CH627323A5 - Arrangement for starting and operating a fluorescent lamp - Google Patents
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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. The invention relates to an arrangement for starting and operating a fluorescent lamp with hot cathodes, with an inverter and a stray field transformer lying between the latter and the fluorescent lamp with heating windings for the hot cathodes and a main winding supplying the operating voltage for the fluorescent lamp, and with a capacitor which, on the one hand, in one fed by the stray field transformer, containing a diode charging circuit and on the other hand in an operating circuit containing the main winding and the fluorescent lamp.
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. With such a circuit, known from DT-PS 1 789 052, there are often cold starts of the fluorescent lamp, in particular at higher ambient temperatures, which are further promoted by ignition aids, as are necessary to ensure a perfect start at very low ambient temperatures.
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 Since the lifespan of a fluorescent lamp is now noticeably reduced by frequent cold starts, the invention is based on the object of developing the known arrangement in such a way that sufficient preheating of the hot cathodes of the fluorescent lamp is always ensured, and also with
Verwendung von Zündhilfeschaltungen. Use of auxiliary ignition circuits.
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. The inventive solution to this problem is characterized in an arrangement of the type mentioned in that a switch is arranged in the operating circuit with fluorescent lamp and capacitor, which is automatically closed by a control device with a delay compared to the time when the heating windings are connected to the hot cathodes of the fluorescent lamp, whereby the delay time is such that a cold start is practically avoided.
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. The preheating time for the glow cathode of the fluorescent lamp is thus in the invention exclusively dependent on the properties of the control device of the switch, which can easily be chosen so that sufficient preheating of, for example, about 0.5 to 1 second is always guaranteed under all conceivable operating conditions ; this also applies if an auxiliary ignition circuit according to DT-PS 1 789 052 is additionally provided to favor starting at very low temperatures.
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. A transistor inverter with a stray field transformer for feeding a fluorescent lamp with hot cathodes is already known, in which sufficient preheating is ensured with the aid of a delayed opening mechanical switching contact (Sturm, ballasts, 5th edition, page 347). Here, however, the normally closed contact of a protective gas relay is in the preheating circuit instead of the usual glow starter and interrupts the heating with the desired delay. However, since the excess voltage required for ignition is based on a resonance effect, the transistors of the inverter are at risk from overvoltages if the, for example defective, fluorescent lamp does not ignite and therefore does not provide the required voltage limitation.
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. In one embodiment of the invention, a triac is preferably used as the switch, which is connected via a shock diode and an RC element to parts of the secondary winding of the stray field transformer, so that it switches through with a delay.
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. Triacs now have the tendency to switch through without the ignition current supplied from the outside at the ignition electrode, which can be observed in particular at very high voltages, voltage gradients or frequencies. Furthermore, it is hardly possible to use a triac at frequencies above 10 kHz to switch off.
Aufgrund dieser Besonderheiten wird der Triac zum verzögerten Zuschalten verwendet; die Abschaltung erfolgt dagegen beim Abschalten des gesamten Wechselrichters. Because of these special features, the triac is used for delayed activation; however, the shutdown takes place when the entire inverter is shut down.
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. Self-ignition of the triac is, on the other hand, avoided with certainty in one embodiment of the invention by using an inverter circuit in which, especially at high DC supply voltage, a rectangular voltage form is still guaranteed even at nominal load, i.e. the saturation current of the transistors that determines the operating frequency, that is, by a sharp increase in the current is determined in the primary circuit of the stray field transformer and not by a decrease in the control voltage, as is the case with inverters with a series resonance circuit. In this way, the peak value of the voltage on the triac can be kept low with a relatively high effective value.
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. Another advantage of this embodiment is that the operating frequency of the selected inverter circuit is considerably lower when idling than when it is under load. At a nominal frequency of 20 kHz, for example, the idle frequency is only 7 kHz; igniting the triac can still be avoided with certainty.
Die bevorzugte rechteckige Spannungsform verlangt einen Verzicht auf einen Serienresonanzkreis. Es kommt dann aber leicht zu Unsymmetrien der beiden Halbwellen und infolgedes2 The preferred rectangular voltage form requires a series resonance circuit to be dispensed with. However, asymmetries of the two half-waves easily occur and as a result2
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
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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 sen to DC components in the AC circuit through which the transistors are at risk. It is therefore expedient to place a capacitor of such a size in the primary circuit of the stray field transformer that it hardly changes the inductive character of the circuit required for the operation of the fluorescent lamp at the nominal frequency; for this purpose, its impedance at the nominal frequency of the inverter is a maximum of 10% of the impedance of the stray inductance of the stray field transformer. At the same time, this capacitor increases the dependency of the nominal frequency when the inverter is loaded on fluctuations in the DC supply voltage, which, in conjunction with the leakage inductance of the leakage transformer, means that lamp current and lamp voltage remain practically constant in the event of fluctuations in the DC supply voltage. , 5th
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur erläutert. An embodiment of the invention is explained with reference to the figure.
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. The primary winding 31 of the stray field transformer 3 is connected via a capacitor 4 with a discharge resistor connected in parallel to the AC voltage terminals 25, 26 of a bridge circuit formed by 20 transistors 21, 22, 23 and 24, which in turn is connected to the terminals 11, 12 of a DC voltage source 1. The base-emitter paths of the transistors are connected in a known manner to control windings 25 of the stray field transformer 3 via circuit arrangements, which are not described in any more detail, so that the i-transistors 21 and 24 or 22 and 23 are always turned on or blocked at the same time.
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. The stray field transformer 3 and the control circuit of each transistor are dimensioned such that the reversal of the switching state is determined by increasing the magnetizing current to the value of the saturation current of a transistor with a practically constant control current. Accordingly, at the operating frequency of the inverter determined in this way, the capacitor 4, together with the stray inductance 35 of the stray field transformer 3, does not form a series resonance circuit, but rather an overall inductive impedance of such a size as is necessary for the fluorescent lamp 5 due to the required current limitation. Rather, it has the task of avoiding a direct current component 40 which is hazardous to the transistors due to half-waves of different lengths.
Die Glühkathoden 51,52 der Leuchtstofflampe 5 sind an die Heizwicklungen 33,35 angeschlossen, wobei die Heizwicklung The hot cathodes 51, 52 of the fluorescent lamp 5 are connected to the heating windings 33, 35, the heating winding
33 zwischen einer Hauptwicklung32 und einer Zündwicklung 33 between a main winding 32 and an ignition winding
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 34 lies, while the heating winding 35 is electrically isolated from these windings 45. The end of the main winding 32 remote from the heating winding 33 is via a capacitor
61 und einen Triac 62 mit der Glühkathode 51 verbunden. Dem 61 and a triac 62 connected to the hot cathode 51. The
Triac ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die einen Zündkondensator 83 enthält, der einerseits über einen Widerstand A control device is assigned to the triac, which contains an ignition capacitor 83, on the one hand via a resistor
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 84 and a shock diode 85 to the control path of the triac 62 and, on the other hand, via a diode 86 to the heating winding 35 and additionally via a resistor 82 and a diode 81 to the series circuit comprising heating winding 35 and an additional winding 36. This additional winding 36, the resistor 82, the ignition capacitor 83 and the shock diode
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. 85 are dimensioned and based on the ignition properties of the triac 62 so that the desired delayed connection of the main winding 32 and the capacitor 61 to the fluorescent lamp 5 results.
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. The capacitor 61 is also connected via the triac 62, a diode 63 and a resistor 64 to the series connection of the main winding 32, the heating winding 33 and an ignition winding 34; after switching through the triac 62, the capacitor 61 is therefore charged to the sum of the voltages present on these windings.
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. A voltage divider consisting of a resistor 71 and a hot conductor 72, which is connected to the series connection of the windings 32, 33 and 34 and whose tap is connected to the lamp housing 53 via a capacitor 73, serves as a starting aid for low ambient temperatures, for example below -15 ° C.
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. When the inverter is switched on and starts to oscillate, the hot cathodes 51, 52 of the fluorescent lamp 5 are immediately supplied with heating current from the heating windings 33, 35. At the same time, the ignition capacitor 83 charges up relatively slowly via the resistor 82 and finally reaches the switching voltage of the shockley diode 85 after the desired time. It then discharges via the control path of the triac 62 and ignites it. At this point in time, the entire voltage of the windings 32, 33 and 34 is connected via resistor 64 and diode 63 to the capacitor 61, which charges from half-wave to half-wave to a higher peak value. Its voltage is at the same time in series with the voltage of the main winding 32 between the hot cathodes 51 and 52 and, given the corresponding size, leads to the ignition of the fluorescent lamp, which in principle can therefore only take place after sufficient preheating.
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. Since the operating current of the fluorescent lamp 5 also flows via the triac 62, it must be kept in a controlled state. The required heating current 35 supplies the heating winding 35 via the diode 86 and the resistor 84; the circuit with the additional winding 36, the diode 81 and the resistor 82, which is dimensioned for the higher ignition voltage of the shockley diode 85, therefore only needs to be dimensioned for a relatively low power.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |