DE2262299A1

DE2262299A1 - Zuendschaltung fuer fluoreszenzlampen

Info

Publication number: DE2262299A1
Application number: DE19722262299
Authority: DE
Inventors: Werner Gebauer
Original assignee: LEUENBERGER HANS OBERGLATT (SCHWEIZ)
Current assignee: LEUENBERGER HANS OBERGLATT (SCHWEIZ)
Priority date: 1971-12-31
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1973-07-12
Also published as: NL7217868A; GB1371742A; CH546530A; DE2262299B2; FR2166096A1; BE793526A; AT323287B; FR2166096B3

Description

5. Dezember 1972 EB/ju

Anwaltsakte: 4316

Hans Leuenberger, Ing. HTL, Zürcherstrasse, 8154 Oberglatt (Schweiz)

Zündschaltung für Fluoreszenzlampen

(Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der schweizerischen Anmeldung Nr. 19251/71 vom 31. Dezember 1971 in Anspruch genommen)

Fluoreszenzlampen werden häufig so gezündet, dass man die Kathoden zuerst während etwa 1 bis 3 Sekunden mit einem Strom heizt, der etwa das 1 bis 2-fache des im Betrieb der Lampe erforderlichen Stromes beträgt, und dass man hierauf eine Startspannung an die Kathoden anlegt. Die elektrische Umschaltung geschieht meistens mit einem Glimmschalter, kann aber auch mit einem rein mechanisch betätigbaren Schalter erfolgen. Um die Startzeit zu verkürzen und Reparaturen der Schalter zu vermeiden, hat man schon Zünds,chal~ tungen ohne Umschaltung entwickelt. Zum Beispiel werden die Kathoden über einen besonderen Transformator dauernd geheizt, auch wenn die Lampe nicht brennen so'll, so dass die Lampe, bei Anschalten an das Netz sofort zündet, was aber sowohl in der Anschaffung wie im Betrieb teuer ist. Es gibt auch Zündschaltungen, bei denen die Zündung sofort beim Einschalten unter Ausnützung einer Resonanzerscheinung erfolgt, was aber den Nachteil hat, ■ dass die im kalten Zustande gezündeten Kathoden relativ rasch zerstört werden, d.h. die Lebensdauer der Lampe wird verkürzt.

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Die Erfindung welche bezweckt, diesen Nachteil zu beheben, betrifft eine Zündschaltung für Fluoreszenzlampen, mit einem Stromkreis, in welchem die beiden Kathoden der Fluoreszenzlampe, mindestens zwei Drosselspulen und ein Kondensator in Serie geschaltet sind, wobei der Kondensator und mindestens eine Drosselspule zwischen den Kathoden und mindestens eine Drosselspule nicht zwischen denselben liegt, und wobei die Zündung der Lampe durch eine infolge des Anschaltens der Zündschaltung an ein Wechselstromnetz zwischen den Kathoden auftretende, resonanzbedingte Spannungsüberhöhung erfolgt. Gemäss der Erfindung zeichnet sich diese Zündschaltung dadurch aus, dass parallel zum Kondensator eine Steuervorrichtung geschaltet ist, welche sofort beim Anschalten der Zündschaltung den Kondensator kurzschliesst, aber nur während eines zur Aufheizung der Kathoden vorgesehenen Zeitintervalles kurzgeschlossen halt, so dass die Spannungsüberhöhung und somit die Zündung der Lampe nach diesem Zeitintervall bei vom Kurzschluss-Strom aufgeheizten Kathoden erfolgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. En ..eigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer Ausführungsform der Zündschaltung nach der Erfindung, und

Fig. 2

und 3 je eine verschiedene Möglichkeit zum schaltungsmässigen Aufbau einer in Fig. 1 als Block dargestellten Steuervorrichtung .

Die in Fig. 1 dargestellte Zündschaltung weist zwei einander gleiche Drosselspulen 1 und 2 auf, die auf einem gemeinsamen Magnetkern 3 gegensinnig gewickelt sind. Die Drosselspule 1 liegt irn Zuge einer Leitung 4, die von einer Eingongsklemme 5 der Zündschaltung zu einer Anschlussklemme 6 einer Fluoreszenz, larnpu

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7 führt. Die Lampe 7 weist zwei einander gegenüberliegende Elektroden 8 und 9 auf, die beim Wechselstrqmbetrieb der Lampe abwechselnd als Kathoden arbeiten und daher kurz als solche bezeichnet werden.Die Kathode B liegt zwischen der Anschlussklemme 6 und einer Anschlussklemme 10, die über eine Leitung 11 in deren Zuge sich die Drosselspule 2 befindet, mit einer Seite eines Kondensator 12 verbunden ist. Die Kathode 9 liegt zwischen zwei Anschlussklemmen 13 und 14, die über Leitungen 15, bzw. 16, mit der anderen Seite des Kondensators 12, bzw. der anderen Eingangsklemme 17 der Zündschaltung verbunden sind.

Parallel zum Kondensator 12 ist eine Steuervorrichtung 16 geschaltet, welche über 'eine Steuerleitung 19 mit einem zwischen der Drosselspule 1 und der Kathode 8 liegenden Punkt der Leitung 4 verbunden ist. Die vorliegende Schaltung unterscheidet sich lediglich durch diese Steuervorrichtung 18 und die zu ihr führende Steuerleitung 19 von einer bekannten Resonanzzündschal,tung. Diese bekannte Schaltung arbeitet wie folgt:

Wenn man die Eingangselektroden 5, 17 über einen nicht dargestellten Schalter an das Wechselstromnetz legt, so fliesst ein Heizstrom durch die in Serie mit den Drosselspulen 1 und 2 und dem Kondensator 12 geschalteten Kathoden 8 und 9. Wegen der gegensinnigen Wicklung der Spulen 1 und 2, wirkt jede dieser Spulen in der Serieschaltung nur mit einer der Streuung . der Wicklungen 1 und2 entsprechenden Induktivität L . Sind die Indukti-

vität 2L_ und die Kapazität C des betrachteten Heizstromkreises s

bei der Netzfrequenz annähernd in Resonanz, so fliesst in demselben im ersten Moment ein erheblicher Strom; da aber gleichzeitig ein hoher Spannungsabfall an der Serieschaltung der Drosselspule 2 und des Kondensators 12', also zwischen den Kathoden B und 9 auftritt, und dies zu einer sofortigen Zündung der Lampe 7 führt, dauert der Resonanzstrom nicht lange genug, um die Kathoden 8 und 9 wirksam aufzuheizen, d.h. der Lampenstrom beginnt

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zu fliessen, wenn die Kathoden noch kalt sind, und dies ist für die Lebensdauer der Lampe sehr ungünstig· Durch die Zündung der Lampe 7 wird der Schaltungszweig 2,12 kurzgeschlossen. Da nun nur noch die Drosselspule 1 stromdurchflossen ist, ist sie in erwünschter Weise im Lampenstromkreis mit einer wesentlich höheren Induktivität L> L wirksam, als im vorher betrachteten Resonanzstromkreis; eine hohe Vorschaltinduktivität ist aber bekanntlich für den stabilen Betrieb einer Fluoreszenzlampe notwendig·

Um dem Nachteil zu begegnen, dass die bekannte Resonanzzündschaltung die Lebensdauer der Lampen verkürzt, hat man spezielle Lampen mit verstärkten Kathoden vorgesehen. Diese Speziallarnpen haben aber wiederum den Nachteil, teurer zu sein als die üblichen Lampen, die bei der Anwendung von Glimmschaltern oder mechanischen Schaltern eine lange Lebensdauer haben.

Bei der vorliegenden Zündschaltung wird nun durch die Steuervorrichtung 1Θ bewirkt, dass auch Lampen mit unvcrstärkter Kathode lange Zeit benützt werden können.Die Steuervorrichtung 18 schliesst nämlich im Moment des Anschlusses dor Eingangsklemmen 5,17 an das Netz, unter der Einwirkung des ihr über ihre Steuerleitung 19 zugeführten Potentials den Kondensator 12 kurz. Dies hat zur Folge, dass im Heizstromkreis lediglich die beiden Drosselspulen 1 und 2 wirksam sind; dieselben bilden einen induktiven Spannungsteiler mit zwei Hälften L und L , so

s s

dass zwischen den beiden Kathoden B und 9 zunächst lediglich die halbe Netzspannung liegt, die zum Zünden der Lampe 7 nicht genügt.

Die Steuervorrichtung 1Θ ist ferner so ausgelegt, dass der Kurzschluss des Kondensators 12 nach einer kurzen, aber doch nicht vernachlässigbaren Zeit von z.B. etwa 0,5 see. aufgehoben wird. In diesem Moment tritt dem Heizstromkreis die be-

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reits beschriebene Resonanz au-P und die dadurch bedingte Spannungsüberhöhung zwischen den Kathoden 8 und 9 zündet die Lampe 7. Der Heizstrom ist nun aber bereits genügend lang geflossen, um die Kathoden 8 und 9 auf eine Temperatur von etwa 800 C zu erhitzen, so dass die Zündung jetzt keinerlei schädliche Folgen für die Lebensdauer der Lampe hat. Um diese Temperatur zu erreichen, die sich auf Grund zahlreicher Messungen als besonders vorteilhaft erwiesen hat, kann man sowohl die Kurzschlussdauer t^, insbesondere durch die Wahl von in der Steuervorrichtung 18 vorgesehenen Verzögerungsstromkreisen, als auch die Grosse des Kurzschluss-Stromes J^, insbesondere durch die Wahl der Grosse der Drosselspuleninduktivitäten, L , beeinflussen. Nach erfolgter Zündung der Lampe 7 arbeitet die Schaltung in durchaus üblicher Weise. Der Kurzschluss-Strom J ist vorzugsweise etwa 3-mal so gross wie der

Betriebsstrom der Lampe 7. Bei einer in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Variante der beschriebenen Ausführungsform sind auch im Zuge der Leitungen 15 und 16 zwei Drosselspulen 2' und 1' angeordnet, die auf einen gemeinsamen Magnetkern 3' gegensinnig gewickelt sind. Diese an sich wohl bekannte symmetrische Anordnung ist für die beschriebene Arbeitsweise der Zündschaltung unwesentlich.

Die in Fig. 2 in einzelnen mit dargestellte Steuervorrichtung 18 weist eine aus Dioden aufgebaute Gleichrichterbrücke 20 auf, von der.zwei Eingangspunkte 21 und 22 je mit einer der beiden Seiten des Kondensators'12 verbunden sind. Von den beiden Ausgangspunkten ist. der Punkt 23 positiv und der Punkt 24 negativ und es ist klar, dass durch einen Kurzschluss zwischen diesen beiden Punkten 23 und 24 auch der Kondensator 12 kurzgeschlossen wird, und zwar für beide Halbwellen der Wechselspannung. Zwischen den Punkten 23 und 24 ist ein Thyristor 25 angeordnet, dessen Steuerelektrode 26 über einen Widerstand 27 mit dem Kollektor, 28 eines npn-Trarisistors 29 verbunden ist. '

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Die Anode des Thyristors 25, die unmittelbar an den pos'V' we*i Ausgangspunkt 23 angeschlossen ist, ist über einen Stromzweig 3D mit dem Kollektor 28 verbunden. Der Stromzweig 30 besteht aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 31 und 32, und einem zum Widerstand 31 parallel geschalteten Kondensator 33. Die Kathode des Thyristors 25, die unmittelbar an den negativen Ausgangspunkt 24 angeschlossen ist, ist über einen Widerstand 34 mit dem Kollektor des Transistors 29 und unmittelbar mit dessen Emitter 35 verbunden. Ferner ist die Thyristorkathode über einen Widerstand 36 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator 37 auch mit der Basis 38 des Transistors 29 verbunden. Diese Basis 38 ist ferner über einen Widerstand 39 und eine Diode an die Steuerleitung 19 angeschlossen.

Die Steuervorrichtung 18 arbeitet wie folgt:

Wenn beim Anschalten der Zündschaltung an das Netz eine Spannung am Kondensator 12 und demzufolge zwischen den Punkten 23 und 24 auftritt, wird durch den vom Stromzweig 3D und vom Widerstand gebildeten Spannungsteiler der Steuerelektrode 26 des Thyristors 25 über den Widerstand 27 eine Stouerspannung zugeführt, welche den Thyristor 25 b leitend macht, so dass dessen Speisespannung zusammenbricht und der Kondensator 12 sofort kurzgeschlossen wird und somit der Kurzschluss-Heizstrom 3. die Kathoden 8 und 9 aufheizt, wie bereits beschrieben worden ist. Nach dem Anschalten der Eingangsklemmen 5 und 17 an das Wechselstromnetz, fliesst aber in denjenigen Halbwellen, in welchen die Klemme 5 gegenüber der Klemme 17 positiv ist, ein Strom im Stromkreis 5,1,19,40,39,36/737,24,22,15,9,16,17. Dadurch wird der Kondensator 37 aufgeladen, bis nach einer durch die Zeitkonstante des Verzögerungsstromkreises 39,37 bedingten Zeit von etwa 0,5 see. die Basis 38 des Transistors 29 gegenüber dem Emitter 35 genügend positiv wird, um den Transistor 29 leitend zu machen, d.h. den Widerstand 34 kurz zu schliessen. Demzufolge geht dor Thyristor 25 in den Sperrzustand über und da der Kondensator 12 nun nicht

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mehr kurzgeschlossen ist, tritt die fesörtanzbedingte Spänrtüngs*. überhöhung zwischen den Kathoden S und St auf* durch weiche die Lampe 7 gezündet wird* Beim Abschalten der Zündschaltung entlädt sich dann der Kondensator über den Entladewiderstand 36* der wesentlich grosser ist als der Ladewiderstand 39 und.da·* her die Kurzschlussdauer t. praktisch nicht beeinflusst.

Die in Figy 3 gezeigte Steuervorrichtung 18 weist einen in beiden Polaritätsrichtungen arbeitenden Doppelthyristor 41 {"Triac"J auf, der unmittelbar zum Kondensator 12 -parallel geschaltet ist, wodurch die Gleichrichterbrücke 20 überflüssig wird. Die mit 42 bezeichnete Steuerelektrode des Triacs 41 ist über eine in beiden Polaritätsrichtungen arbeitende Doppeldiode 43 ("Diac") mit dem Kollektor 28 des Transistors 29 verbunden .

Zwischen der Diode 40 und dem Emitter 35 ist ein Spannungsteiler geschaltet, der aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 44 und 45, und einem zum Widerstand 45 parallel geschalteten Kondensator 46 besteht« Der Spannungsteilungspunkt 47 ist über einen Vorschaltwiderstand .48 mit dem Diac 43 verbunden. Dadurch wird an einem zwischen dem Widerstand 48 und dem Triac 43 vorgesehenen Kondensator 49 eine Steuerspannung aufgebaut, die letzteren für beide Stromrichtungen leitend macht; wenn aber der Transistor 29 durch Aufladung des Kondensators 37 leitend wird, bricht die Steuerspannung zusammen, so dass der Triac in den Sperrzustand übergeht und den Kondensator 12 nicht mehr kurzsehliesst. Die Wirkungsweise ist somit die "gleiche wie im Falle von Fig. 2.

In den bekannten Zündschaltungen (Fig. 1 ohne Steuervorrichtung 18) werden manchmal zwischen den Klemmen .10 und 6 einerseits und den Klemmen 13 und 14 anderseits zwei toder allenfalls mehr) in Serie geschaltete Fluoreszenzlampen angeordnet,, die für die halbe Spannung der Lampe 7 ausgelegt sind. Die .be.riacbb.^rtpn

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Kathoden der beiden Lampen werden in Serie miteinander an eine zusätzliche Wicklung angeschlossen, die mit dem Magnetkern 3 und somit mit den Drosselspulen 1 und 2 magnetisch gekoppelt ist und im Betrieb den Heizstrom für diese Kathoden liefertt Es ist ersichtlich, dass die Serieschaltung der beiden Fluoreszenzröhren identisch ist mit einer einzigen Fluoreszenzröhre, die in ihrer Mitte mit einer Zwischenelektrode versehen ist, die von der genannten zusätzlichen Wicklung mit Heizstrom gespeist wird.

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Claims

Patentansprüche

/1^\ Zündschaltung für Fluoreszenzlampen, mit einem Stromkreis, in welchem die beiden Kathoden der Fluoreszenzlampe, mindestens zwei Drosselspulen und ein Kondensator in Serie geschaltet ■ sind, wobei der Kondensator und mindestens eine Drosselspule zwischen den Kathoden und mindestens eine Drosselspule nicht zwischen denselben liegt, und wobei die Zündung der Lampe durch eine infolge des Anschaltens der Zünde^haltung an ein Wechselstromnetz zwischen den Kathoden auftretende, resonanzbedingte Spannungsüberhöhung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Kondensator (12) eine Steuervorrichtung (18) geschaltet ist, welche sofort beim Anschalten der Zündschaltung den kondensator kurzschliesst, aber nur während eines zur Aufheizung der Kathoden (8,9) vorgesehenen Zeitinter-

valles (t ) kurzgeschlossen hält, so dass die Spannungsüber-κ

höhung und somit die Zündung der Lampe (7) nach diesem Zeitintervall bei ν
thoden erfolgt.

Intervall bei vom Kurzschluss-Strom (J, ) aufgeheizten Ka-
2. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18 Fig. 2) eine Gleichrichterbrücke (20) aufweist, deren Eingang (21, 22) am Kondensator (12) und deran Ausgang (23,24) an einem Thyristor (25) angeschlossen ist, dessen Steuerspannung vom Leitungszustand eines Transistors (29)'abhängt, der durch einm Verzögerungsstromkreis (39,37) gesteuert wird, welcher beim Anschalten der Zündschaltung an das Netz Spannung erhält und nach einer das genannte Zeitintervall (t ) bedingenden Verzö-

gerung den Transistor (29) aus seinem anfänglichen Leitungszustand, bei welchem der Thyristor (25) leitet, in einen

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anderen Leitungszustand überführt, bei welchem der Thyristor sperrt.
3. Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18, Fig.3) einen in beiden Polaritätsrichtungen arbeitenden Doppelthyristor (41) aufweist, der am Kondensator (12) angeschlossen ist und dessen Steuerspannung vom Leitungszustand eines Transistors (29) abhängt, der durch einen Verzögerungskreis (39,37) gesteuert wird, welche beim Anschalten der Zündschaltung an das Netz Spannung erhält und nach einer des genannten Zeitintervalles (t.) bedingenden Verzögerung den Transistor (29) aus seinem anfänglichen Leitungszustand, bei welchem der Doppelthyristor (41) leitet, in einen anderen Leitungszustand überführt, bei welchen der Thyristor sperrt.
4. Zündschaltung nach Anspruch 1, oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall (t.) mindestens angenähert 0,5 see. ist.
5. Zündschaltung nach Anspruch 1, oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden (8,9) auf eine Temperatur von mindestens angenähert 800 C geheizt werden.
6. Zündschaltung nach Anspruch 1, oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschluss-Strom (J,) mindestens angenähert das Dreifache des Lampenbetriebsstromes beträgt.

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