DE19637906C2

DE19637906C2 - Electronic ballast for UV lamps

Info

Publication number: DE19637906C2
Application number: DE19637906A
Authority: DE
Inventors: Dirk Riepe
Original assignee: Wedeco Umwelttechnologien Wasser Boden Luft GmbH
Current assignee: Wedeco Umwelttechnologien Wasser Boden Luft GmbH
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: DE19637906A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für UV-Strahler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electronic ballast for UV lamps according to the preamble of the claim 1.

Beim Betrieb von UV-Strahlern, und insbesondere von UV- Niederdruck-Gas-Entladungslampen, sind mehrere Punkte zu beachten. Zunächst ist es vor Inbetriebnahme erforder lich, die Heizwendeln des UV-Strahlers im Sinne einer Schonung vorzuheizen, so daß bereits Elektronen austre ten. Danach muß dem UV-Strahler eine Zündspannung als Impuls zugeführt werden, damit die Ionisierung einsetzen und sich nach einer gewissen Zeit eine leuchtende Gas säule in dem UV-Strahler ausbilden kann, um ultraviolette Strahlen zu erzeugen. Im Betrieb des UV-Strahlers ist es schließlich unbedingt erforderlich, den Betriebsstrom im Sinne einer Strombegrenzung zu begrenzen, um eine Zerstö rung des UV-Strahlers zu vermeiden. Aufgrund seiner nega tiven Kennlinie besteht nämlich zwischen der Betriebs spannung und dem Betriebsstrom ein Zusammenhang derart, daß einem größeren Betriebsstrom eine kleinere Betriebs spannung zugeordnet ist.When operating UV lamps, and especially UV Low pressure gas discharge lamps, are several points too note. First of all, it is required before commissioning Lich, the heating elements of the UV lamp in the sense of a Preheat protection so that electrons are already escaping Thereafter, the UV lamp must have an ignition voltage as Pulse are supplied so that the ionization begins and after a certain time a glowing gas column in the UV lamp can form to ultraviolet To generate rays. It is in operation of the UV lamp Finally, the operating current in the To limit the sense of a current limit to a destruction avoid UV radiation. Because of its nega tive characteristic curve exists between the operating voltage and the operating current a relationship such that a larger operating current is a smaller operating voltage is assigned.

Es ist bekannt, die zur Ausbildung der Gassäule erforder liche hohe Zündspannung mit Hilfe einer Induktivität in Form einer Drossel zu erzeugen, die mit normaler Wechsel spannung mit 50 Hz betrieben wird und die den Zündimpuls durch einen Schaltvorgang hervorruft, der bei einer Induktivität bekanntlich eine kurzzeitige hohe Spannung entstehen läßt. Nach erfolgter Zündung dient die Drossel zur erforderlichen Strombegrenzung des Betriebsstromes des UV-Strahlers.It is known that required to form the gas column Liche high ignition voltage with the help of an inductor in Generate a choke shape with normal alternation Voltage is operated at 50 Hz and the ignition pulse caused by a switching process that at a Inductance is known to be a short-term high voltage creates. The throttle is used after the ignition for the required current limitation of the operating current of the UV lamp.

Neben dieser Lösung hat sich jedoch nach dem Stand der Technik eine andere Anordnung in Form eines elek tronischen Vorschaltgerätes durchgesetzt, welches zwar auch mit einer Drossel versehen ist, jedoch nicht mit Netzfrequenz, sondern mit Hochfrequenz zwischen 20-50 kHz betrieben wird. Dabei bildet die Drossel zusammen mit einem in Reihe geschalteten Kondensator und einem parallel zum UV-Strahler geschalteten Zündkondensator einen Schwingkreis. Die Zündung über den Zündkondensator erfolgt, wenn sich der Schwingkreis auf seine Resonanz frequenz aufgeschaukelt hat und die erforderliche hohe Zündspannung erreicht ist. Nach erfolgter Zündung des UV- Strahlers ist der Zündkondensator quasi unwirksam, so daß der UV-Strahler über den Schwingkreis mit der strombegrenzenden Drossel mit dem Betriebsstrom versorgt wird. Dabei arbeitet das elektronische Vorschaltgerät als Wechselrichter, indem die Drossel über elektronische Schalter mit einer impulsförmigen Spannung beaufschlagt wird.In addition to this solution, however, according to the state of the Technology another arrangement in the form of an elek tronic ballast enforced, which is also provided with a throttle, but not with Mains frequency, but with high frequency between 20-50 kHz is operated. The throttle forms together with a series capacitor and one Ignition capacitor connected in parallel to the UV lamp a resonant circuit. Ignition via the ignition capacitor occurs when the resonant circuit resonates frequency has rocked and the required high Ignition voltage is reached. After ignition of the UV The ignition capacitor is quasi ineffective, so that the UV lamp over the resonant circuit with the current-limiting choke supplied with the operating current becomes. The electronic ballast works as Inverter by the choke via electronic Switch applied with a pulsed voltage becomes.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß sich die bekannten elektronischen Vorschaltgeräte nur einsetzen lassen, wenn der Betriebsstrom in dem üblichen Rahmen von bis zu 1 A liegt. Inzwischen gibt es jedoch UV-Strahler, die sich mit größeren Betriebsströmen von mehr als 2 A und einer Leistung größer 250 Watt betreiben lassen.In practice, however, it has been shown that the only use known electronic ballasts leave if the operating current in the usual range of up to 1A. But now there are UV lamps, which deal with larger operating currents of more than 2 A and operate a power greater than 250 watts.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß es aus baulichen Gründen beim Einsatz von UV-Strahlern erforderlich ist, diese räumlich von dem Vorschaltgerät zu trennen, so daß lange elektrische Kabelverbindungen von mehreren Metern zwischen den UV-Strahlern und dem Vorschaltgerät erfor derlich sind, wobei sich diese langen Kabelverbindungen wegen der HF-Speisung und vor allem wegen der Zündung bei den bekannten elektronischen Vorschaltgeräten praktisch nicht realisieren lassen.Another disadvantage is that it is structural Reasons when using UV lamps is necessary, to separate them spatially from the ballast, so that long electrical cable connections of several meters between the UV lamps and the ballast These are long cable connections because of the HF supply and especially because of the ignition the known electronic ballasts practical do not let realize.

Schließlich besteht noch ein weiterer Nachteil der bekannten elektronischen Vorschaltgeräte darin, daß ihr Wirkungsgrad schlecht ist. Dies führt zu erhöhten Kosten beim Betrieb der UV-Strahler.Finally, there is another disadvantage of known electronic ballasts in that you Efficiency is bad. This leads to increased costs when operating the UV lamp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elek tronisches Vorschaltgerät für UV-Strahler zu schaffen, welches einen Betrieb mit hohen Leistungen bei großen Betriebsströmen ermöglicht, wobei gleichzeitig ein deutlich verbesserter hoher Wirkungsgrad erzielt wird, und lange elektrische Kabelverbindungen zwischen dem UV- Strahler und dem Vorschaltgerät möglich sind.The invention has for its object an elek to create a tronic ballast for UV lamps, which is an operation with high performances at large Operating currents allows, while a significantly improved high efficiency is achieved and long electrical cable connections between the UV Spotlights and the ballast are possible.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 in seinen Merkmalen charakterisierte Vorschaltgerät.This problem is solved by the im Characterized claim 1 in its features Ballast.

Die Erfindung beschreitet den Weg, auf eine Drossel als Induktivität zu verzichten, und in neuartiger Weise die Erzeugung der Zünd spannung, zusammen mit dem Aufheizen der Heizwendeln des UV-Strahlers, einerseits und die Versorgung des UV-Strah lers mit dem Betriebsstrom andererseits auf zwei separate Schaltungsteile aufzuteilen. Dabei wird als Induktivität ein Hochfrequenztransformator eingesetzt, der nicht als Streufeldtransformator ausgebildet ist.The invention treads the path to a choke To do without inductance, and in a new way the generation of the Zünd voltage, together with the heating of the heating coils of the UV lamp, on the one hand, and the supply of the UV beam lers with the operating current on the other hand on two separate To divide circuit parts. It is called inductance a high frequency transformer is used, which is not as Stray field transformer is formed.

Für die Erzeugung der Zündspannung ist bei der Erfindung eine gesonderte Zündschaltung vorgesehen, welche zugleich auch als Vorheizschaltung zum Vorheizen der Heizwendeln des UV-Strahlers arbeitet. Getrennt davon besitzt das elektronische Vorschaltgerät eine mit einer konstanten Gleichspannung versorgte Hauptspeiseschaltung zur Erzeu gung des impulsförmigen Betriebsstromes. Abweichend von bisher bekannten Lösungen wird dieser Betriebsstrom dem UV-Strahler eingeprägt, d. h., auf diesem Wege erfolgt die erforderliche Strombegrenzung für den UV-Strahler durch eine Stromregelung. Der Hochfrequenztransformator wird dabei als leistungsspeisendes Element verwendet. Durch den Einsatz eines Hochfrequenztransformators ist es möglich, die Sekundärspannung kleiner als die Primärspannung auszulegen, d. h., der Primärstrom ist entsprechend geringer als der Sekundärstrom des Hochfrequenztransformators. Wegen des geringeren Primärstromes sind in vorteilhafter Weise auch nur geringe Schaltströme für die im Primärkreis des Hochfrequenztransformators liegenden elektronischen Schalter möglich.For the generation of the ignition voltage is in the invention a separate ignition circuit is provided, which at the same time also as a preheating circuit for preheating the heating coils of the UV lamp works. Separately from that electronic ballast one with a constant Main supply circuit supplied with DC voltage for generation supply of the pulsed operating current. Deviating from previously known solutions, this operating current is the UV lamp embossed, d. that is, in this way the required current limitation for the UV lamp through a current control. The high-frequency transformer is used as a power-feeding element. By using a high frequency transformer it is possible the secondary voltage less than that To design primary voltage, d. that is, the primary current correspondingly less than the secondary current of the High frequency transformer. Because of the lesser Primary currents are also only advantageous low switching currents for those in the primary circuit of the High-frequency transformer lying electronic Switch possible.

Unter Beibehaltung des Prinzips einer Hochfrequenz speisung bzw. der entsprechenden impulsförmigen Spannung lassen sich bei der Erfindung wesentlich höhere Betriebs ströme von 2 A und mehr für den UV-Strahler realisieren und Leistungen von größer als 250 Watt erzielen. Ferner hat sich in Versuchen bestätigt, daß für die elektrischen Verbindungsleitungen Kabellängen von bis zu 14 m erreicht werden können, so daß es in vorteilhafter Weise möglich ist, den UV-Strahler räumlich ausreichend weit von dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät zu trennen.While maintaining the principle of a high frequency supply or the corresponding pulsed voltage can be much higher operation with the invention Realize currents of 2 A and more for the UV lamp and achieve powers of more than 250 watts. Further has been confirmed in tests that for the electrical Connection lines Cable lengths of up to 14 m reached can be, so that it is possible in an advantageous manner is that the UV lamp is spatially sufficiently far from that to separate ballast according to the invention.

Die großen Kabellängen - bisher waren lediglich Längen von kaum 1 m möglich - sind auf das erfindungsgemäße Prinzip der Aufteilung in Zündschaltung und Hauptspeise schaltung zurückzuführen. Wegen der Vorheizung der Heizwendeln können bereits einige Elektronen austreten, wodurch die Zündung vereinfacht und weniger Zündspannung benötigt wird. Die Zündung erfolgt außerdem nicht mit HF- Spannung, sondern mit einer Gleichspannung, die sich ohne große Verluste auf auf langen Leitungen übertragen läßt. The large cable lengths - previously only lengths barely 1 m possible - are based on the invention Principle of division into ignition circuit and main course circuit attributed. Because of the preheating of the Heating coils can already leak some electrons, which simplifies the ignition and less ignition voltage is needed. The ignition also does not take place with HF Voltage, but with a DC voltage that is without large losses can be transmitted on long lines.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der elektrische Wirkungsgrad sich wesentlich erhöhen läßt und mit über 92% sehr hoch liegt. Dadurch wird dem immer wichtiger werdenden Ruf nach energiesparenden elek trischen Anlagen Rechnung getragen, wobei die Steuerbar keit der Leistung des UV-Strahlers jedoch erhalten bleibt.Another advantage of the invention is that the electrical efficiency can be increased significantly and is very high at over 92%. It always does that more and more important call for energy-saving elec trical investments, the tax bar However, the performance of the UV lamp is preserved remains.

Durch das Dokument DE 39 03 520 A1 ist zwar ein elektro nisches Vorschaltgerät bekannt, welches weitgehend die Merk male des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 umfaßt, aller dings bezieht sich das Dokument nicht speziell auf den Be trieb von UV-Strahlern. Bedeutsamer ist jedoch der Umstand, daß bei dem bekannten elektronischen Vorschaltgerät keine Aufteilung der Erzeugung der Zündspannung, zusammen mit dem Aufheizen der Heizwendeln des UV-Strahlers einerseits und zur Versorgung des UV-Strahlers mit dem Betriebsstrom andererseits in zwei separate Schaltungsteile vorgesehen ist. Außerdem ist bei dem bekannten Vorschaltgerät der Hochfre quenztransformator anders als bei der Erfindung als Streu feldtransformator ausgebildet.The document DE 39 03 520 A1 is indeed an electric one African ballast known, which largely the Merk male of the preamble of claim 1 includes, all However, the document does not specifically refer to the Be driven by UV lamps. But more important is the fact that in the known electronic ballast none Distribution of ignition voltage generation, along with heating the heating elements of the UV lamp on the one hand and to supply the UV lamp with the operating current on the other hand is provided in two separate circuit parts. In addition, the Hochfre in the known ballast quenz transformer other than the invention as a litter field transformer trained.

Durch das Dokument DE 36 24 106 A1 ist ein Steuergerät zum Betreiben von Leuchtstofflampen bekannt, mit dessen Hilfe die Helligkeit der Leuchtstofflampen in großem Umfang ein stellbar ist, und in dem Dokument DE 29 03 224 C2 ist eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Speisen einer mit einer vorheizbaren Elektrode versehenen Metalldampfentladungs lampe beschrieben, bei welcher die Lampe im Betriebszustand wechselstromgespeist ist, wodurch der bei im Betriebszustand gleichstromgeregelten Lampen auftretende Nachteil vermieden wird, daß ein unerwünschter Transport des sich an der Ent ladung beteiligenden Metalls in der Entladungslampe auftritt.The document DE 36 24 106 A1 is a control device for Operate fluorescent lamps known, with its help the brightness of the fluorescent lamps to a large extent is adjustable, and in document DE 29 03 224 C2 is one Circuit arrangement for igniting and feeding one with a Preheatable electrode provided metal vapor discharge lamp described, in which the lamp in the operating state AC-powered, which means that in the operating state DC-regulated lamps occurring disadvantage avoided is that an unwanted transport of the at the Ent Charge-participating metal occurs in the discharge lamp.

Sowohl bei dem Steuergerät gemäß dem Dokument DE 36 24 106 A1 als auch bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Dokument DE 29 03 224 C2 ist zwar bei den entsprechenden Vorschaltgeräten eine Aufteilung in zwei Schaltungsteile derart vorgesehen, daß ein Schaltungsteil den Vorheizstrom liefert und der zwei te Schaltungsteil sowohl die Zündspannung als auch den Be triebsstrom bereitstellt, jedoch ist beiden Dokumenten nicht zu entnehmen, bei einem gattungsgemäßen Vorschaltgerät eine derartige Aufteilung vorzusehen, daß ein Schaltungsteil den Vorheizstrom und die Zündspannung und ein zweiter Schaltungs teil den Betriebsstrom liefert.Both in the control device according to document DE 36 24 106 A1 as well as in the circuit arrangement according to document DE 29 03 224 C2 is with the corresponding ballasts a division into two circuit parts is provided, that a circuit part supplies the preheating current and the two te circuit part both the ignition voltage and the Be provides power, but neither document is can be seen in a generic ballast to provide such a division that a circuit part Preheat current and the ignition voltage and a second circuit partly supplies the operating current.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung um faßt die Hauptspeiseschaltung eine Regelschaltung, welche für die elektronischen Schalter der als gesteuerter Wechselrichter arbeitenden Hauptspeiseschaltung die Ansteuersignale erzeugt, wobei die erzeugte impulsförmige Spannung der Primärwicklung des Hochfrequenztransforma tors zugeführt ist.According to an expedient embodiment of the invention the main supply circuit summarizes a control circuit which for the electronic switch as the controlled one Mains circuit working the inverter Control signals generated, the generated pulse-shaped Voltage of the primary winding of the high-frequency transformer tors is fed.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Stromerfassungsschaltung vorgesehen, welche der Regelschaltung den Primärlaststrom bzw. einen diesem ent sprechenden Strom des Hochfrequenztransformators zur Ver fügung stellt. Dabei regelt die Regelschaltung die Schaltzeiten der elektronischen Schalter und damit die Impulsbreiten der Spannung an der Primärwicklung des Hochfrequenztransformators derart, daß dem UV-Strahler durch eine schnelle Stromregelung eine konstante Leistung zur Verfügung gestellt und der Betriebsstrom des UV- Strahlers begrenzt ist.In a further advantageous embodiment of the invention a current detection circuit is provided which the Control circuit ent or the primary load current speaking current of the high-frequency transformer for ver provides. The control circuit regulates the Switching times of the electronic switches and thus the Pulse widths of the voltage on the primary winding of the High-frequency transformers such that the UV lamp constant power thanks to fast current control provided and the operating current of the UV Is limited.

Die strombegrenzende Funktion, die bisher durch eine Drossel herbeigeführt wurde, wird bei der Erfindung durch eine schnelle Stromregelung in Verbindung mit einem mit dem UV-Strahler und dem Hochfrequenztransformator in Reihe liegenden Zündkondensator erreicht, welcher eine spannungsformende Funktion übernimmt.The current-limiting function that was previously provided by a Throttle was brought about is carried out in the invention a fast current control in conjunction with a the UV lamp and the high-frequency transformer in Raised ignition capacitor, which one voltage-forming function.

Insgesamt erfolgt in Verbindung mit der Regelschaltung eine Pulsweitenmodulation der impulsförmigen Primär spannung des Hochfrequenztransformators durch entspre chende Ansteuerung der elektronischen Schalter. Diese Pulsweitenmodulation als schnelle Stromregelung verändert die Pulsbreiten bei einem Anstieg oder Abfall des Betriebsstromes in der Weise, daß der Betriebsstrom begrenzt wird und die Leistung des UV-Strahlers konstant bleibt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß dies auch dann gilt, wenn der UV-Strahler seine Impedanz durch äußere Einflüsse ändert, z. B. durch Veränderung seiner Umgebungstemperatur. Dies ist bei den bekannten Vor schaltgeräten unter Verwendung einer Drossel bisher nicht möglich gewesen. Overall, this is done in conjunction with the control circuit a pulse width modulation of the pulse-shaped primary voltage of the high-frequency transformer by corre sponding appropriate control of the electronic switches. This Pulse width modulation changed as fast current control the pulse widths with an increase or decrease in the Operating current in such a way that the operating current is limited and the output of the UV lamp is constant remains. It is particularly advantageous that this also applies if the UV lamp is affected by its impedance changes external influences, e.g. B. by changing his Ambient temperature. This is with the known before switching devices using a choke so far not been possible.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Er findung ist die Sekundärwicklung des Hochfrequenztrans formators über den in Reihe geschalteten Zündkondensator mit dem UV-Strahler verbunden. Vorteilhaft ist ferner, daß dieser Zündkondensator mit einem Ladekondensator der Zündschaltung verbunden ist, und daß der Zündkondensator daneben so dimensioniert wird, daß im Betrieb des UV- Strahlerns die Amplitude bzw. der Spannungsverlauf der Betriebsspannung des UV-Strahlers derart beeinflußt und geformt ist, daß die Betriebsstabilität des UV-Strahlers bei sich ändernden Betriebsbedingungen gewährleistet ist.According to a further expedient embodiment of the Er is the secondary winding of the high-frequency trans formators over the series-connected ignition capacitor connected to the UV lamp. It is also advantageous that this ignition capacitor with a charging capacitor Ignition circuit is connected, and that the ignition capacitor is also dimensioned so that the UV Radiating the amplitude or the voltage curve of the Operating voltage of the UV lamp is affected in such a way and is shaped that the operational stability of the UV lamp is guaranteed in the event of changing operating conditions.

Der Zündkondensator übernimmt bei der Erfindung in neu artiger Weise eine Doppelfunktion. Zum einen ist er für die Zündung des UV-Strahlers verantwortlich, indem der Zündkondensator schlagartig von dem Ladekondensator der Zündschaltung aufgeladen wird, und zum anderen wirkt der Zündkondensator nach der Inbetriebnahme des UV-Strahlers als spannungsformendes Element. Dies geschieht in der Weise, daß die dem UV-Strahler über den Zündkondensator auf der Sekundärseite des Hochfrequenztransformators zu geführte Spannung während einer Impulsdauer nicht konstant ist, sondern von höheren Werten zu niedrigeren Werten abfällt. The ignition capacitor takes over in the invention in new like a double function. For one thing, he's for responsible for the ignition of the UV lamp by the Ignition capacitor suddenly from the charging capacitor Ignition circuit is charged, and on the other hand, the Ignition capacitor after commissioning the UV lamp as a tension-forming element. This happens in the Way that the the UV lamp over the ignition capacitor on the secondary side of the high-frequency transformer conducted voltage during a pulse duration is constant, but from higher values to lower ones Values drops.

Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, mit großen Impulsbreiten und dementsprechend mit sehr kurzen Impulspausen zu arbeiten, wobei diese Impulspausen bis unter die Rekombinationszeit der Elek tronen ist der Gassäule liegen können, so daß der UV- Strahler nach dem Nulldurchgang der impulsförmigen Be triebsspannung nur noch eine vergleichsweise geringe Spannung für den weiteren Betrieb benötigt. Die Problema tik der in der impulsförmigen Betriebsart des UV- Strahlers auftretenden Dunkelphasen und die dadurch bedingten Wiederzündspannungspitzen werden durch die optimale Anpassung der Betriebsfrequenz und durch den spannungsformenden Zündkondensator somit unter Berücksichtigung der Rekombinationszeit der in dem UV- Strahler befindlichen freien Elektronen minimiert.This makes the possibility advantageous created with large pulse widths and accordingly to work with very short pulse pauses, these Pulse pauses below the recombination time of the elec the gas column can lie so that the UV Spotlight after the zero crossing of the pulse-shaped loading drive voltage is only comparatively low Voltage required for further operation. The problem technology in the pulsed mode of operation of the UV Illuminating dark phases and the resulting re-ignition peaks caused by the optimal adjustment of the operating frequency and by the voltage-forming ignition capacitor thus under Consideration of the recombination time in the UV Free electrons located in the emitter are minimized.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung umfaßt die Zündschaltung einen von der Gleichspannungsquelle gespeisten Zündwechselrichter mit einem elek tronischen Schalter und einen Zündtransformator, auf dessen Sekundärseite eine Gleichrichterschaltung mit einer ersten Sekundärwicklung und einem Ladekondensator angeordnet ist, welcher den Zündkondensator speist. Eine zweite und eine dritte Sekundärwicklung des Zündtransfor mators sind jeweils über eine Diode mit jeweils den beiden Anschlüssen der beiden Heizwendeln des UV-Strah lers verbunden.According to a further advantageous embodiment of the Er The invention includes the ignition circuit from the DC voltage source fed ignition inverter with an elec tronic switch and an ignition transformer, on its secondary side with a rectifier circuit a first secondary winding and a charging capacitor is arranged, which feeds the ignition capacitor. A second and a third secondary winding of the Zündtransfor mators are each via a diode with each two connections of the two heating coils of the UV beam connected.

Bei der Erfindung wird dadurch eine einstellbare elek trische Vorheizung der Heizwendeln und die davon abhän gige Zündspannung als Gesamtlösung integriert, wodurch ein schonender Betrieb des UV-Strahlers ermöglicht wird, der seine Lebensdauer deutlich verlängert.In the invention, this is an adjustable elek preheating of the heating coils and that depend on it Ignition voltage integrated as a total solution, whereby gentle operation of the UV lamp is made possible, which significantly extends its lifespan.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nach folgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:For a better understanding of the invention, this is after following with reference to the embodiment shown in the drawing example explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes, und Fig. 1 is a schematic block diagram of an electronic ballast, and

Fig. 2 einen impulsförmigen Spannungsverlauf zur Erläuterung der spannungsformenden Wirkung des Zündkondensators. Fig. 2 shows a pulse-shaped voltage curve to explain the voltage-shaping effect of the ignition capacitor.

Das elektronische Vorschaltgerät wird über Anschlüsse 10 mit einer Netzspannung UN versorgt, wobei einem Gleich richter 14 zur Erzeugung einer konstanten Gleichspannung UG ein elektronisches Oberwellenfilter 12 vorgeschaltet ist. Mit der konstanten Gleichspannung UG wird eine als Wechselrichter arbeitende Hauptspeiseschaltung 16 beauf schlagt, die eine Regelschaltung 18 beinhaltet. Als wei teren Bestandteil umfaßt das elektronische Vorschaltgerät noch eine Zündschaltung 20, welche über einen Anschluß 36 mit der Gleichspannung UG versorgt wird.The electronic ballast is supplied with a line voltage UN via connections 10 , a rectifier 14 being connected upstream of an electronic harmonic filter 12 to generate a constant DC voltage UG. The constant DC voltage UG is applied to a main supply circuit 16 which operates as an inverter and which contains a control circuit 18 . As a further component, the electronic ballast also includes an ignition circuit 20 which is supplied with the DC voltage UG via a connection 36 .

Die Hauptspeiseschaltung 16 liefert für einen UV-Strahler 22 den erforderlichen Betriebsstrom, während die Zünd schaltung 20 dafür verantwortlich ist, die beiden Heizwendeln 24 des UV-Strahlers 22 aufzuheizen sowie die Zündspannung für den UV-Strahler zu erzeugen.The main supply circuit 16 supplies the required operating current for a UV lamp 22 , while the ignition circuit 20 is responsible for heating the two heating coils 24 of the UV lamp 22 and for generating the ignition voltage for the UV lamp.

Die Hauptspeiseschaltung 16 umfaßt einen Hochfrequenz transformator 26 mit einer Primärwicklung 28 und einer Sekundärwicklung 30. Ferner sind zwei elektronische Schalter 32 sowie eine mit der Primärwicklung 28 verbun dene Stromerfassungsschaltung 34 vorgesehen, und die Stromerfassungsschaltung 34 stellt der Regelschaltung 18 den Primärlaststrom des Hochfrequenztransformators 26 zur Verfügung. Die beiden elektronischen Schalter 32 führen die Gleichspannung UG im Rhythmus einer gesteuerten Hoch frequenz der Primärwicklung 28 des Hochfrequenztransfor mators 26 zu. The main supply circuit 16 comprises a high-frequency transformer 26 with a primary winding 28 and a secondary winding 30 . Furthermore, two electronic switches 32 and one connected to the primary winding 28 are provided current detection circuit 34 , and the current detection circuit 34 provides the control circuit 18 with the primary load current of the high-frequency transformer 26 . The two electronic switches 32 carry the DC voltage UG in rhythm with a controlled high frequency of the primary winding 28 of the high frequency transformer 26 .

Die Ansteuersignale für die elektronischen Schalter 32 werden von der Regelschaltung 18 zur Verfügung gestellt. Mittels einer Stromdetektierung über die Stromerfassungs schaltung 34 wird dem UV-Strahler 22 eine einstellbare konstante Leistung zur Verfügung gestellt, und durch eine schnelle Stromregelung wird ein lawinenartiger Anstieg des Betriebsstromes des UV-Strahlers 22 verhindert.The control signals for the electronic switches 32 are provided by the control circuit 18 . By means of a current detection via the current detection circuit 34 , an adjustable constant power is made available to the UV lamp 22 , and an avalanche-like increase in the operating current of the UV lamp 22 is prevented by a rapid current control.

Im Sekundärkreis des Hochfrequenztransformators 26 ist ein Zündkondensator 40 in Reihe mit der Sekundärwicklung 30 geschaltet und mit der einen Heizwendel 24 des UV- Strahlers 22 verbunden. Die andere Heizwendel 24 führt zu dem anderen Anschluß der Sekundärwicklung 30. Der Zünd kondensator 40 erfüllt eine Doppelfunktion. Neben der Lieferung der Zündspannung macht der Zündkondensator 40 im Zusammenhang mit der erwähnten Stromregelung einen Be trieb des UV-Strahlers 22 mit dem Hochfrequenztransforma tor 26 möglich, wobei der Hochfrequenztransformator 26 nicht als Streufeldtransformator ausgelegt ist. Die in einem Streufeldtransformator auftretenden Verluste werden zu Gunsten eines sehr guten elektrischen Wirkungsgrades vermieden.In the secondary circuit of the high-frequency transformer 26 , an ignition capacitor 40 is connected in series with the secondary winding 30 and connected to one heating coil 24 of the UV lamp 22 . The other heating coil 24 leads to the other connection of the secondary winding 30 . The ignition capacitor 40 fulfills a double function. In addition to the supply of the ignition voltage, the ignition capacitor 40 makes it possible to operate the UV lamp 22 with the high-frequency transformer 26 in connection with the current control mentioned, the high-frequency transformer 26 not being designed as a stray field transformer. The losses occurring in a stray field transformer are avoided in favor of a very good electrical efficiency.

Neben der Funktion der Bereitstellung der Zündspannung dient der Zündkondensator 40 dazu, gemäß der Darstellung in Fig. 2 die Amplitude der Betriebsspannung UB derart zu formen, daß die Betriebsstabilität des UV-Strahlers bei sich ändernden Betriebsbedingungen, z. B. bei thermischen Veränderungen gewährleistet bleibt. Wie Fig. 2 zeigt, wird die an sich rechteckförmige Sekundärspannung US des Hochfrequenztransformators 26 durch den Zündkondensator 40 so beeinflußt, daß die Betriebsspannung für den UV- Strahler von erhöhten Werten zu niedrigeren Werten ab fällt. Dadurch wird die gewünschte Betriebsstabilität des UV-Strahlers erzielt. Die abfallende Spannungskurve der Betriebsspannung UB schafft außerdem die Möglichkeit, mit großen Impulsbreiten zu arbeiten, also nur sehr kurze Impulspausen bis unter die Rekombinationszeit der Elek tronen in der Gassäule des UV-Strahlers 22 zu arbeiten, so daß nach dem Nulldurchgang der Betriebsspannung der UV-Strahler 22 nur noch eine vergleichsweise geringe Scheitelspannung USP für den weiteren Betrieb benötigt.In addition to the function of providing the ignition voltage, the ignition capacitor 40 serves, as shown in FIG. 2, to shape the amplitude of the operating voltage UB in such a way that the operational stability of the UV radiator under changing operating conditions, e.g. B. remains guaranteed with thermal changes. As shown in FIG. 2, the secondary voltage US, which is rectangular in shape, of the high-frequency transformer 26 is influenced by the ignition capacitor 40 in such a way that the operating voltage for the UV lamp drops from increased values to lower values. This achieves the desired operational stability of the UV lamp. The falling voltage curve of the operating voltage UB also creates the possibility of working with large pulse widths, that is to say only very short pulse pauses below the recombination time of the electrons in the gas column of the UV lamp 22 , so that after the zero crossing of the operating voltage of the UV Radiator 22 only requires a comparatively low peak voltage USP for further operation.

Die Strombegrenzung des UV-Strahlers 22 erfolgt über eine Regelung der Impulsbreite bzw. über die Schaltzeiten der elektronischen Schalter 32, wobei diese Schaltzeiten von der Regelschaltung 18 vorgegeben werden. Bei einem Anstieg oder bei einem Abfall des Betriebsstromes wird die Impulsbreite entsprechend geändert, so daß der Betriebsstrom des UV-Strahlers 22 begrenzt und seine Leistung konstant bleibt. Dies gilt auch, wenn der UV- Strahler seine Impedanz durch äußere Einflüsse ändert, z. B. durch eine Veränderung der Temperatur von Wasser, in welches der UV-Strahler bestimmungsgemäß zur Behandlung mit ultravioletter Strahlung eingetaucht ist.The current limitation of the UV lamp 22 takes place by regulating the pulse width or via the switching times of the electronic switches 32 , these switching times being predetermined by the control circuit 18 . When the operating current rises or falls, the pulse width is changed accordingly, so that the operating current of the UV lamp 22 is limited and its power remains constant. This also applies if the UV lamp changes its impedance due to external influences, e.g. B. by changing the temperature of water in which the UV lamp is immersed as intended for treatment with ultraviolet radiation.

Die separate Zündschaltung 20 besitzt einen Zündtransfor mator 42 mit einer Primärwicklung 44 und drei Sekundär wicklungen 46, 48 und 50. Ferner umfaßt die Zündschaltung 20 einen elektronischen Schalter 38, welcher von einem durch die Regelschaltung 18 erzeugten Hochfrequenzsteuer signal angesteuert wird, wodurch dem Zündtransformator 42 die Gleichspannung UG im Rhythmus der Hochfrequenz über einen Widerstand 64 zugeführt wird.The separate ignition circuit 20 has an ignition transformer 42 with a primary winding 44 and three secondary windings 46 , 48 and 50 . Furthermore, the ignition circuit 20 comprises an electronic switch 38 , which is controlled by a high-frequency control signal generated by the control circuit 18 , whereby the ignition transformer 42 is supplied with the DC voltage UG in rhythm with the high frequency via a resistor 64 .

An die erste Sekundärwicklung 46 schließen sich eine Diode 52 als Gleichrichter und ein Ladekondensator 54 an, und parallel zu dem Ladekondensator 54 befindet sich ein Schaltungsteil mit einem elektronischen Schalter 56, der von einen Trigger 58 angesteuert wird. Die Vorheiz leistung und die Vorheizzeit für die Heizwendeln 24 des UV-Strahlers 22 sind über eine entsprechende Ansteuerung der elektronischen Schalters 56 und 38 einstellbar, wodurch ein schonendes Zünden des UV-Strahlers 22 bei einer definierten Heizwendeltemperatur realisiert werden kann.A diode 52 as a rectifier and a charging capacitor 54 are connected to the first secondary winding 46 , and a circuit part with an electronic switch 56 , which is controlled by a trigger 58, is located parallel to the charging capacitor 54 . The preheating power and the preheating time for the heating filaments 24 of the UV lamp 22 can be adjusted via a corresponding control of the electronic switches 56 and 38 , whereby a gentle ignition of the UV lamp 22 can be realized at a defined heating coil temperature.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Trigger 58 den elek tronischen Schalter 56 dann betätigt, wenn eine gewünschte Heiztemperatur der Heizwendeln 24 erreicht ist. Wenn der elektronische Schalter 56 betätigt wird, gelangt die über die Diode 52 gleichgerichtete Spannung des Ladekondensators 54 zum parallel geschalteten Zünd kondensator 40 und damit zum UV-Strahler 22.This is achieved in that the trigger 58 actuates the electronic switch 56 when a desired heating temperature of the heating coils 24 is reached. When the electronic switch 56 is actuated, the voltage of the charging capacitor 54 rectified via the diode 52 reaches the ignition capacitor 40 connected in parallel and thus to the UV lamp 22 .

Über die zweite Sekundärwicklung 48 und über die dritte Sekundärwicklung 50 sowie über die Dioden 60 und 62 wer den die gleichgerichteten Heizspannungen den Heizwendeln 24 des UV-Strahlers 22 zugeführt, der im Sekundärkreis des Hochfrequenztransformators 26 liegt. Bei der Zündschaltung 20 erfolgt also das Triggern über den elektronischen Schalter 56, und die Heizleistung wird über den elektronischen Schalter 38 zur Verfügung gestellt.Via the second secondary winding 48 and via the third secondary winding 50 and via the diodes 60 and 62, the rectified heating voltages are supplied to the heating coils 24 of the UV lamp 22 , which is in the secondary circuit of the high-frequency transformer 26 . In the ignition circuit 20 , the triggering takes place via the electronic switch 56 , and the heating power is made available via the electronic switch 38 .

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des elek tronischen Vorschaltgerätes wird der Hochfrequenztrans formator 26 mit einer Frequenz von 66 kHz betrieben. Die impulsförmige Gleichspannung auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators 26 liegt bei 390 Volt, und die Sekundärspannung beträgt etwa 116 Volt (Effektiv-Werte). Die Kapazität des Zündkondensators 40 ist 0,22 uF. Die mit dem elektronischen Vorschaltgerät bzw. mit dem UV- Strahler 22 erzielte Leistung liegt bei etwa 350 Watt, bei einem Betriebsstrom von etwa 3,5 A. Das sind Größen ordnungen, die bisher mit bekannten elektronischen Vorschaltgeräten und den UV-Strahlern nicht erzielt werden konnten.In the described embodiment of the electronic ballast, the high-frequency transformer 26 is operated at a frequency of 66 kHz. The pulsed DC voltage on the primary side of the high-frequency transformer 26 is 390 volts, and the secondary voltage is approximately 116 volts (rms values). The capacitance of the ignition capacitor 40 is 0.22 uF. The power achieved with the electronic ballast or with the UV lamp 22 is approximately 350 watts, with an operating current of approximately 3.5 A. These are orders of magnitude that have not been achieved with known electronic ballasts and the UV lamps could.

Claims

1. Electronic ballast for UV lamps ( 22 ), which are designed as UV low-pressure gas discharge lamps, for generating the ignition voltage and for preheating the heating filaments ( 24 ) of the UV lamp and for generating the pulsed operating current subject to a current limitation for the UV lamp ( 22 ), the on-board switching device comprising an inverter with a DC voltage generated by a DC voltage source ( 14 ) supplied with electronic switches ( 32 ) for generating a pulsed voltage, which a high-frequency transformer ( 26 ) with downstream ignition condensers sator ( 40 ) is supplied, characterized in that the supply of the UV emitter ( 22 ) with the preheating current and the ignition voltage on the one hand and with the operating current on the other hand is divided into two circuit parts, so that a separate ignition circuit for the generation of the ignition voltage ( 20 ) is provided, which also serves as a preheater circuit for preheating the heating coils ( 24 ) works, and that separately from it a main supply circuit ( 16 ) supplied with a constant DC voltage (UG) is provided for generating the pulsed operating current which is impressed on the UV lamp ( 22 ) and that the main feed circuit ( 16 ) associated high-frequency transformer ( 26 ) is not designed as a stray field transformer.

2. Ballast according to claim 1, characterized in that the main supply circuit ( 16 ) comprises a control circuit ( 18 ) which generates the control signals for the electronic switch ( 32 ) of the main supply circuit ( 16 ) operating as a controlled inverter, the generated pulse-shaped Voltage of the primary winding development ( 28 ) of the high-frequency transformer ( 26 ) is supplied.

3. Ballast according to claim 2, characterized in that a current detection circuit ( 34 ) is provided which provides the control circuit ( 18 ) the primary load current of the high-frequency transformer ( 26 ), the control circuit ( 18 ) the switching times of the electronic switches ( 32 ) and thus regulates the pulse widths of the voltage on the primary winding ( 28 ) of the high-frequency transformer ( 26 ) in such a way that the UV lamp ( 22 ) is provided with constant power by rapid current regulation and the operating current of the UV lamp ( 22 ) is limited.

4. Ballast according to one of claims 1-3 since characterized in that the secondary winding ( 30 ) of the high-frequency transformer ( 26 ) via the series-connected ignition capacitor ( 40 ) with the UV lamp ( 22 ) is connected.

5. Ballast according to claim 4, characterized in that the ignition capacitor ( 40 ) with a charging capacitor ( 54 ) of the ignition circuit ( 20 ) is connected, and that the ignition capacitor ( 40 ) is dimensioned so that during operation of the UV lamp ( 22 ) the voltage curve of the operating voltage (UB) of the UV lamp ( 22 ) drops during a pulse duration from higher values to lower values, whereby the operational stability of the UV lamp ( 22 ) is guaranteed with changing operating conditions.

6. Ballast according to one of claims 1-5, characterized in that the ignition circuit ( 20 ) comprises a from the DC voltage source ( 14 ) fed ignition inverter with an electronic switch ( 38 ) and an ignition transformer ( 42 ), on the secondary side of which Rectifier circuit with a first secondary winding ( 46 ) and a charging capacitor ( 54 ) is angeord net, which feeds the ignition capacitor ( 40 ).

7. Ballast according to claim 6, characterized in that a second ( 48 ) and a third secondary winding development ( 50 ) of the ignition transformer ( 42 ) each via a diode ( 60 ; 62 ) with each of the two connections of the heating coils ( 24 ) of the UV lamp ( 22 ) are connected.