RU83166U1

RU83166U1 - ELECTRONIC START-UP CONTROL UNIT FOR DISCHARGE LAMPS

Info

Publication number: RU83166U1
Application number: RU2008152583/22U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Резников; Владимир Владимирович Бочаров; Георгий Александрович Дубенский; Борис Вениаминович Кабелев; Евгений Владимирович Парфенов
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Полезная модель относится к силовой импульсной электронике и может быть использована при создании электронных пускорегулирующих аппаратов («балластов») для питания газоразрядных ламп, в частности, натриевых и металл-галогенных ламп высокого давления, применяемых, например, для освещения дорог, больших площадей и в тепличном хозяйстве. Техническим результатом предложения является повышение надежности, срока службы и расширение функциональных возможностей устройства. Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в электронном пускорегулирующем аппарате для питания газоразрядных ламп, содержащем двухполупериодный выпрямитель 1 с выходным емкостным фильтром, импульсный корректор коэффициента мощности 2 с первым электронным ключом, дросселем, первым и вторым диодами, полумостовой инвертор 3 со вторым и третьим электронными ключами, зашунтированными соответствующими обратными третьим и четвертым диодами, схему поджига с трансформатором 4, конденсатором 5 и генератором импульсов 6, состоящим из емкостного накопителя, зарядного резистора и четвертого электронного ключа, а также схему управления 7, выходные выводы которой подключены к управляющим выводам всех электронных ключей, а входные - к цепям обратных связей по потребляемым от зажимов питания 8, 9 и зажимов нагрузки 10, 11 токам и напряжениям на этих зажимах, причем первый электронный ключ 12, включенный в проводящем направлении, своим первым силовым выводом соединен с первым выходным выводом выпрямителя, а вторым - с первым выводом первого диода 13, включенного в непроводящем направлении, и с первым крайним выводом первой обмотки 14 дросселя, второй крайний вывод которой соединен с первым выводом второго диода 15, включенного в проводящем направлении, второй 16 и третий 17 электронные ключи, соединенные между собой последовательно - согласно, своими свободными выводами подключены к крайним выходным выводам импульсного корректора коэффициента мощности, а общей точкой через вторичную обмотку трансформатора - к первому зажиму нагрузки и через конденсатор - ко второму зажиму нагрузки, а первичная обмотка трансформатора подключена к выходным выводам генератора импульсов, входные питающие выводы которого подключены к зажимам питания, выпрямитель выполнен полумостовым со средней точкой выходного емкостного фильтра, в импульсный корректор коэффициента мощности введены пятый электронный ключ 18, пятый 19 и шестой 20 диоды, в дроссель введена вторая обмотка 21, первый крайний вывод которой The utility model relates to pulsed power electronics and can be used to create electronic ballasts (“ballasts”) for powering gas-discharge lamps, in particular, sodium and metal-halogen high-pressure lamps, used, for example, to illuminate roads, large areas and greenhouse facilities. The technical result of the proposal is to increase reliability, service life and expand the functionality of the device. This result is ensured due to the fact that in the electronic ballast for supplying gas discharge lamps containing a half-wave rectifier 1 with an output capacitive filter, a pulse power factor corrector 2 with a first electronic switch, a choke, first and second diodes, a half-bridge inverter 3 with a second and third electronic the keys shunted by the corresponding reverse third and fourth diodes, the ignition circuit with a transformer 4, a capacitor 5 and a pulse generator 6, consisting of from a capacitive storage device, a charging resistor, and a fourth electronic key, as well as a control circuit 7, the output terminals of which are connected to the control terminals of all electronic keys, and the input terminals to feedback circuits for current consumed from power terminals 8, 9 and load terminals 10, 11 and voltages at these terminals, and the first electronic switch 12, included in the conductive direction, is connected with its first power output to the first output terminal of the rectifier, and the second to the first output of the first diode 13 connected in a non-conductive voltage equalization, and with the first extreme terminal of the first winding 14 of the inductor, the second extreme terminal of which is connected to the first terminal of the second diode 15, connected in the conductive direction, the second 16 and third 17 electronic keys interconnected in series - according to their free terminals are connected to the extreme output terminals of the pulse power factor corrector, and by a common point through the secondary winding of the transformer to the first load terminal and through the capacitor to the second load terminal, and the primary winding of the transformer connected to the output terminals of the pulse generator, the input supply terminals of which are connected to the power terminals, the rectifier is made half-bridge with the midpoint of the output capacitive filter, the fifth electronic switch 18, the fifth 19 and the sixth 20 diodes are introduced into the pulse corrector of the power factor, the second winding 21 is introduced into the inductor whose first extreme conclusion

через пятый электронный ключ, включенный в проводящем направлении, соединен со вторым выходным выводом выпрямителя и со вторым выводом первого диода, а через пятый диод - с общей точкой первого выходного вывода выпрямителя и первого силового вывода первого электронного ключа, а второй крайний вывод которой через шестой диод подключен ко второму выводу второго диода и ко второму зажиму нагрузки, соединенному также со средней точкой выходного емкостного фильтра выпрямителя, причем в качестве крайних выходных выводов импульсного корректора коэффициента мощности использованы промежуточные выводы соответствующих обмоток дросселя, а также благодаря тому, что зажим питания, соединенный со средней точкой выходного емкостного фильтра выпрямителя, заземлен, а в качестве второго и третьего электронных ключей использованы тиристоры, включенные в непроводящие направлении относительно выходной полярности выпрямителя.through the fifth electronic switch, included in the conductive direction, connected to the second output terminal of the rectifier and to the second terminal of the first diode, and through the fifth diode, to the common point of the first output terminal of the rectifier and the first power terminal of the first electronic switch, and the second terminal terminal through the sixth the diode is connected to the second terminal of the second diode and to the second load clamp, also connected to the midpoint of the output capacitive filter of the rectifier, moreover, as the extreme output conclusions of the pulse correction and power factor used interim findings respective choke coils, and due to the fact that the power terminal, coupled to a midpoint of the output capacitance of the rectifier filter is grounded, and as second and third electronic switches used thyristors included in the non-conducting direction with respect to the output of the rectifier polarity.

Description

Полезная модель относиться к силовой импульсной электронике и может быть использована при создании электронных пускорегулирующих аппаратов (электронных «балластов») для питания газоразрядных ламп, в частности, ламп высокого давления: натриевых и металл-галогенных, например, для освещения дорог, больших площадей, и в тепличном хозяйстве, а также флуоресцентных ламп.The utility model relates to pulsed power electronics and can be used to create electronic ballasts (electronic "ballasts") for powering gas-discharge lamps, in particular, high-pressure lamps: sodium and metal-halogen, for example, for lighting roads, large areas, and in greenhouses, as well as fluorescent lamps.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп (в частности - флуоресцентной), содержащий импульсный корректор коэффициента мощности на базе выпрямителя, повышающего широтно-импульсного модулятора с электронным ключом и сглаживающего электролитического конденсатора, резонансный одноактный инвертор на базе двух электронных ключей и L-C-контура и схему управления (А.Евстифеев. Особенности построения балластов для ламп высокого давления, Силовая электроника, №3, 2008 г. стр.132-136, рис 11.).Known electronic ballast for powering gas discharge lamps (in particular fluorescent), containing a pulse corrector power factor based on a rectifier, a pulse-width modulator with an electronic key and a smoothing electrolytic capacitor, a resonant inactor based on two electronic keys and an LC circuit and control scheme (A. Evstifeev. Features of the construction of ballasts for high-pressure lamps, Power Electronics, No. 3, 2008, pp. 132-136, Fig. 11.).

Недостатком известного электронного пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп, являются его неприменимость для питания газоразрядных ламп высокого давления (натриевых и металл-галогенных) из-за отсутствия отдельной схемы высоковольтного поджига (на 2-4 кВ), а также низкие надежность и срок службы из-за наличия электролитического сглаживающего конденсатора с относительно большой электроемкостью и невозможности заземления выходного зажима для питания лампы (при заземленной питающей сети).A disadvantage of the known electronic ballast for feeding gas discharge lamps is its inapplicability for supplying high pressure gas discharge lamps (sodium and metal-halogen) due to the lack of a separate high-voltage ignition circuit (2-4 kV), as well as low reliability and service life of - due to the presence of an electrolytic smoothing capacitor with a relatively large electric capacity and the inability to ground the output terminal for powering the lamp (with a grounded power supply network).

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп (в частности - металл-галогенной лампы высокого давления), содержащий выпрямитель, импульсный корректор коэффициента мощности на базе повышающего широтно-импульсного модулятора с электронным ключом и сглаживающего электролитического конденсатора, понижающий преобразователь с электронным ключом, мостовой инвертор напряжения на базе четырех электронных ключей, схему поджига и схему управления (см. там же, рис.4 - верхняя часть, рис 10 и рис 12)A known electronic ballast for powering gas discharge lamps (in particular, a metal-halogen high-pressure lamp), comprising a rectifier, a pulse power factor corrector based on a step-up pulse-width modulator with an electronic key and a smoothing electrolytic capacitor, a step-down converter with an electronic key, a bridge inverter voltage based on four electronic keys, ignition circuit and control circuit (see ibid., Fig. 4 - upper part, Fig. 10 and Fig. 12)

Недостатком известного электронного пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп являются нерациональность его использования для питания A disadvantage of the known electronic ballast for powering discharge lamps is the irrationality of its use for power

натриевых ламп высокого давления и флуоресцентных ламп низкого давления из за сложности тройного преобразования энергии, а также низкие надежность и срок службы из-за наличия электролитического сглаживающего конденсатора с относительно большой электроемкостью, требующего термостабилизации, и невозможности заземления выходного зажима для питания лампы.high pressure sodium lamps and low pressure fluorescent lamps because of the difficulty of triple energy conversion, as well as low reliability and service life due to the presence of an electrolytic smoothing capacitor with a relatively large electrical capacitance that requires thermal stabilization and the inability to ground the output terminal to power the lamp.

Известен электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп (в частности натриевой лампы высокого давления), содержащий двухполупериодный мостовой выпрямитель с выходным емкостным фильтром, импульсный корректор коэффициента мощности с электронным ключом, дросселем и диодами, полумостовой инвертор с двумя электронными ключами (транзисторами), схему поджига с трансформатором, конденсатором и генератором импульсов, состоящим из емкостного накопителя, зарядного резистора и электронного ключа, а также схему управления электронными ключами с цепями обратных связей по входным и выходным токам и напряжениям (см. там же, рис.4 - нижняя часть, рис.6 рис.10).Known electronic ballast for powering gas discharge lamps (in particular high pressure sodium lamp), containing a half-wave bridge rectifier with an output capacitive filter, a pulse power factor corrector with an electronic key, a choke and diodes, a half-bridge inverter with two electronic keys (transistors), an ignition circuit with a transformer, capacitor and pulse generator, consisting of a capacitive storage device, a charging resistor and an electronic key, as well as a control circuit electronic keys with feedback circuits for input and output currents and voltages (see ibid., Fig. 4 - lower part, Fig. 6 Fig. 10).

Недостатком известного электронного пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп являются низкие надежность и срок службы из-за наличия электролитического сглаживающего конденсатора с относительно большой электроемкостью, требующего термостабилизации (для предотвращения полного выключения горячей лампы высокого давления при синусоидальной форме сетевого напряжения) и невозможности заземления выходного зажима для питания нагрузки, а также нерациональность его использования для питания относительно низковольтных металл-галогенных ламп высокого давления из-за отсутствия понижающего преобразователя, что сужает функциональные возможности устройства.A disadvantage of the known electronic ballast for supplying gas discharge lamps is their low reliability and service life due to the presence of an electrolytic smoothing capacitor with a relatively large electrical capacitance that requires thermal stabilization (to prevent the high-pressure hot lamp from turning off completely with a sinusoidal form of mains voltage) and the inability to ground the output terminal for power supply of the load, as well as the irrationality of its use for powering relatively low-voltage Ferrous materials halogen high-pressure lamps because of lack of the down converter, which reduces the functionality of the device.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является последний из перечисленных известных электронных пускорегулирующих аппаратов для питания газоразрядных ламп.In terms of technical nature, the closest to the proposed one is the last of the known electronic ballasts for powering discharge lamps.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является исключение электролитического сглаживающего конденсатора с относительно большой электроемкостью, обеспечение возможности заземления выходного зажима для подключения лампы (вне зависимости от заземления питающей сети), исключение сквозных и инверсно-диодных сверхтоков и расширение диапазона выходного напряжения устройства, например, при его применении для питания относительно низковольтных метал-галогенных ламп высокого давления.The task to which the claimed utility model is directed is to eliminate the electrolytic smoothing capacitor with a relatively large electric capacity, to provide the possibility of grounding the output terminal for connecting the lamp (regardless of the grounding of the power supply network), to eliminate through and inverse-diode overcurrents and to expand the range of the output voltage of the device , for example, when it is used to power relatively low-voltage metal-halogen high-pressure lamps.

Техническим результатом предложения является повышение надежности, срока службы и расширение функциональных возможностей устройства.The technical result of the proposal is to increase reliability, service life and expand the functionality of the device.

Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в электронном пускорегулирующем аппарате для питания газоразрядных ламп, содержащем двухполупериодный выпрямитель с выходным емкостным фильтром, импульсный корректор коэффициента мощности с первым электронным ключом, дросселем, первым и вторым диодами, полумостовой инвертор со вторым и третьим электронными ключами, зашунтированными соответствующими обратными третьим и четвертым диодами, схему поджига с трансформатором, конденсатором и генератором импульсов, состоящим из емкостного накопителя, зарядного резистора и четвертого электронного ключа, а также схему управления, выходные выводы которой подключены к управляющим выводам всех электронных ключей, а входные - к цепям обратных связей по потребляемым от зажимов питания и зажимов нагрузки токам и напряжениям на этих зажимах, причем первый электронный ключ, включенный в проводящем направлении, своим первым силовым выводом соединен с первым выходным выводом выпрямителя, а вторым - с первым выводом первого диода, включенного в непроводящем направлении, и с первым крайним выводом первой обмотки дросселя, второй крайний вывод которой соединен с первым выводом второго диода, включенного в проводящем направлении, второй и третий электронные ключи, соединенные между собой последовательно - согласно, своими свободными выводами подключены к крайним выходным выводам импульсного корректора коэффициента мощности, а общей точкой через вторичную обмотку трансформатора - к первому зажиму нагрузки и через конденсатор - ко второму зажиму нагрузки, а первичная обмотка трансформатора подключена к выходным выводам генератора импульсов, входные питающие выводы которого подключены к зажимам питания, выпрямитель выполнен полумостовым со средней точкой выходного емкостного фильтра, в импульсный корректор коэффициента мощности введены пятый электронный ключ, пятый и шестой диоды, в дроссель введена вторая-обмотка, первый крайний вывод которой через пятый электронный ключ, включенный в проводящем направлении, соединен со вторым выходным выводом выпрямителя и со вторым выводом первого диода, а через пятый диод - с общей точкой первого выходного вывода выпрямителя и первого силового вывода первого электронного ключа, а второй крайний вывод которой через шестой диод подключен ко второму выводу второго диода и ко второму зажиму нагрузки, соединенному также со средней точкой выходного емкостного фильтра выпрямителя, причем в качестве крайних выходных выводов импульсного корректора коэффициента мощности использованы промежуточные выводы соответствующих обмоток дросселя, а также благодаря тому, что зажим питания, соединенный со средней точкой выходного емкостного фильтра выпрямителя, заземлен, а в качестве второго и This result is ensured due to the fact that in the electronic ballast for supplying gas discharge lamps, containing a half-wave rectifier with an output capacitive filter, a pulse power factor corrector with a first electronic switch, a choke, first and second diodes, a half-bridge inverter with second and third electronic switches, shunted corresponding inverse third and fourth diodes, ignition circuit with a transformer, capacitor and pulse generator, consisting of capacitively of a storage device, a charging resistor and a fourth electronic key, as well as a control circuit, the output terminals of which are connected to the control terminals of all electronic keys, and the input ones to feedback circuits for currents and voltages consumed from the power terminals and load terminals, the first an electronic switch included in the conductive direction is connected with its first power terminal to the first output terminal of the rectifier, and the second to the first terminal of the first diode included in the non-conductive direction, and from the first the last terminal of the first inductor winding, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second diode connected in the conductive direction, the second and third electronic keys connected in series with each other - according to their free terminals are connected to the extreme output terminals of the pulse power factor corrector, and a common point through the secondary winding of the transformer to the first load terminal and through the capacitor to the second load terminal, and the primary winding of the transformer is connected to the output the output of the pulse generator, the input supply terminals of which are connected to the power terminals, the rectifier is made half-bridge with the midpoint of the output capacitive filter, the fifth electronic switch, the fifth and sixth diodes are introduced into the pulse power factor corrector, the second winding is inserted into the inductor, the first extreme terminal of which the fifth electronic switch included in the conductive direction is connected to the second output terminal of the rectifier and to the second terminal of the first diode, and through the fifth diode to the common point of the first output the output of the rectifier and the first power output of the first electronic switch, and the second extreme output of which through the sixth diode is connected to the second output of the second diode and to the second load clamp, also connected to the midpoint of the output capacitive filter of the rectifier, and as the extreme output conclusions of the pulse corrector of the power factor intermediate outputs of the corresponding inductor windings are used, as well as due to the fact that the power clamp connected to the midpoint of the output capacitive rectifier filter rer, grounded, and as a second and

третьего электронных ключей использованы тиристоры, включенные в непроводящие направлении относительно выходной полярности выпрямителя.The third electronic keys used thyristors included in a non-conductive direction relative to the output polarity of the rectifier.

Дополнительным техническим результатом предложения являются повышение КПД устройства за счет снижения реактивной мощности в его выходной цепи, а также снижение помехоизлучения за счет заземления лампы вместе с корпусом устройства и за счет исключения сквозных и инверсно-диодных сверхтоков.An additional technical result of the proposal is to increase the efficiency of the device by reducing the reactive power in its output circuit, as well as reducing noise due to the grounding of the lamp together with the housing of the device and by eliminating through and inverse diode overcurrents.

Лабораторные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования предложенного электронного пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп.Laboratory tests confirm the possibility of wide industrial use of the proposed electronic ballasts for powering gas discharge lamps.

На фиг. приведена принципиальная схема силовой части предлагаемого электронного пускорегулирующего аппарата для питания газоразрядных ламп.In FIG. a schematic diagram of the power unit of the proposed electronic ballast for powering gas discharge lamps.

Электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп содержит двухполупериодный выпрямитель 1 с выходным емкостным фильтром, импульсный корректор коэффициента мощности 2 на базе двух электронных ключей, двухобмоточного дросселя и четырех диодов, полумостовый инвертор 3 с двумя электронными ключами (тиристорами), зашунтированными обратными диодами, схему поджига с трансформатором 4, конденсатором 5 (с относительно малой емкостью) и генератором импульсов 6, состоящим из вспомогательного выпрямителя, емкостного накопителя, зарядных резисторов и электронного ключа (симистора), а также схему управления 7. Выходные выводы схемы управления подключены к управляющим выводам всех электронных ключей, а входные - к цепям (датчикам) обратных связей по потребляемым от зажимов питания 8, 9 и зажимов нагрузки 10, 11 токам и напряжениям на этих зажимах. Первый электронный ключ 12, включенный в проводящем направлении, своим первым силовым выводом соединен с первым выходным выводом выпрямителя, а вторым - с первым выводом первого диода 13, включенного в непроводящем направлении, и с первым крайним выводом первой обмотки 14 дросселя, второй крайний вывод которой соединен с первым выводом второго диода 15, включенного в проводящем направлении. Второй 16 и третий 17 электронные ключи, соединенные между собой последовательно - согласно, своими свободными выводами подключены к крайним выходным выводам импульсного корректора коэффициента мощности, а общей точкой через вторичную (высоковольтную) обмотку трансформатора - к первому зажиму нагрузки и через конденсатор - ко второму зажиму нагрузки. Первичная (низковольтная) обмотка трансформатора подключена к выходным выводам генератора импульсов, входные питающие выводы которого подключены к зажимам питания. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве выпрямитель выполнен полумостовым со средней точкой An electronic ballast for supplying discharge lamps contains a half-wave rectifier 1 with an output capacitive filter, a pulse power factor corrector 2 based on two electronic keys, a double-winding inductor and four diodes, a half-bridge inverter 3 with two electronic keys (thyristors), shunted by reverse diodes, an ignition circuit with a transformer 4, a capacitor 5 (with a relatively small capacity) and a pulse generator 6, consisting of an auxiliary rectifier, a capacitive storage , charging resistors and an electronic key (triac), as well as the control circuit 7. The output terminals of the control circuit are connected to the control terminals of all electronic keys, and the input terminals to the feedback circuits (sensors) of the power inputs 8, 9 and load terminals 10 , 11 currents and voltages at these terminals. The first electronic switch 12, included in the conductive direction, is connected with its first power output to the first output terminal of the rectifier, and the second to the first output of the first diode 13 connected in the non-conductive direction, and with the first extreme terminal of the first inductor winding 14, the second extreme terminal of which connected to the first terminal of the second diode 15 included in the conductive direction. The second 16 and third 17 electronic keys interconnected in series - according to their free terminals connected to the extreme output terminals of the pulse power factor corrector, and a common point through the secondary (high voltage) winding of the transformer to the first load terminal and through the capacitor to the second terminal load. The primary (low voltage) winding of the transformer is connected to the output terminals of the pulse generator, the input supply terminals of which are connected to the power terminals. In contrast to the prototype in the proposed device, the rectifier is made half-bridge with a midpoint

выходного емкостного фильтра. В импульсный корректор коэффициента мощности введены пятый электронный ключ 18, пятый 19 и шестой 20 диоды. В дроссель введена вторая обмотка 21, первый крайний вывод которой через пятый электронный ключ, включенный в проводящем направлении, соединен со вторым выходным выводом выпрямител и со вторым выводом первого диода, а через пятый диод - с общей точкой первого выходного вывода выпрямителя и первого силового вывода первого электронного ключа. Второй крайний вывод второй обмотки дросселя через шестой диод подключен ко второму выводу второго диода и ко второму зажиму нагрузки, соединенному также со средней точкой выходного емкостного фильтра выпрямителя и с землей. В качестве крайних выходных выводов импульсного корректора коэффициента мощности использованы промежуточные выводы (отпайки) соответствующих обмоток дросселя. Следует также отметить, что в отличие от прототипа, второй и третий электронные ключи (тиристоры) включены в непроводящем направлении относительно выходной полярности выпрямителя.output capacitive filter. The fifth electronic key 18, the fifth 19 and the sixth 20 diodes are introduced into the pulse power factor corrector. A second winding 21 is introduced into the inductor, the first extreme terminal of which is connected through the fifth electronic switch in the conductive direction to the second output terminal of the rectifier and to the second terminal of the first diode, and through the fifth diode to the common point of the first output terminal of the rectifier and the first power terminal first electronic key. The second extreme terminal of the second inductor winding through the sixth diode is connected to the second terminal of the second diode and to the second load clamp, also connected to the midpoint of the output capacitive filter of the rectifier and to the ground. As the extreme output conclusions of the pulse power factor corrector, intermediate conclusions (soldering) of the corresponding inductor windings are used. It should also be noted that, unlike the prototype, the second and third electronic switches (thyristors) are included in a non-conductive direction relative to the output polarity of the rectifier.

Электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп работает следующим образом. В исходном состоянии емкостный накопитель схемы поджига 6 заряжен от питающей сети через собственный выпрямитель и балластные токоограничители зарядные резисторы. По команде поджига с выходного вывода схемы управления 7 включается четвертый электронный ключ (симистор), вызывая разрядку емкостного накопителя на первичную (низковольтную) обмотку трансформатора 4 и генерируя тем самым поджигающий импульс напряжения на его вторичной (высоковольтной) обмотке. Этот импульс подводится к газоразрядной лампе через конденсатор 5. Команда поджига может быть периодически повторена несколько раз для надежного зажигания лампы.An electronic ballast for powering discharge lamps works as follows. In the initial state, the capacitive storage of the ignition circuit 6 is charged from the supply network through its own rectifier and ballast current limiters charging resistors. On the ignition command, the fourth electronic switch (triac) is turned on from the output of the control circuit 7, causing the capacitive storage to discharge to the primary (low voltage) winding of the transformer 4 and thereby generating a burning voltage pulse on its secondary (high voltage) winding. This pulse is supplied to the discharge lamp through the capacitor 5. The ignition command can be repeated periodically several times for reliable ignition of the lamp.

Пусть на зажиме питания 8 появляется и синусоидально изменятся (с относительно низкой частотой питающей сети) положительный потенциал относительно заземленного зажима питания 9. Электронные ключи 12 и 18 работают в режиме относительно высокочастотной широто-импульсивной модуляции, причем противофазно и с регулируемым взаимным сдвигом. Закон управления ключом 12 при этом соответствует синусоидальному изменению среднеимпульсного значения тока, потребляемого от питающей сети, синхронно с напряжением, т.е. с коэффициентом мощности cosφ=1. В указанном полупериоде сетевого напряжения ключ 16 постоянно открыт, а ключ 17 закрыт. Возможны два «макроэтапа» преобразования:Let the positive potential appear on the power terminal 8 and sinusoidally change (with a relatively low frequency of the power supply network) with respect to the grounded power terminal 9. The electronic switches 12 and 18 operate in a relatively high-frequency pulse-width modulation mode, moreover, out of phase and with adjustable mutual shift. The law of key management 12 in this case corresponds to a sinusoidal change in the average pulse value of the current consumed from the supply network, synchronously with the voltage, i.e. with power factor cosφ = 1. In the specified half-cycle of the mains voltage, the key 16 is constantly open, and the key 17 is closed. Two “macro-stages” of conversion are possible:

1) модуль мгновенного значения питающего сетевого напряжения |U_п| не превышает модуля напряжения зажигания лампы |U_з|, умноженного на коэффициент трансформации 1) the module instantaneous value of the supply voltage | U _p | does not exceed the module of the lamp ignition voltage | U _s | multiplied by the transformation coefficient

напряжения обмотки дросселя K=N/N'>1, где N-полное число витков обмотки дросселя, N'- число витков, охватываемых цепью нагрузки, т.е. |U_п|>|U_з|·K;inductor voltage K = N / N '> 1, where N is the total number of turns of the inductor winding, N'is the number of turns covered by the load circuit, i.e. | U _p |> | U _s | · K;

2) этап с обратным соотношением: |U_п|>|U_з|·К.2) a stage with the inverse relation: | U _p |> | U _s | · K.

На первом этапе при отпирании ключа 12 происходит нарастание тока обмотки 14 дросселя по цепи 1-12-14-15-1, а после его запирания - либо спадание полного потокосцепления дросселя при спадании тока по цепи лампы 14-15-10-11-4-16-14, если ключ 18 закрыт, либо приближенное сохранение этого потокосцеплении (а, следовательно и накопленной энергии магнитного поля) при протекании тока по замкнутому накоротко контору 14-15-20-21-18-13-14, если ключ 18 открыт.Заметим, что все указанные процессы переключения происходят в соответствии с известным законом сохранения суммарного потокосцепления для цепей со взаимоиндуктивностями. При этом с помощью регулирования интервала открытого состояния ключа 18 используется возможность, не вмешиваясь в закон управления ключом 12, осуществляющем коррекцию коэффициента мощности, потребляемой из сети, и регулирование ее среднего значения, производить нужное перераспределение потребляемой из сети энергии между накоплением магнитной энергии в дросселе и расходованием энергии в лампе. Аналогичное двухканальное управление производится в устройстве - прототипе (управление корректором и инвертором). Указанные процессы многократно повторяются с частотой ШИМ-управления ключами 12 и 18.At the first stage, when the key 12 is unlocked, the current of the winding 14 of the inductor increases along the circuit 1-12-14-15-1, and after it is closed, either the total flux linkage of the inductor drops when the current drops along the lamp circuit 14-15-10-11-4 -16-14, if the key 18 is closed, or the approximate preservation of this flux linkage (and, consequently, the stored energy of the magnetic field) when current flows through the short-circuited office 14-15-20-21-18-13-14, if the key 18 is open . Note that all these switching processes occur in accordance with the well-known law of conservation of total flux linkage for circuits with mutual inductances. In this case, by adjusting the open state interval of the key 18, the opportunity is used, without interfering with the control law of the key 12, which corrects the power factor consumed from the network, and regulates its average value, to make the necessary redistribution of energy consumed from the network between the accumulation of magnetic energy in the inductor and energy consumption in the lamp. A similar two-channel control is performed in the prototype device (control of the corrector and inverter). These processes are repeated many times with the frequency of the PWM control keys 12 and 18.

На втором этапе при отпирании ключа 12 диод 15 запирается обратным напряжением, определяемым разностью между ЭДС самоиндукции нижней части обмотки 14 и напряжением зажигания лампы. Поэтому ток в верхней части обмотки 14 нарастает по цепи 1-12-14-3-4-11-10-1. После запирания ключа 12 происходят уже упомянутые выше либо спадание полного потокосцепления дросселя при спадании тока по цепи лампы 14-15-10-11-4-16-14, если ключ 18 закрыт, либо приближенное сохранение этого потокосцепления при протекании тока по контуру 14-21-18-13-14, если ключ 18 открыт. Указанные процессы также многократно повторяются с частотой ШИМ-управления ключами 12 и 18.At the second stage, when the key 12 is unlocked, the diode 15 is blocked by a reverse voltage determined by the difference between the self-induction EMF of the lower part of the winding 14 and the lamp ignition voltage. Therefore, the current in the upper part of the winding 14 rises along the circuit 1-12-14-3-4-11-10-1. After locking the key 12, the above-mentioned ones occur either when the total flux linkage of the inductor drops when the current drops along the lamp circuit 14-15-10-11-4-16-14, if the key 18 is closed, or approximate conservation of this flux linkage when the current flows along the circuit 14- 21-18-13-14 if key 18 is open. These processes are also repeated many times with the frequency of the PWM control keys 12 and 18.

Качественная разница процессов на указанных «макроэтапах» каждого из полупериодов сетевого напряжения состоит в том, что на первом этапе ток лампы является однополярно-пульсирующим (от 10 к 11), а на втором - импульсно-переменным. Однако постоянная составляющая тока лампы отсутствует, т.к. на следующем полупериоде сетевого напряжения все процессы будут аналогичными, но с противоположными полярностями.The qualitative difference between the processes at the indicated “macro-stages” of each of the half-periods of the mains voltage is that at the first stage the lamp current is unipolar-pulsating (from 10 to 11), and at the second - pulse-variable. However, there is no constant component of the lamp current, as in the next half-cycle of the mains voltage, all processes will be similar, but with opposite polarities.

В течение второго полупериода питающего напряжения ключ 17 постоянно открыт, ключ 16 - закрыт, а ключи 18 и 12 работают в режиме относительно высокочастотной широтно-импульсной модуляции, причем противофазно и с регулируемым взаимным сдвигом (по аналогии с первым полупериодом питающего напряжения). Теперь закон управления ключом 18 соответствует синусоидальному изменению среднеимпульсного значения тока, потребляемого от питающей сети, синхронно с напряжением (cosφ≈1), и регулирует среднее значение потребляемой из сети мощности, а закон управления ключом 12 соответствует нужному перераспределению энергии между накоплением магнитной энергии в дросселе и расходованием в лампе.During the second half-cycle of the supply voltage, the key 17 is constantly open, the key 16 is closed, and the keys 18 and 12 operate in a relatively high-frequency pulse-width modulation mode, moreover, out of phase and with adjustable mutual shift (by analogy with the first half-cycle of the supply voltage). Now, the key control law 18 corresponds to a sinusoidal change in the average pulse value of the current consumed from the mains, synchronously with the voltage (cosφ≈1), and adjusts the average value of the power consumed from the network, and the key control law 12 corresponds to the desired energy redistribution between the accumulation of magnetic energy in the inductor and spending in the lamp.

Отдельно рассмотрим процессы запирания электронных ключей 12 и 18, при которых конденсаторы выходного емкостного фильтра выпрямителя 1 и диоды 13, 14 защищают указанные ключи от перенапряжений, возникающих от ЭДС самоиндукции в индуктивностях рассеяния обмоток дросселя. При запирании ключа 12 энергия индуктивности рассеяния верхней обмотки 14 передается нижнему конденсатору емкостного фильтра по цепи 14-15-1-13-14, либо по цепи 14-3-4-11-10-1-13-14, а при запирании ключа 18 энергия индуктивности рассеяния нижней обмотки 21 передается верхнему конденсатору емкостного фильтра по цепи 21-19-1-20-21, либо по цепи 21-19-1-10-11-4-3-21. Вторые из двух перечисленных пар цепей служат также для сброса электромагнитной энергии обмотки трансформатора 4.Separately, we consider the processes of locking electronic keys 12 and 18, in which the capacitors of the output capacitive filter of the rectifier 1 and diodes 13, 14 protect these keys from overvoltages arising from the self-induction EMF in the leakage inductance of the inductor windings. When the key 12 is locked, the dissipation inductance energy of the upper winding 14 is transferred to the lower capacitor of the capacitive filter through the circuit 14-15-1-13-14, or through the circuit 14-3-4-11-10-1-13-14, and when the key is locked 18, the dissipation inductance energy of the lower winding 21 is transmitted to the upper capacitor of the capacitive filter via a circuit 21-19-1-20-21, or a circuit 21-19-1-10-11-4-3-21. The second of the two pairs of circuits also serves to discharge the electromagnetic energy of the transformer 4 winding.

Для исключения погасания лампы в зонах моментов прохождения сетевого тока через ноль, а также для снижения низкочастотных пульсаций светового потока лампы необходимо обеспечить положительное остаточное (минимальное) значение потокосцепления дросселя, т.е. режим непрерывного тока дросселя аналогично обеспечению остаточного напряжения на сглаживающем электролитическом конденсаторе в устройстве-прототипе. Однако в отличие от электролитического конденсатора дроссель не требует термостабилизации для сохранения энергоемкости и имеет практически неограниченный срок службы.In order to exclude the extinction of the lamp in the zones of moments when the mains current passes through zero, as well as to reduce the low-frequency pulsations of the light flux of the lamp, it is necessary to provide a positive residual (minimum) value of flux linkage of the inductor, i.e. the continuous current mode of the inductor is similar to providing a residual voltage on a smoothing electrolytic capacitor in the prototype device. However, unlike an electrolytic capacitor, the inductor does not require thermal stabilization to maintain energy intensity and has an almost unlimited service life.

Кроме того, дроссель исключает сквозные и инверсно-диодные сверхтоки при любых возможных сбоях в управлении электронными ключами.In addition, the inductor eliminates through and inverse-diode overcurrents for any possible failures in the management of electronic keys.

Claims

1. An electronic ballast for supplying discharge lamps, comprising a half-wave rectifier with an output capacitive filter, a pulse power factor corrector with a first electronic switch, a choke, first and second diodes, a half-bridge inverter with a second and third electronic switches, shunted by the corresponding reverse third and fourth diodes , ignition circuit with a transformer, capacitor and pulse generator, consisting of a capacitive storage device, a charging resistor and a fourth electric a key, as well as a control circuit, the output pins of which are connected to the control pins of all electronic keys, and the input pins are connected to feedback circuits according to the currents and voltages consumed from the power terminals and load terminals, the first electronic key included in the conductive direction , with its first power output connected to the first output terminal of the rectifier, and the second - with the first output of the first diode connected in a non-conductive direction, and with the first extreme terminal of the first inductor winding, the second extreme the first output of which is connected to the first output of the second diode, connected in the conducting direction, the second and third electronic keys connected together in series - according to their free outputs connected to the extreme output terminals of the pulse power factor corrector, and a common point through the secondary winding of the transformer to the first load terminal and through the capacitor to the second load terminal, and the primary winding of the transformer is connected to the output terminals of the pulse generator, the input supply terminals of the cat They are connected to power terminals, characterized in that the rectifier is made half-bridge with the midpoint of the output capacitive filter, the fifth electronic switch, the fifth and sixth diodes are introduced into the pulse power factor corrector, the second winding is inserted into the inductor, the first end of which through the fifth electronic switch, included in the conductive direction, connected to the second output terminal of the rectifier and to the second terminal of the first diode, and through the fifth diode, to the common point of the first output terminal of the rectifier and the first force the first output of the first electronic switch, and the second extreme output of which through the sixth diode is connected to the second output of the second diode and to the second load terminal, also connected to the midpoint of the output capacitive filter of the rectifier, and the intermediate outputs of the corresponding power factor correction pulser are used inductor windings.

2. The electronic ballast for powering discharge lamps according to claim 1, characterized in that the power terminal connected to the midpoint of the output capacitive filter of the rectifier is grounded, and thyristors included in the non-conductive direction relative to the output polarity are used as the second and third electronic keys rectifier.