DE9402631U1

DE9402631U1 - Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät

Info

Publication number: DE9402631U1
Application number: DE9402631U
Authority: DE
Original assignee: Trilux Lenze GmbH and Co KG
Current assignee: Trilux GmbH and Co KG
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2004-02-18

Description

Leuchtstofflampen—Vorschaltgerät

Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät für den Betrieb von Leuchtstofflampen.

Beim Betrieb einer Leuchtstofflampe werden nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes mehrere Phasen nacheinander durchgeführt, bis der stationäre Betrieb der Leuchtstofflampe erreicht ist. Zunächst werden in einer Vorheizphase die Lampenelektroden vorgeheizt. Dann werden in einer Zündphase zahlreiche aufeinanderfolgende Burst-Impulse erzeugt, um die Lampe zu zünden. Im Anschluß an die Zündphase geht das Vorschaltgerät schließlich in die Betriebsphase über, in der die Leuchtstofflampe mit der Betriebsfrequenz umgepolt wird.

Ein Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät für den Dimmbetrieb ist bekannt aus Patent DE 42 20 291 Cl. Beim Dimmbetrieb wird normalerweise im Anschluß an die Vor-

Telefon: (0221)131041 .. ,

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Telegramm: Dompatent Köln

Konten/Accounts:

SaI Oppenheim jr. & CIe,, Köln {BLZ 37030200) Kto, Nr, 10760 Deutsche Bank AG. Köln (BLZ 37&Ogr;7&Ogr;&Ogr;6&Ogr;) Kto. Nr. 116SO18 Postgiro Köln (BLZ 37O1005O) Kto Nr. 654-5&Ogr;&Ogr;

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heizphase von der Lampe beim Zünden ein Lichtblitz erzeugt, wobei die Lampe zunächst ihre volle Helligkeit annimmt und erst anschließend infolge der Dimmsteuerung auf den dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Wert zurückgeht. Zur Verhinderung des plötzlichen Aufleuchtens der Lampe nach dem Einschalten wird der Strom oder die Spannung der Versorgungsschaltung am Ende der Vorheizphase auf einen Minimalwert reduziert und nach Beginn der Zündphase kontinuierlich bis auf einen dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Endwert vergrößert. Dadurch wird ein plötzliches helles Aufleuchten der Lampe bei Dimmbetrieb vermieden.

Bei elektronischen Vorschaltgeräten, bei denen in einer Zündphase zahlreiche Burst-Impulse erzeugt werden, um den Lampenstrom nach dem Zünden plötzlich auf den vollen Wert ansteigen zu lassen, beträgt in der Praxis das Verhältnis der Dauer des Leitens des Überbrückungsschalters zur Dauer des Nichtleitens etwa 2:1, d.h. der Überbrückungsschalter ist langer im leitenden Zustand als im nichtleitenden Zustand. Es hat sich ergeben, daß bei derartigen Vorschaltgeräten gelegentlich Zündprobleme entstehen. Die Ursache dieser Zündprobleme ist nicht ohne weiteres zu ermitteln. Es wird vermutet, daß die Erzeugung eines stabilen Brennflecks auf den Lampenelektroden von Unwägbarkeiten und FertigungsStreuungen abhängt. Ein stabiler Brennfleck bildet sich während der Zündphase an denjenigen Stellen der Elektroden aus, von denen konzentriert ein geringer Lampenstrom (Elektronen- und Ionenstrom) ausgeht. Diejenigen Stellen, von denen ein hoher Strom ausgeht, sind in der Regel breitflächig, so daß an diesen Stellen die Elektroden nicht durch den Stromfluß auf die benötigte hohe

Temperatur gebracht werden. Wenn eine Elektrode an einer ungünstigen Stelle gezündet wird, kann es vorkommen, daß der Brennfleck nicht ausreicht, um die zusätzlich zur Vorheizung erforderliche Aufheizung der Elektrode vorzunehmen, und die Zündung wieder abreißt. Ferner kann es vorkommen, daß der Brennfleck auf der Elektrode wandert, bis er eine stabile Stelle gefunden hat.

Zu den geschilderten Ursachen für Zündprobleme kommt hinzu, daß, insbesondere bei toleranzmäßig ungünstigen Lampen, während der Zündphase die Impulse des Wechselrichters und die Impulse des überbrückungsschalters, die unabhängig voneinander erzeugt werden, ungünstige Überlappungsbedingungen einnehmen und sich dadurch teilweise auslöschen bzw. unwirksam machen. Dies ist eine Ursache für weitere Zündprobleme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leuchtstoff lampen-Vorschaltgerät zu schaffen, das selbst bei weiten Lampentoleranzen ein sicheres Zünden bei stabilem Brennfleck auf den Lampenelektroden ermöglicht.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die Verwendung relativ kurzer Leitendphasen und relativ langer Sperrphasen des Überbrückungsschalters in der Zündphase werden Lampenstromimpulse erzeugt, die zunächst mit geringen Stromstärken und geringer Zeitdauer beginnen, weil bei den anfänglichen Lampenimpulsen ein hoher Ionisierungswiderstand der Lampe zu überwinden ist. Mit zunehmender Anzahl von Strominipulsen wird der Ionisierungsgrad der Lampe immer größer, so

daß die Stromimpulse höher und langer werden. Dadurch steigt der Lampenstrom während der Zündphase ständig an, bis er einen durch das Tastverhältnis der Burst-Impulse vorgegebenen Endwert von 70 bis 90 % des späteren Betriebsstroms der Lampe erreicht, überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Erhöhung des Lampenstromes in der Zündphase von sehr kurzen Burst-Impulsen des überbrückungsschalter das Zündverhalten wesentlich sicherer und besser macht als die Verwendung breiter Burst-Impulse. Dieser Effekt wird auf die völlig neue Erkenntnis zurückgeführt, daß die Zündung der Lampe mit sehr kleinem Lampenstrom vorteilhaft ist, weil bei einem kleinen Zündstrom die Stromdichte auf der Lampenelektrode groß ist und die erforderliche Stromerwärmung der Elektroden schneller erfolgt. Erfindungsgemäß wird der Lampenstrom in der Zündphase, in der die Burst-Impulse erzeugt werden, zunächst mit einem niedrigen Wert begonnen. Der Lampenstrom kann danach ansteigen, bleibt aber in der Zündphase immer noch auf einem Wert, der niedriger ist als der Wert des Lampenstroms in der darauffolgenden Betriebsphase.

Eine weitere Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 2 angegeben, dessen Merkmale separat von den Merkmalen des Anspruchs 1 angewendet werden können oder zusätzlich zu diesen.

Hiernach sind die Impulse, die den Überbrückungsschalter steuern, und die Impulse, die die Schalter des Wechselrichters steuern, in der Zündphase miteinander synchronisiert, wobei vorzugsweise eine Flanke der den Überbrückungsschalter steuernden Impulse mit einer Flanke der die Schalter des Wechselrichters steuernden

Impulse zusammenfällt. Die andere Flanke der den überbrückungsschalter steuernden Impulse hängt von der Breite dieser Impulse ab. Die Impulsbreite ist ein Maß für den in der Zündphase fließenden Lampenstrom. Sie kann entweder konstant sein oder zeitlich variieren. Im Falle des Variierens werden die genannten Impulse des Überbrückungsschalters zum Ende der Zündphase hin kürzer und die Impulspausen breiter, um den Lampenstrom zu erhöhen.

Vorzugsweise werden die Steuerimpulse für den überbrückungsschalter und die Schalter des Wechselrichters durch einen gemeinsamen Impulsgenerator erzeugt, der in der Zündphase den überbrückungsschalter unmittelbar steuert und dessen Impulse nach Frequenzteilung die Schalter des Wechselrichters steuern. Der Impulsgenerator kann in den einzelnen Phasen des Lampenbetriebes mit unterschiedlichen Impulsfrequenzen und unterschiedlichen Impulsbreiten bzw. Tastverhältnissen betrieben werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der wesentlichen Teile des Vorschaltgerätes und

Fig. 2 ein Diagramm verschiedener Spannungen und Ströme bei dem Vorschaltgerät nach Fig. 1.

Das Vorschaltgerät enthält eine (nicht dargestellte) Versorgungsschaltung, die eine Versorgungsgleichspannung U erzeugt. Diese Versorgungsgleichspannung wird einem Wechselrichter 10 zugeführt, der zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter Tl und T2 aufweist, die wechselseitig ein- und ausgeschaltet werden. Die Spannung am Ausgang des Wechselrichters bildet die Generatorspannung für den Lampenbetrieb. Mit dieser Generatorschaltung wird die Reihenschaltung aus einem Kondensator C, einer Spule L und der Leuchtstofflampe LL versorgt.

Die Leuchtstofflampe LL weist zwei Elektroden El und E2 auf. Die Elektrode El ist mit der Spule L verbunden und die Elektrode E2 ist mit dem Minus-Pol der Versorgungsspannung U verbunden. Die Elektroden El und E2 sind durch einen Überbrückungsschalter T3 miteinander verbunden. Sämtliche Schalter Tl, T2 und T3 sind elektronische Schalter, z.B. Transistoren, die von der Steuereinheit CU gesteuert werden. Die Steuereinheit CU enthält einen Steuerteil 12, der über eine Leitung 13 mit der Versorgungsspannung U verbunden ist und das Einschalten der Versorgungsspannung feststellt, um vom Einschaltzeitpunkt an die verschiedenen Phasen zu steuern.

Die Steuereinheit CU steuert den Überbrückungsschalter T3 unmittelbar und die Schalter Tl und T2 mittelbar über einen Frequenzteiler 14. Da die Schalter Tl, T2 und T3 potentialmäßig voneinander entkoppelt werden müssen, ist an den Ausgang des Frequenzteilers 14 die Primärwicklung 15P eines Transformators angeschlossen. Dieser Transformator weist zwei Sekundärwicklungen 15Sl

und 15S2 auf. Die Sekundärwicklung 15Sl ist mit dem Ansteuerteil Al für den Schalter Tl verbunden und die Sekundärwicklung 15S2 ist mit dem Ansteuerteil A2 für den Schalter T2 verbunden.

Die Steuereinheit CU enthält einen Impulsgenerator 16, der von dem Steuerteil 12 gesteuert ist. Die Impulse dieses Impulsgenerators 16 werden einerseits über eine Torschaltung 17 dem Überbrückungsschalter T3 zugeführt und andererseits dem Frequenzteiler 14.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Schaltzustände der elektronischen Schalter Tl, T2 und T3 in den verschiedenen Phasen A, B und C des Lampenbetriebs dargestellt. Ein Hoch-Signal bedeutet jeweils den leitenden Zustand des betreffenden Schalters und ein Tief-Signal den gesperrten Zustand. Nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes wird der Überbrückungsschalter T3 zunächst in den leitenden Zustand gesteuert, so daß ein Stromweg parallel zur Leuchtstofflampe LL geschlossen ist und die Lampenelektroden El und E2 vorgeheizt werden. Nach Beendigung der Vorheizphase A folgt die Zündphase B, in der der überbrückungsschalter T3 mit zahlreichen Burst-Impulsen gesteuert wird und in der die Zündung der Lampe LL erfolgen soll. An die Zündphase B schließt sich dann die Betriebsphase C an, die dem Dauerbetrieb der Leuchtstofflampe entspricht und in der T3 nichtleitend ist.

Die von dem Impulsgenerator 16 erzeugten Impulse sind in Fig. 2 mit IMP bezeichnet. Die Impulsfrequenz des Impulsgenerators ist in den drei Phasen A, B und C gleich, kann jedoch auch von Phase zu Phase variieren.

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Die Impulsbreiten unterscheiden sich in den einzelnen Phasen voneinander, sind innerhalb einer Phase jedoch gleich.

In Fig. 2 ist mit I_Ind der Strom durch die Induktivität L dargestellt und die mit I_u bezeichneten Abschnitte geben jeweils den Lampenstrom an. Mit U₁^ ist die Lampenspannung, also die Spannung zwischen den Elektroden der Leuchtstofflampe, bezeichnet.

Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung steuert das Steuerteil 12 die Torschaltung 17 so, daß der Überbrückungsschalter T3 in den leitenden Zustand gesteuert wird. Danach wird der Impulsgenerator 16 eingeschaltet, dessen Impulse dem Frequenzteiler 14 zugeführt werden, welcher daraus Impulse mit der halben Frequenz des Frequenzteilers 16 und mit einem Tastverhältnis von 1:1 erzeugt. Diese Impulse werden über die Sekundärwicklung

1551 dem Ansteuerteil Al zugeführt, das den Schalter Tl steuert. Impulse, die zu den Impulsen des Frequenzteilers 14 invers sind, werden über die Sekundärwicklung

1552 und das Ansteuerteil A2 zum Schalter T2 übertragen. Demnach erfolgt in der Vorheizphase A das Aufheizen der Elektroden El und E2 der Leuchtstofflampe mit Wechselstrom.

In der Zündphase B werden die Impulse des Impulsgenerators 16 von der Torschaltung 17 durchgelassen, so daß der Überbrückungsschalter T3 entsprechend diesen Impulsen gesteuert wird. Die Impulse IMP des Impulsgenerators 16 haben in der Zündphase vorzugsweise ein Tastverhältnis von 10 bis 30:90 bis 70, d.h. die Impulse sind kürzer als die Impulspausen.

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In der Betriebsphase C wird die Torschaltung 17 von dem Steuerteil 12 in denjenigen Zustand versetzt, in dem sie den Schalter T3 dauernd gesperrt hält.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß in der Vorheizphase der Strom I_Ind durch die Induktivität L ein Wechselstrom ist, der in der Leitendphase des Schalters Tl nach einer e-Funktion ansteigt und in der Leitendphase des Schalters T2 nach einer e-Funktion abfällt. Dieser Strom ist in der Phase A der Heizstrom der Elektroden El und E2. In der Zündphase B steigt der Spulenstrom I_Ind während der Impulse IMP des Impulsgenerators 16 abwechselnd nach einer e-Funktion an, um dann jeweils anschließend ebenfalls nach einer e-Funktion auf Null zu gehen. Die Rückflanken dieser Stromimpulse entstehen bei gesperrtem Überbrückungsschalter T3 und stellen somit den Lampenstrom I_u während der Zündphase dar. Die Impulsbreite der Impulse IMP bestimmt die Höhe des effektiven Spulenstroms I_Ind und des effektiven Lampen-Stroms in der Zündphase. Der effektive Lampenstrom in der Zündphase ist kleiner als die Höhe dieses Lampenstroms in der Betriebsphase C. In der Betriebsphase C ist der Lampenstrom I_u gleich dem Spulenstrom I_Ind. Dieser Strom hat die gleiche Frequenz wie die Schalter Tl und T2.

Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß in der Zündphase B der Lampenstrom I₁^, der nach jeder Flanke eines Impulses IMP entsteht, am Anfang klein ist und sich dann von Impuls zu Impuls vergrößert und dementsprechend auch bis zum Abklingen auf Null verlängert. Dies liegt daran, daß die Stromimpulse des Lampenstromes zunächst Ionisierungsarbeit leisten müssen und dann mit zuneh-

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mender Vorionisierung größer und langer werden. Die maximale Länge der Impulse des Lampenstromes I_u ist durch die Impulslücken der vom Überbrückungsschalter T3 erzeugten Impulse bestimmt und die maximale Stromstärke durch die Stärke des Spulenstromes I_Ind. Gegen Ende der Zündphase B hat der Lampenstrom I_u wegen der Unterbrechungen der Impulse von T3 eine effektive Stromstärke zwischen 70 und 90 % des Lampenstromes in der Betriebsphase C. Wegen der logarithmischen Empfindlichkeitscharakteristik des menschlichen Auges wird der Helligkeitssprung, der am Übergang von der Zündphase B zur Betriebsphase C entsteht, optisch nicht wahrgenommen.

In der untersten Zeile von Fig. 2 ist die Lampenspannung U₁^ aufgetragen. In der Vorheizphase A ist die Lampenspannung Null, weil die Lampe dann durch den Überbrückungsschalter T3 kurzgeschlossen ist. In der Zündphase B ist die Lampenspannung immer so lange vorhanden wie ein Lampenstrom I₁^ fließt. Bei kleinem Lampenstrom ist die Lampenspannung groß, d.h. am Anfang der Zündphase. Gegen Ende der Zündphase wird die Lampenspannung U_u immer kleiner, ihre Dauer wird jedoch größer, bis zur Dauer der Impulslücken zwischen den vom Schalter T3 erzeugten Impulsen. In der Betriebsphase C folgt der Verlauf der Lampenspannung U_u demjenigen des Lampenstroms I_u.

Claims

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ANSPRÜCHE

Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter (10), der aus einer von einer Versorgungsschaltung gelieferten Versorgungsgleichspannung (U) eine den Elektroden (E1,E2) der Leuchtstofflampe (LL) zuzuführende Wechselspannung erzeugt, und einem die Elektroden (E1,E2) verbindenden überbrückungsschalter (T3), der von einer Steuereinrichtung (CU) entsprechend den nacheinander durchzuführenden Phasen (A,B,C) des Lampenbetriebs gesteuert ist, wobei auf eine Vorheizphase (A) mit kontinuierlich leitendem Überbrückungsschalter (T3) eine Zündphase (B) folgt, in der der Überbrückungsschalter eine Folge von Burst-Impulsen erzeugt,

dadurch gekennzeichnet,

daß in der Zündphase (B) die Dauer des Leitens des Überbrückungsschalter (T3) bis zu 40 % und die Dauer des Nichtleitens mindestens 60 % einer Impulsperiode beträgt.

Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter (10), der aus einer von einer Versorgungsschaltung gelieferten Versorgungsgleichspannung (U) eine den Elektroden (E1,E2) der Leuchtstofflampe (LL) zuzuführende Wechselspannung erzeugt, und einem die Elektroden (E1,E2) verbindenden Überbrückungsschalter (T3), der von einer Steuereinrichtung (CU) entsprechend den nacheinander durchzuführenden Phasen (A,B,C) des Lampen-

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betriebs gesteuert ist, wobei auf eine Vorheizphase (A) mit kontinuierlich leitendem Überbrückungsschalter (T3) eine Zündphase (B) folgt, in der der Überbrückungsschalter eine Folge von Burst-Impulsen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für den Überbrückungsschalter (T3) und für die Schalter (T1,T2) des Wechselrichters (10) in der Zündphase (B) von einem gemeinsamen Impulsgenerator (16) abgeleitet und miteinander synchronisiert sind.

3. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (IMP) des Impulsgenerators (16) dem Überbrückungsschalter (T3) über eine Torschaltung (17) zuführbar sind, und daß aus den Impulsen (IMP) durch Frequenzteilung Steuersignale für die Schalter (T1,T2) des Wechselrichters erzeugt werden.

4. Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Impulsflanken der Steuersignale für den Überbrückungsschalter (T3) jeweils mit den vorderen und den rückwärtigen Impulsflanken der Steuersignale der Schalter (T1,T2) des Wechselrichters (10) zusammenfallen, und daß das Tastverhältnis der Steuersignale für die Schalter (Tl,T2) des Wechselrichters (10) 1:1 ist.