RU2328094C1

RU2328094C1 - Method of gas-discharge lamp ignition and related igntion device

Info

Publication number: RU2328094C1
Application number: RU2006133169/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Костюченко (RU); Сергей Владимирович Костюченко; вцев Николай Николаевич Кудр (RU); Николай Николаевич Кудрявцев; Александр Иванович Васильев (RU); Александр Иванович Васильев; нников Андрей Александрович Поль (RU); Андрей Александрович Польянников; Дмитрий Владимирович Соколов (RU); Дмитрий Владимирович Соколов; Андрей Юрьевич Старцев (RU); Андрей Юрьевич Старцев; Валерий Анатольевич Урбанович (BY); Валерий Анатольевич Урбанович; Василий Николаевич Кожуров (BY); Василий Николаевич Кожуров
Original assignee: Закрытое акционерное общество НПО "Лаборатория импульсной техники" (ЗАО НПО "ЛИТ")
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-06-27
Also published as: RU2006133169A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: can be applied for ignition and supply of gas-discharge lamps, specifically powerful ultraviolet sterilisers applied for disinfection of various mediums. Method of gas-discharge lamp ignition implies that lamp electrodes pending lamp ignition are heated with shunted lamp interelectrode distance, while voltage for lamp interelectrode distance to ignite and keep burning current is supplied after electrodes heated-up and shunting removed. Lamp interelectrode distance is shunted with high-voltage switch activated according to algorhythm designed in microcontroller memory.

EFFECT: increased service life and number of lamp activations.

2 cl, 2dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для зажигания и питания газоразрядных ламп, в частности бактерицидных ультрафиолетовых (УФ) ламп высокой мощности, применяемых для обеззараживания различных сред.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for ignition and power of gas discharge lamps, in particular bactericidal ultraviolet (UV) lamps of high power, used for disinfection of various environments.

В лампах такого типа излучение возникает за счет возбуждения газового разряда в колбе между спиральными электродами, покрытыми эмиссионным слоем. Для питания и зажигания газоразрядных ламп используют электромагнитные или электронные пускорегулирующие аппараты (ПРА).In lamps of this type, radiation occurs due to the excitation of a gas discharge in the bulb between spiral electrodes coated with the emission layer. For power and ignition of discharge lamps use electromagnetic or electronic ballasts (PRA).

При использовании электромагнитного пускорегулирующего аппарата (ЭМПРА) зажигание лампы происходит после подогрева электродов и отключении стартера. При этом величина тока подогрева электродов определяется напряжением питания и индуктивностью дросселя, последовательно включенного в цепь. Применение электронного пускорегулирующиего аппарата (ЭПРА) позволяет предупредить повреждение электродов броском тока, приложенного к холодному электроду, и обеспечить начальную эмиссию электронов за счет предварительного подогрева электродов током высокой частоты, составляющей несколько десятков кГц.When using an electromagnetic ballast (EMPR), the lamp ignites after heating the electrodes and disconnecting the starter. In this case, the magnitude of the current for heating the electrodes is determined by the supply voltage and inductance of the inductor connected in series to the circuit. The use of an electronic ballast (EPG) allows to prevent damage to the electrodes by inrush current applied to the cold electrode and to provide initial electron emission due to pre-heating of the electrodes with a high-frequency current of several tens of kHz.

В известных способах зажигания лампы подогрев спиралей обычно совмещен с подачей напряжения на лампу и осуществляется при помощи инвертора и резонансного контура, состоящего из балластного дросселя и конденсатора. Затем на лампу подают стартовый высоковольтный импульс ВЧ-напряжения, обеспечивающий ионизацию, возникновение газового разряда и зажигание лампы. После возникновения газового разряда наступает режим поддержания горения лампы, важным требованием которого является ограничение рабочего тока лампы.In known methods of lamp ignition, the heating of the spirals is usually combined with the voltage supply to the lamp and is carried out using an inverter and a resonant circuit consisting of a ballast inductor and a capacitor. Then, a high-frequency high-voltage starting pulse is applied to the lamp, which provides ionization, gas discharge and lamp ignition. After the occurrence of a gas discharge, the mode of maintaining the lamp burning occurs, an important requirement of which is the limitation of the operating current of the lamp.

Известен способ регулируемого зажигания газоразрядных ламп, в частности флуоресцентных, заключающийся в том, что на лампу подается напряжение питания и напряжение с инвертора при ограничении тока лампы, за счет которого обеспечивается предварительный подогрев катода, а затем осуществляются включение предварительного преобразователя тока и полная зарядка конденсатора для подачи на лампу полного выходного напряжение для ее зажигания. Указанный способ позволяет значительно сократить время зажигания лампы и обеспечить стабильный газовый разряд (патент СА 2132898, Н05В 41/26, 1995 г.).A known method of controlled ignition of discharge lamps, in particular fluorescent, which consists in the fact that the lamp is supplied with voltage and voltage from the inverter while limiting the current of the lamp, due to which the cathode is preheated, and then the pre-current converter is turned on and the capacitor is fully charged for supplying the lamp with full output voltage for its ignition. This method can significantly reduce the ignition time of the lamp and provide a stable gas discharge (patent CA 2132898, HB 41/26, 1995).

Наиболее близким к заявленному является способ управления лампой, заключающийся в:Closest to the claimed is a lamp control method, which consists in:

- включении лампы,- turning on the lamp,

- подаче напряжения питания на межэлектродное расстояние лампы,- supply voltage to the interelectrode distance of the lamp,

- подогреве электродов путем приложения к электродам напряжения подогрева,- heating of the electrodes by applying a heating voltage to the electrodes,

- запросе о состоянии электродов лампы при помощи соединенных с лампой идентификационных средств,- a request for the state of the lamp electrodes using identification means connected to the lamp,

- анализе результата запроса (прерывании процесса в случае отрицательного результата запроса или продолжении процесса при положительном результате запроса),- analysis of the result of the request (interrupting the process in case of a negative result of the request or continuing the process with a positive result of the request),

- последующем приложении к межэлектродному расстоянию напряжения зажигания для возбуждения газового разряда в лампе,- subsequent application to the interelectrode distance of the ignition voltage to excite a gas discharge in the lamp,

- прекращении подогрева электродов путем отсоединения от источника напряжения после начала разряда в лампе,- stop heating the electrodes by disconnecting from the voltage source after the start of discharge in the lamp,

- поддержании газового разряда путем приложения напряжения горения.- maintaining a gas discharge by applying a combustion voltage.

Указанный способ позволяет контролировать состояние ламп и не допускать запуска перегоревших ламп, что особенно важно для многоламповых систем обеззараживания сред (патент США 6906337, G01J 1/00, 2004 г.).This method allows you to control the condition of the lamps and prevent the start of blown lamps, which is especially important for multi-tube systems for disinfecting environments (US patent 6906337, G01J 1/00, 2004).

Известно также устройство для зажигания лампы, состоящее из последовательно соединенных входного фильтра, выпрямителя, корректора коэффициента мощности, соединенных с блоком инвертора поддержания тока лампы, блоком управления, а также ламповым блоком (патент США 6906337, H01J 61/02, 2004 г.), с помощью которого реализуется указанный способ.Also known is a device for igniting a lamp, consisting of a series-connected input filter, a rectifier, a power factor corrector, connected to the inverter unit for maintaining the lamp current, the control unit, as well as the lamp unit (US patent 6906337, H01J 61/02, 2004), by which this method is implemented.

Однако недостатками известных способов является значительное негативное воздействие, которому подвергаются электроды лампы при указанной последовательности операций. Первоначальная подача напряжения на межэлектродное расстояние лампы и на холодные электроды вызывает последующий бросок тока подогрева электродов и нарушение их температурного баланса, что может привести к интенсивному распылению материала электрода, осаждению его на стенках ламповой колбы, снижению давления внутри лампы и, как следствие, падению ее интенсивности. Указанные процессы снижают срок службы как самих электродов, так и всей лампы в целом.However, the disadvantages of the known methods is the significant negative impact to which the lamp electrodes are exposed during this sequence of operations. The initial supply of voltage to the interelectrode distance of the lamp and to the cold electrodes causes a subsequent inrush of the heating current of the electrodes and a violation of their temperature balance, which can lead to intensive sputtering of the electrode material, its deposition on the walls of the lamp bulb, a decrease in pressure inside the lamp and, as a consequence, its drop intensity. These processes reduce the service life of both the electrodes themselves and the lamp as a whole.

В основе изобретения лежит задача создания способа зажигания лампы с оптимальным сберегающим режимом для покрытия электродов, снижающего негативный эффект испарения эмиссионного покрытия электродов и устройства для его осуществления, представляющего собой ЭПРА.The basis of the invention is the task of creating a method of ignition of a lamp with an optimal saving mode for coating electrodes, which reduces the negative effect of evaporation of the emission coating of electrodes and a device for its implementation, which is an electronic ballast.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного изобретения, заключается в увеличении срока службы и количества циклов «включения-выключения» лампы.The technical result obtained by the implementation of the proposed invention is to increase the service life and the number of on-off cycles of the lamp.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе зажигания газоразрядной лампы, включающем включение лампы, последующие электрическое воздействие на электроды лампы, запрос о целостности электродов лампы при помощи соединенных с лампой идентификационных средств, анализ результата запроса, подогрев электродов лампы, приложение напряжения зажигания лампы и поддержание тока горения лампы, согласно изобретению после включения лампы осуществляют шунтирование межэлектродного расстояния лампы до окончания подогрева электродов, а напряжение зажигания лампы прикладывают после его снятия.The essence of the invention lies in the fact that in the method of ignition of a gas discharge lamp, including turning on the lamp, subsequent electrical exposure to the lamp electrodes, a request for the integrity of the lamp electrodes using identification means connected to the lamp, analysis of the request result, heating of the lamp electrodes, application of the lamp ignition voltage and maintaining the combustion current of the lamp, according to the invention, after turning on the lamp, the electrode interelectrode is shunted to the end of electrode heating, and posal lamp ignition is applied after its removal.

Последовательность операций способа приведена в виде схемы на фиг.1.The sequence of operations of the method is shown in the form of a diagram in figure 1.

Предложенный способ осуществляется посредством устройства (ЭПРА), содержащего последовательно соединенные фильтр, выпрямитель, корректор коэффициента мощности, соединенный с блоком управляемого инвертора, ламповым блоком и блоком микроконтроллера управления. Отличием предложенного устройства является наличие управляемого микроконтроллером высоковольтногой ключа, при помощи которого шунтируется межэлектродное расстояние лампы.The proposed method is carried out by means of a device (electronic ballast) containing a series-connected filter, a rectifier, a power factor corrector connected to a controlled inverter unit, a lamp unit, and a control microcontroller unit. The difference of the proposed device is the presence of a high-voltage switch controlled by the microcontroller, with which the lamp interelectrode distance is shunted.

Блок-схема устройства приведена на фиг.2.The block diagram of the device is shown in figure 2.

Устройство содержит последовательно соединенные фильтр 1, выпрямитель 2, корректор 3 коэффициента мощности, на выходе которого появляется стабилизированное постоянное напряжение +380 В 3, от которого питается управляемый инвертор 4, с выхода которого через балластный дроссель 11 подключена нагрузка в виде амальгамной лампы 6. Корректор мощности 3 необходим для уменьшения гармонических искажений потребляемого из сети тока и стабилизации напряжения питания управляемого инвертора. Управляемый инвертор 4 состоит из ключей 12 и 13, образующих полумостовую схему, и драйвера 14, который обеспечивает ток подогрева электродов до зажигания лампы с включенным высоковольтным ключом 7, а с выключенным высоковольтным ключом 7 обеспечивает создание высокого напряжения для пуска лампы и поддержания рабочего тока лампы. Регулирование токов электродов и лампы осуществляется при помощи управляемого драйвера 14 с блока микроконтроллера 5, в петлю обратной связи которого поступают сигналы от датчика тока лампы и датчика тока электродов 9. Блок микроконтроллера используется в качестве идентификационного средства, при помощи которого посылаются запросы о состоянии электродов, результаты которых анализируются. Алгоритм работы ЭПРА определяется в зависимости от заложенной программы в блоке микроконтроллера 5.The device contains a series-connected filter 1, rectifier 2, power factor corrector 3, at the output of which a stabilized constant voltage of +380 V 3 appears, from which a controlled inverter 4 is fed, from the output of which an amalgam lamp 6 is connected through a ballast inductor 11. Corrector power 3 is necessary to reduce harmonic distortion of the current consumed from the network and stabilize the supply voltage of the controlled inverter. The controlled inverter 4 consists of keys 12 and 13, forming a half-bridge circuit, and driver 14, which provides the current for heating the electrodes to ignite the lamp with the high-voltage switch 7 turned on, and with the high-voltage switch 7 turned off, provides a high voltage for starting the lamp and maintaining the lamp operating current . The currents of the electrodes and the lamp are regulated using a controlled driver 14 from the microcontroller unit 5, the feedback loop of which receives signals from the lamp current sensor and electrode current sensor 9. The microcontroller unit is used as an identification tool, by which requests are sent about the state of the electrodes, whose results are analyzed. The electronic ballast operation algorithm is determined depending on the program in the microcontroller block 5.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Производят зажигание газоразрядной амальгамной лампы низкого давления мощностью 350 Вт. Подают питание на блок ЭПРА. Затем включением высоковольтного ключа шунтируют межэлектродный промежуток лампы. От блока фильтра 1, блока выпрямителя 2, блока корректора 3 коэффициента мощности подают постоянное стабилизированное напряжение +380 В, питающее управляемый инвертор 4 и блок микроконтроллера 5. С блока микроконтроллера 5 подают токовые сигналы открывания высоковольтного ключа 7 и включения инвертора 4. По цепи электродов лампы начинает протекать ток подогрева электродов, величина которого устанавливается при помощи датчика тока электродов 9, микроконтроллера 5 и управляемого инвертора 4. Наличие или отсутствие тока в цепи электродов анализируется в блоке микроконтроллера 5 в соответствии с заложенной программой. При отсутствии тока, что означает обрыв цепи электродов, процесс пуска лампы повторяется 5 раз, после чего останавливается путем отключения управляемого инвертора 4. Это состояние сохраняется до замены лампы или устранения обрыва цепи. При положительном результате анализируемого сигнала (наличии тока в цепи электродов) происходит включение управляемого инвертора 4 и подогрев электродов при пропускании тока подогрева 4,2 А. По истечении времени прогрева электродов, задаваемого программно с блока микроконтроллера 5, составляющем 20 с, вырабатывается сигнал, по которому одновременно с работающим управляемым инвертором 4 происходит выключение высоковольтного ключа 7; при этом в последовательный резонансный контур подключается конденсатор 8 и в межэлектродном пространстве лампы, имеющем очень высокое сопротивление, возникает высоковольтный разряд, необходимый для инициирования газового разряда. При этом сопротивление лампы падает до нескольких десятков Ом.They produce ignition of a low-pressure amalgam discharge lamp with a power of 350 watts. They supply power to the electronic ballasts. Then, by switching on the high-voltage switch, the interelectrode gap of the lamp is shunted. From the filter unit 1, the rectifier unit 2, the power factor corrector unit 3, a constant stabilized voltage of +380 V is supplied, supplying the controlled inverter 4 and the microcontroller unit 5. From the microcontroller unit 5, current signals are opened for opening the high-voltage switch 7 and turning on the inverter 4. The electrodes are connected of the lamp, the current of heating the electrodes begins to flow, the value of which is set using the electrode current sensor 9, microcontroller 5 and the controlled inverter 4. The presence or absence of current in the electrode circuit analysis ruetsya a microcontroller unit 5 in accordance with the program laid down. If there is no current, which means an open circuit of the electrodes, the lamp start process is repeated 5 times, and then it is stopped by turning off the controlled inverter 4. This condition persists until the lamp is replaced or the circuit is cleared. With a positive result of the analyzed signal (current in the electrode circuit), the controlled inverter 4 is turned on and the electrodes are heated while the heating current is 4.2 A. After the heating time of the electrodes, programmed from the microcontroller unit 5 for 20 s, the signal is generated, according to which simultaneously with the running controlled inverter 4 is turning off the high-voltage switch 7; in this case, a capacitor 8 is connected to the series resonant circuit and a high-voltage discharge arises in the interelectrode space of the lamp having a very high resistance, which is necessary to initiate a gas discharge. In this case, the lamp resistance drops to several tens of ohms.

После зажигания разряда блок микроконтроллера 5 переводит управляемый инвертор 4 в режим стабилизации тока лампы. Значение требуемого тока лампы 3,2 А задается управляемым инвертором 4 и контролируется датчиком 10 тока лампы.After ignition of the discharge, the microcontroller unit 5 puts the controlled inverter 4 into stabilization mode of the lamp current. The value of the required lamp current 3.2 A is set by a controlled inverter 4 and is controlled by a lamp current sensor 10.

В режиме горения лампы величина рабочего тока подогрева электродов определяется конденсатором 8, включенным последовательно с электродами лампы 6.In the mode of combustion of the lamp, the magnitude of the working current of heating the electrodes is determined by the capacitor 8, connected in series with the electrodes of the lamp 6.

Claims

1. The method of ignition of a gas discharge lamp, including turning on the lamp, subsequent electrical action on the lamp electrodes, a request for the integrity of the lamp electrodes using identification means connected to the lamp, analyzing the result of the request, heating the lamp electrodes to a predetermined temperature, applying the lamp ignition voltage and maintaining the burning current lamp, characterized in that after turning on the lamp, the electrode interelectrode distance is shunted to the end of electrode heating, and the ignition voltage is mpy applied after removing the shunt.

2. A device for igniting a lamp, comprising a series-connected filter, a rectifier, a power factor corrector connected to a controlled inverter unit, a lamp unit and a control microcontroller unit, characterized in that it further comprises a high voltage switch controlled by the microcontroller.