Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für das Vorheizen der Elektroden von Fluoreszenzlampen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zwecks wirkungsvollem und verschleissarmen Starten derselben.
Elektronische Vorschaltgeräte für Fluoreszenzlampen sind bekannt, da ohne Erhöhung der Netzspannung von üblicherweise 110 oder 220 Volt auf eine Zündspannung von ca. 1000 Volt und der Erhöhung der üblicherweise bei 50 oder 60 Hertz liegenden Netzfrequenz auf ca. 30 kHz eine Fluoreszenzlampe nicht angezündet und betrieben werden kann.
Gegenüber den herkömmlichen elektromechanischen Vorschaltgeräten mit Kondensator und Temperaturschalter haben die bekannten elektronischen Vorschaltgeräte den Vorteil, dass sie mit einer Vorheizschaltung verbunden sind, die zusätzlich zur Erhöhung der Zündspannung vorgängig dem Erreichen des Zündpunktes die Elektroden oder Glühwendel der Fluoreszenzlampe erwärmen, derart, dass der Elektronenaustritt vor der herkömmlichen Glimmentladung zum Zünden der Lampe eintritt, die die Fluoreszenzlampe schont und ihr daher eine längere Lebensdauer, d.h. mehr Ein-Ausschaltzyklen ermöglichen.
Die bekannten Vorheizschaltungen weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie während der gesamten Leuchtdauer der Fluoreszenzlampe Strom in der Grössenordung von einem halben Watt konsumieren. Bei Fluoreszenzlampen mit Nennleistungen von 40, 60 oder mehr Watt fällt ein derartiger Mehrverbrauch an elektrischer Leistung bezogen auf die einzelne Lampe nicht oder praktisch nicht ins Gewicht. Auch die sich dadurch ergebende zusätzliche Erwärmung der unmittelbaren Lampenumgebung ist bei herkömmlichen Fluoreszenzlampen irrelevant.
Im Rahmen des heute geforderten sparsamen Umganges mit Strom und bei Verwendung von sogenannten Stromsparlampen mit Nennleistungen von lediglich einigen wenigen Watt, z.B. 7, 10 oder 15 Watt, bei den den herkömmlichen Fluoreszenzlampen vergleichbaren Lichtausbeuten, fallen aber beide Nachteile ins Gewicht, denn einerseits bedeuten die ca. 0,5 Watt Verlustleistung der Vorheizschaltung einen unnötigen Stromverbrauch und andererseits kann die sich dadurch ergebende zusätzliche Erwärmung der Elektronik, die in Stromsparlampen oft im Lampensockel eingebaut ist, zu Problemen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung für das Vorheizen der Elektroden in einer Fluoreszenzlampe zu schaffen, mittels welcher ein sicheres Starten der Lampe erreicht und nach dem Zünden derselben ein unnötiger Stromverbrauch vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Schaltung erreicht, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist.
Im folgenden wird eine vorteilhafte Ausführungsvariante einer derartigen Schaltung anhand der Zeichnung beschrieben, wobei dies im Vergleich zu einer Schaltung eines herkömmlichen elektronischen Vorschaltgerätes geschieht. In der Zeichnung veranschaulicht
Fig. 1 eine Schaltung eines herkömmlichen elektronischen Vorschaltgerätes und
Fig. 2 eine Schaltung gemäss der Erfindung.
Man erkennt in Fig. 1 eine herkömmliche Schaltung eines elektronischen Vorschaltgerätes EVG1, dessen Eingangsspannung je nach Netz 110 oder 220 Volt bei 50 oder 60 Hertz beträgt. Am Ausgang "out" des Vorschaltgerätes EVG1 liegt typischerweise eine Rechteckspannung von ungefähr 300 V /40 kHz und ein Serienschwingkreis, bestehend aus einer Spule L1 und zwei in Serie geschalteten Kondensatoren C2 und C3 an. Eine Fluoreszenzlampe FL ist mit je einem Anschluss von zwei Elektroden mit Glühwendeln W1 und W2 in den Ausgangskreis des Vorschaltgerätes EVG1 geschaltet. Die beiden anderen Anschlüsse der Glühwendel W1 und W2 sind über die beiden Kondensatoren C2 und C3 sowie einen temperaturabhängigen Widerstand PTC, miteinander verbunden.
Bei Einschalten des Vorschaltgerätes EVG1 ist der Widerstand PTC1 in der Regel kalt und damit niederohmig. Der Kondensator C2 ist daher praktisch kurzgeschlossen. Um zu verhindern, dass in diesem Schaltzustand die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 hoch genug ist, um in der Fluoreszenzlampe FL eine Glimmentladung entstehen zu lassen, muss der Kondensator C3 eine entsprechende Kapazität, typischerweise 6 nF aufweisen. Durch den Ausgangskreis des elektronischen Vorschaltgerätes EVG1 fliesst in diesem Schaltzustand ein Storm von typischerweise 100 mA der die beiden Glühwendel W1 und W2 sowie den Widerstand PTC1 in kürzester Zeit, typischerweise <1 Sekunde, auf ca. 900 DEG C erwärmt.
Durch diese Erwärmung wird der Widerstand PTC1 hochohmig, was dazu führt, dass die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 auf ca. 1000 V ansteigt, derart, dass die Fluoreszenzlampe FL ohne Glimmentladung zündet. Sobald dies geschehen ist und demnach Strom über das sich in der Fluoreszenzlampe FL befindliche Edelgas zwischen den Glühwendeln W1 und W2 fliessen kann, bricht die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 auf eine Brennspannung von typischerweise ca. 100 V zusammen. Die beiden Kondensatoren C und C3 sowie der Widerstand PTC1 werden dadurch allerdings nicht vom Ausgangskreis des Vorschaltgerätes EVG1, resp. vom Glühwendel-Stromkreis getrennt, derart, dass der Widerstand PTC1 weiterhin Strom in der Grössenordnung von ca. 0,5 W konsumiert, der ihn erwärmt und hochohmig hält. Dies führt zu den weiter oben erwähnten Nachteilen dieser bekannten Schaltung.
Um zu verhindern, dass nach dem Zünden der Fluoreszenzlampe FL im Ausgangskreis eines elektronischen Vorschaltgerätes EVG11 weiterhin unnötigerweise Strom komsumiert wird, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Ausgangsschaltung des Vorschaltgerätes EVG11 gemäss Fig. 2 zu gestalten. Dabei ist es notwendig, dass das Vorschaltgerät EVG11 im Gegensatz zu den bekannten elektronischen Vorschaltgeräten gemäss Fig. 1 neben dem 300 V/40-kHz-Ausgang "out" auch einen 300-V-Ausgang "+" aufweist. Nach Einschalten des Vorschaltgerätes EVG11 wird die Fluoreszenzlampe FL einerseits über den aus der Spule L11 und den Kondensator C22 bestehenden Serienschwingkreis unter Spannung gesetzt und mit Strom versorgt.
Durch das Fehlen eines Brennstromes, der bei angezündeter Fluoreszenzlampe FL im Edelgas derselben zwischen den Glühwendeln W1 und W2 fliesst, steigt die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 aufgrund der Tatsache, dass der in diesem Zeitpunkt kalte Thermowiderstand PTC22 niederohmig ist, auf die am "+"-Ausgang des Vorschaltgerätes EVG11 vorhandene Spannung an und gleichzeitig fliesst wechselseitig über die beiden Dioden D1 und D2 Strom über den Widerstand PTC22 und einen während der Brenndauer der Fluoreszenzlampe Potential ausgleichenden Kondensator C32. Der Thermowiderstand PTC22 wird dadurch, genauso wie die Glühwendel W1 und W2 in der Fluoreszenzlampe FL, erwärmt und zunehmend hochohmig.
Sobald sich der Thermowiderstand PTC22 genügend erwärmt hat, was bei adäquater Wahl der Schaltungskomponenten in weniger als ungefähr einer Sekunde der Fall ist, wird dieser hochohmig, was dazu führt, dass die Spannung zwischen den beiden Glühwendeln W1 und W2 über die "+"-Ausgangsspannung des Vorschaltgerätes EVG11 bis auf die Zündspannung der Fluoreszenzlampe FL von ca. 1000 V ansteigen kann. In diesem Augenblick fällt die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 auf die Betriebsspannung der Fluoreszenzlampe FL von typischerweise 100 V zusammen, was dazu führt, dass vom "+"-Ausgang des Vorschaltgerätes EVG11 kein Strom mehr über den Thermowiderstand PTC22 und den Kondensator C32 fliessen kann. Dieser Schaltungsteil ist bei angezündeter Fluoreszenzlampe FL daher tot und konsumiert auch keinen Strom mehr.
Es hat sich gezeigt, dass für die erfindungsgemässe Schaltung, ausgehend von einem elektronischen Vorschaltgerät EVG11 mit den sich aus Fig. 2 ergebenden Ausgangscharakteristika folgende Schaltungskomponenten eignen, um ein sauberes und sicheres Zünden der Fluoreszenzlampe FL zu garantieren:
C11 = 68 nF
L11 = 3 mH
C22 = 3 nF
C32 = 47 nF
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
PTC22 = Siemens PTC C890 265V
Der Fachmann erkennt, dass mit einem gegenüber den herkömmlichen Vorheizschaltungen minimen konstruktiven Mehraufwand einerseits ein dauernder und unnötiger Stromverbrauch in der Schaltung vermieden werden kann und andererseits die Vorheizung der Glühwendel W1 und W2 der Fluoreszenzlampe FL unter einer mehr oder weniger konstant gehaltenen Spannung erfolgt.
Dies bringt nicht nur den Vorteil eines gesamthaft gesehen kleineren Stromverbrauches einer entsprechend ausgerüsteten Fluoreszenzlampe mit sich, sondern erhöht zudem die Anzahl der möglichen Ein- und Ausschaltzyklen der Lampe zusätzlich.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemässe Schaltung an spezielle Bedingungen und Lampencharakteristika angepasst werden, indem die verwendeten Komponenten anders als hiervor ewähnt gewählt werden. Unter gewissen Umständen kann es, zwecks Ausgleich der durch die Glühwendel W1 und W2 fliessenden Ströme angebracht sein, über dem Glühwendel W2 einen Kondensator parallel zu schalten, der typischerweise 47 nF betragen kann. Auch das elektronische Vorschaltgerät EVG11 kann bezüglich der Netzspannung und -frequenz sowie den für das Betreiben der ihm zugeordneten Lampe notwendigen Spannungs- und Stromcharakteristika entsprechend adaptiert werden, wobei dies durchaus im Rahmen dessen liegt, was ein durchschnittlicher Elektroniker ohne erfinderisches Dazutun leisten kann.
The present invention relates to an electronic circuit for preheating the electrodes of fluorescent lamps according to the preamble of claim 1 for the purpose of effective and low-wear starting.
Electronic ballasts for fluorescent lamps are known since a fluorescent lamp cannot be lit and operated without increasing the mains voltage from usually 110 or 220 volts to an ignition voltage of approximately 1000 volts and increasing the mains frequency, which is usually 50 or 60 hertz, to approximately 30 kHz can.
Compared to conventional electromechanical ballasts with capacitors and temperature switches, the known electronic ballasts have the advantage that they are connected to a preheating circuit which, in addition to increasing the ignition voltage, previously heat the electrodes or incandescent filament of the fluorescent lamp in such a way that the electron leakage occurs the conventional glow discharge occurs for igniting the lamp, which protects the fluorescent lamp and therefore has a longer lifespan, ie Enable more on-off cycles.
However, the known preheating circuits have the disadvantage that they consume electricity of the order of half a watt during the entire lighting period of the fluorescent lamp. In the case of fluorescent lamps with nominal powers of 40, 60 or more watts, such an additional consumption of electrical power, based on the individual lamp, is of little or no consequence. The resulting additional warming of the immediate lamp surroundings is also irrelevant in conventional fluorescent lamps.
As part of today's economical use of electricity and when using so-called energy-saving lamps with nominal outputs of just a few watts, e.g. 7, 10 or 15 watts, with the luminous efficacies comparable to conventional fluorescent lamps, are both disadvantages, because on the one hand the approx. 0.5 watt power loss of the preheating circuit means an unnecessary power consumption and on the other hand the resulting additional heating of the electronics, which is often built into the lamp base in energy-saving lamps lead to problems.
The present invention is therefore based on the object of providing an electronic circuit for preheating the electrodes in a fluorescent lamp, by means of which the lamp is reliably started and unnecessary power consumption is avoided after it has been ignited.
According to the invention, this object is achieved by a circuit as defined in claim 1.
An advantageous embodiment of such a circuit is described below with reference to the drawing, this being done in comparison to a circuit of a conventional electronic ballast. Illustrated in the drawing
Fig. 1 shows a circuit of a conventional electronic ballast and
Fig. 2 shows a circuit according to the invention.
1 shows a conventional circuit of an electronic ballast EVG1, the input voltage of which, depending on the network, is 110 or 220 volts at 50 or 60 hertz. At the output "out" of the ballast EVG1 there is typically a square wave voltage of approximately 300 V / 40 kHz and a series resonant circuit consisting of a coil L1 and two capacitors C2 and C3 connected in series. A fluorescent lamp FL is connected to the output circuit of the ballast EVG1, each with a connection of two electrodes with incandescent filaments W1 and W2. The other two connections of the filament W1 and W2 are connected to one another via the two capacitors C2 and C3 and a temperature-dependent resistor PTC.
When the ballast EVG1 is switched on, the resistor PTC1 is usually cold and therefore low-resistance. The capacitor C2 is therefore practically short-circuited. In order to prevent the voltage between the incandescent filaments W1 and W2 from being high enough in this switching state to cause a glow discharge to occur in the fluorescent lamp FL, the capacitor C3 must have a corresponding capacitance, typically 6 nF. In this switching state, a current of typically 100 mA flows through the output circuit of the electronic ballast EVG1, which heats the two filaments W1 and W2 and the resistor PTC1 to about 900 ° C. in the shortest possible time, typically <1 second.
As a result of this heating, the resistor PTC1 becomes high-resistance, which leads to the voltage between the incandescent filaments W1 and W2 rising to approximately 1000 V, in such a way that the fluorescent lamp FL ignites without a glow discharge. As soon as this has happened and accordingly current can flow between the incandescent filaments W1 and W2 via the noble gas located in the fluorescent lamp FL, the voltage between the incandescent filaments W1 and W2 collapses to a burning voltage of typically approximately 100 V. The two capacitors C and C3 and the resistor PTC1 are not, however, by the output circuit of the ballast EVG1, respectively. separated from the incandescent filament circuit in such a way that the resistor PTC1 continues to consume current of the order of approximately 0.5 W, which heats it up and keeps it high-impedance. This leads to the disadvantages of this known circuit mentioned above.
In order to prevent current from being unnecessarily consumed in the output circuit of an electronic ballast EVG11 after the fluorescent lamp FL has been ignited, the invention proposes to design the output circuit of the ballast EVG11 according to FIG. 2. It is necessary that the ballast EVG11, in contrast to the known electronic ballasts according to FIG. 1, not only has the 300 V / 40 kHz output "out" but also a 300 V output "+". After switching on the ballast EVG11, the fluorescent lamp FL is on the one hand energized via the series resonant circuit consisting of the coil L11 and the capacitor C22 and supplied with current.
Due to the lack of a combustion current which flows in the noble gas between the incandescent filaments W1 and W2 when the fluorescent lamp FL is lit, the voltage between the incandescent filaments W1 and W2 rises due to the fact that the cold thermal resistor PTC22 at that time is low-resistance, to which the " + "- Output of the ballast EVG11 existing voltage and at the same time current flows alternately via the two diodes D1 and D2 via the resistor PTC22 and a capacitor C32 which equalizes potential during the burning time of the fluorescent lamp. As a result, the thermal resistor PTC22, like the filaments W1 and W2 in the fluorescent lamp FL, is heated and becomes increasingly high-resistance.
As soon as the thermal resistor PTC22 has warmed up sufficiently, which is the case if the circuit components are adequately selected in less than about a second, it becomes high-resistance, which leads to the voltage between the two filaments W1 and W2 exceeding the “+” output voltage of the ballast EVG11 can rise up to the ignition voltage of the fluorescent lamp FL of approx. 1000 V. At this moment, the voltage between the filaments W1 and W2 coincides with the operating voltage of the fluorescent lamp FL of typically 100 V, which means that no more current flows from the "+" output of the ballast EVG11 via the thermal resistor PTC22 and the capacitor C32 can. This circuit part is therefore dead when the fluorescent lamp FL is lit and also no longer consumes current.
It has been shown that the following circuit components are suitable for the circuit according to the invention, starting from an electronic ballast EVG11 with the output characteristics resulting from FIG. 2, in order to guarantee clean and safe ignition of the fluorescent lamp FL:
C11 = 68 nF
L11 = 3 mH
C22 = 3 nF
C32 = 47 nF
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
PTC22 = Siemens PTC C890 265V
The person skilled in the art recognizes that with a minimal additional design effort compared to the conventional preheating circuits, on the one hand a permanent and unnecessary current consumption in the circuit can be avoided and on the other hand the preheating of the filaments W1 and W2 of the fluorescent lamp FL takes place under a more or less constant voltage.
This not only has the advantage of an overall lower power consumption of a suitably equipped fluorescent lamp, but also increases the number of possible on and off cycles of the lamp.
Of course, the circuit according to the invention can be adapted to special conditions and lamp characteristics by selecting the components used differently than mentioned above. Under certain circumstances, in order to compensate for the currents flowing through the filament W1 and W2, it may be appropriate to connect a capacitor in parallel over the filament W2, which can typically be 47 nF. The electronic ballast EVG11 can also be adapted accordingly with regard to the mains voltage and frequency as well as the voltage and current characteristics necessary for operating the lamp assigned to it, although this is well within the scope of what an average electronics engineer can do without inventive intervention.