RU2141717C1 - Half-bridge self-excited oscillator - Google Patents
Half-bridge self-excited oscillator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2141717C1 RU2141717C1 RU97100088A RU97100088A RU2141717C1 RU 2141717 C1 RU2141717 C1 RU 2141717C1 RU 97100088 A RU97100088 A RU 97100088A RU 97100088 A RU97100088 A RU 97100088A RU 2141717 C1 RU2141717 C1 RU 2141717C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- circuit
- transistor
- current
- transistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для построения автоколебательных систем управления люминесцентными лампами ("электронные балласты"), а также галогенными лампами, вторичными источниками питания. The invention relates to microelectronics and can be used to build self-oscillating control systems for fluorescent lamps ("electronic ballasts"), as well as halogen lamps, secondary power sources.
Известна базовая схема автогенераторной системы для управления люминесцентными лампами, выполненная на дискретных элементах и содержащая выпрямительный мост на диодах D1-D4 с предохранителем F1 и сглаживающей емкостью C1, два силовых транзистора T1 и T2 с обратными диодами, базовыми резисторами R2, R3, соответственно, и выравнивающими эмиттерными резисторами R4 и R5, управляемых токами вторичных обмоток трансформатора L1, L2 с первичной обмоткой L3, включенной последовательно с токоограничивающей индуктивностью L4, развязывающей емкостью C4 и люминесцентной лампой, параллельно которой включена резонансная емкость C3, а также содержащая цепь запуска, состоящую из диака TH1, токозадающего резистора R1, стартовой емкости C2 и сбрасывающего диода D5. A basic circuit of a self-generating system for controlling fluorescent lamps, made on discrete elements and containing a rectifier bridge on diodes D1-D4 with a fuse F1 and a smoothing capacitor C1, two power transistors T1 and T2 with reverse diodes, basic resistors R2, R3, respectively, and equalizing emitter resistors R4 and R5, controlled by the currents of the secondary windings of the transformer L1, L2 with the primary winding L3 connected in series with the current-limiting inductance L4, decoupling capacitance C4 and lumina a centric lamp, in parallel with which the resonant capacitance C3 is connected, as well as containing a trigger circuit consisting of a diacra TH1, a current-sensing resistor R1, a starting capacitor C2 and a reset diode D5.
На фиг. 1 приведена базовая схема автогенераторной системы. In FIG. 1 shows a basic diagram of a self-generating system.
Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.
Диодный мост D1 - D4 и сглаживающая емкость C1 преобразуют переменное напряжение сети (например, 220В) в постоянное (≅ 300В). The diode bridge D1 - D4 and the smoothing capacitance C1 convert the alternating voltage of the network (for example, 220V) into constant (≅ 300V).
Стартовая цепь на резисторе R1, емкости C2 и диаке TH1 дает первоначальный "толчок" для возбуждения автоколебаний, диод D5 блокирует эту цепь после начала колебаний. The starting circuit on the resistor R1, capacitance C2 and the dialer TH1 gives the initial “push” for the excitation of self-oscillations, the diode D5 blocks this circuit after the start of oscillation.
Автотрансформатор построен на обмотках L1, L2, L3. Автоколебания возможны при противофазном включении вторичных обмоток и сдвиге фаз по току в первичной и вторичной обмотках трансформатора, близкому к π/2 на рабочей частоте, что достигается малым количеством витков во вторичных обмотках. The autotransformer is built on windings L1, L2, L3. Self-oscillations are possible with the antiphase switching on of the secondary windings and the current phase shift in the primary and secondary transformer windings close to π / 2 at the operating frequency, which is achieved by a small number of turns in the secondary windings.
Резисторы R2 и R3 ограничивают базовые токи соответственно силовых транзисторов T1 и T2. Resistors R2 and R3 limit the base currents of the power transistors T1 and T2, respectively.
Резисторы R4 и R5 необходимы для выравнивания характеристик дискретных транзисторов T1 и T2. Resistors R4 and R5 are needed to equalize the characteristics of discrete transistors T1 and T2.
Индуктивность L4 ограничивает скорость нарастания тока и одновременно образует последовательный колебательный контур с емкостью C3, необходимый для получения достаточно высокого напряжения зажигания лампы. Inductance L4 limits the slew rate of the current and at the same time forms a sequential oscillatory circuit with a capacitance C3, which is necessary to obtain a sufficiently high ignition voltage of the lamp.
Емкость C4 служит для развязки по постоянному току. Capacitance C4 is used for DC isolation.
Основные недостатки такой схемы следующие:
жесткий режим работы силовых транзисторов по напряжению и току. При синусоидальном управляющем сигнале на базах транзисторов при их выключении неизбежны интервалы времени, когда транзистор работает в активном режиме - при полном напряжении на коллекторе и постепенно спадающем коллекторном токе. Это происходит вследствие работы на индуктивную нагрузку. Время такого нежелательного режима составляет 1 - 4 мс, в зависимости от формы тока во вторичной обмотке трансформатора. Наличие этого режима требует тщательного выбора транзисторов по мгновенным мощностным характеристикам;
значительная рассеиваемая мощность на транзисторах при работе в активном режиме, что приводит к понижению КПД системы в целом и к необходимости решения проблемы отвода тепла;
проблема ограничения напряжения на холодной лампе при пуске, так как старт холодной лампы резко сокращает ее срок службы (это решается, например, включением параллельно резонансной емкости C3 дополнительного терморезистора);
отсутствие защиты по току;
невозможность регулирования яркости лампы.The main disadvantages of such a scheme are as follows:
hard mode of operation of power transistors for voltage and current. With a sinusoidal control signal at the bases of transistors, when they are turned off, time intervals are inevitable when the transistor is in active mode - at full voltage on the collector and gradually decreasing collector current. This is due to inductive load operation. The time of this undesirable mode is 1 - 4 ms, depending on the shape of the current in the secondary winding of the transformer. The presence of this mode requires a careful selection of transistors for instantaneous power characteristics;
significant dissipated power on transistors when operating in active mode, which leads to lower efficiency of the system as a whole and to the need to solve the problem of heat dissipation;
the problem of limiting the voltage on a cold lamp at start-up, since the start of a cold lamp sharply reduces its service life (this is solved, for example, by switching on an additional thermistor in parallel with the resonant capacitance C3);
lack of current protection;
the inability to control the brightness of the lamp.
Предлагаемый полумостовой автогенератор в интегральном исполнении позволяет устранить указанные недостатки и реализовать следующие основные функции:
управление автоколебательной системой с минимальными мощностными потерями;
защита силового транзистора по току;
ограничение тока нагрузки в начальный момент пуска системы при работе на нелинейную нагрузку;
возможность регулирования яркости ламп нагрузки.The proposed half-bridge oscillator in integrated design eliminates these shortcomings and implement the following main functions:
self-oscillating system control with minimal power losses;
power transistor current protection;
limitation of the load current at the initial moment of starting the system when working on a non-linear load;
the ability to control the brightness of the load lamps.
Сущность изобретения: к силовым транзисторам полумостового автогенератора подключены схемы управления, идентичные для верхнего и нижнего силового транзистора, которые для уменьшения рассеиваемой мощности преобразуют синусоидальное напряжение в ток прямоугольной формы, подаваемый в базы силовых транзисторов, и активно запирают силовые транзисторы при их выключении. Кроме того, нижний силовой транзистор имеет схему защиты по току, которая имеет внешнюю регулировку ее уровня и через схему блокировки выключает силовой транзистор при превышении заданного уровня выходного тока. The essence of the invention: control circuits identical to the upper and lower power transistors are connected to the power transistors of the half-bridge oscillator, which, to reduce the dissipated power, convert the sinusoidal voltage to a rectangular current supplied to the base of the power transistors and actively lock the power transistors when they are turned off. In addition, the lower power transistor has a current protection circuit, which has an external adjustment of its level and, through the blocking circuit, turns off the power transistor when the specified output current level is exceeded.
На фиг. 2 изображена схема полумостового автогенератора в составе автоколебательной системы для управления люминесцентными лампами. In FIG. 2 shows a diagram of a half-bridge oscillator as part of a self-oscillating system for controlling fluorescent lamps.
На фиг. 3 изображена схема полумостового генератора практического применения в интегральном исполнении. In FIG. 3 shows a diagram of a half-bridge generator of practical application in integrated design.
Полумостовой автогенератор содержит верхний силовой транзистор T1 с обратным диодом D5, управляемый схемой управления 1, которая преобразует синусоидальное напряжение вторичной обмотки L1, подключенной ко входу 2 схемы управления, в ток прямоугольной формы, который передается на выход 4 схемы управления, к которому базой подключен силовой транзистор T1. К входу 1 схемы управления 1 подключена накопительная емкость C5, обеспечивающая постоянное питание схемы управления 1. Преобразование напряжения в ток в схеме управления осуществляется генератором тока, построенным на резисторе R3 и транзисторах T3, T4, T5. Порог выключения генератора тока задается резистором R4 и стабилитроном ST1. Активное выключение силового транзистора T1 осуществляется транзисторами T6 и T7. Для заряда накопительной емкости C5 служит диод D7, диод D8 предотвращает ее разряд, последовательная цепочка из диода D9 и резистора R5 удерживает силовой транзистор в закрытом состоянии. Вторые выводы емкости C5 и обмотки L1 соединены с эмиттером силового транзистора T1, выходом 6 схемы управления 1, первым концом первичной обмотки L3 трансформатора и с коллектором нижнего силового транзистора T2 с обратным диодом D6, который управляется схемой управления 2, идентичной схеме управления 1. Эмиттер нижнего силового транзистора T2 подключен ко входу схемы защиты по току 4, второй вход которой подключен к внешнему регулировочному резистору R2. Схема защиты 4 запитывается током резисторов R7, R8 и содержит токовый резистор R6, напряжение с которого сравнивается с опорным транзисторами T8, T9. Сигнал с выхода схемы защиты 4 передается на схему блокировки 5, имеющую тиристор TH2, опорный стабилитрон ST2 и усилительный транзистор T10, который коллектором и эмиттером подключается к входам 3 и 4, соответственно, схемы управления 2. Для сброса схемы блокировки служит цепочка из транзистора T11 и резистора R9, подключаемая ко вторичной обмотке L2. Для первоначального запуска автоколебательной системы служит схема запуска 3, состоящая из токозадающего резистора R1, опорной цепочки на резисторе R10 и стабилитроне ST3 и стартовом тиристоре TH1 с ограничительным резистором R11. Для блокировки стартовой цепочки служит транзистор T12 и резистор R12, подключенный ко вторичной обмотке L2. The half-bridge oscillator contains an upper power transistor T1 with a reverse diode D5, controlled by a
Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.
После подачи на схему полумостового автогенератора выпрямленного сетевого напряжения (диодным мостом D1-D4 и сглаживающей емкостью C1) через резистор R1 схемы запуска 3 начнет заряжаться стартовая емкость C2. After the rectified mains voltage (diode bridge D1-D4 and smoothing capacitance C1) is fed to the half-bridge oscillator circuit, the starting capacitance C2 will start charging through the resistor R1 of the triggering
После того, как напряжение на ней превысит напряжение на стабилитроне ST3 на напряжение открытого эмиттер - базового перехода P-N-P-транзистора тиристора TH1, последний откроется и разрядит стартовую емкость C2 через ограничительный резистор R11 в базу нижнего силового транзистора T2, открывая его примерно на четверть периода рабочей частоты колебаний автоколебательной системы. After the voltage across it exceeds the voltage at the zener diode ST3 to the voltage of the open emitter - the base junction of the PNP transistor of thyristor TH1, the latter opens and discharges the starting capacitance C2 through the terminating resistor R11 to the base of the lower power transistor T2, opening it by about a quarter of the operating period oscillation frequency of a self-oscillating system.
Транзистор T2 откроется и начнет пропускать ток через нити накала люминесцентной лампы, емкости C3, C4, индуктивность L4 и первичную обмотку L3 трансформатора. Во вторичных обмотках трансформатора будет наводиться ЭДС индукции, причем в L2 положительное напряжение, в L1 отрицательное (по отношению к выводам 2-6 схем управления). Этот полупериод для схемы управления 2 будет рабочим, для схемы управления 1 - нерабочим, поэтому дальше описываются процессы в схеме управления 2. Через диод D7 накопительная емкость C6 начнет заряжаться и при превышении напряжения в три базо-эмиттерных напряжения генератор тока откроется и начнет передавать ток из обмотки L2 в базу силового транзистора T2, тем самым поддерживая автоколебательный процесс. Емкость C6 зарядится до номинального напряжения (примерно 7B) и генератор тока полностью выйдет на рабочий режим. При дальнейшем увеличении тока через первичную обмотку трансформатора вследствие сдвига фаз напряжение на вторичной начнет уменьшаться. Напряжение на емкости C6 будет относительно постоянным (небольшой разряд через генератор тока и резистор R4), и также будет оставаться постоянным ток в базу транзистора T2. После того, как напряжение на обмотке L2 станет меньше опорного напряжения на стабилитроне ST1, включится транзистор T6 и T7, последний перехватит ток из базы транзистора T2 и будет его активно запирать. Напряжение на коллекторе поднимется, и ток нагрузки будет продолжать течь через обратный диод D5, постепенно уменьшаясь и потом меняя знак. В дальнейшем напряжение на обмотке L2 становится отрицательным, напряжение на обмотке L1 становится положительным, начинается рабочий полупериод для схемы управления 1 и силового транзистора T1. Процесс повторяется таким же образом, как для нижней части полумоста. Transistor T2 opens and begins to pass current through the filament of the fluorescent lamp, capacitance C3, C4, inductance L4 and the primary winding L3 of the transformer. Induction EMF will be induced in the secondary windings of the transformer, moreover, the positive voltage in L2, the negative voltage in L1 (with respect to the terminals 2-6 of the control circuits). This half-period for
Частота автоколебаний будет зависеть от параметров трансформатора. Если последовательная резонансная цепь из L4-C3 настроена на эту частоту (развязывающая емкость C4 на порядок больше C3 и не влияет на резонансную цепь), то с каждым периодом будет увеличиваться напряжение на C3 и ток через нагрузку (и силовые транзисторы, соответственно). При достижении определенного значения тока через емкость C3 и, соответственно, напряжения необходимо остановить его рост, пока нити накала лампы не разогреются и ее напряжение зажигания не снизится до напряжения на емкости C3. Для этого внешним резистором R2 устанавливают уровень напряжения из условий:
IОГР=UR2/R6;
UR2=IR2•R2
IR2=(UCC-UST2)/R8;
где IОГР - требуемый ток ограничения,
UR2 - напряжение на резисторе R2,
IR2 - ток через резистор R2,
UCC - напряжение питания полумостового автогенератора,
UST2 - напряжение на стабилитрон ST2.The frequency of self-oscillations will depend on the parameters of the transformer. If the serial resonant circuit from L4-C3 is tuned to this frequency (the decoupling capacitance C4 is an order of magnitude greater than C3 and does not affect the resonant circuit), then with each period the voltage across C3 and the current through the load will increase (and power transistors, respectively). Upon reaching a certain value of the current through the capacitor C3 and, accordingly, the voltage, it is necessary to stop its growth until the filament of the lamp is warmed up and its ignition voltage drops to the voltage on the capacitor C3. For this, an external resistor R2 sets the voltage level from the conditions:
I OGR = U R2 / R6;
U R2 = I R2 • R2
I R2 = (U CC -U ST2 ) / R8;
where I OGR - the required current limiting
U R2 - voltage across the resistor R2,
I R2 - current through the resistor R2,
U CC - voltage supply half-bridge oscillator,
U ST2 - voltage to the zener diode ST2.
При нарастании тока через нижний силовой транзистор T2 до значения IОГР транзистор T8 выключится, ток резистора R7 потечет в базу N-Р-N- транзистора тиристора TH2 и включит его, он в свою очередь откроет усилительный транзистор T10. Транзистор T10 по входу 3 схемы управления 2 закроет в ней генератор тока, а по входу 5 включит запирающий транзистор T7. Силовой транзистор T2 закроется. Ток нагрузки, спадая, потечет через диод D5. На следующем полупериоде происходят следующие процессы: схема блокировки 5 сбросится цепочкой R9-T11, так как напряжение на входе 2 схемы управления 2 становится отрицательным; ток через силовой транзистор T1 или будет меньше IОГР вследствие частичного затухания колебаний при принудительном выключении силового транзистора T2, или превысит IОГР вследствие работы контура на резонансной частоте; что перевесит - будет зависеть от добротности контура. Однако, на следующем полупериоде ток через силовой транзистор T2 снова ограничится на уровне IОГР. Процесс застабилизируется до окончания разогрева лампы и ее зажигания. После этого резонансная емкость C3 будет эффективно шунтироваться сопротивлением лампы, ток нагрузки понизится до тока горения лампы. Изменением номинала регулировочного резистора R2 теперь можно регулировать яркость горения лампы.When the current increases through the lower power transistor T2 to the value of I OGR, the transistor T8 turns off, the current of the resistor R7 flows into the base of the N-P-N transistor of the thyristor TH2 and turns it on, it in turn will open the amplifying transistor T10. The transistor T10 at the
На фиг. 3 приведена схема практического применения в интегральном исполнении. In FIG. 3 shows a diagram of practical application in integrated design.
Данная схема реализована в опытно-конструкторской работе "Море-9М" (Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр Схемотехники и Интегральных Технологий", г.Брянск). This scheme was implemented in the experimental design work of More-9M (Closed Joint-Stock Company Research and Production Center for Circuit Engineering and Integral Technologies, Bryansk).
Основные дополнения к описанной выше схеме - это запитка схемы запуска, защиты и блокировки генераторами тока, построенными на транзисторах Q1, Q2, Q4 и Q5, а также введение схемы тепловой защиты на транзисторе Q3, усиление схемы блокировки дополнительными транзисторами и добавление резисторов, шунтирующих от тепловых утечек и емкостных токов базо-эмиттерные переходы транзисторов и тиристоров. The main additions to the circuit described above are powering the start-up, protection, and blocking circuits by current generators built on transistors Q1, Q2, Q4, and Q5, as well as introducing a thermal protection circuit on Q3 transistor, reinforcing the blocking circuit with additional transistors, and adding resistors shunting from thermal leakage and capacitive currents, base-emitter junctions of transistors and thyristors.
Литература
1. Elektro-anzeiger 44. Jg. Nr. 11, v. 13, 12, 1991, стр.67-68.Literature
1. Elektro-
2. Силовые полупроводниковые приборы. Перевод с английского под редакцией В. В.Токарева Первое издание. Воронеж, 1995 г. АО "ТранЭлектрик", стр. 393-402, стр. 592 - 603. 2. Power semiconductor devices. Translation from English edited by V.V. Tokarev First edition. Voronezh, 1995. TranElektrik JSC, pp. 393-402, pp. 592 - 603.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97100088A RU2141717C1 (en) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | Half-bridge self-excited oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97100088A RU2141717C1 (en) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | Half-bridge self-excited oscillator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97100088A RU97100088A (en) | 1999-02-10 |
RU2141717C1 true RU2141717C1 (en) | 1999-11-20 |
Family
ID=20188840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97100088A RU2141717C1 (en) | 1997-01-06 | 1997-01-06 | Half-bridge self-excited oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2141717C1 (en) |
-
1997
- 1997-01-06 RU RU97100088A patent/RU2141717C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Силовые полупроводниковые приборы./Под ред. В.В. Токарева. - Воронеж, АО "ТранЭлектрик", 1995, с.393-402. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5315214A (en) | Dimmable high power factor high-efficiency electronic ballast controller integrated circuit with automatic ambient over-temperature shutdown | |
US4523131A (en) | Dimmable electronic gas discharge lamp ballast | |
US5550436A (en) | MOS gate driver integrated circuit for ballast circuits | |
US4370600A (en) | Two-wire electronic dimming ballast for fluorescent lamps | |
RU2319194C2 (en) | Power governor with higher pulsation stability | |
US4005335A (en) | High frequency power source for fluorescent lamps and the like | |
US6433493B1 (en) | Electronic power converter for triac based controller circuits | |
US20090322237A1 (en) | Apparatus and method enabling fully dimmable operation of a compact fluorescent lamp | |
US5001400A (en) | Power factor correction in electronic ballasts | |
JPH01211894A (en) | Reverse phase control dimming circuit | |
US4506195A (en) | Apparatus for operating HID lamp at high frequency with high power factor and for providing standby lighting | |
CA2090851A1 (en) | Circuit arrangement | |
CA1184593A (en) | Electronic fluorescent lamp ballast | |
KR0137181B1 (en) | Discharge lamp lighting device | |
US5982106A (en) | Self-protected series resonant electronic energy converter | |
US5122712A (en) | Method and circuit to operate a low-pressure discharge lamp, particularly compact fluorescent lamp | |
US4572989A (en) | Rapid-start, low-pressure discharge lamp operating circuit | |
JP2010538426A (en) | Thermal foldback of ballast for straight tube fluorescent lamp | |
US5341067A (en) | Electronic ballast with trapezoidal voltage waveform | |
WO1990011672A1 (en) | Device for lighting a discharge lamp | |
US6157142A (en) | Hid ballast circuit with arc stabilization | |
US5757630A (en) | Control circuit with improved functionality for non-linear and negative resistance loads | |
WO1996031092A1 (en) | Power system with simplified, low cost self-starting self oscillator, power factor correction, power regulation and output open circuit voltage regulation, overload and short circuit protection | |
US3626277A (en) | Current regulator suitable for mercury lamp ballast | |
RU2141717C1 (en) | Half-bridge self-excited oscillator |