BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten und Regeln einer Leuchtstoffröhre und einem Starter nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Es sind verschiedene Starter für Leuchtstoffröhren bekannt, die jedoch keine Lichtregulierung zulassen oder dann Funkstörspannungen erzeugen, die über den in der Praxis tolerierbaren Grenzwerten liegen.
Bei herkömmlichen Startern wurden Glimmlampen in Verbindung mit Drosselspulen zur Erzeugung eines Spannungsstosses verwendet, um das Zünden der Leuchtstoffröhre zu erreichen. Mittels Glühkathoden konnte eine schnellere und stetigere Ionisierung des Gases erreicht werden. Bei niederen Betriebsspannungen kann mit diesen Startern die Ionisierung des Gases nicht aufrechterhalten werden, so dass die Fluoreszenz-Röhre erlöscht und somit die Lichtregulierung nicht möglich ist.
Es wurden Versuche unternommen, ein Zünden mittels hochfrequenten Rechtecksspannungen herbeizuführen, doch konnten diese Systeme in der Praxis nicht angewandt werden, da die Störpegel unzulässige Werte erreichten, die auch durch teure und komplizierte Massnahmen in der Praxis nicht kompensiert werden konnten.
Dies führte dazu, dass insbesondere bei den wirtschaftlichen FL-Röhren mit 26 mm auf eine Lichtregulierung verzichtet werden musste.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Starter zu schaffen, derart, dass eine Lichtregulierung für alle handelsüblichen Leuchtstoffröhren ermöglicht wird, eine sehr tiefe Funkstörspannung entsteht, ein grosser Regelbereich stufenlos abgedeckt wird, wobei das Einschalten auch im unteren Bereich mit einer kurzen Startzeit verbunden ist, und der Starter kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 5 genannten Merkmale erreicht.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, Leuchtstoffröhren zu zünden und die Ionisation selbst bei niederer Betriebsleistung aufrechtzuerhalten.
Der Starter kann kostengünstig hergestellt werden, da nur billige Normteile verwendet werden und er in Verbindung mit herkömmlichen Vorschaltdrosseln betrieben werden kann. Es wird ein minimaler Störpegel erreicht, der im ganzen HF-Bereich wesentlich unter den europäischen Toleranzgrenzen liegt.
Der Verstellbereich ist zwischen 3 bis 100% der Maximalleistung gewährleistet und selbst im niederen Bereich ist ein pro blemloses Zünden der Röhre möglich.
Mit dem Starter können auch FL-Röhren 26 mm geregelt werden, was mit herkömmlichen Startern nicht möglich war.
Anhand eines Schaltschemas und zweier Schaltbeispiele sollen das Verfahren und eine Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema eines regelbaren Starters,
Fig. 2 eine Regelschaltung mit einem Dimmer und einer symmetrischen Last,
Fig. 3 eine Regelschaltung mit einem Dimmer und einer asymmetrischen Last.
Es wird mittels einem Oszillator 1 die Betriebsspannung einer FL-Röhre 3 mit einer hochfrequenten Sinusspannung überlagert. Die Koppelung erfolgt über einen Hochfrequenztransformator 7. Diese Sinusspannung im Bereich von 20 - 30 KHz dient dem Zünden der FL-Röhre 3 und dem Aufrechterhalten der Ionisation bei niederen Betriebsspannungen. Der Vorschaltdrossel 5 kommt nur noch die Funktion einer Strombegrenzung im Betriebszustand zu, so dass sie über einen Schalter 2 erst nach dem Zünden zugeschaltet wird. Das Starten der FL-Röhre 3 erfolgt also in wirtschaftlicher Weise bei Betriebsstrom und ohne Spannungs- bzw. Stromspitzen.
Der Starter weist .Klemmenanschlüsse für einen 220 V-Anschluss 30 für die Versorgung, einen Nulleiter 31 und eine regelbare Phase 32 auf. Über je eine 4 V-Sekundärwicklung 11 sind die beiden Kathoden 13 erhitzt um die Elektronenemission, bzw. Ionisation zu erleichtern. Nulleiter 31 und Phase 32 sind zum Vorschaltgerät 4 geführt. Dieses kann gemäss den Fig. 2 und 3 als symmetrische (21) oder asymmetrische (5) Last geschaltet werden. Die Ausgänge 33, 34 des Vorschaltgerätes sind mit den Kathoden 13 der FL-Lampe verbunden, wobei die eine Leitung durch ein Relais 10, das als Schalter 2 dient, gesteuert ist.
Eine Relais-Steuerung 9 und der Oszillator 1 werden durch eine 11 V-Sekundärwicklung 12 und einem Gleichrichter 8 versorgt. Eine Verringerung der Brummspannung wird mit einem Kondensator C1 erreicht. Das Relais 10 wird über eine Operationsverstärker-Schaltung geschaltet sobald über einem Widerstand R1 eine Spannung auftritt. Diese Induktionsspannung tritt nach dem Zünden und Ionisieren der FL-Lampe 3 auf. Für das Schalten kann ein handelsübliches 12 V-Relais verwendet werden.
Zur Erzeugung der hochfrequenten Sinusspannung dient eine konventionelle Oszillator-Schaltung 1. Eine mögliche Dimensionierung der Bauteile des Oszillators gemäss Fig. 1 zur Erreichung einer Frequenz von 25 KHz und einer Spannung von 600 - 700 V geht aus Tabelle 1 hervor.
Die Koppelung des Oszillators 1 bezüglich der Klemmen 35, 36 erfolgt über einen Hochfrequenztransformator 7. Mittels einem Kondensator C2 wird die niederfrequente 50 Hz Wechselspannung entkoppelt.
Im Betrieb ist vorerst der Schalter 2 geöffnet und die FL Röhre 3 in einem neutralen Zustand. Wird ein Hauptschalter 17 eines Dimmers 15 betätigt, so wird der Starter 20 mit der Speisespannung, bzw. der geregelten Phasenspannung versorgt. Da der Schalter 2 geöffnet ist, liegt über den Kathodenl3 der FL Röhre keine Betriebsspannung an. Ein Transformator 6 mit einer Primärspannung von 220 V weist zwei Sekundärwicklungen mit je 4 V auf, die dem Heizen der Kathoden 13 dienen.
Die Relais-Steuerung 9 und der Oszillator 1 sind über die 11 V Sekundärwicklung versorgt. Der Oszillator 1 erzeugt eine HF Sinusspannung deren hohe Zündspannung von etwa 700 V das Zünden, bzw. Ionisieren der FL-Röhre 3 bewirkt. Der durch die Ionisation ermöglichte Stromfluss induziert über den HF Transformator 7 eine Spannung über den Widerstand R1, worauf das Schalten des Relais 10 erfolgt. Der Schalter 2 wird geschlossen und an der FL-Röhre liegt die Betriebsspannung an.
Die Vorschaltdrossel 5 dient während dem Betrieb der Strombegrenzung. Wird während dem Betrieb die Phasenspannung mittels dem Dimmer 15 gesenkt, bzw. die Leistung gesenkt, so hält die HF-Sinusspannung die Ionisation der FL-Röhre 3 aufrecht und die Lampe leuchtet auch im niederen Leistungsbereich ohne Flackern.
Da der Einschaltvorgang unabhängig von der Phasenspannung ist, kann auch im niederen Leistungsbereich die FL-Röhre einwandfrei gezündet werden. Die Einschaltzeit ist abhängig von der Ionisationsfähigkeit, der Zündspannung, der Kathodentemperatur und der Schaltzeit des Relais, die ca. 100 msec beträgt. Die Einschaltzeit beträgt bei dem beschriebenen Starter etwa 200 msec. Da die FL-Röhre mittels dem Oszillator 1 gezündet wird, entstehen beim Einschalten keine Spannungsspitzen und die Röhre wird direkt mit Betriebsstrom gestartet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Schaltbeispiele mit einer symmetrischen (Fig. 2) und einer asymmetrischen Last (Fig. 3). Im Gegensatz zu herkömmlichen Startern ist auch bei symmetrischer Last eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Zur Regelung der Lichtleistung wird die Phase 32 durch einen Dimmer 15 geregelt.
Die durch die Hochfrequenz-Schaltung verursachten Funkstörspannungspegel liegen wesentlich unter der N-Nennlinie der europäischen Funkstörspannungs-Vorschriften und selbst unter der N-Nennlinie für Spezialanwendungen.
TABELLE 1
Dimensionierung und Typen
R1 3,3 E3W C1 470 pF/25 V
C2 220 pF/
C3 22 Elf/6,3 V
C4 47 nFX
C5 47 nFX
L1 250 RH Rlo 1,2 kr
R11 100 E R12 100 E R13 1,2 kr
R14 100 E R15 100 E C9 0,1 KLF
C11 2,2 nF
C12 2,2 nF
R20 22 kQ
R21 2,2 kQ
R22 18 kQ
R23 100 kil
R24 2,2 kQ T1 BC 337-25
T2 BC 337-25
T3 BC 337-25
D1 1 N 4002
D2 1 N 4148
DESCRIPTION
The invention relates to a method for starting and regulating a fluorescent tube and a starter according to the preambles of claims 1 and 5.
Various starters for fluorescent tubes are known which, however, do not permit light regulation or then generate radio interference voltages which are above the limit values which are tolerable in practice.
In conventional starters, glow lamps have been used in conjunction with choke coils to generate a voltage surge to cause the fluorescent tube to ignite. A faster and more steady ionization of the gas could be achieved by means of hot cathodes. At low operating voltages, the ionization of the gas cannot be maintained with these starters, so that the fluorescent tube goes out and light regulation is therefore not possible.
Attempts have been made to initiate ignition by means of high-frequency square-wave voltages, but these systems could not be used in practice because the interference levels reached inadmissible values which could not be compensated for in practice by expensive and complicated measures.
This meant that, especially with the economical FL tubes with 26 mm, there was no need to regulate the light.
It is an object of the present invention to provide a method and a starter in such a way that light regulation for all commercially available fluorescent tubes is made possible, a very low radio interference voltage arises, a large control range is covered continuously, with the switch-on also being performed in the lower range with a short one Start time is connected, and the starter is inexpensive to manufacture.
This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claims 1 and 5.
With the method according to the invention, it is possible to ignite fluorescent tubes and to maintain the ionization even at low operating power.
The starter can be manufactured inexpensively, since only cheap standard parts are used and it can be operated in conjunction with conventional series chokes. A minimal interference level is achieved, which is significantly below the European tolerance limits in the entire HF range.
The adjustment range is guaranteed between 3 to 100% of the maximum output and even in the lower range it is easy to ignite the tube.
The starter can also control FL tubes 26 mm, which was not possible with conventional starters.
The method and an embodiment variant of the subject matter of the invention are to be explained in more detail using a circuit diagram and two circuit examples. Show it:
1 is a circuit diagram of a controllable starter,
2 shows a control circuit with a dimmer and a symmetrical load,
Fig. 3 shows a control circuit with a dimmer and an asymmetrical load.
The operating voltage of an FL tube 3 is superimposed with a high-frequency sine voltage by means of an oscillator 1. The coupling takes place via a high-frequency transformer 7. This sinusoidal voltage in the range of 20-30 KHz serves to ignite the FL tube 3 and to maintain the ionization at low operating voltages. The series reactor 5 only has the function of a current limitation in the operating state, so that it is only switched on via a switch 2 after the ignition. The FL tube 3 is thus started in an economical manner with operating current and without voltage or current peaks.
The starter has terminal connections for a 220 V connection 30 for the supply, a neutral conductor 31 and a controllable phase 32. The two cathodes 13 are heated via a 4 V secondary winding 11 each to facilitate electron emission or ionization. Neutral conductor 31 and phase 32 are led to ballast 4. 2 and 3, this can be switched as a symmetrical (21) or asymmetrical (5) load. The outputs 33, 34 of the ballast are connected to the cathodes 13 of the FL lamp, one line being controlled by a relay 10, which serves as a switch 2.
A relay controller 9 and the oscillator 1 are supplied by an 11 V secondary winding 12 and a rectifier 8. A reduction in the ripple voltage is achieved with a capacitor C1. The relay 10 is switched via an operational amplifier circuit as soon as a voltage occurs across a resistor R1. This induction voltage occurs after the ignition and ionization of the FL lamp 3. A commercially available 12 V relay can be used for switching.
A conventional oscillator circuit 1 is used to generate the high-frequency sine voltage. Table 1 shows a possible dimensioning of the components of the oscillator according to FIG. 1 to achieve a frequency of 25 KHz and a voltage of 600-700 V.
The oscillator 1 is coupled with respect to the terminals 35, 36 via a high-frequency transformer 7. The low-frequency 50 Hz alternating voltage is decoupled by means of a capacitor C2.
In operation, the switch 2 is initially open and the FL tube 3 is in a neutral state. If a main switch 17 of a dimmer 15 is actuated, the starter 20 is supplied with the supply voltage or the regulated phase voltage. Since the switch 2 is open, there is no operating voltage across the cathode 13 of the FL tube. A transformer 6 with a primary voltage of 220 V has two secondary windings, each with 4 V, which are used to heat the cathodes 13.
The relay control 9 and the oscillator 1 are supplied via the 11 V secondary winding. The oscillator 1 generates an HF sinusoidal voltage whose high ignition voltage of approximately 700 V causes the FL tube 3 to ignite or ionize. The current flow made possible by the ionization induces a voltage across the resistor R1 via the HF transformer 7, whereupon the relay 10 is switched. Switch 2 is closed and the operating voltage is applied to the FL tube.
The series choke 5 serves to limit the current during operation. If the phase voltage is lowered or the power is reduced during operation by means of the dimmer 15, the HF sinusoidal voltage maintains the ionization of the FL tube 3 and the lamp lights up even in the low power range without flickering.
Since the switch-on process is independent of the phase voltage, the FL tube can be ignited perfectly even in the lower power range. The switch-on time depends on the ionization ability, the ignition voltage, the cathode temperature and the switching time of the relay, which is approx. 100 msec. The switch-on time for the starter described is about 200 msec. Since the FL tube is ignited by means of the oscillator 1, there are no voltage peaks when switched on and the tube is started directly with operating current.
2 and 3 show two switching examples with a symmetrical (Fig. 2) and an asymmetrical load (Fig. 3). In contrast to conventional starters, perfect functioning is guaranteed even with a symmetrical load. To regulate the light output, phase 32 is regulated by a dimmer 15.
The radio interference voltage levels caused by the high-frequency circuit are significantly below the N nominal line of the European radio interference voltage regulations and even below the N nominal line for special applications.
TABLE 1
Sizing and types
R1 3.3 E3W C1 470 pF / 25 V
C2 220 pF /
C3 22 Elf / 6.3 V
C4 47 nFX
C5 47 nFX
L1 250 RH Rlo 1.2 kr
R11 100 E R12 100 E R13 1.2 kr
R14 100 E R15 100 E C9 0.1 KLF
C11 2.2 nF
C12 2.2 nF
R20 22 kQ
R21 2.2 kQ
R22 18 kQ
R23 100 kil
R24 2.2 kQ T1 BC 337-25
T2 BC 337-25
T3 BC 337-25
D1 1 N 4002
D2 1 N 4148