DE2816715A1

DE2816715A1 - Speiseschaltung fuer leuchtstoffroehren

Info

Publication number: DE2816715A1
Application number: DE19782816715
Authority: DE
Inventors: Zoltan L Gyursanszky
Original assignee: Honeywell Ltd Canada
Current assignee: Honeywell Ltd Canada
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1978-10-26
Also published as: FR2388454A1; JPS541978A; US4163925A; JPS5945199B2; FR2388454B1; CA1106908A; USRE31146E; DE2816715C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Leuchte stoffröhren bestehen aus einem mit Gas, beispielsweise Quecksilberdampf gefüllten Glaszylinder, an dessen beiden Enden je ein Heizdraht vorgesehen ist. Die Heizdrähte werden durch einen Heizstrom aufgeheizt, so daß eine thermische Emission auftritt und ein Lichtbogen in der Leuchtstoffröhre entsteht. Das von dem Gas abgestrahlte Licht liegt meistens im kurzwelligen UV-Bereich und ergibt somit eine geringe Ausbeute an sichtbarem Licht. Um die Ausbeute zu verbessern, ist die Innenseite des Glaszylinders mit einer geeigneten Leuchtschicht versehen, welche von der UV-Strahlung angeregt sichtbares Licht nach außen abstrahlt, dessen Farbe von der Zusammensetzung der Leuchtschicht abhängt. Um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten, muß die Heizspannung auf einem vorgegebenen Mindestwert gehalten werden. Dies bereitet dann Schwierigkeiten, wenn die Leuchtstoffröhre zwecks Helligkeitsregelung mit sich ändernder elektrischer Energie versorgt wird. Um hier Abhilfe au schaffen, ist ein Dreileitersystem bekannt, bei dem die Versorgung der Heizdrähte von der Versorgung der .Hauptentladungsstecke mit der veränderbaren Stromversorgung für die Hauptentladungsstrecke getrennt ist. Eine erste Leitung führt der Leuchtstoffröhre den veränderbaren Strom für den Lichtbogen zu, eine zweite Zuleitung liefert eine konstante Heizspannung an die Heizdrähte der Röhre und die dritte Leitung dient als gemeinsame Rückleitung. Aus der Sicht der Installationskosten ist ein solches Dreileiter-, system einem Zweileiteranschluß unterlegen. Nachteilig bei Zweileitersystemen ist, daß sich mit der Änderung des Entladungsstromes zugleich die Heizspannung ändert und somit eine relativ geringe Regelmöglichkeit vorhanden ist. Sobald beim Herabregeln des Entladungsstroms die Heizspannung einen unteren Grenzwert unterschreitet, erlischt die Röhre.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zweileiter-Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren zu schaffen, welche eine größere, dem Dreileitersystem vergleichbare Helligkeitsregelmöglichkeit ergibt. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Zeichnungen wiedergegebener. Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein bekanntes Dreileitersystem; Fig. 2 ein bekanntes Zweileitersystem; Fig. 3 den Verlauf der Spannung an den beiden Enden der im bekannten Zweileitersystem gemäß Fig. 2 vorgesehenen Drosselspule und an der Drosselspulenanzapfung gemäß Fig. 4;

Fig. 4 eine erste Ausführungsform der Speiseschaltung gemäß der Erfindung; und

die Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsformen, welche jeweils der Speisung zweier Leuchtstoffröhren dienen.

Beim bekannten Dreileitersystem 10 gemäß Fig. 1 sind drei Leitungen 11, 12 und 13 an die Eingänge 14, 15 und 16 angeschlossen. Die erste Leitung 11 verbindet den Anschluß 14 mit der Drosselspule 17, deren andere Seite über die Leitung 19 mit der Leuchtstoffröhre 18 verbunden ist. Die Leitung 20 stellt die Verbindung von der gegenüberliegenden Seite der Leuchtstoffröhre 18 mit der Klemme 16 her. Zwischen die Anschlüsse 15 und 16 ist die Primärwicklung 21 des Heiztransformators 22 eingeschaltet. Der Anschluß 14 liefert einen veränderbaren Strom an die Leuchtstoffröhre 18 um deren Helligkeit zu regeln, während der an die Klemmen 15 und 16 angeschlossene Transformator 22 eine konstante Heizspannung für die Röhre 18 zur Verfügung stellt. Die Sekundärwicklungen und 24 des Transformators sind an die entsprechenden Heizdrähte der Röhre 18 angeschlossen. Die Startelektrode 25 in

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der Halterung der Leuchtstoffröhre steht über die Leitung mit der Masseklemme 26 in Verbindung. Da die Heizdrähte der Leuchtstoffröhre auf einer vorgegebenen Spannung gehalten werden müssen, um die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Temperatur zu gewährleisten, hat man bei dieser bekannten Schaltung für die Heizdrähte der Röhre 18 eine besondere Konstantspannungsquelle verwendet. Hierdurch konnte die Helligkeitsregelung mit Hilfe des über die Leitung 14 zugeführten Entladungsstroms in der gewünschten Weise über einen ansehnlichen Bereich erfolgen. Die Heizstromversorgung über die Klemmen 15 und 16 ist getrennt vom Entladestromkreis, der von der Klemme 14 über die Röhre 18 zur Klemme 16 führt.

Beim bekannten Zweileitersystem gemäß Fig. 2 verbindet eine erste Leitung 30 eine veränderbare Stromquelle an der Klemme 31 mit der Drosselspule 32, deren andere Seite über die Leitung 33 an die Leuchtstoffröhre.34 angeschlossen ist. Das andere Ende der Leuchtstoffröhre 34 steht über die Leitungen 35 und 37 mit der anderen Versorgungsklemme 36 in Verbindung. Zwischen die Leitungen 30 und 37 ist die Primärwicklung 38 des Heiztransformators 39 eingeschaltet, dessen eine Sekundärwicklung 40 an den Heizdraht am einen Ende der Röhre 34 und dessen andere Heizwicklung 41 an den Heizdraht am anderen Ende der Röhre 34 angeschlossen ist. Die Startelektrode 42 steht über die Leitung 43 mit dem Masseanschluß 44 in Verbindung. Obwohl eine solche Anordnung preisgünstiger ist als ein Dreileitersystem, ist sie nicht in der Lage, eine konstante Heizspannung für die Röhre 34 zu liefern, so daß der Regelbereich für die Helligkeitsänderung der Röhre 34 sehr begrenzt ist.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, ergeben sich bei einer Änderung des Entladungsstromes durch die Drosselspule 32 zwischen 0% und 100% verschiedene Spannungen an der Drosselspule, und zwar eine Spannung V_ am Punkt B, welche mit wachsendem Strom zunimmt, sowie eine Spannung V_ am gegenüberliegenden Ende E

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der Drosselspule, welche wegen des negativen Widerstandsverhaltens der Leuchtstoffröhre mit zunehmendem Entladungsstrom abnimmt. Somit zeigt Fig. 2, daß bei dem bekannten Zweileitersystem die den Heizdrähten zugeführte Spannung abnimmt, sobald der Entladungsstrom verringert wird.

Um dies unter Beibehaltung des Zweileitersystems zu verhindern, ist bei der Speiseschaltung gemäß der Erfindung die Primärwicklung des Heiztransformators nicht an den eingangsseitigen Anschluß der Drosselspule 32, sondern an einen galvanisch oder transformatorisch erzeugten Abgriff der Drosselspule angeschlossen, an welchem auch bei sich änderndem Entladestrom eine zumindest angenähert konstante Spannung steht. Diese Spannung V„,, welche bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 4 bis 7 zwischen einer Anzapfung T der Drosselspule und der gegenüberliegenden Versorgungsleitung L2 steht und im Fall der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 8 und 9 an einer Sekundärwicklung einer als Transformator ausgebildeten Drosselspule abgegriffen wird, ist in Fig. 3 in Form der mittleren Spannungskennlinie V„ eingetragen. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung die Heizspannung unabhängig vom regelbaren Entladungsstrom der Leuchtstoffröhre nahezu konstant bleibt«

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Drosselspule 50 der Speiseschaltung 51 mit einer Anzapfung T versehen, welche eine praktisch konstante Spannung liefert. Eine erste Leitung 53 verbindet die Drosselspule 50 mit einer Klemme 52, welcher ein veränderbarer Versorgungsstrom zugeführt wird. Die Primärwicklung 54 des Heiztransformators ist zwischen die Anzapfung T der Drosselspule 50 und die zweite Leitung 56 eingeschaltet. Der Heiztransformator 57 v/eist ferner eine Sekundärwicklung 58 auf, welche den Heizdraht 59 der Leuchtstoffröhre 60 speist. Dieser Heizdraht 59 ist ferner über die Leitung 61 mit der

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anderen Seite der Drosselspule 50 verbunden. Eine zweite Sekundärwicklung des Heiztransformators ist durch einen zwischen der Anzapfung 62 der Primärwicklung 54 und dem Wicklungsende liegenden Teil der Primärwicklung gebildet und speist den Heizdraht 63 auf der gegenüberliegenden Seite der Leuchtstoffröhre 60. Dieser Heizdraht 63 steht über die Leitungen 64 und 56 mit der zweiten Anschlußklemme 55 in Verbindung. Die Startelektrode 65 ist über die Leitung 66 mit der Masseklemme 67 verbunden.

Da die Spannung an der Anzapfung T der Drosselspule bei sich änderndem Entladungsstrom praktisch konstant bleibt, erhält der Heiζtransformator 57 eine konstante Primärspannung und liefert somit an die Heizdrähte 59 und 63 der Leuchtstoffröhre 60 eine konstante Heizspannung. Auf diese Weise kann der Regelbereich der Leuchtstoffröhre beträchtlich erweitert werden, ohne daß hierdurch die Lebensdauer der Heizdrähte verringert wird; die Heizspannung und damit die Emissionstemperatur der Heizdrähte wird über den gesamten Helligkeitsregelbereich konstant gehalten. Die Erfindung nutzt die negative Widerstandskennlinie der Leuchtstoffröhre aus, welche zur Folge hat, daß bei wachsendem Entladungsstrom die Spannung am einen Ende der Drosselspule ansteigt, am anderen Ende jedoch absinkt, so daß an einem Zwischenpunkt, nämlich am Abgriff T die Spannung nahezu konstant bleibt.

Zum Regeln des Entladungsstroms für die Röhre 60 ist ein Helligkeitsregler 70 zwischen eine Wechselstromquelle und die Klemmen 52 und 55 eingeschaltet. Er enthält einen Halbleiterschalter oder Triac 71, welcher in den Längszweig zwischen die Wechselspannungsquelle und die Klemme 52 eingeschaltet ist. Dem Triac 71 ist die Reihenschaltung eines Einstellwiderstandes 72 mit einem Kondensator 73 parallelgeschaltet, Vom Verbindungspunkt von Widerstand 72 und Kondensator 73 ist

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eine Doppeldiodenschaltung Diac 74 an die Steuerelektrode des Triac 71 geführt. Ein Widerstand 75 liegt zwischen dem Verbindungspunkt von Triac 71 und Klemme 52 einerseits und der anderen Wechselstromklemme 55 andererseits. Der Helligkeitsregler 70 bildet eine Phasenanschnittsteuerung, welche durch Einstellen des Widerstandes 72 den Mittelwert des zur Klemme 52 fließenden Wechselstroms bestimmt.

Figur 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Speiseschaltung, welche jedoch zur gleichzeitigen Speisung zweier Leuchtstoffröhren 80 und 81 dient. Eine erste Leitung 82 verbindet die mit veränderbarem Strom versorgte Eingangsklemme 83 mit der Drosselspule 84 der Speiseschaltung 85. Das andere Ende der Drosselspule 84 liegt an der Leuchtstoffröhre 80. Die Primärwicklung 86 des Heiztransformators 87 ist zwischen die Anzapfung T der Drosselspule 84 und die zur anderen Versorgungsklemme 88 führende Leitung 89 eingeschaltet. Der Heiztransformator 87 v/eist eine erste Sekundärwicklung 90 auf, welche mit dem ersten Heizdraht der Röhre 80 verbunden ist. Ferner ist eine zweite Sekundärwicklung 91 vorhanden, welche als Teil der Pr.imärwicklung zwischen einer Anzapfung derselben und deren Ende liegt und den einen Heizfaden der anderen Leuchtstoffröhre 81 speist. Eine dritte Sekundärwicklung 92 ist an die beiden gegenüberliegenden Heizdrähte der beiden Röhren 80 und 81 angeschlossen. Die Startelektrode 93 der Röhre 80 sowie die Startelektrode 94 der Röhre 81 sind gemeinsam über eine Leitung 96 an den Masseanschluß 95 geführt. Da die Anzapfung T an einem Punkt der Drosselspule 84 liegt, an dem über den gesamten Regelbereich eine praktisch konstante Spannung steht, liefern die Sekundärwicklungen 90, 91 und 92 jeweils eine konstante Heizspannung für die Leuchtstoffröhren 80 und 81.

Die Speiseschaltung gemäß Fig. 6 ist derjenigen nach Fig. 5 ähnlich, weshalb gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen benannt sind. Der Hauptunterschied liegt darin, daß

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die Sekundärwicklung 91 hier nicht wie in Fig. 5 durch einen Teil der Primärwicklung, sondern durch eine getrennte Sekundärwicklung 91' gebildet ist. Außerdem ist zur Starthilfe ein kleiner Kondensator 100 vom oberen Anschluß der Sekundärwicklung 90 zum oberen Anschluß der Sekundärwicklung 92 geschaltet.

Die Speiseschaltung gemäß Fig. 7 ermöglicht den Betrieb unmittelbar von der Netzspannung, also von 200 - 277 Volt aus, welche über die Leitungen 110 und 111 zugeführt wird. Die Primärwicklung des Heiztransformators arbeitet als Aufwärts-Autotransformator 112 und erzeugt eine höhere Spannung von beispielsweise 347 V, aus welcher die Heizspannungen an den Sekundärwicklungen 113, 114 und 115 für die beiden Leuchtstoffröhren 116 und 117 abgeleitet werden.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen die konstante Versorgungsspannung für die Primärwicklung des Heiztransformators von einem galvanischen Abgriff der Drosselspule abgegriffen wird, zeigen die Figuren 8 und 9 Ausführungsformen, bei denen ein'solcher eine konstante Spannung führender Abgriff transformator!sch erzeugt ist. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei einem galvanischen Abgriff entsprechend den Figuren 4 bis 7. Die Drosselspule 120 ist hier als Transformator mit einer ersten Wicklung 121 und einer zweiten Wicklung 123 ausgebildet. Die erste Wicklung 121 liegt zwischen der einen Versorgungsleitung L1 und der Leuchtstoffröhre 122. Die zweite Wicklung 123 des Drosselspulentransformators 120 ist zwischen die Versorgungsklemme L1 und die Primärwicklung 124 des Heiζtransformators eingeschaltet, deren anderes Ende mit der zweiten Versorgungsleitung L2 verbunden ist. Der eine Heizfaden der Leuchtstoffröhre 122 wird von der Sekundärwicklung 125 gespeist, während der andere Heizfaden dieser Leuchtstoffröhre und der zweiten Leuchtstoffröhre 127 jeweils an die zweite Sekundärwicklung 126 angeschlossen sind. Eine dritte

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Sekundärwicklung 128 speist den zweiten Heizfaden der anderen Leuchtstoffröhre 127. Die untere Leitung der dritten Sekundärwicklung 128 ist an die zweite Versorgungsleitung L2 angeschlossen.

Nimmt man an, daß beispielsweise die Wicklung 84 in Fig. 6 insgesamt 2000 Windungen aufweist, von denen 500 Windungen links und 1500 rechts von der Anzapfung T liegen, so hat die Wicklung 121 insgesamt 2000 Windungen und die Wicklung 123 500 Windungen. Auf diese Weise wird die Windungszahl der Wicklungen 121 und 123 ebenso ausgewählt wie die Anzapfung in Fig. 6, und zwar derart, daß die Primärwicklung 124 und somit auch die Sekundärwicklungen 125, 126 und 128 mit konstanter Spannung gespeist werden.

In Fig. 9 ist die Drosselspule ebenfalls als Transformator mit getrennten Wicklungen 131 und 132 ausgebildet, wobei hier die zweite Wicklung 132 an den rechten, d. h. den mit der Leuchtstoffröhre verbundenen Anschluß der ersten Wicklung

131 angeschlossen ist. Wenn bei einer Wicklung 121 mit 2000 Windungen die Wicklung 123 500 Windungen haben sollte, so wird bei einer Wicklung 131 mit 2000 Windungen die Wicklung

132 in Fig. 9 gerade 1500 Windungen aufweisen. Somit ist die Windungszahl der zweiten Wicklung des Drosselspulentransfor" niators nicht nur von der Windungszahl der ersten Wicklung abhängig, sondern auch davon, an welches Ende der ersten Wicklung die zweite Wicklung angeschlossen ist. Auch in den Figuren und 9 können Startelektroden vorhanden sein, wie dies zuvor anhand der Figuren 5 bis 7 erläutert wurde.

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Claims

HONEYWELL LIMITED 17. April 1978

Ellesmere Road 1006272 Ge Scarborough, Ontario
Canada 2816715

Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren

Patentansprüche:

ί 1.J Über zwei Leitungen mit veränderbarer elektrischer Energie versorgbare Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren, welche außer einer mit der Entladungsstrecke der Leuchtstoffröhre in Reihe geschalteten Drosselspule einen Heiζtransformator enthält, dadurch gekennzeichnet,

daß die Primärwicklung (54;86;124) des Heiztransformators (51;85;112;124) zwischen der einen Zuleitung (L2) und einem auch bei sich änderndem Entladestrom eine konstante Spannung führenden Anschluß (T;123,132) der Drosselspule (50;84;120) angeschlossen ist.
2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der die Primärwicklung (54;86;112) speisende Anschluß der Drosselspule (50;84) eine Anzapfung (T) ist (Fig. 4-7).

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ORIGINAL INSPECTED
3. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drosselspule (120) als Transformator ausgebildet und der die Primärwicklung (124) speisende Anschluß der Drosselspule (120) eine mit deren Primärwicklung (121,131) induktiv gekoppelte Sekundärwicklung (123,132) ist, deren eines Ende an ein Ende der Primärwicklung (121,131) und deren anderes Ende an die Primärwicklung (124) des Heiztransformators angeschlossen ist (Fig. 8 und 9).
4. Speiseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das der Primärwicklung (124) des Heiztransformators abgewandte Ende der Sekundärwicklung (123) des Drosselspulen-Transformators (120) an das versorgungsseitige Ende der Primärwicklung (121) angeschlossen ist (Fig. 8) .
5. Speiseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das der Primärwicklung des Heiztransformators abgewandte Ende der Sekundärwicklung (132) des Drosselspulentransformators an das der Leuchtstoffröhre zugewandte Ende der Primärwicklung (131) angeschlossen ist (Fig. 9).
6. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator (57,87) wenigstens zwei Sekundärwicklungen (58,62;9O,92;113,114;126,128) aufweist, an welche an entgegengesetzten Enden der Leuchtstoffröhre (60,80,81,116,117,122,127) vorgesehene Heizdrähte (59,63) angeschlossen sind.
7. Speiseschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Heiz wicklungen (62,91,115) durch einen Wicklungsteil der Primärwicklung (54,86,112) des Heiztransformators (57,87) ge bildet ist (Fig. 4,5,7).

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8. Speiseschaltung nach Anspruch 6 oder 7 zur Speisung von zwei Leuchtstoffröhren, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiζtransformator (87,112,125) drei Heizwicklungen (90,91,92;113,114,115;125,126,128) aufweist, von denen die erste (90;113;125) den Heizdraht am einen Ende der ersten Leuchtstoffröhre (80;116;122) speist, die zweite (91,91';115;128) den Heizdraht am einen Ende der zweiten Leuchtstoffröhre (81;117;127) mit Strom versorgt und die dritte (92;114;126) an die Heizdrähte am anderen Ende beider Leuchtstoffröhren angeschlossen ist.
9. Speiseschaltung nach Anspruch 2 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiζtransformator primärseitig als Autotransformator geschaltet ist-, indem das eine Ende der Primärwicklung

(112) über die Anzapfung der Drosselspule mit der einen Versorgungsspannungsklemme (L1) in Verbindung steht und die andere Versorgungsspannungsklemme (L2) an einen Abgriff der Primärwicklung angeschlossen ist (Fig. 7).
10. Speiseschaltung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Heizstrom für den Heizdraht am einen Ende der zweiten Leuchtstoffröhre

(117) an einem Wicklungsteil (115) der Primärwicklung (112) abgegriffen wird, welcher zwischen dem mit der zweiten Versorgungsspannungsklemme (L2) verbundenen Abgriff und dem anderen Wicklungsende der Primärwicklung (112) liegt.
11. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Leuchtstoffröhren (60;80,81;116,117) eine Startelektrode (65;93,94) zugeordnet und mit Massepotential verbunden ist.

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12. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, • dadurch gekennzeichnet, daß zwischen eine Wechselspannungsquelle und die Eingangsklemmen (52,55;L1,L2) der Speiseschaltung eine der Helligkeitssteuerung dienende Stromregelschaltung (70) eingeschaltet ist (Fig. 4).

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