DE19625077A1 - Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Leuchtstofflampe sind drei Phasen, nämlich eine Vorheizphase, eine Zündphase und als dritte Phase der Betrieb der Leuchtstofflampe, zu beachten. In der Vorheizphase werden die Elektroden der entsprechenden Leuchtstofflampe vorgeheizt. An der Leuchtstofflampe darf während der Vorheizphase jedoch nur eine derartig kleine Spannung anliegen, daß kein Zündvorgang zustande kommt, d. h. während der Vorheizphase ist ein sog. Kaltstart zu vermeiden. Die Vorheizphase dauert üblicherweise größenordnungsmäßig 0,5 bis 5 Sekunden.

Nach Beendigung der Vorheizphase, d. h. in der Zündphase muß an der Leuchtstofflampe eine derartig hohe Spannung anliegen, daß es zum Zünden der Leuchtstofflampe kommt. Bei tiefen Temperaturen bzw. bei Leuchtstofflampen kleinen Durchmessers können zum Zünden Spannungen von größenordnungsmäßig 600 V bei den üblichen Arbeitsfrequenzen elektrischer Vorschaltgeräte erforderlich sein. Die Zündphase dauert größenordnungsmäßig 5 bis 50 msec.

In der Betriebsphase, d. h. während des Betriebes liegt an einer Leuchtstofflampe die Brennspannung an, die im Bereich zwischen größenordnungsmäßig 50 V und 150 V liegen kann. Während des Betriebes fließt durch die Leuchtstofflampe der Brennstrom, der bspw. größenordnungsmäßig zwischen 100 und 500 mA beträgt.

Wie sich aus dem oben Gesagten ergibt, wird in der Vorheizphase nur die Heizleistung benötigt, während an der Leuchtstofflampe die Spannung unterdrückt wird. In der daran anschließenden Zündphase wird eine hohe Spannung und eine hohe Leistung benötigt. Diese hohe Spannung und hohe Leistung wird jedoch nur während einer sehr kurzen Zeitspanne benötigt. Während des Betriebes wird dann die im Vergleich zur Zündspannung relativ niedrige Betriebsspannung sowie die Betriebsleistung benötigt.

Bei herkömmlichen Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräten werden die drei oben genannten Arbeitsphasen z. B. derartig gehandhabt, daß in jeder dieser drei Phasen jeweils nur die erforderlichen Spannungs- und Stromwerte an der Leuchtstofflampe anliegen.

Aus der EP 0 374 617 ist ein Leuchtstofflampen- Vorschaltgerät bekannt, wie es insbes. in Kraftfahrzeugen zur Anwendung gelangt, mit einer Wechselspannungsquelle, an welche die Leuchtstofflampe angeschlossen ist. Dieses bekannte Vorschaltgerät weist einen Transformator auf, dessen Sekundärwicklung in Reihe zur Leuchtstofflampe angeordnet ist und die mit einem ersten Kondensator einen Schwingkreis bildet. Die Primärwicklung des Transformators ist Teil eines Zündkreises, der einen zweiten Kondensator und einen Halbleiterschalter enthält. Im Zündkreis dieses bekannten Vorschaltgerätes ist eine Spannungserkennungseinrichtung vorgesehen, die über eine Schalteinrichtung mit dem Halbleiterschalter verbunden ist.

Die DE 40 05 776 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Starten und/oder zum Betrieb einer Leuchtstofflampe an einer Gleichspannung. Diese Schaltungsanordnung besitzt einen Oszillator, dessen Ausgangssignale eine digitale Ansteuerschaltung ansteuern. Die Ausgangssignale der digitalen Ansteuerschaltung steuern MOS-FETS an, die mit einer Primärwicklung eines Transformators in Gegentaktschaltung zusammenwirken. Zwischen den MOS-FETS und den Enden der Primärwicklung befinden sich Dioden, die lediglich einen Stromfluß von der Primärwicklung zu den MOS-FETS zulassen. Der Heizstromkreis der Elektroden der Leuchtstofflampe enthält einen Gleichrichter und in Reihe damit einen Transistor, der von der Ansteuerschaltung zu Beginn und zur Beendigung der Vorheizphase angesteuert wird. Die Lampenspannung ergibt sich aus der Pulsbreite der Ansteuersignale der MOS-FETS und die Zündung der Leuchtstofflampe wird durch Zusammenwirken der MOS-FETS mit den Dioden bewirkt.

Eine Schaltungsanordnung für das Starten und die Helligkeitsregelung einer Leuchtstofflampe im Betrieb an einem Wechselstromnetz, bspw. einem Flugzeugbordnetz, ist aus der DE 40 25 939 C2 der Anmelderin bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung ist mit einer der Leuchtstofflampe vorgeschalteten Drossel, einem im Eingangsstromkreis vorgesehenen Meßglied und einem Schalter ausgebildet, der zwischen den beiden Lampenelektroden liegt und mittels einer Steuerschaltung in Phasenverschobenen Schaltzeitpunkten periodisch schaltbar ist. Das Meßglied ist ein Strommesser, der die Stromgröße erfaßt und im Betrieb zum Ausgleich von sichtbaren Helligkeitsschwankungen die Schaltzeitpunkte der Steuerschaltung verschiebt. Beim Startvorgang überwacht die Steuerschaltung die Zündversuche und das Leuchten der Leuchtstofflampe. Die Steuerschaltung öffnet einen in einer Netzzuleitung angeordneten Schalter, wenn die Leuchtstofflampe nach einer gewissen Anzahl von Zündversuchen oder einer bestimmten Zeit nach dem ersten Zündversuch nicht gezündet hat.

Aus der DE 40 13 360 C2 der Anmelderin ist eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz bekannt, dessen Spannung im Bereich der Brennspannung der Leuchtstofflampe liegt. Der Leuchtstofflampe ist eine Drossel vorgeschaltet und zur Leuchtstofflampe ist ein Schalter parallelgeschaltet, der in jeder Netzhalbwelle beim Nulldurchgang geschlossen und nach einer bestimmten Schließzeit in dieser Netzhalbwelle geöffnet wird. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist der Wechselstromwiderstand der Drossel so bemessen, daß der Lampenstrom größer ist als der Lampenstrom beim Betrieb der Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz, dessen Spannung wesentlich höher ist als die Brennspannung der Leuchtstofflampe.

Bei bekannten Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräten der eingangs genannten Art wird oftmals zwischen der Zünd- und der Betriebsphase keine Unterscheidung gemacht bzw. dafür Sorge getragen, daß die an der Leuchtstofflampe anliegende Spannung zu deren Zündung ausreicht. Nach dem Zünden der Leuchtstofflampe prägt dann die mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe geschaltete Drossel den Lampenbetriebsstrom ein. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Zündspannung weist die Sekundärwicklung des Transformators des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes eine entsprechend große Windungszahl auf. Damit sich durch den relativ hohen Brennstrom keine zu große Erwärmung des Transformators des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes ergibt, ist es erforderlich, daß die Sekundärwicklung einen entsprechend großen Drahtquerschnitt besitzt. Das führt jedoch zu einem entsprechend großen Gewicht des Transformators.

Dieselben Überlegungen gelten bezüglich der mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe geschalteten, den Lampenstrom während des Betriebes der Leuchtstofflampe prägenden Drossel.

Der Transformator und die Drossel derartiger bekannter Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte der eingangs genannten Art führen folglich zu entsprechend voluminösen und relativ schwergewichtigen Vorschaltgeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise kompaktes Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtstofflampen- Vorschaltgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Infolge seiner relativ kompakten Ausbildung eignet sich das erfindungsgemäße Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät insbes. für Leuchtstofflampen in Luftfahrzeugen bzw. für 7 mm- Leuchtstofflampen in den besagten Luftfahrzeugen, weil nicht nur eine entsprechende Kompaktheit gewährleistet wird, sondern das erfindungsgemäße Leuchtstofflampen- Vorschaltgerät auch vergleichsweise leichtgewichtig ausbildbar ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes. Die Figur zeigt die Schaltungsanordnung des Leuchtstofflampen-Vorschaltgerätes 10 mit einem Transformator 12, der eine Primärwicklung 14, eine Sekundärwicklung 16 und Elektrodenheizwicklungen 18 und 20 aufweist. Die Elektrodenheizwicklung 18 ist mit Kontakten 22 und die Elektrodenheizwicklung 20 ist mit Kontakten 24 verbunden. Mit den Kontakten 22 und 24 sind die Heizelektroden 26 und 28 einer Leuchtstofflampe 30 kontaktierbar bzw. kontaktiert.

Mit der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 ist die eine Drossel 32 bildende Primärwicklung 34 eines Zweittransformators 36 in Serie geschaltet. Der Serienschaltkreis aus der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 und der Primärwicklung des Zweittransformators 36 ist mit den Kontakten 22 und 24 verbunden und durch die entsprechende Leuchtstofflampe 30 geschlossen.

Der Zweittransformator 36 weist eine erste Sekundärwicklung 38 und eine zweite Sekundärwicklung 40 auf. Die erste Sekundärwicklung 38 ist mit einem ersten Schalter 42 und die zweite Sekundärwicklung 40 ist mit einem zugehörigen zweiten Schalter 44 in Reihe geschaltet. Die erste Sekundärwicklung 38 ist zur Elektrodenheizwicklung 20 und somit über die Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 zur Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 entgegengerichtet bzw. antiparallel geschaltet. Die zweite Sekundärwicklung 40 ist zur Elektrodenheizwicklung 20 und somit über die Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 zur Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 gleichwirkend bzw. parallel geschaltet.

Mit der zweiten Sekundärwicklung 40 ist eine Impedanz 46 in Reihe geschaltet.

Zweckmäßigerweise sind der erste und der zweite Schalter 42, 44 von MOS-FETS gebildet.

Wie bereits erwähnt worden ist, muß bei bekannten Vorschaltgeräten die Sekundärwicklung des Transformators eine derartig große Windungszahl besitzen, daß in der Sekundärwicklung eine entsprechend hohe Zündspannung erzeugt werden kann. Die Zündspannung liegt bei bekannten Vorschaltgeräten bspw. größenordnungsmäßig zwischen dem 4,8- bis 12fachen der Brennspannung. Mit einer entsprechend großen Windungszahl muß also die Sekundärwicklung des Transformators bekannter Vorschaltgeräte dimensioniert sein. Erfindungsgemäß ist die Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 des Vorschaltgerätes 10 derartig bemessen, daß die Spannung an der Sekundärwicklung 16 z. B. nur 1,5 bis 2 mal so groß ist wie die Leuchtstofflampen- Brennspannung, d. h. die zwischen den Kontakten 22 und 24 der Leuchtstofflampe 30 anliegende Spannung während der Brennphase der Leuchtstofflampe 30. Das bedeutet jedoch, daß die Windungszahl der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 im Extremfall auf 1/8 (=1,5 : 12) der Sekundärwicklungszahl des Transformators bekannter Vorschaltgeräte reduziert werden kann. Diese Reduktion geht mit einer entsprechenden Reduktion des Gesamtvolumens des Vorschaltgerätes 10 bzw. seines Gewichtes einher. In jedem Falle ist eine Reduktion auf den Faktor 0,42 (=2 : 4,8) der Sekundärwicklungszahl bekannter Vorschaltgeräte, d. h. um mehr als 50%, möglich.

Die an der Sekundärwicklung 16 während der Vorheizphase anstehende Spannung ist bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät 10 in aller Regel so gering, daß eine Zündung der Leuchtstofflampe 30 während dieser Vorheizphase nicht erfolgen kann. Um während dieser Vorheizung eine Zündung der Leuchtstofflampe 30 zuverlässig zu verhindern, wird zuerst der Schalter 42 geschlossen. Dadurch wird bewirkt, daß die durch den bogenförmigen Pfeil 48 angedeutete Heizspannung an die erste Sekundärwicklung 38 des Zweittransformators 36 geschaltet wird. Diese Heizspannung (Pfeil 48) wird mit dem Übersetzungsverhältnis der Windungszahl der ersten Sekundärwicklung 38 zur Windungszahl der Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 übersetzt und steht an der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 an. Diese an der Primärwicklung 34 anstehende übersetzte Spannung ist durch den bogenförmigen Pfeil 50 angedeutet. Die an der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 anstehende Spannung ist durch den bogenförmigen Pfeil 52 verdeutlicht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die an der Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 durch die erste Sekundärwicklung 38 anstehende Spannung (Pfeil 50) zu der an der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 anstehenden Spannung 52 entgegengesetzt bzw. antiparallel gerichtet, so daß die zwischen den Kontakten 22 und 24 gegebene Spannung entsprechend klein ist. Eine Zündung der Leuchtstofflampe 30 wird während dieser Vorheizphase bei geschlossenem ersten Schalter 42 also zuverlässig verhindert.

Da während dieser Vorheizphase die Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 nicht von einem Strom durchflossen wird, kann die Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 einen entsprechend kleinen Wicklungsquerschnitt besitzen. Auch der Stromfluß durch die erste Sekundärwicklung 38 des Zweittransformators 36 bleibt während dieser Vorheizphase gering. Sind die Heizelektroden 26 und 28 der Leuchtstofflampe 30 ausreichend vorgeheizt, so wird der erste Schalter 42 geöffnet und der zweite Schalter 44 geschlossen. In diesem Schaltzustand ist die zweite Sekundärwicklung 40 aktiviert, so daß sich an der Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 entsprechend dem zugehörigen Übersetzungsverhältnis der Windungszahlen der zweiten Sekundärwicklung 40 zur Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 an der Primärwicklung 34 eine durch den bogenförmigen Pfeil 54 angedeutete Spannung ergibt, die mit der durch den bogenförmigen Pfeil 52 verdeutlichten Spannung an der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 gleichgerichtet, d. h. in Serie geschaltet ist. Die Windungszahlen der zweiten Sekundärwicklung 40 und der Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 sind derartig bemessen, daß die Summe aus der Spannung (Pfeil 52) der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 und der Spannung (Pfeil 54) an der Primärwicklung 34 des Zweittransformators 36 zum Zünden der Leuchtstofflampe 30 zuverlässig ausreicht. Wenn die Leuchtstofflampe 30 gezündet hat, so begrenzt die mit der zweiten Sekundärwicklung 40 in Reihe geschaltete Impedanz 46 den elektrischen Strom durch die zweite Sekundärwicklung 40 und somit den elektrischen Strom entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Zweittransformators 36 in der Primärwicklung 34. Die Impedanz 46 wird erfindungsgemäß zweckmäßigerweise derartig dimensioniert, daß vor dem Zünden der Leuchtstofflampe 30 die Spannungen (Pfeil 52) der Sekundärwicklung 16 des Transformators 12 und der Primärwicklung 34 (Pfeil 50) des Zweittransformators 36 möglichst gleichphasig sind.

Bevorzugt ist es, wenn - wie bereits erwähnt worden ist - der erste und der zweite Schalter 42, 44 als MOS-FETS realisiert sind, die als Wechselspannungsschalter arbeiten. Der Ansteuerkreis solchermaßen realisierter Schalter 42, 44 ist üblicherweise auf Masse bezogen, so daß die Wicklungen 34, 38, 40 des Zweittransformators 36 sowie die Wicklungen 14, 16, 18 und 20 des Transformators 12 galvanisch getrennt sein müssen.

Bezugszeichenliste

10 Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät
12 Transformator
14 Primärwicklung
16 Sekundärwicklung
18 Elektroden-Heizwicklungen
20 Elektroden-Heizwicklungen
22 Kontakte
24 Kontakte
26 Heizelektrode
28 Heizelektrode
30 Leuchtstofflampe
32 Drossel
34 Primärwicklung
36 Zweittransformator
38 1. Sekundärwicklung
40 2. Sekundärwicklung
42 1. Schalter
44 2. Schalter
46 Impedanz
48 Pfeil
50 Pfeil
52 Pfeil
54 Pfeil

Claims (5)

1. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einem Transformator (12), der eine mit einer Drossel (32) in Reihe geschaltete Sekundärwicklung (16) und Elektroden-Heizwicklungen (18, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (32) die Primärwicklung (34) eines Zweittransformators (36) bildet, der eine erste Sekundärwicklung (38) und eine zweite Sekundärwicklung (40) aufweist, wobei die mit einem ersten Schalter (42) in Reihe geschaltete erste Sekundärwicklung (38) zu einer Elektrodenheizwicklung (20) und der Sekundärwicklung (16) entgegengesetzt gerichtet und die mit einem zweiten Schalter (44) in Reihe geschaltete zweite Sekundärwicklung (40) zur gleichen Elektrodenheizwicklung (20) und der Sekundärwicklung (16) gleichwirkend geschaltet ist, wobei während der Vorheizphase der erste Schalter (42) geschlossen und der zweite Schalter (44) geöffnet und zum Zünden der erste Schalter (42) geöffnet und der zweite Schalter (44) geschlossen ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Sekundärwicklung (40) eine Impedanz (46) in Reihe geschaltet ist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schalter (42, 44) von MOS-FETS gebildet sind.

4. Verwendung eines Vorschaltgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für Leuchtstofflampen in Luftfahrzeugen.

5. Verwendung eines Vorschaltgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für 7 mm-Leuchtstofflampen in Luftfahrzeugen.