепиподогрева электродов 5 и 6 вызывает генерацию импульса повышенного напряженияна дросселе 3, этот импульс прикладывается1805554 51015 20 30 35 40 50 55 к лампе 4 и через обмотку 14 и диоды 9, 10, 11, 12 к транзистору 16 и к цепочке из элементов 22, 23, 24,Дальнейшее функционирование устройства может протекать четырьмя различными способами.Под действием импульса повышенного напряжения, имеющего крутой передний фронт, произойдет пробой разрядного промежутка лампы 4 и через нее при прогретых электродах пройдет ток длительностью примерно 1/4 периода сетевого напряжения, приложится обратное напряжение к лампе и она войдет в режим нормальной работы, При этом напряжение на лампе будет меньше, чем пороговое напряжение на стабилитроне, ток по цепи из элементов 22,23,24 не станет протекать, конденсатор 24 разрядится и стартер вернется в исходное состояние, ожидая в обесточенном состоянии повторного включения лампы после ее выключения или ожидая погасания лампы по каким-либо другим причинам.Лампа под действием импульса повышенного напряжения не зажглась, тогда напряжение на дросселе 3 повысится до напряжения лавинного пробоя одного из диодов в первом мосте из элементов 9,10, 11, 12, которое, например для диодов 2 Д 206 В составляет 600 В, на лампе и на транзисторе 16 сформируется импульс повышенного напряжения с плоской вершиной амплитудой 600 В, через диоды 9, 10, 11, 12 начнет протекать ток дросселя, который за время порядка миллисекунды прекратится, при этом по цепи из элементов 22, 23, 24 также пройдет импульс тока, который не сможет зарядить конденсатор 24, так как в это время открыт тиристор 43. После окончания импульса к электронному стартеру прикладывается сетевое напряжение от контактов 7 и 8 и цикл работы стартера повторяется. Лампа зажглась, работаетустойчиво, но в связи с некоторой дезактивацией катодов имеет повышенное мгновенное значение напряжения перезажигания, и в моменты изменения направления тока через лампу на ней образуются очень короткие всплески напряжения, В этом случае через элементы 22 и 23 протекают короткие импульсы тока, заряжающие конденсатор 24, однако срабатывания динистора 25 не происходит, так как заряд с конденсатора 24 стекает через диоды 34, 36, транзистор 38 и резисторы 40 и 17.Лампа зажглась, но в связи с сильной дезактивацией одного из электродов перешла в выпрямительный режим, опасный для эксплуатации дросселя 3. или напряжение на ней очень сильно возросло из-за дезактивации обоих катодов и она горит на переменном токе с повышенным напряжением, свидетельствующим о необходимости замены лампы. В этом случае через элементы 22, 23 и 24 начинает протекать ток такой силы, при котором стартер срабатывает обычным образом, шунтирует лампу, гасит ее и про- гревает ее электроды в течениес, а затем зажигает лампу вновь. Периодическое включение и выключение лампы стартером указывает на необходимость ее замены; стартер в этом случае заменять не следует. Благодаря стартеру исключается возможность работы лампы в длительном опасном для дросселя выпрямительном режиме Стартер характеризуется следующимиположительными качествами. В случае перегорания одного из катодовлампы или обрыва цепи подогрева катодов стартер отключается от цепи питания и пускорегулирующий аппарат с лампой перестают функционировать,25 В случае возникновения искрений меж-ду штырьками лампы и контактами ламподержателей, а также при появлении в сети импульсных помех повышенного напряжения не происходит повреждения элементов стартера, который по входу защищен лавин- ными диодами,Особенность построения электрической схемы стартера и последовательность срабатывания его цепей обеспечивают некритичность выбора параметров элементов, возможен широкий разброс допусков на номиналы используемых электроэлементов.Стартеры нормально функционируют как с люминесцентными лампами, имеющими катоды низкого сопротивления (напряжение питания при разогреве - до 6,5 В), таки с люминесцентными лампами, имеющимикатоды высокого сопротивления (напряжение питания при разогреве - до 11 В),Амплитуда генерируемых на лампе одиночных импульсов повышенного напряжения во время зажигания лампы ограничена, не превышает напряжения лавинного пробоя диодов стартера в первом мосте и в случае выбора диодов с более высоким напряжением лавинного пробоя обеспечивается зажигание. ламп при пониженных температурах окружающей среды.Момент генерации одиночного зажигающего импульса по времени совпадает с амплитудным значением тока в балластном дросселе, благодаря чему достигается высокая вероятность зажигания лампы с первой попытки.В случае незажигания лампы с первой попытки зажигание повторяется с периодом несколько секунд,Постоянное потребление тока стартером при исправно горящей лампе очень мало и определяется током утечки стабилитрона в стартере при напряжениях, меньших, чем его опорное напряжение.Стартер по указанной схеме при изменениях номиналов некоторых элементов может эксплуатироваться в сетях переменного тока частотой 50 - 60 и 400 Гц; в зависимости от типа и количества зажигаемых ламп также должны изменяться некоторые элементы электрической схемы стартера.В стартеое используется разделительный трансформатор малой мощности ( - 0,5 Вт) с первичным и вторичным напряжением порядка 5 В, который характеризуется меньшей трудоемкостью изготовления по сравнению с трансформатором в прототипе на первичное напряжение 220 В,Стартер может быть использован для зажигания сразу двух последовательно соединенных ламп, например, мощностью 15 или 20 Вт; в этом случае разделительный трансформатор стартера должен иметь боЛьшую мощность и дополнительную обгчотку для прогрева катодов двух соединенйых последовательно лампИспользование стартера позволит расширить области применения люминесцентных ламп с электромагнитными ПРА, например, позволит применять их на транспортных средствах и в световой сигнализации, где должно гарантироваться 100000 и более включенийСтартер генерирует одиночные импульсы с малым процентом высших гармонических составляющих, и поэтому является значительно более слабым источником электромагнитных помех по сети и по полю, чем стартер тлеющего разряда,Для монтажа стартера в аппаратуре не требуется применять стартерную колодку, так как все его детали работают в облегченных режимах и стартеры не нуждаются взамене,При необходимости имеется возможность легко изменять время прогрева катодов лампы посредством измененияноминала резистора в эмиттерной цепи однопереходного транзистора.Большинство электроэлементов старте 5 10 15 203035 40 4550 ра работает с малой рассеиваемой мощностью в течение ограниченного времени,поэтому в перспективе имеется возможность изготовить гибридную схему с использованием бескорпусных полупроводниковых элементов и резисторов малой мощности, к которой подключается несколько навесныхэлектроэлементов. Формула изобретения Электронный стартер для зажигания люминесцентных ламп с электродами предварительного подогрева, содержащий мостовой выпрямитель, биполярный транзистор, подключенный в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя, блок управления биполярным транзистором, включающий первый и второй резисторы, два последовательно соединенных диода, третий резистор, включенный между базой и эмиттером биполярного транзистора, и последовательно соединенные четвертый резистор й конденсатор, а также выводы для подключения к накальным электродам люминесцентной лампы, один из которых соединен с первым выводом диагонали переменного тока мостового выпрямителя, отличающийся тем,что, с целью повышения надежности зажигания люминесцентной лампы, дополнительно в блок управления биполярным транзистором введены разделительный трансформатор тока, стабилитран, динистор, однопереходный транзистор, тиристор, четыре конденсатора, четыре резистора и мостовой выпрямитель, при этом положительный вывод диагонали дополнительного мостового выпрямителя подключен к аноду первого диода, через последовательно соединенные динистор и первый и второй резисторы - к базе биполярного транзистора, через последовательно соединенные стабилитрон и пятый резистор - к коллектору биполярного транзистора, а через второй конденсатор - к эмиттеру биполярного транзистора, отрицательный вывод диагонали дополнительного выпрямительного моста подключен к эмиттеру биполярного транзистора, к катоду тиристора, к объединенным выводам четвертого резистора и первого и третьего конденсаторов, анод тиристора соединен с объединенными выводами первого и второго резисторов и четвертого конденсатора, второй вывод которого подключен к базе биполярного транзистора, управляющий электрод тиристора через седьмой резистор подключен к первой базе однопереходного транзистора и к восьмому резистору, второй вывод которого соединен с отрицательным выводом диагонали основного выпрями- тельного моста и вторым выводом четвертого резистора, катод второго диода подключен к второму выводу первого конденсатора, второй базе однопереходного транзистора и первому выводу шестого резистора, второй вывод которого соединен с10 1805554 Составитель Л,КрасновРедактор Техред М,Моргентал Корректор Л Филь Заказ 947 Тираж Подписное , ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 И роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вторым выводом третьего конденсатора и эмиттером однопереходного транзистора, катод первого диода через пятый конденсатор подключен к одному из выводов диагонали переменного тока дополнительного выпрямительного моста, соединенного диагональю переменного тока с вторичной обмоткой разделительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена между вторым выводом диагонали переменного тока основного выпрямительного мос та и вторым выводом для подключениянакального электрода люминесцентной лампы.