DE10300249B4

DE10300249B4 - Electronic ballast for several gas discharge lamps

Info

Publication number: DE10300249B4
Application number: DE10300249A
Authority: DE
Inventors: Falk Dipl.-Ing. Richter
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: DE10300249A1

Abstract

Elektronisches Vorschaltgerät für mindestens zwei Gasentladungslampen (LA1, LA2) mit
einem Wechselrichter (S1, S2) zum Erzeugen einer Versorgungswechselspannung sowie
einem an den Ausgang des Wechselrichters (S1, S2) angeschlossenen und Anschlusskontakte für die Gasentladungslampen (LA1, LA2) aufweisenden Lastkreis,
gekennzeichnet durch
einen in dem Lastkreis angeordneten Übertrager (T1), über den eine der Gasentladungslampen (LA1, LA2) an die Versorgungswechselspannung gekoppelt ist und zu dessen Primärwicklung (Lp) die weitere(n) Gasentladungslampen) (LA2) in Serie angeordnet ist bzw. sind.Electronic ballast for at least two gas discharge lamps (LA1, LA2) with
an inverter (S1, S2) for generating an alternating supply voltage and
a load circuit connected to the output of the inverter (S1, S2) and having connection contacts for the gas discharge lamps (LA1, LA2),
marked by
a arranged in the load circuit transformer (T1) via which one of the gas discharge lamps (LA1, LA2) is coupled to the AC supply voltage and to the primary winding (Lp) the further (n) gas discharge lamps (LA2) is arranged in series or are.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to an electronic ballast for operation of at least two gas discharge lamps according to the preamble of the claim 1.

Der Einsatz elektronischer Vorschaltgeräte zum Betreiben von Gasentladungslampen führt aufgrund von reduzierten Vorschaltgeräteverlusten sowie einem verbesserten Lampenwirkungsgrad zu beträchtlichen Energieeinsparungen. Den Eingang eines typischen elektronischen Vorschaltgerätes bildet ein an das Spannungsversorgungsnetz angeschlossenes Hochfrequenzfilter, welches mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die von der Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Versorgungsspannung wird einer Glättungsschaltung zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung zugeführt. Ein mit der Zwischenkreisspannung gespeister Wechselrichter erzeugt schließlich eine hochfrequente Wechselspannung, welche an den Lastkreis mit der daran angeordneten Gasentladungslampe angelegt wird. Das Betreiben mit der hochfrequenten Wechselspannung hat eine Verringerung der Elekrodenverluste sowie eine Steigerung der Lichtausbeute in der positiven Säule der Gasentladungslampe zur Folge. Durch eine Änderung der Frequenz ist darüber hinaus die Möglichkeit gegeben, die Lampe in unterschiedlichen Helligkeitsstufen zu betreiben.Of the Use of electronic ballasts for the operation of gas discharge lamps leads due reduced ballast losses and improved lamp efficiency to considerable Energy savings. The entrance of a typical electronic ballast forms a high-frequency filter connected to the power supply network, which is connected to a rectifier circuit. The of the rectifier circuit rectified supply voltage becomes a smoothing circuit supplied for generating an intermediate circuit voltage. One with the DC link voltage powered inverter eventually generates a high frequency AC voltage, which to the load circuit with the gas discharge lamp arranged thereon is created. The operation with the high-frequency AC voltage has a reduction in the loss of electrodes and an increase in the Luminous efficacy in the positive column the gas discharge lamp result. By changing the frequency is beyond the possibility given to operate the lamp in different brightness levels.

Es sind Vorschaltgeräte bekannt, die zwei oder mehrere Lampen gleichzeitig betreiben können. Durch den Einsatz dieser sogenannten zwei- oder mehrflammigen Vorschaltgeräte kann in einem gewissen Umfang eine Reduzierung des Schaltungsaufwands erzielt werden. Der Vorteil gegenüber der Verwendung von Vorschaltgeräten, die jeweils lediglich eine einzige Gasentladungslampe ansteuern, besteht darin, dass ein Großteil der Komponenten des Vorschaltgeräts, wie bspw. der Gleichrichter, das Oberwellenfilter, die Steuerschaltung und der Wechselrichter zum Betreiben mehrerer Lampen gleichzeitig verwendet werden kann.It are ballasts known that can operate two or more lamps at the same time. By the use of these so-called two- or multi-lamp ballasts can to a certain extent a reduction of the circuit complexity be achieved. The advantage over the use of ballasts, the each drive only a single gas discharge lamp, there is in that, a lot the components of the ballast, such as the rectifier, the harmonic filter, the control circuit and the inverter for driving multiple lamps simultaneously can be used.

Oftmals werden die Lampen bei einem derartigen zwei- oder mehrflammigen Vorschaltgerät in Serie geschaltet. Beispiele für gattungsgemäße Vorschaltgeräte mit einer Serienschaltung von zwei Entladungslampen finden sich in der DE 44 25 859 A1 und der EP 0 440 244 A2 . Aufgrund dieser Serienschaltung ist allerdings auch eine der Zahl der Lampen entsprechende erhöhte Betriebsspannung erforderlich. Dies bedeutet wiederum, dass an derjenigen Lampe, die am „heißen Ende” sitzt, also auf dem höchsten Potential gegenüber Masse liegt, sehr hohe Spannungsunterschiede gegenüber der Umgebung auftreten. Da die Lampenzuführungen außerhalb des Betriebsgerätes und damit in der Nähe von masseführenden Teilen des Lampenhalters liegen, kann es zu kapazitiven Strömen gegenüber Masse oder zu einem Vorglimmen vor dem eigentlichen Zünden der Lampe kommen, was unerwünscht ist. Ein weiterer Nachteil bei dimmbaren Geräten ist der, dass aufgrund der kapazitiven Ströme eine ungleiche Dämmung an den einzelnen Lampen festzustellen ist. Die hohen Potentialunterschiede erfordern ferner eine durch eine entsprechende Norm vorgeschriebene verstärkte Isolierung der Lampenzuführungen, so dass die Kostenvorteile bei Verwendung eines mehrflammigen Gerätes zumindest teilweise wieder verloren gehen.Often the lamps are connected in series in such a two- or multi-flame ballast. Examples of generic ballasts with a series circuit of two discharge lamps can be found in the DE 44 25 859 A1 and the EP 0 440 244 A2 , Due to this series connection, however, an increased operating voltage corresponding to the number of lamps is required. This in turn means that very high voltage differences with respect to the environment occur at the lamp which is at the "hot end", that is at the highest potential with respect to ground. Since the lamp feeders are outside of the operating device and thus in the vicinity of ground-carrying parts of the lamp holder, it can lead to capacitive currents to ground or to a Vorglimmen before the actual ignition of the lamp, which is undesirable. Another disadvantage of dimmable devices is that due to the capacitive currents unequal insulation is detected at the individual lamps. The high potential differences also require a prescribed by a corresponding standard reinforced insulation of the lamp feeders, so that the cost advantages are at least partially lost when using a multi-burner device.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein mehrflammiges elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von mindestens zwei Gasentladungslampen anzugeben, bei dem die oben geschilderten Nachteile vermieden werden.Of the The present invention is accordingly based on the object a multi-flame electronic ballast for operating at least specify two gas discharge lamps, in which the above Disadvantages are avoided.

Die Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltgerät, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Das Vorschaltgerät für mindestens zwei Gasentladungslampen weist zunächst einen Wechselrichter zum Erzeugen einer Versorgungswechselspannung sowie einen an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossenen und Anschlusskontakte für die Gasentladungslampen aufweisenden Lastkreis auf. Erfindungsgemäß ist in dem Lastkreis ein Übertrager angeordnet, über den eine der Gasentladungslampen an die Versorgungswechselspannung gekoppelt ist und zu dessen Primärwicklung die weiteren Gasentladungslampen in Serie angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird somit der an dem „heißen Ende” liegenden Gasentladungslampe ein Transformator vorgeschaltet, wodurch die an den Zuführungsleitungen für diese Lampe auftretenden Potentialunterschiede gegenüber Schutzerde bzw. Masse reduziert werden. Die weiteren Lampen können hingegen in der bisherigen Weise seriell versorgt werden.The Task is by an electronic ballast, which having the features of claim 1, solved. The ballast for at least two gas discharge lamps initially has an inverter for Generating an AC supply voltage and one to the output connected to the inverter and having connection contacts for the gas discharge lamps Load circuit on. According to the invention is in the Load circuit a transformer arranged over one of the gas discharge lamps to the AC supply voltage is coupled and its primary winding the other gas discharge lamps are arranged in series. According to the invention is thus the at the "hot end" lying Gas discharge lamp upstream of a transformer, causing the on the supply lines for this Lamp occurring potential differences compared to protective earth or ground reduced become. The other lamps can however, be serially supplied in the previous way.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme muss der Wechselrichter zwar nach wie vor eine hohe Betriebsspannung zur Verfügung stellen, um sämtliche Gasentladungslampen mit einer ausreichenden Spannung versorgen zu können. Allerdings wird hier das gefährdete Hochspannungsende vor den Übertrager und damit in das Betriebsgerät verlegt. Da hierbei eine bessere Isolierung als bei außerhalb des Betriebsgerätes verlaufenden spannungsführenden Kabeln möglich ist, ist keine zusätzliche Isolierung der außerhalb des Betriebsgerätes gelegenen Zuführungsleitungen notwendig. Abgesehen von dem Übertrager als zusätzliches Bauteil kommt somit der Kostenvorteil bei der Verwendung eines mehrflammigen Vorschaltgerätes voll zur Geltung.By the measure according to the invention must the inverter still has a high operating voltage to disposal put to everyone Supply gas discharge lamps with sufficient voltage can. However, here is the endangered High voltage end in front of the transformer and thus in the operating device laid. Since this is better insulation than outside of the operating device running live Cables possible is, is no additional insulation the outside of the operating device located supply lines necessary. Apart from the transformer as additional Component thus comes with the cost advantage of using a multi-flame ballast to the fullest.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So weist der Lastkreis vorzugsweise einen aus einer Resonanzdrossel und einem Resonanzkondensator bestehenden Serienresonanzkreis auf, wobei der Übertrager an den Verbindungspunkt zwischen der Drossel und dem Resonanzkondensator angeschlossen ist. Ferner kann der Lastkreis einen Koppelkondensator aufweisen, der entweder zwischen dem Serienresonanzkreis und dem Übertrager oder zwischen der Resonanzdrossel und dem Resonanzkondensator angeordnet sein kann, wobei im zweiten Fall der Übertrager an den Verbindungspunkt zwischen Koppelkondensator und Resonanzkondensator angeschlossen ist.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims. So does the A load circuit preferably comprises a series resonant circuit consisting of a resonant choke and a resonant capacitor, the transformer being connected to the connection point between the choke and the resonant capacitor. Furthermore, the load circuit may have a coupling capacitor which may be arranged either between the series resonant circuit and the transformer or between the resonance choke and the resonance capacitor, wherein in the second case the transformer is connected to the connection point between coupling capacitor and resonance capacitor.

Der Wechselrichter besteht vorzugsweise aus zwei in einer Halbbrücke angeordneten Schaltern, bei denen es sich insbesondere um Feldeffekttransistoren handeln kann.Of the Inverters preferably consist of two arranged in a half-bridge Switches, which are in particular field effect transistors can act.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen zweiflammigen elektronischen Vorschaltgeräts; 1 A first embodiment of a two-lamp electronic ballast according to the invention;

2 eine Variante des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels; und 2 a variant of in 1 illustrated embodiment; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Vorschaltgeräts zum Betreiben von drei Gasentladungslampen. 3 A second embodiment of a ballast for operating three gas discharge lamps.

Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung ähnelt in ihrem grundsätzlichen Aufbau bekannten Schaltungsanordnungen zum Betreiben von zwei Gasentladungslampen. Dem aus zwei in einer Halbbrückenanordnung angeordneten Schaltern S1 und S2 bestehenden Wechselrichter wird eine Gleichspannung U_BUS zugeführt. Durch ein abwechselndes Öffnen und Schließen der vorzugsweise als MOS-Feldeffekttransistoren ausgebildeten Schalter S1 und S2 wird eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die dem Lastkreis zugeführt wird. Der Lastkreis besteht zunächst aus einem aus einer Resonanzdrossel L1 und einem Resonanzkondensator C1 bestehenden Serienresonanzkreis, an dessen Mittelpunkt die Schaltungsanordnung mit den beiden Gasentladungslampen LA1 und LA2 anliegt. Die Verbindung zwischen der Schaltungsanordnung für die Lampen LA1, LA2 und dem Serienresonanzkreis erfolgt über einen Koppelkondensator C2.In the 1 Circuit arrangement shown in its basic structure is similar to known circuit arrangements for operating two gas discharge lamps. The inverter consisting of two switches S1 and S2 arranged in a half-bridge arrangement is supplied with a DC voltage U _BUS . By alternately opening and closing the switches S1 and S2, which are preferably designed as MOS field-effect transistors, a high-frequency alternating voltage is generated, which is supplied to the load circuit. The load circuit initially consists of a series resonant circuit consisting of a resonance choke L1 and a resonance capacitor C1, at the center of which the circuit arrangement with the two gas discharge lamps LA1 and LA2 is applied. The connection between the circuit arrangement for the lamps LA1, LA2 and the series resonant circuit via a coupling capacitor C2.

Die Schaltungsanordnung mit den beiden Gasentladungslampen LA1 und LA2 liegt parallel zu dem Resonanzkondensator C1 und weist eingangsseitig einen Übertrager T1 in Form eines Transformators auf. An die Sekundärwicklung LS ist die obere Lampe LA1 angeschlossen, die mit ihrer unteren Wendel W2 mit Masse verbunden ist. In Serie zu der Primärwicklung LP des Übertragers T1 befindet sich die zweite Gasentladungslampe LA2, die ebenfalls mit ihrer unteren Wendel W4 mit Masse verbunden ist. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung Anschlusskontakte K1 bis K8 auf, über die den Wendeln W1 bis W4 der beiden Gasentladungslampen LA1 und LA2 ein Heizstrom zum Vorheizen der Wendeln vor einer Zündung der Lampen LA1, LA2 zugeführt werden kann.The Circuit arrangement with the two gas discharge lamps LA1 and LA2 is parallel to the resonance capacitor C1 and has the input side a transformer T1 in the form of a transformer. To the secondary winding LS is connected to the upper lamp LA1, with its lower coil W2 is connected to ground. In series with the primary winding LP of the transformer T1 is the second gas discharge lamp LA2, which also with its lower helix W4 is connected to ground. Furthermore the circuit arrangement has connection contacts K1 to K8 via which the helices W1 to W4 of the two gas discharge lamps LA1 and LA2 a heating current for preheating the filaments from ignition of the filaments Lamps LA1, LA2 supplied can be.

Die von dem Wechselrichter in Verbindung mit dem Serienresonanzkreis erzeugte Betriebsspannung für die beiden Gasentladungslampen LA1 und LA2 ist verhältnismäßig hoch, um einen Betrieb beider Lampen LA1, LA2 zu ermöglichen. Diese hohe Versorgungsspannung liegt am Eingang des Übertragers T1, der noch innerhalb des Betriebsgerätes angeordnet ist, an. Die von dem Übertrager T1 zu den Lampen LA1 und LA2 führenden Leitungen liegen hingegen außerhalb des Betriebsgerätes und müssen dementsprechend gegenüber der Umgebung isoliert werden. Das Übersetzungsverhältnis des Übertragers T1 ist bevorzugt 1:1. Durch die Potentialtrennung wird jedoch der Potentialunterschied zwischen dem „heißen Ende” der Lampe LA1 und Masse gegenüber vorbekannten Serienschaltungen von Gasentladungslampen reduziert.The from the inverter in conjunction with the series resonant circuit generated operating voltage for the two gas discharge lamps LA1 and LA2 are relatively high, to allow operation of both lamps LA1, LA2. This high supply voltage is located at the entrance of the transformer T1, which is still located within the operating device to. The from the transmitter T1 leading to the lamps LA1 and LA2 Lines, however, are outside of the operating device and must accordingly isolated from the environment. The gear ratio of the transformer T1 is preferably 1: 1. Due to the potential separation, however, the Potential difference between the "hot end" of the lamp LA1 and ground compared to previously known Series circuits of gas discharge lamps reduced.

Durch die dargestellte Schaltungsanordnung werden somit die hochspannungsführenden Leitungen in das Betriebsgehäuse verlagert, welches auf einfache Weise gegenüber der Umgebung isoliert werden kann. Hierzu ist lediglich ein einziges zusätzliches Bauelement, nämlich der Übertrager T1 notwendig, so dass die Herstellungskosten für das Vorschaltgerät reduziert werden können.By the circuit shown are thus the high voltage Lines in the operating housing which are easily isolated from the environment can. For this purpose, only a single additional component, namely the transformer T1 necessary so that reduces the cost of manufacturing the ballast can be.

2 zeigt eine Variante der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung, die sich hinsichtlich der Anordnung des Koppelkondensators C2 unterscheidet. Während dieser in 1 zwischen dem Verbindungspunkt von Resonanzdrossel L1 und Resonanzkondensator C1 angeordnet ist, befindet er sich nun zwischen der Resonanzdrossel L1 und dem Resonanzkondensator C1, wobei der Übertrager T1 an den Verbindungspunkt zwischen Koppelkondensator C2 und Resonanzkondensator C1 angeschlossen ist. Bezüglich der Reduzierung des Potentialunterschieds zwischen dem „heißen Ende” der Lampe LA1 und Masse ergeben sich allerdings die gleichen Vorteile wir bei der Schaltung gemäß 1. 2 shows a variant of in 1 shown circuit arrangement which differs in the arrangement of the coupling capacitor C2. While this in 1 is arranged between the connection point of resonance choke L1 and resonance capacitor C1, it is now located between the resonance choke L1 and the resonance capacitor C1, wherein the transformer T1 is connected to the connection point between the coupling capacitor C2 and the resonance capacitor C1. With regard to the reduction of the potential difference between the "hot end" of the lamp LA1 and ground, however, the same advantages as in the circuit according to FIG 1 ,

3 zeigt eine dreiflammige Variante des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts, die im Wesentlichen der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung entspricht. Die dritte Lampe LA3 befindet sich nun in gewohnter Weise in Serie zu der zweiten Gasentladungslampe LA2. Auch hier wird mit Hilfe des Übertragers T1 die der oberen Lampe LA1 zugeführte Spannung auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt, bei dem das Auftreten von kapazitiven Strömen und hohen Spannungsunterschieden vermieden wird. Wiederum ergibt sich der Vorteil, dass für die Zuführungsleitungen der drei Gasentladungslampen LA1 bis LA3 keine zusätzlichen Isolierungen benötigt werden. Die Lage des Koppelkondensators C2 kann dabei in gleicher Weise geändert werden wie in 2. Ferner ist es selbstverständlich auch möglich, die Lampe LA2 in gleicher Weise wie die Lampe LA1 über einen weiteren Übertrager zu betreiben. 3 shows a dreiflammige variant of the ballast according to the invention, which substantially the in 1 corresponds to the circuit arrangement shown. The third lamp LA3 is now in the usual way in series with the second gas discharge lamp LA2. Again, with the help of the transformer T1 which the upper lamp LA1 supplied te voltage to a lower value, in which the occurrence of capacitive currents and high voltage differences is avoided. Again, there is the advantage that no additional insulation is needed for the supply lines of the three gas discharge lamps LA1 to LA3. The position of the coupling capacitor C2 can be changed in the same way as in 2 , Furthermore, it is of course also possible to operate the lamp LA2 in the same way as the lamp LA1 via a further transformer.

Claims

Electronic ballast for at least two gas discharge lamps (LA1, LA2) with an inverter (S1, S2) for generating an alternating supply voltage such as one connected to the output of the inverter (S1, S2) and connection contacts for the gas discharge lamps (LA1, LA2) having load circuit, marked by a arranged in the load circuit transformer (T1), via the one of the gas discharge lamps (LA1, LA2) to the AC supply voltage is coupled and its primary winding (Lp) the other (n) gas discharge lamps (LA2) arranged in series is or are.

Electronic ballast according to claim 1, characterized characterized in that the load circuit one from a resonance choke (L1) and a resonance capacitor (C1) existing series resonant circuit having.

Electronic ballast according to claim 2, characterized characterized in that the transformer (T1) to the connection point between the resonance choke (L1) and the resonance capacitor (C1) is connected, wherein the transformer (T1) a coupling capacitor (C2) is arranged upstream.

Electronic ballast according to claim 2, characterized characterized in that between the resonance choke (L1) and the resonance capacitor (C1) a coupling capacitor (C2) is arranged, wherein the transformer (T1) to the connection point between the coupling capacitor (C2) and the resonance capacitor (C1) is connected.

Electronic ballast after one of the previous ones Claims, characterized in that the inverter consists of two in one half bridge arranged switches (S1, S2) consists.

Electronic ballast according to claim 5, characterized characterized in that the switches (S1, S2) field effect transistors are.