DE10112115A1

DE10112115A1 - Dimmer adapter device for gas discharge lamps, especially fluorescent lamps, has heating branch connected to a.c. source to supply electrode heating, voltage limiter in heating branch

Info

Publication number: DE10112115A1
Application number: DE10112115A
Authority: DE
Inventors: Martin Hintzen
Original assignee: Vossloh Schwabe Elektronik GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-10-02

Abstract

The device has an a.c. voltage source (9) of controllable frequency for supplying at least one gas discharge lamp (2), a heating branch (22) connected to the a.c. source to supply the electrode heating and a voltage limiter (24) in the heating branch. The a.c. source has n a.c. converter circuit with at least two controlled switches and a control circuit for the switches.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Gasentla dungslampen insbesondere für Leuchtstofflampen.The invention relates to a ballast for gas discharge development lamps, in particular for fluorescent lamps.

Solche Lampen weisen ein Gasentladungsgefäß mit darin angeordneten Elektroden auf. In den meisten Fällen sind diese heizbar ausgebildet, um die Elektronenemission insbesondere beim Zünden zu begünstigen. Such lamps have a gas discharge vessel in them arranged electrodes on. In most cases, these are heatable to the electron emission in particular favor when igniting.

Für Gasentladungslampen der genannten Art sind elektro nische Vorschaltgeräte in Gebrauch, mit denen sich der Lam penstrom und somit auch die Lampenhelligkeit kontrollieren lässt. Die Elektroden der Gasentladungslampe erreichen bei Lampenströmen, die in der Nähe des Nennstroms liegen, durch den Lampenstrom ausreichende Betriebstemperaturen, um die Gasentladung aufrecht zu erhalten. Wird der Lampenstrom je doch reduziert, kann eine zusätzliche Beheizung der Elektro den oder auch eine Erhöhung der Elektrodentemperatur erfor derlich werden, um einen stabilen Betrieb der Gasentladungs lampe zu ermöglichen.For gas discharge lamps of the type mentioned are electro African ballasts in use, with which the Lam Check the pen current and thus the lamp brightness leaves. The electrodes of the gas discharge lamp reach at Lamp currents that are close to the nominal current sufficient operating temperatures to maintain the lamp current Maintain gas discharge. Will the lamp current ever but reduced, additional heating of the electrical can the or an increase in the electrode temperature be necessary to ensure stable operation of the gas discharge to allow lamp.

Aus der EP 0 490 329 A1 ist ein elektronisches Vor schaltgerät für eine Gasentladungslampe bekannt, deren Elek troden durch Heizwendeln gebildet werden. Diese sind über einen Heiztransformator mit Heizspannung versorgt. Die Ga sentladungslampe ist über eine strombegrenzende Drossel an eine Wechselspannungsquelle (Wechselrichter) angeschlossen. Der Heiztransformator wird ebenfalls aus dieser Wechselspan nungsquelle gespeist.EP 0 490 329 A1 describes an electronic pre Switching device for a gas discharge lamp known, the elec trodes are formed by heating coils. These are over a heating transformer supplied with heating voltage. The Ga The discharge lamp is on via a current-limiting choke an AC voltage source (inverter) is connected. The heating transformer is also made from this AC voltage power source.

Der primärseitig durch den Heiztransformator fließende Strom wird über einen Stromfühlerwiderstand erfasst.The primary flowing through the heating transformer Current is recorded via a current sensor resistor.

Der Heizstrom ist von der Betriebsfrequenz der Wechsel spannungsquelle abhängig. Zum Vorheizen der Leuchtstofflampe vor dem Zünden derselben wird die Betriebsfrequenz auf ein so hohes Niveau eingestellt, dass keine Zündspannung erreicht wird. Diese Betriebsart dient dem Vorheizen der Heizwendeln.The heating current is the change of the operating frequency voltage source dependent. For preheating the fluorescent lamp before igniting the same, the operating frequency is set to one high level set that no ignition voltage is reached becomes. This operating mode is used to preheat the heating coils.

Aus der EP 0 707 438 B1 ist darüber hinaus ein Vor schaltgerät für eine Gasentladungslampe mit beheizbaren Elektroden bekannt, wobei zur Beheizung der Elektroden eine Re gelschaltung vorgesehen ist. Zu dem Vorschaltgerät gehört eine Wechselrichterschaltung, an die die Gasentladungslampe über einen Resonanzkreis angeschlossen ist. An den Ausgang der Wechselrichterschaltung ist außerdem ein Heiztransforma tor angeschlossen, der über einen gesteuerten Schalter akti vierbar und deaktivierbar ist. Sekundärseitig ist der Heiz transformator mit den Heizwendeln der Gasentladungslampe ver bunden. Eine Steuerschaltung aktiviert und deaktiviert den gesteuerten Schalter des Heiztransformators synchron zu der Wechselrichterausgangsspannung, so dass letztendlich ein ge wünschter mittlerer Heizstrom eingestellt wird. Dieser kann abhängig vom Dimmgrad, d. h. letztendlich abhängig von dem Lampenstrom eingestellt werden.From EP 0 707 438 B1 is also a Vor Switching device for a gas discharge lamp with heated electrodes known, wherein a Re for heating the electrodes Gel circuit is provided. Belongs to the ballast an inverter circuit to which the gas discharge lamp is connected via a resonance circuit. At the exit the inverter circuit is also a heating transformer gate connected, which activates via a controlled switch fourbar and can be deactivated. The heating is on the secondary side transformer with the heating filaments of the gas discharge lamp ver prevented. A control circuit activates and deactivates the controlled switch of the heating transformer in synchronism with the Inverter output voltage, so that ultimately a ge desired average heating current is set. This can depending on the degree of dimming, d. H. ultimately depending on that Lamp current can be set.

Diese Schaltung erfordert einen zusätzlichen fremdge steuerten Schalter, sowie eine Regelschaltung zur Regulierung des Heizstroms.This circuit requires an additional external controlled switches, as well as a control circuit for regulation of the heating current.

Vorschaltgeräte sollen häufig nicht nur für eine spe zielle Leuchtstofflampe oder anderweitige Gasentladungslampe sondern zumindest für eine Gruppe unterschiedlicher Lampenty pen eingesetzt werden. Die Vorschaltgeräte müssen dann mög lichst ohne externe Einstellmaßnahme, gewissermaßen automa tisch, die Betriebsparameter der Lampe einstellen. Die Be triebsparameter müssen auch dann eingehalten werden, wenn die Lampe mit reduzierter Leistung (gedimmt) betrieben wird. Hier kommt es insbesondere auf eine ausreichende Vorheizung der Elektroden an, um die Stabilität der sich einstellenden Gas entladung nicht zu beeinträchtigen.Ballasts should often not only be used for one specific Target fluorescent lamp or other gas discharge lamp but at least for a group of different Lampenty pen can be used. The ballasts must then be possible As far as possible without external adjustment measure, automa table, set the operating parameters of the lamp. The Be drive parameters must also be observed if the Lamp is operated with reduced power (dimmed). Here it comes in particular to sufficient preheating Electrodes to the stability of the gas not to affect discharge.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein elek tronisches Vorschaltgerät zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und eine kontrollierte Elektrodenheizung gestattet.Based on this, it is an object of the invention to provide an elec tronic ballast to create that simple controlled electrode heating is permitted.

Diese Aufgabe wird von dem Vorschaltgerät nach Anspruch 1 gelöst:This task is the ballast according to claim 1 solved:

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät weist eine Wechsel spannungsquelle mit steuerbarer Frequenz zur Speisung der Gasentladungslampe auf. Über die jeweils gewählte Frequenz ist der Betriebszustand der Gasentladungslampe, z. B. Zünden, Betrieb mit voller Leistung oder Betrieb mit reduzierter Lei stung, einstellbar. An die Wechselspannungsquelle ist ein Heizzweig angeschlossen, über den Elektrodenheizungen der Gasentladungslampe mit elektrischer Energie versorgt werden. In dem Heizzweig ist eine Spannungsbegrenzungseinrichtung angeordnet, die die an der Elektrodenheizung auftretende Heizspannung auf einen Maximalwert begrenzt. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass die Elektrodenheizung mit zu ho hen Betriebsströmen versorgt wird. Andererseits kann durch die Festlegung einer Maximalspannung die von dem Heizzweig abgegeben wird, auf einfachste Weise erreicht werden, dass unterschiedliche Gasentladungslampen an ein und demselben Vorschaltgerät betreibbar sind. Die Elektrodenheizungen kön nen unterschiedlichen Strombedarf aufweisen - wesentlich ist lediglich, dass sie auf die gleichen Heizspannungen ausgelegt sind.The ballast according to the invention has a change Voltage source with controllable frequency for feeding the Gas discharge lamp on. About the selected frequency is the operating state of the gas discharge lamp, for. B. ignition, Operation at full power or operation with reduced lei adjustable. There is an at the AC voltage source Heating branch connected, over the electrode heaters of the Gas discharge lamp can be supplied with electrical energy. There is a voltage limiting device in the heating branch arranged, which occurs at the electrode heater Heating voltage limited to a maximum value. This can excluded that the electrode heating with too high hen operating currents are supplied. On the other hand, by the definition of a maximum voltage by the heating branch is delivered in the simplest way that different gas discharge lamps on one and the same Ballast are operable. The electrode heaters can have different power requirements - is essential only that they are designed for the same heating voltages are.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtung schafft darüber hin aus eine einfache Möglichkeit, ohne aktive Regelung des Heiz stroms einen Lampenbetrieb zu ermöglichen, bei dem sich der Lampenstrom und der Heizstrom beim Dimmen der Lampe zuein ander tendenziell gegenläufig verhalten. Es genügt, den an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Heizzweig so aus zulegen, dass der Heizstrom mit zunehmender Frequenz zunimmt, während der Lampenstrom mit zunehmender Frequenz der Wechsel spannungsquelle abnimmt. Dieses Schaltunskonzept erweist sich in Verbindung mit der Spannungsbegrenzungseinrichtung als toleranzunempfindlich und robust.The voltage limiting device also manages this from an easy way, without active regulation of the heating current to enable lamp operation in which the Lamp current and the heating current when dimming the lamp others tend to behave in opposite directions. It is enough to the the heating branch connected to the AC voltage source increase the heating current with increasing frequency, while the lamp current changes with increasing frequency voltage source decreases. This switching concept proves itself in connection with the voltage limiting device as Tolerance-insensitive and robust.

Zur Begrenzung des in dem Heizzweig fließenden Strom ist vorzugsweise wenigstens ein Vorwiderstand vorgesehen. Dieser kann durch ein diskretes Bauelement oder durch mehrere Bau elemente realisiert sein. Vorzugsweise wird als Vorwiderstand ein Blindwiderstand, dessen Impedanz mit zunehmender Frequenz abnimmt, verwendet. Das Bauelement weist vorzugsweise eine Impedanz mit allenfalls geringem Wirkanteil (Verlustwinkel) auf. Als Bauelement kommt beispielsweise ein Kondensator in Frage. Außerdem kann die als Vorwiderstand wirkende Impedanz durch eine Streuinduktivität gebildet sein. Zur Erzeugung einer gegenläufigen Strom-Stromcharakteristik zwischen Lam penstrom und Heizstrom wird als Vorwiderstand ein Kondensator bevorzugt. Dadurch wird erreicht, dass mit zunehmender Dim mung der Lampe bzw. des Vorschaltgeräts der Heizstrom bis zum Erreichen eines Maximalwerts zunimmt. Dadurch werden die Elektroden bei höheren Dimmgraden tendenziell stärker beheizt als bei niedrigeren Dimmgraden.To limit the current flowing in the heating branch preferably at least one series resistor is provided. This can be by a discrete component or by multiple construction elements be realized. Preferably used as a series resistor a reactance whose impedance increases with frequency decreases, used. The component preferably has one Impedance with little or no active component (loss angle) on. A capacitor comes in as a component, for example Question. In addition, the impedance acting as a series resistor be formed by a leakage inductance. For generation an opposing current-current characteristic between Lam Penstrom and Heizstrom becomes a capacitor as a series resistor prefers. This ensures that with increasing dim the lamp or the ballast the heating current up to Reaching a maximum value increases. This will make the Electrodes tend to be heated more at higher dimming levels than at lower dimming levels.

Als Wechselspannungsquelle wird vorzugsweise ein Wech selrichter benutzt, der an einer Gleichspannung (Zwischen kreisspannung) betrieben wird. Kommt als Wechselrichter eine so genannte Wechselrichterhalbbrücke zur Anwendung, ist die Ausgangsspannung eine zwischen Massepotential und Betriebs spannungspotential alternierende Rechteckspannung. Die Wech selspannungsquelle erzeugt in diesem Fall eine Wechselspannung mit überlagerter Gleichspannung. Die Schalter der Wech selrichterbrücke oder Wechselrichterhalbbrücke werden von einer Steuerschaltung gesteuert, die zumindest die Schalt frequenz der gesteuerten Schalter festlegen. Dadurch ist eine Änderung des Lampenstroms bei fester Zwischenkreisspannung durch Frequenzänderung möglich.A change is preferably used as the AC voltage source inverter used on a DC voltage (intermediate circuit voltage) is operated. Comes as an inverter so-called inverter half bridge to use, is the Output voltage one between ground potential and operating voltage potential alternating square wave voltage. The changes In this case, the voltage source generates an AC voltage with superimposed DC voltage. The switch of the change inverter bridge or inverter half bridge are from a control circuit that controls at least the switching Set the frequency of the controlled switches. This is one Change in lamp current with a fixed DC link voltage possible by changing the frequency.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtung kann durch ein oder mehrere Bauelemente mit symmetrischer oder asymmetrischer Strom/Spannungs-Kennlinie gebildet sein. Beispielsweise kön nen Z-Dioden zur Anwendung kommen. Vorteilhaft ist hier der einfache Aufbau und die gute Begrenzungswirkung, die sich erreichen lässt.The voltage limiting device can be a or several components with symmetrical or asymmetrical Current / voltage characteristic curve can be formed. For example, Z-diodes are used. The advantage here is simple structure and the good limiting effect that can be achieved.

Es wird als vorteilhaft angesehen, die Spannungsbegren zungsschaltung so auszubilden, dass sie unwirksam ist, wenn der Lampenstrom seinen Nennbetriebswert hat. Damit sind die in der Spannungsbegrenzungsschaltung auftretenden Verlustlei stungen näherungsweise null. Es wird darüber hinaus als vor teilhaft angesehen, die Spannungsbegrenzungsschaltung erst bei höheren Dimmgraden von beispielsweise mehr als 50% der Lampenhelligkeit wirksam werden zu lassen. Erst bei derart hohen Dimmgraden ist eine volle Heizung der Elektroden zweck mäßig. Erst mit Einsatz der Spannungsbegrenzung tritt somit an der Spannungsbegrenzungseinrichtung Verlustleistung auf.It is considered advantageous to limit the tension training circuit so that it is ineffective if the lamp current has its nominal operating value. With that they are Leakage occurring in the voltage limiting circuit approximately zero. It is also considered to be before partially viewed, the voltage limiting circuit only at higher dimming levels, for example more than 50% of the To let lamp brightness take effect. Only with such high dimming levels is a full heating of the electrodes purpose moderate. Only when the voltage limit is used does this occur power loss at the voltage limiting device.

Durch die genannte Begrenzung der Verlustleistung in der Spannungsbegrenzungsschaltung lässt sich die Eigenerwärmung des elektronischen Vorschaltgeräts auf ein sehr geringes Maß festlegen.By the mentioned limitation of the power loss in the Voltage limiting circuit allows self-heating of the electronic ballast to a very small extent establish.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfin dung ergeben sich aus der Zeichnung der Beschreibung oder unter Ansprüchen.Details of advantageous embodiments of the invention dung result from the drawing of the description or under claims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing illustrated. Show it:

Fig. 1 ein elektronisches Vorschaltgerät mit spannungs begrenzter Wendelheizung als Prinzipschaltbild, FIG. 1 an electronic ballast with a limited-voltage coil heating Block diagram,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Vorschaltge räts nach Fig. 1 als Prinzipschaltbild, Fig. 2 shows a modified embodiment of the Vorschaltge Raets of FIG. 1 as a schematic diagram,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines dimmbaren elek tronischen Vorschaltgeräts mit spannungsbegrenzter Elektrodenheizung als Prinzipschaltbild und Fig. 3 shows a further embodiment of a dimmable electronic ballast with voltage-limited electrode heating as a schematic and

Fig. 4 den Verlauf des Lampenstroms und des Heizstroms der Gasentladungslampe an dem elektronischen Vorschalt gerät nach Fig. 1 bis 3 als Prinzipdarstellung in einem Diagramm. Fig. 4 shows the course of the lamp current and the heating current of the gas discharge lamp on the electronic ballast according to Fig. 1 to 3 as a schematic diagram.

In Fig. 1 ist ein elektronisches Vorschaltgerät 1 ver anschaulicht, das zur Speisung einer Leuchtstofflampe 2 dient. Diese weist zwei Elektroden 3, 4 auf, die als Heizwen deln ausgebildet sind, und somit ihre eigene Elektrodenhei zung darstellen. Jede Elektrode 3, 4 weist dazu zwei An schlüsse 5, 6; 7, 8 auf.In Fig. 1, an electronic ballast 1 is illustrated ver, which is used to feed a fluorescent lamp 2 . This has two electrodes 3 , 4 , which are designed as Heizwen, and thus represent their own electrode heating. Each electrode 3 , 4 has two connections 5 , 6 ; 7 , 8 on.

Die Leuchtstofflampe 2 ist mit ihrem Anschluss 8 an ein Bezugspotential z. B. Masse angeschlossen. Mit ihrem Anschluss 6 der anderen Elektrode 3 ist sie über einen Koppelkondensa tor CK an einen Serienresonanzkreiz LC angeschlossen. Dieser ist seinerseits an den Ausgang einer als Wechselspannungs quelle 9 dienenden Wechselrichterhalbbrücke angeschlossen, die zwei in Reihe geschaltete Schalttransistoren T1, T2 auf weist. Die Wechselspannungsquelle 9 ist von einem Gleichspan nungszwischenkreis 11 mit einer Gleichspannung von beispiels weise etwas über 400 Volt gegen Masse versorgt.The fluorescent lamp 2 is, to a reference potential with the connection. 8 B. ground connected. With its connection 6 of the other electrode 3 , it is connected via a coupling capacitor CK to a series resonance stimulus LC. This in turn is connected to the output of an inverter half-bridge serving as an AC voltage source 9 , which has two switching transistors T1, T2 connected in series. The AC voltage source 9 is supplied by a DC voltage intermediate circuit 11 with a DC voltage of, for example, just over 400 volts to ground.

Zu dem Gleichspannungszwischenkreis 11 gehört ein Netz gleichrichter 12, der eingangsseitig mit einer Netzspannungs versorgung zu verbinden ist. An den Netzgleichrichter 12 ist ein so genannter Hochsetzsteller 14 angeschlossen, zu dem eine Wandlerdrossel mit einer Hauptwicklung L2.1, ein gesteu ertes Schaltelement 15, wie beispielsweise ein Transistor, eine Freilaufdiode 16 und ein Ladekondensator 17 gehören. Das Schaltelement 15 ist von einer Steuerschaltung 18 gesteuert, die ihrerseits den Stromfluss in der Hauptwicklung L2.1 der Wandlerdrossel über eine Messwicklung 2.2 erfasst. Der Hoch setzsteller 14 ist als Drosselwandler ausgebildet.To the DC voltage intermediate circuit 11 includes a mains rectifier 12 , which is to be connected on the input side to a mains voltage supply. A so-called step-up converter 14 is connected to the line rectifier 12 , which includes a converter choke with a main winding L2.1, a controlled switching element 15 , such as a transistor, a free-wheeling diode 16 and a charging capacitor 17 . The switching element 15 is controlled by a control circuit 18 , which in turn detects the current flow in the main winding L2.1 of the converter choke via a measuring winding 2.2 . The step-up converter 14 is designed as a choke converter.

Die Transistoren T1, T2 der Wechselspannungsquelle 9 sind von einer Steuereinrichtung 19 so gesteuert, dass sie abwechselnd öffnen und schließen. An dem Ausgang der Wechselspannungsquelle 9 erscheint damit abwechselnd die Gleichspan nung des Gleichspannungszwischenkreises 11 und Massepotenti al. Die Umschaltfrequenz liegt in einem Bereich oberhalb 20 kHz, jedenfalls aber oberhalb einer maximalen Hörfrequenz.The transistors T1, T2 of the AC voltage source 9 are controlled by a control device 19 in such a way that they open and close alternately. At the output of the AC voltage source 9 appears alternately the DC voltage of the DC link 11 and ground potential al. The switching frequency is in a range above 20 kHz, but in any case above a maximum listening frequency.

Die Steuereinrichtung 19 weist einen Steuereingang 21 auf, der z. B. der Einstellung der Lampenhelligkeit der Leuchtstofflampe 2 dient. Durch ein Signal an dem Steuerein gang 21 ist die Schaltfrequenz beeinflussbar, mit der die Steuereinrichtung 19 die Transistoren T1, T2 der Wechselrich terhalbbrücke umschaltet.The control device 19 has a control input 21 which, for. B. serves to adjust the lamp brightness of the fluorescent lamp 2 . By a signal on the Steuerein gear 21, the switching frequency can be influenced, at which the controller 19 switches the transistors T1, T2 of the alternating Rich terhalbbrücke.

Der an die Wechselspannungsquelle 9 angeschlossene Se rienresonanzkreis LC ist durch die Reihenschaltung aus einem Spulenbauelement L mit der Primärwicklung L1.1 und dem Reso nanzkondensator C gebildet. Von dem Verbindungspunkt V zwi schen der Primärwicklung L1.1 und dem Resonanzkondensator C zweigt der Koppelkondensator CK ab. Der Serienresonanzkreis LC ist so bemessen, dass seine Resonanzfrequenz etwa im Be reich der Schaltfrequenz der Wechselspannungsquelle 9 liegt, wenn die Leuchtstofflampe 2 mit voller Leistung betrieben wird oder gezündet werden soll.The connected to the AC voltage source 9 series resonance circuit LC is formed by the series connection of a coil component L with the primary winding L1.1 and the resonance capacitor C. The coupling capacitor CK branches off from the connection point V between the primary winding L1.1 and the resonance capacitor C. The series resonance circuit LC is dimensioned such that its resonance frequency is approximately in the range of the switching frequency of the AC voltage source 9 when the fluorescent lamp 2 is operated at full power or is to be ignited.

Das Spulenbauelement L ist als Transformator ausgebil det. Auf dem Kern der Primärwicklung L1.1 sitzen außerdem zwei Sekundärwicklungen L1.2, L1.3. Diese dienen als Heiz wicklungen für die Elektroden 3, 4 und gehören somit jeweils zu einem Heizzweig 22, 23.The coil component L is ausgebil det as a transformer. Two secondary windings L1.2, L1.3 are also located on the core of the primary winding L1.1. These serve as heating windings for the electrodes 3 , 4 and thus each belong to a heating branch 22 , 23 .

Der Heizzweig 22 ist der Elektrode 3 zugeordnet. Ent sprechend ist der Heizzweig 23 der Elektrode 4 zugeordnet. In jedem Heizzweig 22, 23 ist jeweils eine Spannungsbegrenzungs einrichtung 24, 25 angeordnet, die dazu dient, die an der jeweiligen Elektrode 3, 4 auftretende Heizspannung auf einen Maximalwert zu begrenzen. Die Spannungsbegrenzungseinrichtung 24 weist zwei Z-Dioden DZ1, DZ2 auf, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Zu den Dioden DZ1 und DZ2 kann zur Strom begrenzung ein Kondensator C1 (Fig. 1) oder auch ein Wider stand oder ein anderes Bauelement in Reihe geschaltet sein. Die so gebildete Reihenschaltung ist zu der Elektrode 3 par allel geschaltet.The heating branch 22 is assigned to the electrode 3 . Accordingly, the heating branch 23 of the electrode 4 is assigned. In each heating branch 22 , 23 a voltage limiting device 24 , 25 is arranged, which serves to limit the heating voltage occurring at the respective electrode 3 , 4 to a maximum value. The voltage limiting device 24 has two Zener diodes DZ1, DZ2, which are connected in series in opposite directions. To the diodes DZ1 and DZ2, a capacitor C1 ( FIG. 1) or a resistor or another component can be connected in series to limit the current. The series circuit thus formed is connected to the electrode 3 par allel.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtung 25 weist ebenfalls zwei Z-Dioden DZ3, DZ4 auf, die miteinander gegensinnig in Reihe geschaltet und parallel zu der Heizwendel 4 geschaltet sind. Zu den Dioden DZ3 und DZ4 kann zur Strombegrenzung ein Kondensator C1 (Fig. 1) oder auch ein Widerstand oder ein anderes Bauelement in Reihe geschaltet sein.The voltage limiting device 25 also has two Z diodes DZ3, DZ4, which are connected in series with one another in opposite directions and are connected in parallel with the heating coil 4 . A capacitor C1 ( FIG. 1) or also a resistor or another component can be connected in series with the diodes DZ3 and DZ4 for current limitation.

In dem Heizzweig 22, 23 ist außerdem jeweils ein als frequenzabhängiger Vorwiderstand dienender Kondensator 26, 27 angeordnet. Der Kondensator 26 ist mit der Spule L1.2 in Rei he geschaltet, während der Kondensator 27 mit der Spule L1.3 in Reihe geschaltet ist.In addition, a capacitor 26 , 27 serving as a frequency-dependent series resistor is arranged in the heating branch 22 , 23 . The capacitor 26 is connected in series with the coil L1.2, while the capacitor 27 is connected in series with the coil L1.3.

Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 arbeitet wie folgt:The ballast 1 described so far works as follows:

Es wird zunächst angenommen, dass die Leuchtstofflampe 2 noch nicht gezündet ist, und das Vorschaltgerät 1 seinen Betrieb aufnimmt. Dabei wird zunächst in dem Gleichspannungszwischen kreis 11 auf dem Ladekondensator 17 eine Gleichspannung auf gebaut. Zeitgleich, oder spätestens wenn diese ihren Mindest wert erreicht hat, beginnt die Steuereinrichtung 19 die Schalttransistoren T1, T2 gegenphasig und abwechselnd ein und aus zu schalten. Die Schaltfrequenz entspricht dabei etwa der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises LC. Die Leucht stofflampe 2 ist zunächst noch nicht stromleitend, so dass der Verbindungspunkt zwischen der Primärwicklung L1.l und dem Resonanzkondensator C nicht wesentlich belastet ist. Über der Primärwicklung L1.1 des Spulenbauelements L fällt somit eine relativ hohe Resonanzspannung ab. Eine entsprechend hohe Spannung steht an den Sekundärwicklungen L1.2, L1.3 ein. Die hiermit erzeugte Spannung ist vorzugsweise etwa so groß wie die von den Spannungsbegrenzungseinrichtungen 24, 25 festge legte maximale Heizwendelspannung. Bedarfsweise kann die er zeugte Spannung auch etwas größer sein. Die Kondensatoren 26, 27 verhindern dabei eine zu große Bedämpfung des Serienreso nanzkreises LC durch die Spannungsbegrenzungseinrichtungen 24, 25, indem sie den Strom begrenzen, der den Sekundärwick lungen L1.2, L1.3 entnommen wird.It is initially assumed that the fluorescent lamp 2 has not yet been ignited and the ballast 1 is starting to operate. First, a DC voltage is built on in the DC voltage intermediate circuit 11 on the charging capacitor 17 . At the same time, or at the latest when it has reached its minimum value, the control device 19 begins to switch the switching transistors T1, T2 in phase opposition and alternately on and off. The switching frequency corresponds approximately to the resonance frequency of the series resonance circuit LC. The fluorescent lamp 2 is initially not yet conductive, so that the connection point between the primary winding L1.l and the resonance capacitor C is not significantly loaded. A relatively high resonance voltage thus drops across the primary winding L1.1 of the coil component L. A correspondingly high voltage is applied to the secondary windings L1.2, L1.3. The voltage generated in this way is preferably approximately as large as the maximum heating coil voltage set by the voltage limiting devices 24 , 25 . If necessary, the generated voltage can also be somewhat larger. The capacitors 26 , 27 prevent excessive damping of the series resonance circuit LC by the voltage limiting devices 24 , 25 by limiting the current that is taken from the secondary windings L1.2, L1.3.

In diesem Betriebszustand erhalten die Heizwendeln 3, 4 ihre volle Heizleistung und erwärmen sich schnell. Die an dem Verbindungspunkt V anstehende Wechselspannung weist eine deutliche Resonanzüberhöhung auf und bewirkt somit das Zünden der Leuchtstofflampe 2.In this operating state, the heating coils 3 , 4 receive their full heating power and heat up quickly. The AC voltage present at the connection point V has a significant resonance increase and thus causes the fluorescent lamp 2 to be ignited.

Ist die Leuchtstofflampe 2 gezündet, wird der Serienre sonanzkreis LC soweit gedämpft, dass die Spannung über der Primärwicklung L1.1 abnimmt. Entsprechend nehmen die Sekun därspannungen L1.2 und L1.3 unter den von den Spannungsbe grenzungseinrichtungen 24, 25 festgelegten Wert ab. Die Hei zung der Elektroden 3, 4 wird somit reduziert. Die weitere Gasentladung wird aufgrund des sich einstellenden relativ hohen Lampenstroms aufrecht erhalten. Gegebenenfalls bewirkt dieser Lampenstrom auch eine Erwärmung der Elektroden 3, 4 bzw. eine Warmhaltung derselben auf ausreichende Werte. Die Heizströme in den Heizzweigen 22, 23 können deshalb auf nahezu null oder zumindest relativ geringe Werte reduziert wer den. Dieser Effekt stellt sich automatisch durch die nach dem Zünden erfolgte Verringerung der Primärspannung an der Wick lung 1.1 ein.If the fluorescent lamp 2 is ignited, the series resonance circuit LC is damped to such an extent that the voltage across the primary winding L1.1 decreases. Accordingly, the secondary voltages L1.2 and L1.3 decrease below the value defined by the voltage limiting devices 24 , 25 . The heating of the electrodes 3 , 4 is thus reduced. The further gas discharge is maintained due to the relatively high lamp current that arises. If necessary, this lamp current also causes the electrodes 3 , 4 to be heated or kept warm to sufficient values. The heating currents in the heating branches 22 , 23 can therefore be reduced to almost zero or at least relatively low values. This effect arises automatically through the reduction of the primary voltage on the winding 1.1 after ignition.

Die Heizzweige 22, 23 und die in diesen enthaltenen Spannungsbegrenzungseinrichtungen 24, 25 bewirken ein siche res Starten der Leuchtstofflampe 2 indem sie einerseits eine gute Vorheizung der Elektroden 3, 4 sicherstellen und ande rerseits eine zu starke Beheizung verhindern. Lampenschonen des Zünden wird ermöglicht.The heating branches 22 , 23 and the voltage limiting devices 24 , 25 contained in them bring about a safe res starting of the fluorescent lamp 2 by, on the one hand, ensuring good preheating of the electrodes 3 , 4 and, on the other hand, preventing excessive heating. Lighting the lamp is possible.

Darüber hinaus ermöglichen die Heizzweige 22, 23 mit den darin vorgesehenen Spannungsbegrenzungseinrichtungen 24, 25 einen sicheren Dimmbetrieb der Leuchtstofflampe 2 bis zu sehr hohen Dimmgraden. Zur Erläuterung wird auf Fig. 4 verwiesen. Diese veranschaulicht den Betrag des Lampenstroms I_L sowie des Heizstroms I_H in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz f (Schaltfrequenz der Wechselspannungsquelle 9). Soll die Gas entladungslampe 2 mit ihrem Nennbetriebsstrom I_LNenn betrieben werden, steuert die Steuereinrichtung 19 die Schalttransisto ren T1, T2 mit einer Schaltfrequenz f₀ an, die z. B. mit der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises LC übereinstimmt. Wie erläutert ergibt sich dabei nach dem Zünden der Leucht stofflampe 2 ein niedriger Heizstrom I_H.In addition, the heating branches 22 , 23 with the voltage limiting devices 24 , 25 provided therein enable safe dimming operation of the fluorescent lamp 2 up to very high degrees of dimming. For an explanation, reference is made to FIG. 4. This illustrates the magnitude of the lamp current I _L and the heating current I _H as a function of the operating frequency f (switching frequency of the AC voltage source 9 ). If the gas discharge lamp 2 is to be operated with its nominal _operating current I _LNom , the control _device 19 controls the switching transistors T1, T2 with a switching frequency f ₀ , which, for. B. matches the resonance frequency of the series resonance circuit LC. As explained, this results in a low heating current I _H after the lighting of the fluorescent lamp 2 .

Soll die Lichtleistung der Leuchtstofflampe 2 verringert werden, erhält die Steuereinrichtung 19 ein entsprechendes Eingangssignal an den Steuereingang 21. Die Steuereinrichtung 19 erhöht in Folge dessen die Schaltfrequenz f auf einen Wert oberhalb der Betriebsfrequenz f₀. Der Blindwiderstand der Pri märwicklung L1.1 nimmt dadurch zu - umgekehrt reduziert sich der Betrag des Lampenstroms I_L. Mit zunehmendem Blindwiderstand der Primärwicklung L1.1 steigt der Spannungsabfall über dieser an. Im gleichen Maße steigen die Spannungen an den Sekundärwicklungen L1.2, L1.3. Die Heizzweige 22, 23 werden dadurch mit höheren Eingangsspannungen gespeist wobei diese noch unterhalb der Begrenzungsspannung der Spannungsbegren zungseinrichtungen 24, 25 liegen. Die Heizspannungen an den Elektroden 3, 4 nehmen dadurch mit zunehmender Frequenz f zu, wie Fig. 4 durch einen Kurvenast I angedeutet ist.If the light output of the fluorescent lamp 2 is to be reduced, the control device 19 receives a corresponding input signal at the control input 21 . As a result, the control device 19 increases the switching frequency f to a value above the operating frequency f ₀ . The reactance of the primary winding L1.1 increases as a result - conversely, the amount of lamp current I _{L is} reduced. As the reactance of the primary winding L1.1 increases, the voltage drop across it increases. The voltages on the secondary windings L1.2, L1.3 increase to the same extent. The heating branches 22 , 23 are thereby fed with higher input voltages, which are still below the limiting voltage of the voltage limiting devices 24 , 25 . The heating voltages at the electrodes 3 , 4 thereby increase with increasing frequency f, as indicated in FIG. 4 by a curve branch I.

Mit zunehmender Dimmung, d. h. zunehmender Schaltfrequenz f nimmt die Impedanz des Kondensators C26, C27 weiter ab und die Spannung in den Heizzweigen 22, 23 steigt immer weiter an, bis die Spannungsbegrenzungseinrichtung 24, 25 bei einer Grenzfrequenz f_g beginnen, die Heizspannungen der Elektroden 3, 4 zu begrenzen. Dieser Einsatzpunkt, bzw. diese Grenz- oder Einsatzfrequenz f_g ist vorzugsweise so gewählt, dass sie etwas unterhalb der Betriebsfrequenz liegt, bei der die Elek troden 3, 4 ihre volle Heizleistung benötigen. Dies ist bei spielsweise bei 50% Dimmstufe oder auch bei höheren Dimm stufen (beispielsweise 60, 70 oder 80%) der Fall. Bedarfs weise kann dies lampenspezifisch bzw. lampentypisch oder se rienspezifisch festgelegt werden.With increasing dimming, ie increasing switching frequency f, the impedance of the capacitor C26, C27 continues to decrease and the voltage in the heating branches 22 , 23 continues to rise until the voltage limiting device 24 , 25 begins at a limit frequency f _g , the heating voltages of the electrodes 3 To limit 4 . This point of use, or this limit or use frequency f _g is preferably selected so that it is slightly below the operating frequency at which the electrodes 3 , 4 require their full heating power. This is the case for example with 50% dimming level or also with higher dimming levels (for example 60, 70 or 80%). If necessary, this can be determined lamp-specific or lamp-specific or series-specific.

Steigt die Frequenz bei noch höherer Dimmung (Leistungs verringerung) über die Grenzfrequenz f_g an, begrenzen die Spannungsbegrenzungseinrichtungen 24, 25 die Heizspannung auf ihren Maximalwert, so dass der Heizstrom I_H nicht weiter an steigt sondern bei seinem Maximalwert etwa konstant bleibt. Eine Zerstörung oder Beschädigung der Elektroden 3, 4 wird dadurch ausgeschlossen. Dies auch bei reichlicher Überdimen sionierung bei Speisung der Heizkreise 22, 23, d. h. bei ro buster und toleranzunempfindlicher Auslegung des Vorschaltge räts. If the frequency increases with even higher dimming (power reduction) above the cut-off frequency f _g , the voltage limiting devices 24 , 25 limit the heating voltage to its maximum value, so that the heating current I _H does not increase further but remains approximately constant at its maximum value. This prevents the electrodes 3 , 4 from being destroyed or damaged. This also with ample overdimensioning when supplying the heating circuits 22 , 23 , ie with robust and tolerance-insensitive design of the ballast.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Vorschaltgeräts 1 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Soweit dieses Vorschaltgerät mit dem vorstehend beschriebenen Vorschaltgerät 1 überein stimmt, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Im folgenden werden lediglich vorhandene Unterschiede erläutert:
Bei dem Vorschaltgerät 1 nach Fig. 2 fehlen in den Heizzweigen 22, 23 die als Strombegrenzung und Vorwiderstand dienenden Kondensatoren 26, 27. Anstelle derselben weist das Spulenbauelement L eine etwas erhöhte Streuinduktivität zwi schen der Primärwicklung L1.1 und den Sekundärwicklungen L1.2, L1.3 auf. Damit dient die Streuinduktivität des Spulen bauelements L als Vorwiderstand in den Heizzweigen 22, 23. Es hat funktionelle Konsequenzen. Bei dem vorbeschriebenen Vor schaltgerät nach Fig. 1 nimmt die Heizspannung mit zunehmen der Betriebsfrequenz f wegen des zunehmenden Spannungsabfalls an dem Spulenbauelement L sowie der sich tendenziell mit zu nehmender Frequenz verringernden Impedanz der Kondensatoren 26 und 27 zu. Letzterer Effekt fällt bei dem Vorschaltgerät nach Fig. 2 weg. Der Anstieg des Betrags des Heizstroms I_H kann deshalb flacher ausfallen als in Fig. 4 ver anschaulicht.A modified embodiment of the ballast 1 is illustrated in FIG. 2. Insofar as this ballast matches the ballast 1 described above, reference is made to the above description based on the same reference numerals. Only the existing differences are explained below:
In the ballast 1 according to FIG. 2, the capacitors 26 , 27 serving as current limitation and series resistor are missing in the heating branches 22 , 23 . Instead of the same, the coil component L has a somewhat increased leakage inductance between the primary winding L1.1 and the secondary windings L1.2, L1.3. The leakage inductance of the coil component L thus serves as a series resistor in the heating branches 22 , 23 . It has functional ramifications. In the above mentioned before switching device according to Fig. 1 takes the filament voltage with increase of the operating frequency f due to the increasing voltage drop across the coil component L and the tends to be taken with decreasing frequency impedance of the capacitors 26 and 27. The latter effect is eliminated in the ballast according to FIG. 2. The increase in the amount of heating current I _H can therefore be flatter than shown in Fig. 4 ver.

Eine weitere Ausführungsform eines elektronischen Vor schaltgeräts ist in Fig. 3 veranschaulicht. Dieses Vor schaltgerät 1 unterscheidet sich von den vorstehend beschrie benen Vorschaltgeräten lediglich durch die Speisung der Heiz kreise 22, 23. Es wird deshalb im Übrigen auf die Bau- und Funktionsbeschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 verwiesen. Im folgenden werden die Unterschiede erläutert: Another embodiment of an electronic ballast is illustrated in FIG. 3. Before ballast 1 differs from the ballasts described above only in the supply of heating circuits 22 , 23rd For the rest, reference is therefore made to the construction and functional description in connection with FIGS. 1 and 2. The differences are explained below:

Bei dem Vorschaltgerät nach Fig. 3 ist an die Wechsel spannungsquelle 9 der Serienresonanzkreis LC und parallel zu diesem ein Transformator T zur Speisung der Heizzweige 22, 23 angeschlossen. Der Transformator T weist eine Primärwicklung L3.1 auf, die mit einem Ende gegen Masse und mit ihrem ande ren Ende über einen Koppelkondensator CK1 an den Ausgang der Wechselspannungsquelle 9 angeschlossen ist. Die Sekundärwick lungen L3.2, L3.3 bilden die Eingänge der Heizzweige 22, 23 und speisen über die Kondensatoren 26, 27 und die Spannungs begrenzungseinrichtungen 24, 25 die Elektroden 3, 4.In the ballast of FIG. 3 is connected to the AC voltage source 9 of the LC series resonant circuit and parallel thereto, a transformer T for feeding the Heizzweige 22, connected 23rd The transformer T has a primary winding L3.1, which is connected at one end to ground and at its other end via a coupling capacitor CK1 to the output of the AC voltage source 9 . The secondary windings L3.2, L3.3 form the inputs of the heating branches 22 , 23 and feed via the capacitors 26 , 27 and the voltage limiting devices 24 , 25 to the electrodes 3 , 4 .

Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt in der lastunabhängigen Speisung der Heizzweige 22, 23. Unabhängig von der an dem Spulenbauelement L abfallenden Spannung ent spricht die Primärspannung des Transformators T im Wesentli chen der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle 9. Die Bedämpfung des Serienresonanzkreises LC im Zündfalle ist im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsformen geringer. Dies kann Vorteile haben wenn hohe Zündspannungen erforderlich sind.The peculiarity of this embodiment lies in the load-independent feeding of the heating branches 22 , 23 . Regardless of the voltage drop across the coil component L, the primary voltage of the transformer T corresponds essentially to the output voltage of the AC voltage source 9 . The damping of the series resonance circuit LC in the event of an ignition is less in comparison to the embodiments described above. This can have advantages if high ignition voltages are required.

Das veranschaulichte Prinzip zur Elektrodenheizung kann auch bei Vorschaltgeräten Anwendung finden, die für den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Leuchtstofflampen eingerich tet sind. Die Lampen sind dann vorzugsweise in zueinander parallel geschalteten Lampenzweigen angeordnet. Es ist jedoch auch möglich mehrere Leuchtstofflampen in einem Lampenzweig in Reihe zu schalten.The principle illustrated for electrode heating can can also be used for ballasts used for the simultaneous operation of several fluorescent lamps are. The lamps are then preferably in relation to one another lamp branches connected in parallel. However, it is it is also possible to have several fluorescent lamps in one lamp branch to connect in series.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät 1 ist für Leucht stofflampen 2 mit heizbaren Elektroden 3, 4 vorgesehen. Zur Heizung der Elektroden 3, 4 sind Heizzweige 22, 23 vorgese hen, die von der gleichen Wechselspannungsquelle 9 gespeist werden, die auch den Betriebsstrom der Leuchtstofflampe 2 liefert. In den Heizzweigen sind Spannungsbegrenzungseinrich tungen 24, 25 sowie fakultativ Strombegrenzungseinrichtungen z. B. in Form von Kondensatorbauelementen 26, 27 angeordnet.The ballast 1 according to the invention is provided for fluorescent lamps 2 with heated electrodes 3 , 4 . For heating the electrodes 3 , 4 , heating branches 22 , 23 are provided, which are fed by the same AC voltage source 9 , which also supplies the operating current of the fluorescent lamp 2 . In the heating branches are voltage limiting devices 24 , 25 and optional current limiting devices such. B. arranged in the form of capacitor components 26 , 27 .

Die derartig ausgebildeten Heizzweige 22, 23 bilden eine schaltfrequenzabhängige und somit eine lampenstromabhängig gesteuerte Elektrodenvorheizung mit Spannungsbegrenzung. Sie gestatten ein sicheres Zünden und einen sicheren Betrieb auch bei hohen Dimmstufen.The heating branches 22 , 23 designed in this way form an electrode preheating which is controlled by the switching frequency and is therefore controlled by the lamp current and has voltage limitation. They allow safe ignition and safe operation even at high dimming levels.

Claims

1. ballast ( 1 ) for gas discharge lamps ( 2 ) with at least one electrode heater for each electrode ( 3 , 4 ), in particular fluorescent lamps ( 2 ),
with an AC voltage source ( 9 ) controllable frequency for supplying at least one gas discharge lamp ( 2 ),
with a heating branch ( 22 , 23 ), which is connected to the AC voltage source ( 9 ), for feeding the electrode heating ( 3 , 4 ), and
with a voltage limiting device ( 24 , 25 ) arranged in the heating branch ( 22 , 23 ).

2. Ballast according to claim 1, characterized in that the AC voltage source ( 9 ) has an inverter circuit with at least two controllable switches (T1, T2) and a control circuit ( 19 ) for controlling the switches (T1, T2).

3. Ballast according to claim 2, characterized in that the control circuit ( 19 ) determines the switching frequency of the controllable switches (T1, T2) for determining the operating mode of the ballast ( 1 ).

4. Ballast according to claim 1, characterized in that the gas discharge lamp ( 2 ) is connected via a series resonance circuit (LC) to the AC voltage source ( 9 ).

5. Ballast according to claim 3 and 4, characterized in that the control circuit ( 19 ) to reduce the lamp brightness, the switching frequency (f) of the switches (T1, T2) increases brightness compared to an operating mode with higher lamps.

6. Ballast according to claim 1, characterized in that in the heating branch ( 22 , 23 ) at least one series resistor ( 26 , 27 ) is effective.

7. Ballast according to claim 6, characterized in that in the heating branch ( 22 , 23 ) effective series resistor was a reactance.

8. Ballast according to claim 7, characterized in that the reactance is formed by the capacitance of a capacitor component ( 26 , 27 ).

9. Ballast according to claim 7, characterized in that the reactance through the inductance of a Coil component (L) is formed.

10. Ballast according to claim 9, characterized in that the coil component (L; T) with a transformer at least two windings (L1.1, L1.2; L3.1, L3.2) ge is and that the reactance through the Stray inductance of the transformer (L, T) is formed is.

11. Ballast according to claim 1, characterized in that the heating branch is connected via a transformer (L, T) to the AC voltage source ( 9 ).

12. Ballast according to claim 1, characterized in that the voltage limiting device ( 24 , 25 ) we has at least one component (DZ1) with a non-linear current / voltage characteristic.

13. Ballast according to claim 12, characterized in that the voltage limiting device at least one Zener diode (DZ1) contains.

14. Ballast according to claim 13, characterized in that the voltage limiting device ( 24 ; 25 ) contains two Z diodes (DZ1, DZ2; DZ3, DZ4) which are connected in series in opposite directions.

15. Ballast according to claim 14, characterized in that the series connection of the Zener diodes (DZ1, DZ2; DZ3, DZ4) is connected in parallel to the electrode heater ( 3 , 4 ).

16. Ballast according to claim 1, characterized in that the voltage limiting circuit ( 24 , 25 ) is designed such that it is ineffective when the lamp current has its nominal operating value.

17. Ballast according to claim 15, characterized in that the series connection of the Z diodes (DZ1, DZ2; DZ3, DZ4) each with a current limiting component (C1, C2) are connected in series.