DE3310309A1

DE3310309A1 - Vorrichtung zur speisung von leuchtstoffroehren durch eine gleichstromquelle

Info

Publication number: DE3310309A1
Application number: DE19833310309
Authority: DE
Inventors: Maurice 69500 Bron Budin; Jean-Louis 69100 Villeurbanne David
Original assignee: Hennequin & Cie S A
Current assignee: Hennequin & Cie S A
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1983-03-22
Publication date: 1983-09-29
Also published as: IT8347965A0; IT1171809B; ES520890A0; ES8401705A1; FR2524244A1; BE896135A; FR2524244B1

Description

Vorrichtung zur Speisung von Leuchtstoffröhren
durch eine Gleichstromquelle

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
für die Speisung einer normalerweise mit Wechselstrom betriebenen Leuchtstoffröhre durch eine Gleichstromquelle , beispielsweise eine Batterie, welche zwischen der Gleichstromquelle und der Leuchtstoffröhre angeordnet ist, und aus einer die Durchführung des Zündvorganges der Leuchtstoffröhre und eine Stabilisation des 15

Stromes im Betriebszustand mit gezündetem Lichtbogen

ermöglichenden Umformereinrichtung besteht.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die nicht nur eine einfache und wirksame Bauart aufweist, sondern die außerdem ohne Abänderung für die Speisung von Leuchtstoffröhren unterschiedlicher Leistung zwischen 8 und 60 Watt verwendbar ist, und zwar ausgehend von einer Gleichstromquelle, die eine variable Nennspannung zwischen 12 und 250 Volt aufweisen kann. Bis heute werden Leuchtstoffröhren im allgemeinen aus dem Netz (220 Volt Wechselstrom) gespeist über ein Vorschaltgerät, das den Strom nach der Zündung stabilisiert und über eine die Zündung ermöglichende Vorrichtung, einen sogenannten Starter.

Für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere im

Bereich der Sicherheitsbeleuchtung, ist es notwendig, derartige Leuchtstoffröhren durch eine Gleichstromquelle zu speisen, die beispielsweise aus einer unabhängigen Batterie bestehen kann. Da das bei einer Speisung mit Wechselstrom benutzte System Vorschaltgerät/Starter

dann nicht brauchbar ist, verwendet man relativ komplexe Einrichtungen, um das Zünden der Leuchtstoffröhre und die Regulierung des Stromes zu ermöglichen. Die bis jetzt benutzten Lösungen sehen im allgemeinen eine Leistungsstufe mit zwei im Gegentakt wirkenden Transistoren und mit einem Mittelpunkt-Transformator vor oder auch eine Schaltung mit vier Kommutatoren, eine sogenannte Konverter-Brückenschaltung. Im allgemeinen weist der in diesen Lösungen verwendete Transformator '0 unterschiedliche Charakteristiken auf, in Abhängigkeit von der jeweiligen Speisespannung. Dabei haben diese Transformatoren ein hohes Transformatxonsverhältnis, das die Zündung der Leuchtstoffröhre erlaubt. Außerdem muß ein Serienelement, induktanz oder Widerstand, mit der Anordnung in Serie geschaltet sein. Dieses Element kann durch konstruktive Maßnahmen in den Transformator eingeschlossen sein.

Derartige Lösungen ermöglichen wohl die Speisung

einer Leuchtstoffröhre mittels einer Gleichstromquelle,

aber sie weisen den Nachteil auf, daß sie- sehr komplex sind, eine große Anzahl von Bauteilen notwendig machen, und insbesondere, daß sie für eine bestimmte Leistung der Lampe und eine bestimmte Speisespannung ausgelegt

sein müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu

überwinden und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Umwandlung des von einer Gleichstromquelle kommenden Stromes im Hinblick auf die Sicherung der Speisung einer Leuchtstoffröhre ermöglicht, um einerseits den Zündvorgang dieser Leuchtstoffröhre ohne Glühfaden-Vorheizung, also ohne Starter, durchzuführen, und andererseits im Brennzustand eine Stabilisierung des Stroms zu sichern. Insbesondere soll eine das Erreichen ₃c dieser Ergebnisse ermöglichende Vorrichtung geschaffen

werden, die ohne Änderung der Konstruktion über den Weg einer einfachen Regelung für Leuchtstoffröhren mit unterschiedlichen Leistungen benutzt werden kann und die durch Gleichstromquellen mit unterschiedlichen Nennspannungen, die beispielsweise zwischen 12 und 250 Volt liegen können/ gespeist werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst/ daß die Umformereinrichtung in Kombination aufweist:

- einen elementaren Transformator mit zwei eingängigen Wicklungen,der Primärseite und der Sekundärseite, welcher ein Transformationsverhältnis aufweist, das ihn für unterschiedliche Speise-Spannun-

'^ gen verwendbar macht;

- einen Kondensator, der mit der Sekundärseite des Transformators in Serie geschaltet ist ;

- einen einzigen statischen Kommutator/ der mit der Primärseite des Transformators in Serie geschaltet ist und . '

- einen Multivibrator mit regelbarer, zyklischer Impulsfolgefrequenz , dessen Impulse die Steuerung des statischen Kommutators und die Regelung des Stromes erlauben.

Die erfindungsgemäße Kombination dieser vier Elemente ermöglicht die Sicherung der folgenden Funktionen:

direkte Zündung der Leuchtstoffröhre unter einer

erhöhten Spannung und Kontrolle des Stromes während 30

des Betriebszustandes, und zwar für sehr kleine, variable Gleichspannungen/ die die Größenordnung von einigen Volt haben können bis zu Werten, die bis zu 250 Volt reichen, sowie, ohne besondere Anpassung die Speisung von Leuchtstoffröhren mit verschie-

denen Leistungen von 6,8,12,18,20/36,40 ... 60 Watt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen:

- daß der Hochfrequenz-Transformator mit zwei Wicklungen ein Transformationsverhältnis aufweist, das zwischen 2 und 5 liegt und derart ausgelegt ist, daß bei der gewählten Betriebsfreguenz die in der Primärseite entwickelte magnetische Energie bei geöffnetem Kreis der Sekundärseite relativ groß ist im Verhältnis zur Leistung der zu speisenden Leuchtstoffröhre. Diese Charakteristik kann erreicht werden, indem im magnetischen Kreis ein Luftspalt vorgesehen wird oder aber/aa^odi der Anordnung der Wicklungen diese aufeinander abgestimmt werden;

- daß der statische Kommutator, der die Primärseite des Transformators steuert, vorzugsweise aus einem einzigen Transistor bipolarer Bauart besteht; eventuell kann der statische Kommutator ein MOS-Transistor sein.

Außerdem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch Schutzeinrichtungen auf, die es ermöglichen, den Transistor im Fall des Betriebes ohne Leuchtstoffröhre oder während des Zündvorganges zu schützen. Diese Schutzvorrichtungen können aus einer Schaltung mit mehreren Zener-Dioden gebildet sein, derart, daß die Zenerspannung wie auch das Transformationsverhältnis die Sekundärspannung für die Zündung festlegen.

Ein derartiger Schutz kann auch durch andere äquivalente Mittel erreicht werden, zum Beispiel durch Ver- ->ü

Wendung einer RC-Schaltung anstelle der Zener-Dioden-

schaltung, sogar auch, indem eine zusätzliche Wicklung verwendet wird,die auf der Primärseite angeordnet und mit der positiven Anschlußklemme über eine Diode -e verbunden ist.

Die Erfindung sowie die dadurch erreichbaren Vorteile werden im folgenden anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
in den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine übliche Speisung von Leuchtstoffröhren mittels einer Wechselstromquelle,

Fig. 2 in schematischer Darstellung die Speisung einer Leuchtstoffröhre gemäß der Erfindung mittels einer Gleichstromquelle,

Fig. 3 und 4 jeweils ein detailliertes Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fig. 4 die Darstellung des Funktionsdiagramms des für die Ausführung des erfindungsgemäßen Systems verwendeten Multivibrators ist.

Wie in Fig. 1 generell dargestellt, wird eine Leuchtstoffröhre 1 aus einem Netzanschluß mit einem Wechselstrom von 220 Volt durch ein Vorschaltgerät 2

hindurch, das den Strom nach der Zündung stabilisiert, gespeist. Eine Vorrichtung 3, die üblicherweise als "Starter" bezeichnet wird, ermöglicht die Durchführung der Zündung.

Wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, die Speisung der Leuchtstoffröhre mittels einer Gleichstromquelle A, beispielsweise einer Batterie, erfolgt, können das Vorschaltgerät und der Starter nicht benutzt werden, und es muß zwischen der Gleichstromquelle A und der Leuchtstoff-

._ϊ(. röhre 1 eine Umformereinrichtung 4 vorgesehen werden zum Umformendes Gleichstroms in Wechselstrom, wobei diese Einrichtung außerdem den Zündvorgang ohne Starter durchführen muß und im Brennzustand eine Stabilisierung des Stroms sichert.

Diese Umformereinrichtungen 4 sind bisher von rela-

tiv komplexer Bauart und müssen insbesondere in Abhängigkeit von der Leistung der Leuchtstoffröhre und der Spannung der Speisequelle angepaßt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung/ von der ein Ausführungsbeispiel in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ermöglicht es nicht nur, die vorbeschriebenen Funktionen zu erfüllen, sondern kann auch ohne besondere Abänderungen sowohl für Leuchtstoffröhren unterschiedlicher Leistungen als auch für Speisestromquellen mit "10 variabler Spannung benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist, besteht im wesentlichen aus einem Hochfrequenz-Transformator 5, dessen Primärseite P und Sekundärseite S jeweils aus einer einzigen Wicklung gebildet sind, wobei das Transformationsverhältnis klein ist, im allgemeinen zwischen 2 und 5 und vorzugsweise gleich 3 ist. Dieser Transformator 5 ist derart ausgebildet, daß die Primärinduktivität ausreichend ist, daß bei der gewählten

Betriebsfrequenz die magnetische Energie -der Primärseite P bei offenem Kreis der Sekundärseite S relativ groß ist im Verhältnis zur Leistung der Leuchtstoffröhre. Eine derartige Charaktersistik kann durch einen Luftspalt im Magnetkreis erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem einerseits einen Kondensator 6 bekannter Bauart auf, der mit der Sekundärseite S in Serie geschaltet ist, und andererseits einen einzigen statischen Kommutator oder Wechselrichter 7, der im vorliegenden Fall aus einem Transistor besteht. Der Kommutator kontrolliert die Primärseite P und ist durch einen Multivibrator 8 gesteuert. Gemäß der Erfindung hat der Multivibrator eine Festfrequenz, die vorzugsweise oberhalb der Hör-

-c barkeitsgrenze liegt und die Impulsdauer 15 (siehe

-a-

Fig. 4) ist einstellbar und regelbar in bezug auf die Periode oder die zyklische Impulsfolgefrequenz 16. Die Regelung ermöglicht es, den Strom in der Leuchtstoffröhre 1 in Abhängigkeit von der Nennleistung derselben und der Speisespannung zu fixieren. Der Multivibrator 8 steuert den Transistor über einen Widerstandsstromkreis 9 und einen kapazitiven Widerstand 10, um besser die Löschungsbedingungen des bipolaren Transistors zu erfüllen. Eventuell kann im Fall der ^Q Verwendung eines MOS-Transistors die Löschungsschaltung weggelassen werden.

Ferner wird der Schutz des Transistors 7 im Fall des Betriebes ohne Leuchtstoffröhre während der Zündphase erreicht mittels eines Kreises mit mehreren

Zener-Dioden 13. Durch die Zenerspannung sowie das Transformationsverhältnis wird die sekundärseitige Zündspannung festgelegt.

Falls die Speisespannung hoch ist, beispielsweise

über 100 Volt, bilden eventuell die Kondensatoren sowie

die Streuinduktivität des Transformators -einen PseudoSchwingkreis, der den Betrieb der Leuchtstoffröhre stabilisiert.

So ermöglicht gemäß der Erfindung für eine bestimmte Nenn-Speisespannung und somit eine bestimmte Einstellung dank einer korrekten Wahl der Elemente und der Frequenzen ein derartiges System eine Stabilisierung des SekundärStroms für einen breiten Variationsbereich der Einspeisung und erfordert somit nicht

, das Vorhandensein einer Strom-Regelschleife oder die Notwendigkeit des Einregeins eines monostabilen Spannungswertes. Es ist jedoch offensichtlich, daß derartige Möglichkeiten vorgesehen sein können.

Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine

,ς verminderte Anzahl von Bauteilen enthält und nur einen

einzigen Transistor verwendet, ist es möglich/ die Bewicklung des Transformators extrem zu vereinfachen, dessen Primär- und Sekundärseite aus einer einzigen Wicklung bestehen können. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung ein sehr leichtes Regeln des Stroms in der Leuchtstoffröhre im Brennzustand und das Erreichen starker Zündspannungen trotz einer niedrigen Gleichspannung und eines begrenzten Transformationsverhältnisses. Beispielsweise kann man mit einem Transformationsverhältnis von 3 und einer Spannung von 24 Volt gleichwohl Spannungen von 1000 Volt erhalten. Außerdem kann mit dem gleichen Transformator eine gleiche Leuchtstoffröhre mit einer sehr unterschiedlichen Speisespannung betrieben werden.

Im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur sehr einfach, also ökonomisch herstellbar, sondern sie kann auch ohne Änderung der Konstruktion für Leuchtstoffröhren unterschiedlicher Leistungen verwendet werden,

die von Gleichstromquellen mit ebenfalls ,unterschiedlichen Spannungen gespeist sein können.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt alle in gleicher Art hergestellten Varianten. So kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Kombination mit einer Anordnung benutzt werden, die eine Vorwärmung mit Glimmzünder aufweist.

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Bezugszeichenliste

1 Leuchtstoffröhre

2 Vorschaltgerät

3 Vorrichtung zur Zündung sog. Starter

4 Umformereinrichtung zum Umformen des Gleichstroms in Wechselstrom

5 Hochfreqzenztransformator

6 Kondensator

■"Ό- 7 statischer Kommutator

8 Multivibrator oder Wechselrichter

9 Widerstandsstromkreis

10 kapazitiver Widerstand

13 Kreis mit mehreren Zener-Dioden 15

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

(\J Vorrichtung für die Speisung einer normalerweise mit Wechselstrom betriebenen Leuchtstoffröhre durch eine Gleichstromquelle (A)/ welche zwischen der Gleichstromquelle (A) und der Leuchtstoffröhre (1) angeordnet ist und aus einer die Durchführung des Zündvorganges der Leuchtstoffröhre (1) und eine Stabilisation des Stromes im Betriebszustand mit "Ό gezündetem Lichtbogen ermöglichenden Umformereinrichtung (4) besteht,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Umformereinrichtung (4) in Kombination aufweist:

- einen elementaren Transformator (5) mit zwei eingängigen Wicklungen der Primärseite (P) und der Sekimdärseite (S), welcher ein Transformationsverhältnis aufweist, das ihn für unterschiedliche Speise-Spannungen verwendbar macht;

- einen Kondensator (6), der mit der Sekundärseite (S)

des Transformators (5) in Serie geschaltet ist;

- einen einzigen statischen Kommutator (7), der mit der Primärseite (P) des Transformators (5) in Serie geschaltet ist und

- einen Multivibrator (8) mit regelbarer, zyklischer.

Impulsfolgefrequenz, dessen Impulse die Steuerung des statischen Kommutators (7) und die Regelung des Stromes erlauben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Transformator (5) mit zwei Wick lungen derart ausgelegt ist, daß die Primärinduktivität ausreichend ist, daß bei der gewählten Betriebsfrequenz die in der Primärseite (P) entwickelte

magnetische Energie bei geöffnetem Kreis der Sekundärseite (S) relativ groß ist im Verhältnis zur Leistung der zu speisenden Leuchtstoffröhre (1) und daß sein Transformationsverhältnis zwischen 2 und 5 liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Kommutator (7), der die Primärseite (P) des Transformators (5) kontrolliert, vorzugsweise aus einem einzigen Transistor besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schutzeinrichtungen (13) aufweist zum Schutz des Transistors (7) im Falle des Betriebes ohne Leuchtstoffröhre oder während des ζundvorganges.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung aus mehreren Zener-Dioden besteht/ die an den Anschlußklemmen des von dem Multi-

vibrator (8) gesteuerten statischen Kommutators (7) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Anordnung mit Festfrequenz oberhalb der Hör-

barkeitsgrenze arbeitet.