CH660826A5

CH660826A5 - LUMINAIRE DEVICE WITH A GAS DISCHARGE LAMP AND A METHOD FOR THE OPERATION THEREOF.

Info

Publication number: CH660826A5
Application number: CH7086/82A
Authority: CH
Inventors: Ralf Krauss; Rainer Koehne
Original assignee: Krauss Innovatron
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1987-06-15
Also published as: FR2517922B1; GB2110890A; IT1153369B; ES517947A0; IT8224615A1; ES8403003A1; IT8224615A0; BE895278A; GB2110890B; FR2517922A1; DE3245219A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a lighting device according to the preamble of patent claim 1.

Eine derartige Leuchtvorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 442 091, siehe dort zum Beispiel Figur 1, bekannt. Diese Schaltung ist, wie eingangs angegeben, einstufig ausgeführt, die Gasentladungslampe ist also unmittelbar an den Ausgang des Oszillators ohne eine Zwischenstufe angeschaltet, so dass die gesamte Schaltung mit nur einem Verstärkerelement, das durch einen Transistor gebildet wird, auskommt. Der Oszillator ist im wesentlichen als eine Meissner-Schaltung ausgeführt, der Emitter des Transistors liegt auf O-Potential, die Arbeitspunkteinstellung erfolgt durch konstanten Basisstrom. Die im Kollektorkreis liegende Wicklung des Transformators bildet zusammen mit einem die Bezugsziffer 6 tragenden Kondensator einen Schwingkreis, der zumindest teilweise die Frequenz des an den Ausgangsklemmen der Sekundärwicklung anstehenden Hochspannungssignals hoher Frequenz bestimmt. Such a lighting device is known from German Offenlegungsschrift 2,442,091, see for example FIG. 1 there. As indicated at the outset, this circuit has a one-stage design; the gas discharge lamp is therefore connected directly to the output of the oscillator without an intermediate stage, so that the entire circuit requires only one amplifier element, which is formed by a transistor. The oscillator is essentially designed as a Meissner circuit, the emitter of the transistor is at O potential, the operating point is set using a constant base current. The winding of the transformer lying in the collector circuit, together with a capacitor bearing the reference number 6, forms an oscillating circuit which at least partially determines the frequency of the high-voltage signal of high frequency present at the output terminals of the secondary winding.

Weiterhin ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 610 944 eine ebenfalls einstufige Leuchtvorrichtung bekannt, bei der der Oszillator jedoch als Sperrschwinger ausgeführt ist. Die Schwingfrequenz dieses Oszillators wird- im wesentlichen bestimmt durch die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Kern des Transformators mittels des durch die Primärwicklung fliessenden Kollektorstroms in die Sättigung zu treiben. Die Frequenz dieses Sperrschwinger-Oszillators wird somit im wesentlichen durch die Eigenschaften des Transformators, insbesondere die Materialeigenschaften des Transformatorkerns, bestimmt. Furthermore, a single-stage lighting device is also known from German Offenlegungsschrift 2,610,944, but in which the oscillator is designed as a blocking oscillator. The oscillation frequency of this oscillator is essentially determined by the period of time required to drive the core of the transformer into saturation by means of the collector current flowing through the primary winding. The frequency of this blocking oscillator is thus essentially determined by the properties of the transformer, in particular the material properties of the transformer core.

Nachteilig bei diesen bekannten Leuchtvorrichtungen ist, dass die Oszillatoren jeweils eine Schwingfrequenz haben, die in A disadvantage of these known lighting devices is that the oscillators each have an oscillation frequency which is in

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keinerlei Beziehung zu einer Frequenz des in der Gasentladungslampe erzeugten Plasmas steht. Die bekannten Leuchtvorrichtungen sind im wesentlichen Spannungswandler, die es ermöglichen, eine Gasentladungslampe aus einer Batterie, somit netzunabhängig, zu betreiben. has no relation to a frequency of the plasma generated in the gas discharge lamp. The known lighting devices are essentially voltage converters, which make it possible to operate a gas discharge lamp from a battery, thus independently of the mains.

Nun ist jedoch aus der US-Patentschrift 3 525 900 bekannt, dass Gasentladungslampen dann einen besonders hohen Wirkungsgrad zeigen, wenn sie mit einer Spannung versorgt werden, deren Frequenz in einem festen Verhältnis zu einer Frequenz des in der Gasentladungslampe erzeugten Plasmas steht. Danach wurden bei gewissen Frequenzen, für eine Neon-Gasentladungslampe wird als Beispiel 80 KHz angegeben, eine deutlich reduzierte Stromaufnahme gegenüber anderen Frequenzen der Speisespannung beschrieben, wobei die Lichtleistung der Gasentladungslampe steigt, so dass der Wirkungsgrad erstens durch die geringere Stromaufnahme und zweitens durch die höhere Lichtausbeute ansteigt. However, it is now known from US Pat. No. 3,525,900 that gas discharge lamps are particularly efficient when they are supplied with a voltage whose frequency is in a fixed ratio to a frequency of the plasma generated in the gas discharge lamp. Thereafter, at certain frequencies, for a neon gas discharge lamp 80 KHz is given as an example, a significantly reduced current consumption compared to other frequencies of the supply voltage was described, the light output of the gas discharge lamp increasing, so that the efficiency is due firstly to the lower current consumption and secondly to the higher one Luminous efficiency increases.

In der US-Patentschrift 3 525 900 sind insgesamt vier Schaltungen für eine Leuchtvorrichtung angegeben. Dabei ist die Leuchtvorrichtung jeweils zweistufig ausgebildet, sie besteht jeweils aus einem Oszillator und einer Leistungsstufe. Der Oszillator ist als RC-Oszillator ausgeführt, seine Schwingfrequenz kann durch einen einstellbaren Widerstand verändert werden, Die Leistungsstufe ist jeweils ein Halbleiterschalter, zumeist ein Thyristor, der von dem Oszillator angesteuert wird und in dessen Ausgangskreis eine Primärwicklung eines Transformators liegt. Der Transformator hat noch eine Sekundärwicklung, an die die Gasentladungslampe angeschlossen ist. Der Transformator hat keine Rückkopplungswicklung. Der Primärwicklung ist ein Kondensator parallelgeschaltet, so dass ein Schwingkreis gebildet wird. Die Frequenz dieses Schwingkreises soll, entsprechend einer ausdrücklichen Angabe in dieser US-Patentschrift, so eingestellt werden — beispielsweis durch Verändern des Kapazitätwertes des Kondensators — , dass die Schwingfrequenz dieses Schwingkreises so nah wie möglich an einer Resonanzfrequenz des Gases liegt, das sich in der Gasentladungslampe befindet. Die Schaltungen für die Spannungsversorgung einer Gasentladungslampe nach dieser US-Patentschrift 3 525 900 arbeiten somit auf konstanter Frequenz. Um Frequenzabweichungen, die durch Wärmeeinflüsse und dergleichen auftreten und nicht auszuschliessen sind, auffangen zu können, wird in der Patentschrift vorgeschlagen, den zeitlichen Verlauf der Spannung für jede Einzelschwingung dadurch zu verändern, dass der Anfall hinter der positiven Maximalamplitude mehr oder weniger steil erfolgt. Geändert wird also die Kurvenform und damit die Amplitude und die Anzahl der Oberwellen, jedoch nicht die Grundfrequenz. A total of four circuits for a lighting device are specified in US Pat. No. 3,525,900. The lighting device is designed in two stages, it consists of an oscillator and a power stage. The oscillator is designed as an RC oscillator, its oscillation frequency can be changed by an adjustable resistor, the power stage is a semiconductor switch, usually a thyristor, which is controlled by the oscillator and in whose output circuit there is a primary winding of a transformer. The transformer also has a secondary winding to which the gas discharge lamp is connected. The transformer has no feedback winding. A capacitor is connected in parallel with the primary winding, so that an oscillating circuit is formed. The frequency of this resonant circuit should be set, for example by changing the capacitance value of the capacitor, so that the resonant frequency of this resonant circuit is as close as possible to a resonance frequency of the gas that is in the gas discharge lamp, according to an express specification in this US patent located. The circuits for the voltage supply of a gas discharge lamp according to this US Pat. No. 3,525,900 thus operate at a constant frequency. In order to be able to compensate for frequency deviations which occur due to heat influences and the like and which cannot be ruled out, the patent suggests changing the course of the voltage over time for each individual oscillation in such a way that the occurrence behind the positive maximum amplitude takes place more or less steeply. So the curve shape is changed and thus the amplitude and the number of harmonics, but not the fundamental frequency.

Während die bekannten einstufigen Leuchtvorrichtungen nach den beiden deutschen Offenlegungsschriften mit schlechtem Wirkungsgrad arbeiten, ist der Wirkungsgrad (hier definiert als elektrische Eingangsleistung zu abgegebener Lichtleistung) bei den Schaltungen nach der US-Patentschrift 3 525 900 gut, weil bei einer Resonanzfrequenz des Plasmas gearbeitet wird. Diese Leuchtvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie jeweils nur für ein einziges Gas ausgelegt sind, also im wesentlichen bei einer festen Frequenz arbeiten. Will man, wie häufig gewünscht, mit unterschiedlichen Gasen gefüllte und somit insbesondere unterschiedliche Farben erzeugende Gasentladungslampen betreiben, so muss für jede Gasfüllung und damit jede Mischung verschiedener Gase ein besonderes Spannungs-versorgungsgerät erstellt werden. Das ist nachteilig. While the known single-stage lighting devices according to the two German published documents work with poor efficiency, the efficiency (defined here as electrical input power to emitted light power) is good in the circuits according to US Pat. No. 3,525,900, because the resonance frequency of the plasma is used. However, these lighting devices have the disadvantage that they are each only designed for a single gas, that is to say essentially work at a fixed frequency. If, as is often desired, gas discharge lamps filled with different gases and thus in particular producing different colors are to be operated, a special voltage supply device must be created for each gas filling and thus for every mixture of different gases. That is disadvantageous.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einstufig arbeitende Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie ihre Grundfrequenz automatisch und innerhalb eines weiten Frequenzbereichs stets in einem festen Verhältnis zu einer Resonanzfrequenz des Plasma hält. The object of the present invention is to design a single-stage lighting device of the type mentioned at the outset in such a way that it automatically keeps its fundamental frequency and within a wide frequency range in a fixed relationship to a resonance frequency of the plasma.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der der frequenzbestimmende This object is achieved by a lighting device of the type mentioned, in which the frequency-determining

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Schwingkreis durch die gezündete Gasentladungslampe und die Sekundärwicklung des Transformators gebildet wird, sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung, das im Anspruch 12 gekennzeichnet ist. Oscillating circuit is formed by the ignited gas discharge lamp and the secondary winding of the transformer, and by a method for operating a lighting device, which is characterized in claim 12.

s Diese Leuchtvorrichtung bedeutet eine völlige Abkehr von den Leuchtvorrichtungen, wie sie anhand der beiden deutschen Patentanmeldungen und insbesondere des US-Patents oben beschrieben wurden. Während bei den bekannten Leuchtvorrichtungen eine feste Grundfrequenz erzeugt wird und allenfalls io (US-Patentschrift) der zeitliche Spannungsverlauf und somit der Oberwellenanteil geändert wird, hat die erfindungsgemässe Leuchtvorrichtung als frequenzbestimmendes Teil die Gasentladungslampe selbst. Werden also bei den bekannten Schaltungen elektrische Bauelemente, insbesondere LC-Schwingkreise einge-i5 setzt, die die Grundfrequenz der der Gasentladungslampe zugeführten Spannung bestimmen, so findet sich ein derartiges, separates, frequenzbestimmendes Glied bei der erfindungsgemäs-sen Leuchtvorrichtung nicht, vielmehr wird hier die Schwingfrequenz unmittelbar durch die Gasentladungslampe selbst 20 bestimmt. Anders ausgedrückt wird bei der erfindungsgemässen Leuchtvorrichtung nicht erst eine Spannung mit einer gewissen Grundfrequenz erzeugt und diese Grundfrequenz der Plasmafrequenz möglichst angenähert, sondern es wird unmittelbar, mit der Gasentladungslampe als frequenzbestimmendem Glied, eine 25 Spannung mit einer Plasmafrequenz im Oszillator erzeugt. Bei Temperaturschwankungen, Änderungen der Aussenkapazität usw. variiert auch die Schwingfrequenz der erfindungsgemässen Leuchtvorrichtung und bleibt zwangsläufig, da der Verbraucher (Gasentladungslampe) zugleich das frequenzbestimmende Glied 30 ist, auf der richtigen Frequenz, nämlich einer Plasmafrequenz. s This lighting device means a complete departure from the lighting devices, as described above on the basis of the two German patent applications and in particular the US patent. While in the known lighting devices a fixed fundamental frequency is generated and at most io (US patent specification) the temporal voltage curve and thus the harmonic component is changed, the lighting device according to the invention has the gas discharge lamp itself as the frequency-determining part. Thus, in the known circuits, electrical components, in particular LC If oscillation circuits are used that determine the fundamental frequency of the voltage supplied to the gas discharge lamp, there is no such separate, frequency-determining element in the lighting device according to the invention; rather, the oscillation frequency is determined here directly by the gas discharge lamp itself 20. In other words, in the lighting device according to the invention, a voltage with a certain basic frequency is not first generated and this basic frequency is approximated as closely as possible to the plasma frequency, but a voltage with a plasma frequency is generated directly in the oscillator with the gas discharge lamp as the frequency-determining element. In the event of temperature fluctuations, changes in the external capacity, etc., the oscillation frequency of the lighting device according to the invention also varies and inevitably remains at the correct frequency, namely a plasma frequency, since the consumer (gas discharge lamp) is also the frequency-determining element 30.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Leuchtvorrichtung liegt in ihrem weiten Frequenzbereich, der beispielsweise eins : zwei betragen kann. Dadurch ist es möglich, mit verschiedenen Gasen gefüllte Gasentladungslampen mit der 35 gleichen Versorgungsschaltung, also dem gleichen Oszillator zu betreiben. Ein separater Schwingkreis, der der Plasmafrequenz möglichst anzupassen ist, ist nicht vorhanden. A particular advantage of the lighting device according to the invention is its wide frequency range, which can be, for example, one: two. This makes it possible to operate gas discharge lamps filled with different gases with the same supply circuit, that is to say the same oscillator. There is no separate resonant circuit that should be adapted to the plasma frequency if possible.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung schwingt der Oszillator bei offener, nicht an die Gasentladungslampe ange-40 schlossener Sekundärwicklung hochfrequenter als bei gezündeter, an die Sekundärwicklung angeschlossener Gasentladungslampe. Der Oszillator schwingt also vor dem Zünden der Gasentladungslampe mit einer höheren Frequenz als später, bei gezündeter Gasentladungslampe. Die Frequenz des Oszillators 45 verschiebt sich nach dem Zünden der Gasentladungslampe nach unten, auf den von den frequenzbestimmenden Elementen, nämlich Gasentladungslampe und Sekundärwicklung, bestimmten Frequenzwert. Die Eigenfrequenz des offenen Oszillators, also des Oszillators im Leerlauf, wird dabei durch die Indukti-50 vitäten der Primärwicklung und gegenenenfalls auch der Rückkopplungswicklung und die Streu- und Wicklungskapazitäten bestimmt. Da die Windungszahl der Sekundärwicklung deutlich grösser ist als die Windungszahl der Primärwicklung und diese wiederum deutlich grösser als die Windungszahl der Rückkopp-55 lungsWicklung, und da weder der Primärwicklung noch der Rückkopplungswicklung ein echter Kondensator parallel (oder in Serie) geschaltet ist, liegt die Schwingfrequenz des offenen Oszillators praktisch immer höher als die Schwingfrequenz des Sekundärkreises mit gezündeter Gasentladungslampe. 60 Die Zündung der Gasentladungslampe erfolgt, wie bei den genannten bekannten Schaltungen durch Hochspannung, also kalt. Gegenüber den sehr verbreiteten Leuchtstofflampen mit Glühelektroden wird somit zumindest die für das Heizen der Elektroden benötigte Energie gespart. Tatsächlich ist bei der er-65 findungsgemässen Leuchtvorrichtung der Wirkungsgrad auf Grund der Anregung der Gasentladungslampe bei einer optimalen Frequenz deutlich besser als bei einer mit Netzfrequenz betriebenen Leuchtstofflampe. In a preferred embodiment of the invention, the oscillator oscillates at a higher frequency when the secondary winding is open and is not connected to the gas discharge lamp than when the gas discharge lamp is ignited and connected to the secondary winding. Before the gas discharge lamp is ignited, the oscillator therefore oscillates at a higher frequency than later, when the gas discharge lamp is ignited. After the gas discharge lamp has been ignited, the frequency of the oscillator 45 shifts downward to the frequency value determined by the frequency-determining elements, namely the gas discharge lamp and the secondary winding. The natural frequency of the open oscillator, i.e. the oscillator at idle, is determined by the inductivities of the primary winding and, if necessary, also the feedback winding and the stray and winding capacitances. Since the number of turns of the secondary winding is significantly larger than the number of turns of the primary winding and this, in turn, significantly larger than the number of turns of the feedback winding, and since neither the primary winding nor the feedback winding has a real capacitor connected in parallel (or in series), the oscillation frequency lies of the open oscillator is practically always higher than the oscillation frequency of the secondary circuit with the gas discharge lamp ignited. 60 As in the known circuits mentioned, the gas discharge lamp is ignited by high voltage, ie cold. Compared to the very common fluorescent lamps with glow electrodes, at least the energy required for heating the electrodes is saved. In fact, with the lighting device according to the invention, the efficiency due to the excitation of the gas discharge lamp is significantly better at an optimal frequency than in the case of a fluorescent lamp operated at mains frequency.

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Betrachtet man Plasmaschwingungen theoretisch, indem man sie als in Längsrichtung der Gasentladungslampe und unter dem Einfluss der äusseren Spannung hin- und hergehende Verschiebung der Elektronenwolke gegen die Ionenwolke beschreibt, so kommt man zu einer Frequenz v von m • eps0 If one considers plasma vibrations theoretically by describing them as a displacement of the electron cloud against the ion cloud in the longitudinal direction of the gas discharge lamp and under the influence of the external voltage, a frequency v of m • eps0 is obtained

mit n = Dichte (Konzentration) der Ladungsträger, e = Elementarladung m = Masse der Ladungsträger, und eps0 = absolute Dielektrizitätskonstante. with n = density (concentration) of the charge carriers, e = elementary charge m = mass of the charge carriers, and eps0 = absolute dielectric constant.

Geht man von einer Dichte n = 10" cm-3 aus, so kommt man für die Innenschwingungen zu Frequenzen um 100 KHz. Dieser Wert entspricht recht genau den tatsächlich beobachteten Frequenzen beim Betrieb der erfindungsgemässen Leuchtvorrichtung. Ob die beobachteten Resonanzen im Plasma beim Betrieb der Leuchtvorrichtung tatsächlich Ionenschwingungen sind, soll aber hier offenbleiben. If one assumes a density n = 10 "cm-3, the internal vibrations come to frequencies around 100 kHz. This value corresponds exactly to the actually observed frequencies when operating the lighting device according to the invention. Whether the observed resonances in the plasma when operating the Lighting device are actually ion vibrations, but should remain open here.

Wenn es sich allerdings um Ionenschwingungen handeln sollte, so wäre die bekannte Leuchtvorrichtung nach der US-Patentschrift 3 525 900 mit grossen Nachteilen verbunden, da sie im wesentlichen bei einer festen Grundfrequenz arbeitet. Wie die Formel zeigt, ist die Frequenz der Plasmaschwingungen im wesentlichen durch die Dichte der Ladungsträger bestimmt, hängt also insbesondere vom Fülldruck der Gasentladungslampe ab. Da aber der Fülldruck praktisch nie über längere Zeiträume konstant gehalten werden kann, verschlechtert sich der Wirkungsgrad der bekannten Leuchtvorrichtung nach der US-Patentschrift, falls die eingangs genannte Voraussetzung, die Annahme von Ionenschwingungen zutrifft. However, if ion vibrations were involved, the known lighting device according to US Pat. No. 3,525,900 would be associated with major disadvantages since it essentially operates at a fixed fundamental frequency. As the formula shows, the frequency of the plasma vibrations is essentially determined by the density of the charge carriers, and thus depends in particular on the filling pressure of the gas discharge lamp. However, since the filling pressure can practically never be kept constant over long periods of time, the efficiency of the known lighting device according to the US patent deteriorates if the prerequisite mentioned at the outset applies to the assumption of ion vibrations.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein Schaltschema einer kompletten Leuchtvorrichtung mit Netzteil, Oszillator, Gasentladungslampe und einer, ein Abschaltsignal liefernden Überwachungsschaltung zeigt. Further advantages of the invention result from the remaining claims and the following description of a preferred embodiment. It is explained below with reference to the drawing, which shows a circuit diagram of a complete lighting device with a power supply unit, an oscillator, a gas discharge lamp and a monitoring circuit which supplies a switch-off signal.

Eine Gasentladungslampe 20 wird über einen Oszillator 21 mit einer hochfrequenten Spannung versorgt. Der Oszillator 21 wiederum bezieht seinerseits eine Gleichspannung aus einem Netzteil 22. A gas discharge lamp 20 is supplied with a high-frequency voltage via an oscillator 21. The oscillator 21 in turn draws a DC voltage from a power supply 22.

Im Oszillator 21 ist als Verstärkerelement ein npn-Transistor Ql vorgesehen. Die Basis B dieses Transistors Ql ist erstens über eine Rückkopplungswicklung 23 eines Transformators 24 mit dem Mittelpunkt A eines aus zwei Widerständen Rl und R2 gebildeten Basisspannungsteilers und zweitens über eine Diode Dl mit deren Kathode sie verbunden ist, an Null angeschlossen. Am Mittelpunkt A liegt eine Gleichspannung an, die gleich oder etwas oberhalb der Basis-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors Ql ist. Der dabei eingestellte Arbeitspunkt ist so gewählt, dass die Verstärkung des Transistors vorzugsweise ausreicht, um ein Anschwingen des Oszillators 21 bei offener Sekundärwicklung 27 sicherzustellen. Der Emitter E des Transistors Ql liegt auf Null. Der Kollektor C ist erstens über eine Primärwicklung 25 des Transformators 24 mit dem Pluspol 26 des Netzteils 22 verbunden, zweitens über eine Diode D2, mit deren Kathode er verbunden ist, an Null gelegt und drittens über eine in Flussrichtung geschaltete Diode D3, der ein nieder-ohmiger Widerstand R3 parallelgeschaltet ist und über einen Kondensator C4 mit Null verbunden. An npn transistor Q1 is provided in the oscillator 21 as an amplifier element. The base B of this transistor Ql is firstly connected to zero via a feedback winding 23 of a transformer 24 with the center A of a base voltage divider formed from two resistors R1 and R2 and secondly via a diode D1 with the cathode of which it is connected. At the center A there is a DC voltage which is equal to or slightly above the base-emitter saturation voltage of the transistor Ql. The operating point set is selected such that the amplification of the transistor is preferably sufficient to ensure that the oscillator 21 starts to oscillate when the secondary winding 27 is open. The emitter E of the transistor Ql is at zero. The collector C is firstly connected to the positive pole 26 of the power pack 22 via a primary winding 25 of the transformer 24, secondly via a diode D2, to the cathode of which it is connected, and thirdly via a diode D3 switched in the direction of flow, which is a low Resistor R3 is connected in parallel and connected to zero via a capacitor C4.

Der Transformator 24 hat als dritte Wicklung eine Sekundärwicklung 27, die über Zuleitungen Z mit der Gasentladungslampe 20 verbunden ist. Diese Sekundärwicklung 27 hat eine Mittenanzapfung M, die mit dem Eingang der Überwachungsschaltung 28 (in der Figur rechts unten) verbunden ist. In dieser wird, wenn zwischen Mittenanzapfung M und Masse eine Spannung auftritt, die auftretende Spannung mittels einer Diode D4 gleichgerichtet, die gleichgerichtete Spannung durch eine Zeh-5 nerdiode ZI begrenzt und mittels eines Kondensators C5 geglättet. Die gleichgerichtete Spannung steht an Kontakten 29 und 30 an und wird einer Einrichtung zur Störabschaltung zugeleitet. Eine Spannung zwischen Mittenanzapfung M und Masse tritt nur dann auf, wenn eine Störung vorliegt. Anstelle der gelo zeigten Anordnung kann die Diode D4 auch zwischen den beiden oberen Verbindungspunkten von Zehnerdiode ZI und Kondensator C5 angeordnet werden. As the third winding, the transformer 24 has a secondary winding 27, which is connected to the gas discharge lamp 20 via feed lines Z. This secondary winding 27 has a center tap M, which is connected to the input of the monitoring circuit 28 (bottom right in the figure). In this, if a voltage occurs between the center tap M and ground, the voltage occurring is rectified by means of a diode D4, the rectified voltage is limited by a tens diode ZI and smoothed by means of a capacitor C5. The rectified voltage is applied to contacts 29 and 30 and is fed to a device for lockout. A voltage between the center tap M and ground only occurs when there is a fault. Instead of the arrangement shown, the diode D4 can also be arranged between the two upper connection points of the zener diode ZI and the capacitor C5.

Das Netzteil 22 besteht insbesondere aus einem Brückengleichrichter 31. Es hat Eingangskontakte 32, 33, an die eine i5 Netzwechselspannung (zum Beispiel 110 oder 220 Volt) angelegt wird. Diese Eingangskontakte sind über einen Kondensator Cl, der eine Phasenverschiebung bewirkt, verbunden. Der Eingangskontakt 32 ist über einen Hochfrequenzdrossel 34, die Hochfrequenzstörungen zum Netz hin unterdrückt und einem 20 mit dieser Drossel 34 in Serie geschalteten Kondensator C2 an den oberen Wechselspannungseingang des Brückengleichrichters 31 angeschlossen. Der Kondensator C2 wirkt als kapazitiver Widerstand und begrenzt den Strom. Er kann durch einen induktiven Widerstand oder dergleichen ersetzt werden. Der 25 zweite Eingangskontakt 33 ist direkt mit dem unteren Wechselspannungseingang des Brückengleichrichters 31 verbunden. Ein Ausgang des Brückengleichrichters 31 liegt an Null, der Pluspol 26 des Brückengleichrichters 31 ist über einen Glättungskonden-sator C3 mit Null verbunden. The power supply 22 consists in particular of a bridge rectifier 31. It has input contacts 32, 33 to which an i5 mains alternating voltage (for example 110 or 220 volts) is applied. These input contacts are connected via a capacitor C1, which causes a phase shift. The input contact 32 is connected via a high-frequency choke 34, which suppresses high-frequency interference to the network, and a capacitor C2, connected in series with this choke 34, is connected to the upper AC voltage input of the bridge rectifier 31. The capacitor C2 acts as a capacitive resistor and limits the current. It can be replaced by an inductive resistor or the like. The 25 second input contact 33 is connected directly to the lower AC voltage input of the bridge rectifier 31. An output of the bridge rectifier 31 is at zero, the positive pole 26 of the bridge rectifier 31 is connected to zero via a smoothing capacitor C3.

30 Das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen des Transformators 24 beträgt wie folgt: 30 The ratio of the number of turns of the windings of the transformer 24 is as follows:

Das Verhältnis von Primärwicklung 25 zu Rückkopplungswicklung 23 beträgt zehn : eins, dieses Verhältnis kann im Bereich sieben : eins bis dreizehn : eins liegen. Das Verhältnis von 35 Primärwicklung 25 zu Sekundärwicklung 27 liegt bei eins : dreissig, es kann zwischen eins : fünfzehn und eins : fünfzig betragen und liegt vorzugsweise im Bereich eins : dreissig bis eins : vierzig. Der Transformator 24 ist als Streufeld-Transformator ausgeführt, d.h. sein Kern K, um den die Wicklungen 23, 25, 40 27 herumgewickelt sind, ist nicht vollständig geschlossen, vielmehr wird ein Luftspalt von etwa drei Millimetern freigelassen. Der Kern K ist ein Ferritkern. The ratio of primary winding 25 to feedback winding 23 is ten: one, this ratio can range from seven: one to thirteen: one. The ratio of 35 primary winding 25 to secondary winding 27 is one: thirty, it can be between one: fifteen and one: fifty and is preferably in the range one: thirty to one: forty. The transformer 24 is designed as a stray field transformer, i.e. its core K, around which the windings 23, 25, 40 27 are wound, is not completely closed, rather an air gap of approximately three millimeters is left free. The core K is a ferrite core.

Aufgrund der Ausbildung als Streufeld-Transformator ist der Transformator 24 der negativen Kennlinie von Gasentla-45 dungslampen angepasst. Wenn die Sekundärspannung fällt, steigt der Sekundärstrom an. Der Luftspalt des Transformators 24 ist weiterhin so ausgebildet, dass eine nutzbare Variation des Leistungsbereichs von minimal eins : vier bei einer Frequenzvariation von ebenfalls eins : vier zu erreichen ist. Because it is designed as a stray field transformer, the transformer 24 is adapted to the negative characteristic curve of gas discharge lamps. When the secondary voltage drops, the secondary current increases. The air gap of the transformer 24 is also designed such that a usable variation in the power range of at least one: four with a frequency variation of also one: four can be achieved.

so Legt man nun an die Eingangskontakte 32, 33 eine Wechselspannung von beispielsweise 220 Volt an, so tritt am Pluspol 26 eine positive Spannung von etwa 250 Volt auf. Der Mittelpunkt A des Basisspannungsteilers steigt auf einen Wert, der zumindest eine für das Anschwingen des Oszillators 21 ausreichende 55 Schleifenverstärkung gewährleistet. Somit fliesst ein Kollektorstrom durch die Primärwicklung 25, so dass im Transformator 24 ein Feld aufgebaut wird. Dies führt zu einer induzierten Spannung in der Rückkopplungswicklung 23, die den Transistor Ql weiter aufsteuert. If an AC voltage of, for example, 220 volts is now applied to the input contacts 32, 33, a positive voltage of approximately 250 volts occurs at the positive pole 26. The center point A of the base voltage divider rises to a value which ensures at least a loop gain sufficient for the oscillation of the oscillator 21. A collector current thus flows through the primary winding 25, so that a field is built up in the transformer 24. This leads to an induced voltage in the feedback winding 23, which further turns on the transistor Q1.

60 Bei den folgenden Überlegungen wird zunächst vorausgesetzt, dass die Gasentladungslampe 20 noch nicht gezündet ist. Dann schwingt der Oszillator 21 zunächst auf beliebige Weise an. Einmal kann man ihn als einen Meissner-Oszillator auslegen, dessen Frequenz bestimmt wird durch die Induktivität der 65 Primärwicklung 25 und unvermeidliche Streu- und Wicklungskapazitäten und dergleichen. Zum anderen kann man ihn als einen Flusswandler ausbilden, bei dem der Ansteig des Kollektorstroms über den Rückkopplungszweig dadurch begrenzt wird, 60 In the following considerations, it is initially assumed that the gas discharge lamp 20 has not yet been ignited. Then the oscillator 21 initially vibrates in any way. First, it can be designed as a Meissner oscillator, the frequency of which is determined by the inductance of the primary winding 25 and the inevitable stray and winding capacitances and the like. On the other hand, it can be designed as a flux converter, in which the rise of the collector current via the feedback branch is limited by

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dass der Kern K des Transformators 24 in die Sättigung getrieben wird. that the core K of the transformer 24 is driven to saturation.

In beiden Fällen, insbesondere bei der Ausbildung als Flusswandler, ist es durchaus möglich, dass die Schwingfrequenz des Oszillators 21 vor dem Zünden der Gasentladungslampe fre-quenzmässig tiefer liegt als nach dem Zünden. Entscheidend ist nur, dass, wenn man einen Oszillator sich in bekannter Weise aus einem Verstärker und einem Rückkoppler aufgebaut denkt, die Verluste im Rückkoppler relativ hoch sind. Dies wird verständlich, wenn man betrachtet, dass der aus der Induktivität der Primärwicklung 25 und Streu- und Wicklungskapazität gebildete Schwingkreis eine geringe Güte hat und somit einen schlechten Schwingkreis darstellt. In both cases, particularly when it is designed as a flux converter, it is entirely possible that the oscillation frequency of the oscillator 21 before the ignition of the gas discharge lamp is lower in frequency than after the ignition. The only important thing is that if you think of an oscillator as consisting of an amplifier and a feedback unit in a known manner, the losses in the feedback unit are relatively high. This is understandable if one considers that the resonant circuit formed from the inductance of the primary winding 25 and the stray and winding capacitance has a low quality and thus represents a poor resonant circuit.

Während des Anschwingens des Oszillators 21 müssen zwei Bedingungen erfüllt werden: During the oscillation of the oscillator 21, two conditions have to be fulfilled:

Ersten muss in der Sekundärwicklung 27 eine ausreichend hohe Spannung induziert werden, die ein Zünden im kalten Zustand der Gasentladungslampe 20 ermöglicht, so dass sich dort ein Plasma ausbilden kann. First, a sufficiently high voltage must be induced in the secondary winding 27, which enables ignition in the cold state of the gas discharge lamp 20, so that a plasma can form there.

Zweitens muss das Anschwingen auf einer Frequenz erfolgen, bei der der Oszillator einen schlechten Rückkoppler darstellt, so dass der Oszillator 21 dann, wenn der Schwingungsvorgang im Aussenkreis einsetzt, die Frequenz dieses Aussenkreises übernimmt. Der Aussenkreis besteht aus der Gasentladungslampe 20 und der Sekundärwicklung 27. Second, the oscillation must take place at a frequency at which the oscillator is a poor feedback, so that when the oscillation process starts in the outer circuit, the oscillator 21 takes over the frequency of this outer circuit. The outer circle consists of the gas discharge lamp 20 and the secondary winding 27.

Entscheidend für die Funktion der erfindungsgemässen Leuchtvorrichtung ist der Zustand nach Zünden der Gasentladungslampe. In diesem Zustand ist das Gas in der Gasentladungslampe 20 soweit ionisiert, dass es sich im Plasmazustand befindet und bereits Licht aussendet. Durch die in der Sekundärwicklung 27 von Oszillator 21 induzierte Spannung sind die negativen und positiven Ladungswolken des Plasma gegeneinander verschoben. Diese Verschiebung erfolgt entlang der Verbindungslinie der beiden Elektroden der Gasentladungslampe 20, also in Feldrichtung des elektrischen Feldes. Liegt beispielsweise am oberen, mit Z bezeichneten Anschluss der Sekundärwicklung 27 der positive Pol der induzierten Spannung, so liegt in der Figur der Schwerpunkt der negativen Ladungswolke oberhalb des Schwerpunkts der positiven Ladungswolke. Fällt 5 nun der Kollektorstrom ab, so sinkt auch die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung. Die beiden, voneinander getrennten Ladungswolken des Plasmas bewegen sich nun aufeinander zu, erreichen einen Neutralpunkt und schiessen aneinander vorbei. Dadurch tritt an den Elektroden der Gasentladungs-10 lampe eine Gegenspannung auf, deren Minuspol bei Z liegt. Die Gegenspannung bewirkt einen Strom in der Sekundärwicklung 27, der seinerseits eine Gegenspannung in der Rückkopplungswicklung 23 hervorruft. Dadurch sinkt das Potential der Basis B ab, bis der Transistor Ql in den Sperrzustand übergeht. Der 15 Sperrzustand dauert an, bis sich die Schwingungsrichtung der beiden Ladungswolken in der Gasentladungslampe 20 wieder umgekehrt hat. Auch in der Primärwicklung 25 wird eine Gegenspannung induziert. Die Diode D2 verhindert, dass das Potential des Kollektors C negativ wird. The state after the gas discharge lamp has been ignited is decisive for the function of the lighting device according to the invention. In this state, the gas in the gas discharge lamp 20 is ionized to such an extent that it is in the plasma state and is already emitting light. Due to the voltage induced in the secondary winding 27 by the oscillator 21, the negative and positive charge clouds of the plasma are shifted relative to one another. This shift takes place along the connecting line of the two electrodes of the gas discharge lamp 20, that is to say in the field direction of the electrical field. If, for example, the positive pole of the induced voltage is located at the upper connection of the secondary winding 27, the center of gravity of the negative charge cloud lies above the center of gravity of the positive charge cloud in the figure. If the collector current now drops, the voltage induced in the secondary winding also drops. The two separate charge clouds of the plasma now move towards each other, reach a neutral point and shoot past each other. As a result, a counter voltage occurs at the electrodes of the gas discharge lamp, the negative pole of which lies at Z. The counter voltage causes a current in the secondary winding 27, which in turn causes a counter voltage in the feedback winding 23. As a result, the potential of the base B drops until the transistor Q1 changes to the off state. The blocking state continues until the direction of oscillation of the two charge clouds in the gas discharge lamp 20 has reversed again. A counter voltage is also induced in the primary winding 25. The diode D2 prevents the potential of the collector C from becoming negative.

20 Wenn sich die Schwingungsrichtung wieder umgekehrt hat, die negative Ladungswolke also wieder auf die mit Z verbundene Elektrode zufliegt, fällt die Gegenspannung an der Basis weg, es wird vielmehr eine Spannung induziert, die den Transistor Ql weiter aufsteuert. Dadurch fliesst auch wieder Kollek-25 torstrom durch die Primärwicklung 25. Dies führt zu einer in der Sekundärwicklung 27 induzierten Spannung, die das Trennen der Ladungswolken in der betrachteten Schwingrichtung (negative Ladungswolke fliegt nach oben) fördert. In diesem Zustand wird dem schwingenden Gebilde aus Sekundärwick-30 lung 27 und Gasentladungslampe 20 also über den Oszillator Energie zugeführt. 20 If the direction of oscillation has reversed again, i.e. the negative charge cloud is again flying towards the electrode connected to Z, the countervoltage at the base disappears, rather a voltage is induced, which further opens the transistor Q1. As a result, collector current flows through the primary winding 25 again. This leads to a voltage induced in the secondary winding 27, which promotes the separation of the charge clouds in the vibration direction under consideration (negative charge cloud flies upward). In this state, the oscillating structure consisting of secondary winding 27 and gas discharge lamp 20 is supplied with energy via the oscillator.

Nach dem kurzen Anschwingen, das für das Zünden der Gasentladungslampe notwendig ist, verschiebt sich die Frequenz des Oszillators 21 somit auf die Schwingfrequenz des 35 Plasmas in der Gasentladungslampe 20. After the brief oscillation, which is necessary for the ignition of the gas discharge lamp, the frequency of the oscillator 21 thus shifts to the oscillation frequency of the plasma in the gas discharge lamp 20.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

660 826

1. lighting device with a gas discharge lamp and an oscillator,

a) which generates a high-frequency voltage for the ignition and operation of the gas discharge lamp,

b) the output side is connected to the gas discharge lamp,

c) whose oscillation frequency is determined by an oscillation circuit,

d) which has an amplifier element and a transformer, which

A primary winding located in the output circuit of the amplifier element,

- A secondary winding connected to the gas discharge lamp with its output terminals, and

Has a feedback winding located in the input circuit of the amplifier element,

characterized in that the frequency-determining resonant circuit is formed by the ignited gas discharge lamp (20) and the secondary winding (27).

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the amplifier element is a transistor (Ql).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Illuminating device according to claim 1 or 2, characterized in that the oscillation frequency of the oscillator (21) with an open, not connected to the gas discharge lamp (20) secondary winding (27) and with a connected but non-ignited gas discharge lamp (20) a different frequency value has as the oscillation frequency of the oscillator when the ignited gas discharge lamp (20) is connected.

4. Illuminating device according to claim 3, characterized in that the oscillation frequency of the oscillator with an open secondary winding (27) and with a non-ignited gas discharge lamp (20) is higher in frequency than with a connected, ignited gas discharge lamp (20).

5. Lighting device according to claim 4, characterized in that the resonance frequency of the resonant circuit formed from the primary winding (25) and inevitable capacitances such as stray capacitances and winding capacitance is higher-frequency than the resonant frequency of the frequency-determining resonant circuit made of gas discharge lamp (20) and secondary winding (27).

6. Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the number of turns of the windings of the transformer of the oscillator (21) are:

a) ratio of primary winding (25) to feedback winding (23) seven: one to thirteen: one, preferably ten: one, and b) ratio of primary winding (25) to secondary winding (27) one: fifteen to one: fifty, preferably one : twenty to one: forty.

7. Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transformer (24) has a core (K) which passes through the windings (23, 25, 27) and is closed almost completely, namely except for an air gap, in a ring is.

8. Lighting device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the transistor (Ql)

- is connected at its base (B) firstly via the feedback winding (23) to the dividing point (A) of a base voltage divider (RI, R2) and secondly via a diode (Dl) operated in the reverse direction, to zero,

- is at zero with its emitter (E), and

- With its collector (C) via the primary winding (25) and together with a resistor (Rl) of the base voltage divider (Rl, R2) to the positive pole (26) of a DC voltage source (22) is connected.

9. Illuminating device according to claim 8, characterized in that the collector (C) additionally via a diode (D2) arranged in the reverse direction with zero and further via a diode (D3) operated in the forward direction, which connects a low-resistance resistor (R3) in parallel is connected to zero via a capacitor (C4).

10. Lighting device according to claim 8 or 9, characterized in that the base voltage divider is formed by the upper resistor (Rl) and a reference diode, in particular an IR light-emitting diode, which is operated in the direction of flow.

11. Lighting device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the potential at the center (A) of the base voltage divider (Rl, R2) corresponds essentially to the base-emitter saturation voltage of the transistor (Ql).

12. The method for operating the lighting device according to claim 1, wherein the oscillator generates a high-frequency voltage for the gas discharge lamp and is connected on the output side to the gas discharge lamp, characterized in that the oscillator before igniting the gas discharge lamp connected to it is first determined by its components Frequency oscillates, a voltage sufficient to ignite the gas discharge lamp being induced in the secondary winding of the transformer and that the frequency of the oscillator after ignition of the gas discharge lamp is determined by the oscillation frequency of the plasma in the gas discharge lamp.

13. The method according to claim 12, characterized in that the voltage delivered by the oscillator to the gas discharge lamp has short-term, needle-shaped and an ignition of the gas discharge lamp allowing voltage pulses.