**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltungsanordnung zum Zünden der Gasstrecke zwischen den Glühelektroden einer Gasentladungslampe, mit einer seriegeschalteten Vorschaltinduktivität (2) und einem über die Glühelektroden (3, 4) in einer Startvorrichtung (20) parallelgeschalteten Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (20) einen, einen Spannungsabfall bewirkenden Widerstand (9) in einem Heizstromkreis (9; 10, I I) aufweist, der an einer Gleichrichterbrücke (8) angeschlossen ist, dass ein den Spannungsabfall über den Widerstand (9), einen Thyristor (10) und eine Diode (11) auswertendes Zeitglied (17, 18, 19) sowie ein von diesem steuerbarer Schwellwertschalter (14, 15) vorhanden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zeitglied eine Diode (I6) vorgeschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwertschalter einen Thyristor (15) mit einem Gate-Widerstand (14) aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizstromkreis eine Diode (11) parallel zum Schwellwertschalter geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang das Zeitgliedes (17, 18, 19) mit der Anode einer Diode (13) verbunden ist.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden der Gasstrecke zwischen den Glühelektroden einer Gasentladungslampe gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Um bei Gasentladungs- bzw. Fluoreszenzlampen optimale Zündbedingungen zu erreichen, werden die Lampenelektroden auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt. Dies geschieht vorzugsweise, indem die Entladungsstrecke mittels einer Startvorrichtung kurzgeschlossen wird. Somit liegen die Glühelektroden in Serie mit einer Vorschaltinduktivität direkt an der Netzspannung. Wird nun der Heizstromkreis geöffnet, kann die Gasentladungslampe zünden.
Die zur Hauptsache verwendeten Starter für Fluoreszenzlampen umfassen eine kleine, gasgefüllte Glimmlampe, deren Elektroden aus einem Bimetallstreifen und einem Gegenkontakt bestehen. Parallel zur Glimmstrecke ist ein Kondensator geschaltet.
Beim Einschalten der Netzspannung wird diese kleine Glimmstrecke gezündet, wodurch sich der eingebaute Bimetallstreifen erwärmt und soweit durchbiegt, bis der Gegenkontakt berührt wird.
Durch diesen Kurzschluss wird die Glimmlampe selbst gelöscht und die Vorschaltinduktivität liegt mit der Fluoreszenzlampe in Serie direkt am speisenden Netz. Es fliesst nun ein kräftiger Strom, der die Lampenelektroden aufheizt.
Nach einiger Zeit hat sich der Bimetallstreifen soweit abgekühlt, dass die Kurzschlusstrecke wieder geöffnet wird.
War die vorgängige Aufheizung der Elektroden ausreichend und stellt sich bei der Stromunterbrechung eine günstige Phasenlage ein, so zündet die Fluoreszenzlampe und geht in den Betriebszustand über. Der Glimmstarter tritt jetzt nicht mehr in Funktion.
Kommt es jedoch nicht zur Zündung, so wiederholt sich der beschriebene Vorgang. Oft treten mehrere erfolglose Zündversuche auf, die sich in einem unangenehmen Flackern der Lampe bemerkbar machen, was sowohl die Lebendauer der Lampe, als auch die des Starters ungünstig beeinflusst.
Ein entscheidender Nachteil ist dabei, dass bei defekter, d.h.
deaktivierter Fluoreszenzlampe sich der Startvorgang so lange wiederholt, wie der Lampenkreis eingeschaltet bleibt, was nach einer gewissen Zeit zur Zerstörung des Starters führt. Oft bewirken dabei die hohen Belastungen durch das Vorheizen ein Verkleben der Kontakte in der Glimmlampe, wodurch dann die Vorschaltdrossel überlastet wird.
Nachteilig ist weiterhin die verhältnismässig grosse Zeitverzögerung zwischen Einschaltmoment des Lampenkreises und Zündung der Fluoreszenzlampe. Die Vorheizung der Emissionselektroden kann erst dann beginnen, wenn der Bimetallkontakt in der Glimmröhre geschlossen ist.
Zur Vermeidung solcher Nachteile wurden, wie beispielsweise aus der CH-PS 561-999 oder der GB-Anmeldung 2 023 951 A bekannt wurde, elektronische, also abnützungsfreie Schaltkreise mit Halbleiterbauelementen geschaffen, die als Startvorrichtung für Fluoreszenzlampen verwendet werden. Darin konnten verschiedene Eigenschaften im Startvorgang funktionell berücksichtigt werden.
In diesen beiden Fällen erfolgt beispielsweise die Elektrodenvorheizung mittels pulsierendem Gleichstrom, dadurch wird aber die Wirkung der Vorschaltinduktivität erheblich vermindert. Der Heizstrom wird praktisch nur noch durch die ohmschen Anteile der Vorschaltinduktivität und der Glühelektroden begrenzt. Dies bedeutet, dass der Heizstrom und die Netzspannung gleiche Phasenlage aufweisen und somit nach dem Abklingen des Thyristorstromes keine Resonanzspannungsspitze entstehen kann. Strompulse grosser Intensität führen zudem zu erheblichen magnetostriktiven Schwingungen die sich über die mechanischen Bauteile ausbreiten. Durch den Halbwellenbetrieb entsteht zudem eine erhebliche Zeitverzögerung bis nach der Heizperiode die Lampenzündspannung zur Verfügung steht.
Die Wirkung der Vorheizung wird mit zunehmender Zeit geringer, da sich der Thyristorzündwinkel stetig gegen 180 C elektrisch verschiebt und der Stromflusswinkel damit in gleichem Masse verringert wird.
Nachteilig sind auch die infolge des Phasenanschnitts entstehenden Radiostörungen, sowie eine übermässige Elektrodenbelastung durch die hohen Strompulse, was zu einer spürbaren Herabsetzung der Lampenlebensdauer führt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Zünden der Gasstrecke zwischen den Glühelektroden einer Gasentladungslampe zu schaffen, welche die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Sie soll insbesondere nach dem Einschalten des Stromkreises sofort während einer vorwählbaren Zeit (ca. 0,3 - 0,5 sec) einen vollwelligen, konstanten Vorheizstrom zur Erwärmung der Emissionselektroden liefern.
Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, durch spezielle Ausgestaltung der Schaltanordnung die Heizzeit automatisch dem jeweiligen Abnützungsgrad der Emissionselektroden anzupassen.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Die Ausführung der Erfindung wird nun mit Hilfe zweier Figuren eingehend beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 das Schaltschema, eine Ausführungsform der Startvorrichtung und
Fig. 2 damit verknüpfte Spannungs- und Stromverläufe.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält eine Fluoreszenziampe 1 deren eine Elektrode 3 über eine Vorschaltinduktivität 2, und deren andere Elektrode 4 jedoch direkt mit dem Netz verbunden sind. Parallel zu diesem Lampenkreis ist über die Anschlüsse 5 und 6 eine Startvorrichtung 20 angeschlossen.
An den Anschlüssen 5 und 6 der Vorrichtung 20 ist ein Kondensator 7 und die Gleichrichterbrücke 8 angeschlossen. Die beiden Ausgangspunkte der Gleichrichterbrücke 8 sind mit einem Heizstromkreis, bestehend aus dem Widerstand 9, dem Thyristor 10 und der Diode 11, sowie einem Zeitglied, verbunden.
Während der Vorheizzeit von t0 bis tz in Fig. 2 werden die Anschlüsse der Elektroden 3 und 4 durch den Thyristor 10
über die Gleichrichterbrücke 8 niederohmig verbunden. Dabei werden die Elektroden 3 und 4 von einem Wechselstrom IH (Fig. 2) durchflossen und dadurch aufgeheizt. Die Grösse des Heizstromes IH wird weitgehend von der Impedanz der Vorschaltinduktivität 2 bestimmt.
Um den einen Thyristor 10 nach Anlegen der Netzspannung verzögerungslos zum Leiten zu bringen, wird seine Steuerelektrode über einen Widerstand 12 mit der Anode verbunden. Der Widerstand 12 begrenzt damit einerseits den Steuerstrom, hält aber andererseits den Thyristor 10 vom Einschaltaugenblick to an bis zum Zündzeitpunkt tz (Fig. 2) im leitenden Zustand.
Durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes 12 wird erreicht, dass der Thyristor 10 praktisch im Nulldurchgang des Heizstroms zu leiten beginnt und demzufolge ein sinusförmiger Heizstrom fliesst.
Die Dauer der Heizperiode tz - t0 wird durch ein Zeitglied und einen Schwellwertschalter bestimmt. Das Zeitglied besteht aus einem Kondensator 19 und den Widerständen 17, 18, über welche der Kondensator 19 geladen, bzw. entladen wird. Ferner wird das Zeitglied durch den Widerstand 14 entladen. Als Ladespannung steht der durch den Heizstrom verursachte Spannungsabfall über dem Heizstromkreis 9, 10, 11 zur Verfügung. Mit der Diode 16 wird das Zeitglied entkoppelt und damit eine Entladung über den niederohmigen Heizstromkreis verhindert.
Als Schwellwertschalter ist ein Hilfsthyristor 15 eingesetzt.
Der Kondensator 19 wird solange geladen, bis der Strom durch den Widerstand 14 ausreicht, um den Hilfsthyristor 15 zu zünden. Die Diode 11 hebt das Kathodenpotential des Thyristors 10 während der Heizperiode an. Dadurch wird einerseits die Zündbedingung für den Hilfsthyristor 15 gesichert, andererseits die Entkoppelung zwischen Heizstromkreis und Zeitglied durch die Diode 13 ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Diode 13, die Ladespannung am Kondensator 19 bei gezündetem Hilfsthyristor 15 auf einem Wert festgehalten, welcher der Summe der Spannungsabfälle über dem Thyristor 15 und der Diode 13 entspricht.
Die Bestimmung der Heizperiodendauer tz - t0 erfolgt hauptsächlich durch den Kondensator 19 und den Widerstand 17, wobei der Kondensator 19 durch den Steuerstrom des Hilfsthyristors 15 und durch den Entladestrom über den Widerstand 18 ständig entladen wird. Bei einem kurzen Spannungsausfall, beispielsweise durch Schalterprellen oder Netzausfall, wird der Kondensator 19 über die Diode 13 und den Hilfsthyristor 15 sehr rasch auf einen tieferen Spannungswert entladen, was zur Folge hat, dass der Hilfsthyristor 15 in den sperrenden Zustand übergeht und beim Wiedereinschalten der Netzspannung automatisch ein neuer Zündvorgang ausgelöst wird. Die im Moment des Wiedereinschaltens der Netzspannung im Kondensator 19 noch vorhandene Restladung beeinflusst die Heizperiodendauer.
Der Spannungsabfall über den Elementen 9, 10j 11 des Heizstromkreises ist für die Heizperiode zeitbestimmend. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 9 ist direkt proportional zum Heizstrom und somit ergibt sich ein umgekehrt proportionales Verhalten zwischen Heizstromgrösse und Heizperiodendauer. Entsprechend stellt sich bei Fluoreszenzlampen mit abgenutzten Elektroden ein niedriger Heizstrom ein und die Heizzeit wird dadurch selbsttätig verlängert, um wieder optimale Zündbedingungen zu sichern. Diese Eigenschaft ermöglicht daher auch eine einwandfreie Zündung bereits abgenützter Fluores zenzlampen, sowie die automatische Anpassung der Heizzeit für verschiedene Lampengrössen durch die richtige Dimensionierung des Widerstandes 9.
Am Ende der Heizperiode, d.h. bei genügender Aufladung des Kondesators 19 blokiert der Hilfsthyristor 15 die Ansteuerung des Thyristors 10. Dabei wird der Heizstromfluss im Nulldurchgang gemäss Fig. 2 unterbrochen. Gleichzeitig erhöht sich die Spannung über dem Kondensator 7 sprungartig um den momentanen Netzspannungswert, wodurch sich im durch Vorschaltinduktivität 2 und Kondensator 7 gebildeten LC Schwingkreis die Spannung über den Klemmen 5 und 6 stark überhöht.
In praktischen Fällen ist der Heizstromkreis induktiv, d.h.
der Strom eilt der Spannung um 900 el. nach. Die maximale Resonanzspannung Uc (Fig. 2) an den Lampenelektroden 3 und 4 erreicht damit den 1,8- bis 2fachen Spannungsscheitelwert, was einem Wert von 560 - 620 Volt entspricht. Diese Spannungsspitze erlaubt es, die aktivierte Gassäule der Gasentladungslampe 1 flackerfrei zu zünden. Der Kondensator 7 wirkt auf die Lichtbogenspannung der Lampe stabilisierend und verhindert hochfrequente Schwingungen. Hat die Fluoreszenzlampe 1 gezündet, so bleibt der Hilfsthyristor 15 während der ganzen Brenndauer stromführend.
Der Reststrom setzt sich aus den Teilströmen durch die Widerstände 12 und 17 zusammen. Beide Widerstände können hochohmig gewählt werden, so dass die Betriebsverlustleistung des Starters vernachlässigbar ist.
Falls die Lampe 1 nicht zündet, sei es infolge Deaktivierung oder Elektrodenunterbrechung, bleibt die Startvorrichtung wirkungslos und es tritt keine Wiederholung des Startvorgangs ein.
Erst ein Aus- und Wiedereinschalten des Netzes führt zu einem weiteren Zündvorgang.
Es hat sich gezeigt, dass Lampen, welche durch Abnützung mit herkömmlichen Glimmstartern nicht mehr zündbar waren, mit der beschriebenen elektronischen Startvorrichtung in den meisten Fällen problemlos weiterbetrieben werden können.
Die beschriebene Schaltung 20 erlaubt einen Aufbau innerhalb der Dimensionen eines handelsüblichen Startergehäuses, d.h. dass die beschriebene Schaltungsanordnung ohne Veränderung der bestehenden Anlagen in diesem eingebaut werden kann.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. Circuit arrangement for igniting the gas path between the glow electrodes of a gas discharge lamp, with a series-connected ballast inductor (2) and a capacitor (7) connected in parallel via the glow electrodes (3, 4) in a starting device (20), characterized in that the starting device (20 ) has a voltage drop causing a resistor (9) in a heating circuit (9; 10, II) which is connected to a rectifier bridge (8) that the voltage drop across the resistor (9), a thyristor (10) and Diode (11) evaluating timer (17, 18, 19) and a threshold switch (14, 15) controllable by this are present.
2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the timing element is preceded by a diode (I6).
3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold switch has a thyristor (15) with a gate resistor (14).
4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the heating circuit a diode (11) is connected in parallel to the threshold switch.
5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the output of the timing element (17, 18, 19) is connected to the anode of a diode (13).
The invention relates to a circuit arrangement for igniting the gas path between the glow electrodes of a gas discharge lamp according to the preamble of the first claim.
In order to achieve optimal ignition conditions with gas discharge or fluorescent lamps, the lamp electrodes are preheated to a certain temperature. This is preferably done by short-circuiting the discharge path by means of a starting device. Thus, the glow electrodes are in series with a ballast inductance directly on the mains voltage. If the heating circuit is now opened, the gas discharge lamp can ignite.
The starters used for fluorescent lamps mainly include a small, gas-filled glow lamp, the electrodes of which consist of a bimetal strip and a mating contact. A capacitor is connected in parallel to the glow path.
When the mains voltage is switched on, this small glow line is ignited, causing the built-in bimetal strip to heat up and bend until the mating contact is touched.
This short circuit extinguishes the glow lamp itself and the series inductance with the fluorescent lamp is connected in series directly to the supply network. A powerful current now flows, which heats up the lamp electrodes.
After a while, the bimetal strip has cooled down enough to open the short-circuit section again.
If the previous heating of the electrodes was sufficient and the phase is interrupted when the current is interrupted, the fluorescent lamp ignites and switches to the operating state. The glow starter no longer operates.
However, if the ignition does not occur, the process described is repeated. Often, several unsuccessful attempts to ignite occur, which are noticeable in an unpleasant flickering of the lamp, which adversely affects both the life of the lamp and that of the starter.
A decisive disadvantage is that in the case of defective, i.e.
deactivated fluorescent lamp, the starting process is repeated as long as the lamp circuit remains switched on, which leads to the starter being destroyed after a certain time. The high loads caused by preheating often cause the contacts in the glow lamp to stick, which then overloads the ballast choke.
Another disadvantage is the relatively large time delay between the moment when the lamp circuit is switched on and the fluorescent lamp is ignited. The preheating of the emission electrodes can only begin when the bimetal contact in the glow tube is closed.
In order to avoid such disadvantages, electronic, ie wear-free, circuits with semiconductor components have been created, for example from CH-PS 561-999 or GB application 2 023 951 A, which are used as starting devices for fluorescent lamps. Various properties could be taken into account functionally in the starting process.
In both of these cases, for example, the electrodes are preheated using pulsating direct current, but this considerably reduces the effect of the series inductance. The heating current is practically only limited by the ohmic components of the series inductance and the glow electrodes. This means that the heating current and the mains voltage have the same phase position and thus no resonance voltage peak can occur after the thyristor current has decayed. Current pulses of high intensity also lead to considerable magnetostrictive vibrations that spread over the mechanical components. The half-wave operation also causes a considerable time delay until the lamp ignition voltage is available after the heating period.
The effect of the preheating diminishes with increasing time, since the thyristor ignition angle is constantly shifting electrically towards 180 C and the current flow angle is reduced to the same extent.
Another disadvantage is the radio interference resulting from the phase cut, as well as an excessive electrode load due to the high current pulses, which leads to a noticeable reduction in lamp life.
It is an object of the invention to provide a circuit arrangement for igniting the gas path between the glow electrodes of a gas discharge lamp, which does not have the disadvantages described above. It should deliver a full-wave, constant preheating current for heating the emission electrodes immediately after switching on the circuit for a preselectable time (approx. 0.3 - 0.5 sec).
It is a further object of the invention to automatically adapt the heating time to the degree of wear of the emission electrodes by means of a special configuration of the switching arrangement.
The object is achieved by the invention specified in claim 1.
The embodiment of the invention will now be described in detail with the aid of two figures. In it show:
Fig. 1 shows the circuit diagram, an embodiment of the starting device and
Fig. 2 associated voltage and current profiles.
The arrangement shown in FIG. 1 contains a fluorescent lamp 1, one electrode 3 of which is connected via a series inductor 2, and the other electrode 4 of which is connected directly to the network. A starting device 20 is connected in parallel with this lamp circuit via connections 5 and 6.
A capacitor 7 and the rectifier bridge 8 are connected to the connections 5 and 6 of the device 20. The two output points of the rectifier bridge 8 are connected to a heating circuit consisting of the resistor 9, the thyristor 10 and the diode 11, and a timer.
During the preheating time from t0 to tz in FIG. 2, the connections of the electrodes 3 and 4 are made by the thyristor 10
connected via the rectifier bridge 8 with low resistance. An alternating current IH (FIG. 2) flows through the electrodes 3 and 4 and is thereby heated. The size of the heating current IH is largely determined by the impedance of the series inductance 2.
In order to cause one thyristor 10 to conduct without delay after the mains voltage has been applied, its control electrode is connected to the anode via a resistor 12. The resistor 12 thus limits the control current on the one hand, but on the other hand keeps the thyristor 10 in the conductive state from the moment it is switched on to until the ignition point tz (FIG. 2).
By appropriate dimensioning of the resistor 12 it is achieved that the thyristor 10 begins to conduct practically at the zero crossing of the heating current and consequently a sinusoidal heating current flows.
The duration of the heating period tz - t0 is determined by a timer and a threshold switch. The timer consists of a capacitor 19 and the resistors 17, 18, via which the capacitor 19 is charged or discharged. Furthermore, the timer is discharged through the resistor 14. The voltage drop across the heating circuit 9, 10, 11 caused by the heating current is available as the charging voltage. The timing element is decoupled with the diode 16 and thus a discharge via the low-resistance heating circuit is prevented.
An auxiliary thyristor 15 is used as the threshold switch.
The capacitor 19 is charged until the current through the resistor 14 is sufficient to ignite the auxiliary thyristor 15. The diode 11 raises the cathode potential of the thyristor 10 during the heating period. On the one hand, this ensures the ignition condition for the auxiliary thyristor 15, and on the other hand enables the decoupling between the heating circuit and the timing element by means of the diode 13. At the same time, the diode 13 keeps the charging voltage across the capacitor 19 when the auxiliary thyristor 15 is fired at a value which corresponds to the sum of the voltage drops across the thyristor 15 and the diode 13.
The heating period tz-t0 is mainly determined by the capacitor 19 and the resistor 17, the capacitor 19 being continuously discharged by the control current of the auxiliary thyristor 15 and by the discharge current via the resistor 18. In the event of a brief voltage failure, for example due to switch bouncing or a power failure, the capacitor 19 is discharged very quickly to a lower voltage value via the diode 13 and the auxiliary thyristor 15, with the result that the auxiliary thyristor 15 changes to the blocking state and when the mains voltage is switched on again a new ignition process is triggered automatically. The residual charge still present in the capacitor 19 at the moment the mains voltage is switched on influences the heating period.
The voltage drop across the elements 9, 10j 11 of the heating circuit is time-determining for the heating period. The voltage drop across the resistor 9 is directly proportional to the heating current and thus there is an inversely proportional behavior between the heating current size and the heating period. Accordingly, a low heating current is set in the case of fluorescent lamps with worn electrodes and the heating time is thereby automatically extended in order to ensure optimum ignition conditions again. This property therefore also enables proper ignition of already worn fluorescent lamps, as well as the automatic adjustment of the heating time for different lamp sizes through the correct dimensioning of the resistor 9.
At the end of the heating season, i.e. if the capacitor 19 is sufficiently charged, the auxiliary thyristor 15 blocks the activation of the thyristor 10. The heating current flow is interrupted in the zero crossing according to FIG. 2. At the same time, the voltage across the capacitor 7 increases abruptly by the instantaneous mains voltage value, as a result of which the voltage across the terminals 5 and 6 is greatly increased in the LC resonant circuit formed by series inductance 2 and capacitor 7.
In practical cases, the heating circuit is inductive, i.e.
the current lags the voltage by 900 el. The maximum resonance voltage Uc (FIG. 2) at the lamp electrodes 3 and 4 thus reaches 1.8 to 2 times the voltage peak value, which corresponds to a value of 560-620 volts. This voltage peak allows the activated gas column of the gas discharge lamp 1 to ignite without flickering. The capacitor 7 has a stabilizing effect on the arc voltage of the lamp and prevents high-frequency vibrations. If the fluorescent lamp 1 has ignited, the auxiliary thyristor 15 remains live during the entire burning period.
The residual current is composed of the partial currents through resistors 12 and 17. Both resistors can be selected with high impedance, so that the starter's operating power loss is negligible.
If the lamp 1 does not ignite, be it as a result of deactivation or electrode interruption, the starting device remains ineffective and the starting process is not repeated.
Only switching the network off and on again leads to a further ignition process.
It has been shown that lamps which could no longer be ignited due to wear with conventional glow starters can in most cases continue to be operated with the electronic starting device described without any problems.
The circuit 20 described allows construction within the dimensions of a commercially available starter housing, i.e. that the circuit arrangement described can be installed in this without changing the existing systems.