CH627323A5

CH627323A5 - Arrangement for starting and operating a fluorescent lamp

Info

Publication number: CH627323A5
Application number: CH449278A
Authority: CH
Inventors: Otto Kreutzer
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1981-12-31
Also published as: DE2721253B2; NL7805126A; AT360618B; DE2721253A1; ATA326278A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Glühkathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe liefernde Hauptwicklung, und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits in einem die Hauptwicklung und die Leuchtstofflampe enthaltenden Betriebsstromkreis liegt.

Bei einer derartigen, aus der DT-PS 1 789 052 bekannten Schaltung kommt es insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen häufig zu Kaltstarts der Leuchtstofflampe, die noch durch Zündhilfen begünstigt werden, wie sie zur Sicherstellung eines einwandfreien Startes bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen erforderlich sind.

Da nun durch häufige Kaltstarts die Lebensdauer einer Leuchtstofflampe merklich reduziert wird, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiterzubilden, dass immer für eine ausreichende Vorheizung der Glühkathoden der Leuchtstofflampe gesorgt ist, und zwar auch bei

Verwendung von Zündhilfeschaltungen.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsstromkreis mit Leuchtstofflampe und Kondensator ein Schalter angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen an die Glühkathoden der Leuchtstofflampe verzögert automatisch geschlossen wird, wobei die Verzögerungszeit so bemessen ist, dass ein Kaltstart praktisch vermieden wird.

Die Vorheizzeit für die Glühkathoden der Leuchtstofflampe ist somit bei der Erfindung ausschliesslich von den Eigenschaften der Steuereinrichtung des Schalters abhängig, die leicht so gewählt werden können, dass unter allen nur denkbaren Betriebsbedingungen stets eine ausreichende Vorheizung von beispielsweise etwa 0,5 bis 1 Sekunde gewährleistet ist; das gilt auch dann, wenn zusätzlich eine Zündhilfeschaltung gemäss DT-PS 1 789 052 für die Begünstigung des Startes bei sehr tiefen Temperaturen vorgesehen ist.

Es ist zwar bereits ein Transistorwechselrichter mit Streufeldtransformator zur Speisung einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden bekannt, bei der eine ausreichende Vorheizung mit Hilfe eines verzögert öffnenden, mechanischen Schaltkontaktes sichergestellt wird (Sturm, Vorschaltgeräte, 5. Auflage, Seite 347). Hierbei liegt jedoch der Ruhekontakt eines Schutzgasrelais anstelle des sonst üblichen Glimmzünders in dem Vorheizkreis und unterbricht die Heizung mit der gewünschten Verzögerung. Da jedoch hierbei die zum Zünden erforderliche Spannungsüberhöhung auf einem Resonanzeffekt beruht, sind die Transistoren des Wechselrichters durch Überspannungen gefährdet, wenn die, beispielsweise defekte, Leuchtstofflampe nicht zündet und somit nicht für die erforderliche Spannungsbegrenzung sorgt.

Vorzugsweise dient bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schalter ein Triac, der über eine Shockleydiode und ein RC-Glied an Teile der Sekundärwicklung des Streufeldtransformators angeschlossen ist, so dass er verzögert durchschaltet.

Triacs haben nun die Tendenz, auch ohne an der Zündelektrode von aussen zugeführten Zündstrom durchzuschalten, was insbesondere bei sehr hohen Spannungen, Spannungsgradienten oder Frequenzen zu beobachten ist. Ferner ist es kaum möglich, einen Triac bei Frequenzen oberhalb 10 kHz zum Abschalten zu benutzen.

Aufgrund dieser Besonderheiten wird der Triac zum verzögerten Zuschalten verwendet; die Abschaltung erfolgt dagegen beim Abschalten des gesamten Wechselrichters.

Eine Selbstdurchzündung des Triac wird andererseits bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Verwendung einer Wechselrichterschaltung mit Sicherheit vermieden, bei der vor allem bei hoher Speisegleichspannung eine rechteckige Spannungsform auch noch bei Nennlast gewährleistet ist, der die Betriebsfrequenz bestimmende Sättigungsstrom der Transistoren also durch einen starken Anstieg des Stromes im Primärkreis des Streufeldtransformators und nicht durch eine Abnahme der Steuerspannung bestimmt ist, wie es bei Wechselrichtern mit einem Serienresonanzkreis der Fall ist. Auf diese Weise lässt sich der Scheitelwert der Spannung an dem Triac bei verhältnismässig hohem Effektivwert niedrig halten.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Betriebsfrequenz der gewählten Wechselrichterschal-tung im Leerlauf erheblich niedriger ist als bei Belastung. Bei einer Nennfrequenz von 20 kHz liegt beispielsweise die Leer-lauffrequenz bei nur 7 kHz; dabei lässt sich ein Durchzünden des Triac noch mit Sicherheit vermeiden.

Die bevorzugte rechteckige Spannungsform verlangt einen Verzicht auf einen Serienresonanzkreis. Es kommt dann aber leicht zu Unsymmetrien der beiden Halbwellen und infolgedes2

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sen zu Gleichstromkomponenten im Wechselstromkreis, durch die die Transistoren gefährdet sind. Es ist daher zweckmässig, in den Primärkreis des Streufeldtransformators einen so gross bemessenen Kondensator zu legen, dass durch ihn der für den Betrieb der Leuchtstofflampe erforderliche induktive Charak- 5 ter der Schaltung bei der Nennfrequenz kaum verändert wird; hierzu beträgt seine Impedanz bei Nennfrequenz des Wechselrichters maximal 10% der Impedanz der Streuinduktivität des Streufeldtransformators. Gleichzeitig wird durch diesen Kondensator die Abhängigkeit der Nennfrequenz bei Belastung des 10 Wechselrichters von Schwankungen der Speisegleichspannung erhöht, was in Verbindung mit der Streuinduktivität des Streutransformators dazu führt, dass Lampenstrom und Lampenspannung bei Schwankungen der Speisegleichspannung praktisch konstant bleiben. , 5

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur erläutert.

Die Primärwicklung 31 des Streufeldtransformators 3 ist über einen Kondensator 4 mit parallel geschaltetem Entladewiderstand an die Wechselspannungsklemmen 25,26 einer von 20 Transistoren 21,22,23 und 24 gebildeten Brückenschaltung angeschlossen, die ihrerseits mit den Klemmen 11,12 einer Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. Die Basis-Emitterstrek-ken der Transistoren sind in bekannter Weise über nicht näher bezeichnete Schaltungsanordnungen mit Steuerwicklungen 25 des Streufeldtransformators 3 so verbunden, dass immer die iTransistoren 21 und 24 oder 22 und 23 gleichzeitig durchgesteuert bzw. gesperrt sind.

Der Streufeldtransformator 3 und der Steuerkreis jedes Transistors sind so bemessen, dass die Umsteuerung des Schalt- 30 zustandes durch Ansteigen des Magnetisierungsstromes auf den Wert des Sättigungsstromes eines Transistors bei praktisch konstantem Steuerstrom bestimmt ist. Der Kondensator 4 bildet dementsprechend bei der so bestimmten Betriebsfrequenz des Wechselrichters zusammen mit der Streuinduktivität 35 des Streufeldtransformators 3 keinen Serienresonanzkreis, sondern eine insgesamt induktive Impedanz von solcher Grösse, wie es durch die erforderliche Strombegrenzung für die Leuchtstofflampe 5 notwendig ist. Er hat vielmehr die Aufgabe, eine die Transistoren gefährdende Gleichstromkomponente 40 aufgrund unterschiedlich langer Halbwellen zu vermeiden.

Die Glühkathoden 51,52 der Leuchtstofflampe 5 sind an die Heizwicklungen 33,35 angeschlossen, wobei die Heizwicklung

33 zwischen einer Hauptwicklung32 und einer Zündwicklung

34 liegt, während die Heizwicklung 35 von diesen Wicklungen 45 galvanisch getrennt ist. Das der Heizwicklung 33 entfernt liegende Ende der Hauptwicklung 32 ist über einen Kondensator

61 und einen Triac 62 mit der Glühkathode 51 verbunden. Dem

Triac ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die einen Zündkondensator 83 enthält, der einerseits über einen Widerstand

84 und eine Shockleydiode 85 an die Steuerstrecke des Triac 62 und andererseits über eine Diode 86 an die Heizwicklung 35 und zusätzlich über einen Widerstand 82 und eine Diode 81 an die Reihenschaltung aus Heizwicklung 35 und einer Zusatzwicklung 36 angeschlossen ist. Diese.Zusatzwicklung 36, der Widerstand 82, der Zündkondensator 83 und die Shockleydiode

85 sind so bemessen und auf die Zündeigenschaften des Triac 62 abgestellt, dass sich die gewünschte verzögerte Anschaltung der Hauptwicklung 32 und des Kondensators 61 an die Leuchtstofflampe 5 ergibt.

Der Kondensator 61 ist über den Triac 62, eine Diode 63 und einen Widerstand 64 auch an die Reihenschaltung der Hauptwicklung 32, der Heizwicklung 33 und einer Zündwicklung 34 angeschlossen; nach dem Durchschalten des Triac 62 wird daher der Kondensator 61 auf die Summe der an diesen Wicklungen liegenden Spannungen aufgeladen.

Als Zündhilfe für niedrige Umgebungstemperaturen, beispielsweise unter -15 °C, dient ein Spannungsteiler aus einem Widerstand 71 und einem Heissleiter 72, der an der Reihenschaltung der Wicklungen 32,33 und 34 liegt und dessen Abgriff über einen Kondensator 73 am Lampengehäuse 53 liegt.

Mit dem Einschalten des Wechselrichters und seinem Anschwingen werden die Glühkathoden 51,52 der Leuchtstofflampe 5 sofort mit Heizstrom aus den Heizwicklungen 33,35 versorgt. Gleichzeitig lädt sich der Zündkondensator 83 verhältnismässig langsam über den Widerstand 82 auf und erreicht schliesslich nach der gewünschten Zeit die Schaltspannung der Shockleydiode 85. Er entlädt sich daraufhin über die Steuerstrecke des Triac 62 und zündet diesen durch. Mit diesem Zeitpunkt liegt die gesamte Spannung der Wicklungen 32,33 und 34 über Widerstand 64 und Diode 63 an dem Kondensator 61, der sich von Halbwelle zu Halbwelle auf einen höheren Scheitelwert auflädt. Seine Spannung liegt zugleich in Reihe mit der Spannung der Hauptwicklung 32 zwischen den Glühkathoden 51 und 52 und führt bei entsprechender Grösse zur Zündung der Leuchtstofflampe, die somit grundsätzlich erst nach ausreichender Vorheizung erfolgen kann.

Da über den Triac 62 auch der Betriebsstrom der Leuchtstofflampe 5 fliesst, muss er in durchgesteuertem Zustand gehalten werden. Den hierzu erforderlichen Dauersteuerstrom liefert die Heizwicklung 35 über die Diode 86 und den Widerstand 84; der für die höhere Zündspannung der Shockleydiode 85 bemessene Stromkreis mit der Zusatzwicklung 36, der Diode 81 und dem Widerstand 82 braucht daher nur für eine verhältnismässig niedrige Leistung bemessen zu sein.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

627 323 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Glühkathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe liefernden Hauptwicklung, und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits in einem die Hauptwicklung und die Leuchtstofflampe enthaltenden Betriebsstromkreis liegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsstromkreis mit Leuchtstofflampe (5) und Kondensator (61) ein Schalter (62) angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen (33,35) an die Glühkathoden (51,52) der Leuchtstofflampe (5) verzögert automatisch geschlossen wird, wobei die Verzögerungszeh so bemessen ist, dass ein Kaltstart praktisch vermieden wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (62) auch im Ladestromkreis des Kondensators (61) liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalter (62) ein Triac dient.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Zündkondensator (83) aufweist, der einerseits an die Steuerstrecke des Triac (62) über eine Shockleydiode (85) und einen Widerstand (84) und andererseits über eine Diode (86) an eine den Dauersteuerstrom des Triac liefernde Wicklung (35) sowie über eine Diode (81) und einen Widerstand (82) an eine die Zündspannung für die Shockleydiode liefernde Wicklung (36) des Streufeldtransformators (3) angeschlossen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter als Brückenschaltung mit Transistoren (21 bis 24) ausgeführt ist und die Primärwicklung (31) des Streufeldtransformators (3) über einen Kondensator (4) speist

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des Kondensators (4) im Stromkreis der Primärwicklung (31) bei der Nennfrequenz des Wechselrichters maximal 10% der Impedanz der Streuinduktivität des Streufeldtransformators (3) ist.