DE2721253B2 - Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe - Google Patents

Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Kathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe liefernden Hauptwicklung und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits in dem die Hauptwicklung und die Leuchtstofflampe enthaltenden Betriebsstromkreis liegt.
Bei einer solchen aus der DE-AS 10 98 608 bekannten Schaltung steht für die Zündung der Leuchtstofflampe die Summe aus der Betriebsspannung der Hauptwicklung und der Spannung des Kondensators zur Verfugung; diese Summensparinung steigt nach dem Einschalten des Wechselrichters infolge der Aufladung des Kondensators allmählich an bis die Leuchtstofflampe zündet
Die bis zur Zündung verflossene Zeit reicht jedoch unter manchen Betriebsbedingungen für eine ausreichende Vorheizung der Glühkathoden der Leuchtstofflampe nicht aus, da die Zündwilligkeit der Lampe sehr stark von ihrer Umgebungstemperatur abhängig ist Solche für die Lebensdauer der Lampe schädlichen Kaltstarts werden zusätzlich durch eine, beispielsweise aus der DE-PS 17 89 052 bekannte Zündhilfe begünstigt,
is die ihrerseits zur Sicherstellung eines einwandfreien Starts bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen erforderlich ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiterzubilden, daß unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Vorheizung der Glühkathoden der Leuchtstofflampe gewährleistet ist
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bei Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß in dem Betriebsstromkreis ein Schalter angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen an die Kathoden der Leuchtstofflampe verzögert automatisch geschlossen wird, wobei die Verzögerungszeit so bemessen ist, daß ein Kaltstart praktisch vermieden wird.
Die Vorheizzeit für die Glühkathoden der Leuchtstofflampe ist somit bei der Erfindung ausschließlich von den Eigenschaften der Steuereinrichtung des Schalters abhängig, die leicht so gewählt werden können, daß unter allen nur denkbaren Betriebsbedingungen stets eine ausreichende Vorheizung von beispielsweise etwa 0,5 bis 1 Sekunde gewährleistet ist; das gilt auch dann, wenn zusätzlich eine Zündhilfeschaltung gemäß DE-PS 17 89 052 für die Begünstigung <hs Startes bei sehr
■to tiefen Temperaturen vorgesehen ist.
Es ist zwar bereits ein Transistorwechselrichter mit Streufeldtransformator zur Speisung einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden bekannt, bei der eine ausreichende Vorheizung mit Hilfe eines verzögert
öffnenden, mechanischen Schaltkontaktes sichergestellt wird (Sturm, Vorschaltgeräte, 5. Auflage, Seite 347). Hierbei liegt jedoch der Ruhekontakt eines Schutzgasrelais anstelle des sonst üblichen Glimmzünders in dem Vorheizkreis und unterbricht die Heizung mit der
-° gewünschten Verzögerung. Da jedoch hierbei die zum Zünden erforderliche Spannungsüberhöhung auf einem Resonanzeffekt beruht, sind die Transistoren des Wechselrichters durch Überspannungen gefährdet, wenn die, beispielsweise defekte, Leuchtstofflampe nicht zündet und somit nicht für die erforderliche Spannungsbegrenzung sorgt.
Vorzugsweise dient bei der Erfindung als Schalter ein Triac, der über eine Shockleydiode und ein RC-C\\ed an Teile der Sekundärwicklung des Streufeldtransformators angeschlossen ist, so daß er verzögert durchschaltet.
Triacs haben nun die Tendenz, auch ohne an der Zündelektrode von außen zugeführten Zündstrom durchzuschalten, was insbesondere bei sehr hohen Spannungen, Spannungsgradienten oder Frequenzen zu beobachten ist. Ferner ist es kaum möglich, einen Triac bei Frequenzen oberhalb 1OkHz zum Abschalten zu benutzen.
Aufgrund dieser Besonderheiten wird der Triac bei der Erfindung zum verzögerten Zuschalten verwendet; die Abschaltung erfolgt dagegen beim Abschalten des gesamten Wechselrichters.
Eine Selbstdurchzündung des Triac wird andererseits durch die hier verwendete Wechselrichterschaltung mit Sicherheit vermieden: Betriebsart und Schaltung sind nämlich so gewählt, daß vor allem bei hoher Speisegleichspannung eine rechteckige Spannungsarm auch noch bei Nennlast gewährleistet ist, der die Betriebsfrequenz bestimmende Sättigungsstrom der Transistoren also durch einen starken Anstieg des Stromes im Primärkreis des Streufeldtransformators und nicht durch eine Abnahme der Steuerspannung bestimmt ist, wie es bei Wechselrichtern mit einem Serienresonanzkreis der Fall ist. Auf diese Weise läßt sich der Scheitelwert der Spannung an dem Triac bei verhältnismäßig hohem Effektivwert niedrig halten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Betriebsfrequenz der gewählten Wechselrichterschaltung im Leerlauf erheblich niedriger ist als bei Belastung. Bei einer Nennfrequenz von 20 kHz liegt beispielsweise die Leerlauffrequenz bei nur 7 kHz; dabei läßt sich ein Durchzünden des Triac noch mit Sicherheit vermeiden.
Die bevorzugte rechteckige Spannungsform verlangt einen Verzicht auf einen Serienresonanzkreis. Es kommt dann aber leicht zu Unsymmetrien der beiden Halbwellen und infolge dessen zu Gleichstromkomponenten im Wechselstromkreis, durch die die Transistoren gefährdet sind. Es ist daher zweckmäßig, in den Primärkreis des Streufeldtransformators einen so groß bemessenen Kondensator zu legen, daß durch ihn der für den Betrieb der Leuchtstofflampe erforderliche induktive Charakter der Schaltung bei der Nennfrequenz kaum verändert wird. Gleichzeitig wird durch diesen Kondensator die Abhängigkeit der Nennfrequenz bei Belastung des Wechselrichters von Schwankungen der Speisegleichspannung erhöht, was in Verbindung mit der Streuinduktivität des Streutransformators daz. führt, daß Lampenstrom und Lampenspannung bei Schwankungen der Speisegleichspannung praktisch konstant bleiben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur erläutert.
Die Primärwicklung 31 des Streufeldtransformators 3 ist über einen Kondensator 4 mit parallel geschaltetem Entladewiderstand an die Wechselspannungsklemmen 25, 26 einer von Transistoren 21, 22, 23 und 24 gebildeten Brückenschaltung angeschlossen, die ihrerseits mit den Klemmen 11, 12 einer Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. Die Basis-Emitterstrecken der Transistoren sind in bekannter Weise über nicht näher bezeichnete Schaltungsanordnungen mit Steuerwicklungen des Streufeldtransformators 3 so verbunden, daß immer die Transistoren 21 und 24 oder 22 und 23 gleichzeitig durchgesteuert bzw. gesperrt sind.
Der Streufeldtransformator 3 und der Steuerkreis jedes Transistors sind so bemessen, daß die Umsteuerung des Schaltzustandes durch Ansteigen des Magnetisierungsstromes auf den Wert des Sättigungsstromes eines Transistors bei praktisch konstantem Steuerstrom bestimmt ist. Der Kondensator 4 bildet dementsprechend bei der so bestimmten Betriebsfrequenz des Wechselrichters zusammen mit der Streuinduktivität des Streufeldtransformator 3 keinen Serienresonanzkreis sondern eine insgesamt induktive Impedanz von solcher Größe, wie es d ,rch die erforderliche Strombegrenzung für die Leuchtstofflampe 5 notwendig ist Er hat vielmehr die Aufgabe, eine die Transistoren gefährdende Gleichstromkomponente aufgrund unterschiedlich langer Halbwellen zu vermeiden.
Die Glühkathoden 51,52 der Leuchtstofflampe 5 sind an die Heizwickiungen 33,35 angeschlossen, wobei die Heizwicklung 33 zwischen einer Hauptwicklung 32 und einer Zündwiclclung 34 liegt, während die Heizwicklung 35 von diesen Wicklungen galvanisch getrennt ist Das
ίο der Heizwicklung 33 entfernt liegende Ende der Hauptwicklung 32 ist über einen Kondensator 61 und einen Triac 62 mit der Glühkathode 51 verbunden. Dem Triac ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die einen Zündkondensator 83 enthält, der einerseits über einen Widerstand 84 und eine ShockJeydiode 85 an die Steuerstrecke des Triac 62 und andererseits über eine Diode 86 an die Heizwicklung 35 und zusätzlich über einen Widerstand 82 und eine Diode 81 an die Reihenschaltung aus Heizwicklung 35 und einer Zusatzwicklung 36 angeschlossen i? . Diese Zusatzwicklung 36, der Widerstand 82, der Zün^kondensaior 83 und die Shockleydiode 85 sind so bemessen und auf die Zündeigenschaften des Triac 62 abgestellt, daß sich die gewünschte verzögerte Anschaltung der Hauptwicklung 33 und des Kondensators 61 an die Leuchtstofflampe 5 ergibt.
Der Kondensator 61 ist über den Triac 62, eine Diode 63 und einen Widerstand 64 auch an die Reihenschaltung der Hauptwicklung 32, der Heizwicklung 33 und der Zündwicklung 34 angeschlossen; nach dem Durchschalten des Triac 62 wird daher der Kondensator 61 auf die Summe der an diesen Wicklungen liegenden Spannungen aufgeladen.
Als Zündhilfe für niedrige Umgebungstemperaturen, beispielsweise unter —15° C, dient ein Spannungsteiler aus einem Widerstand 71 und einem Heißleiter 72, der an der Reihenschaltung der Wicklungen 32, 33 und 34 liegt und dessen Abgriff über einen Kondensat« r 73 am Lampengehäuse 53 liegt.
Mit dem Einschalten des Wechselrichters und seinem Ai schwingen werden die Glühkathoden 51, 52 der Leuchtstofflampe 5 sofort mit Heizstrom aus den Heizwicklungen 33, 35 versorgt. Gleichzeitig lädt sich der Zündkondensator 83 verhältnismäßig langsam über
■»ϊ den Widerstand 82 auf und erreicht schließlich nach der gewünschten Zeit die Schaltspannung der Shockleydiode 85. Er entlädt sich daraufhin über die Steuerstrecke des Triac 62 und zündet diesen durch. Mit diesem Zeitpunkt liegt die gesamte Spannung der Wicklungen 32, 33 und 34 über Widerstand 64 und Diode 63 an dem Kondensator 61, der sich von Halbwelle zu Halbwelle auf einen höheren Scheitelwert auflädt. Seine Spannung liegt zugleich in Reihe mit der Spannung der Hauptwicklung 32 zwischen den Glühkathoden 51 und 52 und führt bei en'sprechender Größe zur Zündung der Leuchtstofflampe, die somit grundsätzlich erst nach ausreichender Vorheizung erfolgen kann.
Da über den Triac 62 auch der Betriebsstrom de; Leuchtstofflampe j fließt, muß er in durchgesteuertem Zustand gehalten werden. Den hierzu erforderlichen Strom liefert die Heizwicklung 35 über die Diode 86 und den Widerstand 84; der für die höhere Zündspannung der Shockleydiode 85 bemessene Stromkreis mit der Zusatzwicklung 36, der Diode 81 und dem Widerstand 82 braucht daher nu/ für eine verhältnismäßig niedrige Leistung bemessen zu sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Anordnung zum Starten und Betreiben einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Kathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe liefernden Hauptwicklung und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits in dem die Hauptwicklung und die Leuchtstofflampe enthaltenden Betriebsstromkreis liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Betriebsstromkreis ein Schalter (62) angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen (33, 35) an die Kathoden (51, 52) der Leuchtstofflampe (5) verzögert automatisch geschlossen wird, ivobei die Verze-jerungszeit so bemessen ist, daß ein Kaltstart praktisch vermieden wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (62) auch im Ladestromkreis des Kondensators (61) liegt
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (62) ein Triac dient
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Zündkondensator (83) aufweist, dem die Steuerstrecke des Triac (62) über eine Shocklexdiode (85) und einen Widerstand (84) parallel geschaltet ist, und daß der Zündkondensator (83) einerseits über eine Diode (86) an eine den Beti iebsstrom des Triac liefernde Wicklung (35) und andererseits über eine Diode (81) und einen Widerstand (82) an jine die Zündspannung für die Shockleydiode liefernde Wicklung (36) des Streufeldtransformators (3) angeschlossen ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter als Brückenschaltung mit Transistoren (21 bis 24) ausgeführt ist und die Primärwicklung (31) des Streufeldtransformators (3) über einen Kondensator (4) speist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Kondensators (4) im Stromkreis der Primärwicklung (31) bei der Nennfrequenz des Wechselrichters maximal 10% der durch die Betriebsdaten der Leuchtstofflampe bestimmten Impedanz der Streuinduktivität des Streufeldtransformators (3) ist.
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