RU2167503C2

RU2167503C2 - Method and device for control of electric power of gaseous-discharge lamp

Info

Publication number: RU2167503C2
Application number: RU99115907/09A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Иванов; А.В. Шепелин; П.А. Васильев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чебоксарский приборостроительный завод "ЭЛАРА"
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, applicable for supply of gaseous-discharge devices, in particular, gaseous-discharge lamps. SUBSTANCE: method of control consists in regulation of durations of alternating open and closed states of the power controllable key, the above durations of each of the states is preset by the integration time of the sum of three signals: the first signal - from the power key current magnitude transducer, the second signal - from the power source voltage magnitude transducer, and the third constant signal equal with an inverse sign to the value of the sum of the first and second signals, average for the period of change-over of the power key, and bias signal running from the source, presetting the power consumed from the supply source; correcting signals may be added to the above three signals. The device realizing the method has a power key current magnitude transducer, supply source voltage magnitude transducer, bias signal source, driver, power controllable key, matching link connected in series with the power controllable key, which additionally is provided with a summing and integrating unit and a comparator with a change-over hysteresis, connected to the inputs of the summing and integrating unit are the outputs of the power key current magnitude transducer, supply voltage magnitude transducer and the bias signal source, and the output is connected to the input of the comparator with the changeover hysteresis, whose output is connected to the input of the driver controlling the power controllable key. EFFECT: control of electric power of gaseous-discharge lamp. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания газоразрядных устройств и, в частности, газоразрядных ламп. The invention relates to electrical engineering and can be used to power gas-discharge devices and, in particular, gas-discharge lamps.

Известен способ регулирования мощности питания газоразрядных ламп и реализующее его устройство [Патент РФ N 2101886, МПК H 05 B 41/29, опубл. в бюлл. N 1/98] , в котором управление силовым ключом осуществляется в зависимости от величины тока, питающего напряжения на накопительном конденсаторе и управляемом ключе, причем стабилизация мощности газоразрядной лампы осуществляется путем изменения действующего тока лампы за счет сужения средней (наиболее эффективной) временной зоны внутри периода изменения напряжения питания. A known method of regulating the power of gas discharge lamps and the device that implements it [RF Patent N 2101886, IPC H 05 B 41/29, publ. in the bull. N 1/98], in which the power switch is controlled depending on the magnitude of the current, the supply voltage on the storage capacitor and the controlled key, and the stabilization of the power of the gas discharge lamp is carried out by changing the current lamp current by narrowing the average (most effective) time zone inside the period changes in supply voltage.

Недостатком известного способа является требование достаточно сильного изменения напряжения источника питания (например, выпрямленное сетевое напряжение без сглаживающего конденсатора) для управления средней электрической мощностью газоразрядной лампы. The disadvantage of this method is the requirement for a sufficiently strong change in the voltage of the power source (for example, a rectified mains voltage without a smoothing capacitor) to control the average electric power of a discharge lamp.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и принятым за прототип является способ регулирования мощности питания газоразрядных ламп [Патент США N 4230971, МПК H 05 B 41/39, опубл. 28.10.80], заключающийся в том, что при питании газоразрядной лампы двуполярными электрическими импульсами, длительность открытого состояния силового ключа (к лампе прикладывается напряжение одной полярности) определяется моментом достижения током в силовой цепи ключевого элемента заданной величины, а длительность закрытого состояния силового ключа (к лампе прикладывается ток противоположной полярности) задается принудительно. Closest to the invention in technical essence and adopted as a prototype is a method of regulating the power supply of discharge lamps [US Patent N 4230971, IPC H 05 B 41/39, publ. 28.10.80], which consists in the fact that when a gas-discharge lamp is supplied with bipolar electric pulses, the duration of the open state of the power switch (a voltage of the same polarity is applied to the lamp) is determined by the moment the current in the power circuit reaches the key element of a given value, and the duration of the closed state of the power switch ( a current of opposite polarity is applied to the lamp) is set forcibly.

Недостатком прототипа является зависимость средней электрической мощности газоразрядной лампы от напряжения источника питания и от сопротивления газоразрядной лампы. The disadvantage of the prototype is the dependence of the average electric power of the discharge lamp on the voltage of the power source and on the resistance of the discharge lamp.

Техническим результатом изобретения является регулирование электрической мощности газоразрядной лампы. The technical result of the invention is the regulation of the electric power of a discharge lamp.

Технический результат достигается тем, что по способу управления, заключающемуся в регулировании длительностей чередующихся открытого и закрытого состояний силового управляемого ключа, упомянутые длительности каждого из состояний задают временем интегрирования суммы трех сигналов: первого сигнала - от датчика величины тока силового управляемого ключа, второго сигнала - от датчика величины напряжения источника питания, и третьего сигнала, равного с обратным знаком среднему за период переключения силового управляемого ключа значению суммы первого и второго сигналов, поступающего от источника сигнала смещения и задающего мощность, потребляемую от источника питания, причем к упомянутым трем сигналам могут добавляться корректирующие сигналы. The technical result is achieved by the fact that, according to the control method, which consists in regulating the durations of alternating open and closed states of the power controlled key, the mentioned durations of each of the states are set by the integration time of the sum of three signals: the first signal from the current sensor of the power controlled key, the second signal from the sensor of the voltage value of the power source, and the third signal, equal with the opposite sign to the average value for the period of switching the power controlled key value the sum of the first and second signals coming from the source of the bias signal and setting the power consumed from the power source, and correction signals can be added to the three signals.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим датчик величины тока силового управляемого ключа, датчик величины напряжения источника питания, источник сигнала смещения, драйвер, силовой управляемый ключ, согласующее звено, включенное последовательно с силовым управляемым ключом, которое дополнительно снабжено суммирующим и интегрирующим блоком и компаратором с гистерезисом переключения, причем к входам суммирующего и интегрирующего блока подсоединены выходы датчика величины тока силового управляемого ключа, датчика величины напряжения питания и источника сигнала смещения, а выход подключен ко входу компаратора с гистерезисом переключения, выход которого соединен со входом драйвера, управляющего силовым управляемым ключом. Such a method can be implemented by a device containing a current magnitude current sensor of a power key, a voltage source voltage sensor, a bias signal source, a driver, a power key, a matching link connected in series with a power key, which is additionally equipped with a summing and integrating unit and a comparator with switching hysteresis, moreover, the outputs of the sensor of the current value of the power controlled key, the sensor are connected to the inputs of the summing and integrating unit elichiny supply voltage source and the bias signal, and an output connected to an input of the comparator with switching hysteresis, the output of which is connected to the driver input, the control power driven wrench.

Сущность изобретения заключается в регулировании средней электрической мощности газоразрядной лампы путем взаимокомпенсации влияния напряжения источника питания и среднего значения тока через силовой управляемый ключ. Для примера рассмотрим случай линейной зависимости сигнала датчика величины напряжения источника питания от напряжения источника питания V_ИП и сигнала датчика величины тока силового управляемого ключа от тока I_ИП силового управляемого ключа. Обозначим: <I_ИП> - средний за период ток силового управляемого ключа, равный с точностью до потерь среднему за период току, потребляемому от источника питания. V_СМ - сигнал от источника сигнала смещения, задающий среднюю электрическую мощность газоразрядной лампы, < δ V_КОРР> - среднее за период значение дополнительного корректирующего сигнала. Тогда:
(k₁₁+k₁₂•<I_ИП>)+(k₂₁+k₂₂ •V_ИП)=V_СМ+< δ V_КООР>,
где (k₁₁+k₁₂•<I_ИП>) - сигнал от датчика величины тока силового управляемого ключа, (k₂₁+k₂₂•V_ИП) - сигнал от датчика величины напряжения источника питания, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂ - постоянные коэффициенты.The essence of the invention is to regulate the average electric power of a discharge lamp by mutually compensating for the effects of the voltage of the power source and the average current value through a power controlled key. As an example, consider the case of a linear dependence of the sensor signal of the magnitude of the voltage of the power source on the voltage of the power source V _IP and the sensor signal of the current value of the power controlled key on the current I _{IP of the} power controlled key. Let us designate: - the average current for the period of the current of the power controlled key, equal to the accuracy of the average current over the period of the current consumed from the power source. V _CM is the signal from the source of the bias signal, which sets the average electric power of the discharge lamp, <δ V _CORR > is the average over the period value of the additional correction signal. Then:
(k ₁₁ + k ₁₂ • ) + (k ₂₁ + k ₂₂ • V _SP ) = V _CM + <δ V _COOP >,
where (k ₁₁ + k ₁₂ • ) is the signal from the current magnitude sensor of the power controlled key, (k ₂₁ + k ₂₂ • V _IP ) is the signal from the voltage magnitude sensor of the power supply, k ₁₁ , k ₁₂ , k ₂₁ , k ₂₂ are constant coefficients.

Для простоты анализа предположим, что среднее за период значение < δ V_КОРР> равно нулю. Учитывая, что с точностью до потерь мощности на элементах устройства = <I_ИП>•V_ИП и, вводя соответствующие постоянные коэффициенты α = (V_СМ-k₁₁-k₂₁)/k₁₂ и β = k₂₂/k₁₂, получим:
 = α•V_ИП-β•V $\binom{2}{И}$ _П
Отсюда видно, что средняя за период следования импульсов мощность, передаваемая в газоразрядную лампу, не зависит от электрических параметров последней.For simplicity of analysis, suppose that the period average value <δ V _CORR > is zero. Given that up to power losses on the device elements = • V _IP and, introducing the corresponding constant coefficients α = (V _С -k ₁₁ -k ₂₁ ) / k ₁₂ and β = k ₂₂ / k ₁₂ , we get:
 = α • V _PI -β • V $\binom{2}{AND}$ _P
It can be seen from this that the average power transmitted to the gas discharge lamp during the pulse repetition period does not depend on the electric parameters of the latter.

Обозначим: V_ИП _НОМ= α/2β - номинальное значение напряжения источника питания, <P_MAX> = α²/4β - максимальная (в определенном диапазоне V_ИП) средняя мощность, потребляемая газоразрядной лампой, Δ = (V_ИП - V_ИП _НОМ)/V_ИП _НОМ - относительное отклонение напряжения источника питания от номинального значения. Тогда получим:
/<P_MAX> = (1-Δ²)
На фиг. 1 проиллюстрирована вышеприведенная зависимость /<P_MAX> от V_ИП/V_ИП _НОМ, где видно, что средняя за период следования импульсов мощность максимальна при номинальном напряжении питания, достаточно слабо спадает при отклонении V_ИП в любую сторону от номинального значения в определенном диапазоне V_ИП и достаточно сильно спадает при отклонении V_ИП в любую сторону вне этого диапазона.Let us designate: V _IP _NOM = α / 2β - nominal value of the voltage of the power supply, = α ² / 4β - maximum (in a certain range of V _IP ) average power consumed by the discharge lamp, Δ = (V _IP - V _IP _NOM ) / V _IP _NOM - the relative deviation of the voltage of the power source from the nominal value. Then we get:
 / = (1-Δ ² )
In FIG. Figure 1 illustrates the above dependence of / on V _IP / V _IP _NOM , where it can be seen that the average power over the pulse repetition period is maximum at the rated supply voltage, decreases rather weakly when the V _IP deviates in any direction from the nominal value in a certain range of V _IP and decreases quite strongly when the V _IP deviates in any direction outside this range.

На фиг. 2 представлены экспериментальные данные по относительному световому потоку <W/W_MAX> (светлые кружки) люминесцентной лампы КЛУ9/ТБЦ-1 и электрической мощности (затушеванные кружки), потребляемой устройством от источника питания, полученные на устройстве, позволяющем реализовать заявляемый способ и выполненном соответственно принципиально-структурной схеме, представленной на фиг. 3. В качестве согласующего звена применялся энергозапасающий трансформатор.In FIG. 2 shows the experimental data on the relative luminous flux <W / W _MAX > (light circles) of the fluorescent lamp KLU9 / TBTs-1 and electric power (shaded circles) consumed by the device from the power source, obtained on the device that allows you to implement the inventive method and executed accordingly to the structural diagram shown in FIG. 3. An energy storage transformer was used as a matching link.

Устройство, реализующее данный способ, содержит датчик 1 величины тока силового управляемого ключа, датчик 2 величины напряжения питания, источник 3 сигнала смещения, драйвер 4, силовой управляемый ключ 5, согласующее звено 6, включенное по входу последовательно с силовым управляемым ключом 5 и по выходу с газоразрядной лампой 9, суммирующий и интегрирующий блок 7, состоящий, например, из транзистора и конденсатора, компаратор с гистерезисом переключения 8, например, триггер Шмидта. A device that implements this method includes a current magnitude current sensor 1, a voltage sensor 2, a bias signal source 3, a driver 4, a power controlled key 5, a matching link 6 connected in series with the power controlled key 5 and the output with a gas discharge lamp 9, a summing and integrating unit 7, consisting, for example, of a transistor and a capacitor, a comparator with switching hysteresis 8, for example, a Schmidt trigger.

Устройство работает следующим образом. Суммирующий и интегрирующий блок 7 генерирует на выходе сигнал, пропорциональный интегралу суммы сигналов, поступающих от датчика 1 величины тока силового управляемого ключа, от датчика 2 величины напряжения питания и от источника 3 сигнала смещения. Каждый раз после достижения выходным сигналом с суммирующего и интегрирующего блока 7 одного из порогов переключения компаратора с гистерезисом переключения 8, происходит очередное переключение в противоположное состояние силового управляемого ключа 5. The device operates as follows. The summing and integrating unit 7 generates an output signal proportional to the integral of the sum of the signals received from the sensor 1 of the current value of the power controlled key, from the sensor 2 of the value of the supply voltage and from the source 3 of the offset signal. Each time after reaching the output signal from the summing and integrating unit 7 of one of the switching thresholds of the comparator with switching hysteresis 8, the next switching to the opposite state of the power controlled key 5 occurs.

К началу очередного периода напряжение на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7 достигает одного из порогов переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения, что переводит силовой управляемый ключ 5 в открытое состояние. При этом появляется ток силового управляемого ключа 5, что приводит к изменению знака направления изменения напряжения на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7. Данный процесс происходит в течение "активной" части T₁ периода - T до момента времени, когда напряжение на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7 достигает второго порога переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения. Это приводит к выключению силового управляемого ключа 5. Ток силового управляемого ключа прекращается, что приводит к изменению знака изменения напряжения на выходе суммирующего и интегрирующего блока 7. Данный процесс продолжается в течение "пассивной" части T₂ периода T до момента времени, когда напряжение на входе суммирующего и интегрирующего блока 7 снова достигает первого порога переключения компаратора 8 с гистерезисом переключения. Далее процесс периодически повторяется с периодом T = T₁+T₂.By the beginning of the next period, the voltage at the output of the summing and integrating unit 7 reaches one of the switching thresholds of the comparator 8 with the switching hysteresis, which puts the power controlled key 5 in the open state. In this case, the current of the power controlled switch 5 appears, which leads to a change in the direction sign of the voltage change at the output of the summing and integrating unit 7. This process occurs during the "active" part T _{1 of the} period - T until the time when the voltage at the output of the summing and integrating unit 7 reaches the second switching threshold of the comparator 8 with the switching hysteresis. This leads to the shutdown of the power controlled key 5. The current of the power controlled key is stopped, which leads to a change in the sign of the voltage change at the output of the summing and integrating unit 7. This process continues for the "passive" part T _{2 of} period T until the time when the voltage at the input of the summing and integrating unit 7 again reaches the first switching threshold of the comparator 8 with the switching hysteresis. Further, the process is periodically repeated with a period T = T ₁ + T ₂ .

Claims

1. A method for controlling the power of a gas discharge lamp, which consists in regulating the durations of alternating open and closed states of a power controlled key, characterized in that the said durations of each of the states specify the integration time of the sum of three signals: the first signal from the current magnitude current sensor of the power controlled key, the second signal - from the sensor of the voltage value of the power source, and the third signal, equal with the opposite sign to the average for the switching period of the power controlled key the sum of the first and second signals coming from the source of the bias signal and setting the power consumed from the power source.

2. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a current magnitude current sensor of a power key, a voltage source voltage sensor, a bias signal source, a driver, a power key, a matching link connected in series with a power key, characterized in that it additionally equipped with a summing and integrating unit and a comparator with switching hysteresis, and the outputs of the sensor of the current value of the power switch, the sensor are connected to the inputs of the summing and integrating block elichiny supply voltage source and the bias signal, and an output connected to an input of the comparator with switching hysteresis, the output of which is connected to the driver input, the control power driven wrench.