TIPO RETROALIMENTACION LIBRE DE NUCLEO MAGNETICO TOROID L IMPULSADA POR CORRIENTE
CAMPO DE LA INVENCION
presente invención es concerniente con lastra y más en particular con una balastra t troalimentación libre de toroide impulsada por corriente.
j ANTECEDENTES DE LA INVENCION La mayoría de las balastras electrónicas integradas disponibles comúnmente en el mercado son consistentes de un filtro de E I, un rectificador, un inversor y una carga de lámpara . El inversor convierte el voltaje de corriente directa rectificado a voltaje de alta frecuencia y es utilizado para impulsar y encender una lámpara fluorescente, en donde existen varias clases de impulsores entre los cuales un inversor de medio puente, inversor de retorno horizontal, inversor de empuje- tracción o los semejantes serán usualmente realizados con ur transformador de toroide. Sin embargo, el uso de transíQrmador de toroide posee las siguientes desventajas. El encendido y apagado de transistores en el circuito es impulsado por el transformador de toroide, cuando la fuente de enejrgía externa fluctúa (eleva y cae), variaciones en el
I voltaje; de impulsión, subexcitación o sobreexcitación se presentará, de tal manera que el transistor es severamente calentado o aún roto como resultado de ser sobrecalentado,
lo cual se reduce la conflabilidad de la carga de
El procesamiento y devanado del toroide son de labor
intensa y consumen mucho tiempo y son adversos a la producción en masa de los mismos. La frecuencia de trabajo del circuito es afectadja extensamente por los parámetros y temperatura del toroide, mediante lo cual es difícil mantenerse dentro de un intervalo específico. Existen requerimientos adicionales en el intervalo de frecuencia de trabajo, es difícil implementarlos en producción en masa. Con el fin de minimizar los efectos de un toroide a una balastra electrónica, el Modelo de Utilidad de patente chino Ño. 99211363.6 expedida a la Academia China de Ciencias reveló "una lámpara que ahorra energía que tiene una balastra libre de toroide", en donde el amplificador de potencia de medio puente de la lámpara que ahorra energía es realizado con FET, pero el proceso de manufactura para FET es relativamente complejjo y la selectividad del mismo es relativamente deficiente. Además, el limitador de corriente impulsora de la lámparaj de ahorro de energía es realizado con un transformador i de carga y así es limitador de corriente impulsora tiene que ser conectado con inductores Ll, L2 y capacitores Cl, C2 (véase figura 1), lo que da como resultado circuitos complicados y costo incrementado y trae efectos adversos a la miniaturización de la balastra electrónica.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un objeto de la presente invención es superar los efectosj anteriores al proporcionar una balastra electrónica tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente que tiene su circuito de interruptor y rectificador adaptado a un circuito de medio puente de transistor y un transformador de inducción para realizar retroalimentación de impulsión y facilitar la miniaturización de la balastra electrónica. Asi, la solución técnica de la presente invención provista por el objeto anterior es una balastra electrónica tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente, que comprende un circuito de filtro y rectificador, un circuito de interruptor y resonante y una carga de lámpara que incluye capacitores, en donde el circuito de filtro y rectificador es acoplado a los extremos de entrada del circuito de interruptor y resonante con sus extremos de salida, y j el circuito de interruptor y resonante es acoplado a la carcja de lámpara con sus extremos de salida e incluye: un circuitjo de gatillo que consiste de resistores Rl, R2, un capacitor C3, un diodo D5 y un diodo de gatillo DB3 para proporcionar una corriente de impulso para el inicio de su operación; un circuito de medio puente que consiste de transistores Ql, Q2 y resistores y un transformador de tres devanados T que consiste de un devanado primario T3 y dos devanados secundarios TI, T2; en donde el emisor del transistor
Ql es †coplado con el colector de Q2 vía un resistor R5; una unión S¡ está localizada entre el resistor R5 y el colector del transistor Q2; el resistor Rl y un capacitor C2 en conexión de derivaqión están ubicados entre el colector del transistor Ql y la unión S; el resistor Rl es acoplado a la terminal 3 del circuito de filtro y rectificador con uno de sus extremos y acopl .ado a la terminal 1 del circuito de filtro y rectificador con su otro extremo por medio del resistor R2 y el diodo de derivadión D5 en conexión en serie con el capacitor C3; el diodo 5 es acoplado a la base del transistor Q2 con su ánodo vía el¡ diodo bilateral DB3 y acoplado a la terminal 4 del devanado secundario TI y la terminal 1 del devanado primario T3 con su J cátodo por medio de la unión S; la base del transistor Ql es ¡acoplada a la terminal 3 de devanado secundario TI por medio oe un resistor R3 y la base del transistor Q2 es acoplada a la tjerminal 6 del devanado secundario T2 por medio de un resistir R4; el emisor del transistor Q2 es acoplado a la terminal 5 del devanado secundario T2 por medio de un resistor R6, enj tanto que la terminal 5 del devanado secundario T2 es acoplada con la terminal 1 del circuito de filtro y rectificador para permitir que los devanados secundarios TI, T2 proporcionen una corriente de impulso para los transistores Ql, Q2; la terminal 2 del devanado primario T3 es acoplada a la carga de lámpara y un capacitor C5 para habilitar el devanado primario T3 y el capacitor C5 para formar una resonancia en
serie . En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, el circuito de interruptor y de resonancia comprende además un capacitor resonante C6 que tiene uno de sus extremos acoplado con la terminal 2 del devanado secundario TI y su otro extremo acoplado con la terminal 5 del devanado secundario T2. En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, el circuito de filtro y rectificador es un circuito de rectificador de pleno puente que comprende un rectificador de puente, un filtro de un inductor y un resistor en conexión de derivación y un capacitor electrolítico Cl conectado a través de las terminales 1 y 3 (fiel rectificador de puente; el filtro es acoplado con la fuente de alimentación de AC en un extremo vía un fusible, en tanto que acopla con la terminal 4 del rectificador de puente en el Qtro extremo. En la balastra tipo ^retroalimentación libre de toroid^ impulsada por corriente anterior, el circuito de filtro y recjificador comprende un circuito de rectificador de multiplicación de voltaje como su circuito rectificador. ! En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide: impulsada por corriente anterior, comprende además un circuito de conexión de factor de potencia que tiene su extremo de entrada acoplado con el extremo de salida del circuito de
I
filtro ¡y rectificador y su extremo de salida acoplado con el extremo de entrada del circuito de interruptor y resonante. En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, el circuito de corrección de factor de potencia comprende un MOSFET VT1, un inductor L de refuerzo, un diodo VD de refuerzo, un capacitor de salida CO y un circuito integrado de controlador de APFC; en donde e|l inductor L de refuerzo es acoplado a la terminal 3 del rectificador de puente con un extremo y acoplado al colector de
I transistor Ql con otro extremo por medio del diodo de refuerzo VD; el diodo de refuerzo VD es acoplado con la terminal 1 del rectificador de puente en su cátodo vía el capacitor de salida CO y acoplado con la terminal 1 del rectificador de puente en su ánodo via el MOSFET VT1, en tanto que la compuerta del MOSFET VT1 es acoplada al APFC. En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, la carga de lámpara comprende un tubo de lámpara y capacitores C4, C5; en donde en ambos extremos del tubo de lámpara dos puntos de conexión a, b, a', b' i son proporcionados respectivamente, el capacitor C5 en conexión de derivación con el tubo de lámpara es conectado a través jde un punto de conexión b, b' en ambos extremos del tubo de lámpara; otro punto de conexión a' en otro extremo del tubo de lámpara es acoplado con la terminal 2 del transformador de 3 devanados, en tanto que otro punto de conexión a en otro
extremo el tubo de lámpara es acoplado con el colector del transistor Ql vía el capacitor C4. En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, el capacitor C5 en conexión de derivación con el tubo de lámpara está además en conexión de derivación con un dispositivo de pre-calentamiento
PTC, I En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, la proporción de devanados entre el devanado primario y el devanado secundario del transformador de 3 devanados fluctúa de 30:1 a 400:1. En la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente anterior, los resistores R5 y R6 son guales en resistencia. La presente invención proporciona una balastra tipo retroalj.mentación libre de toroide impulsada por corriente, que comprende un circuito de filtro y rectificador, un circuito de interruptor y resonante y una carga de lámpara; en donde se usa un circuito de filtro para eliminar la interferencia i electromagnética que se presenta de la conducción, un circuito
I de rectificador convierte el voltaje de CA a voltaje alterno residual] de CD; la retroalimentación de los devanados secundarios del transformador proporciona corrientes impulsoras para los transistores para efectuar oscilación del interruptor i del circjuito de interruptor y resonante, el devanado primario T
del transformador y capacitancia de filamento forman un circuito de oscilación de LC para encender el tubo de lámpara. Ya que el circuito de medio puente del transistor del circuito de interruptor y resonante de la balastra emplea retroal imentación de transformador de 3 devanados en lugar de una ret oalimentación de toroide para impulsar los transistores a efectuar la oscilación, la balastra posee la ventaja de estar libre dje toroide en tanto que la configuración de circuito y proceso manufactura son simplificados y se mejora conflabilidad de la carga de lámpara
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama de circuito de una balastrá del arte previo; La figura 2 es un diagrama de configuración de circuito de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide j impulsada por corriente de acuerdo con la primera modalidad de la presente invención; ' La figura 3 es un diagrama de configuración de circuitc de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide ! impulsada por corriente de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención; I La figura 4 es un diagrama de configuración de
I circuitd de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide I impulsada por corriente de acuerdo con la tercera
modalidad de la presente invención; La figura 5 es un diagrama de configuración de circuito de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la cuarta modalidad de la presente invención; La figura 6 es un diagrama de configuración de circuitb de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la quinta modalidad de la presente invención; La figura 7 es un diagrama de configuración de circuitó de una balastra tipo retroalimentación libre de toroidel impulsada por corriente de acuerdo con la sexta modalidad de la presente invención; , La figura 8 es un diagrama de configuración de circuitó de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide I impulsada por corriente de acuerdo con la séptima modalidad de la presente invención; i La figura 9 es un diagrama de configuración de circuito de una balastra tipo retroalimentación libre de toroide ¡ impulsada por corriente de acuerdo con la octava
I modalidad de la presente invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de la presente invención será descrita
en detalle adicional a continuación con referencia a las figuras adjuntas. Refiriéndose a la figura 2, que ilustra una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la primera modalidad de la presente invención que conprende un circuito de filtro y rectificador 10, un circuito de interruptor y resonante 20 y una carga de lámpara 30 que tiene capacitores y el mismo es ahora descrito a continuación . El circuito 10 de filtro y rectificador es acoplado a los ex|remos de entrada del circuito 20 de interruptor y resonante con sus extremos de salida y es además acoplado a una fuente de alimentación de CA para convertir el voltaje de CA de entrada a voltaje alterno residual de CD después de filtración de la interferencia electromagnética del mismo. En la modalidad, el circuito 10 de filtro y rectificador es un circuito de rectificador de medio puente que comprende un rectificador de puente (D1-D4), un filtro que consiste de un inductor LO y un resistor R0 en conexión de derivación y un capacitor electrolítico Cl conectado a través de las terminales 1 y 3 dal rectificador de puente; el filtro es acoplado con la fuente <ae alimentación de CA en un extremo vía un resistor de FU de éusible en tanto que se acopla con la terminal 4 del rectificador del puente en otro extremo. circuito 20 de interruptor y resonante es acoplado
a la carga de lámpara 30 con sus extremos de salida e incluye: un circuito de gatillo que consiste de los resistores Rl, R2, un capacitor C3, un diodo D5 y un diodo de gatillo DB3 para proporcionar una corriente de impulso para el inicio de la operación del circuito 20 de interruptor y resonante; un circuito de medio puente que consiste de los transistores Ql, Q2 y resistores para actuar como un interruptor de potencia y un transformador T de 3 devanados que consiste de un devanado primario T3 y dos devanados secundarios TI, T2, en donde el devanado primario T3 también posee un efecto de regulación. Preferiolemente, la proporción de devanados entre el devanado primarip y el devanado secundario del transformador de tres devanadas podría fluctuar de 30:1 a 400:1. En el circuito 20 de interruptor y resonante, el emisor del transistor Ql es acoplado con el colector de Q2 vía un resistor R5; una unión S está localizada entre el resistor R5 y el colector del transistor Q2; el resistor Rl y un capacitor C2 en conexión de derivación son provistos entre el colector del transistor Ql y la unión S; el resistor Rl es acoplado a la terminal 3 del rectificador del circuito 10 de filtro y rectificador con uno de sus extremos y acoplado a la terminal 1 del rectificador de i circuito 10 de filtro y rectificador con su otro extremo por medio del resistor R2 y el diodo en derivación D5 es conectado en serie con el capacitor C3; el diodo D5 es acoplado a la base del transistor Q2 con su ánodo vía el diodo bilateral DB3 y
acoplado a la terminal 4 del devanado secundario TI y terminal 1 del devanado primario T3 con su cátodo por medio de la unión S; la base del transistor Ql es acoplada a la terminal 3 del devanadD secundario TI por medio de un resistor R3 y la base del resistor Q2 es acoplada a la terminal 6 del devanado secundario T2 por medio de un resistor R ; el emisor del transistor Q2 es acoplado a la terminal 5 del devanado secundario T2 por medio de un resistor R6, en tanto que la terminal 5 de devanado secundario T2 es acoplada con la terminaj. 1 del rectificador del circuito 10 de filtro y rectificador para permitir que los devanados secundarios TI, T2 proporcjonen una corriente impulsora para los transistores Ql, Q2; la ¡terminal 2 del devanado primario T3 es acoplada a la carga de lámpara 30 y un capacitor C5 para permitir que el i devanad† primario T3 y el capacitor C5 formen una resonancia en serie. I La carga 30 de lámpara comprende un tubo de lámpara y i capacitores C4, C5 en donde el capacitor C4 es usado para el bloqueo I de CD y en ambos extremos del tubo de lámpara se proporcionan dos puntos de conexión a, b, a' , b' respectivamente, el capacitor C5 en conexión de derivación con el tuboj de lámpara es conectado a través de un punto de conexiór b, b' en ambos extremos del tubo de lámpara; otro punto de conexión a' en otro extremo del tubo de lámpara es acopladc con la terminal 2 del devanado primario T3, en tanto
que otro punto de conexión a en otro extremo del tubo de lámpara es acoplado con el colector del transistor Ql vía el capacitDr C4. De acuerdo con una modalidad preferida, el capacitor C5 está además en conexión de derivación con un disposi:ivo de pre-calentamiento de PTC. j Refiriéndose ahora a la figura 3, una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención es ilustrada, que comprende todo el circuito de la primera modalidad pero el circuito de interruptor y resonante comprende un capicitor resonante C6 que tiene uno de sus extremos acoplado con la terminal 2 del devanado secundario T3 y su oto extremo j acoplado con la terminal 5 del devanado secundario T2.
^ Refiriéndose a la figura 4, se ilustra una balastra i tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la tercera modalidad de la presente invención, en donde el circuito 20 de interruptor y resonante y la carga de lámpara 30 son los mismos como la primera modalidad. Sin embargo, el circuito de rectificador en el circuito 10 de filtro y rectificador en la presente modalidad es un circuito de rect{ificador de multiplicación de voltaje formado con dos i diodos y dos capacitores. ! Refiriéndose a la figura 5, se ilustra una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acue do con la cuarta modalidad de la presente invención,
que comprende todo el circuito de la tercera modalidad pero el circuito 20 de interruptor y resonante comprende además un capacitor resonante C6 que es acoplado con el mismo de la misma manera como en la segunda modalidad. Refiriéndose a la figura 6, se ilustra una balastra tipo restroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la quinta modalidad de la presente invención, que comprende todo el circuito de la primera modalidad y comprende además un circuito 40 de corrección del factor de potencia. Se debe notar que la necesidad de la disposición del circuito 40 de corrección de factor de potencia opcional depende de la potencia a ser obtenida por la balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente. El circuito 40 es acoplado al extremo de salida del circuito 10 de filtro y rectificador con su extremo de salida y acoplado al extremoj de entrada del circuito 20 de interruptor y resonante con su!j extremo de salida. El circuito 40 de corrección de factor I de potencia comprende un OSFET VT1, un inductor de refuerzo L, un diodo de refuerzo VD, un capacitor de salida C0 y un circuito integrado de controlador APFC; en donde el inductor L de refuerzo es acoplado a la terminal 3 del rectificador de puente con uno de sus extremos y acoplado al colector del transistor Ql con otro extremo por medio del diodo de refi.erzo VD; el diodo VD de refuerzo es acoplado con la terminal 1 del rectificador de puente en su cátodo vía el
capacitor de salida CO y acoplado con la terminal 1 del rectificador de puente vía el MOSFET VT1, en tanto que la compuerta del MOSFET VT1 es acoplado al APFC. Refiriéndose a la figura 7, se ilustra una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la sexta modalidad de la presente invención, que comprende todo el circuito de la quinta modalidad, pero el circuitjo 20 de interruptor y resonante comprende además un capacitjor resonante C6 que es acoplado con el mismo de la misma manera como en la segunda modalidad. Refiriéndose a la figura 8, se ilustra una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la séptima modalidad de la presente invención, que comprende todo el circuito de la tercera modalidad pero comprende además un circuito 40 de corrección de factor de potencia que es acoplado con el mismo de la misma manera como en la q|uinta modalidad. Refiriéndose a la figura 9, se ilustra una balastra tipo retroalimentación libre de toroide impulsada por corriente de acuerdo con la octava modalidad de la presente invención, que com rende todo el circuito de la séptima modalidad, pero el circuito 20 de interruptor y resonante comprende además un capacitor resonante C6 que es acoplado con el mismo de la misma manera como en la segunda modalidad. El principio de trabajo de la presente invención es
I
como sigue. Después de conectarse con la fuente de alimentación, la corriente de voltaje de CD carga el capacitor de integración C3 después de pasar a través de los resistores Rl, R2 del circuito de gatillo, una vez que el voltaje del mismo alcanza o excede el voltaje de rompimiento del diodo de gatillo DB3 (aproximadamente 30-40V) , el diodo de gatillo conducirá en inverso, de tal manera que una corriente fluye a la basé del transistor Q2 y enciende Q2. ? medida que la corriente del colector del transistor Q2 es incrementada, se generan potenciales electrodinámicos inducidos en el devanado primario T3 y también los devanados secundarios TI, T2 del transfo mador, (en donde los extremos denotados con o representan una polaridad positiva) de tal manera que el potencial base de Q2 se eleva, mediante lo cual la corriente de base y la corriente de colector del mismo es incrementada adicionalmente que a su vez refuerza el potencial base. A este respecto, toma lugar una reacción en cadena en el circuito y tal retjroalimentación positiva encadenada hace Q2 conductor y saturado. El resistor R6 en el emisor de Q2 es provisto para efectúa.) retroalimentación de corriente negativa y en el proceso de la reacción en cadena, el incremento de la corriente base también hace que la caída de voltaje en R6 se incremente y la porción incrementada de la caída de voltaje será hecha transitar en circuito de regreso al bucle de base-emisor de Q2, medianté lo cual el voltaje aplicado desde del exterior de la
base-emjisor de Q2 es disminuido y la corriente base será reducida también automáticamente, que a su vez restringe el incremento de la corriente del colector. Al incrementar la resistencia del resistor R6 en el emisor, la acción de retroalimentacion negativa del mismo será mejorada de tal manera que la frecuencia de trabajo puede ser incrementada. Después que el transistor Q2 es encendido, junto con incremento de la corriente de colector que pasa a través del transistor Q2, hay circunstancias que el voltaje en el devanado secundario T2 del transformador posiblemente caerá debajo del voltaje base del transistor Q2, de tal manera que la corriente de base es invertida, mediante lo cual el transistor Q2 renuncia de su modo saturado y entra a un modo de amplificación. Una vez que entra al modo de amplificación, la disminución en la corriente que fluye a través del colector del transistor Q2 reducirá la corriente base con la retroalimentacion positiva del transformador, de tal manera que la corrjiente del colector es disminuida adicionalmente y Q2 i pronto jestará entrando al modo de corte en tanto que la polaridad del voltaje en el devanado secundario TI del transformador es cambiada (ahora la terminal 31 es positiva y
I la termjinal 4 es negativa) . Después de un retardo por un i periodo I de tiempo, se presenta una corriente en el transistor
Ql, el ^ transformador generará un potencial electrodinámico i inducidcj que es opuesto al mismo generado del incremento de la
corriente del colector de Q2 , de tal manera que la corriente de base y del colector de Ql es incrementada adicionalmente y Ql será rápidamente cambiado del estado de corte a un estado encendido. El resistor R5 en el emisor de Ql es también provistD para efectuar retroalimentación de corriente negativa y el principio de trabajo del mismo es el mismo como R6, los resistores R5, R6 son iguales en su resistencia. 1 El proceso anterior se mueve en ciclos, en donde Ql y Q2 son encendidos y apagados alternativamente. En el punto medio entre los dos medios puentes se forma un voltaje de onda cuadrada alternante. Después de pasar a través del capacitor C5 y ser afectada por la acción de la resonanc:.a en serie del devanado primario T3 del transformador, la forma de onda !de tal voltaje alternante será cambiada para asemejarse a una onda senb y se genera un voltaje muy alto en C5 y luego es aplicado al tubo de ^ampara para el encendido de la misma. : Se apreciará que lo anterior se proporciona solamente por propósitos ilustrativos y no de limitación de las soluciones técnicas de la presente invención. En tanto que la presente invención ha sido descrita en detalle con referencia a las modalidades anteriores, se i comprenderá por aquellos experimentados en el arte que varios cambios, adicionales o cancelaciones se pueden efectuar y equivalentes pueden ser sustituicos por elementos de los mismos sin desviarse del espíritu y alcance de la invención y sus reivindicaciones y todas de tales alteraciones y/o modificaciones caerán en el alcance de la presente invención!.