DK170938B1 - Automatisk regulerende elektronisk ballastsystem, der er beskyttet mod at være ubelastet. - Google Patents

Description

i DK 170938 B1

Opfindelsen angår et automatisk regulerende elektronisk ballastsystem, der er beskyttet mod at være ubelastet, med en energikilde til aktivering af mindst ét gasudladningsrør ved hjælp af en reguleret strøm og en begrænset spænding til at 5 holde gasudladningsrørets indgangs- og udgangseffekt ved forudbestemte værdier, en filterkreds koblet til energikilden, en til filterkredsen koblet induktionskreds, omfattende en vekselrettertransformer, som har en primærvikling med flere udtag, der danner en autotransformerkonfiguration til fast-10 læggelse af størrelsen af den regulerede strøm, idet veksel-rettertransformeren har en triggerstyret vikling for generering af en styrestrøm og en afbryderkreds, som er tilbagekoblet til induktionskredsen for fastlæggelse af den regulerede strøm, idet afbryderkredsen omfatter en transistor med en 15 basis, en kollektor og en emitter, som er koblet til energikilden, og en reguleringskreds til at holde effektafgivelsen fra gasudladningsrøret på en forudbestemt og i det væsentlige konstant værdi, hvilken reguleringskreds omfatter en toridal-transformer, som har (a) en første vikling koblet i serie med 20 triggerstyreviklingen og basis af transistoren for at modificere styrestrømmen og (b) en anden vikling, hvis ene ende er koblet til flerudtagsprimærviklingen på vekselrettertransfor-meren for tilbagekobling til den første vikling på toridal-transformeren.

25 Sådanne elektroniske ballastsystemer for gasudladnings- eller lysstofrør kendes fra US patentskrift nr. 4.587.461. Ved disse elektroniske ballastsystemer giver en fjernelse af gasudladnings- eller lysstofrøret fra ballastsystemet anledning til, at der tilføres store spændinger til gasudladnings-30 eller lysstofrørene. Dette kan have en skadelig indflydelse på rørenes levetid.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe et automatisk regulerende elektronisk ballastsystem, der ikke har disse ulemper.

DK 170938 B1 2

Et automatisk regulerende elektronisk ballastsystem af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at det har en kreds til beskyttelse mod, at ballastsystemet ikke er belastet, for både at generere en spænding 5 over gasudladningsrøret som følge af den regulerede strøm og for at holde udgangsspændingen på en forudbestemt værdi, ved en frakobling af et gasudladningsrør fra ballastsystemet, hvilken beskyttelseskreds omfatter en transformer, som har en primærvikling, som er koblet i serie med filterkredsen og en 10 anden ende af den anden vikling på torodaltransformeren, og et antal sekundærviklinger, som er koblet til gasudladningsrøret, idet primærviklingen danner en impedans, som varierer omvendt i forhold til belastningen på sekundærviklingerne for derved at reducere den regulerede strøm, når gasudladningsrø-15 ret frakobles ballastsystemet.

I en særlig hensigtsmæssig udførelsesform af ballastsystemet omfatter sekundærviklingen en afstemt højspændingsekundærvik-ling og et par viklinger til glødetrådsforsyning, og som er koblet til respektive glødetråde i gasudladningsrøret.

20 Endvidere kan ifølge opfindelsen højspændingssekundærviklingen være koblet i parallel med både en afstemningskondensator og gasudladningsrøret, idet den sekundære højspændingsvikling genererer den begrænsede spænding for tilførsel til gasudladningsrøret, og den begrænsede spændig reduceres som følge af 25 den reducerede regulerede strøm, når gasudladningsrøret frakobles ballastsystemet.

Ifølge opfindelsen kan transformeren have en kerne bestående af feritmateriale til generering af gasudladningsrørets forsyningsspænding .

30 Endelig kan ifølge opfindelsen reguleringkredsen omfatte en basiskoblingskondensator, som er koblet til toridaltransformerens første vikling og triggerstyreviklingen på vekselret-tertransformeren for i det væsentlige at blokere for DC-spæn- DK 170938 B1 3 ding.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, som viser et automatisk regulerende elektronisk ballastsystem ifølge opfindelsen, der er beskyt-5 tet mod at være ubelastet.

I figuren er der vist et automatisk regulerende elektronisk ballastsystem 10 med en energikilde 12 til drift af mindst ét gasudladningsrør 66, og som er beskyttet mod at være ubelas tet. Gasudladningsrøret 66 kan være et fluorescent rør af 10 standardtype, med en første og en anden glødetråd 68 og 70. Ballastsystemet 10 er indrettet til at holde indgangs- og udgangseffekten af gasudladningsrøret 66 ved i hovedsagen konstante værdier, der ikke afhænger af komponenttolerancer fra det ene ballastsystem til det andet.

15 Ballastsystemet 10 er indrettet til at maksimere lysafgivelsen fra gasudladningsrøret 66 i forhold til effekten tilført fra energikilden 12. Ballastsystemet 10 giver desuden en i hovedsagen konstant lysafgivelse inden for ± 3% uanset spændingsvariationer som følge af, at lysafgivelsen af gasudlad-20 ningsrøret 66 er bestemt en pulserende firkantbølget drivstrøm og ikke af en pulserende firkantbølget spænding.

Som det vil fremgå af det følgende, begrænses udgangsspændingen af ballastsystemet 10, hvis gasudladningsrøret 66 fjernes .

25 Til at begynde med sørger ballastsystemet 10 for en regulering, der eliminerer behovet for justering eller udvælgelse af transistorer med en specifik forstærkning, hvorved der tilvejebringes en i hovedsagen konstant lysafgivelse, i hovedsagen uafhængigt af fremstillingstolerancer af de indgåen-30 de komponenter.

Udgangsspændingen reduceres til under den normale driftsspæn- DK 170938 B1 4 ding, hvis gasudladningsrøret 66 fjernes, enten ved at det svigter eller simpelthen udtages.

Ballastsystemet 10 danner endvidere en frekvensregulerende mekanisme, der udnytter de induktive karakteristikker af en 5 vekselrettertransformer 40 og et tankkredsløb dannet af sekundærviklingen 160 af en transformer 100 og en afstemningskondensator 130. Dette tankkredsløb muliggør en frekvensstabilisering og derigennem en drift af ballastsystemet 10 uden synlig flimren.

10 Driften af gasudladningsrøret 66 holdes ved et minimalt niveau som følge af en højere virkningsgrad af ballastsystemet 10. Minimeringen af elektriske komponenter kombineret med enkeltheden giver en øget pålidelighed samtidigt med, at gasudladningsrøret 66 får den længst mulige levetid.

15 Ballastsystemet 10 har en en energikilde 12 til aktivering af gasudladningsrøret 66 og en til energikilden 12 koblet filterkreds li for tilvejebringelse af en jævnspænding og undertrykkelse af harmoniske genereret ved hjælp af ballastsystemet .

20 Til filterkredsen 11 er der koblet en induktionskreds 15 til tilvejebringelse af en pulserende drivstrøm ved hjælp af en afbryderkreds 13. Induktionskredsen 15 indeholder en ikke-be-lastningsbeskyttelseskreds 99, der tjener til at generere en spænding over gasudladningsrøret 66 i afhængighed af den pul- 25 serende drivstrøm og holde udgangsspændingen ved en forudbestemt værdi, hvis gasudladningsrøret 66 ikke længere er koblet til ballastsystemet 10. Induktionskredsen 15 er koblet til en styrekreds 17, der kan holde forstærkningen af afbryderkredsen 13 ved et forudbestemt niveau. Filterkredsen 11 er 30 således forbundet til energikilden 12 for (1) at opretholde en i hovedsagen udglattet jævnspænding og (2) undertrykke harmoniske genereret ved hjælp af ballastsystemet 10.

DK 170938 B1 5

Induktionskredsen 15 indeholder desuden en trigger-styrevikling 48 for generering af afbrydersignaler. Afbryderkredsen 13 er indrettet til at generere en pulserende drivstrøm i afhængighed af disse afbrydersignaler.

5 Som det vil fremgå af det følgende, er en kredsløb 99 til beskyttelse mod at ballastsystemet ikke er belastet koblet til filterkreds 11. Denne kredsløb indeholder en afstemt højspændings -sekundærvikling 160 for generering af en spænding over gasudladningsrøret 66 i afhængighed af den regulerede 10 drivstrøm.

Energikilden 12, der tilfører en elektrisk effekt til ballastsystemet 10, kan være en AC-energikilde af en standardspænding, såsom 120, 240, 270 V ved 50,0 eller 60,0 Hz eller en DC-energikilde, der er anbragt i eller uden for bal-15 lastsystemet 10.

I det følgende antages det, at energikilden 12 er en 210-240 volt, 50.0 Hz vekselstrømskilde.

Spændingen fra energikilden 12 til ballastsystemt 10 tilføres til afbryderen 14, der kan være en standardafbryder, såsom en 20 enpolet trykafbryder. Fra afbryderen 14 føres spændingen til en drosselspole 32 og en filterkondensator 28, der er koblet i parallel med energikilden 12 og er beregnet til at kortslutte højfrekvente komponenter. Drosselspolen 32 er koblet i serie med et ensretterkredsløb 16 til ensretning af vekselspændin-25 gen.

Ensretterkredsløbet 16 kan udgøres af en ensretterbro til dobbeltbølgeaensretning. I den viste udførelsesform er ensretterbroen 16 dannet af nogle dioder 18, 20, 22 og 24, der tilvejebringer den ønskede ensretning af vekselspændingen fra 30 energikilden 12. Dioderne 18, 20, 22 og 24 kan eksempelvis være af typen 1N4005.

DK 170938 B1 6

Ved denne ensretning tilvejebringes en pulserende jævnspænding på udgangslederen 26, hvilken spænding tilføres til en shuntkondensator 34 af filterkredsen 11, der filtrerer udgangsspændingen. Ensretterbroen 16 er koblet til såvel en ud-5 gangslederen 26 som returlederen 64, der danner returvejen for DC-forsyningen.

Udglatningsdelen af filterkredsen 11 udgøres af drosselspolen 32 og shuntkondensatoren 34. Drosselspolen 32 er med sin ene ende koblet til energikilden 12 og med sin anden ende koblet 10 til ensretterbroen 16. Shuntkondensatoren 34 er med sin ene ende forbundet til udgangen 26 af ensretterbroen 16 og med sin anden ende forbundet til DC-returlederen 64.

Shuntkondensatoren 34 og drosselspolen 32 udglatter den pulserende jævnspænding fra ensretterbroen 16. Derved holdes 15 strømmen ved et gennemsnitsniveau, uden at der skabes en effektfaktor, der er forskudt uacceptabelt i enten frem- eller tilbagegående retning. En uacceptabel forskydning i frem- eller tilbagegående retning vil kunne konstateres ved anvendelse af en stor kapacitet eller en lille induktans som eneste 20 filtreringsorgan til udglatning af en pulserende jævnspænding.

I tilfælde af at drosselspolen 32 ikke indgik i ballastsystemet 10, ville shuntkondensatoren 34 trække en større strøm, der i almindelighed omtales som en bølgestrøm af hver perio-25 de, ved pågyndelse af en opladning af kondensatoren 34. Ved indsættelse af drosselspolen 32 vil denne lagre energi under hver halvperiode, og derigennem kan der tilføres ekstra strøm til begyndelsesopladning af shuntkondensatoren 34.

Drosselspolen 32 kan være en induktor på tilnærmelsesvis 2,0 3 0 H med en modstand på mindre end 4 0,0 Ω. Shuntkondensatoren kan være en elektrolytkondensator på 100,0 μΈ.

DK 170938 B1 7

Filterkredsen 11 indeholder som før nævnt en filterkondensator 28, der i kombination med drosselspolen 32 reducerer harmoniske genereret ved hjælp af induktionskredsen 15. Filterkondensatoren 28 er i kombination med drosselspolen 32 5 afstemt til at give en betydelig reduktion af i hvert fald de første harmoniske fra DC-forsyningen. I filtre af denne karakter er multipla af de første fem harmoniske, typisk også reduceret.

I den viste udførelsesform er filterkondensatoren 28 en 400,0 10 V Mylar kondensator på tilnærmelsesvis 1,5 μΡ.

Kredsen 99 er indskudt mellem filterkredsen 11 og induktionskredsen 15. Kredsen 99 indeholder en transformer 100 med en primærvikling 125 og en afstemt sekundærvikling 160 for høj spænding, såvel som et par viklinger 140 og 150 til forsyning 15 af glødetrådene 70 og 68. Sekundærviklingen 160 er koblet i parallel med en afstemningskondensator 130 til dannelse af et tankkredsløb for generering af en udgangsspænding til gasudladningsrøret 66.

Kredsen 99 består af en transformer 10 0 med en kerne af en 20 ferrit med benævnelsen Ferroxcube 2616, idet primærviklingen 125 udgøres af 29 vindinger, og sekundærviklingen 160 udgøres af 50 vindinger, og hver af glødetrådsviklingerne 140 og 150 udgøres af en enkelt vinding. Transformeren 100 har en retlinet kerne, der ikke bringes i mætning. Afstemningskondensato-25 ren 130 er på 10 nF.

En reguleringskreds 17 er indskudt mellem kredsen 99 og induktionskredsen 15. Reguleringskredsen 17 indeholder en første kondensator 54, en toroide transformer 56 og en shuntmodstand 51; der er koblet i parallel med en første vikling 55 af 30 transformeren 56. Denne vikling 55 er også forbundet til returlederen 64 med sin ene ende, og med sin anden ende forbundet til kondensatoren 54. Kondensatoren 54 er med sin ene ende koblet til den første vikling 55 og med sin anden ende DK 170938 B1 8 forbundet til en trigger-styrevikling 48 af induktionskredsen 15.

Shuntmodstanden 51 kan være på tilnærmelsesvis 200 Ω. Transformeren 56 kan have en ferritkerne af Ferroxcube 3B7-266T125 5 eller 3B7-266 CT125, idet den første vikling 55 har 12 vindinger af tråd nr. 28, og en anden vikling 57 udgøres af en enkelt vinding dannet af DC-indgangen eller filtrets udgangs-leder 36, der er ført gennem aksen af transformerkernen. Kondensatoren 54 kan være på 0,22 μΡ.

10 Serieforbindelsen af den første vikling 55 og koblingskondensatoren 54 danner returvejen for basis-drivsignalet af afbryderkredsen 13, når ballastsystemet 10 er i sving.

Afbryderkredsen 13 er tilbagekoblet til induktionskredsen 15 for tilvejebringelse af en pulseret strøm. Afbryderkredsen 13 15 indeholder desuden en reguleringsmekanisme til at holde udgangseffekten af gasudladningsrøret 66 ved en i hovedsagen konstant værdi.

Afbryderkredsen 13 indeholder en transistor 72t der er tilbagekoblet til trigger-styreviklingen 48 af vekselrettertrans- 20 formeren 40. Derved muliggøres en afbrydelse af et strømsignal i afhængighed af et frembragt spændingssignal. Idet der refereres til trigger-styreviklingen 48 ses, at den strøm, der indføres ved den første ende af styreviklingen 48, løber gennem denne til basis 78 af transistoren 72.

25 Det er underforstået, at ballastsystemet 10 skal kunne tilvejebringe en ensartet lysafgivelse og indgangseffekt til gasudladningsrøret 66 ved at holde kollektorstrømmen af kollek-toren 74 i hovedsagen konstant og uafhængig af strømforstærkningen af transistoren 72.

3 0 Det er vedtaget, at lysafgivelsen ikke må svinge mere end ± 3%, medens strømforstærkningen af den anvendte transistor 72 DK 170938 B1 9 må variere mellem 10 og 60. Selv om ballastsystemet 10 i den viste udførelsesform kun driver et enkelt gasudladningsrør 66, er det beskrevne princip generelt anvendeligt og vil f.eks. også kunne anvendes i duale systemer, idet strømfor-5 stærkningerne i sådanne tilfælde ikke nødvendigvis skal være parrede.

En positiv spænding tilført til basen 78 af transistoren 72 via en modstand 53 sikrer en lille begyndelsesstrøm gennem basen 78 af transistoren 72, der er tilstrækkeligtil at gøre 10 denne ledende. Modstanden 53 kan være på 1,0 ΜΩ.

Når transistoren 72 er blevet ledende eller er bragt i ON-tilstand, løber der fra energikilden 12 en strøm gennem drosselspolen 32, ensretterbroen 16 og primærviklingen 125 af transformeren 100 til DC-udgangen 36. DC-udgangen 36 er for-15 bundet til primærviklingen 42 af vekselrettertransformeren 40 og er ført gennem aksen af kernen af transformeren 56. Strømmen føres gennem den første sektion 46 af primærviklingen 42 til udtaget 25, der er koblet til kollektoren 74 af transistoren 72.

20 Fra kollektoren 74 løber der strøm til emitteren 76 og derfra til returlederen 64. Kollektorstrømforøgelsen tilvejebragt ved hjælp af afbrydertransistoren 72 inducerer en spænding i trigger-styreviklingen 48, der er forbundet til basis 78 af transistoren 72. Fra basis 78 løber strømmen til emitteren 76 25 af transistoren 72 og derfra til returlederen 64.

Strømmen løber gennem den første vikling 55 af transformeren 56 og gennem koblingskondensatoren 54, hvorved kredsen er sluttet. Seriekombinationen af de nævnte komponenter danner et basisdrev af impulstypen, der efter en forudbestemt perio-30 de kan skifte transistoren 72 fra ON til OFF.

Impulsen, der driver afbrydertransistoren 72, styrer varigheden af ON-perioden ved driftsfrekvensen af ballastsystemet DK 170938 B1 10 10. Efter afslutningen af denne impuls skifter transistoren 72 til OFF-tilstand, og ved en differentiering af impulsen i kondensatoren 54 tilvejebringes et negativt signal, der tilføres til basis 78, idet dog signalet begrænses af dioden 38.

5 Energien, der er lagret i vekselrettertransformeren 40, afgives fra primærviklingen 42 til en kondensator 62 og derfra til returlederen 64.

Når kollektorstrømmen løber gennem primærviklingen 125 af transformeren 100, induceres der en spænding i hver af trans-10 formerens 100 sekundærviklinger. Spændingerne induceret i viklingerne 140 og 150 giver anledning til, at der tilføres en elektrisk strøm til glødetrådene 68, 70 af gasudladningsrøret 66.

Spændingen induceret i højspændingsviklingen 160 påtrykkes 15 over gasudladningsrøret 66. Den til dette tidspunkt inducerede spænding er tilstrækkelig til at opretholde udladningen i gasudladningsrøret 66, men ikke til at igangsætte en sådan.

Transistoren 72 er som før nævnt til at begynde med i ON-til-stand som følge af den lille strøm, der løber fra udgangsle-20 deren 66 gennem modstanden 53, trigger-styreviklingen 48 til basis 78 af transistoren 72. Derved tilvejebringes en strøm fra udgangslederen 36 gennem den første sektion 46 af primærviklingen 42, lederen 25, kollektoren 74, emitteren 76 og til returlederen 64.

25 Som følge af feltstyrkeforøgelsen i kernen af transformeren, forskydes arbejdspunktet fra i hovedsagen 0 til en forudbestemt induktion B på hysteresekurven på en sådan måde, at der opereres i et lineært område af kurven. Magnetfeltændringen inducerer i viklingerne omkring kernen en spænding, der er 30 proportional med antallet af vindinger i den enkelte vikling. Viklingerne er koblet på en sådan måde, at de øger den positive spænding, der tilføres til basen 78. Derved øges strømmen i strømvejen omfattende kollektoren 74, emitteren 76 og DK 170938 B1 11 komponenterne i serie dermed, indtil strømmen når en maksimal værdi bestemt af impedansen af den første sektion 46 og spændingsniveauet på lederen 36.

Når strømmen i strømvejen af kollektoren 74 og emitteren 76 5 ikke længere øges, bryder magnetinduktionen, der har nået den forudbestemte værdi B, brat sammen, og der induceres en spænding af modsat polaritet i trigger-styreviklingen 48, hvorved strømmen gennem kollektoren 74 og emitteren 76 ophører.

Til dette tidspunkt er de inducerede spændinger forholdsvis 10 store og lig med den samlede induktans multipliceret med strømændringen pr. tidsenhed. Induktansen er summen af induktanserne af transformerens primærvikling 125, den første sektion 46, primærviklingens anden sektion 44 og to gange den gensidige induktans mellem sektionerne 46 og 44, hvilket re-15 suiterer i en afladningsfrekvens, der er lig med en over to gange kvadratroden af summen af induktanserne multipliceret med værdien af kondensatoren 62.

Afladningsstrømmen antager en sinusform afhængigt af den inverse værdi af afladningsfrekvensen, som er OFF-tiden og er 20 den tid, det tager at aflade den lagrede energi under ON-ti-den, nemlig halvdelen af induktanssummen multipliceret med strømmen i anden potens. Endnu engang er et brat fald i den magnetiske induktion tilvejebragt med en strømretning modsat retningen af den del af sinusbølgen. De øjeblikkelige spæn-25 dinger og strømme er tilstrækkelige til at inducere start-spændingerne enten positivt eller negativt i viklingen 160.

Spændingen over viklingen 160 er lig med den gensidige induktans mellem primærviklingen 125 og viklingen 160 multipliceret med strømmen gennem viklingen 125 og to gange aflad-30 ningsfrekvensen.

Det er underforstået, at de elektromotoriske kræfter over viklingerne 125 og 160 af transformeren 100 er i modfase, og DK 170938 B1 12 at den strøm, der løber i viklingerne 140, 150 og 160, mod sætter sig ændringer i den magnetiske fluks i primærviklingen 125. Derved reduceres impedansen af primærviklingen 125, og der muliggøres en større strøm i sløjfen. Når der løber en 5 strøm i en sekundærvikling, øges strømmen i primærviklingen 125. Hvis afladningsrøret 66 fjernes fra kredsløbet, løber der ikke længere nogen strøm i viklingerne 140, 150 eller 160, og impedansen af primærviklingen 125 øges, hvorved strømmen i sløjfen bestående primærviklingen 125, den første sek-10 tion 46 og transistoren 72, reduceres.

Afbryderkredsen 13 indeholder desuden en diode 38, der er koblet i parallel med basis-emitterstrækningen af transistoren 72. Dioden 38 er vendt således, at negative spændinger ikke vil kunne beskadige transistoren 72. Dioden 38 kan være 15 af typen 1N4005 og forbindes, således at polariteten er modsat polariteten af basis-emitter-overgangen af transistoren 72 .

Primærviklingen 42 af vekselrettertransformeren 40 har et udtag, der er koblet i autotransformerkonfiguration, således 20 at spændingen induceret i primærviklingens anden sektion 44 adderes til spændingen over primærviklingens første sektion 46.

Den totale spænding over primærviklingen 42 tilføres til kondensatoren 62, der er forbundet i serie med primærviklingen 25 42. Kondensatoren 62 er med sin ene ende forbundet til pri mærviklingen 42 og med sin anden ende forbundet til returlederen 64. Kondensatoren 62 kan være på 3,5 nF for underafladning under transistorens 72 OFF-cyklus at aflade energi lagret i vekselrettertransformeren 40 under transistorens 72 30 ON-cyklus.

Primærviklingen 125 af transformeren 100 er som før nævnt ét element i serieforbindelse af elementer, hvorigennem transistorens 72 kollektorstrøm løber. Strømmen i hver af disse DK 170938 B1 13 elementer er den samme, og den maksimale strøm er lig med DC-forsyningsspændingen på udgangen 36 divideret med summen af de seriekoblede impedanser i strømvejen.

Impedansen af primærviklingen 125 af transformeren 100 er en 5 funktion af impedansen af selve viklingen og den impedans, der afspejles fra sekundærviklingerne. Ved en belastning af udgangsviklingen 160, er den resulterende impedans af primærviklingen 125 minimal. Viklingerne 140 og 150 har kun en ubetydelig indvirkning på denne impedans, eftersom de hver især 10 kun udgøres af én vinding. Med impedansen af primærviklingen 125 ved sin minimale værdi er kollektorstrømmen derfor maksimal, idet det antages, at DCspændingen på leder 36 ligger ved den dimensionerede værdi.

Når gasudladningsrøret 66 ikke længere er forbundet til bal-15 lastsystemet 10, bliver den tilsyneladende impedans af højspændingsviklingen 160 set fra primærviklingen 125 meget høj. Denne høje impedans af primærviklingen 125 giver anledning til, at kollektorstrømmen reduceres proportionalt dermed. Energien i transformeren 100 bliver ligeledes reduceret pro-20 portionalt dermed, og spændingen over udgangsterminalerne af viklingen 160 bliver ligeledes reduceret.

Prmærviklingen 125 af transformeren 100 virker derved som en variabel impedans, der er omvendt proportional med belastningen ved sekundærviklingen 160. Eftersom impedansen af primær-25 viklingen 125 i hovedsagen er induktiv, er der kun en meget lille varmeafgivelse i primærviklingen 125, der kan påvirke virkningsgraden eller levetiden af ballastsystemet 10.

Det fremgår af figuren, at når det elektroniske ballastsystem 10 går i sving, og transistoren 72 er i ON-tilstand, så vil 30 kollektorstrømmen, der er den strøm, der driver systemet, løbe fra energikilden 12 gennem filterkredsen 11 indeholdende ensretterbroen 16 og gennem primærviklingen 125 af transformeren 100 via leder 26 til leder 36. DC-udgangseffekten føres DK 170938 B1 14 gennem aksen af transformeren 56 og til den ene ende af pri-mærviklingen 42 af vekselrettertransformeren 40.

Drivstrømmen løber gennem den første sektion 46 af primærviklingen 42 til udtaget 25, hvorfra den føres til kollektoren 5 74 af afbrydertransistoren 72. Transistoren 72, der er i ON-tilstand, tillader, at der løber strøm fra kollektoren 74 til emitteren 76 og tilbage til energiforsyningen via leder 64. Denne strøm, der er voksende, inducerer en spænding i trigger-styreviklingen 48, der er viklet i en sådan retning, 10 at der ved basis 78 af transistoren 72 frembringes en spænding, der er positiv i forhold til emitteren 76 og større end tilnærmelsesvis 0,7 V, hvilket er nødvendigt for at holde transistoren 72 i ON-tilstand. Spændingen frembragt i styreviklingen 48 stabiliserer således ON-tilstanden af transi-15 storen 72.

Kollektorstrømmen øges i hovedsagen lineært, indtil der er opnået en maksimal værdi, som er en funktion af forsyningsspændingen og impedansen af kollektorkredsen. Når kollektorstrømmen løber gennem den første sektion 46 af primærviklin-20 gen 42 under transistorens ON-tilstand, genereres en magnetisk fluks i kernen af vekselrettertransformeren 40, der derved inducerer den spænding i sekundærviklingen 48, der stabiliserer ON-tilstanden og tilvejebringer basisdrivstrømmen. Samme drivstrøm, der også løber gennem primærviklingen 125 af 25 transformeren 100, genererer en magnetfluks i kernen af transformeren 100, der inducerer spændingerne i sekundærviklingerne af den ikke-belastende transformer 100.

De inducerede spændinger i sekundærviklingerne 140 og 150 tilføres til glødetrådene 68 og 70 af gasudladningsrøret 66.

30 Spændingen inducereret i sekundærviklingen 160 tilføres til gasudladningsrøret 66 for generering af synligt lys fra dette rør.

Den inducerede spænding i den anden sektion 44 af primærvik- DK 170938 B1 15 lingen 42 af vekselrettertransformeren 40, der er monopolar, oplader kun kondensatoren 62 i denne del af cyklen.

Når transistoren 72 er afstemt til OFF-tilstand, ophører den kollektorstrøm, der løb gennem den første sektion 46 af pri-5 mærviklingen 42 af vekselrettertransformeren 40 og primærviklingen 125 af beskyttelsestransformeren 100, brat. Denne hurtige strømændring giver anledning til, at der induceres spændinger i den anden sektion 44 af vekselrettertransformerens 40, primær- og sekundærviklingerne 42, 48 såvel som sekundær-10 viklingerne 150, 140 og 160 af transformeren 100. Som bekendt er polariteten af de spændinger, der induceres ved et hurtigt sammenbrud af kollektorstrømmen således, at vekselrettertransf ormeren 40, og beskyttelsestransformeren 100 søger at opretholde retningen af de oprindelige strømme i de respekti-15 ve viklinger 46 og 125. Som følge af strømretningen i viklingerne 46 og 4 8 som indikeret ved hjælp af prikker 77, er spændingen induceret i trigger-styreviklingen 48 af en polaritet modsat polariteten inden kollektorstrømmen ophørte. Der genereres således et basissignal, der er negativt i forhold 20 til emitteren 76, og transistoren 72 afskæres.

Det er vigtigt at have en forholdsvis ensartet forstærkning af de transistorer, der anvendes i et automatisk elektronisk ballastsystem 10, således at lysafgivelsen er i hovedsagen den samme fra den ene enhed til den anden inden for tilnær-25 melsesvis ± 3,0%.

Ved normale fremstillingsteknikker kan forstærkningen af transistorerne variere mellem 10,0 og 50,0 eller mere. Det er således fordelagtigt at have en automatisk styring frem for at skulle foretage en manuel justering af forstærkende styre-30 elementer eller alternativt at skulle forudvælge komponenter indenfor små tolerancer for derved at opnå en lysafgivelse, der i hovedsagen er uændret fra det ene ballastsystem til det andet.

DK 170938 B1 16

Det elektroniske ballastsystem 10 udnytter en variabel induktans i form af en toroidalkerne 27 med 12 vindinger, hvori basistrømmen løber. Lederen 36 er ført gennem aksen af toro-idalkernen 27, der bærer kollektorstrømmen af transistoren 5 72. Den retning, i hvilken strømmen løber gennem de to vik linger, er således, at magnetfelterne adderes i kernen 27 af transformeren 56.

Induktansen af den første vinding 55 af transformeren 56 er derfor en funktion af både basisstrømraen og kollektorstrømmen 10 multipliceret med det respektive vindingstalsforhold og per-meabiliteten af kernen 27.

I praksis kan man se bort fra induktansvariationer af den anden vikling 57 af toroidaltransformeren 56, eftersom denne vikling 57 kun udgøres af én vinding, og induktansen 57 er 15 forholdsvis lille, ligesom den er koblet i serie med induktansen af den første sektion 46 af primærviklingen 42. Induktansen af den anden vikling 57 har vist sig at være ubetydelig sammenlignet med induktansen af den første sektion 46 af primærviklingen 42, der er væsentlig større.

20 Til tilvejebringelse af en oscillation af et automatisk ik-ke-belastningsbeskyttet elektronisk ballastsystem 10 bestående af afbrydertransistoren 72 er trigger-styreviklingen 48 dimensioneret til at kunne tilføre en spænding, der er tilstrækkelig til at tænde en transistor 72 af den laveste for-25 stærkning, der kan forventes fra en fabrikant af sådanne komponenter. Derved bliver transistoren 72 mættet, og spændingen over basisemitterstrækningen vil således være på mindst 0,7 V, hvis transistoren 72 skal kunne skifte til mætningstilstand.

30 Uanset forstærkningen af transistoren 72 i ballastsystemet 10, er kollektorspændingen og kollektrokredsens impedans i hovedsagen den samme, og der vil således løbe i hovedsagen den samme kollektorstrøm, uanset om der anvendes en transi- DK 170938 B1 17 stor med en forstærkning på 10,0 eller 50,0. Eftersom basisstrømmen er en fuktion af kollektorstrømmen divideret med forstærkningen af transistoren 72, ses det, at basisstrømmen må ændres, hvis en transistor 72 med en anden forstærkning 5 skal kunne fungere korrekt i ballastsystemet 10. Hvis basisstrømmen ændres, må et elektronisk element i basiskredsen ændre sin impedans, som er en funktion af den selvregulerende kreds 17 og primærviklingen 55 af transformeren 56.

Til opnåelse af en automatisk regulering er transformeren 56 10 dimensioneret således, at den maksimale permeabilitet af kernen 27 opnås ved hjælp af en transistor med en forstærkning ved den størst forventede værdi. Induktansen af den første vikling 55 af transformeren 56 vil ligeledes ligge ved en maksimal værdi, og der vil følgelig løbe en minimal strøm 15 gennem basiskredsen for transistoren 72.

Impedansen af en vikling med en magnetisk kerne afhænger af vindingstallet og den deri løbende strøm, såvel som den inverse værdi af længden af den magnetiske vej i kernen. Ar-bejdspunktet kan justeres ved enten at ændre størrelsen af 20 toroiden eller ved at indføre en modstand 51 i parallel med toroidens første vikling 55 for justering af det tilsvarende felt. En værdi på tilnærmelsesvis 200 Ω har vist sig at være passende for parallelmodstanden 51.

Med en første vikling 55 af toroidaltransformeren 56 ved en 25 maksimal impedans er impedansen væsentlig større end impedansen af basis-koblingskondensatoren 54 således, at den begrænser strømmen til basis 78 af transistoren 72. Med en transistor 72, der har en maksimal forstærkning, kræves der kun en lille strøm ,og hvis forstærkningen f.eks. er 50,0, er basis-30 strømmen 1/50 af kollektorstrømmen.

Spændingen induceret i trigger-styreviklingen 48 er dimensioneret til at kunne tænde en transistor af lav forstærkning, og der skal derfor afgives overskydende energi i basiskredsen DK 170938 B1 18 af transistoren 72. Den overskydende energi lagres i en første vikling 55 af transformeren 56. Impedansen af den første vikling 55 er primært induktiv og ikke resistiv, og der er derfor en forholdsvis lille varmeafgivelse, og der er således 5 tilvejebragt et organ til effektiv afgivelse af den tabsvarme, der genereres, når transistoren 72 er afskåret.

Med en transistor af lav forstærkning i et elektronisk ballastsystem 10, øges basisstrømmen og permeabiliteten af kernen 27, og arbejdspunktet af toroidaltransformeren 56 forsky-10 des i nedadgående retning til en værdi, der er lavere end den, der måles for en transistor med høj forstærkning, og induktansen er derfor mindre end af en transistor med høj forstærkning. Serieimpedansen er således reduceret, hvilket muliggør en større basisstrøm og kompenserer for, at der an-15 vendes en transistor 72 af lav forstærkning.

Med en afstemt transformer 100 koblet i serie med induktionskredsen 15 forhindres en generering af spændinger over en forudbestemt værdi, når gasudladningsrøret 66 fjernes fra kredsløbet. Primærviklingen 125 af den afstemte transformer 20 100 danner en variabel induktans, der er omvendt proportional med den effekt, der tilføres til gasudladningsrøret 66.

Den varibale impedans set i primærviklingen 125 er en funktion af impedansen afspejlet af den afstemte udgangsvikling 160. Denne impedans er en funktion af vindingstallet i vik-25 lingen 160, kapaciteten af afstemningskondensatoren 130, længden af det magnetiske kredsløb i kernen af transformeren 100 og strømmen i sekundærviklingen 160, der er belastningsstrømmen af gasudladningsrøret 66. En ændring i belastningsstrømmen, når gasudladningsrøret ikke længere er i kredslø-30 bet, påvirker impedansen af viklingen 160 og afspejles i impedansen af primærviklingen 125.

Ved tilvejebringelse af en variabel induktans, hvis impedans er omvendt proportional med belastningsstrømmen, genereres DK 170938 B1 19 der en begrænset spænding ved at styre kollektorstrømmen i afhængighed af belastningsforholdene.

Claims (5)

1. Automatisk regulerende elektronisk ballastsystem, der er beskyttet mod at være ubelastet, med en energikilde til akti-5 vering af mindst ét gasudladningsrør (66) ved hjælp af en reguleret strøm og en begrænset spænding til at holde gasudladningsrørets (66) indgangs- og udgangseffekt ved forudbestemte værdier, en filterkreds (11) koblet til energikilden (12), en til filterkredsen (11) koblet induktionskreds (15) 10 omfattende en vekselrettertransformer (40), som har en primærvikling (42) med flere udtag, der danner en autotransformerkonfiguration til fastlæggelse af størrelsen af den regulerede strøm, idet vekselrettertransformeren (40) har en triggerstyrevikling (48) for generering af en styrestrøm og 15 en afbryderkreds (13), som er tilbagekoblet til induktionskredsen (15) til fastlæggelse af den regulerede strøm, idet afbryderkredsen (13) omfatter en transistor (72), med en basis (78), en kollektor (74) og en emitter (76), som er koblet til energikilden (12), og desuden omfatter en regulerings-20 kreds (17) til at holde den nævnte effektafgivelse fra gasudladningsrøret (66) på en forudbestemt og i det væsentlige konstant værdi, hvilken reguleringskreds (17) omfatter en toroidaltransformer (56), som har (a) en første vikling (55) koblet i serie med triggerstyreviklingen (48) og basis (78) 25 af transistoren (72) for at modificere styrestrømmen og (b) en anden vikling (57), hvis ene ende er koblet til flerud-tagsprimærviklingen (42) på vekselrettertransformeren (40) for tilbagekobling til den første vikling (55) på toroidal-transformeren (56), kendetegnet ved en kreds (99) 30 til beskyttelse mod, at ballastsystemet er ubelastet, for både at generere en spænding over gasudladningsrøret (66) som følge af den regulerede strøm og for at holde udgangsspændingen på en forudbestemt værdi, når gasudladningsrøret (66) frakobles ballastsystemet, hvilken beskyttelseskreds (99) om-35 fatter en transformer (100), som har en primærvikling (125), som er koblet i serie med filterkredsen (11) og en anden ende DK 170938 Bl 21 af den anden vikling (57) på toroidaltransformeren (56) , hvilken transformer (100) desuden har et antal sekundærviklinger (140, 150, 160), som er koblet til gasudladningsrøret (66), idet primærviklingen (125) danner en impedans, som va-5 rierer omvendt med hensyn til belastningen på sekundærviklingerne (140, 150, 160), for derved at reducere den regulerede strøm, når gasudladningsrøret (66) frakobles ballastsystemet.

2. Ballastsystem ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sekundærviklingerne omfatter en afstemt sekundærvikling 10 (160) for høj spænding og et par viklinger (140, 150), der er koblet til respektive glødetråde (68, 70) i gasudladningsrøret .

3. Ballastsystem ifølge krav 2, kendetegnet ved, at sekundærviklingen (160) til høj spænding er koblet i pa- 15 rallel med både en afstemningskondensator (130) og gasudladningsrøret (66), idet den sekundære højspændingsvikling (160) genererer den begrænsede spænding for tilførsel til gasudladningsrøret (66) , og den begrænsede spænding reduceres som følge af den reducerede regulerede strøm, når gasudlad-20 ningsrøret (66) frakobles ballastsystemet (10).

4. Ballastsystem ifølge krav 3, kendetegnet ved, at transformeren (100) har en kerne af feritmateriale for generering af forsyningsspændingen til gasudladningsrøret (66) . 25

5. Ballastsystem ifølge krav l, kendetegnet ved, at reguleringskredsen (17) omfatter en basiskoblingskondensator (54), som er koblet til toroidaltransformerens første vikling (55) og triggerstyreviklingen (48) på vekselretter-transformeren (4 0) for i det væsentlige at blokere for DC-30 spænding.