RU2206963C1 - Задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы - Google Patents

Abstract

Устройство относится к области осветительного оборудования, а именно к задающим генераторам устройств управления пускорегулирующими аппаратами (ПРА) для газоразрядных ламп низкого давления. В задающий генератор устройства управления ПРА люминесцентной лампы, который содержит шины питания и подключенные к ним тактовый генератор, имеющий внешний вход и выход, формирователь, имеющий тактовый вход, вход блокировки выходов формирователя и два выхода, а также блок защиты, имеющий внешний вход и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, дополнительно введены управляемый делитель частоты, имеющий внешний вход переключения коэффициентов деления, тактовый выход управляемого делителя частоты и выход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, а также блок управления длительностью импульсов формирователя, имеющий вход управления длительностью импульсов формирователя, вход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя и выход, а блок защиты имеет дополнительно вход разрешения включения блока защиты. 19 ил.

Description

Устройство относится к области осветительного оборудования, а именно к задающим генераторам (в западной терминологии "драйверам") устройств управления пускорегулирующими аппаратами (ПРА) для газоразрядных ламп низкого давления.

Задающий генератор в данном случае формирует требуемый сигнал высокой частоты и со вспомогательными цепями образует устройство управления ПРА для управления силовым преобразователем, возбуждающим резонансный контур, состоящий из дросселя и конденсатора, включенного параллельно лампе, также входящими в состав ПРА.

При запуске люминесцентных ламп ПРА необходим для формирования траектории запуска люминесцентной лампы на основании следующих технических требований: (ГОСТ Р МЭК 929-98 "Аппараты пускорегулирующие электронные, питаемые от источников переменного тока, для трубчатых люминесцентных ламп. Требования к рабочим характеристикам).

Согласно указанному ГОСТу при запуске лампы должны выполняться следующие условия.

1. Подогрев спиралей лампы.

(время - 0,4-2 сек). Напряжение на лампе при этом должно быть таким, чтобы ток тлеющего разряда был не более 10-15 мА (не очень высок).

2. Поджиг лампы.

При разогретых спиралях (после их подогрева на первом этапе) на лампу подается высокое напряжение, необходимое для загорания лампы.

2.1. Включение защиты.

При этом, если лампа не загорается при подаче высокого напряжения в течение заданного времени, либо при превышении этим напряжением заданного предела, устройство управления должно отключить ПРА (должна сработать защита).

3. Балластный режим (режим ограничения тока).

После загорания лампы устройство управления должно перевести (переключить) ПРА в режим ограничения тока до заданной величины, определяемой типом лампы.

Кроме перечисленных в ГОСТе условий для потребителя желательно, чтобы ПРА мог реализовать режим управления яркостью лампы.

Яркость лампы может регулироваться управлением величиной тока, протекающего через лампу.

Известны ПРА с использованием в качестве задающего генератора устройства управления - автогенератора. При этом используется автогенератор, частота автоколебаний которого примерно совпадает с частотой резонансного контура, работающего совместно с лампой (см. патент США 5982107, приоритет 08.04.97 г., ИСМ, Вып. 112, 11, 2000 г., с 77). На 1-м этапе (подогрев) для подогрева спиралей используется позистор, который шунтирует конденсатор резонансного контура. Разогрев спиралей соответствует времени разогрева позистора. После разогрева позистора и его переключения в высокоомное состояние происходит зажигание (поджиг) лампы, после чего ПРА переходит в режим ограничения тока.

К недостаткам таких устройств относится:
Сложность реализации защиты, необходимой для быстрого выключения ПРА в случае аварийных режимов работы.

При большом разбросе параметров элементов лампа может не загореться. Это происходит из-за того, что частота самовозбуждения автогенератора может сильно не совпадать с частотой резонансного контура, что определяется естественным разбросом параметров конструктивных элементов, используемых при изготовлении ПРА.

Требуется использование позистора, который дорогостоящ, выделяет большое количество тепла и должен быть достаточно массивным для обеспечения приемлемого времени прогрева спиралей люминесцентной лампы.

Нет возможности регулировки яркости лампы, так как в автогенераторной схеме сложно реализуемы цепи управления током, протекающим через лампу.

Известны также устройства, которые могут выполнять вышеуказанные условия запуска лампы, используя определенный алгоритм перестройки частоты ПРА (Компоненты и технологии, 5, 2000 г., с. 38-40). Этого можно достичь, используя задающий генератор, образующий совместно со вспомогательными цепями устройство управления, способное перестроить частоту работы силового преобразователя, используемого для возбуждения резонансного контура, заданным образом. При этом задающий генератор вырабатывает периодический сигнал заданной частоты, далее поступающий через силовой преобразователь на резонансный контур, а вспомогательные цепи используются для определения параметров работы ПРА под конкретный тип лампы и могут иметь различную степень сложности в зависимости от требуемых параметров устройства управления. Выход задающего генератора должен иметь два выходных канала и являться двухтактным, что обеспечит симметричный режим возбуждения резонансного контура, кроме того, задающий генератор должен формировать обязательную паузу между выходными импульсами, что является условием для обеспечения отсутствия сквозных токов при переключении выходных ключей силового преобразователя.

Для запуска лампы при этом используется эффект увеличения токов и напряжений на элементах резонансного контура при приближении частоты возбуждения резонансного контура к его собственной резонансной частоте. Запуск лампы в этом случае происходит следующим образом.

На первом этапе частота, которую вырабатывает задающий генератор совместно со вспомогательными цепями, через силовой преобразователь подается на резонансный контур, причем эта частота несколько выше частоты собственного резонанса указанного резонансного контура. При этом через спирали лампы начинает протекать ток, достаточный для их разогрева, а напряжение, возникающее в лампе, недостаточно для ее зажигания, но сильно, в 1,5-2 раза превышающее напряжение на лампе в стационарном режиме работы.

На втором этапе задающий генератор совместно со вспомогательными цепями так перестраивает вырабатываемую частоту, которая через силовой преобразователь подается на резонансный контур, чтобы она находилась близко к собственной частоте резонанса резонансного контура, при этом спирали лампы уже разогреты (за счет работы на первом этапе), напряжение на лампе сильно возрастает вследствие сильно возросших напряжений на элементах резонансного контура, в результате чего лампа зажигается. Если лампа является неисправной и не зажигается в течение 2-3 мс то резко возросшие токи и напряжения на элементах резонансного контура должны вызвать срабатывание защиты и отключение ПРА.

На третьем этапе после зажигания лампы и вследствие этого резкого падения ее активного сопротивления добротность резонансного контура, конденсатор которого шунтирует лампа, резко падает вследствие известных физических законов. На этом этапе частота, которую вырабатывает задающий генератор совместно со вспомогательными цепями и которая через силовой преобразователь подается на резонансный контур, не будет отличаться от результирующей частоты, получившейся в результате перестройки частоты, вырабатываемой задающим генератором совместно со вспомогательными цепями на втором этапе. Вследствие этого напряжение на загоревшейся лампе будет определяться протекающим через нее током, в свою очередь ограничиваемым индуктивным сопротивлением дросселя резонансного контура.

Кроме того, на 3 этапе существует возможность регулирования яркости лампы, например при изменении вырабатываемой задающим генератором совместно со вспомогательными цепями частоты, через силовой преобразователь подаваемой на резонансный контур, за счет эффекта изменения индуктивного сопротивления дросселя в зависимости от частоты протекающего через него тока. При этом величина тока и соответственно яркость лампы будет пропорциональна частоте возбуждения резонансного контура.

Кроме этого ПРА должен иметь защиту от выбросов напряжения в сети питания. При превышении напряжением питания определенного уровня должна срабатывать защита, что необходимо для предотвращения выхода из строя ключевых элементов силового преобразователя, возбуждающего резонансный контур.

Например, в качестве задающего генератора устройства управления ПРА может быть использована микросхема драйвера IR 2153 (Компоненты и технологии, 5, 2000 г., с. 38-40). В этом случае задающий генератор состоит из тактового генератора, обеспечивающего с помощью внешних цепей возникновение колебаний заданной частоты, и формирователя, который на базе этих колебаний вырабатывает на двух его выходах поочередные импульсы с паузой между ними, для управления ключами силового преобразователя, используемого для возбуждения резонансного контура.

Введение задающего генератора, выполняющего вместе со вспомогательными цепями функции перестройки частоты возбуждения резонансного контура, позволяет обойтись без позистора. Устройство управления, включающее задающий генератор и вспомогательные цепи, позволяет обеспечить прогрев спиралей, запуск и работу лампы за счет введения функции управления частотой возбуждения резонансного контура.

К недостаткам таких устройств относится:
Невозможность самостоятельной перестройки частоты задающим генератором и сложность вспомогательных цепей, обеспечивающих перестройку частоты, так как такой задающий генератор не имеет функциональных возможностей перестройки частоты, необходимой для дальнейшего возбуждения резонансного контура.

Реализация функций защиты в описываемом аналоге задающего генератора возможна только за счет вспомогательных цепей внешней блокировки задающего генератора.

Реализация функции регулировки яркости лампы в описываемом аналоге функционально не реализована и возможна только за счет изменения частоты работы задающего генератора посредством внешних вспомогательных цепей.

В качестве задающего генератора устройства управления ПРА так же может быть использована микросхема драйвера UBA 2021 (см. DATA SHEET, DBA 2021, Спецификация продукции фирмы "ФИЛИПС", ЕС, "Philips Semiconductors", т.11, 24 июля 2000 г.), прототип.

Указанный задающий генератор состоит из тактового генератора, обеспечивающего с помощью вспомогательных цепей возникновение колебаний заданной частоты, а также перестройку этой частоты по заданному алгоритму для обеспечения условий запуска лампы, формирователя, который на базе выходного сигнала тактового генератора вырабатывает на двух выходах поочередные импульсы с паузой между ними для управления ключами силового преобразователя, возбуждающего резонансный контур лампы, блока защиты, обеспечивающего при наличии внешнего сигнала выключение выходов формирователя, используемых для возбуждения резонансного контура ПРА, посредством силового преобразователя ПРА.

Указанное устройство имеет возможности сложной перестройки частоты для обеспечения прогрева спиралей, запуска и работы лампы, а также встроенный блок защиты, что позволяет реализовывать защиту ПРА при перегрузке по току.

Однако тактовый генератор данного устройства имеет достаточно сложную внутреннюю структуру и требует большое количество входов для реализации режимов перестройки частоты.

В описываемом прототипе отсутствует реализация возможности построения кратковременной защиты, например, от импульсных помех.

Реализация функции регулировки яркости лампы в описываемом прототипе также функционально не реализована и возможна только за счет изменения частоты работы задающего генератора посредством внешних вспомогательных цепей.

Технической задачей заявляемого устройства является решение, позволяющее реализовать условия запуска и работы люминесцентной лампы за счет реализованного непосредственно в задающем генераторе аппаратного обеспечения возможности скачкообразного изменения длительности выходных импульсов задающего генератора при неизменной паузе между ними, т.е. управления частотными режимами ПРА, а также возможность управления яркостью лампы за счет введения возможности регулировки длительности (широтно-импульсной модуляции) выходных импульсов задающего генератора с соответствующим изменением величины тока, протекающего через лампу.

Указанная техническая задача решается за счет того, что в задающий генератор устройства управления ПРА люминесцентной лампы, который содержит шины питания и подключенные к ним тактовый генератор, имеющий внешний вход и выход, формирователь, имеющий тактовый вход, вход блокировки выходов формирователя и два выхода, а также блок защиты, имеющий внешний вход и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, дополнительно введены управляемый делитель частоты, имеющий внешний вход переключения коэффициентов деления, тактовый выход управляемого делителя частоты и выход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, а так же блок управления длительностью импульсов формирователя, имеющий вход управления длительностью импульсов формирователя, вход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя и выход, а блок защиты имеет дополнительно вход разрешения включения блока защиты.

При этом управляемый делитель включен между выходом тактового генератора и тактовым входом формирователя таким образом, что выход тактового генератора соединен с тактовым входом управляемого делителя частоты, а тактовый выход управляемого делителя частоты соединен с тактовым входом формирователя, вход управляемого делителя частоты являющийся внешним входом переключения коэффициентов деления, соединен с входом разрешения включения блока защиты, выход управляемого делителя частоты, являющийся выходом разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, соединен с входом блока управления длительностью импульсов формирователя, являющимся входом разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, выход блока управления длительностью импульсов формирователя соединен с выходом блока защиты и входом блокировки выходов формирователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства.

На фиг.2 изображена функциональная схема ПРА люминесцентной лампы.

На фиг.3 изображена диаграмма работы тактового генератора.

На фиг.4 изображена диаграмма работы управляемого делителя частоты.

На фиг.5 изображена диаграмма работы формирователя.

На фиг.6 изображена диаграмма работы блока защиты.

На фиг.7 изображена диаграмма работы блока управления длительностью импульсов формирователя.

На фиг.8 изображена диаграмма работы управления длительностью импульсов формирователя в режиме управления яркостью.

На фиг. 9 изображена логическая схема заявляемого устройства, пример конкретного исполнения.

На фиг.10 изображена логическая схема тактового генератора по фиг.9.

На фиг.11 изображена диаграмма работы тактового генератора по Фиг.10.

На фиг. 12 изображена логическая схема управляемого делителя частоты по Фиг.9.

На фиг. 13 изображена диаграмма работы управляемого делителя частоты по Фиг 12.

На фиг.14 изображена логическая схема формирователя по Фиг.9.

На фиг.15 изображена диаграмма работы формирователя по Фиг.14.

На фиг.16 изображена логическая схема блока защиты по Фиг.9.

На фиг. 17 изображена диаграмма работы блока защиты по Фиг.16.

На фиг. 18 изображена логическая схема блока управления длительностью импульсов формирователя по Фиг.9.

На фиг. 19 изображена диаграмма работы блока управления длительностью импульсов формирователя по фиг.18.

Задающий генератор 1 состоит из подключаемых к шинам питания внешних контактов 2, 3, тактового генератора 4, управляемого делителя частоты 5, формирователя 6, блока защиты 7, блока управления длительностью импульсов формирователя 8, внешних контактов 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Для пояснения функционирования работы заявляемого устройства на фиг.2 изображена функциональная схема, где изображен заявляемый задающий генератор 1, в сочетании со вспомогательными цепями 15 образующий устройство управления 16 ПРА 17 люминесцентной лампы 18. ПРА 17 состоит, кроме перечисленных блоков, из источника питания 19, силового преобразователя 20 и резонансного контура 21, включающего в себя дроссель 22 и конденсатор 23.

Описание входов и выходов устройства.

Задающий генератор 1 имеет внешние контакты 2, 3, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Тактовый генератор 4 имеет вход и выход.

Управляемый делитель частоты 5 имеет два входа: 1-й вход (тактовый вход управляемого делителя частоты), 2-й вход (вход переключения коэффициентов деления) и два выхода: 1-й выход (тактовый выход управляемого делителя частоты), 2-й выход (выход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя).

Формирователь 6 имеет два входа: 1-й вход (тактовый вход формирователя), 2-й вход (вход блокировки выходов формирователя) и два выхода: 1-й и 2-й выходы формирователя 6.

Блок защиты 7 имеет два входа: 1-й вход (вход разрешения включения блока защиты), 2-й вход (вход блока защиты) и выход блока защиты.

Блок управления длительностью импульсов формирователя 8 имеет два входа: 1-й вход (вход блока управления длительностью импульсов формирователя 8), 2-й вход (вход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя) и выход блока управления длительностью импульсов формирователя.

Связи контактов и блоков заявляемого устройства.

Внешний контакт 9 задающего генератора 1 соединен со входом тактового генератора 4, выход которого соединен с 1-м входом управляемого делителя частоты 5. Внешний контакт 12 задающего генератора 1 соединен с 2-м входом управляемого делителя частоты 5 и 2-м входом блока защиты 7, 1-й выход управляемого делителя частоты 5 соединен с 1-м входом формирователя 6, 2-й выход управляемого делителя частоты 5 - с 2-м входом блока управления длительностью импульсов формирователя 8, 2-й вход формирователя 6 соединен с выходом блока защиты 7 и с выходом блока управления длительностью импульсов формирователя 8. Внешние контакты 10, 11 задающего генератора 1 соединены с 1-м и 2-м выходами формирователя 6. Внешний контакт 13 задающего генератора 1 соединен с 1-м входом блока защиты 7. Внешний контакт 14 задающего генератора 1 соединен с 1-м входом блока управления длительностью импульсов формирователя 8.

Функциональное назначение узлов заявляемого устройства.

Внешний контакт, 9 соединенный со входом тактового генератора 4, служит для подключения вспомогательных цепей 15, обеспечивающих возникновение колебаний заданной частоты на входе тактового генератора 4.

Тактовый генератор 4 вырабатывает сигнал заданной частоты на его выходе.

Внешний контакт 12, соединенный со 2-м входом управляемого делителя частоты 5 и 2-м входом блока защиты 7, служит для подключения вспомогательных цепей 15, формирующих сигнал переключения коэффициентов деления, он же сигнал разрешения включения блока защиты для управляемого делителя частоты 5 и блока защиты 7.

Управляемый делитель частоты 5 вырабатывает на 1-м выходе периодический сигнал, полученный делением заданным образом, в зависимости от состояния его 2-го входа (логический 0 или 1), частоты выходного сигнала тактового генератора 4. Также управляемый делитель частоты 5 вырабатывает на 2-м выходе сигнал разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя 8.

Формирователь 6 вырабатывает на основе сигнала, полученного с 1-го выхода управляемого делителя частоты 5, поочередные сигналы на 1-м и 2-м выходах, соответственно соединенных с внешними контактами 10 и 11, поочередно распределяя исходный сигнал между 1-м и 2-м выходами, а также блокирует 1-й и 2-й выходы при получении сигнала от блока защиты 7 или блока управления длительностью импульсов формирователя 8 на 2-й вход формирователя 6.

Внешние контакты 10 и11 необходимы для подключения задающего генератора 1 к силовому преобразователю 20 и служат для передачи выходных сигналов заданной частоты задающего генератора 1 посредством силового преобразователя 20 на резонансный контур 21 лампы 18.

Внешний контакт 13, соединенный с 1-м входом блока защиты 7, служит для подключения вспомогательных цепей 15, формирующих сигнал защиты при аварийных режимах работы лампы 18.

Блок защиты 7 вырабатывает на своем выходе сигнал защиты для блокировки выходов формирователя 6 на основе анализа сигналов, поступающих на его 1-й и 2-й входы.

Внешний контакт 14, соединенный с 1-м входом блока управления длительностью импульсов формирователя 8, служит для подключения вспомогательных цепей 15, вырабатывающих сигнал для управления длительностью импульсов формирователя 6.

Блок управления длительностью импульсов формирователя 8 вырабатывает на своем выходе сигнал блокировки выходов формирователя 6 длительностью, определяемой на основе анализа сигналов, поступающих на его 1-й и 2-й входы с внешнего контакта 14 и 2-го выхода управляемого делителя частоты 5 соответственно.

Функционирование устройства.

Тактовый генератор 4, соединенный через вход с внешним контактом 9, вырабатывает периодический сигнал заданной частоты на его выходе.

Полученный сигнал поступает на 1-й вход управляемого делителя частоты 5, где далее, на его основе, формируется периодический сигнал в виде импульсов прямоугольной формы с длительностью, кратной одному периоду периодического сигнала тактового генератора 4 и с возможностью изменения этой длительности входным сигналом высокого логического уровня, поступающим на 2-й вход управляемого делителя частоты 5. Кратность отношения длительности одного импульса, формируемого управляемым делителем частоты 5, к длительности одного периода тактового генератора 4 может составлять от 1 до 9 раз при низком уровне логического сигнала на 2-м входе управляемого делителя частоты 5 и от 2 до 10 раз при высоком логическом уровне на том же входе.

Длительность формируемых управляемым делителем частоты 5 импульсов при высоком уровне логического сигнала на 2-м входе управляемого делителя частоты 5 всегда выше, чем при низком уровне сигнала на том же входе. Далее сформированные управляемым делителем частоты 5 импульсы поступают на его 1-й выход, соединенный с 1-м входом формирователя 6. При этом между выходными импульсами на выходе управляемого делителя частоты 5 задается время паузы, всегда равное по длительности одному периоду тактового генератора 4. На 2-м выходе управляемого делителя частоты 5 одновременно с окончанием каждого выходного импульса вырабатывается сигнал разрешения выключения выходного сигнала для блока управления длительностью импульсов формирователя 8.

Сигнал с 1-го выхода управляемого делителя частоты 5 поступает на 1-й вход формирователя 6, где далее поочередно перераспределяется на выходы 1 и 2 формирователя 6. Импульсы на 1-м и 2-м выходах формирователя 6 могут быть заблокированы управляющим сигналом, поступающим на 2-й вход формирователя 6 с выхода блока защиты 7 или с выхода блока управления длительностью импульсов формирователя 8.

Блок защиты 7 включается при изменении сигнала на его 2-м входе, соединенном с 2-м входом управляемого делителя частоты 5 и внешним контактом 12 с логического уровня "0" на уровень логической "1". После включения блока защиты 7 и при поступлении сигнала на его 1-й вход он вырабатывает сигнал блокировки для входа 2 формирователя 6, до момента, пока сигнал на его 2-м входе не изменит свое состояние на уровень логический "0" и далее логическая "1".

Блок управления длительностью импульсов формирователя 8 вырабатывает на своем выходе сигнал, включающийся в момент появления сигнала на его 1-м входе, а выключающийся после пропадания сигнала на этом входе, но не ранее появления сигнала на его 2-м входе, соединенном со 2-м выходом управляемого делителя частоты 5, появляющимся в момент завершения текущего импульса на 1-м выходе управляемого делителя частоты 5.

Описание работы устройства в соответствии с режимами запуска и работы лампы.

1. Режим подогрева спиралей лампы.

На этом этапе тактовый генератор 4, соединенный с вспомогательными цепями через внешний контакт 9, вырабатывает периодический сигнал заданной частоты на его выходе.

Полученный сигнал поступает на 1-й вход управляемого делителя частоты 5, где далее, на его основе, формируется периодический сигнал в виде импульсов прямоугольной формы с длительностью, кратной одному периоду периодического сигнала тактового генератора 4. Далее сформированные управляемым делителем частоты 5 импульсы на его 1-м выходе поступают на 1-й вход формирователя 6, откуда далее поочередно поступают на 1-й и 2-й выходы формирователя 6. При этом последовательность импульс - пауза на одном выходе и далее импульс - пауза на другом выходе образуют один период частоты, вырабатываемой формирователем 6 задающего генератора 1 для возбуждения резонансного контура 21 ПРА 17 посредством силового преобразователя 20.

При этом сигнал от внешних цепей, поступающий через внешний контакт 12 на 2-й вход управляемого делителя частоты 5, имеет уровень логический "0", что должно соответствовать частоте на выходах формирователя 6 (определяется вспомогательными цепями 15, задающими частоту работы тактового генератора 4), повышенной по сравнению с резонансной частотой резонансного контура 21 ПРА 17, поступающей через силовой преобразователь 20 для возбуждения указанного резонансного контура 21. При этом через спирали лампы 18 начнет протекать ток, достаточный для их разогрева, а напряжение, возникшее в лампе 18, будет недостаточно для ее зажигания.

Время подачи сигнала логический "0" на внешний контакт 12 и соответственно на 2-й вход управляемого делителя частоты 5 определяется вспомогательными цепями 15 и соответствует времени прогрева спиралей лампы (обычно 0,4 -2,0 с). Кратность отношения длительности формируемых управляемым делителем частоты 5 импульсов к длительности одного периода тактового генератора 4 на этом этапе может составлять от 1 до 9 раз. В это же время тот же сигнал логического "0", поступая на 2-й вход блока защиты 7, запрещает включение блока защиты 7 и, соответственно, защиты ПРА 17. Это необходимо для того, чтобы защита не включалась во время прогрева спиралей лампы 18, так как напряжения и токи на лампе 18 в этот период могут в 1,5-2 раза превышать номинальные.

2. Режим поджига лампы.

На этом этапе, следующем после режима подогрева спиралей, режим работы тактового генератора 4 не меняется, а управляемый делитель частоты 5 изменяет режим своей работы за счет того, что сигнал от вспомогательных цепей 15, поступающий через внешний контакт 12 на 2-й вход управляемого делителя частоты 5, изменяет свой уровень с логического "0" на уровень логическая "1", что приводит к переключению длительности формируемых управляемым делителем частоты 5 импульсов на более длительные по сравнению их длительностью на первом этапе, что должно соответствовать переключению частоты на выходах формирователя 6 на частоту, близкую к резонансной частоте, резонансного контура 21 ПРА 17, подаваемой на указанный резонансный контур 21 через силовой преобразователь 20. Это приводит к резкому повышению напряжений на элементах резонансного контура 21, а соответственно и на лампе 18, что в свою очередь приводит к зажиганию лампы 18. Кратность отношения длительности формируемых управляемым делителем частоты 5 импульсов к длительности одного периода тактового генератора 4 на этом этапе может составлять от 2 до 10 раз.

2.1. Режим включения защиты.

В это же время тот же сигнал логической "1", поступая на 2-й вход блока защиты 7, соединенный с внешним контактом 12 и 2-м входом управляемого делителя частоты 5, включает блок защиты 7, выключенный ранее на этапе прогрева спиралей. При этом, если лампа 18 не включается в течение заданного времени (обычно 2-3 мс), повышенные во время запуска по сравнению с номинальным режимом работы лампы 18 токи и напряжения, поступая через вспомогательные цепи 15 на внешний контакт 13 и далее - на 1-й вход блока защиты 7, вызовут появление сигнала на выходе блока защиты 7 и соединенном с ним 2-м входе формирователя 6, что приведет к отключению выходных импульсов формирователя 6, а соответственно включению защиты ПРА 17.

3. Балластный режим (режим ограничения тока).

На этом этапе в случае, если на предыдущих этапах лампа 18 загорелась и включения защиты не произошло, тактовый генератор 4 продолжает работать как на первом и втором этапах, а управляемый делитель частоты 5 и формирователь 6 продолжают работать как при окончании 2-го этапа (режим поджига лампы). При этом сигнал от вспомогательных цепей 15, поступающий на 2-й вход управляемого делителя частоты 5, продолжает как и на втором этапе соответствовать уровню логическая "1", при этом длительность формируемых управляемым делителем частоты 5 и далее поступающих на выходы формирователя 6 импульсов будет такой же, как на втором этапе, и соответственно будет определять частоту возбуждения резонансного контура 21 ПРА 17. Но при загоревшейся лампе 18 конденсатор 23 резонансного контура 21 окажется зашунтированным работающей лампой 18, в результате чего на этом этапе ток, протекающий через лампу 18, будет ограничиваться индуктивным сопротивлением дросселя 22 резонансного контура 21 при текущей рабочей частоте (определяемой вспомогательными цепями 15, задающими частоту работы тактового генератора 4), что соответствует балластному режиму работы ПРА 17.

3.1 Режим включения кратковременной защиты.

В режиме подогрева спиралей, режиме поджига лампы и балластном режиме работы ПРА 17 могут возникать аварийные ситуации, обусловленные резкими перепадами напряжения питающей сети и, как следствие высоковольтными помехами, вследствие чего выходные ключи силового преобразователя ПРА 17 могут выйти из строя.

Для предотвращения подобных ситуаций служит режим кратковременной защиты. В этом режиме при возникновении в питающей сети высоковольтных помех, вспомогательными цепями 15 вырабатывается сигнал, с длительностью, близкой к длительности помехи, поступающий на внешний вход 14 и соединенный с ним 1-й вход блока управления длительностью импульсов формирователя 8, в результате чего на его выходе, соединенном с 2-м входом формирователя 6, появляется сигнал. При этом описываемый сигнал блокирует поступление сигналов, на 1-й и 2-й выходы формирователя 6, выключая их на время воздействия помехи и запрещает их дальнейшее включение до момента появления сигнала на 2-м выходе управляемого делителя частоты и соединенного с ним 2-го входа блока управления длительностью импульсов формирователя 8. Указанный сигнал разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя 8 появляется после окончания помехи в момент завершения формирования текущего выходного импульса управляемого делителя частоты 5. Соответственно на это же время выключаются ключи силового преобразователя 20, а соответственно включается защита ПРА 17.

4. Режим управления яркостью
Этот режим реализуется как один из вариантов балластного режима работы ПРА 17, описанного ранее. В этом режиме в зависимости от требуемой яркости лампы 18 вспомогательными цепями 15 генерируется сигнал управления яркостью, представляющий из себя кратковременный периодический сигнал с частотой, соответствующей частоте на выходе управляемого делителя частоты 5, поступающий на внешний вход 14 и соединенный с ним 1-й вход блока управления длительностью импульсов формирователя 8, в промежуток времени от начала до конца формирования текущего импульса управляемого делителя частоты 5. Причем, момент появления каждого импульса этого сигнала синхронизирован относительно начала формирования текущего импульса управляемого делителя частоты 5.

Таким образом, в момент появления этого импульса на выходе блока управления длительностью импульсов формирователя 8, соединенном с 2-м входом формирователя 6, появляется сигнал. Описываемый сигнал блокирует поступление сигналов на 1-й и 2-й выходы формирователя 6, выключая их, и запрещает их дальнейшее включение до момента появления сигнала на 2-м выходе управляемого делителя частоты 5 и соединенного с ним 2-го входа блока управления длительностью импульсов формирователя 8.

Указанный сигнал разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя 8, появляется в момент завершения формирования текущего выходного импульса управляемого делителя частоты 5. Соответственно длительность каждого импульса формирователя 6 ограничивается интервалом времени от начала этого импульса до момента поступления на внешний контакт 14 сигнала управления яркостью. При этом соответственно управляемому ограничению длительности импульсов формирователя 6 управляемо изменяется длительность импульсов тока, проходящих через лампу 18 и, как следствие этого, величина среднего тока, протекающего через лампу 18 и соответственно ее яркость.

При этом именно введение в структуру задающего генератора 1 управляемого делителя частоты 5 позволило организовать скачкообразное изменение частоты задающего генератора 1, необходимое для запуска лампы 18. Введение в структуру задающего генератора 1 блока управления длительностью импульсов формирователя 8 позволило реализовать режим защиты ПРА 17 от импульсных помех и режим управления яркостью лампы 18. Введение в блок защиты 7 входа включения блока защиты позволило отключать защиту ПРА 17 в нестационарных режимах работы.

Примеры конкретного исполнения устройства.

Пример 1
Заявляемый задающий генератор 1 может быть реализован следующим образом (см. фиг.9).

Тактовый генератор 4.

Тактовый генератор 4 (см. фиг 10, 11) может быть построен на триггере Шмитта D1 и последовательно соединенных с ним двух инверторах D6.1 и D7, на выходе последнего из которых находится транзистор с открытым коллектором, который соединен с входом триггера D1.

На входе триггера (А), соединенном со вспомогательными цепями (не показано) формируется пилообразный сигнал, на основе которого на выходе триггера D1 формируется выходной сигнал (Б) тактового генератора. В качестве триггера Шмитта D1 может использоваться микросхема К155ТЛ1, в качестве инвертора D6.1 - микросхема К155ЛН1, в качестве инвертора D7 - микросхема К155ЛН2.

Управляемый делитель 5
Управляемый делитель 5 (см. фиг.12, 13) может быть построен на счетчике D2, логических элементах 2ИЛИ D3, 3И-НЕ D8, НЕ D6. На счетный вход счетчика D2 поступают импульсы (Б) с выхода тактового генератора 4. С выходов Q1,Q2 счетчика D2 получившиеся сигналы (В) и (Г) поступают на входы элемента 2ИЛИ D3.1, в результате чего на его выходе формируется выходной сигнал управляемого делителя частоты (Д). В частном случае для показанной схемы выходной сигнал представляет из себя последовательность импульсов длительностью в два периода задающего генератора и паузы длительностью один период задающего генератора что происходит ввиду сброса счетчика через каждые три периода тактового генератора 4. Это справедливо при сигнале логический "1" на входе элемента 3И-НЕ D8, соединенном с выходом инвертора НЕ D6.4, на вход которого, соединенный с внешним контактом 12, подается сигнал (М) переключения частоты.

При появлении на входе 12 сигнала переключения частоты в виде логической "1" сигнал на входе элемента 3И-НЕ D8 изменяет свое значение на логический "0", в результате чего счетчик D2 перестает сбрасываться, выходной сигнал (Д) управляемого делителя частоты 5 приобретает вид последовательности импульсов длительностью три периода тактового генератора 4 и пауз длительностью один период тактового генератора 4. Так же выходной сигнал поступает на второй выход управляемого делителя частоты 5.

В качестве счетчика D2 может использоваться микросхема К155ИЕ5.

В качестве элементов НЕ D6.2, D6.4 может использоваться микросхема К155ЛН1.

В качестве элемента 3И-НЕ D8 может использоваться микросхема К155ЛА4.

В качестве элемента 2ИЛИ D3.1 может использоваться микросхема К155ЛЛ1.

Формирователь 6
Формирователь 6 может быть построен на логических элементах триггере D4, 2И D5, инверторе D6 (см. фиг.14, 15). Сигнал (Д) с управляемого делителя частоты 5 поступает на 1-й вход формирователя, вход синхронизации триггера D4, где частота исходного сигнала делиться в два раза после чего полученный в результате деления сигнал поступает на его прямой и инверсный выходы (Е), (Ж), откуда далее поступает на первые входы логических элементов 2И D5.1 и D5.2. На вторые входы тех же элементов подается исходный сигнал (Д) с управляемого делителя частоты 5. В результате перемножения сигналов с входов элементов D5.1 и D5.2 на выходах указанных элементов формируется сигнал, повторяющий исходный, импульсы которого поочередно через первые входы элементов D5.3 и D5.4 воспроизводятся на первый (З) и второй (И) выходы формирователя. Вторые входы элементов D5.3 и D5.4 используются для блокировки выходов формирователя поступающим на них через инвертор D6.3 сигналом (К) блокировки выходов формирователя (6). В качестве D - триггера D4 может использоваться микросхема К155ТМ2, в качестве элементов 2И D5.1,D5.2, D5.3, D5.4 - К155ЛИ1, в качестве инвертора D6.3 - микросхема К155ЛН1.

Блок защиты 7
Блок защиты 7 (см. фиг.16, 17) может быть построен на триггере D9.1 и инверторе D6.4, выход которого соединен с входом сброса R указанного триггера. Пока сигнал (М) на внешнем входе 12 и соединенном с ним 2-м входе блока защиты 7 (входе элемента HE D6.4) представляет из себя логический "0" на входе сброса R триггера D9.1 будет сигнал логическая "1". При этом выходной сигнал блока защиты 7 (Н) на выходе триггера D9.1 будет представлять из себя логический "0" независимо от состояния сигнала на внешнем входе 13 и соединенном с ним 1-м входом блока защиты 7 (входом С, синхронизации триггера D9.1), что соответствует выключенному состоянию блока защиты. При изменении сигнала (М) из состояния логический "0" в состояние логическая "1" вход сброса "R" триггера D9.1 переходит в состояние логический "0", что соответствует включению блока защиты 7, в результате чего при появлении сигнала на внешнем входе 13 и соединенном с ним 1-м входом блока защиты 7 (входом С синхронизации триггера D9.1) на выходе триггера D9.1 появляется сигнал (Н) логическая "1", являющийся выходным сигналом блокировки выходов формирователя. Сигнал (Н) на выходе блока защиты 7 остается в состоянии логическая "1" и после пропадания сигнала (М) на внешнем входе 13 и соединенном с ним 1-м входе блока защиты 7.

В качестве триггера D9.1 может использоваться микросхема К155ТМ2.

Блок управления длительностью импульсов формирователя 8
Блок управления длительностью импульсов формирователя 8 (см. фиг.18, 19) может быть построен на триггере D9.2. При появлении сигнала логическая "1" на внешнем входе 14 и соединенном с ним 1-м входе блока управления длительностью импульсов формирователя 8 (S-входе триггера D9.2) выход триггера D9.2 и соответствующий ему выходной сигнал (П) блока управления длительностью импульсов формирователя 8 переходит в состояние логической "1" и остается в этом состоянии и после пропадания сигнала на внешнем входе 14 до момента появления сигнала (Д) логический "0" на 2-м входе блока управления длительностью импульсов формирователя 8 (С-входе триггера D9.2), что соответствует по времени окончанию формирования текущего выходного импульса управляемого делителя частоты 5.

В качестве триггера D9.2 может использоваться микросхема К155ТМ2.

Выходные сигналы блока защиты 7 (Н) и блока управления длительностью импульсов формирователя 8 (П) могут быть объединены с помощью элемента 2ИЛИ D3.2 в сигнал (К) управления блокировкой выходов формирователя 6. В качестве элемента 2ИЛИ D3.2 может использоваться микросхема К155ЛЛ1 (все указанные микросхемы см. С.В. Якубовский. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. М.: Радио и Связь, 1985, с. 77-92).

Пример 2
Заявляемый задающий генератор1 также может быть реализован в виде интегральной микросхемы, разработанной фирмой заявителем данного устройства см "ДОДЭКА - Электронные Компоненты" ТУ 003.2001, Микросхемы интегральные Пуск 1, Технические условия Пуск 1.ТУ, Москва 28.07.2001.

Claims (1)

1. Задающий генератор устройства управления пускорегулирующего аппарата люминесцентной лампы, содержащий шины питания и подключенные к ним тактовый генератор, имеющий внешний вход и выход, формирователь, имеющий тактовый вход, вход блокировки выходов формирователя и два выхода, а также блок защиты, имеющий внешний вход и выход сигнала блокировки формирователя, соединенный со входом блокировки выходов формирователя, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены управляемый делитель частоты, имеющий внешний вход переключения коэффициентов деления, тактовый выход управляемого делителя частоты и выход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, а также блок управления длительностью импульсов формирователя, имеющий вход управления длительностью импульсов формирователя, вход разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя и выход, а блок защиты имеет дополнительно вход разрешения включения блока защиты, при этом управляемый делитель включен между выходом тактового генератора и тактовым входом формирователя таким образом, что выход тактового генератора соединен с тактовым входом управляемого делителя частоты, а тактовый выход управляемого делителя частоты соединен с тактовым входом формирователя, вход управляемого делителя частоты, являющийся внешним входом переключения коэффициентов деления, соединен с входом разрешения включения блока защиты, выход управляемого делителя частоты, являющийся выходом разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, соединен с входом блока управления длительностью импульсов формирователя, являющимся входом разрешения выключения выходного сигнала блока управления длительностью импульсов формирователя, выход блока управления длительностью импульсов формирователя соединен с выходом блока защиты и входом блокировки выходов формирователя.

Images