DE2816715C2

DE2816715C2 - Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren

Info

Publication number: DE2816715C2
Application number: DE2816715A
Authority: DE
Inventors: Zoltan L. Don Mills Ontario Gyursanszky
Original assignee: Honeywell Ltd Canada
Current assignee: Honeywell Ltd Canada
Priority date: 1977-04-21
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1985-06-13
Also published as: FR2388454A1; JPS541978A; US4163925A; DE2816715A1; JPS5945199B2; FR2388454B1; CA1106908A; USRE31146E

Description

Die Erfindung betrifft eine Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Leuchtstoffröhren 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 vor 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 ίο Energie versorgt wird. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist ein Dreileitersystem (vergl. F i g. 1) bekannt, bei dem die Versorgung der Heizdrähte von der Versorgung der Hauptentladungsstrecke 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 Rück!eitung. Aus der Sicht der Installationskosten ist ein solches Dreileitersystem einem Zweileiteranschluß unterlegen.

Zweileitersysteme, bei denen die Primärwicklung des Heiztransformators an die beiden Zuleitungen angeschlossen ist (vergl. F i g. 2), haben den Nachteil, daß

sich mit der Änderung des Entladungsstroms zugleich die Heizspannung ändert und somit nur eine relativ geringe Regelmöglichkeit vorhanden ist. Sobald beim Herabreg^In des Entladungsstroms die Heizspannung einen unteren Grenzwert unterschreitet, erlischt die Röhre.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist aus GB-PS 12 84 603 eine Speiseschaltung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher die Drosselspule als Transformator ausgebildet und ihre Sekundärwicklung mit der Primärwicklung des Heiztransformators derart in Reihe an die beiden Zuleitungen angeschlossen ist, daß die an der Sekundärwicklung des Drosselspulen-Transformators auftretende Spannung der an den beiden Zuleitungen stehenden Spannungen entgegengerichtet ist. Damit steht an der Primärwicklung des Heiztransformators eine Differenzspannung, welche auch bei sich änderndem Entladestrom angenähert konstant bleibt, w<;il einer Verringerung der an den Zuleitungen stehenden Spannung jeweils eine gleichsinnige Verringerung der Gegenspannung das Gleichgewicht hält und somit die den Strom durch die Primärwicklung des Heiztransformators treibende Differenzspannung etwa gleich bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zweileiter-Speiseso schaltung der im Oberbegriff genannten Art ohne Beeinträchtigung der Helligkeitsregelmöglichkeit zu vereinfachen. Dies gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Abweichend von dem in der GBPS 12 84 603 beschriebenen Lösungsprinzip der Verwendung zweier gegeneinandergeschalteter, sich ändernder Spannungen und der Speisung des Heiztransformators aus der Spannungsdifferenz beruht die Erfindung auf der später anhand von Fi g. 3 erläuterten Erkenntnis, daß sich bei Änderungen des Entladestroms das Potential an den beiden Enden der Drosselspule gegensinnig ändert und folglich an einem zwischen diesen beiden Enden liegenden Punkt der Drosselspule das Potential auch bei sich änderndem Entladestrom gleich bleibt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Erfindung braucht die Drosselspule nicht mehr als Transformator ausgebildet zu sein, sondern benötigt lediglich eine Anzapfung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Zeich-

nungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein bekanntes Dreileitersystem;

F i g. 2 ein bekanntes Zweileitersystem;

F i g. 3 den Verlauf der Spannung an den beiden Enden der im bekannten Zweileitersystem gemäß F i g. 2 vorgesehenen Drosselspule und an der Drosselspulenanzapfung gemäß F i g. 4;

F i g. 4 eine erste Ausführungsform der Speiseschaltung gemäß der Erfindung; und die

F i g. 5 bis 7 weitere Ausführungsformen, weiche 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 Leuchts.offröhre 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 23 und 24 des Transformators sind an die entsprechenden Heizdrähte der Röhre 18 angeschlossen. Die Startelektrode 25 in der Halterung der Leuchtstoffröhre steht über die Leitung 27 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 F i g. 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 Rohre 34 sehr begrenzt ist.

Wie F i g. 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 Vb am Punkt B, welche mit wachsendem Strom zunimmt, sowie eine Spannung Vf am gegenüberliegenden Ende E der Drosselspule, welche wegen des negati/en Widerstandsverhaltens der Leuchtstoffröhre mit zunehmendem Entladungsstrom abnimmt Somit zeigt F i g. 3, daß bei dem bekannten Zweileitersystem die den Heizdrähten zugeführte Spannung abnimmt, sobald der Entladungsstrom verringert wird.

Um dies unter Beibehaltung des Zweitleitersystems zu verhindern, ist bei der Speiseschaltung gemäß der Erfindung die Primärwicklung des Heiztransformators

ίο nicht an den eingangsseitigen Anschluß der Drosselspule 32, sondern an einen Abgriff der Drosselspule angeschlossen, an welchem auch bei sich änderndem Entladestrom eine zumindest angenähert konstante Spannung steht Diese Spannung V₇-, weiche bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 4 bis 7 zwischen einer Anzapfung T der Drosselspule und der gegenüberliegenden Versorgungsleitung L 2 steht, ist in F i g. 3 in Form der mittleren Spannungskennlinie Vr eingetragen. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung die Heizspannung unabhängig vom regelbaren Entladungsstrom der Leuchtstoffröhre nahezu konstant bleibt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 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 Tder Drosselspule 50 und die zweite Leitung 56 eingeschaltet. Der Heiztransformator 57 weist ferner eine Sekundärwicklung 58 auf, welche den Heizdraht 59 der Leuchtstoffröhre 60 speist. Dieser Heizdraht 59 ist ferner über die Leitung 61 mit der 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 An/.ipfung 7 der Drosselspule bei sich änderndem Entladungsstrom praktisch konstant bleibt, erhält der Heiztransformator 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 7"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 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 ein 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.

F i g. 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 Tder Drosselspule 84 und die zur anderen Versorgungsklemme 88 führende Leitung 89 eingeschaltet. Der Heiztransformator 87 weist 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 Primärwicklung zwischen einer Anzapfung derselben und deren Ende liegt und den einen Heizfaden der anderen Leuchtstoffröhre 81 speist. Eine dritte Sekundärwicklung 92 ist art 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 % an den Masseanschluß 95 geführt. Da die Anzapfung Tan 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 F i g. 6 ist derjenigen nach F i g. 5 ähnlich, weshalb gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen benannt sind. Der Hauptunterschied liegt darin, daß die Sekundärwicklung 91 hier nicht wie in F i g. 5 durch einen Teil der Primärwicklung, sondern durch eine getrennte Sekundärwicklung 9Γ 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Ober zwei Leitungen mit veränderbarer elektrischer Energie versorgbare Speiseschaltung für Leuchtstoffröhren, weiche außer einer mit der EntladurigäSirecks de» leuchtstoff röhre in Reihe geschalteten Drosselspule einen auch bei sich änderndem Entladestrom einen zumindest angenähert gleichbleibenden Heizstrom liefernden, einseitig an die eine Zuleitung angeschlossenen Heiztransformator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das der einen Zuleitung (L 2) abgewandte Fnde der Primärwicklung (54,86) des Heiztransformators (51,85, 112) an eine auch bei sich änderndem Entladestrom eine konstante Spannung führende Anzapfung (T) der Drosselspule (50,84) angeschlossen ist

2. Spesseschaltung nach Anspruch 1, deren Heiz-U'ansformator wenigstens zwei senkundäre Heizwicklungen aufweist, an welche an entgegengesetzten Enden der Leuchtstoffröhre vorgesehene Heizdrähte angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Heizwicklungen (62, 91, 115) durch einen Wicklungsteil der Primärwicklung (54,86,112) des Heiztransformators (57,87) gebildet ist (F ig. 4,5,7).

3. Speiseschaltung nach Anspruch 1 oder 2 zur Speisung von zwei Leuchtstoffröhren, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizlransformator (87, 112) drei Heizwicklungen (90, 91, 92; 113, 114, 115) aufweist, von denen die erste (90; 113) den Heizdraht am einen Ende der ersten Leuchtstoffröhre (80; 116) speist, die zweite (91, 91'; 115) den Heizdraht am einen Ende der zweiten Leuchtstoffröhre (81; 117) mit Strom versorgt und die dritte (92; 114) an die Heizdrähte am anderen Ende beider Leuchtstoffröhren angeschlossen ist (F i g. 5—7).

4. Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator primärseitig als Autotransformator geschaltet ist, indem das eine Ende der Primärwicklung (112) über die Anzapfung (T) der Drosselspule mit der einen Zuleitung (L 1) in Verbindung steht und die andere Zuleitung (L 2) an einen Abgriff der Primärwicklung angeschlossen ist (F i g. 7).

5. Speiseschaltung nach Anspruch 3 und 4, 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 Zuleitung (L 2) verbundenen Abgriff und dem anderen Wicklungsende der Primärwicklung (112) liegt.