RU17249U1

RU17249U1 - ELECTRONIC START-UP DEVICE FOR DISCHARGE LIGHTING LAMPS

Info

Publication number: RU17249U1
Application number: RU2000126089/20U
Authority: RU
Inventors: В.И. Коломиец; Н.И. Самчик; Р.А. Жданов
Original assignee: Коломиец Валентин Иванович; Самчик Николай Иванович; Жданов Роман Анатольевич
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2001-03-20

Abstract

Устройство пускорегулирующее электронное для газоразрядных осветительных ламп, содержащее фильтр радиопомех, выпрямительный мост, корректор коэффициента потребляемой мощности с дросселем, имеющим магнитопровод, инвертор напряжения с дросселем, имеющим магнитопровод, и поджигающее устройство, отличающееся тем, что объемы магнитопроводов минимизированы при заданной энергии и частоте следования импульсов за счет выбора оптимальной величины зазоров, выполненных в магнитопроводах дросселей корректора коэффициента потребляемой мощности и инвертора напряжения, а на входе выпрямительного моста подключены термопредохранитель и терморезистор.Electronic ballast control device for gas-discharge lighting lamps, comprising a radio noise filter, a rectifier bridge, a power factor corrector with a choke having a magnetic circuit, a voltage inverter with a choke having a magnetic circuit, and an ignition device, characterized in that the volumes of the magnetic circuits are minimized at a given energy and repetition rate pulses due to the choice of the optimal value of the gaps made in the magnetic cores of the chokes of the corrector of the coefficient of power consumption ty and voltage of the inverter, and the input of the rectifier bridge connected thermal fuse and thermistor.

Description

Устройство пускорегулирующее электронное для газоразрядных осветительных лампElectronic ballasts for gas discharge lamps

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к аппаратам для питания высокочастотным током газоразрядных ламп и может использована во вторичных источниках электропитания и других преобразователях электрической энергии, имеющих дроссели и трансформаторы.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to devices for supplying high-frequency current to gas discharge lamps and can be used in secondary power sources and other electric energy converters having chokes and transformers.

Проблеме в целом посвящено значительное количество сообщений и обзоров (О.Е. Румянцева. Полупроводниковые компоненты для электронных балластов фирмы Motorola. Кафедра электротехнических комплексов автономных объектов. М.,МЭИ, 1997).A significant number of reports and reviews are devoted to the problem as a whole (OE Rumyantseva. Motorola semiconductor components for electronic ballasts. Department of Electrotechnical Complexes of Autonomous Objects. M., MPEI, 1997).

Анализ источников показывает, что получившие распространение пускорегулирующие устройства можно разделить на две группы:An analysis of the sources shows that the widely used ballasts can be divided into two groups:

- электронные пускорегулирующие устройства первого поколения для газоразрядных ламп низкого давления построены по автогенераторной схеме с обратной связью через трансформатор тока. Газоразрядные люминесцентные лампы низкого давления обладают достаточным постоянством параметров горения в процессе эксплуатации из-за значительного удаления электродов друг от друга, что и обеспечивает широкое распространение таких устройств.- first-generation electronic ballasts for low-pressure discharge lamps are constructed according to a self-generating circuit with feedback through a current transformer. Low-pressure gas-discharge fluorescent lamps have sufficient constancy of combustion parameters during operation due to the significant distance of the electrodes from each other, which ensures the wide distribution of such devices.

Применение этой схемы для питания газоразрядных ламп высокого давления, например натриевых, не обеспечивает стабильных эксплуатационных характеристик системы «пускорегулирующее устройство-лампа, т.е. не достигается необходимая стабилизация параметров горения лампы в процессе эксплуатации, силовые элементы схемы работают в критических режимах, точный расчет и настройка параметров схемы невозможны. Схема при эксплуатации ненадежна. Примером может служить пускорегулирующий аппарат ЭПРА-Н-220-ХХ (Проспект фирмы ЭНЭФ Электронные пускорегулирующие аппараты для свег™ 1 г ° в The use of this circuit to power high-pressure discharge lamps, for example sodium, does not provide stable operational characteristics of the "ballast-control device-lamp, i.e. the necessary stabilization of the combustion parameters of the lamp during operation is not achieved, the power elements of the circuit operate in critical modes, accurate calculation and adjustment of the circuit parameters are impossible. The circuit during operation is unreliable. An example is the ballast control EPRA-N-220-XX (Prospectus of the company ENEF Electronic ballasts for sveg ™ 1 g ° in

тильников с газоразрядными лампами. Р.Б, г.Молодечно, 1998), от которого потребители после опытной эксплуатации отказываются.tilniks with discharge lamps. RB, Molodechno, 1998), from which consumers after trial operation refuse.

- электронные пускорегулирующие устройства второго поколения для газоразрядных ламп выполнены с использованием микросхемы генератора - драйвера силовых МДП - транзисторов полумостового инвертора напряжения. В диагонали инвертора включены последовательно колебательный контур и лампа.- second-generation electronic ballasts for gas discharge lamps are made using a generator chip - a power MIS driver - a half-bridge voltage inverter transistor. In the diagonal of the inverter, an oscillatory circuit and a lamp are connected in series.

Схема устройства позволяет раздельно регулировать собственную частоту колебательного контура и частоту задающего генератора, что, в свою очередь, позволяет регулировать границы стабилизации параметров горения лампы (О.Е.Румянцева. Полупроводниковые компоненты для электронных балластов фирмы Motorola. M., МЭИ, 1997.)The device circuit allows you to separately adjust the natural frequency of the oscillatory circuit and the frequency of the master oscillator, which, in turn, allows you to adjust the stabilization limits of the lamp burning parameters (O.E. Rumyantseva. Semiconductor components for electronic ballasts from Motorola. M., MPEI, 1997.)

Стабильность параметров горения газоразрядных ламп высокого давления и надежность пускорегулирующего устройства в целом, в первую очередь, зависит от правильности выбора параметров дросселей.The stability of the combustion parameters of high-pressure discharge lamps and the reliability of the ballast device as a whole, first of all, depends on the correct choice of the parameters of the chokes.

Параметры дросселя взаимосвязаны и в общем случае описываются сложным нелинейным уравнением типа:The parameters of the throttle are interconnected and are generally described by a complex non-linear equation of the type:

Vm F (Wu, fu дВсрт,Д Рт, 5, СО, dnp, ДТ),Vm F (Wu, fu dVsrt, D RT, 5, CO, dnp, DT),

где: Vm - минимальный объем магнитопровода с параметрами; дВсрт - допустимое приращение индукции в магнитопроводе;where: Vm is the minimum volume of the magnetic circuit with parameters; dVsrt - permissible increment of induction in the magnetic circuit;

б - оптимальный зазор в магнитопроводе;b - optimal clearance in the magnetic circuit;

дРт - потери в магнитопроводе;DRT - losses in the magnetic circuit;

Ш - число витков обмотки дросселя ;W - the number of turns of the inductor winding;

dnp - эквивалентный диаметр провода ;dnp is the equivalent wire diameter;

Im - амплитудное значение тока; /u - частота следования импульсов;Im is the amplitude value of the current; / u is the pulse repetition rate;

дТ - допустимый перегрев катушки дросселя.dT - permissible overheating of the inductor coil.

Каждая из составляющих данного уравнения имеет свое определение (А.Н. Горский и др. Расчет электромагнитных элементов источников вторичного электропитания. М., Радио и связь, 1998), поэтому в один прием оптимальные параметры сердечника не могут быть определены однозначно.Each of the components of this equation has its own definition (AN Gorsky and others. Calculation of electromagnetic elements of secondary power sources. M., Radio and communication, 1998), therefore, in one step, the optimal core parameters cannot be determined unambiguously.

Для этого должна быть составлена минимизационная задача, которая решается методом последовательного приближения к оптимуму, критерием которого является оптимальный зазор при минимальном объеме магнитопровода и выполнении условия, когда магнитодвижущая сила в зазоре равна и больше амплитудных ампер - витков в катушке при всех режимах работы дросселя в пределах допустимых потерь.For this, a minimization problem should be formulated, which is solved by the method of successive approximation to the optimum, the criterion of which is the optimal gap with the minimum volume of the magnetic circuit and the condition when the magnetomotive force in the gap is equal to and greater than the amplitude amperes - turns in the coil for all operating modes of the inductor within allowable losses.

В результате решения этой задачи достигается главное отличие предлагаемой полезной модели от аналогов, которые с одной стороны строятся по схеме (О.Е. Румянцева. Полупроводниковые компоненты для электронных балластов фирмы Motorola. M., МЭИ, 1997), а с другой стороны, в них вопросам конструирования дросселей уделяется недостаточное внимание. При таком подходе надежность электронных пускорегупирующих устройств оказывается низкой и несмотря на более высокую эффективность их применения по сравнению с дроссельными, распространения они не получили.As a result of solving this problem, the main difference between the proposed utility model and analogues is achieved, which, on the one hand, are constructed according to the scheme (OE Rumyantseva. Semiconductor components for electronic ballasts from Motorola. M., MPEI, 1997), and, on the other hand, insufficient attention is paid to them on the design of throttles. With this approach, the reliability of electronic ballasts is low and despite the higher efficiency of their use compared with throttle, they are not widespread.

Схема инвертора напряжения с драйвером силовых транзисторов наиболее удобна для выполнения пускорегупирующих устройств натриевых газоразрядных ламп и может быть прототипом заявляемой полезной модели (International Rectifier. Силовые полупроводники.Перевод с английского под редакцией В.В. Токарева. Воронеж, 1995, стр.600).A voltage inverter circuit with a power transistor driver is most convenient for executing ballasts of sodium discharge lamps and can be a prototype of the claimed utility model (International Rectifier. Power semiconductors. Translated from English by V.V. Tokarev. Voronezh, 1995, p. 600).

ooOf2& -3Электронное пускорегулирующее устройство по прототипу содержит фильтр радиопомех, выпрямительный мост, корректор коэффициента потребляемой мощности с дросселем, имеющим магнитопровод, инвертор напряжения с дросселем, имеющим магнитопровод,и поджигающее устройство.ooOf2 & -3 The electronic ballast according to the prototype comprises a radio noise filter, a rectifier bridge, a power factor corrector with a choke having a magnetic circuit, a voltage inverter with a choke having a magnetic circuit, and an ignition device.

Объемы магнитопроводов, применяемые в этом устройстве, не минимизированы. Схема корректора коэффициента потребляемой мощности собрана на дискретных элементах, что ограничивает частотные возможности узла, а следовательно, надежность этого устройства.The volumes of magnetic cores used in this device are not minimized. The corrector circuit of the power consumption coefficient is assembled on discrete elements, which limits the frequency capabilities of the node, and therefore the reliability of this device.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные недостатки и создать устройство пускорегулирующее электронное для газоразрядных осветительных ламп с высокой надежностью и эффективностью.The problem to which the claimed utility model is directed is to eliminate the indicated drawbacks and create an electronic ballast control device for gas-discharge lighting lamps with high reliability and efficiency.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что предложено устройство пускорегулирующее электронное для газоразрядных осветительных ламп, которое содержит фильтр радиопомех, выпрямительный мост, корректор коэффициента потребляемой мощности с дросселем, имеющим магнитопровод с зазором, инвертор напряжения с дросселем, имеющим магнитопровод с зазором, и поджигающее устройство, причем объемы магнитопроводов минимизированы при заданной энергии и частоте следования импульсов за счет выбора оптимальной величины зазоров в магнитопроводах дросселей корректора коэффициента потребляемой мощности и инвертора напряжения, а на входе выпрямительного моста подключены термопредохранитель и терморезистор.The essence of the claimed utility model lies in the fact that the proposed electronic ballasts for gas discharge lamps, which contains a radio interference filter, rectifier bridge, power factor corrector with a choke having a magnetic circuit with a gap, a voltage inverter with a choke having a magnetic circuit with a gap, and igniting device, and the volume of the magnetic circuit is minimized at a given energy and pulse repetition rate by choosing the optimal magnitude of the gaps in the mag strings of the chokes of the power factor corrector and the voltage inverter, and a thermal fuse and a thermistor are connected at the input of the rectifier bridge.

Отличие от прототипа заявляемого устройства заключается в том, что объемы магнитопроводов минимизированы при заданной энергии и частоте следования импульсов за счет выбора оптимальной величины зазоров, выполненных в магнитопроводах дросселей корректора коэффициента потребляемой мощности иThe difference from the prototype of the claimed device lies in the fact that the volume of the magnetic cores is minimized at a given energy and pulse repetition rate due to the selection of the optimal size of the gaps made in the magnetic cores of the power factor corrector chokes and

(2& Of3 -4инвертора напряжения, а на входе выпрямительного моста подключены термопредохранитель и терморезистор.(2 & Of3 -4 voltage inverters, and a thermal fuse and a thermistor are connected at the input of the rectifier bridge.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом.The essence of the claimed utility model is illustrated in the drawing.

Устройство пускорегулирующее электронное для газоразрядных осветительных ламп содержит термопредохранитель 1 для защиты от возгорания устройства в аварийных режимах, терморезистор 2 для ограничения пускового тока, фильтр радиопомех 3, выпрямительный мост 4, корректор коэффициента потребляемой мощности 5 с дросселем 6, магнитопровод которого выполнен с зазором 7, инвертор напряжения 8 с генератором - драйвером 9, транзисторами 10 и 11, дросселем 12, магнитопровод которого выполнен с зазором 13, кондесаторами 14 и 15, которые зашунтированы диодами 16 и 17, а также генератор поджигающих импульсов 18 с диодом 19 и нагрузку - газоразрядную лампу 20.Electronic ballast control device for gas-discharge lighting lamps contains a thermal fuse 1 for protection against fire of the device in emergency conditions, a thermistor 2 for limiting the starting current, a radio noise filter 3, a rectifier bridge 4, a power factor corrector 5 with a reactor 6, the magnetic circuit of which is made with a gap 7, voltage inverter 8 with a generator - driver 9, transistors 10 and 11, a choke 12, the magnetic circuit of which is made with a gap 13, capacitors 14 and 15, which are shunted by diodes 16 and 17, as well as an ignition pulse generator 18 with a diode 19 and a load, a discharge lamp 20.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Напряжение питающей сети через термопредохранитель 1, терморезистор2 и фильтр радиопомех 3 подается на выпрямительный мост 4, с выхода которого выпрямленное двухполупериодное напряжение подается на вход корректора коэффициента потребляемой мощности 5. Корректор коэффициента потребляемой мощности преобразует входное напряжение с колебаниями питающей сети в стабилизированное постоянное напряжение питания инвертора напряжения 8. Инвертор напряжения в составе генератора - драйвера 9, транзисторов полумоста 10 и 11, дросселя 12, конденсаторов 14 и 15 с шунтирующими их диодами 16 и 17 преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение высокой частоты для питания нагрузки, причем нагрузка - газоразрядная лампа 20 подключается между дросселем 12 и конденсаторами 14 и 15. Диоды 16 , 17 обеспечивают стабилизацию действующего значения напряжения на контуре при изменении внутреннего сопротивления лампы. Магнитопроводы дросселей корректора потребIc tfflC The mains voltage through the thermal fuse 1, the thermistor 2 and the radio noise filter 3 is supplied to the rectifier bridge 4, from the output of which the rectified half-wave voltage is supplied to the input of the power consumption factor corrector 5. The power consumption factor corrector converts the input voltage with the oscillations of the power supply into a stabilized constant voltage of the inverter voltage 8. Voltage inverter as part of the generator - driver 9, transistors half-bridge 10 and 11, inductor 12, capacitor 14 and 15, with diodes 16 and 17 shunting them, converts direct voltage to alternating voltage of high frequency to power the load, and the load - discharge lamp 20 is connected between the inductor 12 and capacitors 14 and 15. Diodes 16, 17 provide stabilization of the effective voltage value on the circuit at changing the internal resistance of the lamp. The magnetic circuits of the corrector chokes consumptionIc tfflC

ляемой мощности и инвертора напряжения минимизированы по вышеописанной методике.power and voltage inverter are minimized by the above method.

Генератор поджигающих импульсов 18 включается сразу после подключения устройства к питающей сети и вырабатывает поджигающие импульсы для поджига газоразрядной лампы. При образовании в горелке лампы первичного плазменного шнура через лампу начинает протекать ток контура, конденсаторы 14, 15 перезаряжаются и через диод 19 генератор поджигающих импульсов 18 срывает свои колебания. Повторное включение генератора поджигающих импульсов возможно после исчезновения плазменного тела в горелке лампы и восстановления исходного сопротивления.The generator of firing pulses 18 turns on immediately after connecting the device to the mains and generates firing pulses to ignite a discharge lamp. When a primary plasma cord is formed in the lamp burner through the lamp, the circuit current flows, the capacitors 14, 15 are recharged and the ignition pulse generator 18 breaks its oscillations through the diode 19. Re-activation of the ignition pulse generator is possible after the disappearance of the plasma body in the lamp burner and restoration of the initial resistance.

Конструктивно устройство заключено в стальную коробку по классу защиты 1 ГОСТ12.2.007.0 с вентиляционными отверстиями IP34 ГОСТ14254 и состоит из трех узлов: печатной платы, на которой последовательно расположены функциональные элементы по настоящему описанию, алюминиевого основания - охладителя для монтажа транзисторов и закрепления печатной платы и крышки. Печатная плата и транзисторы для защиты от воздействия окружающей среды защищены лаком.Structurally, the device is enclosed in a steel box according to protection class 1 GOST12.2.007.0 with ventilation holes IP34 GOST14254 and consists of three nodes: a printed circuit board on which the functional elements are described in series as described, an aluminum base - a cooler for mounting transistors and fixing the printed circuit board and covers. The circuit board and transistors are protected against environmental influences by varnish.

Применение схемы предлагаемой полезной модели обеспечивает стабильные эксплуатационные характеристики системы «пускорегулирующее устройство - лампа, т. е. достигается необходимая стабилизация параметров горения лампы в процессе эксплуатации, силовые элементы схемы работают в нормальных режимах, возможен точный расчет и настройка параметров схемы при минимальных габаритах устройства.The application of the proposed utility model circuit provides stable operational characteristics of the “ballast - lamp” system, that is, the necessary stabilization of the lamp burning parameters during operation is achieved, the power elements of the circuit operate in normal modes, accurate calculation and adjustment of the circuit parameters with the minimum dimensions of the device is possible.

Следовательно, надежность и эффективность заявляемого устройства превышает известные.Therefore, the reliability and effectiveness of the claimed device exceeds the known.

2&0-1312 (о 0f9 -6Формула2 & 0-1312 (about 0f9 -6

Claims

Electronic ballast control device for gas-discharge lighting lamps, containing a radio noise filter, a rectifier bridge, a power factor corrector with a choke having a magnetic circuit, a voltage inverter with a choke having a magnetic circuit, and an ignition device, characterized in that the volumes of the magnetic circuits are minimized at a given energy and repetition rate pulses due to the choice of the optimal value of the gaps made in the magnetic cores of the chokes of the corrector of the coefficient of power consumption ty and voltage of the inverter, and the input of the rectifier bridge connected thermal fuse and thermistor.