RU2420931C1

RU2420931C1 - Electronic start-up regulating apparatus for gas-discharge lamp

Info

Publication number: RU2420931C1
Application number: RU2010104701/07A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин (RU); Евгений Михайлович Силкин; Федор Дмитриевич Кудашкин (RU); Федор Дмитриевич Кудашкин; Александр Семенович Мелешкин (RU); Александр Семенович Мелешкин; Надежда Ильинична Устимова (RU); Надежда Ильинична Устимова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника"
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-06-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in an electronic start-up regulating apparatus for a gas-discharge lamp (1), connected to output leads of the apparatus on a serial resonant circuit, comprising a monophase bridge rectifier on four diodes (2-5), output leads of which are connected to input leads of the apparatus through a resistor (6), a clamp which shunts output leads of the rectifier and comprising a serial circuit consisting of a capacitor (7), a diode (8), a themistor (9) and a second capacitor (10) as well as a second (11) and a third (12) diode, common connection points of the capacitors of the serial circuit of the clamp with the diode and the thermistor are connected to corresponding output leads of the rectifier through anti-parallel connected second and third diodes, respectively, a monophase half-bridge inverter on transistors (13, 14) with anti-parallel diodes (15, 16), input leads of which are connected to output leads of the rectifier, also comprising two series-connected filter capacitors (17, 18), a three-winding transformer, a protective capacitor (19), as well as a commutating capacitor (20) an a commutating inductor (21), which form with the gas-discharge lamp a serial resonant circuit connected through the primary winding (22) of the transformer and the protective capacitor to output leads of the inverter, formed by common connection points of the filter capacitors and transistors, respectively, the base of the transistor is connected to the emitter through the second serial circuit from an anti-parallel connected fourth diode (23) and a resistor (24), as well as through a third serial circuit from the secondary winding (25) of the transformer, connected anti-parallel to the primary winding, a separating capacitor (26) and a second resistor (27), the transistor is shunted by damping capacitor (28) and a third resistor (29), the collector of the second transistor is connected to the base through a fourth resistor (30), the base of the second transistor is connected to the emitter through a fourth serial circuit from an anti-parallel connected fifth diode (31) and a fifth resistor (32), as well as through a fifth serial circuit from the second secondary winding (33) of the transformer, connected in accordance with the primary winding, a second separating capacitor (34) and a sixth resistor (35), a sixth serial circuit from a third capacitor (36), a seventh resistor (37), a sixth diode (38), a threshold element (39), an eighth resistor (40) and a fourth capacitor (41), shunted by a ninth resistor (42), which connects the common connection point of the commutating capacitor and the commutating inductor with the emitter of the second transistor, common connection points of the seventh resistor and the sixth diode, the sixth diode and the threshold element of the sixth serial circuit are connected to the emitter of the second transistor through a posistor (43) and, respectively, through a tenth resistor (44) with parallel-connected fifth capacitor (45), thyristor (46), whose anode is connected to the base of the transistor through a seventh diode (47), and to the collector of the transistor through an eleventh resistor (48), the cathode is connected to the emitter or the second transistor, and the control electrode is connected to the common connection point of the eight resistor and the fourth capacitor.

EFFECT: high reliability of the electronic start-up regulating apparatus for a gas-discharge lamp.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, светотехнике, а также к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании источников питания для люминесцентных и других типов энергосберегающих газоразрядных ламп, а также различных высокочастотных, в том числе электротехнологических нагрузок. Изобретение повышает надежность электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы.The invention relates to instrumentation, lighting, as well as to converting technology and can be used in the design of power supplies for fluorescent and other types of energy-saving gas-discharge lamps, as well as various high-frequency, including electrotechnological loads. The invention improves the reliability of an electronic ballast for a discharge lamp.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через плавкую вставку, конденсатор фильтра, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно (Платан. Электронные компоненты. Каталог. - Изд-во ЗАО Платан Компонентс, 2008. - С.15).Known electronic ballast for a gas discharge lamp connected to the output terminals of the device in a serial resonant circuit, containing a single-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a fuse, a filter capacitor, shunting the output terminals of the rectifier, a single-phase half-bridge inverter on transistors with counter-parallel diodes, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, which also includes two series connected filter capacitor, a switching capacitor and a switching inductor, forming a series resonant circuit connected to the output terminals of the inverter, formed by common points of the connection of the filter capacitors and transistors, respectively (Platan. Electronic components. Catalog. - Publishing House Platan Components, 2008 .-- P.15).

Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является низкая надежность работы из-за низкого значения коэффициента мощности, высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока и больших амплитуд пусковых токов и повышенных амплитуд рабочих токов сети.The disadvantage of an electronic ballast for a discharge lamp is its low reliability due to the low power factor, high harmonic components of the current consumed from the network and large amplitudes of the starting currents and increased amplitudes of the operating currents of the network.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через плавкую вставку и дроссель фильтра, конденсатор фильтра, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий, кроме того, два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, и резистора, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и последовательно соединенными вторым и третьим резисторами, эмиттер транзистора соединен с коллектором второго транзистора через четвертый резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, и пятого резистора, эмиттер второго транзистора соединен с выходным выводом выпрямителя через шестой резистор (IR2520-новые возможности в области разработки электронных балластов // Силовая электроника. - 2006. - №2. - С.26).Known electronic ballast for a gas discharge lamp connected to the output terminals of the device in a serial resonant circuit, containing a single-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a fuse and filter choke, a filter capacitor, shunting the output terminals of the rectifier, a single-phase half-bridge an inverter on transistors with anti-parallel diodes, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, including in addition, two series-connected filter capacitors, a three-winding transformer, as well as a switching capacitor and a switching inductor, forming a series resonant circuit connected to a inverter through the primary winding of the transformer and connected to the output terminals of the inverter, formed by the common connection points of the filter capacitors and transistors, respectively, the base the transistor is connected to the emitter through a serial circuit from the secondary winding of the transformer, turned on counter to the primary ohm winding, and the resistor, the transistor is shunted by a damper capacitor and the second and third resistors are connected in series, the emitter of the transistor is connected to the collector of the second transistor through the fourth resistor, the base of the second transistor is connected to the emitter through the second serial circuit from the second secondary winding of the transformer connected in accordance with the primary winding , and the fifth resistor, the emitter of the second transistor is connected to the output terminal of the rectifier through the sixth resistor (IR2520-new opportunities in development of electronic ballasts // Power Electronics. - 2006. - No. 2. - S.26).

Недостатком электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является низкая надежность работы из-за низких значений коэффициентов мощности и полезного действия, высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, больших амплитуд пусковых токов, повышенных значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также отсутствия защиты от аномальных режимов «открытого катода» газоразрядной лампы и перегрева элементов устройства.The disadvantage of an electronic ballast for a gas discharge lamp is its low reliability due to low values of power factors and efficiency, high levels of harmonic components of current consumed from the network, large amplitudes of inrush currents, increased values of the shape factor of the gas discharge lamp, and the lack of protection against abnormal open cathode modes of a discharge lamp and overheating of device elements.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащий однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через дроссель фильтра, конденсатор фильтра, шунтирующий выходные выводы выпрямителя, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через последовательную цепь из вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, и резистора, база второго транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, и второго резистора (Otero Pascal. M. Motorola's D2 Series Transistors for Fluorescent Converters. - Motorola, 1997. - AN1577).Known electronic ballast for a gas discharge lamp connected to the output terminals of the device in a serial resonant circuit, containing a single-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a filter inductor, a filter capacitor, shunting the output terminals of the rectifier, a single-phase half-bridge inverter on transistors with counter-parallel diodes, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, which also includes the two last connected filter capacitor, a three-winding transformer, as well as a switching capacitor and a switching inductor forming a series resonant circuit connected to the inverter output terminals formed by the common connection points of the filter capacitors and transistors with the gas discharge lamp, respectively, the base of the transistor is connected to the emitter through a serial circuit from the secondary winding of the transformer, connected counter to the primary winding, and a resistor , The second transistor base is connected to the emitter via a second series circuit of a second transformer secondary winding included in accordance with the primary winding, and a second resistor (Otero Pascal. M. Motorola's D2 Series Transistors for Fluorescent Converters. - Motorola, 1997 .-- AN1577).

Указанный электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.The specified electronic ballast for a discharge lamp is the closest in technical essence to the invention and is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы из-за низких значений коэффициентов мощности и полезного действия, высоких уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, больших амплитуд пусковых токов, повышенных значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы, а также неэффективной электронной защиты и отсутствия защиты от перегрева элементов устройства.The disadvantage of the prototype is the low reliability of its operation due to low values of power factors and efficiency, high levels of harmonic components of the current consumed from the network, large amplitudes of inrush currents, high values of the shape factor of the discharge lamp, as well as inefficient electronic protection and lack of protection against overheating elements of the device.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the electronic ballast for a discharge lamp, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в электронном пускорегулирующем аппарате для газоразрядной лампы, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержащем однофазный мостовой выпрямитель на диодах, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через резистор, кламп, шунтирующий выходные выводы выпрямителя и включающий последовательную цепь из конденсатора, диода, термистора и второго конденсатора, а также второй и третий диоды, общие точки соединения конденсаторов последовательной цепи клампа с диодом и термистором подключены к соответствующим выходным выводам выпрямителя через включенные встречно второй и третий диоды соответственно, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах с встречно-параллельными диодами, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра, трехобмоточный трансформатор, защитный конденсатор, а также коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку трансформатора и защитный конденсатор к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из включенного встречно четвертого диода и резистора, а также через третью последовательную цепь из вторичной обмотки трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, разделительного конденсатора и второго резистора, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором и третьим резистором, коллектор второго транзистора соединен с базой через четвертый резистор, база второго транзистора подключена к эмиттеру через четвертую последовательную цепь из включенного встречно пятого диода и пятого резистора, а также через пятую последовательную цепь из второй вторичной обмотки трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, второго разделительного конденсатора и шестого резистора, шестую последовательную цепь из третьего конденсатора, седьмого резистора, шестого диода, порогового элемента, восьмого резистора и четвертого конденсатора, зашунтированного девятым резистором, которая соединяет общую точку соединения коммутирующего конденсатора и коммутирующего дросселя с эмиттером второго транзистора, общие точки соединения седьмого резистора и шестого диода, шестого диода и порогового элемента шестой последовательной цепи соединены с эмиттером второго транзистора через позистор и, соответственно, через десятый резистор с параллельно включенным пятым конденсатором, тиристор, анод которого подключен к базе транзистора через седьмой диод, а к коллектору транзистора через одиннадцатый резистор, катод соединен с эмиттером второго транзистора, а управляющий электрод подключен к общей точке соединения восьмого резистора и четвертого конденсатора.This goal is achieved by the fact that in an electronic ballast for a gas discharge lamp connected to the output terminals of the device in a serial resonant circuit containing a single-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a resistor, a clamp, shunting the output terminals of the rectifier and including a series circuit of a capacitor, a diode, a thermistor and a second capacitor, as well as the second and third diodes, common points of connection of the capacitors of the series Clamp circuit with a diode and a thermistor are connected to the corresponding output terminals of the rectifier through the included second and third diodes respectively, a single-phase half-bridge inverter on transistors with counter-parallel diodes, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, which also includes two filter capacitors connected in series a three-winding transformer, a protective capacitor, as well as a switching capacitor and a switching inductor, forming with the discharge lamp a consistent resonant circuit connected through the primary winding of the transformer and a protective capacitor to the output terminals of the inverter, formed by the common points of the connection of the filter capacitors and transistors, respectively, the base of the transistor is connected to the emitter through a second serial circuit from an oncoming fourth diode and resistor, as well as through a third serial circuit from the secondary winding of the transformer included in the opposite direction with the primary winding, an isolation capacitor and a second resistor, transi the torus is shunted with a damper capacitor and a third resistor, the collector of the second transistor is connected to the base through the fourth resistor, the base of the second transistor is connected to the emitter through the fourth serial circuit from the included counter-fifth diode and fifth resistor, and also through the fifth serial circuit from the second secondary winding of the transformer included according to the primary winding, the second isolation capacitor and the sixth resistor, the sixth series circuit of the third capacitor, seventh res ora, the sixth diode, the threshold element, the eighth resistor and the fourth capacitor shunted by the ninth resistor, which connects the common connection point of the switching capacitor and the switching inductor with the emitter of the second transistor, the common connection points of the seventh resistor and the sixth diode, the sixth diode and the threshold element of the sixth serial circuit connected to the emitter of the second transistor through a posistor and, accordingly, through a tenth resistor with a fifth capacitor connected in parallel, a thyristor, an anode which is connected to the base of the transistor through the seventh diode, and to the collector of the transistor through the eleventh resistor, the cathode is connected to the emitter of the second transistor, and the control electrode is connected to a common connection point of the eighth resistor and the fourth capacitor.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы, что достигается комплексным повышением значений коэффициентов мощности и полезного действия, снижением уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, уменьшением амплитуд пусковых токов и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы за счет использования эффективного клампа и качественных цепей защиты, оптимизации управляющих цепей транзисторов и пускового режима устройства, снижения коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах выпрямителя, а также электрических потерь в коммутирующем дросселе. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы и защиту от режима «открытого катода» газоразрядной лампы, перегрузок и перегрева устройства.A significant difference characterizing the invention is an increase in reliability, which is achieved by a comprehensive increase in the values of power factors and efficiency, lower levels of harmonic components of the current consumed from the network, decrease in amplitudes of inrush currents and values of the shape factor of the discharge lamp due to the use of an effective clamp and high-quality circuits protection, optimization of transistor control circuits and start-up mode of the device, reduction of switching losses in the transis Orach inverter and rectifier diodes and electrical losses in the commutating reactor. The inventive electronic ballast can be used for energy-efficient applications that provide increased reliability and protection from the "open cathode" discharge lamp, overload and overheating of the device.

Повышение надежности работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новыми элементами в схеме, порядком их включения и новыми связями, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы являются существенными.Improving the reliability of the electronic ballast for a gas discharge lamp is a technical result due to new elements in the circuit, the order of their inclusion and new connections, that is, the hallmarks of the invention. Thus, the distinguishing features of the claimed electronic ballast for a discharge lamp are significant.

На чертеже приведена схема электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы.The drawing shows a diagram of an electronic ballast for a discharge lamp.

Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы 1, подключенной к выходным выводам аппарата по последовательной резонансной схеме, содержит однофазный мостовой выпрямитель на четырех диодах 2-5, входные выводы которого соединены с входными выводами аппарата через резистор 6, кламп, шунтирующий выходные выводы выпрямителя и включающий последовательную цепь из конденсатора 7, диода 8, термистора 9 и второго конденсатора 10, а также второй 11 и третий 12 диоды, общие точки соединения конденсаторов последовательной цепи клампа с диодом и термистором подключены к соответствующим выходным выводам выпрямителя через включенные встречно второй и третий диоды соответственно, однофазный полумостовой инвертор на транзисторах 13, 14 с встречно-параллельными диодами 15, 16, входные выводы которого соединены с выходными выводами выпрямителя, включающий также два последовательно соединенных конденсатора фильтра 17, 18, трехобмоточный трансформатор, защитный конденсатор 19, а также коммутирующий конденсатор 20 и коммутирующий дроссель 21, образующие с газоразрядной лампой последовательную резонансную схему, подключенную через первичную обмотку 22 трансформатора и защитный конденсатор к выходным выводам инвертора, образуемым общими точками соединения конденсаторов фильтра и транзисторов соответственно, база транзистора подключена к эмиттеру через вторую последовательную цепь из включенного встречно четвертого диода 23 и резистора 24, а также через третью последовательную цепь из вторичной обмотки 25 трансформатора, включенной встречно с первичной обмоткой, разделительного конденсатора 26 и второго резистора 27, транзистор зашунтирован демпферным конденсатором 28 и третьим резистором 29, коллектор второго транзистора соединен с базой через четвертый резистор 30, база второго транзистора подключена к эмиттеру через четвертую последовательную цепь из включенного встречно пятого диода 31 и пятого резистора 32, а также через пятую последовательную цепь из второй вторичной обмотки 33 трансформатора, включенной согласно с первичной обмоткой, второго разделительного конденсатора 34 и шестого резистора 35, шестую последовательную цепь из третьего конденсатора 36, седьмого резистора 37, шестого диода 38, порогового элемента 39, восьмого резистора 40 и четвертого конденсатора 41, зашунтированного девятым резистором 42, которая соединяет общую точку соединения коммутирующего конденсатора и коммутирующего дросселя с эмиттером второго транзистора, общие точки соединения седьмого резистора и шестого диода, шестого диода и порогового элемента шестой последовательной цепи соединены с эмиттером второго транзистора через позистор 43 и, соответственно, через десятый резистор 44 с параллельно включенным пятым конденсатором 45, тиристор 46, анод которого подключен к базе транзистора через седьмой диод 47, а к коллектору транзистора через одиннадцатый резистор 48, катод соединен с эмиттером второго транзистора, а управляющий электрод подключен к общей точке соединения восьмого резистора и четвертого конденсатора.The electronic ballast for a gas discharge lamp 1 connected to the output terminals of the device in a serial resonant circuit contains a single-phase bridge rectifier on four diodes 2-5, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a resistor 6, a clamp that shunts the output terminals of the rectifier and includes a serial a circuit from a capacitor 7, a diode 8, a thermistor 9 and a second capacitor 10, as well as a second 11 and a third 12 diodes, common points of connection of the capacitors of a serial clamp circuit with a di the odor and thermistor are connected to the corresponding output terminals of the rectifier through the included second and third diodes, respectively, a single-phase half-bridge inverter on transistors 13, 14 with counter-parallel diodes 15, 16, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, which also includes two series-connected capacitors a filter 17, 18, a three-winding transformer, a protective capacitor 19, as well as a switching capacitor 20 and a switching inductor 21, forming the after-discharge lamp resonant circuit connected through the primary winding 22 of the transformer and the protective capacitor to the output terminals of the inverter formed by the common points of the connection of the filter capacitors and transistors, respectively, the base of the transistor is connected to the emitter through the second serial circuit from the oncoming fourth diode 23 and resistor 24, and also through the third serial circuit from the secondary winding 25 of the transformer, connected counterclockwise to the primary winding, an isolation capacitor 26 and a second resistor 27, t the transistor is shunted by the damper capacitor 28 and the third resistor 29, the collector of the second transistor is connected to the base through the fourth resistor 30, the base of the second transistor is connected to the emitter through the fourth serial circuit from the oncoming fifth diode 31 and the fifth resistor 32, and also through the fifth serial circuit from the second secondary winding 33 of the transformer included in accordance with the primary winding of the second isolation capacitor 34 and the sixth resistor 35, the sixth serial circuit of the third condensate RA 36, the seventh resistor 37, the sixth diode 38, the threshold element 39, the eighth resistor 40 and the fourth capacitor 41, shunted by the ninth resistor 42, which connects the common connection point of the switching capacitor and switching inductor with the emitter of the second transistor, the common connection points of the seventh resistor and the sixth the diode, the sixth diode and the threshold element of the sixth serial circuit are connected to the emitter of the second transistor through a posistor 43 and, respectively, through a tenth resistor 44 with a parallel th capacitor 45, thyristor 46, the anode of which is connected to the base of the transistor through the seventh diode 47, and to the collector of the transistor through the eleventh resistor 48, the cathode is connected to the emitter of the second transistor, and the control electrode is connected to the common junction of the eighth resistor and fourth capacitor.

Электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядной лампы 1 в установившемся режиме работает следующим образом. Однофазный мостовой выпрямитель на диодах 2-5 преобразует переменное напряжение сети в знакопостоянное напряжение. Кламп обеспечивает эффективную и надежную фильтрацию напряжения выпрямителя. Заряд конденсаторов 7, 10 клампа осуществляется от источника питания (выпрямителя) через диод 8 и термистор 9. Таким образом, конденсаторы 7, 10 клампа при заряде подключаются последовательно, что уменьшает амплитуды токов заряда и напряжения на них. Одновременно термистор 9 вначале имеет большое сопротивление, что также ограничивает ток заряда конденсаторов 7, 10 клампа. При нагреве термистора 9 его сопротивление снижается и в номинальном режиме он практически не оказывает влияние на работу устройства. Разряд конденсаторов 7, 10 на нагрузку происходит параллельно за счет работы диодов 11, 12 клампа. Параллельное подключение конденсаторов 7, 10 при их разряде позволяет улучшить фильтрующие свойства клампа при одновременном обеспечении высокого коэффициента мощности устройства (до 0,96). Транзисторы 13, 14 однофазного полумостового инвертора включаются и проводят ток поочередно. Инвертор работает в автогенераторном режиме, что достигается применением последовательной резонансной схемы включения газоразрядной лампы 1 и обратной связи за счет трехобмоточного трансформатора, первичная обмотка 22 которого соединяется последовательно в нагрузочную цепь инвертора, а вторичные обмотки 25, 33 включаются в базовые цепи транзисторов 13, 14. При этом вторичные обмотки 25, 33 трансформатора имеют встречное включение. Базовые токи транзисторов 13, 14 при их работе пропорциональны току в нагрузочной цепи. Увеличение тока базы одного транзистора (13 или 14) приводит к уменьшению тока базы другого транзистора (14 или 13), что вызывает их периодическое переключение с частотой, определяемой величинами емкости коммутирующего конденсатора 20 и индуктивности коммутирующего дросселя 21. Ток в нагрузочной цепи имеет квазисинусоидальную форму. Разделительные конденсаторы 26, 34 служат для емкостной развязки цепей управления и, совместно с резисторами 27, 35, для ограничения базовых токов транзисторов 13, 14. Одновременно, заряд разделительного конденсатора 34 через резисторы 29, 30 обеспечивает запуск аппарата. Резисторы 24, 32 ограничивают уровни обратного напряжения на базах транзисторов 13, 14 относительно их эмиттеров. Резисторы 24, 32 также повышают устойчивость транзисторов 13, 14 к большой величине скорости нарастания напряжения. Диод 31 предотвращает разряд разделительного конденсатора 34 через резистор 32, что гарантирует надежный первоначальный запуск устройства. Встречно-параллельные диоды 15, 16 ограничивают величины обратных напряжений на транзисторах 13, 14 инвертора. Демпферный конденсатор 28 и резистор 29 снижают уровни коммутационных перенапряжений на транзисторах 13, 14. Кроме того, за счет демпферного конденсатора 28 обеспечивается плавное нарастание напряжений на транзисторах 13, 14 и встречно-параллельных диодах 15, 16 (мягкая коммутация) при работе инвертора. Защита электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы от нарушений электрического режима и выхода элементов из строя обеспечивается, в частности, резистором 6, который также дополнительно ограничивает броски входного тока устройства, обусловленные зарядом конденсаторов 7, 10 клампа. При работе устройства в аномальном режиме «открытого катода» газоразрядной лампы 1 (лампа 1 не зажигается) возрастают токи и напряжения на элементах нагрузочной цепи. Ограничение роста токов и напряжений в режиме «открытого катода» газоразрядной лампы 1 и защита от перегрева устройства обеспечиваются включением тиристора 46, который блокирует базовую цепь транзистора 13 через седьмой диод 47 и вызывает отключение автогенерации устройства. Управление тиристором 46 осуществляется по шестой последовательной цепи из третьего конденсатора 36, седьмого резистора 37, шестого диода 38, порогового элемента 39, восьмого резистора 40 и четвертого конденсатора 41, зашунтированного девятым резистором 42, которая соединяет общую точку соединения коммутирующего конденсатора 20 и коммутирующего дросселя 21 с эмиттером второго транзистора 14. При возрастании токов и напряжений в нагрузочной цепи газоразрядной лампы 1 возрастает ток через третий конденсатор 36 и напряжение на позисторе 43. Одновременно возрастает напряжение на пятом конденсаторе 45. Срабатывание порогового элемента 39 приводит к включению тиристора 46. Десятый резистор 44 служит для разряда пятого конденсатора 45 и восстановления цепи защиты при отключении напряжения питания устройства. Если температура внутри корпуса электронного пускорегулирующего аппарата возрастает, то возрастает и сопротивление позистора 43, что также приводит к срабатыванию цепи защиты и включению тиристора 46. Таким образом, одна защитная цепь обеспечивает эффективную защиту устройства от аномального режима «открытого катода» газоразрядной лампы 1 и перегрева устройства. Девятый резистор 42 повышает стойкость тиристора 46 к повышенной скорости нарастания напряжения и помехоустойчивость, а также обеспечивает разряд четвертого конденсатора 41 при восстановлении цепей защиты. Одиннадцатый резистор 48 задает минимальный уровень тока тиристора 46, поддерживающего его во включенном состоянии после срабатывания защитной цепи. Восьмой резистор 40 предназначен для задания уровня максимального тока через управляющий электрод тиристора 46. Защитный конденсатор 19 ограничивает ток в нагрузочной цепи при коротких замыканиях на выходе устройства.The electronic ballast for a discharge lamp 1 in the steady state operates as follows. A single-phase bridge rectifier on diodes 2-5 converts the alternating voltage of the network into alternating voltage. Clamp provides an efficient and reliable filtering of the voltage of the rectifier. The clamp capacitors 7, 10 are charged from the power source (rectifier) through the diode 8 and thermistor 9. Thus, the clamp capacitors 7, 10 are connected in series when charging, which reduces the amplitudes of the charge currents and voltage on them. At the same time, the thermistor 9 initially has a large resistance, which also limits the charge current of the clamp capacitors 7, 10. When heating the thermistor 9, its resistance decreases and in the nominal mode it practically does not affect the operation of the device. The discharge of capacitors 7, 10 to the load occurs in parallel due to the operation of the clamp diodes 11, 12. Parallel connection of capacitors 7, 10 during their discharge allows to improve the filtering properties of the clamp while ensuring a high power factor of the device (up to 0.96). Transistors 13, 14 of a single-phase half-bridge inverter are turned on and conduct current alternately. The inverter operates in the self-generating mode, which is achieved by applying a sequential resonant circuit for switching on the discharge lamp 1 and feedback due to a three-winding transformer, the primary winding of which 22 is connected in series to the inverter load circuit, and the secondary windings 25, 33 are included in the base circuits of transistors 13, 14. In this case, the secondary windings 25, 33 of the transformer have a counter inclusion. The base currents of the transistors 13, 14 during their operation are proportional to the current in the load circuit. An increase in the base current of one transistor (13 or 14) leads to a decrease in the base current of the other transistor (14 or 13), which causes their periodic switching with a frequency determined by the capacitance of the switching capacitor 20 and the inductance of the switching inductor 21. The current in the load circuit has a quasi-sinusoidal shape . The separation capacitors 26, 34 are used for capacitive isolation of the control circuits and, together with the resistors 27, 35, to limit the base currents of the transistors 13, 14. At the same time, the charge of the separation capacitor 34 through the resistors 29, 30 ensures the device starts up. Resistors 24, 32 limit the reverse voltage levels at the bases of transistors 13, 14 relative to their emitters. Resistors 24, 32 also increase the resistance of transistors 13, 14 to a large voltage slew rate. The diode 31 prevents the discharge of the isolation capacitor 34 through the resistor 32, which guarantees a reliable initial start-up of the device. Counter-parallel diodes 15, 16 limit the magnitude of the reverse voltages on the transistors 13, 14 of the inverter. The damper capacitor 28 and the resistor 29 reduce the levels of switching overvoltages on the transistors 13, 14. In addition, due to the damper capacitor 28, a smooth increase in the voltages on the transistors 13, 14 and on-parallel diodes 15, 16 (soft switching) during operation of the inverter is ensured. The protection of the electronic ballast for a gas discharge lamp from violations of the electric mode and the failure of the elements is ensured, in particular, by a resistor 6, which also additionally limits the inrush current of the device due to the charge of the clamp capacitors 7, 10. When the device is operating in the anomalous "open cathode" mode of the discharge lamp 1 (lamp 1 does not light), currents and voltages on the elements of the load circuit increase. The limitation of the growth of currents and voltages in the "open cathode" mode of the discharge lamp 1 and protection against overheating of the device are provided by turning on the thyristor 46, which blocks the base circuit of the transistor 13 through the seventh diode 47 and causes the device to turn off. The thyristor 46 is controlled by a sixth series circuit from a third capacitor 36, a seventh resistor 37, a sixth diode 38, a threshold element 39, an eighth resistor 40, and a fourth capacitor 41 shunted by a ninth resistor 42, which connects a common connection point of the switching capacitor 20 and the switching inductor 21 with the emitter of the second transistor 14. With increasing currents and voltages in the load circuit of the discharge lamp 1, the current through the third capacitor 36 and the voltage across the posistor 43 increase. At the same time The voltage at the fifth capacitor 45 increases markedly. The actuation of the threshold element 39 causes the thyristor 46 to turn on. The tenth resistor 44 serves to discharge the fifth capacitor 45 and restore the protection circuit when the device is powered off. If the temperature inside the body of the electronic ballast increases, the resistance of the posistor 43 also increases, which also leads to the operation of the protection circuit and the inclusion of thyristor 46. Thus, one protective circuit provides effective protection of the device from the abnormal "open cathode" mode of the discharge lamp 1 and overheating devices. The ninth resistor 42 increases the resistance of the thyristor 46 to increased slew rate and noise immunity, and also provides the discharge of the fourth capacitor 41 when restoring the protection circuits. The eleventh resistor 48 sets the minimum current level of the thyristor 46, supporting it in the on state after the protective circuit is triggered. The eighth resistor 40 is designed to set the maximum current level through the control electrode of the thyristor 46. The protective capacitor 19 limits the current in the load circuit during short circuits at the output of the device.

Транзисторы инвертора 13, 14 могут иметь структуры с встроенными или модульные конструкции с предустановленными встречно-параллельными диодами. В этом случае отпадает необходимость в установке встречно-параллельных диодов 15, 16. Конденсаторы 7, 10 клампа являются электролитическими либо пленочными с величиной емкости около 0, 17 мкФ/Вт. Диоды 8, 11, 12, 15, 16 должны быть быстродействующими. В качестве порогового элемента 39 могут быть использованы стабилитроны, стабисторы, динисторы или обычные диоды. Для повышения порога срабатывания поргового элемента 39 при выполнении его на диодах возможно соединение нескольких диодов последовательно.The inverter transistors 13, 14 may have structures with built-in or modular designs with pre-installed counter-parallel diodes. In this case, there is no need to install counter-parallel diodes 15, 16. Clamp capacitors 7, 10 are electrolytic or film with a capacitance of about 0.1, 17 μF / W. Diodes 8, 11, 12, 15, 16 should be fast. As the threshold element 39, zener diodes, stabilizers, dinistors or conventional diodes can be used. To increase the threshold of operation of the porg element 39 when it is executed on diodes, it is possible to connect several diodes in series.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы. Заявляемый электронный пускорегулирующий аппарат может быть использован для ответственных энергосберегающих применений, обеспечивающих повышенную надежность работы и защиту от режима «открытого катода» газоразрядной лампы, перегрузок и перегрева устройства. Это достигается за счет комплексного повышения коэффициентов мощности и полезного действия устройства, снижения уровней гармонических составляющих потребляемого из сети тока, уменьшения амплитуд пусковых токов и значений коэффициента формы тока газоразрядной лампы. Повышение коэффициентов мощности и полезного действия обеспечивает снижение общей токовой загрузки элементов устройства, в том числе, диодов выпрямителя. Положительные качества обусловлены также использованием эффективного клампа и качественной схемы защиты на тиристоре, использованием дополнительного защитного конденсатора, оптимизацией управляющих цепей транзисторов и пускового режима, снижением коммутационных потерь в транзисторах инвертора и диодах выпрямителя, а также электрических потерь в коммутирующем дросселе. Снижаются уровни перенапряжений на элементах устройства, электромагнитных помех, возникающих при выключении транзисторов, электрических потерь в коммутирующем дросселе и других элементах устройства за счет «мягкой» коммутации транзисторов и действия демпферного конденсатора. Повышается устойчивость и, следовательно, надежность работы электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы, срывов инвертирования при работе на динамическую нагрузку.Compared with the prototype significantly increases the reliability of the electronic ballast for a discharge lamp. The inventive electronic ballast can be used for energy-efficient applications that provide increased reliability and protection from the "open cathode" discharge lamp, overload and overheating of the device. This is achieved through a comprehensive increase in power factors and device efficiency, lower levels of harmonic components of the current consumed from the network, decrease in the amplitudes of the starting currents and the current shape factor of the discharge lamp. The increase in power factors and efficiency provides a decrease in the total current load of the device elements, including rectifier diodes. Positive qualities are also due to the use of an effective clamp and a high-quality thyristor protection circuit, the use of an additional protective capacitor, optimization of transistor control circuits and starting mode, reduction of switching losses in the inverter transistors and rectifier diodes, as well as electrical losses in the switching inductor. Reduced levels of overvoltage on the elements of the device, electromagnetic interference arising when the transistors are turned off, electrical losses in the switching choke and other elements of the device due to the "soft" switching of transistors and the action of the damper capacitor. Increases the stability and, therefore, the reliability of the electronic ballast for a discharge lamp, disruption of inversion when working on a dynamic load.

Повышение надежности электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы оценивается по времени наработки на отказ. В соответствии с результатами экспериментальных исследований время наработки на отказ заявляемого аппарата может быть увеличено на 80÷90%.Improving the reliability of an electronic ballast for a discharge lamp is estimated by the mean time between failures. In accordance with the results of experimental studies, the time between failures of the claimed apparatus can be increased by 80 ÷ 90%.

Дополнительно, коэффициент полезного действия устройства повышается на 4-5% за счет уменьшения потерь энергии в элементах, в том числе по причине значительного уменьшения амплитуд импульсов входного тока устройства.Additionally, the efficiency of the device is increased by 4-5% due to the reduction of energy losses in the elements, including due to a significant decrease in the amplitudes of the pulses of the input current of the device.

Дополнительно может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена устройства за счет оптимизации схемы и обеспечения возможности использования транзисторов и диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой.Additionally, the design can be greatly simplified and the price of the device can be reduced by optimizing the circuit and making it possible to use transistors and diodes with reduced requirements for their parameters and lower price.

Дополнительно, по сравнению с прототипом, могут быть снижены до 15% и весо-габаритные показатели заявляемого электронного пускорегулирующего аппарата для газоразрядной лампы за счет оптимизации схемы и конструкции, что также расширяет и его область применения.Additionally, in comparison with the prototype, the weight and overall performance of the inventive electronic ballast for a gas discharge lamp can be reduced by optimizing the circuit and design, which also extends its scope.

Claims

An electronic ballast for a gas discharge lamp connected to the output terminals of the device using a serial resonant circuit, containing a single-phase bridge rectifier on diodes, the input terminals of which are connected to the input terminals of the device through a resistor, a clamp, shunting the output terminals of the rectifier and including a serial circuit from the capacitor, diode, the thermistor and the second capacitor, as well as the second and third diodes, common points of connection of the capacitors of the serial circuit of the clamp with the diode and the thermistor connected to the corresponding output terminals of the rectifier through the included second and third diodes, respectively, a single-phase half-bridge inverter on transistors with counter-parallel diodes, the input terminals of which are connected to the output terminals of the rectifier, which also includes two series-connected filter capacitors, a three-winding transformer, a protective capacitor, and also a switching capacitor and a switching reactor, forming a series resonant circuit with a discharge lamp, through the primary winding of the transformer and the protective capacitor to the output terminals of the inverter, formed by the common points of the connection of the filter capacitors and transistors, respectively, the base of the transistor is connected to the emitter through a second serial circuit from the on-board fourth diode and resistor, as well as through a third serial circuit from the secondary transformer winding connected in the opposite direction with the primary winding, the isolation capacitor and the second resistor, the transistor is shunted by a condenser damper by the resistor and the third resistor, the collector of the second transistor is connected to the base through the fourth resistor, the base of the second transistor is connected to the emitter through the fourth serial circuit from the oncoming fifth diode and the fifth resistor, and also through the fifth serial circuit from the second secondary winding of the transformer, connected according to the primary winding, a second isolation capacitor and a sixth resistor, a sixth series circuit of a third capacitor, a seventh resistor, a sixth diode, a threshold element a, the eighth resistor and the fourth capacitor shunted by the ninth resistor, which connects the common connection point of the switching capacitor and the switching inductor with the emitter of the second transistor, the common connection points of the seventh resistor and the sixth diode, the sixth diode and the threshold element of the sixth serial circuit are connected to the emitter of the second transistor through a posistor and, accordingly, through a tenth resistor with a fifth capacitor connected in parallel, a thyristor, the anode of which is connected to the base of the transistor through the seventh diode, and to the collector of the transistor through the eleventh resistor, the cathode is connected to the emitter of the second transistor, and the control electrode is connected to a common connection point of the eighth resistor and the fourth capacitor.