UA31002U

UA31002U - Electronic ballast with power stabilization

Info

Publication number: UA31002U
Application number: UAU200711441U
Authority: UA
Inventors: Владимир Григорьевич Крыжановский; Дмитрий Викторович Чернов; Виталий Григорьевич Лошак
Original assignee: Донецкий Национальный Университет
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2008-03-25

Abstract

An electron ballast with power stabilization includes the first transistor, the first capacitor with the second terminal being connected to the first end of the first glower of an incandescent lamp, another end of this glower being connected to the third capacitor, another terminal of which is connected to the first end of the second glower with the second end being connected to common wire, the fourth capacitor, the second end is connected to common wire, the fifth capacitor, to the second terminal of which the six capacitor is connected united with common wire, and the second inductance connected to gate of the first transistor, the first resistor is also connected to the gate, the second terminal being connected to a power source, the second resistor, another terminal of which being connected to common wire, and opposite connected stabilitrons, which are connected to common wire. To the connection point of the second capacitor and glower end it is connected diode anode, cathode being connected to the seventh capacitor, another terminal of which is connected to common wire and the third resistor that connects to the connection point of the fourth resistor, cathode of voltage-variable capacitor and the eight capacitor with another end being connected to gate of the first transistor, the second terminal of the fourth resistor is connected to anode of voltage-variable capacitor and connected to the drain of the second transistor and the ninth capacitor, another terminal of which is connected to common wire. Drain of the second transistor though the fifth resistor is connected to is connected to common wire. Gate of the second transistor is connected to the sixth resistor, another terminal of which is connected to power source and the seventh resistor, another terminal of which is connected to common wire. To connection point of throttle and the power source the tenth capacitor is connected, another terminal of which is connected to common wire.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до галузі техніки управління люмінесцентними (газорозрядними) лампами, а саме 2 до схем живлення ламп напругою високої частоти, що одержується шляхом перетворення напруги постійного струму (електронні баласти). При цьому реалізуються високий коефіцієнт корисної дії (ККД) перетворення енергії джерела живлення в енергію, що розсіюється лампою, і підвищення світлового виходу лампи, можливість роботи від низьких напруг (від батарей або бортової мережі), миттєве або таке, що програмується (м'яке), запалювання лампи і збільшення її терміна служби. Такі пристрої можуть застосовуватися на транспортних 70 засобах, у системах аварійного освітлення, у системах, які живляться від сонячних батарей та вітрових електрогенераторів.The useful model belongs to the field of control technology for fluorescent (gas discharge) lamps, namely 2 to the schemes for powering lamps with high frequency voltage, which is obtained by converting the direct current voltage (electronic ballasts). At the same time, a high efficiency factor (Efficiency) of converting the energy of the power source into energy dissipated by the lamp and increasing the light output of the lamp, the possibility of working from low voltages (from batteries or on-board network), instantaneous or programmable (soft ), lighting the lamp and increasing its service life. Such devices can be used on vehicles, in emergency lighting systems, in systems powered by solar batteries and wind generators.

Електронні баласти звичайно містять спеціалізовану мікросхему контролера, який забезпечує зміну частоти перемінного струму за заданим законом, потужний двотактний вихідний каскад і реактивні елементи |1). Такі електронні баласти є поширеними пристроями, їхніми хибами є або зниження ККД з ростом частоти, або 72 ускладнена схема пристрою. Також в таких електронних баластах передбачається робота при постійній напрузі джерела живлення, що не завжди виконується при роботі від акумуляторних батарей, сонячних батарей або вітрових генераторів.Electronic ballasts usually contain a specialized microcircuit of the controller, which provides a change in the frequency of alternating current according to a given law, a powerful two-stroke output stage and reactive elements |1). Such electronic ballasts are common devices, their faults are either a decrease in efficiency with increasing frequency, or a complicated circuit of the device. Also, in such electronic ballasts, it is assumed to work with a constant voltage of the power source, which is not always possible when working with batteries, solar batteries or wind generators.

Електронний баласт на основі підсилювача класу Е дозволяє включати люмінесцентні лампи при живленні від напруги 128 з забезпеченням високого ККД пристрою (21, при цьому забезпечується миттєвий запуск лампи, 20 але не підігрівається попередньо нитка розжарювання. Хибою цього пристрою є відносна складність і придатність для малогабаритних люмінесцентних ламп.An electronic ballast based on a class E amplifier allows you to turn on fluorescent lamps when powered from a voltage of 128 with the provision of a high efficiency device (21, while providing an instant start of the lamp, 20 but not preheating the filament. The disadvantage of this device is its relative complexity and suitability for small-sized fluorescent lamps

Можливий електронний баласт, створений на основі автогенератора, що демонструє режим роботи класу ЕA possible electronic ballast, created on the basis of an autogenerator, demonstrating the mode of operation of class E

ІЗІ, до його недоліків можна віднести роботу при високій напрузі живлення.IZI, its disadvantages include operation at high power supply voltage.

Найбільш близьким пристроєм є пристрій, описаний в |4-5), який містить один транзистор, що працює в 25 автогенераторі класу Е. Недоліком цього пристрою є залежність потужності, що споживається пристроєм, від пт») напруги живлення. Таким чином, при підвищеній напрузі, коли батарея повністю заряджена, її розряд йде більшим, ніж потрібно, струмом, і зменшується час роботи батареї.The closest device is the device described in |4-5), which contains a single transistor operating in 25 autogenerator of class E. The disadvantage of this device is the dependence of the power consumed by the device on pt») of the supply voltage. Thus, at increased voltage, when the battery is fully charged, its discharge is more current than necessary, and the battery life is reduced.

У основу корисної моделі поставлена задача збільшення часу роботи електронного баласту від одного заряду батареї шляхом удосконалення електронного баласту - стабілізацією потужності, яку він споживає. Таке с 30 рішення також буде корисне в умовах нестабільної напруги живлення: на транспорті, при роботі відавтономних су електростанцій, так як не буде потрібно виконувати окремі схеми стабілізації напруги живлення (світлового потоку ламп). оThe useful model is based on the task of increasing the operating time of the electronic ballast from one battery charge by improving the electronic ballast - stabilizing the power it consumes. Such a solution with 30 will also be useful in conditions of unstable supply voltage: in transport, during the operation of autonomous power plants, since it will not be necessary to perform separate schemes for stabilizing the supply voltage (light flux of lamps). at

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в електронний баласт вводиться схема стабілізації «- напруги на люмінесцентній лампі, заснована на залежності вихідної напруги баласту від частоти його роботи - 3о при зміні напруги живлення баласту схема змінює ємність напівпровідникового діоду (варикапу), це викликає со зміну частоти генерації баласту і напруга на лампі відновлює своє значення, при цьому залишаються постійними потужності, що розсіюється лампою, і що споживається від джерела живлення.The problem is solved due to the fact that a stabilization circuit is introduced into the electronic ballast - the voltage on the fluorescent lamp, based on the dependence of the output voltage of the ballast on the frequency of its operation - 3 o when the supply voltage of the ballast changes, the circuit changes the capacity of the semiconductor diode (varicap), this causes so the ballast generation frequency changes and the voltage on the lamp restores its value, while the power dissipated by the lamp and consumed by the power source remain constant.

На Фіг.1 зображено схему пристрою, що заявляється. «Figure 1 shows a diagram of the claimed device. "

На Фіг.2 показано залежності потужності, що споживає лампа, та ККД електронного баласту. 70 Пристрій складається з потужного польового транзистора 1, витік якого з'єднаний із загальним проводом, до о, с стоку транзистора приєднані дросель 2, іншим виводом приєднаний до джерела живлення 3, і конденсатору 4, з» інший вивід якого підключено до загального проводу, конденсатор 5, другим кінцем підключений до загального проводу, і котушка індуктивності б до другого виводу якої приєднані конденсатор 7, до іншого виводу якого приєднано лампу 8 одним виводом першої нитки розжарювання, до другого виводу першої нитки приєднано 45 конденсатор 9, інший вивід якого приєднано до першого виводу другої нитки розжарювання, а другий вивід і другої нитки приєднано до загального проводу, конденсатор 10, іншим виводом приєднаний до загального - проводу, і конденсатор 11, другим виводом підключений до конденсатору 12, який другим виводом приєднано до загального проводу, і індуктивності 13, яка другим виводом підключена до затвору транзистора 1, до затвору о транзистора також приєднані резистор 14, іншим виводом приєднаний до джерела живлення 3, резистор 15, о 20 другим виводом приєднаний до загального проводу, два включених назустріч одне одному стабілітрони 16, з'єднані вільним виводом із загальним проводом, і конденсатор 17, другим виводом приєднаний до точкиFigure 2 shows the dependence of the power consumed by the lamp and the efficiency of the electronic ballast. 70 The device consists of a powerful field-effect transistor 1, the drain of which is connected to a common wire, a choke 2 is connected to the drain of the transistor, the other terminal is connected to the power source 3, and a capacitor 4, the other terminal of which is connected to the common wire, capacitor 5, the other end is connected to the common wire, and the inductor b to the second terminal of which capacitor 7 is connected, to the other terminal of which the lamp 8 is connected by one terminal of the first filament, to the second terminal of the first filament is connected 45 capacitor 9, the other terminal of which is connected to the first terminal of the second filament, and the second terminal of the second filament is connected to the common wire, the capacitor 10, the other terminal is connected to the common wire, and the capacitor 11, the second terminal is connected to the capacitor 12, which is connected to the common wire by the second terminal, and the inductor 13 , which is connected to the gate of transistor 1 by the second terminal, resistor 1 is also connected to the gate o of the transistor 4, the other terminal is connected to the power source 3, resistor 15, o 20 is connected to the common wire by the second terminal, two zener diodes 16 connected to each other, connected by a free terminal to the common wire, and capacitor 17, the second terminal is connected to the point

І» з'єднання резисторів 18 і 19 і катода варикапа 20, другий вивід резистора 18 приєднано до з'єднання конденсатора 21, другим виводом підключеного до загального проводу, і катоду діода 22, анод якого підключено до точки з'єднання конденсатору 7 і лампи 8, анод варикапу 20 підключено до з'єднання резистора 19, 29 конденсатора 23 і стоку транзистору 24, другий вивід конденсатору 23 підключено до загального проводу, витік с транзистору 24 через резистор 25 підключено до загального проводу, а затвор транзистору 24 підключено до з'єднання резисторів 26 і 27, другий вивід резистору 27 підключено до загального проводу, другий вивід резистору 26 підключено до джерела живлення (батареї) 3, інший вивід якої приєднано до загального проводу.And» the connection of resistors 18 and 19 and the cathode of the varicap 20, the second lead of the resistor 18 is connected to the connection of the capacitor 21, the second lead of which is connected to the common wire, and the cathode of the diode 22, the anode of which is connected to the connection point of the capacitor 7 and the lamp 8, the anode of the varicap 20 is connected to the connection of the resistor 19, 29 of the capacitor 23 and the drain of the transistor 24, the second terminal of the capacitor 23 is connected to the common wire, the drain from the transistor 24 through the resistor 25 is connected to the common wire, and the gate of the transistor 24 is connected to the connection of resistors 26 and 27, the second output of the resistor 27 is connected to the common wire, the second output of the resistor 26 is connected to the power source (battery) 3, the other output of which is connected to the common wire.

Пристрій можна представити складеним з трьох частин: генераторної 28, навантаження, в даному разі бо люмінесцентної лампи, 29, і схеми стабілізації потужності, що споживається, 30.The device can be represented as consisting of three parts: the generator 28, the load, in this case a fluorescent lamp, 29, and the power consumption stabilization scheme, 30.

Пристрій працює таким способом: при подачі постійної напруги живлення на схему, дільник із резисторів 14, забезпечує подачу на затвор (вхід) транзистора 1 напруги зміщення, що переводить його в активний режим, струм, що протікає через транзистор, збуджує коливання в контурі, утвореному індуктивністю 6, конденсаторами 7,9 ї 10 ії опорами ниток розжарювання лампи. Ці коливання по ланцюгу зворотного зв'язку, утвореного бо дільником на конденсаторах 11 і 12 і індуктивністю 13, передаються на вхід транзистора, чим замикають коло позитивного зворотного зв'язку і створюють в генераторі коливання на частоті, яка унаслідок високої добротності послідовного коливального контуру при погашеній лампі, буде іншою, чим у режимі горіння. За рахунок цього забезпечується більша напруга на коливальному контурі, тому що частота генерації ближче до резонансної частоти коливального контуру і на лампі розвивається напруга, достатня для її запалювання. Проте спочатку струмом, що протікає по нитках розжарювання, вони нагріваються, і при досягненні певної температури відбувається запалювання лампи. У цей час захист транзистора від перенапруги на затворі виконують стабілітрони 16. Після запалювання лампи добротність контуру падає, умови генерації виконуються на іншій частоті, і електронний дросель переходить у оптимальний режим коливань класу Е, що характеризується /0 високим ККД.The device works in the following way: when a constant supply voltage is applied to the circuit, a divider made of resistors 14 provides a bias voltage supply to the gate (input) of transistor 1, which turns it into active mode, the current flowing through the transistor excites oscillations in the circuit formed by inductance 6, capacitors 7.9 and 10 and resistors of filaments of the lamp. These oscillations along the feedback circuit formed by the divider on capacitors 11 and 12 and inductance 13 are transmitted to the input of the transistor, which closes the positive feedback circuit and creates oscillations in the generator at a frequency that, due to the high Q-factor of the series oscillatory circuit at extinguished lamp will be different than in the burning mode. Due to this, a higher voltage is provided on the oscillating circuit, because the generation frequency is closer to the resonant frequency of the oscillating circuit and a voltage is developed on the lamp sufficient for its ignition. However, they are initially heated by the current flowing through the filaments, and when a certain temperature is reached, the lamp is ignited. At this time, zener diodes 16 protect the transistor from overvoltage on the gate. After lighting the lamp, the Q-factor of the circuit drops, the generation conditions are fulfilled at a different frequency, and the electronic choke switches to the optimal oscillation mode of class E, which is characterized by /0 high efficiency.

Схема стабілізації ЗО баласту містить вузол управління на транзисторі 24, котрий управляє постійною напругою, що подається на варикап 20. Цей варикап включено у якості ємності, паралельної входу ключа 1, що дозволяє при зміні постійної напруги на варикапі 20 (яка залежить від напруги джерела живлення) змінювати зсув фаз у колі зворотного зв'язку, змінюючи таким чином частоту генерації пристрою, і змінюючи цим напругу /5 на лампі 8 та потужність, що споживається від джерела живлення 3. Зворотній зв'язок для стабілізації потужності здійснюється напругою, яка поступає від діода 22 і фільтрується конденсатором 21. Конденсатор 17 є розподільчим, який не пропускає постійний струм з варикапа 20 на затвор транзистора 1. Конденсатор 23 шунтує стік транзистору 24 по змінному струму та створює затримку включення схеми стабілізації для здійснення запалення лампи при вмиканні постійного струму.The ZO ballast stabilization circuit contains a control unit on transistor 24, which controls the constant voltage applied to the varicap 20. This varicap is included as a capacitor parallel to the input of key 1, which allows when the constant voltage on the varicap 20 (which depends on the voltage of the power source) changes ) to change the phase shift in the feedback circuit, thus changing the device's generation frequency, and thus changing the voltage /5 on the lamp 8 and the power consumed by the power source 3. The feedback for stabilizing the power is carried out by the voltage coming from diode 22 and is filtered by capacitor 21. Capacitor 17 is a distribution capacitor that does not pass direct current from varicap 20 to the gate of transistor 1. Capacitor 23 shunts the drain of transistor 24 on an alternating current and creates a delay in turning on the stabilization circuit for lighting the lamp when the direct current is turned on.

Як можна побачити на Фіг.2, потужність на навантаженні може бути зменшена при зростанні робочої частоти, при цьому ККД практично незмінний. Таким чином, є можливість при зростанні напруги живлення стабілізувати потужність, що споживається. При цьому зменшується струм батареї, що дозволяє збільшити час її роботи.As can be seen in Fig. 2, the power on the load can be reduced with an increase in the operating frequency, while the efficiency is practically unchanged. Thus, it is possible to stabilize the consumed power when the supply voltage increases. At the same time, the current of the battery decreases, which allows to increase the time of its operation.

Наприклад, якщо прийняти, що напруга батареї зменшується лінійно при її розряді, то час роботи на навантаження, яке споживає постійну силу струму, буде на 895 більше, ніж на навантаження з постійним опором, об максимальна різниця може сягати 15905.For example, if we assume that the battery voltage decreases linearly as it discharges, then the operating time for a load that consumes constant current strength will be 895 more than for a load with constant resistance, the maximum difference can reach 15905.

Експериментальний зразок баласту забезпечив стабілізацію потужності, що споживалась від батареї, в - діапазоні робочих напруг кислотних акумуляторів на рівні 20Вт (використовувалась лампа Т8 номінальної потужності 18Вт), у той час як баласт, який не є стабілізованим, споживає 23Вт при повністю зарядженій батареї і 20Вт при її розряді до нижньої робочої межі. с зо Таким чином, даний електронний баласт може бути використаний там, де грають велику роль високий ККД і низька напруга живлення: на транспорті, у системах живлення від сонячних батарей, у системах аварійного о освітлення, у переносних джерелах світла. Баласт містить мінімум деталей і простий у виготовленні. оAn experimental sample of the ballast provided stabilization of the power consumed by the battery in the operating voltage range of acid batteries at the level of 20W (a T8 lamp with a nominal power of 18W was used), while the ballast, which is not stabilized, consumes 23W with a fully charged battery and 20W when it is discharged to the lower working limit. Thus, this electronic ballast can be used where high efficiency and low supply voltage play a major role: in transport, in solar power systems, in emergency lighting systems, in portable light sources. Ballast contains a minimum of parts and is easy to manufacture. at

Джерела інформації: 1. Ваїгапладе М. ЕїІесігопіс Іатр бБаййаві адевідп /Зептісопадисіог арріїсайоп опоїе, Моіогоїа, АМ1543/9- жSources of information: 1. Vaigaplade M. EiIesigopis Iatr bBayyavi adevidp / Zeptisopadisiog arriisayop opoye, Moiogoia, AM1543/9-zh

Ера /Млимопветі.сот/риб/СоїІагега!/ АМ1543-О.РОБ. с 2. Ропсе М., Ага ., Аїопсо .).М., Кісо-Зесадез М. ЕПІесігопіс раМазі разей оп сіазв Е атрійіег мйй а сарасійме іпмегег апа діттіпуд ог рпоїомоїїаіс арріїсайопз /Арріеай роуег еїесігопісв, Сопіегепсе апаEra /Mlymopveti.sot/ryb/SoiIagega!/ AM1543-O.ROB. p 2. Ropse M., Aga ., Aiopso .).M., Kiso-Zesadez M. Epiesigopis raMazi razey op siazv E atriiieg myy a sarasiime ipmegeg apa dittipud og rpoioimoiiiais arriisayopz /Arrieai roweg eiesigopisv, Sopiegepse apa

Ехрозіоп, 1998, АРЕС98, Сопіегепсе Ргосееєеаіпоз 1998, Тпіпеепій Аппиаї, Моі.2, 1998, Р.01156-1162.Echrosiope, 1998, ARES98, Sopiegepse Rgoseeeaipoz 1998, Tpipeepii Appiai, Moi.2, 1998, R.01156-1162.

З. Мегопе І.К. Біпдіе зм/йси еїЇесігопіс райПаві /Раї ОБА 6144173, С1. НО5ВЗ37/02, Заяв. 10.11.1999, вьідан « 4007.11.2000. - с 4. Криїжановский В.Г., Рассохина Ю.В., Чернов Д.В. Злектронньій балласт. Декларационньїй патент Украинь!Z. Megope I.K. Bipdie zm/ysy eiYesigopis raiPavi /Rai OBA 6144173, C1. НО5ВЗ37/02, App. 10.11.1999, issued "4007.11.2000. - p 4. Kryizhanovsky V.G., Rassokhina Yu.V., Chernov D.V. Electronic ballast. Declaratory patent Ukraine!

Моб5418А опубл. 15.03.2004, бюл.Мо3. класс НО5БВ41/26, НО5В37/02 (по заявке 2003087430, от 6.08.2003Гг.) ;з» (прототип). 5. Кгі2гпапоувзКкі М.б., Спегпом О.М., Калгітіегс2икК М.К. Іом/-МоМаде ЕПІесігопіс ВаПйаві Вазей оп Сіаз5з ЕMob 5418A publ. 03/15/2004, Bul. Mo3. class НО5БВ41/26, НО5В37/02 (according to application 2003087430, dated 08/06/2003) ;z" (prototype). 5. Kgi2gpapouvzKki M.b., Spegpom O.M., Kalgitiegs2ikK M.K. Iom/-MoMade Epiesigopis VaPyavi Vazei op Siaz5z E

ОзсіПаюг /ЛЕЕЕ Тгапзасіопе Оп Ромжмег ЕІесігопісв, МоіІ.22, Мо.3, Мау 2007. Р.863-870. зOzsiPayug /LEEE Tgapzasiope Op Romzhmeg Eiesigopisv, MoiI.22, Mo.3, Mau 2007. R.863-870. with

Claims

- Formula of the invention about . ! ry! ! I am! Electronic ballast with power stabilization, containing the first transistor, which works in the scheme av) of the class E autogenerator, the turn of the transistor is connected to the common wire, a choke is connected to the drain, the other end of which is connected to the power source, the first capacitor, the other end which is connected to the common wire, and the first inductance, to the other end of which is connected a second capacitor, the second terminal of which is connected to the first end of the first filament of the lamp, the second end of this filament is connected to the third / Capacitor, the second terminal of which is connected to the first end of the second filament of the lamp, the other end of which is connected to the common wire, the fourth capacitor, the other terminal of which is connected to the common c wire, the fifth capacitor, the second terminal of which is connected to the sixth capacitor connected to the common wire, and the second inductance, connected to the gate of the first transistor, the first resistor is also connected to the gate, the second output of which is connected connected to the power source, a second resistor, the other terminal of which is connected to the common wire, and zener diodes connected to the common wire are turned on, which differs in that the anode of a diode is connected to the connection point of the second capacitor and the terminal of the filament of the lamp, the cathode of which connected to the seventh capacitor, the second terminal of which is connected to the common wire, and to the third resistor, which is connected to the junction of the fourth resistor, the cathode of the varicap and the eighth capacitor, the other terminal of which is connected to the gate of the first transistor, the second terminal of the fourth resistor is connected to the anode of the varicap and connected to the drain of the second transistor and the ninth capacitor, the other terminal of which is connected to the common wire, the drain of the second transistor through the fifth resistor is connected to the common wire, and the gate of the second transistor is connected to the sixth resistor, the other terminal of which is connected to the source power supply, and to the seventh resistor, the other output of which is connected is connected to the common wire, and a tenth capacitor is connected to the connection point of the choke and the power source, the other terminal of which is connected to the common wire. - s (av) (av) "-- Zo "o -

with . and because -' (ав) (ав) Ів» с бо b5