RU2216884C2

RU2216884C2 - Starting gear

Info

Publication number: RU2216884C2
Application number: RU2001118680/09A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Никитинский; С.А. Ткачев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский завод им. М.В.Фрунзе"
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; gas-discharge lamps of dc lighting fixtures. SUBSTANCE: starting gear has unregulated power supply whose input is connected to ac mains; regulated power supply with adjusting switch; pulse generator connected to input of pulse-width modulator whose second input is connected to feedback amplifier and output, to control electrode of regulated power supply adjusting switch; ignition unit; current sensor inserted between positive pole of regulated power supply and anode lead of gas-discharge lamp; regulated power supply whose input is connected to output of unregulated power supply; novelty is that proposed starting gear is made in the form of stepdown voltage changer with output of ignition unit inserted between anode lead of lamp and starting lead of choke connected to part of its inductive ballast reactor, finishing lead of choke functioning as negative pole of regulated power supply is connected to cathode lead of lamp; feedback amplifier input is connected to current sensor output. Starting gear may be provided with voltage sensor connected in parallel with leads used for connecting lamp electrodes and with analog multiplier whose inputs are connected to outputs of current and voltage sensors, respectively, and output, to feedback amplifier. EFFECT: enhanced service life and reliability due to simplified design of device and provision for lamp power regulation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания постоянным током газоразрядной лампы высокого давления и предназначено для эксплуатации в составе осветительных устройств. The invention relates to electrical engineering and can be used to supply direct current to a high-pressure discharge lamp and is intended for use as part of lighting devices.

С помощью пускорегулирующих аппаратов осуществляется питание газоразрядной лампы, обеспечивающее необходимые режимы зажигания, разгорания и работы лампы. With the help of ballasts, a gas discharge lamp is supplied, which provides the necessary ignition, ignition and lamp operation modes.

Известно устройство для зажигания короткодуговой металлогалогенной газоразрядной лампы высокого давления (авт. св. 1817266, кл. Н 05 В 41/23), которое включает в себя источник вторичного электропитания, имеющий стабилизированный выходной ток, устройство зажигания, собранное по схеме блокинг-генератора с самовозбуждением, пороговый элемент с гистерезисной характеристикой, порог включения которого выше рабочего напряжения лампы, а порог выключения выше начального напряжения на лампе. A device for ignition of a short-arc metal halide high-pressure discharge lamp (ed. St. 1817266, class N 05 V 41/23), which includes a secondary power source having a stabilized output current, an ignition device assembled according to a blocking generator circuit with self-excitation, a threshold element with a hysteresis characteristic, the switching threshold of which is higher than the operating voltage of the lamp, and the switching threshold is higher than the initial voltage of the lamp.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является осветительное устройство с газоразрядной лампой постоянного тока (патент 2068627, кл. Н 05 В 41/36), которое содержит стабилизированный источник питания с регулирующим ключом и нестабилизированный источник питания, входами подключенные к выводам сети переменного тока, а выходами включенные последовательно, диод развязки, блок подпитки, блок поджига, датчик тока, первое и второе пороговые устройства, реле времени, усилитель постоянного тока обратной связи, усилитель постоянного тока, имитирующий сигнал обратной связи, широтно-импульсный модулятор с генератором пилообразного напряжения, синхронизированным с напряжением сети, регулятор освещенности. The closest technical solution to the proposed one is a lighting device with a direct current gas discharge lamp (patent 2068627, class Н 05 В 41/36), which contains a stabilized power source with an adjustable key and an unstabilized power source, inputs connected to the terminals of the AC mains, and outputs connected in series, isolation diode, make-up block, ignition block, current sensor, first and second threshold devices, time relay, feedback DC amplifier, constant amplifier and simulating a feedback signal, a pulse width modulator with a sawtooth generator, synchronized with the mains voltage, the dimmer.

Недостатком известных устройств является их сложность и отсутствие стабилизации мощности на питаемой лампе, что снижает надежность и долговечность осветительного устройства. A disadvantage of the known devices is their complexity and the lack of stabilization of power on the supplied lamp, which reduces the reliability and durability of the lighting device.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат - это повышение долговечности и надежности за счет упрощения устройства и обеспечения режима стабилизации мощности газоразрядной лампы. The technical result achieved by using the invention is to increase the durability and reliability by simplifying the device and providing a stabilization mode for the power of the discharge lamp.

Сущность технического решения заключается в том, что в пускорегулирующем аппарате, содержащем нестабилизированный источник питания, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания с регулирующим ключом, генератор импульсов, подключенный ко входу широтно-импульсного модулятора, ко второму входу которого подключен усилитель обратной связи, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему электроду регулирующего ключа стабилизированного источника питания, блок поджига, датчик тока, включенный между положительным полюсом стабилизированного источника питания и анодным выводом газоразрядной лампы, стабилизированный источник питания, вход которого подключен к выходу дестабилизированного источника питания, выполнен в виде понижающего преобразователя напряжения, к части индуктивного балластного дросселя которого подключен выход блока поджига, включенного между анодным выводом лампы и началом дросселя, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания, подключен к катодному выводу лампы, а вход усилителя обратной связи соединен с выходом датчика тока. The essence of the technical solution lies in the fact that in a ballast apparatus containing an unstabilized power supply connected to an AC input, a stabilized power supply with a control key, a pulse generator connected to the input of a pulse-width modulator, to the second input of which a feedback amplifier is connected , and the output of the pulse-width modulator is connected to the control electrode of the control key of the stabilized power source, the ignition unit, the current sensor, including Between the positive pole of the stabilized power source and the anode terminal of the discharge lamp, the stabilized power source, the input of which is connected to the output of the destabilized power source, is made in the form of a step-down voltage converter, to the part of the inductive ballast choke of which the output of the ignition unit is connected, connected between the anode terminal of the lamp and the beginning of the inductor, the end of which, which is the negative pole of the stabilized power source, is connected to the cathode terminal lamps, and the input of the feedback amplifier is connected to the output of the current sensor.

В структурную схему устройства введены датчик напряжения, включенный параллельно выводам для подключения электродов лампы, и аналоговый перемножитель, входы которого подключены соответственно к выходу датчика тока и выходу датчика напряжения, а выход соединен со входом усилителя обратной связи. A voltage sensor is included in the device’s block diagram, connected in parallel with the terminals for connecting the lamp electrodes, and an analog multiplier, the inputs of which are connected to the output of the current sensor and the output of the voltage sensor, and the output is connected to the input of the feedback amplifier.

Это позволяет при упрощении устройства реализовать режим стабилизации мощности на лампе, что увеличивает долговечность ее горения. This allows, when simplifying the device, to realize the stabilization mode of power on the lamp, which increases the durability of its burning.

На фиг.1 приведена электрическая блок-схема первого варианта выполнения пускорегулирующего аппарата; на фиг.2 приведена блок-схема пускорегулирующего аппарата с аналоговым перемножителем. Figure 1 shows the electrical block diagram of a first embodiment of a ballast; figure 2 shows a block diagram of a control gear with an analog multiplier.

Пускорегулирующий аппарат включает в себя нестабилизированный источник питания 1, подключаемый входом к сети переменного тока, стабилизированный источник питания 2 с регулирующим ключом 3, выполненный в виде понижающего преобразователя напряжения (включающего балластный дроссель 4 и диод 5), вход которого подключен к выходу нестабилизированного источника питания 1, а к части балластного дросселя 4 подключен выход блока поджига 6, включенный между анодным выводом лампы 8 и началом дросселя 4, конец которого, являющийся отрицательным полюсом стабилизированного источника питания 2, подключен к катодному отрицательному выводу лампы 8, а вход усилителя обратной связи 9 соединен с выходом датчика тока 7, включенного между положительным полюсом стабилизированного источника питания 2 и анодным выводом газоразрядной лампы 8. Генератор импульсов 10 подключен ко входу широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 11, ко второму входу которого подключен выход усилителя обратной связи (УОС) 9, а выход ШИМ 11 подключен к управляющему электроду регулирующего ключа 3. The control gear includes an unstabilized power supply 1, connected to an AC input, a stabilized power supply 2 with a control key 3, made in the form of a step-down voltage converter (including a ballast choke 4 and diode 5), the input of which is connected to the output of the unstabilized power source 1, and to the part of the ballast inductor 4 is connected the output of the ignition unit 6, connected between the anode output of the lamp 8 and the beginning of the inductor 4, the end of which is the negative pole a stabilized power source 2 is connected to the cathode negative terminal of the lamp 8, and the input of the feedback amplifier 9 is connected to the output of the current sensor 7 connected between the positive pole of the stabilized power source 2 and the anode terminal of the discharge lamp 8. The pulse generator 10 is connected to the input of the pulse-width a modulator (PWM) 11, the second input of which is connected to the output of a feedback amplifier (SLD) 9, and the output of the PWM 11 is connected to the control electrode of the control key 3.

В варианте выполнения устройства, показанном на фиг.2, датчик напряжения 12 включен параллельно выводам для подключения электродов лампы 8, а аналоговый перемножитель 13 своими входами подключен к выходу датчика напряжения 12 и выходу датчика тока 7, а выходом подключен ко входу усилителя обратной связи 9. In the embodiment of the device shown in figure 2, the voltage sensor 12 is connected in parallel with the terminals for connecting the electrodes of the lamp 8, and the analog multiplier 13 is connected with its inputs to the output of the voltage sensor 12 and the output of the current sensor 7, and the output is connected to the input of the feedback amplifier 9 .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После подключения устройства к сети переменного тока на выходе блока 1 появляется постоянное напряжение ≈300 В, которое приложено к катоду диода 5 и к истоку ключевого транзистора 3. На выходе усилителя сигнала обратной связи 9, находящемся в линейном режиме, обеспечивается величина постоянного напряжения, соответствующая минимальному коэффициенту заполнения управляющих импульсов регулирующего ключа 3 источника питания 2. Этот сигнал напряжения поступает на вход ШИМ 11, куда приходят продифференцированные короткие импульсы "нулевого" уровня с генератора импульсов 10. В результате на выходе блока широтно-импульсного модулятора 11 появляются импульсы (с частотой около 20 кГц), поступающие на управляющий вход регулирующего ключа 3 источника питания 2 и запускающие его в работу на холостом ходу (пока лампа не подожглась). Напряжение с положительной шины источника питания 2 поступает через датчик тока 7 на блок поджига 6, заряжает его конденсатор (на схеме не показан), один из выводов которого соединен с началом обмотки дросселя 4ка поджига 6 (на схеме не показан), формирующий выходной сигнал блока поджига 6, поступающий на часть обмотки дросселя 4 (через которую разряжается 4 конденсатор). Соотношение числа витков частей обмотки до отвода и после него достаточно велико, чтобы ток разряда конденсатора блока поджига 6 сгенерировал кратковременный высоковольтный импульс (3-5 кВ) на всей обмотке дросселя 4, который прикладывается (через диод 5, датчик тока 7) к лампе 8. При пробое межэлектродного промежутка и поджига лампы ее внутреннее сопротивление уменьшается, и через датчик тока 7 начинает протекать разрядный ток, выходной сигнал с датчика тока 7 поступает на УОС 9, откуда сигнал идет на блок ШИМ 11, формирующий импульсы, управляющие ключом 3 источника питания 2 с постепенно увеличивающимся коэффициентом заполнения по мере разгорания лампы 8. В источнике питания 2 во время открытого состояния ключа 3 (диод 5 закрыт) энергия запасается в дросселе 4. При закрывании ключа 3 энергия дросселя 4 передается через открывающийся диод 5 и через датчик тока 7 в нагрузку-лампу 8. Чем больше коэффициент заполнения импульсов, поступающих на управляющий вход ключа 3 с блока ШИМ 11, тем большую часть периода открыт ключ 3, тем большую мощность можно передать из источника 1 в лампу 8. Для более надежного зажигания лампы 8 блок поджига 6 постоянно формирует высоковольтные кратковременные импульсы, подающиеся на лампу 8 с периодом 1-2 с (определяется RC-цепью блока поджига). После поджига лампы 8 напряжение на ней резко падает, соответственно падает напряжение и на части дросселя 4, зажигающиеся импульсы автоматически прекращаются. After connecting the device to an alternating current network, a constant voltage of ≈300 V appears at the output of unit 1, which is applied to the cathode of the diode 5 and to the source of the key transistor 3. At the output of the feedback signal amplifier 9, which is in linear mode, a constant voltage value corresponding to the minimum duty cycle of the control pulses of the control key 3 of the power source 2. This voltage signal is fed to the input of the PWM 11, where differentiated short pulses of the "zero" level come from the pulse generator 10. As a result, pulses (with a frequency of about 20 kHz) appear at the output of the pulse-width modulator block 11, which arrive at the control input of the control key 3 of power supply 2 and start it idling (until the lamp is ignited) . The voltage from the positive bus of the power supply 2 is supplied through the current sensor 7 to the ignition unit 6, charges its capacitor (not shown in the diagram), one of the terminals of which is connected to the beginning of the winding of the inductor 4ka of ignition 6 (not shown in the diagram), forming the output signal of the block Ignition 6, arriving at part of the winding of the inductor 4 (through which 4 capacitor is discharged). The ratio of the number of turns of the parts of the winding before and after the tap is large enough so that the discharge current of the capacitor of the ignition unit 6 generates a short-term high-voltage pulse (3-5 kV) throughout the winding of the inductor 4, which is applied (through diode 5, current sensor 7) to the lamp 8 .When the interelectrode gap is broken and the lamp is ignited, its internal resistance decreases, and a discharge current begins to flow through the current sensor 7, the output signal from the current sensor 7 is fed to the ASL 9, from where the signal goes to the PWM block 11, which generates pulses that control e with key 3 of power supply 2 with a gradually increasing fill factor as lamp 8 lights up. In power supply 2, during the open state of key 3 (diode 5 is closed), energy is stored in the inductor 4. When closing the key 3, the energy of the inductor 4 is transmitted through the opening diode 5 and through the current sensor 7 to the load lamp 8. The higher the fill factor of the pulses arriving at the control input of the key 3 from the PWM block 11, the more part of the period the key 3 is open, the greater the power can be transferred from source 1 to the lamp 8. For more n 8 reliably ignition lamp ignition unit 6 constantly generates short high voltage pulses supplied to the lamp 8 with a period of 1-2 seconds (RC-circuit is determined by the ignition unit). After igniting the lamp 8, the voltage on it drops sharply, respectively, the voltage drops on the parts of the inductor 4, the igniting pulses automatically stop.

После выхода лампы на номинальный режим сигнал с датчика тока 7 через УОС 9, ШИМ 11, регулирующий ключ 3 управляет источником питания 2 таким образом, что стабилизируется ток через лампу 8. After the lamp reaches the nominal mode, the signal from the current sensor 7 through the ASL 9, PWM 11, the control key 3 controls the power source 2 in such a way that the current through the lamp 8 is stabilized.

В варианте выполнения устройства с аналоговым перемножителем 13 на его входы подаются сигналы с датчика тока 7 и датчика напряжения 12, перемножаясь, эти две величины на выходе блока 13 выдают сигнал мощности, согласно которому работают УОС 9 и ШИМ 11, управляя работой источника питания 2 и обеспечивая при переходных процессах (при пуске и при разгорании лампы, когда токи и напряжения соответственно больше и меньше номинальной величины) и в номинальном режиме горения постоянство мощности на лампе 8. In an embodiment of the device with an analog multiplier 13, signals from a current sensor 7 and a voltage sensor 12 are fed to its inputs, multiplied, these two values at the output of block 13 give a power signal, according to which the SLD 9 and PWM 11 operate, controlling the operation of power supply 2 and providing during transient processes (during start-up and during lamp burning, when currents and voltages are respectively more and less than the nominal value) and in the nominal combustion mode, the power on the lamp is constant.

В качестве регулирующего ключа 3 использован полевой транзистор типа КП707Б1. Дроссель 4 выполнен на сердечнике из феррита марки М2500 НМС1-11, типоразмер Ш 10•10. В качестве датчика тока 7 использован низкоомный резистор, в качестве датчика напряжения - резистивный делитель. Генератор импульсов может быть выполнен на микросхеме 561 ТЛ1. УОС выполнен на биполярных транзисторах типа КТ209Б, ШИМ - на триггере Шмитта. Аналоговый перемножитель выполнен в виде дифференциального каскада на двух биполярных транзисторах типа КТ3102БМ и резистивном делителе. As a control key 3, a field-effect transistor type KP707B1 is used. The inductor 4 is made on the core of ferrite grade M2500 NMS1-11, size W 10 • 10. A low-resistance resistor was used as a current sensor 7, and a resistive divider was used as a voltage sensor. The pulse generator can be performed on the chip 561 TL1. SLD is made on bipolar transistors of the type KT209B, PWM - on a Schmitt trigger. The analog multiplier is made in the form of a differential stage on two bipolar transistors of the type KT3102BM and a resistive divider.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить долговечность и надежность пускорегулирующего аппарата для газоразрядных ламп за счет упрощения его устройства и обеспечения режима стабилизации мощности на лампе. Кроме того, в процессе старения лампы изменяются ее параметры, поэтому важно не перегружать ее по мощности, то есть уменьшать ток при увеличении напряжения горения в процессе старения, что и осуществляет предложенное устройство, способствуя увеличению срока службы лампы, благодаря работе в оптимальном режиме. Using the proposed technical solution allows to increase the durability and reliability of the ballasts for gas discharge lamps by simplifying its design and providing a mode of stabilization of power on the lamp. In addition, during the aging of the lamp its parameters change, so it is important not to overload it in power, that is, to reduce the current when the burning voltage increases during the aging process, which implements the proposed device, contributing to an increase in the lamp life, due to operation in the optimal mode.

Claims

1. A control gear containing an unstabilized power source connected to an AC input, a stabilized power source with a control key and a diode, a pulse generator connected to the input of a pulse-width modulator, to the second input of which a feedback amplifier output is connected, and the output is latitudinal -pulse modulator is connected to the control electrode of the regulating key of the stabilized power supply, the ignition unit, the current sensor connected between the positive pole of the stub characterized by the fact that the stabilized power source connected to the output of the unstabilized power source contains a ballast choke, to the part of which is connected the output of the ignition unit connected between the anode terminal of the lamp and the beginning of the ballast choke, the end of which, which is the negative pole of the stabilized power source, connected to the cathode terminal of the lamp, and the input of the feedback amplifier is connected to the output of the current sensor, moreover, when the key is closed, the throttle energy is transmitted through the opening diode and through the current sensor to the gas discharge lamp, and the ratio of the number of turns of the ballast throttle to the outlet and after it is large enough so that the discharge current of the ignition unit generates a short-time high-voltage pulse throughout the throttle winding, which is applied to the gas discharge the lamp.

2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a voltage sensor connected in parallel with the terminals for connecting the lamp electrodes, and the input of the current feedback amplifier is connected to the output of the current sensor through an analog multiplier, the second input of which is connected to the output of the voltage sensor .