DE10108016A1 - Electronic adapter for fluorescent lamps/gas discharge lamps has transformer, supplied by electrical voltage supply and controlled to produce lamp operating voltage, and resonant circuit - Google Patents
Electronic adapter for fluorescent lamps/gas discharge lamps has transformer, supplied by electrical voltage supply and controlled to produce lamp operating voltage, and resonant circuitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Leuchtstoffröhre oder einer Gasentladungslampe, insbesondere mit Niedervoltspannung, und ein Verfahren zum Steuern eines Transformators, an dessen Ausgang ein Resonanzkreis angeschlossen ist, an den eine Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe angeschlossen ist.The invention relates to an electronic ballast for operating a fluorescent tube or a gas discharge lamp, in particular with low voltage, and a method to control a transformer, to the output of which a resonance circuit is connected, to which a fluorescent tube or gas discharge lamp is connected.
Batteriebetriebene Vorschaltgeräte für Leuchtstoffröhren oder -lampen, wie sie beispielsweise in Wohnmobilen oder Freizeitfahrzeugen zum Einsatz kommen, sind bekannt.Battery-operated ballasts for fluorescent tubes or lamps, like them for example in mobile homes or recreational vehicles known.
In der Regel erfolgt der Betrieb von Leuchtstoffröhren mit einer hohen Wechselspannung, einem Vorschaltgerät und einem Starter. Steht nun eine Kleinspannung oder eine Gleichspannungsquelle, wie eine Batterie, zur Verfügung, so kann die von der Leuchtstoffröhre benötigte Wechselspannung beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß die Primärspule eines Transformators durch eine geeignete Schaltung kontinuierlich ein- und ausgeschaltet wird. Dadurch wird in der Sekundärspule des Transformators eine Wechselspannung induziert, die zum Betrieb der Leuchtstoffröhre verwendet wird.As a rule, fluorescent tubes are operated with a high AC voltage, a ballast and a starter. Is there a low voltage or one DC voltage source, such as a battery, is available, so that of the Fluorescent tube required AC voltage can be generated, for example, that the primary coil of a transformer is continuously switched on by a suitable circuit and is turned off. This creates a. In the secondary coil of the transformer AC voltage induced, which is used to operate the fluorescent tube.
Zudem wird durch den Einsatz eines Vorschaltgeräts mit Transformator die Niedervoltspannung so weit hochtransformiert, dass am Ausgang des Transformators die Brennspannung der Leuchtstoffröhre, die bei kommerziell erhältlichen Leuchtstoffröhren die Niedervoltspannung um einiges übersteigt, zur Verfügung steht.In addition, the use of a ballast with transformer Low voltage transformed so far that at the output of the transformer Burning voltage of the fluorescent tube, that of commercially available fluorescent tubes the low voltage exceeds a lot, is available.
Bei den üblicherweise zum Betrieb von Leuchtstoffröhren verwendeten Schaltungsanordnungen zeigt sich jedoch, daß die Wirkungsgrade, die erreicht werden, relativ niedrig in einem Bereich von ca. 50% liegen. Dies ist natürlich bei Anwendungen, bei denen der Energievorrat begrenzt ist, nachteilhaft. Durch Geräte mit hohem Verbrauch kann sich beispielsweise die Batterie eines Freizeitfahrzeugs oder Campingwagens schnell entladen.In the commonly used for the operation of fluorescent tubes Circuitry shows, however, that the efficiencies that are achieved are relatively low in a range of approximately 50%. Of course this is for applications where the energy supply is limited, disadvantageous. Through devices with high consumption For example, the battery of a recreational vehicle or camping car can quickly become exhausted discharged.
Ein weiterer Nachteil bei niedrigen Wirkungsgraden besteht darin, daß die hohe Verlustleistung in Form von Wärme vorliegt und abgeführt werden muß. Die Auswahl der Materialien für Gehäuse, in die die Leuchtstoffröhre und das Vorschaltgerät eingesetzt werden, ist dadurch beschränkt. Häufig müssen etwa an Stelle eines kostengünstigen Kunststoffgehäuses teurere Materialien treten.Another disadvantage with low efficiencies is that the high ones Power loss is in the form of heat and must be dissipated. The selection of the Materials for housings in which the fluorescent tube and the ballast are inserted is limited by this. Frequently, for example, instead of an inexpensive one Plastic housing more expensive materials occur.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effektives elektronisches Vorschaltgerät zur Verfügung zu stellen, das eine Leuchtstoffröhre oder -lampe mit Leistung versorgt. Das Vorschaltgerät soll so aufgebaut und angepaßt sein, daß die vorgegebenen Betriebsdaten der Leuchtstoffröhre möglichst genau eingehalten werden. Außerdem soll das Vorschaltgerät so aufgebaut sein, dass der Transformator möglichst effektiv und flexibel angesteuert werden kann, so dass insgesamt ein größtmöglicher Wirkungsgrad der Schaltung erreicht wird.It is therefore an object of the present invention to provide an effective electronic To provide ballast with a fluorescent tube or lamp Power supplied. The ballast should be constructed and adapted so that the specified operating data of the fluorescent tube are adhered to as precisely as possible. In addition, the ballast should be designed so that the transformer as possible can be controlled effectively and flexibly, so that overall the greatest possible Circuit efficiency is achieved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines elektronischen Vorschaltgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche geben spezielle vorteilhafte Ausführungsformen an.This problem is solved by providing an electronic ballast with the features of claim 1. The subclaims give special advantageous Embodiments.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein, insbesondere für das erfindungsgemäße Vorschaltgerät, geeignetes Verfahren zum Steuern eines Transformators und der anschließenden Aufbereitung durch einen Resonanzkreis, wie es in Anspruch 14 und den Unteransprüchen 15 bis 17 aufgezeigt ist. In addition, the object is achieved by one, in particular for the invention Ballast, suitable method for controlling a transformer and the subsequent processing by a resonant circuit, as in claim 14 and Subclaims 15 to 17 is shown.
Das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät zum Betrieb einer Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe ist an eine Spannungsversorgung angeschlossen. Das Vorschaltgerät weist einen Transformator auf. Es kann beispielsweise ein Transformator mit galvanischer Trennung, ein Transformator mit mehreren Wicklungen oder ein Spartransformator eingesetzt werden. Andere induktive Kopplungen zwischen zwei oder mehreren Spulen sollen jedoch nicht ausgeschlossen werden. In der Regel ist eine Spule des Transformators, beispielsweise eine Primärspule, an die Spannungsversorgung angeschlossen. Die an die Primärspule angelegte Spannung wird im Transformator in eine Ausgangsspannung transformiert, mit der die Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe optimal betrieben werden kann. Das Hochstellverhältnis des Transformators ist so eingestellt, daß eine Ausgangsspannung erreicht wird, mit der die vom Röhrenhersteller vorgegebenen Röhrenparameter möglichst genau eingehalten werden. Die Steuerung des Transformators erfolgt über eine Steuereinheit. Am Transformatorausgang ist ein Resonanzkreis angeschlossen. An diesem wiederum ist die Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe angeschlossen.The electronic ballast according to the invention for operating a fluorescent tube or gas discharge lamp is connected to a voltage supply. The Ballast has a transformer. For example, a transformer can be used galvanic isolation, a transformer with multiple windings or a Autotransformer are used. Other inductive couplings between two or however, several coils should not be excluded. As a rule, a coil of the Transformers, for example a primary coil, to the voltage supply connected. The voltage applied to the primary coil is converted into a Transformed output voltage with which the fluorescent tube or gas discharge lamp can be operated optimally. The step-up ratio of the transformer is like this set that an output voltage is reached with that of the tube manufacturer specified tube parameters are adhered to as precisely as possible. The control of the Transformer is done via a control unit. There is a at the transformer output Resonance circuit connected. This is in turn the fluorescent tube or Gas discharge lamp connected.
Als Spannungsversorgung kann eine Batterie, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen vorhanden ist, verwendet werden, die Gleichspannung und/oder Niedervoltspannung liefert. Es kann jedoch auch ein Gerät mit (Netz-)Gleichrichter verwendet werden. Der (Netz-) gleichrichter kann auch in dem Vorschaltgerät integriert sein.A battery, such as that found in vehicles, can be used as the power supply is present can be used, which provides DC voltage and / or low voltage. However, a device with a (mains) rectifier can also be used. The (network) rectifier can also be integrated in the ballast.
Die Steuereinheit besteht im wesentlichen aus einer Ansteuerung und einer Endstufe.The control unit essentially consists of a control and an output stage.
Die Endstufe weist im wesentlichen mindestens zwei Transistoren auf. Mit dem Einschalten bzw. Sperren eines Transistors wird jeweils ein Stromkreis geschlossen bzw. unterbrochen.The output stage essentially has at least two transistors. With switching on or blocking a transistor, a circuit is closed or interrupted.
Der Transformator (2) kann ein Spartransformator, ein Trenntransformator mit galvanischer Trennung, ein Transformator mit mehreren Wicklungen oder ein Transformator mit mehreren Wicklungen (Hilfswicklungen) zum Ansteuern der Endstufentransistoren (8a, 8b) sein. The transformer ( 2 ) can be an autotransformer, an isolating transformer with electrical isolation, a transformer with several windings or a transformer with several windings (auxiliary windings) for driving the output stage transistors ( 8 a, 8 b).
In der Endstufe kommen in der Regel leistungsfähige Transistoren, beispielsweise bipolare Transistoren oder MOSFET's (Metalloxid-Semiconductor Feldeffekttransistoren) zum Einsatz.Powerful transistors, for example bipolar ones, generally come in the output stage Transistors or MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) for Commitment.
Die Ansteuerung besteht im wesentlichen aus einem Mikrocontroller oder einem integrierten Schaltkreis (IC), welcher einen Mikrocontroller aufweisen kann. Ihre Aufgabe ist es, über das alternierende Einschalten bzw. Sperren der Transistoren der Endstufe den Verlauf und insbesondere die Frequenz der am Transformatorausgang erzeugten Spannung zu steuern. Die einzelnen Betriebsmodi der Leuchtstoffröhre, Vorheizen, Zünden und Betrieb werden damit ebenfalls durch die Ansteuerung vorgegeben bzw. eingestellt.The control essentially consists of a microcontroller or a integrated circuit (IC), which can have a microcontroller. Your task is to switch on or switch off the transistors of the output stage Course and in particular the frequency of the voltage generated at the transformer output to control. The individual operating modes of the fluorescent tube, preheating, ignition and Operation is also specified or set by the control.
Die Ansteuerung kann mindestens einen bipolaren oder einen MOSFET Transistor aufweisen, welcher nach Ablauf einer Vorheizphase der Leuchtstoffröhre eine Kapazität am IC überbrückt, was zu einer Verringerung der Ansteuerfrequenz führt.The control can be at least one bipolar or one MOSFET transistor have, which after a preheating phase of the fluorescent tube has a capacity on IC bridges, which leads to a reduction in the drive frequency.
Die Aufgabe der Ansteuerung besteht darin, die Transistoren der Endstufe alternierend mit den für die verschiedenen Betriebsmodi (Vorheizen, Zünden, Betrieb der Leuchtstoffröhre) der Leuchtstoffröhre jeweils vorgegebenen Frequenzen freizuschalten und zu sperren.The task of the control is to alternate the transistors of the output stage for the different operating modes (preheating, ignition, operation of the fluorescent tube) to enable and disable the respective predetermined frequencies of the fluorescent tube.
Der an den Transformatorausgang angeschlossene Resonanzkreis besitzt eine Induktivität und mindestens eine Kapazität.The resonance circuit connected to the transformer output has an inductance and at least one capacity.
Insbesondere kann der Resonanzkreis ein Serienresonanzkreis sein, d. h. Induktivität und Kapazität sind in Serie an den Ausgang des Transformators angeschlossen.In particular, the resonance circuit can be a series resonance circuit, i. H. Inductance and Capacitors are connected in series to the output of the transformer.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kapazität des Resonanzkreises parallel zur Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe geschaltet.In a preferred embodiment, the capacitance of the resonance circuit is parallel to Fluorescent tube or gas discharge lamp switched.
In einer anderen Ausführungsform ist parallel zur Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe eine weitere Kapazität geschaltet. Sie ist so dimensioniert, daß sie Teil eines Resonanzkreises ist, der im Vorheizmodus den notwendigen Vorheizstrom durch die Heizwendeln der Leuchtstoffröhre einstellt, im Betrieb dagegen die Heizleistung gering hält.In another embodiment, or is parallel to the fluorescent tube Gas discharge lamp switched another capacity. It is dimensioned so that it is part is a resonant circuit, which in preheating mode the necessary preheating current through the Sets the heating filaments of the fluorescent tube, while the heating output is low during operation holds.
Das Verfahren zur Steuerung eines Transformators, an dessen Ausgang ein Resonanzkreis
angeschlossen ist, an den eine Leuchtstoffröhre angeschlossen ist, läßt sich wie folgt
beschreiben:
Zum Vorheizen der Leuchtstoffröhre wird die Primärspule und damit der Kern des
Transformators mit einer Frequenz f1 angesteuert. f1 ist dabei größer als die
Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises. Die Zündspannung der Leuchtstoffröhre wird
beim Vorheizen nicht erreicht; es fließt ein Heizstrom durch die Heizwendeln der
Leuchtstoffröhre. Die Dauer des Vorheizens, üblicherweise einige Sekunden, wird in
Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Leuchtstoffröhre eingestellt. Es kann eine neben
der Kapazität des Resonanzkreises weitere Kapazität parallel zur Leuchtstoffröhre
geschaltet sein. Sie ist so dimensioniert, dass sie Teil eines Schwingkreises ist, der beim
Vorheizen den notwendigen Vorheizstrom durch die Heizwendeln der Leuchtstoffröhre
einstellt.The method for controlling a transformer, to the output of which a resonance circuit is connected, to which a fluorescent tube is connected, can be described as follows:
To preheat the fluorescent tube, the primary coil and thus the core of the transformer are driven at a frequency f 1 . f 1 is greater than the resonance frequency f R of the resonance circuit. The ignition voltage of the fluorescent tube is not reached when preheating; a heating current flows through the heating filaments of the fluorescent tube. The duration of the preheating, usually a few seconds, is set depending on the nature of the fluorescent tube. In addition to the capacitance of the resonance circuit, a further capacitance can be connected in parallel to the fluorescent tube. It is dimensioned so that it is part of an oscillating circuit that sets the necessary preheating current through the heating coils of the fluorescent tube during preheating.
In einem darauffolgenden Zeitraum wird die Frequenz der Umpolung der Primärspule und damit des Kerns des Transformators bis zu einer unter der Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises liegenden Frequenz f2 verringert. Beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises liegt kurzzeitig sehr hohe Spannung an der Leuchtstoffröhre an, wodurch sie gezündet wird.In a subsequent period, the frequency of the polarity reversal of the primary coil and thus the core of the transformer is reduced to a frequency f 2 below the resonance frequency f R of the resonance circuit. When passing through the resonance frequency f R of the resonance circuit, very high voltage is briefly applied to the fluorescent tube, as a result of which it is ignited.
f2 liegt unter fR und ist die Frequenz, bei der die Leuchtstoffröhre betrieben wird. Primärspule und Kern des Transformators werden im Betriebsmodus also mit f2 umgepolt. Die (optimale) Brennspannung der Leuchtstoffröhre soll dabei erreicht werden. Der Röhrenstrom wird im wesentlichen von der Induktivität des Resonanzkreises bestimmt.f 2 is below f R and is the frequency at which the fluorescent tube is operated. The primary coil and core of the transformer are reversed with f 2 in the operating mode. The (optimal) burning voltage of the fluorescent tube should be achieved. The tube current is essentially determined by the inductance of the resonance circuit.
Die Steuerung des Transformators im beschriebenen Verfahren kann über eine Endstufe
erfolgen, die im wesentlichen wenigstens zwei Transistoren aufweist. Diese können,
beispielsweise durch eine Ansteuerung, folgendermaßen geschaltet werden:
Zuerst wird der erste Transistor der Endstufe freigeschaltet. Damit wird ein Stromkreis
geschlossen und Strom fließt von/zu der Spannungsversorgung über die Primärspule (oder
einen Teil der Primärspule) des Transformators.
The control of the transformer in the described method can take place via an output stage, which essentially has at least two transistors. These can be switched as follows, for example by control:
First the first transistor of the output stage is activated. This closes a circuit and current flows from / to the voltage supply via the primary coil (or part of the primary coil) of the transformer.
Im nächsten Schritt wird der erste Transistor gesperrt.In the next step, the first transistor is blocked.
Daraufhin wird der zweite Transistor der Endstufe freigeschaltet. Nun wird ein zweiter Stromkreis geschlossen und es fließt Strom von/zu der Spannungsversorgung über die Primärspule bzw. einen Teil der Primärspule des Transformators.The second transistor of the output stage is then activated. Now there is a second Circuit closed and current flows from / to the voltage supply via the Primary coil or part of the primary coil of the transformer.
Im nächsten Schritt wird der zweite Transistor gesperrt.In the next step, the second transistor is blocked.
Diese vier genannten Schaltungs-Schritte werden fortlaufend wiederholt. Wird beispielsweise durch Einschalten des ersten Transistors und Schließen des entsprechenden Stromkreises die Primärspule bzw. ein Teil der Primärspule des Transformators vom Strom in einer anderen Richtung durchflossen als bei Einschalten des zweiten Transistors und Schließen des zweiten Stromkreises, so findet laufend eine Umpolung der Primärspule und damit des Transformatorkerns statt. Die Frequenz der Umpolung der Primärspule und des Kerns des Transformators kann durch die Frequenz gewählt werden, mit welcher die vier genannten Schaltungs-Schritte wiederholt werden. Auf diese Weise können alle Frequenzen, wie f1 zum Vorheizen, fR zum Zünden der Leuchtstoffröhre oder f2 für den Betrieb der Leuchtstoffröhre, ausgewählt bzw. durchlaufen werden.These four circuit steps mentioned are repeated continuously. If, for example, the primary coil or part of the primary coil of the transformer flows through the current in a different direction when the first transistor is switched on and the corresponding circuit is closed than when the second transistor is switched on and the second circuit is closed, the polarity of the primary coil is continuously reversed and thus of the transformer core instead. The frequency of the polarity reversal of the primary coil and the core of the transformer can be selected by the frequency at which the four circuit steps mentioned are repeated. In this way, all frequencies, such as f 1 for preheating, f R for igniting the fluorescent tube or f 2 for operating the fluorescent tube, can be selected or run through.
Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, dass die Leuchtstoffröhre mit einer festen Frequenz gestartet und betrieben wird; man spricht dann von einem "Sofortstart".The method can also be carried out so that the fluorescent tube with a fixed Frequency is started and operated; one then speaks of an "immediate start".
Die Transistoren der Endstufe werden also im Gegentakt angesteuert. Durch die komplette Umpolung des Transformatorkerns, die dadurch im Gegensatz zum "Eintaktbetrieb" (d. h.: Induktion nur durch Ein- und Ausschalten der Primärspule eines Transformators) erzeugt wird, kann der Wirkungsgrad des Vorschaltgeräts bereits erheblich gesteigert werden. Auch die Verluste an den Transistoren werden bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Transformators verringert. Die genannten Verfahren können selbstverständlich für die Steuerung der Transformatoren sämtlicher an dieser Stelle beschriebener Vorschaltgeräte verwendet werden.The transistors of the output stage are therefore driven in push-pull. Through the complete Polarity reversal of the transformer core, which in contrast to "single-ended operation" (i.e. Induction generated only by switching the primary coil of a transformer on and off) the efficiency of the ballast can already be increased considerably. Also the losses on the transistors in the circuit arrangement according to the invention and reduced in the inventive method for controlling the transformer. The methods mentioned can of course be used to control the transformers all ballasts described here can be used.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Skizze eines speziellen Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is described below with the aid of a sketch of a special one Embodiment explained in more detail.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts. Fig. 1 shows a block diagram of the electronic ballast according to the invention.
Die Spannungsversorgung 1 ist ein Netzgerät mit einem Gleichrichter und liefert Niedervoltspannung. Typische Werte liegen z. B. bei 12 V, 24 V, 42 V Gleichspannung. Eine Spule des Transformators 2, der in diesem Beispiel ein Autotransformator ist, ist an die Spannungsversorgung 1 über die Leitung 2b angeschlossen. Die Steuereinheit 3, schematisch untergliedert in die Ansteuerung 4 und die Endstufe 8, arbeitet wie folgt: wird von der Ansteuerung 4 der Transistor 8a der Endstufe 8 freigeschaltet, so fließt Strom von der Spannungsversorgung über die Leitung 2b durch die Primärspule in Richtung der Leitung 2a und durch diese über den Transistor 8a ab. Dieses "Einschalten" der Spule des Transformators 2 induziert eine Transformatorspannung -UT. Wird nun Transistor 8a gesperrt und daraufhin Transistor 8b eingeschaltet, so fließt Strom von der Spannungsversorgung über die Leitung 2b durch eine Spule des Transformators 2 in Richtung der Leitung 2c und durch diese über den Transistor 8b ab.The voltage supply 1 is a power supply unit with a rectifier and supplies low voltage. Typical values are e.g. B. at 12 V, 24 V, 42 V DC voltage. A coil of the transformer 2, which is an autotransformer in this example is connected to the power supply 1 via line 2 b. The control unit 3 , schematically divided into the control 4 and the output stage 8 , works as follows: If the control 4 activates the transistor 8 a of the output stage 8 , current flows from the voltage supply via line 2 b through the primary coil in the direction of a line 2, and through this through the transistor 8 a starting. This "switching on" of the coil of the transformer 2 induces a transformer voltage -U T. If transistor 8 a is now blocked and transistor 8 b is then switched on, current flows from the voltage supply via line 2 b through a coil of transformer 2 in the direction of line 2 c and through this via transistor 8 b.
Durch die genannten Schritte des "Abschaltens" und des erneuten "Anschaltens", allerdings mit umgekehrter Richtung des Stromflusses bezüglich der Spulenachse, wird eine Transformatorspannung +UT induziert. Im nächsten Schritt wird der Transistor 8b von der Ansteuerung 4 wiederum gesperrt.A transformer voltage + U T is induced by the steps of "switching off" and "switching on" again, but with the opposite direction of current flow with respect to the coil axis. In the next step, the transistor 8 b is again blocked by the control 4 .
Dieser Zyklus wird nun laufend wiederholt, wodurch am Ausgang des Transformators 2 eine Rechteckspannung UT(t) abgegriffen werden kann. Das Hochstellverhältnis (Spannungsverhältnis zwischen Sekundär- und Primärspule) des Transformators 2 ist so gewählt, daß das Vorschaltgerät der Leuchtstoffröhre 6 Spannungs- und Leistungswerte liefert, die mit den vom Hersteller angegebenen Betriebsparametern (z. B. Brennspannung) der Leuchtstoffröhre 6 übereinstimmen und somit im Betrieb einen hohen Wirkungsgrad gewährleisten. Durch den Betrieb des Transformators 2 im Gegentakt, d. h. durch die laufende Umpolung des Kerns der Transformatorspule wird der Wirkungsgrad des Vorschaltgeräts, insbesondere des Transformators 2, erhöht. Bei üblichen Schaltungen ("Eintaktbetrieb") mit einem Transformator und einem Transistor ist die Leistungsabgabe des Transformators 2 deutlich geringer. Im "Eintaktbetrieb" wird etwa die Hälfte, im Gegentaktbetrieb dagegen praktisch keine Energie im Transformator 2 gespeichert. Dadurch muss im "Eintaktbetrieb" ein größerer Strom aufgenommen werden. Mit dem Strom steigt die Verlustleistung im Transformator und im Schalttransistor quadratisch an.This cycle is now repeated continuously, whereby a square-wave voltage U T (t) can be tapped at the output of the transformer 2 . The step-up ratio (voltage ratio between the secondary and primary coil) of the transformer 2 is selected so that the ballast of the fluorescent tube 6 supplies voltage and power values which correspond to the operating parameters specified by the manufacturer (e.g. burning voltage) of the fluorescent tube 6 and thus in Operation ensure high efficiency. The efficiency of the ballast, in particular of the transformer 2 , is increased by operating the transformer 2 in push-pull mode, that is to say by continuously reversing the polarity of the core of the transformer coil. In conventional circuits ("single-ended operation") with a transformer and a transistor, the power output of the transformer 2 is significantly lower. In "single-ended operation" about half, but in push-pull operation, practically no energy is stored in transformer 2 . This means that a larger current must be consumed in "single-ended operation". With the current, the power loss in the transformer and in the switching transistor increases quadratically.
Am Ausgang des Transformators 2 ist der Serienresonanzkreis 5 angeschlossen, bestehend aus einer Induktivität 5a und den Kapazitäten 5b und 5c.At the output of the transformer 2 , the series resonant circuit 5 is connected, consisting of an inductor 5 a and the capacitors 5 b and 5 c.
Die Kapazitäten 5b und 5c sind in dieser Schaltung parallel zur Leuchtstoffröhre 6 geschaltet. Durch die Kapazität 5c wird ein Teil des Schwingkreisstromes durch die Heizwendeln der Leuchtstoffröhre 6 geleitet. Die Kapazität 5c ist so dimensioniert, dass beim Vorheizen der notwendige Vorheizstrom der Leuchtstoffröhre erreicht wird. Der Resonanzkreis 5 erzeugt aus der Rechteckspannung UT(t) eine Sinusspannung UL(t). UL(t) wird dann zum Betrieb der Röhre verwendet. Außerdem erzeugt der Resonanzkreis 5 die Zündspannung.The capacitances 5 b and 5 c are connected in parallel to the fluorescent tube 6 in this circuit. Due to the capacitance 5 c, part of the resonant circuit current is passed through the heating coils of the fluorescent tube 6 . The capacitance 5 c is dimensioned so that the preheating current of the fluorescent tube is achieved during preheating. The resonant circuit 5 generates a sinusoidal voltage U L (t) from the square-wave voltage U T (t). U L (t) is then used to operate the tube. In addition, the resonant circuit 5 generates the ignition voltage.
Die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 36 kHz.The resonance frequency of the series resonance circuit is in this embodiment about 36 kHz.
Der Betriebsmodus (Vorheizen, Zünden, Betrieb der Leuchtstoffröhre) kann durch die Frequenz der Spannung UT(t), die durch die Ansteuerung 4 vorgegeben wird, gewählt werden.The operating mode (preheating, ignition, operation of the fluorescent tube) can be selected by the frequency of the voltage U T (t), which is predetermined by the control 4 .
Zum Einschalten der Leuchtstoffröhre 6 gibt die Ansteuerung 4 auf die oben geschilderte Weise für UT(t) eine Frequenz f1 zum Vorheizen der Leuchtstoffröhre 6 vor, die größer ist als die Resonanzfrequenz fR des Serienresonanzkreises 5, welcher bei dieser Frequenz f1, typischerweise ca. 50 kHz, schwingt. Durch die Kapazität 5c fließt nun ein Strom durch die Heizwendeln der Leuchtstoffröhre 6, wodurch diese vorgeheizt wird. Ist das Vorheizen nach einem festgelegten Zeitraum abgeschlossen, so wird in der Ansteuerung 4 ein MOSFET- Transistor freigeschaltet, welcher zu einem integrierten Schaltkreis eine Kapazität abschaltet bzw. zuschaltet. Dadurch wird die Frequenz für die Ansteuerung der Transistoren 8a und 8b auf einen Wert f2 verringert, der unterhalb der Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises 5 liegt.To switch on the fluorescent tube 6 , the control 4 specifies in the manner described above for U T (t) a frequency f 1 for preheating the fluorescent tube 6 which is greater than the resonance frequency f R of the series resonance circuit 5 , which at this frequency f 1 , typically about 50 kHz. A current now flows through the capacitance 5 c through the heating coils of the fluorescent tube 6 , as a result of which the latter is preheated. If the preheating is completed after a defined period of time, a triggering 4 activates a MOSFET transistor which switches off or on a capacitance to an integrated circuit. As a result, the frequency for driving the transistors 8 a and 8 b is reduced to a value f 2 which is below the resonance frequency f R of the resonance circuit 5 .
Beim Erreichen der Resonanzfrequenz fR des Serienresonanzkreises 5 (f1 < fR < f2) liegt kurzzeitig eine hohe Spannung an der Leuchtstoffröhre 6 an, wodurch diese zündet. When the resonance frequency f R of the series resonance circuit 5 (f 1 <f R <f 2 ) is reached, a high voltage is briefly applied to the fluorescent tube 6 , causing it to ignite.
Die Betriebsfrequenz f2 befindet sich etwas unter der Resonanz des Serienresonanzkreises 5, da dieser nicht im Dauerzustand in Resonanz betrieben werden soll.The operating frequency f 2 is somewhat below the resonance of the series resonance circuit 5 , since this should not be operated in resonance in the permanent state.
Durch die beschriebene Schaltung und deren Betrieb können wesentlich höhere Wirkungsgrade als üblich erreicht werden. Dadurch wird auch die Bildung von Verlustwärme und die Notwendigkeit, diese abzuführen, verringert. Bei Leuchtstoffröhren mit 4-58 W Leistungsaufnahme ist es bei geringen Verlustleistungen möglich, eine Leuchte ohne externe Kühlung beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse einzusetzen.The circuit described and its operation can be much higher Efficiencies can be achieved as usual. This will also form Heat loss and the need to dissipate it are reduced. With fluorescent tubes with 4-58 W power consumption it is possible with low power losses, one Insert luminaire without external cooling, for example in a plastic housing.
Claims (18)
einen Transformator (2), der durch eine Spannungsversorgung (1) mit elektrischer Leistung versorgt wird,
eine Steuereinheit (3), die den Transformator (2) so steuert, dass die Spannung im Transformator in eine Ausgangsspannung für den Betrieb der Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe (6) transformiert wird,
einen Resonanzkreis (5), der am Transformatorausgang angeschlossen und an den die Leuchtstoffröhre oder Gasentladungslampe (6) angeschlossen ist.1. Electronic ballast for operating a fluorescent tube or gas discharge lamp ( 6 ), in particular for operation with low voltage, which has:
a transformer ( 2 ) which is supplied with electrical power by a voltage supply ( 1 ),
a control unit ( 3 ) which controls the transformer ( 2 ) so that the voltage in the transformer is transformed into an output voltage for the operation of the fluorescent tube or gas discharge lamp ( 6 ),
a resonant circuit ( 5 ) which is connected to the transformer output and to which the fluorescent tube or gas discharge lamp ( 6 ) is connected.
zum Vorheizen der Leuchtstoffröhre (6) die Primärspule des Transformators (2) mit einer Frequenz f1 umgepolt wird, die größer als die Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises (5) ist;
in einem darauf folgenden Zeitraum die Frequenz der Umpolung der Primärspule des Transformators (2) bis zu einer unter der Resonanzfrequenz fR des Resonanzkreises (5) liegenden Frequenz f2 verringert wird, wobei beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz fR die Leuchtstoffröhre (6) gezündet wird; und
im darauf folgenden Betriebszustand der Leuchtstoffröhre (6) die Umpolung der Primärspule des Transformators (2) mit der Frequenz f2 erfolgt.14. A method for controlling a transformer ( 2 ), at the output of which a resonance circuit ( 5 ) is connected, to which a fluorescent tube ( 6 ) is connected, in which:
for preheating the fluorescent tube ( 6 ), the primary coil of the transformer ( 2 ) is reversed at a frequency f 1 which is greater than the resonance frequency f R of the resonance circuit ( 5 );
in a subsequent period, the frequency of the polarity reversal of the primary coil of the transformer ( 2 ) is reduced to a frequency f 2 below the resonance frequency f R of the resonance circuit ( 5 ), the fluorescent tube ( 6 ) being ignited when passing through the resonance frequency f R ; and
in the subsequent operating state of the fluorescent tube ( 6 ) the polarity of the primary coil of the transformer ( 2 ) is reversed with the frequency f 2 .
Einschalten des Transistors (8a) der Endstufe (8);
Sperren des Transistors (8a);
Einschalten des zweiten Transistors (8b) der Endstufe (8);
Sperren des zweiten Transistors (8b); und
fortlaufende Wiederholung der genannten Schritte mit der gewünschten Frequenz der Umpolung der Primärspule des Transformators (2).15. The method according to claim 14, wherein the control of the transformer ( 2 ) takes place via an output stage ( 8 ) which essentially has at least two transistors ( 8 a, 8 b), which are switched as follows:
Switching on the transistor ( 8 a) of the output stage ( 8 );
Blocking the transistor ( 8 a);
Turning on the second transistor ( 8 b) of the output stage ( 8 );
Blocking the second transistor ( 8 b); and
continuous repetition of the steps mentioned with the desired frequency of the polarity reversal of the primary coil of the transformer ( 2 ).
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| DE2001108016 DE10108016A1 (en) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | Electronic adapter for fluorescent lamps/gas discharge lamps has transformer, supplied by electrical voltage supply and controlled to produce lamp operating voltage, and resonant circuit |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2006122525A1 (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-23 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Electronic ballast for a low-pressure discharge lamp with a micro-controller |
| EP1605495A3 (en) * | 2004-03-30 | 2008-02-27 | Stefan Ruppel | Lamp for mounting in or at a piece of storage forniture |
| WO2008035268A2 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Bobinados De Transformadores S.L. | Gas discharge lamp unit |
-
2001
- 2001-02-20 DE DE2001108016 patent/DE10108016A1/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1605495A3 (en) * | 2004-03-30 | 2008-02-27 | Stefan Ruppel | Lamp for mounting in or at a piece of storage forniture |
| EP2320449A1 (en) * | 2004-03-30 | 2011-05-11 | Stefan Ruppel | Lamp for mounting in or at a piece of storage forniture |
| WO2006122525A1 (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-23 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Electronic ballast for a low-pressure discharge lamp with a micro-controller |
| US8013542B2 (en) | 2005-05-17 | 2011-09-06 | Osram Ag | Electronic ballast for a low-pressure discharge lamp with a micro-controller |
| WO2008035268A2 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Bobinados De Transformadores S.L. | Gas discharge lamp unit |
| WO2008035268A3 (en) * | 2006-09-19 | 2008-07-24 | Bobinados De Transformadores S | Gas discharge lamp unit |
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