Пристрій живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп

Реферат: Пристрій живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп містить запобіжник, діодний міст і фільтруючі конденсатори, диністорну схему запуску, яку складають диністор, резистори, конденсатори та діод, блокінг-генератор на двох n-р-n-транзисторах з діодами захисту від викидів напруги, з обмежуючими струм резисторами в емітерних і базових ланцюгах та резонансним контуром, до якого входять первинна обмотка трансформатора, дросель та конденсатори, до одного з яких паралельно підключені нитки розжарювання лампи. Додатково містить роздільний конденсатор; резистор порогової схеми; ланцюг живлення люмінесцентної лампи постійним струмом, до якого входять діод, резистори, n-p-n-транзистор; резистор та/або діод розв'язуючого ланцюга змінного струму лампи. UA 78033 U (12) UA 78033 U UA 78033 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій належить до електротехніки, а саме до електричного освітлення, і призначений для зниження споживаної люмінесцентними лампами потужності, збільшення ресурсу їх експлуатації, навіть за умови перегорання ниток розжарювання ламп. Відома електрична схема живлення світлодіодних ламп (Георгиу В.Г., Галамага В.Н. Практическая электроника.- Главная редакция МСЭ, Кишинев, 1989, с. 256, С. 51, Рис. 2.28)., яка містить роздільний конденсатор, діодний міст та фільтруючий конденсатор, до якого через обмежуючий резистор підключений ланцюг зі світлодіодами та елементами захисту від перенапруження. Ця схема дозволяє перетворювати змінну мережеву напругу в постійну, величина якої залежить від ємності роздільного конденсатора та споживаного струму. Недоліком відомої схеми є неможливість використання цієї схеми для люмінесцентних ламп, тому що вона не дозволяє забезпечити напругу, необхідну для їх запалювання, а також наявність елементів захисту схеми від перенапруження, яке виникає при виході з ладу одного зі світлодіодів, що суттєво впливає на вартість лампи. Спільними ознаками є використання роздільного конденсатора, діодного моста та фільтруючого конденсатора. Відома загальна електрична схема живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп, (www.radiomaster.com.ua/index.php?newsid=1696.), що містить запобіжник; діодний міст; фільтруючі конденсатори; диністорну схему запуску, яку складають диністор, резистори, конденсатори та діод; блокінг-генератор на двох n-p-n-транзисторах з діодами захисту від викидів напруги, з обмежуючими струм резисторами в емітерних і базових ланцюгах та резонансним контуром, який складається з первинної обмотки трансформатора, дроселя та конденсаторів, до одного з яких паралельно підключені нитки розжарювання лампи. Недоліками відомого рішення є неможливість автоматичної зміни режиму живлення люмінесцентної лампи, енерговитратні перехідні процеси підпалювання та значний рівень струму (до 1 А), який протікає через лампу та транзистори, що обумовлює надлишкове енергоспоживання і призводить до частої відмови люмінесцентних ламп через перегорання ниток розжарювання. Спільними ознаками з рішенням, що заявляється, є використання запобіжника; діодного моста; фільтруючих конденсаторів; диністорної схеми запуску, яку складають диністор, резистори, конденсатори та діод; блокінг-генератора на двох n-p-n-транзисторах з діодами захисту від викидів напруги, з обмежуючими струм резисторами в емітерних і базових ланцюгах та резонансним контуром, до якого входять первинна обмотка трансформатора, дросель та конденсатори, до одного з яких паралельно підключені нитки розжарювання лампи. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити схему живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп, яка шляхом автоматичної зміни режиму живлення люмінесцентної лампи зі змінного високовольтного на постійний низьковольтний та блокування автоколивань після підпалювання лампи дозволяє зменшити енергоспоживання та подовжити ресурс експлуатації лампи, поновлювати роботу ламп з перегорілими нитками розжарювання та відповідно зменшити забруднення навколишнього середовища лампами, які вийшли з ладу. Суттєвими ознаками запропонованого рішення є: блок живлення, що містить запобіжник, роздільний конденсатор, діод ний міст і фільтруючі конденсатори, плюсову та мінусову шини; диністорна схема запуску, яку складають диністор, конденсатори, діод та резистори, один із яких підключений паралельно вихідному конденсатору, пов'язаному з анодом диністора; блокінг-генератор на двох n-p-n-транзисторах з діодами захисту від викидів напруги, резисторами в емітерних і базових ланцюгах транзисторів, резонансним контуром з послідовно поєднаними первинною обмоткою трансформатора, дроселем та високовольтним і низьковольтним конденсаторами; люмінесцентна лампа, нитки розжарювання якої підключені до одного з конденсаторів; ланцюг живлення лампи постійним струмом, що містить послідовно приєднані розв'язуючий діод та два резистори, до точки поєднання яких з'єднана через третій резистор база малопотужного n-р-n-транзистора, емітер якого пов'язаний з мінусовою шиною живлення, а колектор - з базою транзистора блокінг-генератора, з'єднаною з катодом диністора; ланцюг підключений між мінусовою шиною живлення та виводами першої нитки розжарювання лампи, до якої через паралельно поєднані розв'язуючі резистор та/або діод підключений один із полюсів високовольтного конденсатора, тоді як другий його полюс безпосередньо з'єднаний з другою ниткою розжарювання та плюсовою шиною живлення; розв'язуючі діоди ланцюгів змінного та постійного струмів приєднані анодами до першої нитки розжарювання; - виводи нитки розжарювання люмінесцентної лампи можуть бути об'єднані. Відмінними від прототипу ознаками є наявність: 1 UA 78033 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 роздільного конденсатора, з'єднаного послідовно із запобіжником у вхідному ланцюзі діодного моста схеми живлення лампи; резистора, підключеного паралельно вихідному конденсатору порогової схеми запуску блокінг-генератора, пов'язаного з анодом диністора; ланцюга живлення лампи постійним струмом, що містить послідовно з'єднані розв'язуючий діод та два резистори, до точки поєднання яких приєднана через третій резистор база малопотужного n-р-n-транзистора, емітер якого пов'язаний з мінусовою шиною живлення, а колектор приєднаний до бази транзистора блокінг-генератора, пов'язаної з катодом диністора; ланцюг підключений між мінусовою шиною живлення та виводами першої нитки розжарювання лампи, до якої через паралельно поєднані розв'язуючі резистор та/або діод підключений один із полюсів високовольтного конденсатора, тоді як другий його полюс безпосередньо приєднаний до другої нитки розжарювання та плюсової шини живлення; діоди розв'язання ланцюгів змінного та постійного струмів приєднані анодами до першої нитки розжарювання; - виводи нитки розжарювання люмінесцентної лампи можуть бути об'єднані. На фіг. 1 наведена запропонована схема живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп. На фіг. 2 наведена запропонована схема живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп з об'єднаними виводами ниток розжарювання. На фіг. 3 зображена залежність вихідної напруги від навантаження для запропонованої схеми. Схема містить: роздільний конденсатор 1; запобіжник 2; діодний міст 3, фільтруючі конденсатори 4, 5; диністорну схему, яку складають диністор 6, резистори 7, 8, 9, конденсатори 10, 11 та діод 12; блокінг-генератор 13 на двох n-р-n-транзисторах 14, 15 з діодами захисту 16, 17 від викидів напруги та резисторами 18, 19 в емітерних і 20, 21 базових ланцюгах та резонансним контуром, до якого входять трансформатор 22, дросель 23, високовольтний 24 та низьковольтний 25 конденсатори; лампу 26 з нитками розжарювання 27, 28; розв'язуючі резистор 29 та/або діод 30; плюсову шину живлення 31; ланцюг живлення постійним струмом 32, до якого входять діод 33, резистори 34, 35, малопотужний n-р-n-транзистор 36 з резистором 37; мінусову шину 38. Роздільний конденсатор 1 з'єднаний послідовно з запобіжником 2 у вхідному ланцюзі діодного моста 3 лампи 26; лампа 26 підключена паралельно до високовольтного конденсатора 24 нитками розжарювання 27, 28, перша з яких 28 - через розв'язуючі резистор 29 та/або діод 30, а друга 27, пов'язана з плюсовою шиною 31 діодного моста 3, безпосередньо; ланцюг 32 живлення люмінесцентної лампи 26 постійним струмом поєднує мінусову шину 38 діодного моста 3 з першою ниткою розжарювання 28 через послідовно включені низькоомний 35, високоомний 34 резистори та розв'язуючий діод 33, а до точки поєднання резисторів 34, 35 через резистор 37 приєднана база малопотужного n-р-n - транзистора 36, емітер якого пов'язаний з мінусовою шиною 38 діодного моста 3, а колектор з'єднаний з базою транзистора 15 блокінг-генератора 13. Паралельно вихідному конденсатору 11 порогової схеми на диністорі 6 підключений резистор 9, який обмежує роботу порогової схеми за пониженої напруги живлення. Електрична схема живлення люмінесцентної лампи працює таким чином: Підпалювання люмінесцентної лампи 26 резонансною напругою високовольтного конденсатора 24 (Uc(С1), де (С5+С6) - загальна ємність фільтра діодного моста схеми живлення люмінесцентної лампи; C1  15 20 Uвих  T Iном  T  4  Rном (Uвх.ампл  Uвих  2  Uпрд ) 4  (Uвх.ампл  Uвих  2  Uпрд ) Iном  25 Pживл P  живл Uвх.ампл Uм 2 , (4) де Іном - номінальний струм лампи (мА). Рживл - потужність люмінесцентної лампи (Вт); Uвх.ампл - амплітуда вхідної напруги мережі (В); Uм - діюча змінна напруга мережі (В). 3 30 35 40 45 50 , (3) де С1 - ємність роздільного конденсатора (мкФ); Uвих - вихідна напруга на конденсаторах діодного моста (В); Т - період мережевої напруги частотою 50гц (сек); Rном - еквівалентний опір навантаження в ланцюзі живлення люмінесцентної лампи постійним струмом (Ом); Uвх. ампл - амплітуда вхідної напруги мережі (В); Uпр.д - пряма напруга на діоді моста при струмі в 1 А (В); Іном - номінальний струм лампи (мА). Величину номінального струму розраховують за формулою:  220В  2  310В U  1В У нашому випадку: T  20  10 сек ; вх.ампл ; пр.д ; Uм=220 B; Rном=Uвих/Iном. Запуск блокінг-генератора 13 включенням диністора 6 забезпечує підпалювання люмінесцентної лампи 26 і досягнення напруги горіння 100-150 В. Цього буде достатньо для появи постійного струму через лампу 26, нитки накалювання якої 27, 28 поєднані з шинами живлення 31, 38, плюсова 31 - безпосередньо, а мінусова 38 - через ланцюг 32 живлення лампи постійним струмом. Поява постійного струму Іном забезпечить включення блокуючого генерацію додаткового малопотужного n-p-n транзистора 36, а зниження напруги живлення і використання резистора 9 - неможливість повторного спрацювання диністорної схеми запуску блокінг-генератора 13. Отже, постійний струм, який виникає після підпалювання люмінесцентної лампи 26, блокує енерговитратні автоколивання і забезпечує економічний режим живлення за рахунок зворотних зв'язків: внутрішнього, через роздільний конденсатор 1 та зовнішнього - через блокуючий генерацію транзистор 36. Схема дозволяє за умови з'єднання виводів перегорілої нитки розжарювання подальшу експлуатацію люмінесцентної лампи. Приклад конкретного виконання. Схема живлення була реалізована на люмінесцентній лампі ф. Luxel потужністю 11 Вт. Вузлом паралельного живлення слугували виводи нитки 28 люмінесцентної лампи 26, до яких анодами приєднані розв'язуючі діоди 30 та 33 для живлення лампи змінним або постійним струмом (Фіг. 1). Катод діода 30 з'єднаний з одним з полюсів високовольтного конденсатора 24 резонансного контура лампи, а катод діода 33 через послідовно поєднані резистори 34, 35 - з мінусовою шиною живлення 38. Опір резистора 34 розраховували за формулою: R34  U Uвих  Uгоріння Iном , (5) 3 UA 78033 U 5 де R34 - опір резистора (Ом); Uвих - вихідна напруга на конденсаторах діодного моста (В); Uгор - напруга горіння лампи (В); Iном - номінальний струм лампи (мА). Опір низькоомного резистора 35 розраховували за формулою: R35  10 15 20 25 35 40 45 50 Iном , (6) де R35 - опір резистора (Ом): Uб-е.пр. - пряма напруга на переході база-емітер транзистора (В); Iном - номінальний струм лампи (мА). У нашому випадку: Uвих ≈ 170 В, Uгоріння = 100 B, 3 Iном = 35-10- А, Uб-е.пр. ≈ 1 В. Розв'язуючий ланцюг змінного струму був реалізований у трьох варіантах: - для збільшення розрядного струму конденсатора 24 в негативний півперіод використовували діод 30; - для обмеження струму при підпалюванні лампи в позитивний півперіод - резистор 29, опір якого залежить від потужності лампи (в нашому випадку 1 кОм для лампи потужністю 11 Вт); - для підвищення надійності - паралельно поєднані діод 30 і резистор 29. Усі варіанти розв'язуючого ланцюга виявилися працездатними. Резистор 37, який поєднує базу блокуючого генерацію n-p-n-транзистора 36 (ТЕ2556) з точкою поєднання резисторів 34, 35, був розрахований за формулою: R37  30 Uбе.пр Iном  R35  Uбе.пр kn  Iном ,(7) де R37 - опір резистора (Ом): Іном - номінальний струм лампи (мА); R35 - опір резистора (Ом); Uб-е.пр. - пряма напруга на переході база-емітер транзистора (В); kn - коефіцієнт, який визначає ступінь насичення транзистора (безрозмірна величина). У нашому випадку kn=0,1. Опір резистора 9, який шунтує конденсатор 11 диністорної схеми запуску блокінг-генератора 13, був розрахований за формулою 1 і в нашому випадку складав 30 кОм. Ємність роздільного конденсатора 1 була розрахована за формулою 3 і дорівнювала 2 мкф. Діод 30 був виконаний на елементі 1N4007, а діод 33 - на трьох таких послідовно поєднаних елементах. До одного з виводів нитки розжарювання 27 приєднаний другий полюс високовольтного конденсатора 24, а до іншого виводу - плюсова шина 31 діодного моста 3 люмінесцентної лампи 26. Процеси на люмінесцентній лампі 26 спостерігали на осцилографі С1-83 за допомогою подільника напруг зі співвідношенням опорів 3960 кОм: 40 кОм (1:100). Поєднання виводів ниток розжарювання 27, 28 (Фіг. 2) забезпечувало ефективне підпалювання лампи за рахунок збільшення добротності резонансного контура й абсолютно необхідне у випадку перегорання ниток. Мережеву напругу задавали на люмінесцентну лампу 26 через роздільний трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1:1 для виключення можливості заземлення фази осцилографом. На екрані двопроменевого осцилографа С1-83 спостерігали процеси збудження блокінггенератора 13, підпалювання та горіння люмінесцентної лампи 26. Загальну потужність живлення лампи визначали за формулою: Pживл  R34  Iном 2  Uгоріння  Iном 55 , (8) де Рживл - потужність люмінесцентної лампи (Вт); R34 - опір резистора (Ом); Іном - номінальний струм лампи (мА); Uгор - напруга горіння лампи (В). 4 UA 78033 U 3 5 10 -3 2 -3 У нашому випадку Рживл=2·10 ·(35·10 ) +100·35·10 =6 Вт, тобто 55 % від розрахункової потужності лампи 11 Вт. Світлові характеристики люмінесцентної лампи в режимах живлення змінним та постійним струмом були тотожними і складали ≈6000 лкс. Запропонована схема базується на класичній резонансній схемі живлення, розміщеній у цоколі люмінесцентної лампи, яка доповнена декількома елементами і дозволяє за рахунок автоматичної зміни режиму живлення з високовольтного на низьковольтний досягти дворазового зниження споживаної лампою потужності при збереженні її конструктиву та світлових характеристик. Крім цього, запропонована схема дозволяє поновлювати роботу ламп з перегорілими нитками розжарювання та відповідно зменшувати забруднення навколишнього середовища лампами, які вийшли з ладу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 1. Пристрій живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп, який містить запобіжник, діодний міст і фільтруючі конденсатори, диністорну схему запуску, яку складають диністор, резистори, конденсатори та діод, блокінг-генератор на двох n-р-n-транзисторах з діодами захисту від викидів напруги, з обмежуючими струм резисторами в емітерних і базових ланцюгах та резонансним контуром, до якого входять первинна обмотка трансформатора, дросель та конденсатори, до одного з яких паралельно підключені нитки розжарювання лампи, який відрізняється тим, що додатково містить роздільний конденсатор; резистор порогової схеми; ланцюг живлення люмінесцентної лампи постійним струмом, до якого входять діод, резистори, n-p-n-транзистор; резистор та/або діод розв'язуючого ланцюга змінного струму лампи; причому роздільний конденсатор з'єднаний послідовно з запобіжником у вхідному ланцюзі діодного моста схеми живлення лампи; резистор порогової схеми з'єднаний паралельно вихідному конденсатору запуску блокінг-генератора; до точки поєднання двох резисторів ланцюга живлення лампи постійним струмом приєднана через третій резистор база малопотужного n-рn-транзистора, емітер якого пов'язаний з мінусовою шиною живлення, а колектор з'єднаний з базою транзистора блокінг-генератора, пов'язаною з катодом диністора; ланцюг живлення постійним струмом підключений між мінусовою шиною живлення та виводами першої нитки розжарювання, до якої через паралельно поєднані розв'язуючі резистор та/або діод приєднаний один з полюсів високовольтного конденсатора, тоді як інший його полюс безпосередньо з'єднаний з другою ниткою розжарювання та плюсовою шиною живлення; діоди розв'язання ланцюгів змінного та постійного струмів приєднані анодами до виводів першої нитки розжарювання. 2. Пристрій живлення енергозберігальних люмінесцентних ламп за п. 1, який відрізняється тим, що виводи нитки розжарювання люмінесцентної лампи об'єднані. 5 UA 78033 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6