DE19542012A1 - Mains-fed supply for fluorescent lamp - Google Patents

Mains-fed supply for fluorescent lamp

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Abstract

A mains-fed circuit for low pressure discharge lamps uses a remotely controlled power stage in a totem pole arrangement with half-bridges and integrated generators. The auxiliary feed voltage for the integrated generator circuit (11) and further integrated circuits arises from a resistance only for the start-up and after start-up, predominantly form a "charging pump" (24-26). In both states the zener diodes in the generator building block take over the stabilisation of the auxiliary feed voltage. When the switch-off criterion is present for the switch, the voltage is short-circuited by the switch elements (28-30) and the circuit is smoothly taken out of operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine netzgespeiste elektronische Schaltungsanordnung zum höherfrequenten Betrieb von Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, mit fremdgesteuertem Generator und mit Abschaltvorrichtung.The invention relates to a mains-powered electronic circuit arrangement for higher frequency operation of low pressure discharge lamps, in particular Fluorescent lamps, with externally controlled generator and with switch-off device.

Eine derartige Schaltungsanordnung für Gasentladungslampen ist erforderlich zur Zündung und zur Stabilisierung des Arbeitspunktes im Betrieb und wird als sogenanntes Vorschaltgerät bezeichnet.Such a circuit arrangement for gas discharge lamps is required for Ignition and to stabilize the working point in operation and is called a Ballast referred to.

Es ist bekannt, daß beim Betrieb der Leuchtstofflampen mit einer, mit Hilfe elektronischer Bauelemente erzeugten höherfrequenten Spannung im Frequenzbereich um ca. 20 kHz bis 50 kHz, im Vergleich zur konventionellen, netzfrequenten Schaltungsanordnung mit Drossel, Starter und Kompensationskondensator, Vorteile entstehen:It is known that when operating the fluorescent lamps with one, with the help of electronic ones Components generated higher-frequency voltage in the frequency range around 20 kHz to 50 kHz, compared to the conventional, network-frequency circuit arrangement with Choke, starter and compensation capacitor, advantages arise:

Reduzierung der baulichen Abmessungen, insbesondere der Induktivitäten, besseres Zündverhalten der angeschlossenen Leuchtstofflampen, bessere Lichtqualität, höherer Systemwirkungsgrad usf.Reduction of the structural dimensions, in particular the inductances, better ignition behavior of the connected fluorescent lamps, better quality of light, higher system efficiency etc.

Der höhere, durch die Elektronik bedingte, Schaltungsaufwand ist dadurch gerechtfertigt.The higher circuit complexity caused by the electronics is justified.

Bei den bisher bekannten Elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) wird diese höherfrequente Spannung vorwiegend durch einen selbsterregten Gegentakt-Oszillator in Totem-Pole-Schaltung aus der durch Gleichrichtung der Netzspannung entstandenen Zwischenkreisspannung erzeugt.In the previously known electronic ballasts (EVG) this is higher-frequency voltage mainly through a self-excited push-pull oscillator in Totem pole circuit from the one created by rectifying the mains voltage DC link voltage generated.

Der Energiefluß kann folgendermaßen beschrieben werden:
Sinusförmige Netzwechselspannung, Gleichrichtung (wobei auch die direkte Einspeisung von Gleichspannung ohne Polungsprobleme vor dem Gleichrichter möglich ist), Umwandlung in eine Rechteckspannung, Induktivität, Leuchtstofflampe. The energy flow can be described as follows:
Sinusoidal AC voltage, rectification (whereby direct DC voltage can also be fed in without polarity problems in front of the rectifier), conversion into a square wave voltage, inductance, fluorescent lamp.

Nach der Zündung und damit im Betriebsfall repräsentiert die Leuchtstofflampe einen quasiohmschen Widerstand, so daß dann die Rechteckspannung auf einen L-R-Kreis arbeitet.After ignition and thus in operation, the fluorescent lamp represents one quasi-ohmic resistance, so that then the square wave voltage on an L-R circuit is working.

Probleme entstehen bei der selbsterregten Konzeption bei der Ansteuerung der Leistungstransistoren, durch die Gefahr der gleichzeitigen Durchsteuerung und damit der Zerstörung beider Leistungstransistoren und durch eine geringe Frequenzkonstanz.Problems arise with the self-excited conception when controlling the Power transistors, due to the risk of simultaneous control and thus the Destruction of both power transistors and due to low frequency constancy.

Auch kann ein Defekt der Leuchtstoffröhren zur Zerstörung der Leistungsstufe führen, so daß eine Abschaltvorrichtung erforderlich ist.A defect in the fluorescent tubes can also lead to the destruction of the power level that a shutdown device is required.

Die Abschaltung wird bei bisher ausgeführten selbsterregten Schaltungen vorzugsweise durch ein elektronisches Speicher-Schaltelement (Thyristor, Thyristortetrode, Thyristorersatzschaltung aus pnp- und npn-Transistor) vorgenommen.The shutdown is preferred in the case of previously implemented self-excited circuits through an electronic memory switching element (thyristor, thyristor tetrode, Thyristor equivalent circuit made of pnp and npn transistors).

Dieses Schaltelement wirkt üblicherweise auf die Steuerelektrode eines der beiden Leistungstransistoren des selbsterregten Gegentaktoszillators.This switching element usually acts on the control electrode of one of the two Power transistors of the self-excited push-pull oscillator.

Seit kurzem sind Integrierte Schaltungen (IC′s) auf dem Markt, mit deren Hilfe sich die genannten Probleme vermeiden lassen.Recently, integrated circuits (IC's) have been on the market, with the help of which avoid the problems mentioned.

Hierbei wird die Gegentakt-Leistungsendstufe durch den in integrierter Technik vorhandenen Steuergenerator mit konstanter Frequenz fremdgesteuert.Here, the push-pull power amplifier is integrated into the technology Existing control generator with constant frequency controlled externally.

Der Einsatz des Steuer-IC′s bringt jedoch in Verbindung mit dem Betrieb von Leuchtstofflampen auch Nachteile mit sich, nämlichThe use of the control IC's brings in connection with the operation of Fluorescent lamps also have disadvantages, namely

  • a) die IC′s benötigen eine separate Stromversorgung (Hilfsspeisespannung), unda) the IC's need a separate power supply (auxiliary supply voltage), and
  • b) es besteht keine Möglichkeit, die IC′s über geeignete Steueranschlüsse bei Störungen in den Leuchtstofflampen oder bei Entfernen der Leuchtstofflampen, abzuschalten.b) there is no possibility that the IC’s via suitable control connections Malfunctions in the fluorescent lamps or when removing the fluorescent lamps, switch off.

Bei einer fremdgesteuerten Leistungsstufe scheidet das oben, für selbsterregte Schaltungen, genannte Verfahren, die Leistungstransistoren und damit die Schaltungsanordnung abzuschalten, aus. In the case of an externally controlled power level, this is not the case for self-excited ones Circuits, called processes, the power transistors and thus the Switch off circuit arrangement, off.  

Ein Begrenzen der Zwischenkreisspannung U1 der Leistungsendstufe genügt ebenfalls nicht als Schutz gegen Zerstörung.Limiting the intermediate circuit voltage U1 of the power output stage is also not sufficient as protection against destruction.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,The invention is therefore based on the object

  • 1. eine energiesparende gemeinsame Einspeisung der Hilfsspeisespannung U2 für alle beteiligten Schaltkreise bereitzustellen,1. an energy-saving common supply of the auxiliary supply voltage U2 for to provide all involved circuits,
  • 2. eine Schutzschaltung gegen Zerstörung der Schaltungsanordnung bei Defekt oder Nichtvorhandensein der Gasentladungslampen (Leuchtstofflampen) vorzusehen.2. a protective circuit against destruction of the circuit arrangement in the event of a defect or Not to be provided for the gas discharge lamps (fluorescent lamps).

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1.The stated object is achieved by the circuit arrangement according to claim 1.

Der Anspruch 2 beinhaltet eine vorteilhafte Ausbildung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung.Claim 2 contains an advantageous embodiment of the proposed Circuit arrangement.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.The proposed circuit arrangement is explained with reference to FIGS. 1 to 3.

Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung für den Betrieb mit einer Leuchtstofflampe. Fig. 1 is an embodiment of the circuit arrangement for operation with a fluorescent lamp.

Nach dem Einschalten der Netzspannung beginnt der Steuergenerator (11) zu arbeiten, sobald die über Widerstand (8) begrenzte Speisespannung U2 die vorgesehene Anlaufschwelle überschreitet.After switching on the mains voltage, the control generator ( 11 ) begins to work as soon as the supply voltage U2 limited via resistor ( 8 ) exceeds the intended starting threshold.

Die Leistungsendstufe treibt Strom über den Kreis aus Halbbrücke mit den Kondensatoren (19, 20), Leuchtstofflampenheizfäden (101, 102), Kondensator (16), Schwingkreisspule (14) und alternierend die Transistoren (12) bzw. 13). Die Transistoren (12), (13) und die Kondensatoren (19), (20) sind jeweils zwischen Pluspol der Spannung U1 und Masse angeschlossen.The power output stage drives current via the circuit comprising a half-bridge with the capacitors ( 19 , 20 ), fluorescent lamp filaments ( 101 , 102 ), capacitor ( 16 ), oscillating circuit coil ( 14 ) and alternating transistors ( 12 ) and 13 ). The transistors ( 12 ), ( 13 ) and the capacitors ( 19 ), ( 20 ) are each connected between the positive pole of the voltage U1 and ground.

Die am Ausgang der Gegentaktleistungsstufe vorhandene Rechteckspannung regt während des Zündvorganges zunächst in dem auf die Frequenz des Steuergenerators abgestimmten Kreis Spule (14), Kondensator (16) eine Serienresonanz an, bedämpft durch die ohmsche Komponente der Heizfäden der Leuchtstofflampe.The square-wave voltage present at the output of the push-pull power stage initially stimulates a series resonance in the circuit coil ( 14 ), capacitor ( 16 ), which is matched to the frequency of the control generator, dampened by the ohmic component of the filaments of the fluorescent lamp.

Die Heizfäden der Leuchtstofflampe werden vorgeheizt. The filaments of the fluorescent lamp are preheated.  

Durch die auf der Spule (14) angebrachte Hilfswicklung (15) mit niederohmiger Beschaltung wird der Resonanzkreis (14, 16) während des Zündvorganges zusätzlich noch derart bedämpft, daß eine ausreichende Vorheizung der Heizfäden erfolgt, als Voraussetzung für eine einwandfreie Zündung.Due to the auxiliary winding ( 15 ) on the coil ( 14 ) with a low-impedance circuit, the resonance circuit ( 14 , 16 ) is additionally damped during the ignition process in such a way that sufficient heating of the filaments takes place, as a prerequisite for perfect ignition.

Erst wenn der Kondensator (33) hinreichend geladen ist, sinkt die Bedämpfung.The damping only decreases when the capacitor ( 33 ) is sufficiently charged.

Bei weiterem Anstieg der Zwischenkreisspannung U1 wird bei geeigneter Dimensionierung der Komponenten Spule (14) und Kondensator (16) durch die Serienresonanz die sinusförmige Spannung am Kondensator (16) so hoch, daß die parallelgeschaltete Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe zündet.If the intermediate circuit voltage U1 increases further, if the components coil ( 14 ) and capacitor ( 16 ) are dimensioned appropriately, the series resonance causes the sinusoidal voltage on the capacitor ( 16 ) to be so high that the gas discharge path of the fluorescent lamp connected in parallel ignites.

Nach der Zündung repräsentiert sich die Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe als quasiohmscher Widerstand.After the ignition, the gas discharge path of the fluorescent lamp is represented as quasi-ohmic resistance.

Der Ausgang der Gegentaktendstufe arbeitet jetzt auf einen L-R-Kreis und der Kondensator (16) hat praktisch keine Bedeutung mehr.The output of the push-pull output stage now works on an LR circuit and the capacitor ( 16 ) has practically no meaning.

Nach dem Start des Steuergenerators (11) wird über Widerstand (21) der IC (10) aktiviert.After starting the control generator ( 11 ), the IC ( 10 ) is activated via resistor ( 21 ).

Der Boost-Konverter nimmt seine Funktion auf.The Boost converter starts operating.

Die Zwischenkreisspannung U1 steigt auf ihren geregelten Nennwert.The intermediate circuit voltage U1 rises to its regulated nominal value.

Zur Abflachung der steilen Schaltflanken der Leistungstransistoren (12) und (13) dient ein
Snubber-Netzwerk (26, 27), das vorteilhafterweise in Verbindung mit einer Ladungspumpe mit den Schaltelementen (24, 25, 26, 9) arbeitet.A is used to flatten the steep switching edges of the power transistors ( 12 ) and ( 13 )
Snubber network ( 26 , 27 ) which advantageously works in conjunction with a charge pump with the switching elements ( 24 , 25 , 26 , 9 ).

Nach dem Anlauf der Schaltung übernimmt diese Ladungspumpe überwiegend die Hilfsspeisespannungsversorgung U2 der integrierten Schaltungen IC (10) und IC (11).After the circuit has started up, this charge pump predominantly takes over the auxiliary supply voltage supply U2 of the integrated circuits IC ( 10 ) and IC ( 11 ).

Die in IC (11) integrierte Z-Diode stabilisiert die Hilfsspeisespannung (U2) für alle IC′s.The Z-diode integrated in IC ( 11 ) stabilizes the auxiliary supply voltage (U2) for all IC's.

Zur Abschaltung infolge defekter Leuchtstofflampen, demontierter Leuchtstofflampen oder defekter Heizfäden wird die Hilfsspeisespannung U2 der integrierten Bausteine über den Widerstand (28) und die Thyristorersatzschaltung (29, 30) überbrückt.To switch off due to defective fluorescent lamps, dismantled fluorescent lamps or defective heating filaments, the auxiliary supply voltage U2 of the integrated modules is bridged via the resistor ( 28 ) and the thyristor equivalent circuit ( 29 , 30 ).

Die in IC (10) als auch IC (11) integrierte Unterspannungssperre erlaubt die Abschaltung beider IC′s und damit der gesamten Schaltungsanordnung. The undervoltage lock integrated in IC ( 10 ) and IC ( 11 ) allows both ICs and thus the entire circuit arrangement to be switched off.

Als Abschaltkriterium ergibt sich eine Spannungsüberhöhung infolge Serienresonanz an Spule (14), Kondensator (16) und die intakten Heizfäden (101, 102), oder durch erzwungene Serienresonanz von Spule (14), Kondensator (16) und die Überbrückung der Heizfäden (101, 102) durch ein Schaltelement, z. B. ohmscher Widerstand, Dioden (auch in Antiparallelschaltung) oder Kondensator (17) und (18).The switch-off criterion is an excess voltage due to series resonance at coil ( 14 ), capacitor ( 16 ) and the intact filaments ( 101 , 102 ), or by forced series resonance from coil ( 14 ), capacitor ( 16 ) and bridging of filaments ( 101 , 102 ) by a switching element, e.g. B. ohmic resistance, diodes (also in anti-parallel connection) or capacitor ( 17 ) and ( 18 ).

Der Widerstand (28) schützt die Thyristorersatzschaltung (29, 30) vor zu hohem Strom bei Entladung des Kondensators (9).The resistor ( 28 ) protects the thyristor equivalent circuit ( 29 , 30 ) against excessive current when the capacitor ( 9 ) is discharged.

Andererseits müssen die Quellwiderstände sowohl von Widerstand (8) als auch der Ladungspumpe (24, 25, 26) in Verbindung mit Kondensator (9) so hochohmig sein, daß während des Abschaltvorganges keine Überlastung dieser Bauelemente eintritt und außerdem die Spannung U2 durch die Spannungsteilung Quellwiderstände-Widerstand (28) so tief absinkt, daß die Unterschreitung der durch die Daten der IC′s vorgegebenen Unterspannungs-Abschaltschwelle eintritt.On the other hand, the source resistances of both resistor ( 8 ) and the charge pump ( 24 , 25 , 26 ) in connection with capacitor ( 9 ) must be so high-impedance that no overloading of these components occurs during the switch-off process and also the voltage U2 due to the voltage division of source resistors -Resistance ( 28 ) drops so low that the undervoltage shutdown threshold specified by the data of the IC's falls below.

Nach erfolgter Abschaltung erhöht sich die gleichgerichtete Spannung an Kondensator (3) nahezu auf den Scheitelwert der Netzeingangsspannung.After switching off, the rectified voltage across capacitor ( 3 ) increases almost to the peak value of the mains input voltage.

Der Widerstand (8) übernimmt jetzt den Haltestrom für die Thyristorersatzschaltung.The resistor ( 8 ) now takes over the holding current for the thyristor equivalent circuit.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der Verschaltung von zwei Leuchtstofflampen in Parallelschaltung . . Fig. 2 shows an embodiment with the connection of two fluorescent lamps in parallel. .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der Verschaltung von zwei Leuchtstofflampen in Tandemschaltung. Fig. 3 shows an embodiment with the connection of two fluorescent lamps in tandem.

BezugszeichenlisteReference list

1 EMI-Filter
2 Netzgleichrichter
3 Stützkondensator
4 Speicherspule
5 Diode
6 Boost-Converter-Schalttransistor
7 Ladekondensator für Zwischenkreisspannung U1
8 Strombegrenzungs-Widerstand
9 Ladekondensator für Hilfsspeisespannung U2
10 Boost-Converter-(Power-Faktor-Controller)-IC
11 Steuergenerator-IC
12, 13 Schalttransistor für Leistungsendstufe
14 Lampenkreisspule
15 Hilfswicklung
16 Lampenparallelkondensator
17, 18 Überbrückungskondensator
19, 20 Halbbrückenkondensator
21 Start-Widerstand
22,23 Frequenzbestimmender Widerstand/-Kondensator
24, 25 Diode
26, 27 Snubber-Widerstand/-Kondensator
28 Begrenzungs-Widerstand
29, 30 Thyristor-Ersatzschaltung
31 Diode
32, 34, 36 Widerstand
33 Kondensator
35 Z-Diode
100 Leuchtstofflampe
101, 102 Heizfäden der Leuchtstofflampe 1 EMI filter
2 line rectifiers
3 support capacitor
4 storage coil
5 diode
6 boost converter switching transistor
7 Charging capacitor for intermediate circuit voltage U1
8 current limiting resistor
9 Charging capacitor for auxiliary supply voltage U2
10 Boost converter (power factor controller) IC
11 control generator IC
12 , 13 switching transistor for power output stage
14 lamp circuit coil
15 auxiliary winding
16 lamp parallel capacitor
17 , 18 bypass capacitor
19 , 20 half-bridge capacitor
21 Start resistance
22 , 23 Frequency determining resistor / capacitor
24 , 25 diode
26 , 27 Snubber resistor / capacitor
28 Limiting resistance
29 , 30 thyristor equivalent circuit
31 diode
32 , 34 , 36 resistance
33 capacitor
35 Z diode
100 fluorescent lamp
101 , 102 filaments of the fluorescent lamp

Claims (3)

1. Netzgespeiste Schaltungsanordnung für Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen mit fremdgesteuerter Leistungsendstufe in Totem-Pole-Anordnung und Halbbrücken-Schaltung sowie integrierter Generator-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Hilfsspeisespannungs-Versorgung (U2) für die integrierte Generatorschaltung (11) und weitere integrierte Schaltungen nur für den Schaltungsanlauf über einen Widerstand (8) aus der gleichgerichteten Netzspannung und nach dem Hochlauf überwiegend über eine Ladungspumpe (24, 25, 26, 9) erfolgt, wobei in beiden Zuständen die im Generatorbaustein (11) integrierte Z-Diode die Stabilisierung der Hilfsspeisespannung übernimmt,
  • b) beim Vorhandensein des Abschaltkriteriums der Abschaltvorrichtung die Hilfsspeisespannung U2 für die integrierten Schaltungen über die Schaltelemente (28, 29, 30) überbrückt wird, wodurch die Schaltungsanordnung zerstörungsfrei außer Betrieb genommen ist.
1. Mains-powered circuit arrangement for low-pressure discharge lamps, in particular fluorescent lamps with externally controlled power output stage in totem-pole arrangement and half-bridge circuit and integrated generator circuit, characterized in that
  • a) the auxiliary supply voltage supply (U2) for the integrated generator circuit ( 11 ) and further integrated circuits only for the circuit start-up via a resistor ( 8 ) from the rectified mains voltage and after startup predominantly via a charge pump ( 24 , 25 , 26 , 9 ) takes place, in both states the Z-diode integrated in the generator module ( 11 ) takes over the stabilization of the auxiliary supply voltage,
  • b) if the switch-off criterion of the switch-off device is present, the auxiliary supply voltage U2 for the integrated circuits is bridged via the switching elements ( 28 , 29 , 30 ), as a result of which the circuit arrangement is put out of operation without being destroyed.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erfassung des Abschaltkriteriums vorgesehene Hilfswicklung (15) in Verbindung mit den Schaltelementen (31, 32, 33) auch die für die einwandfreie Zündung notwendige Bedämpfung der Spule (14) vornimmt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary winding ( 15 ) provided for the detection of the switch-off criterion, in conjunction with the switching elements ( 31 , 32 , 33 ), also performs the damping of the coil ( 14 ) necessary for proper ignition. 3. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 2 zum Betrieb mehrerer Leuchtstofflampen in Parallelschaltung oder in Tandemschaltung.3. Use of the circuit arrangement according to claim 1 to 2 for the operation of several Fluorescent lamps in parallel or in tandem.
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