Устройство для питания разрядной короткодуговой лампы высокого давления

(5)5 Н 05 В 41/2 АТЕНТНОЕ ОСУДАРСТВЕННОЕ ЕДОМСТВО СССР ОСПАТЕНТ СССР 6; ДффЯ Б ЕН ЬС(56) Патент США М 4кл. Н 05 В 41/29, 198Заявка Великобркл. Н 05 В 41/29, 198 но-исслрскийй инст довательский технологиче 9913 тании М 2126810,иеаж яется чертежами, на блочно-функциосхема устройства ажигания; на фиг,2 Э со вспомогательранзисторами; на очно-функциональго генератора пряС)ПИСАНИ; К АВТОРСКОМУ СВИ Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для электропитания разрядных ламп высокого давления с парами металлов, например, короткодуговых металлогалогенных ламп МГЛ); в аппаратуре, где первичным источником энергии является сеть постоянного . тока низкого напряжения, например, в бортовых приборах и сигнальных огнях транспортных средств или летательных аппаратов, в фарах переднего света автомобилей и т.п.Целью изобретения является повышен долговечности ламп и надежности их з игания. Изобретение поясн где на фиг.1 представле нальная электрическая питания МГЛ с блоком з представлена схема ИВ ными усилительными т фиг.3 представлена бл ная схема двухканально моугольных импульсов.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ РАЗРЯДНОЙ КОРОТКОДУГОВОЙ ЛАМПЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ(57) Использование: световые приборы транспортных средств и летательных аппаратов, Сущность изобретения: устройство для питания разрядной короткодуговой лампы высокого давления содержит два индуктивных накопителя энергии, два полупроводниковых ключа, два диода, конденсатор, генератор прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, Генератор прямоугольных импульсов имеет вход управления частотой. 4 з,п,ф-лы. 3 ил. На фиг.1 иредставлена блочно-функциональная электрическая схема устройства для питания МГЛ, содержащая источник постоянного тока низкого напряжения 2, Б подключенный к источнику вторичного электропитания ИВЭ) 3 и блок зажигания 4, включенный между ИВЭ и МГЛ.ИВЭ содержит первый и второй индуктивные накопители энергии - 5 и 6, которые подключены к положительному зажиму электропитания - 7 источника 2 и к первому и второму полупроводниковым коммутирующим элементам - 8 и 9, которые присоединены к отрицательному зажиму электропитания - 10, источника 2, связанному с массой; общие точки элементов 5 и 8 и элементов 6 и 9 соответственно через диоды11 и 12 соединены с фильтрующим конденсатором 13, подключенным к несвязанному с массой зажиму 7; причем общая точка диодов 11 и 12 и конденсатора 13 связаны с выходом повышенного напряжения ИВЭ - 14; параллельно индуктивным накопителчм 5 и 6 подключены цепочки, состоящие из конденсаторов 15 и 16. диодов 17 и 18 иреэис горов 19 и 20, которые предназначены для снижения импульсной мощности, рассеиваемой на элементах 8 и 9 при их закрытии; базы коммутирующих элементов через резисторы 21 и 22 подключены к шике связанной с зажимом 10 и через блок защиты 23 подключены к двухканальному генератору прямоугольных импульсов - 24, который связан также с шиной зажима 10 и с положительным зажимом 7 источника электропитания (связь нз фиг. не показана), причем блок защиты подключен также к общей точке диодов 11, 12 и конденсатора 13.ИВЭ функционирует следующим образом; при наличии напряжения на выходе источника 2, т.е. между зажимами 7 и 10, когда на базы транзисторных коммутаторов 8 и 9 поступают сигналы прямоугольной формы от генератора 24, эти коммутаторы поочередно открываются, при этом поочередно в индуктивных накопителях 5 и б во время открытого состояния коммутаторов 8 и 9 происходит пилообразное нарастание тока и накапливается порция энергии, а во время закрытого состояния коммутаторов происходит спад тока, который через диоды 11 и 12 поступает в конденсатор 13, заряжая его до повышенного напряжения, более высокого, чем напряжение на источнике 2. Повышенное напряжение с конденсатора 13 поступает на выход ИВЭ (зажим 14) и через блок зажигания на МГЛ. При достижении на зажиме 14 напряжения, например, порядка 80-100 В МГЛ зажигается и горит вначале в пусковом режиме при напряжении порядка 15 В, когда ток через лампу ограничивается сопротивлением блока зажигания и может на порядок превосходить ее рабочий ток, а затем по мере разогрева лампы напряжение на ней возрастает, з ток снижается до значения рабочего тока. Такой ИВЭ передает в нагрузку примерно постоянную мощность, которая определяется в основном энергией, накапливаемой в элементах 5 и 6 во время каждого импульса, и частотой коммутации элементов 8 и 9 и мало зависит от сопротивления нагрузки, и если напряжение на нагрузке превышает напряжение первичного источника питания 2, то такой ИВЭ имеет . падающую вольт-амперную характеристику, обеспечивающую автоматическую стабилизацию мощности МГЛ при измененияхее рабочего напряжения в определенных пределах.Если по каким-либо причинам МГЛ гаснет или разрушается, то напряжение на выходном зажиме 14 и конденсаторе 13 достигает верхнего допустимого предела, при которой срабатывает блок защиты 23, отключающий двухканальный генератор 24 от коммутирующих элементов 8 и 9, приэтом прекращается дальнейший рост напряжения на конденсаторе 13.Если напряжение на конденсаторе 135 понизится до значения, при котором произойдет обратное переключение блока защиты, то генерация ИВЭ возникает вновь ибудет продолжаться до момента достижения верхнего допустимого значения напря 10 жения на выходе ИВЭ.Цепочки, состоящие иэ конденсаторов15 и 16, диодов 17 и 18 и резисторов 19 и 20,подключенные параллельно индуктивнымнакопителям энергии 5 и 6 и служащие для15 снижения коммутируемой мощности в элементах 8 и 9, обеспечивают снижение крутизны фронта импульса напряжения вмоменты размыкания тока коммутаторами 8и 9,20 В схеме ИВЭ на фиг.1 генератор 24 должен вырабатывать сигналы управления созначительной силой тока для управлениябиполярными транзисторами 8 и 9. С цельюуменьшения мощности сигналов на выходных каналах генератора коммутирующиеэлементы могут быть выполнены с использованием предварительных усилительныхтранзисторов 25 и 26, показанных на фиг.2.Эмиттеры этих транзисторов подключены к30 базам силовых транзисторов 8 и 9, а коллекторы - к отводам на обмотках индукторов 5и б через балластные резисторы 27 и 28 смалым сопротивлением. На базы транзисторов 25 и 26 подаются сигналы управления от35 генератора 24 через блок защиты 23.Обозначения и назначения остальныхэлементов схемы фиг.1 соответствуют обозначениям и назначениям элементов нафиг.2. Обе схемы функционируют одинако 40 вым образом, однако в схеме фиг.2 сила токасигналов управления по выходным каналамгенератора 24 может быть уменьшена на 1-2поряда, а сила тока через силовые транзисторы 8 и 9 понижена на "10 фД за счет отвода .45 части тока индукторов 5 и 6 в базовую цепьтранзисторов 8 и 9 через транзисторы предварительного усиления 25 и 26.На фиг.З дана блочно-функциональнаясхема двухканального генератора управля 50 ющих импульсов для ИВЭ, собранная с использованием интегральной микросхемыКМ 1114 ЕУ 1 А, и схема блока защиты, в которых для простоты изложения опущены элементы, имеющие второстепенное значение,55 К входу 29 этого устройства подключается напряжение первичного источникаэлектропитания, вход 29 через резистор 30соединен со стабилизатором напряжения31, выход которого соединен с контактом 4микросхемы 32, а также с базой транзисторачерез лампу превысит в какойо моментустановлен ое значение (которое определяется значением сопротивления резистора38), то на контакт 8 микросхемы 32 поступает напряжение, которое вызывает либосокращение длительностей генерируемыхна выходах 2 и 23 прямоугольных импульсов, либо полное прекращение их генерации. При этом у ИВЭ на некоторое время0 либо снижается выходная мощность, либовообще прекращается его работа до тех пор,пока ток через резистор 38 не понизится доустановленного значения,Интегральная микросхема 32 позволяеттакже осуществить стабилизацию выходноймощности ИВЭ при изменениях питающегонапряжения источника постоянного токанизкого напряжения.Если на входе 29 напряжение (О ) изменяется (например. в пределах от 23 В до34 В), то на резисторе 50 выделяется напряжение (Ор), равное разности напряжений;О р=-О нх-О 31-О 52,где Оз 1 - напряжение на выходе стабилизатора 31, а О;2 - опорное напряжение стабилитрона 52, равное, например 11 В.В этом случае на резисторе 50 выделяется сигнал, равный разности между минимальным напряжением питания и реальнымего значением во время работы устройства.Этот сигнал прикладывается к базе эмиттерного повторителя, собранного на элементах33 и 51 и через него на контакт 20 микросхемы 32 поступает ток, сила которого пропорциональна р, а это приводит кувеличению скорости зарядки конденсатора 35 и повышению частоты генерации прямоугольных импульсов на выходе каналов 1и 11 и в конечном счете к стабилизациивыходной мощности ИВЭ при измененияхпитающего напряжения,Описанная схема ИВЭ с блоком управления была использована для изготовлениямакета ПРА, предназначенного для питанияМГЛ постоянным током при средней мощности 150 Вт. Лампа имела рабочее напряжение 70 ВВ, рабочий ток через лампу вустановившемся режиме составлял 2,1 А:2 А,а пусковой ток достигал 10 А и время разогрева составляло 30-40 с, При подключениилампы к контакту 8 микросхемы 32 типаКМ 1114 ЕУ 1 А с сопротивлением резистора38, равным 28 мОм, пусковой ток лампыограничивался на уровне 4-5 А, а время разогрева лампы и вывода ее в номинальныйрежим горения возрастало домин,Существенными отличиями предложенного ИВЭ от прототипа являются:- стабилизация мощности МГЛ при изменениях выходного напряжения первично 33 и эмиттером транзистора 34. К интегральной микросхеме 32 подключены к контактам 20 и 19 конденсатор 35, к контакту18 резисторы 36 и 37 и к контактам 8 и 9резистор 38. Выходные контакты этой микросхемы 2 и 23 подключены к базам транзисторов 39 и 40, Коллекторы транзисторов39 и 40 соединены через резисторы 41 и 42с массой и непосредственно подключены квыходам первого и второго каналов 43 и 44, 1эмиттеры - транзисторов 39 и 40 соединеныс коллектором транзистора 34, база которого через компаратор 45 соединена с резистором 46, который подключен к массе ичерез резистор 47 соединен со стабилизатором 48, подключенным к входному зажиму49, База транзистора 33 и его эмиттер черезрезисторы 50 и 51 соединены со стабилитроном 52, который подключен к зажиму 29и резистору 30, 20Устройство, представленное на фиг.З,функционирует следующим образом,При подаче электропитания на зажим29 (например в пределах 23 ВВ) черезрезистор 30 на выходе стабилизатора 36 25образуется стабилизированное напряжение (+12 В), которое поступает на контактэлектропитания 4 интегральной микросхемы 32, на базу транзистора 33 и на эмиттертранзистора 34, При подключении к микросхеме 32 конденсатора 35 и резисторов 36и 37 на ее выходах (контакты 2 и 23) образуются сдвинутые по фазе на 180 прямоугольные сигналы, которые, поступая набазы транзисторов 39 и 40, усиливаются и 35при этом на выходах 43 и 44 двухканальногогенератора образуются сигналы (канал 1 иканал 11), используемые для управлениятранзисторными коммутаторами ИВЭ, Переменный резистор 37 позволяет устанавливать требуемую частоту генерациипрямоугольных импульсов по каналам 1 и 11и т,о, устанавливать выходную мощностьИВЭ,Если на выходе ИВЭ, подключенному к 45зажиму 49, напряжение превысит пороговое значение напряжение стабилитрона 48,то через него начнет протекать ток, на резисторе 46 повышается напряжение, котороевызывает переключение компаратора 45, в 50результате чего закрывается транзистор 34,отключается электропитание с усилительных транзисторов 39 и 40 и на выходах 43 и44 пропадают сигналы управления: ИВЭ перестает функционировать до тех пор пока 55напряжение на зажиме 49 не понизится дотакого уровня, при котором произойдет обратный переброс компаратора.Интегральная микросхема 32 позволяетограничивать пусковой ток лампы. Если ток5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 го ис,очника электропитания посредством регулировки частоты коммутаций транзисторных коммутаторов в зависимости от изменений этого напряжения с выделением разностного сигнала и подачей его на вход регулировки частоты микросхемы в блоке управления;- защита элементов схемы ИВЭ от воздействия избыточного напряжения на выходе при разрушении лампы или при выходе ее из строя;- защита питаемой МГЛ от протекания через нее слишком больших пусковых токов, приводящих к преждевременному износу электродов лампы;- повышение КПД ИВЭ в связи с тем, что ИВЭ выполнен по принципу вольтодобавочного устройства, у которого часть мощности поступает в лампу непосредственно от источника первичного электропитания и только часть (например, 50-70 оь) проходит через преобразовательное устройство.ИВЭ по предложенной схеме может быть использован для питания МГЛ в бортовых сигнальных огнях летательных аппаратов, однако в перспективе электронные ПРА с такими ИВЭ могут быть использованы для питания МГЛ в фарах переднего света автомобилей.Общетехнический эффект изобретения заключается в возможности создания аппаратуры по указанной схеме, которая отличается высоким КПД (КПД макетного образца составляет 80 оь) и воэможностями многофункционального регулирования режимов МГЛ на стадиях зажигания, разогрева и в установившемся режиме работы,Ф ор мул а изо бр ете ни я 1, Устройство для питания разрядной короткодуговой лампы высокого давления, содержащее два индуктивных накопителя энергии, диод, два управляемых полупроводниковых ключа, соединенных последовательно с соответствующими индуктивными накопителями энергии, свободные выводы которых соединены с первым выводом для подключения к источнику постоянного тока, а свободные выводы управляемых полупроводниковых ключей соединены с вторым выводом для подключения к источнику постоянного тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения долговечности ламп и надежности их зажигания, в устройство введены конденсатор, дополнительный диод, генератор прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, причем первые одноименные выводы основного и дополнительного диодов соединены между собой, с одной из обкладок конденсатора и первым выводом для подключения лампы, а вторые вцводы основного и дополнительного диодов соединены соответственно с обаединенными выводами первого индуктивного накопителя энергии и первого управляемого полупроводникового ключа, .а также второго индуктивного накопителя энергии и второго управляемого полупроводникового ключа, вторые выводы для подключения к источнику постоянного тока и для подключения лампы соединены между собой, другая обкладка конденсатора соединена с первцм выводом для подключения к источнику постоянного тока, а прямой и инверсный выходы генератора прямоугольных импульсов подключены соответственно к управляющим входам полупроводниковых ключей.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что каждый управляемый полупроводниковый ключ выполнен в виде двухкаскадного транзисторного усилителя, в котором транзистор первоо каскада коллектором подключен к отводу индуктивною накопителя энергии через ограничительный резистор, базой - к генератору прямоугольных импульсов, а эмиттером - к базе силового транзистора второго каскада,3, Устройство по п,1, отл и ч а ю щеес я тем, что, с целью повышения надежности устройства, введен блок защиты от перенапряжения, входные выводц которого соединены соответственно с первым и вторым выводами для подключения ламп, при этом выходы генератора прямоугольных импульсов подключены к управляющим входам полупроводниковых ключей через соответствующие выходные цепи блока защиты от перенапряжения.4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор прямоугольнцх импульсов выполнен с возможностью регулирования частотьь5. Устройство по п.1, отл ич а ю щеес я тем, что, с целью стабилизации выходной мощности при изменениях питающего напряжения первичного источника постоянного тока, в генератор прямоугольнцх импульсов введен блок разностного сигнала, выход которого соединен с входом регулировки частоты генератора,1809551 Составитель В, Жил Техред М.Моргентал рректор Н. Гунько Редакто Трубченк изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 1292 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖПодписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС , Раушская наб., 4/5