RU1809551C - Устройство дл питани разр дной короткодуговой лампы высокого давлени - Google Patents

Abstract

Использование: световые приборы транспортных средств и летательных аппаратов . Сущность изобретени : устройство дл  питани  разр дной короткодуговой лампы высокого давлени  содержит два индуктивных накопител  энергии, два полупроводниковых ключа, два диода, конденсатор, генератор пр моугольных импульсов с пр мым и инверсным выходами. Генератор пр моугольных импульсов имеет, вход управлени  частотой. 4 з.п,ф-лы. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам дл  электро- питани  разр дных ламп высокого давлени  с парами металлов, например, ко- роткодуговых металлогалогенных ламп (МГЛ), в аппаратуре, где первичным источником энергии  вл етс  сеть посто нного тока низкого напр жени , например, в бортовых приборах и сигнальных огн х транспортных средств или летательных аппаратов, в фарах переднего света автомобилей и т.п.

Целью изобретени   вл етс  повышение долговечности ламп и надежности их зажигани .

Изобретение по сн етс  чертежами, где на фиг.1 представлена блочно-функцио- нальна  электрическа  схема устройства питани  МГЛ с блоком зажигани ; на фиг.2 представлена схема ИВЭ со вспомогательными усилительными транзисторами: на фиг.З представлена блочно-функциональ- на  схема двухканального генератора пр моугольных импульсов.

На фиг.1 представлена блочно-функци- ональна  электрическа  схема устройства дл  питани  МГЛ-1, содержаща  источник посто нного тока низкого напр жени  2. подключенный к источнику вторичного электропитани  (ИВЭ) 3 и блок зажигани  4, включенный между ИВЭ и МГЛ.

ИВЭ содержит первый и второй индуктивные накопители энергии - 5 и 6, которые подключены к положительному зажиму электропитани  - 7 источника 2 и к первому и второму полупроводниковым коммутирующим элементам - 8 и 9, которые присоеди- нены к отрицательному зажиму электропитани  - 10, источника 2, св занному с массой; общие точки элементов 5 и 8 и элементов 6 и 9 соответственно через диоды 11 и 12 соединены с фильтрующим конденсатором 13, подключенным к несв занному с массой зажиму 7; причем обща  точка диодов 11 и 12 и конденсатора 13 св заны с выходом повышенного напр жени  ИВЭ - 14; параллельно индуктивным накопителтм 5 и 6 подключены цепочки, состо щие из конденсаторов 15 и 16, диодов 17 и 18 и

Ё

00

о ю ел

СП

резисторов 19и20, которые предназначены дл  снижени  импульсной мощности, рассеиваемой на элементах 8 и 9 при их закрытии; базы коммутирующих элементов через резисторы 21 и 22 подключены к шине св занной с зажимом 10 и через блок защиты 23 подключены к двухканальному генератору пр моугольных импульсов - 24, который св зан также с шиной зажима 10 и с положительным зажимом 7 источника электропитани  (св зь на фиг. не показана), причем блок защиты подключен также к общей точке диодов 11, 12 и конденсатора 13.

ИВЭ функционирует следующим образом: при наличии напр жени  на выходе источника 2, т.е. между зажимами 7 и 10, когда на базы транзисторных коммутаторов 8 и 9 поступают сигналы пр моугольной формы от генератора 24, эти коммутаторы поочередно открываютс , при этом поочередно в индуктивных накопител х 5 и 6 во врем  открытого состо ни  коммутаторов 8 и 9 происходит пилообразное нарастание тока и накапливаетс  порци  энергий, а во врем  закрытого состо ни  коммутаторов происходит спад тока, который через диоды 11 и 12 поступает в конденсатор 13, зар жа  его до повышенного напр жени , более высокого , чем напр жение на источнике 2. Повышенное напр жение с конденсатора 13 поступает на выход ИВЭ (зажим 14) и через блок зажигани  на (ИГЛ. При достижении на зажиме 14 напр жени , например, пор дка 80-100 В МГЛ зажигаетс  и горит вначале в пусковом режиме при напр жении пор дка 15 В, когда ток через лампу ограничиваетс  сопротивлением блока зажигани  и может на пор док превосходить ее рабочий ток, а затем по мере разогрева лампы напр жение на ней возрастает, а ток снижаетс  до значени  рабочего тока. Такой ИВЭ передает в нагрузку примерно посто нную мощность, котора  определ етс  в основном энергией, накапливаемой в элементах 5 и б во врем  каждого импульса, и частотой коммутации элементов 8 и 9 и мало зависит от сопротивлени  нагрузки, и если напр жение на нагрузке превышает напр жение первичного источника питани  2, то такой ИВЭ имеет падающую вольт-амперную характеристику , обеспечивающую автоматическую стабилизацию мощности МГЛ при изменени х ее рабочего напр жени  в определенных пределах.

Если по каким-либо причинам МГЛ гаснет или разрушаетс , то напр жение на выходном зажиме 14 и конденсаторе 13 достигает верхнего -допустимого предела, при котором срабатывает блок защиты 23, отключающий двухканальный генератор 24

от коммутирующих элементов 8 и 9, при этом прекращаетс  дальнейший рост напр жени  на конденсаторе 13.

Если напр жение на конденсаторе 13

понизитс  до значени , при котором произойдет обратное переключение блока защиты , то генераци  ИВЭ возникает вновь и будет продолжатьс  до момента достижени  верхнего допустимого значени  напр жени  на выходе ИВЭ.

Цепочки, состо щие из конденсаторов 15 и 16, диодов 17 и 18 и резисторов 19 и 20, подключенные параллельно индуктивным накопител м энергии 5 и 6 и служащие дл 

5 снижени  коммутируемой мощности в эле- ментах 8 и 9, обеспечивают снижение крутизны фронта импульса напр жени  в моменты размыкани  тока коммутаторами 8 и 9.

0 в схеме ИВЭ на фиг.1 генератор 24 должен вырабатывать сигналы управлени  со значительной силой тока дл  управлени  бипол рными транзисторами 8 и 9. С целью уменьшени  мощности сигналов на выход5

ных каналах генератора коммутирующие

элементы могут быть выполнены с использованием предварительных усилительных транзисторов 25 и 26, показанных на фиг.2. Эмиттеры этих транзисторов подключены к

0 базам силовых транзисторов 8 и 9, а коллекторы - к отводам на обмотках индукторов 5 и 6 через балластные резисторы 27 и 28 с малым сопротивлением. На базы транзисторов 25 и 26 подаютс  сигналы управлени  от

5 генератора 24 через блок защиты 23.

Обозначени  и назначени  остальных элементов схемы фиг.1 соответствуют обозначени м и назначени м элементов на фиг.2. Обе схемы функционируют одинако0 вым образом, однако в схеме фиг.2 сила тока сигналов управлени  по выходным каналам генератора 24 может быть уменьшена на 1-2 пор дка, а сила тока через силовые транзисторы 8 и 9 пониженана 10% за счет отвода

5 части тока индукторов 5 и 6 в базовую цепь транзисторов 8 и 9 через транзисторы предварительного усилени  25 и 26.

На фиг.З дана блочно-функциональна  схема двухканального генератора управл 0 ющих импульсов дл  ИВЭ, собранна  с использованием интегральной микросхемы КМ1114ЕУ1 А, и схема блока защиты, в которых дл  простоты изложени  опущены элементы , имеющие второстепенное значение.

5 к входу 29 этого устройства подключаетс  напр жение первичного источника электропитани , вход 29 через резистор 3Q соединен со стабилизатором напр жени  31, выход которого соединен с контактом 4 микросхемы 32, а также с базой транзистора

33 и эмиттером транзистора 34. К интегральной микросхеме 32 подключены к контактам 20 и 19 конденсатор 35, к контакту 18 резисторы 36 и к контактам 8 и 9 резистор 38. Выходные контакты этой микросхемы 2 и 23 подключены к базам транзисторов 39 и 40. Коллекторы транзисторов 39 и 40 соединены через резисторы 41 и 42 с массой и непосредственно подключены к выходам первого и второго каналов 43 и 44, эмиттеры - транзисторов 39 и 40 соединены с коллектором транзистора 34, база которого через компаратор 45 соединена с резистором 46, который подключен к массе и через резистор 47 соединен со стабилизатором 48, подключенным к входному зажиму 49. База транзистора 33 и его эмиттер через резисторы 50 и 51 соединены со стабилитроном 52, который подключен к зажиму 29 и резистору 30.

Устройство, представленное на фиг.З, функционирует следующим образом.

При подаче электропитани  на зажим 29 (например в пределах 23 В-34 В) через резистор 30 на выходе стабилизатора 36 образуетс  стабилизированное напр жение (+128), которое поступает на контакт электропитани  4 интегральной микросхемы 32, на базу транзистора 33 и на эмиттер транзистора 34. При подключении к микросхеме 32 конденсатора 35 и резисторов 36 и 37 на ее выходах (контакты 2 и 23) образуютс  сдвинутые по фазе на 180° пр моугольные сигналы, которые, поступа  на базы транзисторов 39 и 40, усиливаютс  и при этом на выходах 43 и 44 двухканального генератора образуютс  сигналы (канал 1 и канал 11), используемые дл  управлени  транзисторными коммутаторами ИВЭ. Переменный резистор 37 позвол ет устанавливать требуемую частоту генерации пр моугольных импульсов по каналам 1 и 11 и т.о. устанавливать выходную мощность ИВЭ.

Если на выходе ИВЭ, подключенному к зажиму 49, напр жение превысит пороговое значение напр жение стабилитрона 48, то через него начнет протекать ток, на резисторе 46 повышаетс  напр жение, которое вызывает переключение компаратора 45, в результате чего закрываетс  транзистор 34, отключаетс  электропитание с усилительных транзисторов 39 и 40 и на выходах 43 и 44 пропадают сигналы управлени : ИВЭ перестает функционировать до тех пор пока напр жение на зажиме 49 не понизитс  до такого уровн , при котором произойдет обратный переброс компаратора.

Интегральна  микросхема 32 позвол ет ограничивать пусковой ток лампы. Если ток

через лампу превысит в какой-то момент установленное значение (которое определ етс  значением сопротивлени  резистора 38), то на контакт 8 микросхемы 32 посту5 пает напр жение, которое вызывает либо сокращение длительностей генерируемых на выходах 2 и 23 пр моугольных импульсов , либо полное прекращение их генерации . При этом у ИВЭ на некоторое врем 

10 либо снижаетс  выходна  мощность, либо вообще прекращаетс  его работа до тех пор, пока ток через резистор 38 не понизитс  до установленного значени .

Интегральна  микросхема 32 позвол ет

5 также осуществить стабилизацию выходной мощности ИВЭ при изменени х питающего напр жени  источника посто нного тока низкого напр жени .

Если на входе 29 напр жение (Uex.) из0 мен етс  (например, в пределах от 23 В до 34 В), то на резисторе 50 выдел етс  напр жение (Up), равное разности напр жений:

U BX-U31-U52,

где Кз1 - напр жение на выходе стабилиза5 тора 31, a Us2 - опорное напр жение стабилитрона 52, равное, например 11 В.

В этом случае на резисторе 50 выдел етс  сигнал, равный разности между минимальным напр жением питани  и реальным

0 его значением во врем  работы устройства. Этот сигнал прикладываетс  к базе эмиттер- ного повторител , собранного на элементах 33 и 51 и через него на контакт 20 микросхемы 32 поступает ток, сила которого про5 порциональна р, а это приводит к увеличению скорости зар дки конденсатора 35 и повышению частоты генерации пр моугольных импульсов на выходе каналов 1 и 11 и в конечном счете к стабилизации

0 выходной мощности ИВЭ при изменени х питающего напр жени .

Описанна  схема ИВЭ с блоком управлени  была использована дл  изготовлени  макета ПРА, предназначенного дл  питани 

5 МГУ посто нным током при средней мощности 150 Вт. Лампа имела рабочее напр жение 70В-75В, рабочий ток через лампу в установившемс  режиме составл л 2,1А:2А, а пусковой ток достигал 10 А и врем  разо0 грева составл ло 30-40 с. При подключении лампы к контакту 8 микросхемы 32 типа КМ1114ЕУ1А с сопротивлением резистора 38, равным 28 мОм, пусковой ток лампы ограничивалс  на уровне 4-5А, а врем  ра5 зогрева лампы и вывода ее в номинальный режим горени  возрастало до 2 мин.

Существенными отличи ми предложенного ИВЭ от прототипа  вл ютс :

- стабилизаци  мощности МГУ при из енени х выходного напр жени  первичного источника электропитани  посредством регулировки частоты коммутаций транзисторных коммутаторов в зависимости от изменений этого напр жени  с выделением разностного сигнала и подачей его на вход регулировки частоты микросхемы в блоке управлени ;

- защита элементов схемы ИВЭ от воздействи  избыточного напр жени  на выходе при разрушении лампы или при выходе ее из стро ;

- защита питаемой МГЛ от протекани  через нее слишком больших пусковых токов , привод щих к преждевременному износу электродов лампы;

- повышение КПД ИВЭ в св зи с тем, что ИВЭ выполнен по принципу вольтодо- бавочного устройства, у которого часть мощности поступает в лампу непосредственно от источника первичного электропитани  и только часть (например, 50-70%) проходит через преобразовательное устройство.

ИВЭ по предложенной схеме может быть использован дли питани  МГЛ в бортовых сигнальных огн х летательных аппаратов , однако в перспективе электронные ПРА с такими ИВЭ могут быть использованы дл  питани  МГЛ в фарах переднего света автомобилей .

Общетехнический эффект изобретени  заключаетс  в возможности создани  аппаратуры по указанной схеме, котора  отличаетс  высоким КПД (КПД макетного образца составл ет 80%) и возможност ми многофункционального регулировани  режимов МГЛ на стади х зажигани , разогрева и в установившемс  режиме работы.

Claims (5)

1. Устройство дл  питани  разр дной короткодуговой лампы высокого давлени , содержащее два индуктивных накопител  энергии, диод, два управл емых полупроводниковых ключа, соединенных последовательно с соответствующими индуктивными накопител ми энергии, свободные выводы которых соединены с первым выводом дл  подключени  к источнику посто нного тока, а свободные выводы управл емых полупроводниковых ключей соединены с вторым выводом дл  подключени  к источнику посто нного тока, отличающеес  тем, что, с целью повышени  долговечности ламп и надежности их зажигани , в устройство введены конденсатор, дополнительный диод, генератор пр моугольных импульсов с пр мым и инверсным выходами, причем первые одноименные выводы основного и дополнительного диодов соединены между собой, с одной из обкладок конденсатора и первым выводом дл  подключени  лампы, а вторые выводы основного и дополнительного диодов соединены соответственно с объединенными выводами первого индуктивного накопител  энергии и первого управл емого полупроводникового ключа, а также второго индуктивного накопител  энергии и второго управл емого полупроводникового ключа, вторые выводы дл  подключени  к источнику посто нного тока и дл  подключени  лам- пы соединены между собой, друга  обкладка конденсатора соединена с первым выводом дл  подключени  к источнику посто нного тока, а пр мой и инверсный выходы генератора пр моугольных импульсов подключены соответственно к управл ющим входам полупроводниковых ключей.

2. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что каждый управл емый полупроводниковый ключ выполнен в виде двухка- скадного транзисторного усилител , в котором транзистор первого каскада коллектором подключен к отводу индуктивного накопител  энергии через ограничительный

резистор, базой - к генератору пр моугольных импульсов, а эмиттером - к базе силового транзистора второго каскада.

3. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что, с целью повышени  надежности устройства, введен блок защиты от перенапр жени , входные выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами дл  подключени  ламп, при этом выходы генератора пр моугольных импульсов подключены к управл ющим входам полупроводниковых ключей через соответствующие выходные цепи блока защиты от перенапр жени ,

4. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что генератор пр моугольных импульсов выполнен с возможностью регулировани  частоты.

5. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что, с целью стабилизации выходной мощности при изменени х питающего напр жени  первичного источника посто нного тока, в генератор пр моугольных импульсов введен блок разностного сигнала, выход которого соединен с входом регулировки частоты генератора.