DE2817639A1

DE2817639A1 - Contactless ballast for gas discharge lamps - has ignition circuit and current controller operated by short pulses from generator

Info

Publication number: DE2817639A1
Application number: DE19782817639
Authority: DE
Inventors: Harold Judge
Original assignee: INT CONTROLITE Ltd
Current assignee: INT CONTROLITE Ltd
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1979-05-17
Also published as: JPS5416868A

Abstract

The lamps are operated from AC mains, and the ballast consists of an ignition circuit and a ballast stabilising the lamp burning voltage. The ignition circuit consists of voltage doubling circuits between the mains and the lamp, connected in opposition to each other. The ballast consists of a voltage controller. The electronic current controller (0-1) is operated by short, constant width pulses from a pulse generator (0-3, 014).

Description

Vorschaltgerät zum Betrieb von Gasentladungslampen Ballast for operating gas discharge lamps

Zusatz zu Patent Nr. .......... (Patentanm. Nr. 20 46 @2.17) Die Erfindung bezieht sich auf ein kontaktloses Vorschaltgerät zum Betrieb von Gasentladungslampen aus dem Wechselspannungsnetz nach dem Hauptpatent. Dieses früher angemeldete Vorschaltgerät hat den Vorteil, daß die Zündschaltung gleichzeitig einen Teil der zum Betrieb der Gasentladungslamren erforderlichen Energie liefert, so dap der Pallast entlastet ist und entsprechend schwächer ausgelegt werden kanr, Gemäß der hier beanspruchten Zusatzerfindung wird die Betriebsenercrie den Lampen durch gleich breite Impulse zugeführt; dadurch wird der Lampenwirkungsgrad gesteigert. Somit ergeben sich merkliche Einsparungen an Herstellungs- und Betriebskosten.Addendum to Patent No. .......... (Patent Application No. 20 46 @ 2.17) The Invention refers to a contactless ballast for operating gas discharge lamps from the AC voltage network according to the main patent. This previously registered ballast has the advantage that the ignition circuit is also part of the operation of the Gas discharge lamp supplies the required energy, so that the load is relieved and can be interpreted correspondingly weaker, according to the here claimed The operating energy of the lamps is an additional invention by means of pulses of the same width fed; this increases the lamp efficiency. Thus, noticeable Savings in manufacturing and operating costs.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zündschaltung so ausgebildet, daß sie einerseits eine ausreichende Spannung zur Zündung der Gasentladingslampen abgeben kann und andererscits nach der Zündung als kapazitiver ballast zur Lieferung der Brennspannung für die Lampen arbeitet.According to a preferred embodiment, the ignition circuit is designed so that, on the one hand, they have sufficient voltage to ignite the gas discharge lamps can give up and other bits after ignition as capacitive ballast works to supply the operating voltage for the lamps.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind Fig. l das schematische Schaltbild des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes, ric. 2 ein Oszillogramm der an den Leuchtstofflampen im Betrieb auftretenden Spannung, Fia. 3 ein Oszillogramm der Lade- und Intladererioden des Kondensators Gl im Vergleich zur Merzspannung, Fig. 4 ein Oszillogramm der Lade- und Entladeperioden des Kondensators C-4 ir. Veraleich zur Metzspannung, Fia. 5 ein Oszillogramm der Eingangsspannung und des Eingangsstromes, ria. 6 ein Oszilloaranm der Eingangsspannung und der Spannungen an den Kondensatoren G3 und G4, Fics. 7 ein Oszillogramm der Eingangsspannung , der Lampenspannung und des Lampenstromes, Fig. 8 ein Schema, worin diejenigen Schaltungspunkte angegelen sind, an denen die Funren in Fig. 2 bis 7 aufgenommen wurden, Fig. 8A eine Sinuskurve zu Vergleichszwecker, Fig. 9 eine Darstellung eines Teils des Oszillogramms nach Fig. 2 zur Erläuterung der von 0-1 erzeucrten Impulse, Fia. 10 eine Darstelluns der Spur in Fig. 9 zwischen den Punkten 10A und 10E derselben in größerem Maßstab, Fig. 11 eine weitere Vergrößerung des Kurvenabschnitts zwischen der Punkten 112 und 11B in Fig. 10.An embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing described. Herein Fig. 1 are the schematic circuit diagram of the invention Ballast, ric. 2 an oscillogram of the fluorescent lamps in operation occurring voltage, Fia. 3 an oscillogram of the charging and loading periods of the Capacitor Gl compared to the Merz voltage, Fig. 4 is an oscillogram of the charging and discharge periods of capacitor C-4 ir. Compared to Metz voltage, FIG. 5 an oscillogram of the input voltage and the input current, ria. 6 an oscilloscope meter the input voltage and the voltages on capacitors G3 and G4, Fics. 7th an oscillogram of the input voltage, the lamp voltage and the lamp current, Fig. 8 is a diagram in which those circuit points are applied at which the Funren in Fig. 2 to 7 were recorded, Fig. 8A is a sinusoid for comparison purposes, Fig. 9 shows a representation of part of the oscillogram according to FIG. 2 to explain the FIG from 0-1 generated pulses, Fia. 10 shows the track in FIG. 9 between the points 10A and 10E thereof on a larger scale, FIG. 11 a further enlargement of the curve section between points 112 and 11B in FIG. 10.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorschaltgerät enthe lt einen Netzanschluß, zwei gegeneinander geschaltete Spannungsverdopplungskreise zur Zündung der Gasentladungslampen, ein Niederspannungsquelle mit Cleichrichter zur Speisung eines Stromstärkenreglers und diesen Ein-Aus-Regler. Die Bemessung der verschiedenen Bauteile ist aus der im Anhang beigefügten Teileliste ersichtlich.The ballast shown schematically in Fig. 1 enthe lt one Mains connection, two counter-connected voltage doubling circuits for ignition the gas discharge lamps, a low voltage source with a rectifier for supply a current regulator and this on-off regulator. The dimensioning of the various Components can be found in the attached parts list.

Die Netzspannung wird an den Transformator T-1 angelegt, der über die Dioden »5 und »6 und den Kondensator C-7 eine Cleichspannung auf den Stromstärkenregler gibt. Ferner wird die Netzspannung auf die beiden gegeneinandergeschalteten Spannungsverdopplerkreise gegeben, deren einer aus den Kondensatoren C-1 und C-2 und den Dioden X-1 und X-2 und deren anderer aus den Kondensatoren C-3 und C-4 und den Dioden X-3 und X-4 besteht.The mains voltage is applied to the transformer T-1, which is via the diodes »5 and» 6 and the capacitor C-7 apply a DC voltage to the current regulator gives. In addition, the mains voltage is applied to the two voltage doubler circuits connected against one another given one of the capacitors C-1 and C-2 and the diodes X-1 and X-2 and the other of which consists of capacitors C-3 and C-4 and diodes X-3 and X-4.

Durch Addition der an den Kondensatoren C-2 und C-3 anstehenden Spannungen ergibt sich die Hochspannung, die zur Ionisierung des in den Lampen befindlichen Cases zur Zündung derselhen erforderlich ist. Die Ausqanaskondensatoren C-2 und C-3 müssen groß aenu sein, um die Ionisierung in den Lampen hei der hohen Spannung zu erzeugen, aber nicht so groß, daß sie die (Teziindeten Lampen beschädigen würden, wenn sie sich in sie entladen.By adding the voltages on capacitors C-2 and C-3 the result is the high voltage that is used to ionize the in the lamps Cases for the ignition of the same is required. The output capacitors C-2 and C-3 must be large in order to heat the ionization in the lamps high To generate voltage, but not so great that it damages the (lit lamps would if they discharge themselves into them.

Wenn die Lampen einmal mit der hohen Spannung gezündet sind, wird die übertragene Energie durch die Kondensatoren C-1 und CM begrenzt. Die Kondensatoren C-2 und C-3 erden nicht mehr zur Spannungsverdopplung verwendet, nachdem die Lampen gezündet sind. Die Kondensatoren C-1 und CM laden sich abwechselnd in den beiden Halbwellen der Netzspannuncr auf die Scheitelspannung auf. Während der ersten 900 einer Netzspannungsperiode wird der Strom den Lampen in Serie mit dem Kondensator C-4, den Dioden X-1 und X-4, dem als Stromstärkenregler dienenden Transistorschalter Q-1 und der Diode X-2 zugeführt, wobei sich der Kondensator C-1 auflädt.Once the lamps are ignited with the high voltage, will the energy transferred is limited by capacitors C-1 and CM. The capacitors C-2 and C-3 no longer use grounds for voltage doubling after the lamps are ignited. The capacitors C-1 and CM charge alternately in the two Half-waves of the mains voltage on the peak voltage. During the first 900 During a mains voltage period, the current is supplied to the lamps in series with the capacitor C-4, the diodes X-1 and X-4, the transistor switch serving as a current regulator Q-1 and the diode X-2 supplied, whereby the capacitor C-1 charges.

In den nächsten 180° liefert der Kondensator C-1 die in ihm gespeicherte Fneraie an die Lampen. Während der letzten 90 der Periode lädt sich der Kondensator Cl mit der entgegengesetzten Polarität aug, bis der Augenblickswert der Netzspannuna, vermehrt um den Spannungsabfall an den Lampen, gleich der Laduna des entgeaengesetzt qeladenen Fondensators C-4 ist.In the next 180 °, the capacitor C-1 delivers the stored in it Fneraie to the lamps. During the last 90 of the period, the capacitor charges Cl with the opposite polarity until the instantaneous value of the mains voltage, increased by the voltage drop on the lamps, equal to the charge of the opposite q loaded rear capacitor C-4 is.

Auf de Pest der letzten 900 der Periode entlädt die Netzleitung den Kondensator C-1 und lädt ihn im nächsten 900 -Tntervall wieder in der entgegengesetzten Polarität auf. Da C-1 u. C-4 die Kondensatoren Ladungen beider Polaritäten erhalten, müssen Wechselstromkondensatoren verwendet werden. Der Kondensator C-4 wird in qleicher Weise wie C-1 während des um 180° verschobenen Intervalls verwendet. Demgemäß wirken die Kondensatoren Cl und CR als Ballastkondensatoren und nicht als Spannungsverdopplerkondensatoren, sobald die Lampen gezündet sind. In den normalen Zündschaltungen wird dagegen ein Spannungsverdopplerkreis mit Elektrolytkondensatoren verwendet.On the plague of the last 900 of the period, the power line discharges the Capacitor C-1 and charges it again in the opposite interval in the next 900 interval Polarity on. Since C-1 and C-4 the capacitors receive charges of both polarities, AC capacitors must be used. The capacitor C-4 becomes equal Same as C-1 used during the 180 ° shifted interval. Act accordingly the capacitors Cl and CR as ballast capacitors and not as voltage doubler capacitors, as soon as the Lamps are ignited. In the normal ignition circuits on the other hand, a voltage doubler circuit with electrolytic capacitors is used.

Nachstehend ist eine Übersicht über den Arbeitsablauf des Vorschaltgerätes gegeben.Below is an overview of the ballast's workflow given.

0° - 90° Der Strom fileßt von der gemeinsamen negativen Klemme B über C-2, X-1 und C-i zu Punkt O. Die Summe der Spannungen an den Kondensatoren C-1 und C-2 ist aleich 325 Volt.0 ° - 90 ° The current flows from the common negative terminal B. C-2, X-1 and C-i to point O. The sum of the voltages on capacitors C-1 and C-2 is also 325 volts.

Ferner flieht der Strom in der arderen Hälfte der Zündschaltung von der Klemme B er X-3 und C-4 zu Punkt A. C-4 lädt sich also ebenfalls auf 325 Volt auf. Furthermore, the current in the other half of the ignition circuit flows from of terminal B er X-3 and C-4 to point A. C-4 is also charged to 325 volts on.

90°-180° Keine Vorkommnisse.90 ° -180 ° No occurrences.

180°-270° Der Strom fließt von Punkt A her C-1 und X-2 zur Klemme E. C-l entladt sich und lädt sich wieder in entgegengesetzter Pichtuna auf 325 Volt um.180 ° -270 ° The current flows from point A C-1 and X-2 to the terminal E. C-l discharges and charges again in the opposite direction to 325 volts around.

Werner fließt der Strom beim Punkt A über C-4, X-4 und C-3 zur Klemme B. C-4 war in dem Intervall 0 - 900 auf 325 Volt aufgeladen; diese Spannung addiert sic nun zu der Netzspannung von 325 Volt, so daP C-3 mit einer Spannung von 650 Volt aufgeladen wird. Das ist die Spannungsverdopplungsphase für C-3. Werner, the current flows at point A via C-4, X-4 and C-3 to the terminal B. C-4 was charged to 325 volts in the interval 0-900; this voltage adds up sic now to the mains voltage of 325 volts, so that C-3 with a voltage of 650 Volts being charged. This is the tension doubling phase for C-3.

270°-360° Keine Vorkommnisse.270 ° -360 ° No occurrences.

360°-450° Der Strom fließt von der Klemme P über C-2, X-l und C-l zum Punkt A. C-l war in dem Intervall 180-270° auf 325 Volt aufgeladen worden; diese Ladenspannung überlagert sich nun der Netzspannung von 325 Volt, so daß C-3 auf 650 Volt aufgeladen wird.360 ° -450 ° The current flows from terminal P via C-2, X-1 and C-1 to point A. C-1 had been charged to 325 volts in the 180-270 ° interval; these Charging voltage is now superimposed on the mains voltage of 325 volts, so that C-3 on 650 volts is charged.

Die Ladunaen von C-3 und C-2 von je 650 Volt ersehen durch die Serienschaltung einerGesamtspannung, die viermal so groß wie die Scheitelspannung des Netzes ist (4 x 325 = 1300 Volt).The charges of C-3 and C-2 of 650 volts each can be seen through the series connection a total voltage that is four times the peak voltage of the network (4 x 325 = 1300 volts).

Diese Spannung wird zur Zündunq der Gadentladungslampen verwendet.This voltage is used to ignite the gas discharge lamps.

Nachdem die Lampen gezündet haben, wirken C-2 und C-3 als kleine Tiefpässe für die Geichspannungsversorgung, wodurch Flackererscheinungen der Lampen vermieden werden.After the lamps have ignited, C-2 and C-3 act as small low-pass filters for the DC voltage supply, which avoids flickering of the lamps will.

Der Regler enthält die oben erwähnte Gleichspannungsquelle (Transformator T-l, Dioden X-5 und X-6 und Kondensator C-7), eine Multivibrator (Transistoren Q-3 und Q-4, Widerstände R-5 - R-8, Kondensatoren C-5 und C-6), einen Leistungsverstärker (Transistor 0-2 und Widerstände R-2 - R-4) und den Schalttransistor Q-1.The controller contains the above-mentioned DC voltage source (transformer T-1, diodes X-5 and X-6 and capacitor C-7), a multivibrator (transistors Q-3 and Q-4, resistors R-5 - R-8, capacitors C-5 and C-6), a power amplifier (Transistor 0-2 and resistors R-2 - R-4) and the switching transistor Q-1.

Um die Bedeutung des Realers zu erlautern, wird auf Fig. 2 verwiesen. Sie zeigt die an den im Betrieb befindlichen Gasentladungslampen auftretende Spannung. In den Intervallen 0 - 900 und 180 - 2700 wird die Energie unmittelbar den Lampen zugeführt, und zwar über denjenigen Kondensator C-l oder C-4, der gerade nicht aufgeladen ist. Demnach begrenzen der Kondensator C-l oder C-4, der Transistorschalter 0-1 und der Lampenwiderstand die unmittelbar von der Netzleituna gelieferte Energie.Reference is made to FIG. 2 to explain the meaning of the realer. It shows the voltage occurring at the gas discharge lamps in operation. In the intervals 0 - 900 and 180 - 2700, the energy is supplied directly to the lamps fed through the capacitor C-1 or C-4 that is not charged is. Accordingly, the capacitor C-1 or C-4, the transistor switch limit 0-1 and the lamp resistance is the energy supplied directly by the power line.

Während dieser Zeiten ist der Transistorschalter voll geöffnet, um die von der Netzleitung direkt zur Verfügung stehende Leistung auszunutzen. Während der Intervalle 90 - 180° und 270 - 3600 wird dageaen die Lampenenergie von den Ladungen der Kondensatoren C-l oder C-4 oder der Netzleitung aeliefert, je nachdem welche quelle die höhere Spannung aufweist.During these times the transistor switch is fully open to to utilize the power directly available from the power line. While of the intervals 90 - 180 ° and 270 - 3600 the lamp energy is from the charges of the capacitors C-1 or C-4 or the power line, whichever is used source has the higher voltage.

Um die Cröße der Kondensatoren C-l und C-4 zu begrenzen, ist die Sperrzeit des Transistorschalters am größten, wenn die der Lampe zugeführte Energie allein von der gespeicherten Ladung eines der Kondensatoren C-l oder C-4 aufgebracht werden muß. Wenn der Transistorschalter während dieser Zeit zu lanp offen ist, sinkt die Kondensatorladung zu schnell ab und die Gasentladungslampen beginnen zu flackern; wenn der Transistorschalter zu lana aesperrt ist, ladt sich und der Kondensator nicht auf / die großte Gleichstromkomponente der an die Lampen gelieferten Energie bewirkt, daß die Lampen einseitig leuchten.In order to limit the size of the capacitors C-1 and C-4, the blocking time is used of the transistor switch is greatest when the energy supplied to the lamp alone from the stored charge of one of the capacitors C-1 or C-4 got to. If the transistor switch is open too lanp during this time, the will decrease The capacitor charge drops too quickly and the gas discharge lamps start to flicker; when the transistor switch is locked to lana, it charges itself and the capacitor not on / the largest DC component of the energy delivered to the lamps causes the lamps to light up on one side.

Zur Betätigung des Schalttransistors wird ein Oszillator konstanter schmaler Impulsbreite verwendet, der kurze Impulse auf einen Transistorverstärker o-2 gibt, der den Schalttransistor 0-1 im Lampenkreis steuert. Der Steuerstrom des Schalttransistors muß so eingestellt werden, daß der Schalttransistor bei niedriger Lampenspannuna voll geöffnet wird, während des Intervalls hoher Lampenspannung aber weitgehend aedrosselt wird. Diese Wirkungsweise ist in dem Oszillogramm der Fig. 2 dargestellt, das den Finfluß der variablen Impulsbreite auf die Lampenspannung zeigt, ohne daß normalerweise ein Oszillator variabler Impulsbreite in Abhängigkeit von der Stromstärke erforderlich ist. Die schmalen Impulse von 0-2 auf die Basis von n-l sind in den Oszillogrammen der Fia. 9, 10 und 11 dargestellt und treten bei 9 in Fig. 8 auf. Der Schalttransistor 0-1 wirkt also in dieser Schaltung als selbsttätig veränderlicher Impulsbreitenregler, ohne daß der erwähnte äußere Oszillator veränderlicher Impulsbreite mit zugehörigem Stromstärkenfühlglied erforderlich ist.To operate the switching transistor, an oscillator becomes more constant uses narrow pulse width, the short pulses on a transistor amplifier o-2, which controls the switching transistor 0-1 in the lamp circuit. The control current of the Switching transistor must be set so that the switching transistor at low Lamp voltage is fully opened, but during the high lamp voltage interval is largely throttled. This mode of operation is shown in the oscillogram in FIG. 2 shows the fin flux of the variable pulse width on the lamp voltage shows without normally an oscillator depending on variable pulse width on the amperage required. The narrow ones Impulses from 0-2 on the basis of n-1 are shown in the oscillograms of FIGS. 9, 10 and 11 and occur at 9 in FIG. The switching transistor 0-1 thus works in this circuit as an automatically variable pulse width regulator without the aforementioned external Oscillator of variable pulse width with associated current intensity sensing element required is.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Contactless ballast for Transmission of nasentladunaslampen from the alternating voltage network, consisting of a Ignition circuit and a ballast that stabilizes the operating voltage of the lamp, hot which the ignition circuit of two inserted between the mains and the lamp during operation, counter-connected voltage doubler circuits and the ballast from a voltage regulator There are, according to the main patent, characterized in that the electronic current regulator (0-1) from a pulse generator (0-3, 0-4) with short pulses of constant width is applied.

2. Ballast according to claim 1, characterized in that it is designed for two lamps connected in series.

3. Ballast according to claim 1 or 2, characterized in that that the ignition circuit is designed so that it has a sufficient voltage for ignition of the lamps released and then as a modified characitive ballast circle can serve to supply the operating voltage to the lamps.

4. Ballast according to claim 3, characterized.

that each voltage doubler circuit has an AC capacitor (C-1, C-4) and a DC electrolytic capacitor (C-2, C-3) and that the alternating current capacitor is connected directly to the alternating voltage source connected and larger capacitance than the electrolvtische DC capacitor having.

5. Formwork device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the current regulator is designed as a switching transistor (0-1), its fmitter and collector in series with the lamps and the voltage doubling circuits reads and whose base is acted upon by the pulse generator.