EP0056642B1 - Method and circuit for heating, starting and driving or controlling the light current of low pressure gas discharge lamps - Google Patents

Method and circuit for heating, starting and driving or controlling the light current of low pressure gas discharge lamps Download PDF

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EP0056642B1
EP0056642B1 EP82100310A EP82100310A EP0056642B1 EP 0056642 B1 EP0056642 B1 EP 0056642B1 EP 82100310 A EP82100310 A EP 82100310A EP 82100310 A EP82100310 A EP 82100310A EP 0056642 B1 EP0056642 B1 EP 0056642B1
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    • Y10S315/00Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/02High frequency starting operation for fluorescent lamp

Definitions

  • Interference variable feed-in of the actual value of the DC voltage to the frequency transmitter is provided, so that the frequency increases when the DC voltage drops, and the frequency decreases when the DC voltage increases.
  • the feedforward control is more economical and cheaper than keeping the DC voltage constant by means of high-current control devices.
  • Fig. 13 shows for the same 58 W fluorescent lamp the power consumption N in watts and the frequency f in kilohertz depending on the luminous flux L. It can be seen that the different types of fluorescent lamps result in different measurement curves, but that the measurement curves agree in principle and that all types of fluorescent lamps can be operated with the same ballast.

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Abstract

Method for heating and igniting as well as controlling or regulating the light flux of low-pressure gas-discharge lamps, including a ballast having an inverter for generating an ac voltage at inverter output terminals from a dc voltage generated from an ac supply network by rectifiers, the ac voltage having a frequency higher than line frequency, the ballast including an L-C circuit having a capacitor and a first choke connected between one of the inverter output terminals and a lamp, the lamp being in turn connected to another of the inverter output terminals, a second choke shunted across the lamp, the charge of the capacitor being constantly reversed by the inverter with controllable frequency, which comprises changing the inverter frequency in accordance with the desired light flux with constant ac voltage amplitude at the outputs of the inverter, tuning the frequency, voltage, capacitor, first choke and second choke to each other, circulating substantially the required heating current through heating coils of the lamp at low frequency before the lamp is ignited, decreasing the heating current at rising frequency until substantially 40% of the rated light flux of the lamp is reached after the lamp is ignited, and decreasing the heating current to less than 25% of its initial value as the frequency continues to rise until the rated light flux of the lamp is reached, and an apparatus for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zum Heizen und Zünden sowie zum Steuern oder Regeln des Lichtstromes von Niederdruckgasentladungslampen, insbesondere von Leuchtstofflampen, mittels eines Vorschaltgerätes, in dem ein Wechselrichter aus einer Gleichspannung, die mittels Gleichrichter aus einem Wechselstromversorgungsnetz erzeugt wird, eine Wechselspannung von höherer Frequenz als Netzfrequenz erzeugt, wobei zwischen Wechselrichterausgang und Niederdruckgasentladungslampen ein Serien-LC-Kreis aus einem Kondensator und einer ersten Drossel geschaltet wird, parallel zur Niederdruckgasentladungslampe eine zweite Drossel geschaltet wird und der Wechselrichter den Kondensator mit steuerbarer Frequenz ständig umlädt.The invention relates to a method and a circuit arrangement for heating and igniting as well as for controlling or regulating the luminous flux of low-pressure gas discharge lamps, in particular fluorescent lamps, by means of a ballast in which an inverter is generated from a direct voltage that is generated by means of a rectifier from an alternating current supply network higher frequency than the grid frequency, whereby a series LC circuit consisting of a capacitor and a first choke is connected between the inverter output and low-pressure gas discharge lamps, a second choke is connected in parallel with the low-pressure gas discharge lamp, and the inverter constantly recharges the capacitor at a controllable frequency.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise bekannt aus der US-A-4 207 497. Die bekannte Schaltung weist ebenfalls einen mit Gleichspannung gespeisten Wechselrichter auf, der aus zwei in Serie geschalteten Thyristoren mit jeweils hierzu antiparalleler Diode, einer vom Potential des Verbindungspunktes der beiden Thyristoren wegführenden Serienschaltung einer Kapazität, einer Induktivität und der Primärwicklung eines Wechselrichter-Transformators sowie der Sekundärwicklung des Wechselrichter-Transformators besteht, wobei die Kapazität und die Induktivität einen auf die Wechselrichterfrequenz abgestimmten LC-Kreis bilden. An der Sekundärwicklung des Wechselrichter-Transformators sind bis zu 40 Leuchtstofflampen über jeweils eine eigene Vorschalteinheit anschließbar. Jede Vorschalteinheit besteht aus einem LC-Kreis in Serie sowie alternativ aus einer Drossel oder einem Kondensator, welche jeweils parallel zur Leuchtstoffröhre liegen. Die Helligkeitssteuerung der Leuchtstofflampen erfolgt durch eine geeignete frequenzverändernde Ansteuerung der Wechselrichterthyristoren und der daraus resultierenden Amplituden-Aussteuerung der die Leuchtstofflampen speisenden Wechselspannung, wobei durch geeignete Wahl des Taktes der Zündimpulse für die Wechselrichterthyristoren eine Veränderung des Tastverhältnisses, d. h. eine Amplitudenmodulation am Ausgang des Wechselrichters erreicht wird.Such a circuit arrangement is known, for example, from US Pat. No. 4,207,497. The known circuit also has an inverter which is supplied with direct voltage and which consists of two series-connected thyristors, each with an anti-parallel diode, one leading away from the potential of the connection point of the two thyristors There is a series connection of a capacitance, an inductance and the primary winding of an inverter transformer and the secondary winding of the inverter transformer, the capacitance and the inductance forming an LC circuit which is matched to the inverter frequency. Up to 40 fluorescent lamps can be connected to the secondary winding of the inverter transformer, each with its own ballast unit. Each ballast unit consists of an LC circuit in series and, alternatively, a choke or a capacitor, which are each parallel to the fluorescent tube. The brightness control of the fluorescent lamps is carried out by a suitable frequency-changing control of the inverter thyristors and the resulting amplitude control of the AC voltage feeding the fluorescent lamps, with a suitable selection of the timing of the ignition pulses for the inverter thyristors, a change in the duty cycle, d. H. amplitude modulation is achieved at the output of the inverter.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Schaltung liegt in der Verwendung eines einzigen LC-Kreises in der Zuleitung zur Primärwicklung des Wechselrichter-Transformators begründet. Dieser LC-Kreis muß nämlich so dimensioniert werden, daß er bei der festgelegten Wechselrichterfrequenz die für die Speisung sämtlicher angeschlossener Leuchtstofflampen benötigte elektrische Leistung überträgt. Bei Ausfall einer oder mehrerer Leuchtstofflampen ist dieser LC-Kreis fehlabgestimmt, so daß unzulässig hohe Spannungen entstehen können, die die Wechselrichterthyristoren zerstören, die Isolation der Leitungen durchschlagen und das Bedienungs- und Wartungspersonal gefährden können.A major disadvantage of the known circuit lies in the use of a single LC circuit in the feed line to the primary winding of the inverter transformer. This LC circuit must be dimensioned so that it transmits the electrical power required to supply all connected fluorescent lamps at the specified inverter frequency. If one or more fluorescent lamps fail, this LC circuit is mis-tuned, so that impermissibly high voltages can arise which destroy the inverter thyristors, break down the insulation of the lines and endanger the operating and maintenance personnel.

Ferner sind beim bekannten Stand der Technik bei konstanter Arbeitsfrequenz von z. B. 23 kHz Lampenstrom und Heizstrom direkt miteinander gekoppelt, so daß bei Verringerung des Lampenstroms zum Zwecke der Helligkeitsreduzierung auch der Heizstrom zurückgeht, während eigentlich das Gegenteil wünschenswert wäre. Ferner sinkt bei einer Helligkeitsreduzierung die Lampenspannung, während hierbei gerade eine möglichst hohe Lampenspannung richtig wäre, um eine einwandreie, flackerfreie Zündung der Gasstrecke zu gewährleisten.Furthermore, in the known prior art at a constant operating frequency of z. B. 23 kHz lamp current and heating current directly coupled to one another, so that when the lamp current is reduced for the purpose of reducing the brightness, the heating current also decreases, whereas the opposite would actually be desirable. In addition, when the brightness is reduced, the lamp voltage drops, while the highest possible lamp voltage would be correct in order to ensure a proper, flicker-free ignition of the gas route.

Wohl aus diesen beiden Gründen ist in der US-A-4 207 497 die Helligkeitsreduzierung auf etwa 50 % beschränkt.For these two reasons, US-A-4 207 497 limits the brightness reduction to about 50%.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß vom zentralen Wechselrichter zu jeder der bis zu 40 Leuchtstofflampen eine Leitung gezogen werden muß, die die relativ hochfrequenten Spannungen und Ströme leitet. Dadurch entsteht die Gefahr von unerwünschten Hochfrequenz-Abstrahlungen. Aus diesem Grund müssen die bekannten Leitungen mit Hilfe eines Stahlrohrs abgeschirmt werden.Another disadvantage of the known circuit is that a line must be drawn from the central inverter to each of the up to 40 fluorescent lamps, which conducts the relatively high-frequency voltages and currents. This creates the risk of undesired high-frequency radiation. For this reason, the known lines must be shielded using a steel tube.

In anderen Beleuchtungsanlagen mit Leuchtstofflampen verwendet man auch auf die Netzfrequenz abgestimmte Eisendrossein als Vorschaltgeräte, die mit Hilfe von Kondensatoren kompensiert sind. Zum Steuern oder Regeln des Lichtstroms verwendet man Phasenanschnittsteller. Dabei werden spezielle Leuchtstofflampen oder Leuchtstofflampen mit Zündhilfen sowie zusätzliche Heiztransformatoren zum vorschriftsmäßigne Betrieb benötigt. Wegen der erforderlichen Verwendung von Heiztransformatoren sind auch spezielle Fassungen erforderlich, die Leuchtstofflampe mit Schraubverbindungen kontaktieren, was das Auswechseln der Leuchtstofflampen sehr erschwert. Derartige Beleuchtungsanlagen erzeugen erhebliche Verlustleistungen, und zwar durch die vorgeschaltete Eisendrossel, die Heiztransformatoren sowie durch die Erzeugung von Blindleistung im Phasenanschnittsteller.In other lighting systems with fluorescent lamps, iron chokes tuned to the mains frequency are also used as ballasts, which are compensated for by means of capacitors. Phase cutters are used to control or regulate the luminous flux. Special fluorescent lamps or fluorescent lamps with ignition aids and additional heating transformers are required for proper operation. Because of the required use of heating transformers, special sockets are also required, which contact the fluorescent lamp with screw connections, which makes it very difficult to replace the fluorescent lamps. Such lighting systems generate significant power losses, namely through the upstream iron choke, the heating transformers and the generation of reactive power in the leading edge controller.

Außerdem erzeugt der Phasenanschnittsteller selbst Funkstörungen, die mit Hilfe von Entstörgliedern und Abschirmungen an einer Ausbreitung auf den Installationsleitungen gehindert werden müssen. Auch sind Leuchtstofflampen, die speziell für den Betrieb mit veränderbarer Heiligkeit bestimmt sind, fast doppelt so teuer wie normale Leuchtstofflampen.In addition, the phase angle controller itself generates radio interference, which must be prevented from spreading on the installation lines with the help of interference suppressors and shields. Fluorescent lamps, which are specially designed for use with changeable holiness, are almost twice as expensive as normal fluorescent lamps.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Heizen und Zünden sowie zum Steuern oder Regeln des Lichtstroms von Niederdruckgasentladungslampen. insbesondere von Leuchtstofflampen, anzugeben, mit dem die Leistungsverluste erheblich gesenkt werden können, die Lichtausbeute der Leuchtstofflampen erhöht und eine Variation des Lichtstromes bzw. der Beleuchtungsstärke ohne Flackern zwischen etwa 10% und 100% des Nennrichtstromes möglich ist, und welches weiterhin beim Auswechseln einer defekten Lampe keine unzulässig hohen Spannungen entstehen läßt und welches unter Verwendung von kommerziellen Bauelementen realisiert werden kann.The present invention is therefore based on the object of a method for heating and igniting and for controlling or regulating the luminous flux of low-pressure gas discharge lamps. Specify in particular of fluorescent lamps, with which the power losses can be significantly reduced, the luminous efficiency of the fluorescent lamps increased and a variation in the luminous flux or illuminance without flickering between about 10% and 100% of Nominal direct current is possible, and which also does not allow inadmissibly high voltages when replacing a defective lamp and which can be realized using commercial components.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Bei der vorliegenden Erfindung wird über die Installationsleitungen lediglich Gleichstrom übertragen, da der eigentliche Wechselrichter sowie die ihm zugeordnete Zündschaltung in einem jeder Leuchte zugeordneten Vorschaltgerät enthalten ist, wobei das Vorschaltgerät für jede an ihm angeschlossene Niederdruckgasentladungslampe einen eigenen Vorschalt-LC-Kreis sowie eine eigene Parallel-Drossel enthält. Dadurch werden die über die Installationsleitungen übertragenen Funkstörungen stark verringert.In the present invention, only direct current is transmitted via the installation lines, since the actual inverter and the ignition circuit associated with it are contained in a ballast assigned to each luminaire, the ballast having its own ballast LC circuit and its own parallel for each low-pressure gas discharge lamp connected to it Throttle contains. This greatly reduces the radio interference transmitted via the installation lines.

Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik werden gemäß vorliegender Erfindung die Wechselrichter-Thyristoren durch die Zündimpulswechselspannung derart gezündet, daß bei konstanter Amplitude die Frequenz der am Ausgang des Wechselsrichters stehenden Wechselspannung entsprechend dem gewünschten Lichtstrom verstellt werden kann.In contrast to the known prior art, according to the present invention, the inverter thyristors are ignited by the ignition pulse alternating voltage in such a way that the frequency of the alternating voltage at the output of the inverter can be adjusted according to the desired luminous flux with a constant amplitude.

Durch die Steuerung des Lichtstroms über die Frequenz ergibt sich als weiterer Vorteil, daß das Vorheizen der Heizwendeln sowie geringe Lichtströme bew. Beleuchtungsstärken einerseits bei geringen Frequenzwerten, die maximalen Lichtströme bzw. Beleuchtungswerte andererseits bei hohen Frequenzwerten erzielt werden. Dabei wird die an sich bekannte Tatsache ausgenützt, daß Niederdruckgasentladungslampen bei einer Speizung mit Wechselspannungen von erhöhter Frequenz bei gleicher Leistungsaufnahme höhere Lichtströme abgeben bzw.,'daß gleiche Lichtströme bei verringerter elektrischer Leistungsaufnahme erzielt werden. Eine weiterer Vorteil der Frequenzsteuerung besteht daring, daß bei geeigneter Abstimmung der mit der Niederdruckgasentladungslampe verbundenen Drosseln und Kondensatoren bei stetig zunehmender Helligkeit der Lampen der Strom zur Vorheizung der Heizwendeln ebenso stetig verringert werden kann, ohne daß dazu mechanische oder elektronische Schaltelemente benötigt werden.Controlling the luminous flux via the frequency has the further advantage that the preheating of the heating coils and low luminous fluxes are achieved. Illuminance levels are achieved on the one hand at low frequency values, and the maximum luminous fluxes or illumination values on the other hand at high frequency values. Here, the known per se fact is exploited that the low-pressure gas discharge lamps at a proposed Speizung with alternating voltages of higher frequency at the same power consumption or higher light fluxes, 'that the same luminous fluxes are obtained with reduced electrical power consumption. Another advantage of frequency control is that, with suitable adjustment of the chokes and capacitors connected to the low-pressure gas discharge lamp, the current for preheating the heating coils can also be steadily reduced with increasing brightness of the lamps, without the need for mechanical or electronic switching elements.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Verwendung je eines einzelnen Vorschalt-LC-Gliedes für jede Niederdruckgasentladungslampe, welches zudem nicht auf die Resonanzfrequenz der speisenden Wechselspannung abgestimmt ist. Dadurch bleiben nicht nur die Bauelemente selbst klein und preiswert, sondern auch die von ihnen übertragbare elektrische Leistung, so daß bei Ausfall bzw. Austausch einer defekten Niederdruckgasentladungslampe keine für das Bedienungs- oder Wartungspersonal schädlich Überspannungen auftreten können.Another advantage results from the use of a single ballast LC element for each low-pressure gas discharge lamp, which is also not tuned to the resonant frequency of the AC voltage supply. As a result, not only the components themselves remain small and inexpensive, but also the electrical power that can be transmitted by them, so that in the event of failure or replacement of a defective low-pressure gas discharge lamp, no overvoltages that are harmful to the operating or maintenance personnel can occur.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Frequenz auf einem relativ niedrigen Wert für eine bestimmte Zeitspanne nach dem Einschalten der Niederdruckgasentladungslampe zunächst konstant gehalten, bis die Heizwendeln ihre gerätespezifisch vorgeschriebene Emissionstemperatur erreichen, und anchließend stetig auf den dem gewünschten Lichtstrom entsprechenden Wert erhöht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die für das Zünden der Gasentladung benötigte Zündspannung erst erreicht wird, nachdem die Heizwendeln ihre vorgeschriebene Emissionstemperatur erreicht haben. Hierdurch wird die Lebensdauer der Leuchtstofflampen wesentlich erhöht und es entfällt das störende Flackern der Niederdruckgasentladungslampen beim Einschalten.According to an advantageous further development, the frequency is initially kept constant at a relatively low value for a certain period of time after the low-pressure gas discharge lamp is switched on until the heating filaments reach their emission temperature prescribed by the device, and is then increased continuously to the value corresponding to the desired luminous flux. This ensures that the ignition voltage required to ignite the gas discharge is only reached after the heating coils have reached their prescribed emission temperature. This significantly increases the life of the fluorescent lamps and eliminates the annoying flickering of the low-pressure gas discharge lamps when they are switched on.

Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die im Anspruch 3 gekennzeichneten Merkmale bestimmt.An advantageous circuit arrangement for carrying out the method according to the invention is determined by the features characterized in claim 3.

Eine derartige Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie sich mit herkömmlichen Bauelementen und in kleinen Abmessungen aufbauen läßt, so daß sich jeder Leuchte ein eigenes Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter und mehreren Drosseln und Kondensatoren entsprechend der Anzahl der in der Leuchte installierten Niederdruckgasentladungslampen zuordnen läßt. Die Gleichspannung für eine Vielzahl derartiger Vorschaltgeräte kann zentral erzeugt und in einfacher Weise über Installationsleitungen an die einzelnen Leuchten verteilt werden. Ebenso wird die die Wechselrichter steuernde, den Lichtstrom der Niederdruckgasentladungslampen bestimmende Steuerspannung zentral erzeugt und als Zündimpulswechselspannung kleiner Leistung über eine gesonderte Leitung, die parallel zu den Gleichstromversorgungsleitungen verlaufen kann, jedem Vorschaltgerät zugeführt.Such a circuit arrangement has the advantage that it can be constructed with conventional components and in small dimensions, so that each lamp can be assigned its own ballast with an inverter and several chokes and capacitors in accordance with the number of low-pressure gas discharge lamps installed in the lamp. The DC voltage for a large number of such ballasts can be generated centrally and distributed to the individual lights in a simple manner via installation lines. Likewise, the control voltage that controls the inverters and that determines the luminous flux of the low-pressure gas discharge lamps is generated centrally and is supplied to each ballast as a low-power ignition pulse alternating voltage via a separate line that can run parallel to the direct current supply lines.

Eine weitere vorteilhafte Schaltungsanordnung ist durch die im Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmale bestimmt.A further advantageous circuit arrangement is determined by the features characterized in claim 4.

Diese Schaltungsanordnung hat die Vorteile, daß der Zündimpulserzeuger die Zündimpulswechselspannung ohne Zuhilfenahme weiterer Versorgungsspannungen direkt in Zündimpulse geeigneter Form und Leistung umwandelt, um die Hauptthyristoren des Wechselrichters zu zünden, und daß die Verwendung von Thyristoren sehr einfache, betriebssichere, robuste Wechselrichter ermöglicht, die mit ausreichend hoher Frequenz arbeiten können. Insbesondere rückwärtsleitende Thyristoren können mit Frequenzen geschaltet werden, die oberhalb des Hörbereichs des menschlichen Ohres liegen, so daß die Vorschaltgeräte keine störenden Schallsignale abstrahlen können.This circuit arrangement has the advantages that the firing pulse generator converts the firing pulse alternating voltage directly into firing pulses of suitable shape and power without the aid of further supply voltages in order to ignite the main thyristors of the inverter, and that the use of thyristors enables very simple, reliable, robust inverters with sufficient power can work at high frequency. In particular, reverse-conducting thyristors can be switched at frequencies that lie above the hearing range of the human ear, so that the ballasts cannot emit any disturbing sound signals.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzen die Zündtransformatoren eine zweite Sekundärwicklung. die über ein Parallel-RC-Glied einen Sperrimpuls an die Steuerelektrode des jeweils anderen Thyristors liefert. Auf diese Weise wird ein Zünde des gesperrten Thyristors wegen Überschreitens der zulässigen Spannungssteilheit vermieden. Durch diese einfache Maßnahme können im Wechselrichter auch Thyristoren verwendet werden. die nicht speziell auf eine hohe zulässige Spannungssteilheit ausgelegt sind.According to an advantageous development, the ignition transformers have a second secondary winding. which delivers a blocking pulse to the control electrode of the other thyristor via a parallel RC element. Ignition of the blocked thyristor due to exceeding the permissible voltage steepness is avoided in this way. This simple measure means that thyristors can also be used in the inverter. which are not specially designed for a high permissible voltage steepness.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die erste Drossel im Vorschalt-LC-Glied jeder Niederdruckgasentladungslampe mit zwei Wicklungen ausgebildet werden, wobei die eine Wicklung vor und die andere Wicklung hinter der Niederdruckgasentladungslampe angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Vorschaltdrossel gleichzeitig als Funkentstördrossel gegen die in der Niederdruckgasentladungslampe selbst gebildeten Funkstörungen wirken.According to a preferred development of the invention, the first inductor in the ballast LC element of each low-pressure gas discharge lamp can be formed with two windings, one winding being arranged in front of and the other winding behind the low-pressure gas discharge lamp. In this way, the ballast choke can simultaneously act as a radio interference suppression choke against the radio interference generated in the low-pressure gas discharge lamp itself.

Für den Fall, daß mehrere Niederdruckgasentladungslampen hinter einem LC-Glied in Serie geschaltet werden sollen, kann vorteilhafterweise die zweite Drossel aufgeteilt werden, wobei je eine Drossel parallel zu je einer Niederdruckgasentladungslampe angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit besteht im Falle der Serienschaltung von Niederdruckgasentladungslampen darin, daß die zweite Drossel mit mehreren Wicklungen ausgeführt wird, wobei je eine Wicklung parallel zu je einer Niederdruckgasentladungslampe angeordnet ist. Bei Niederdruckgasentladungslampen geringer Leistungsaufnahme, z. B. 20 W, bietet sich diese Schaltung an, da so die Zahl der notwendigen Bauelemente weiter verringert werden kann.In the event that a plurality of low-pressure gas discharge lamps are to be connected in series behind an LC element, the second inductor can advantageously be divided, one inductor being arranged in parallel with one low-pressure gas discharge lamp. Another possibility in the case of the series connection of low-pressure gas discharge lamps is that the second inductor is designed with a plurality of windings, one winding being arranged in parallel with one low-pressure gas discharge lamp. With low pressure gas discharge lamps low power consumption, e.g. B. 20 W, this circuit lends itself, since the number of components required can be further reduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist ein Potentiometer vorgesehen zur Einstellung des Lichtstrom-Sollwertes der Niederdruckgasentladungslampe, während für die Ansteuerung des Frequenzgebers mit einer definierten Hochlaufkurve ein integrierender Regler vorgesehen ist. Die definierte Hochlaufkurve sorgt dafür, daß - wie bereits erwähnt - vor dem Zünden der Niederdruckgasentladungslampe bei niedriger Frequenz etwa der vorgeschriebene Heizstrom durch die Heizwendeln fließt, nach dem Zünden der Niederdruckgasentladungslampe der Heizstrom sich bei steigender Frequenz bis zum Erreichen von etwa 40 % des Nennlichtstromes nur unwesentlich und bei weiter steigender Frequenz bis zum Erreichen des Nennlichtstromes stetig auf weniger als 25 % seines Anfangswertes verringert. Auf diese Weise wird die Frequenz entsprechend der für die Niederdruckgasentladungslampen optimalen Charakteristik verstellt und die Lampen selbst erreichen auf diese Weise ihre maximale Lebensdauer.According to an advantageous embodiment of the invention, a potentiometer is provided for setting the luminous flux setpoint of the low-pressure gas discharge lamp, while an integrating controller is provided for controlling the frequency generator with a defined ramp-up curve. The defined ramp-up curve ensures that - as already mentioned - before the ignition of the low-pressure gas discharge lamp at low frequency, the prescribed heating current flows through the heating coils, after the ignition of the low-pressure gas discharge lamp the heating current only increases with increasing frequency until about 40% of the nominal luminous flux is reached insignificant and continuously reduced to less than 25% of its initial value when the frequency continues to increase until the nominal luminous flux is reached. In this way, the frequency is adjusted in accordance with the optimum characteristic for the low-pressure gas discharge lamps and the lamps themselves achieve their maximum service life in this way.

Vorzugsweise ist der Frequenzgeber als spannungsgesteuerter Impulsgenerator für Spannungsblöcke wechselnder Polarität mit der Frequenz umgekehrt proportionaler Impulsbreite ausgebildet. Die Einschaltdauer der Spannungsblöcke wird also mit wachsender Frequenz kürzer. Die Thyristoren des Wechselrichters erhalten bei weniger als 20 % des Lichtstroms etwa 20 psec. lange Zündimpulse die bei 100 % Lichtstrom auf etwa 4 wsec. verringert werden. Auf diese Weise wird unter allen Betriebsbedingungen ein sicheres und verlustarmes Schalten der Thyristoren des Wechselrichters gewährleistet.The frequency generator is preferably designed as a voltage-controlled pulse generator for voltage blocks of alternating polarity with the frequency of the pulse width being inversely proportional. The duty cycle of the voltage blocks therefore becomes shorter with increasing frequency. The inverter thyristors receive approximately 20 psec at less than 20% of the luminous flux. long firing pulses at 100% luminous flux to about 4 wsec. be reduced. In this way, safe and low-loss switching of the thyristors of the inverter is guaranteed under all operating conditions.

Eine vorteilhafte Ergänzung der Schaltungsanordnung der frequenzabhängig Zündimpulswechselspannung ergibt sich durch das Anschalten eines lichtempfindlichen Bauteils, beispielsweise einer Photodiode, eines Phototransistors oder eines Photowiderstandes zur Messung des Lichtstrom-Istwertes der Niederdruckgasentladungslampe und durch die Verwendung des integrierenden Reglers für den Soll-Ist-Vergleich. Mit Hilfe dieser Erweiterung kann die Schaltung als Beleuchtungsstärkeregler arbeiten, wobei eine Realisierung mit nur einem preiswerten Vierfach-Operationsverstärker möglich ist und praktisch beliebig viele Vorschaltgeräte angesteuert werden können. Bei einfallendem Tageslicht stellt der Beleuchtungsstärkeregler den Lichtstrom auf kleinere Werte oder kann die Lampen einschließlich der Heizung sogar ausschalten.An advantageous addition to the circuit arrangement of the frequency-dependent ignition pulse alternating voltage results from the connection of a light-sensitive component, for example a photodiode, a phototransistor or a photoresistor, for measuring the actual luminous flux value of the low-pressure gas discharge lamp and by using the integrating controller for the target-actual comparison. With the help of this extension, the circuit can work as an illuminance controller, whereby it can be implemented with only one inexpensive quadruple operational amplifier and practically any number of ballasts can be controlled. When daylight comes in, the illuminance control sets the luminous flux to lower values or can even switch off the lamps, including the heating.

Für die einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Bereitstellung einer möglichst konstanten und möglichst kurzschlußfesten Gleichspannung zur Versorgung sämtlicher Vorschaltgeräte erforderlich. Ein Gleichrichter, der die Netzspannung in eine derartige Gleichspannung umformt, besteht vorteilhafterweise aus einem Netzeingangsfilter, einer ungesteuerten Diodenbrücke, einem Gleichstrom-Glättungsglied, einem Strommeßglied zur Messung des Istwertes des Gleichstroms, einem Gleichspannungsmeßglied zur Messung des Istwertes der Gleichspannung und einem Gleichstromschalter zur Sperrung des Gleichstroms bei Unterspannung, Überstrom oder Kurzschluß. Die ungesteuerte Gleichrichtung der Netzspannung ermöglicht eine geringe Phasenverschiebung zwischen Netzstrom und Netzspannung. Die Meßglieder erlauben ein Abschalten des Frequenzgebers beim Unterschreiten der für einen einwandfreien Betrieb der Lampen erforderlichen Spannungshöhe und das Abschalten der Gleichspannung bei Überstrom oder Kurzschluß, wie er beispielsweise beim Auswechseln einer defekten Lampe auftreten kann.For the proper functioning of the circuit arrangement according to the invention, the provision of a DC voltage that is as constant as possible and as short-circuit-proof as possible is required to supply all ballasts. A rectifier, which converts the mains voltage into such a DC voltage, advantageously consists of a mains input filter, an uncontrolled diode bridge, a DC smoothing element, a current measuring element for measuring the actual value of the direct current, a DC voltage measuring element for measuring the actual value of the DC voltage and a DC switch for blocking the Direct current in case of undervoltage, overcurrent or short circuit. The uncontrolled rectification of the mains voltage enables a slight phase shift between the mains current and the mains voltage. The measuring elements allow the frequency transmitter to be switched off when the voltage level is below the level required for the lamps to operate properly and the DC voltage to be switched off in the event of an overcurrent or short circuit, as can occur, for example, when a defective lamp is replaced.

Vorzugsweise ist der Gleichstromschalter als über die Steuerelektrode an- und abschaltbarer Thyristor ausgebildet. Die Verwendung eines derartigen Thyristors vereinfacht die Realisierung der Schaltungsanordnung erheblich.The DC switch is preferably designed as a thyristor that can be switched on and off via the control electrode. The use of such a thyristor considerably simplifies the implementation of the circuit arrangement.

Um eine Überlastung von Bauteilen durch wiederholtes Einschalten des Gleichstromschalters zu verhindern, ist vorzugsweise eine Einrichtung in Form eines Zeitgliedes vorgesehen, die nach einem Abschalten des Gleichstromschalters das Wiedereinschalten für eine bestimmte Zeitspanne verhindert. Zur Überwachung dieser Einrichtung ist eine weitere Einrichtung in Form eines Zählers oder Zeitgliedes vorgesehen, die nach einer bestimmten Anzahl von vergeblichen Versuchen zum Wiedereinschalten des Gleichstromschalters weitere Startversuche verhindert. Diese Einrichtung wirkt als elektronische Sicherung, die entweder durch eine besondere Wiedereinschalttaste oder durch kurzzeitiges Betätigen des Netzschalters wieder in ihren Normalzustand zurückgesetzt werden muß.In order to prevent overloading of components by repeatedly switching on the DC switch, a device in the form of a timing element is preferably provided which prevents the DC switch from being switched on again for a specific period of time after the DC switch has been switched off. To monitor this device, a further device in the form of a counter or timer is provided, which prevents a further attempt to start after a certain number of unsuccessful attempts to switch the DC switch on again. This device acts as an electronic fuse, which must either be reset to its normal state either by a special restart button or by briefly pressing the power switch.

Um Schwankungen der Gleichspannung infolge von Schwankungen der Netzspannung oder der angeschlossenen Last ausregeln zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Störgrößenaufschaltung des Istwertes der Gleichspannung auf den Frequenzgeber vorgesehen, derart daß bei sinkender Gleichspannung die Frequenz erhöht, bei steigender Gleichspannung die Frequenz erniedrigt wird. Die Störgrößenaufschaltung ist für den vorliegenden Anwendungsfall wirtschaftlicher und billiger als eine Konstanthaltung der Gleichspannung mittels starkstromtechnischer Regeleinrichtungen.In order to be able to compensate for fluctuations in the direct voltage as a result of fluctuations in the mains voltage or the connected load, according to an advantageous further development Interference variable feed-in of the actual value of the DC voltage to the frequency transmitter is provided, so that the frequency increases when the DC voltage drops, and the frequency decreases when the DC voltage increases. For the present application, the feedforward control is more economical and cheaper than keeping the DC voltage constant by means of high-current control devices.

Weitere Ausbildungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen.Further embodiments and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the drawings.

Es zeigen :

  • Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild eines Vorschaltgerätes mit Zündimpulserzeuger, Wechselrichter, Vorschalt-LC-Gliedern, Paralleldrosseln und Leuchtstofflampen,
  • Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild für den Fall zweier in Serie geschalteter Leuchstofflampen kleinerer Leistung,
  • Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild für den Fall eines Vorschaltgerätes mit aufgeteilter Vorschaltdrossel,
  • Fig. 4 ein Blockschaltbild für die Erzeugung der speisenden Gleichspannung aus einem Wechseistromnetz mit den zugehörigen Regel- und Schutzschaltungen sowie für die Erzeugung der Zündimpulswechselspannung mit einstellbarer, dem Lichtstrom entsprechender Frequenz,
  • Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung der Zündimpulswechselspannung entsprechend dem gewünschten Sollwert mit den zusätzlichen Möglichkeiten einer Lichtstromregelung und einer Störgrößenaufschaltung zum Ausgleich von Spannungsschwankungen,
  • Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer zentral anzuordnenden Gleichrichterschaltung zur Erzeugung der die Vorschaltgeräte speisenden Gleichspannung mit einer zusätzlichen Sicherungsschaltung gegen Unterspannung, Überstrom und Kurzschluß,
  • Fig. 7 einen möglichen Aufbau eines Vorschaltgerätes zum Anschluß von vier Leuchtstofflampen kleiner Leistung,
  • Fig. 8 einen möglichen Aufbau eines Vorschaltgerätes zum Anschluß von zwei Leuchtstofflampen großer Leistung und
  • Fig. 9-13 verschiedene Meßkurven, die an erfindungsgemäß aufgebauten Geräten gewonnen wurden, wobei die sich bei einem bestimmten Lichtstrom einstellenden Werte von Spannung, Strom, Frequenz und Leistungsaufnahme aufgetragen sind.
Show it :
  • 1 is an electrical circuit diagram of a ballast with ignition pulse generator, inverter, ballast LC elements, parallel chokes and fluorescent lamps,
  • 2 shows an electrical circuit diagram for the case of two fluorescent lamps of lower wattage connected in series,
  • 3 shows an electrical circuit diagram for the case of a ballast with a divided ballast,
  • 4 is a block diagram for the generation of the supplying direct voltage from an alternating current network with the associated control and protective circuits and for the generation of the alternating ignition voltage with an adjustable frequency corresponding to the luminous flux,
  • 5 shows an electrical circuit diagram of a circuit for generating the ignition pulse alternating voltage in accordance with the desired setpoint with the additional possibilities of a luminous flux regulation and a disturbance variable application to compensate for voltage fluctuations,
  • 6 shows an electrical circuit diagram of a centrally arranged rectifier circuit for generating the DC voltage supplying the ballasts with an additional fuse circuit against undervoltage, overcurrent and short circuit,
  • 7 shows a possible construction of a ballast for connecting four low-power fluorescent lamps,
  • Fig. 8 shows a possible structure of a ballast for connecting two fluorescent lamps of great power and
  • Fig. 9-13 different measurement curves, which were obtained on devices constructed according to the invention, the values of voltage, current, frequency and power consumption arising at a certain luminous flux being plotted.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltbild eines Vorschaltgerätes erkennt man, daß der Wechselrichter gebildet ist aus zwei in Serie geschalteten rückwärtsleitenden Thyristoren Th1, Th2 zwischen den Anschlußpolen einer speisenden Gleichspannung U=. Jedem Thyristor Th1. Th2 ist ein eigener Zündimpulserzeuger zugeordnet, der aus einer an einer Klemme 31 anliegenden Zündimpulswechselspannung U1 Zündimpulse zum wechselseitigen Einschalten der Thyristoren Thl, Th2 erzeugt. Jeder Impulserzeuger besitzt eine Entkoppeldiode D1, D2 sowie einen Unijunktions-Transistor T1, T2, in dessen Hauptstromkreis die Primärwicklung 1.1 eines Zündtransformators 1 liegt. Mit Hilfe eines an die Steuerelektrode des Transistors T1. T2 geschalteten RC-Gliedes R1. C1 werden die in eine erste Sekundärwicklung 1.2 des Zündtransformators 1 eingekoppelten Zündimpulse für den Hauptthyristor Th1 geformt. Mit Hilfe einer zweiten Sekundärwicklung 1.3 und eines Parallel-RC-Gliedes R2, C2 werden kurze Sperrimpulse an die Steuerelektrode des anderen Hauptthyristors Th2, geschaltet. Diese Sperrimpulse erhöhen die Spannungsanstiegsfestigkeit des jeweils gesperrten Thyristors, so daß auch Thyristoren, die nicht speziell für eine hohe Spannungsanstiegsfestigkeit ausgelegt sind, verwendet werden können.In the circuit diagram of a ballast shown in Fig. 1 it can be seen that the inverter is formed from two series-connected reverse-conducting thyristors Th1, Th2 between the connection poles of a supplying DC voltage U =. Each thyristor Th1. Th2 is assigned its own ignition pulse generator, which generates ignition pulses for switching on the thyristors Th1, Th2 from an ignition pulse alternating voltage U1 present at a terminal 31. Each pulse generator has a decoupling diode D1, D2 and a unijunction transistor T1, T2, in the main circuit of which the primary winding 1.1 of an ignition transformer 1 is located. With the help of a to the control electrode of transistor T1. T2 switched RC element R1. C1, the ignition pulses coupled into a first secondary winding 1.2 of the ignition transformer 1 are shaped for the main thyristor Th1. With the help of a second secondary winding 1.3 and a parallel RC element R2, C2, short blocking pulses are connected to the control electrode of the other main thyristor Th2. These blocking pulses increase the voltage rise strength of the blocked thyristor, so that thyristors that are not specifically designed for a high voltage rise resistance can also be used.

Durch das wechselseitige Einschalten der Thyristoren Th1, Th2 entsteht am Verbindungspunkt A der beiden Thyristoren eine Rechteckspannung, deren Maximalwert gleich der Gleichspannung U= und deren Minimalwert gleich Null ist.By alternately switching on the thyristors Th1, Th2, a square-wave voltage arises at the connection point A of the two thyristors, the maximum value of which is equal to the direct voltage U = and the minimum value of which is zero.

Zwischen die beiden Ausgangsklemmen A, B sind eine praktisch beliebig große Anzahl von Leuchtstofflampen 2 über ein Vorschalt-LC-Glied, bestehend aus einem Kondensator 3 und einer ersten Drossel 4 angeschaltet, wobei die freien Enden der Heizwendeln 5, 7 über eine zweite Drossel verbunden sind. Die Werte des Kondensators 3 sowie der beiden Drosseln 4, 6 sind unter Berücksichtigung der Gleichspannung U= und der Frequenz der am Ausgang A liegenden Rechteckwechselspannung so aufeinander abgestimmt. daß an der unteren Frequenzgrenze die Leuchtstofflampe 2 nicht zündet, jedoch über die Heizwendeln 5, 7 und die sie verbindende zweite Drossel 6 ein für die vorschriftsmäßige Heizung ausreichender Heizstrom IH fließt, daß bei zunehmender Frequenz die Lampenspannung UL zwischen den beiden Heizwendeln 5, 7 soweit ansteigt, daß die Gasentladungsstrecke zündet, wobei der Heizstrom IH zunächst unverändert bleibt, bis der Lichtstrom der Leuchtstofflampe 2 etwa 40 % seines Nennwertes erreicht hat, und daß bei weiter steigender Frequenz der Heizstroms 1, stetig abnimmt und bei 100 % des Lichtstroms auf weniger als 25 % seines Anfangswertes zurückgeht.Between the two output terminals A, B, a practically arbitrarily large number of fluorescent lamps 2 are connected via a ballast LC element, consisting of a capacitor 3 and a first choke 4, the free ends of the heating filaments 5, 7 being connected via a second choke are. The values of the capacitor 3 and of the two chokes 4, 6 are matched to one another, taking into account the DC voltage U = and the frequency of the square-wave AC voltage at the output A. that the fluorescent lamp 2 does not ignite at the lower frequency limit, but a heating current I H sufficient for the prescribed heating flows through the heating coils 5, 7 and the second choke 6 connecting them, that with increasing frequency the lamp voltage U L between the two heating coils 5, 7 rises to such an extent that the gas discharge path ignites, the heating current I H initially remaining unchanged until the luminous flux of the fluorescent lamp 2 has reached approximately 40% of its nominal value, and that as the frequency of the heating current 1 increases further, it steadily decreases and at 100% of the luminous flux goes back to less than 25% of its initial value.

Dadurch, daß jede Leuchtstofflampe 2 einen eigenen Vorschaltkondensator 3 erhält, leuchten auch bei unterschiedlichen Werten der Zündspannung alle Lampen gleichmäßig hell, wenn man den die Helligkeit herunterregelt. Wegen der relativ zur Netzfrequenz hohen Frequenz leuchten selbst normale Leuchtstofflampen auch bei nur 5 % des Nenn-Lichtstromes noch flackerfrei, da als Zündspannung der doppelte Wert der Gleichspannung U= zur Verfügung steht. Aus dem gleichen Grund lassen sich auch die neuen Leuchtstofflampen mit verringertem Rohrdurchmesser und erhöhter Lichtausbeute gut stellen, obwohl deren Zünd- und Brennspannungen höher sind als bei den bisher gebräuchlichen Leuchtstofflampen mit großem Rohrdurchmesser. Übergangswiderstände an den Lampenfassungen bleiben ohne Einfluß, da ihr Widerstandswert sehr klein ist im Vergleich zu dem Gesamtwiderstand im Stromkreis.Because each fluorescent lamp 2 has its own ballast capacitor 3, all lamps shine evenly bright when the ignition voltage is different, if the brightness is down-regulated. Because of the high frequency relative to the mains frequency, even normal fluorescent lamps still flicker-free even at only 5% of the nominal luminous flux, since double the value of the direct voltage U = is available as the ignition voltage. For the same reason, the new fluorescent lamps with a reduced tube diameter and increased luminous efficacy can also be set well, even though their ignition and burning voltages are higher than with the previously used fluorescent lamps with a large tube diameter. Contact resistances on the lamp holders remain without influence since their resistance value is very small compared to the total resistance in the circuit.

Fig. 2 zeigt eine Serienschaltung von zwei Leuchtstofflampen 2a, 2b mit einem einzigen Kondensator 3 und einer einzigen ersten Drossel 4. Die zweite Drossel 6 besitzt zwei Wicklungen 6a, 6b, die jeweils parallel zu je einer Leuchtstofflampe 2a, 2b geschaltet sind.2 shows a series connection of two fluorescent lamps 2a, 2b with a single capacitor 3 and a single first inductor 4. The second inductor 6 has two windings 6a, 6b, each of which is connected in parallel to one fluorescent lamp 2a, 2b.

Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung mit einer Leuchtstofflampe 2 und einer zweiten Drossel 6, mit einem einzigen Kondensator 3 und zwei ersten Drosseln 4a. 4b, wobei die eine Drossel 4a vor und die andere Drossel 4b hinter die Leuchtstofflampe 2 geschaltet ist. Damit vermeidet man, daß vom Wechselrichter möglicherweise ausgehende Funkstörungen ungehindert an die Leuchtstofflampe 2 und umgekehrt in der Lampe 2 erzeugte Funkstörungen ungehindert an den Wechselrichter und auf die Installationsleitungen gelangen.FIG. 3 shows a further arrangement with a fluorescent lamp 2 and a second choke 6, with a single capacitor 3 and two first chokes 4a. 4b, one choke 4a being connected upstream and the other choke 4b being connected behind the fluorescent lamp 2. This avoids that radio interference possibly emanating from the inverter can reach the fluorescent lamp 2 and vice versa radio interference generated in the lamp 2 can reach the inverter and the installation cables.

Das Blockschaltbild der Fig. 4 zeigt eine Ausführung einer zentral anzuordnenden Gleichrichterschaltung zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung U= aus dem öffentlichen Versorgungsnetz, die zugehörigen Meß-, Steuer- und Schutzeinrichtungen sowie ein Ausführungsbeispiel für die Elektronik zur Erzeugung der Zündimpulswechselspannung U1, deren Frequenz - wie bereits mehrfach erwähnt - ein Maß für den von den Leuchtstofflampen abgestrahlten Lichtstrom ist. Aus einem offentlichen Versorgungsnetz 9, welches ein Wechsel- oder Drehstromnetz sein kann, gelangt die elektrische Energie über ein Netzeingangsfilter 10, einen Netzschalter 11 zu einer ungesteuerten Gleichrichterbrücke 12, wo sie in Gleichspannung umgeformt wird. Die Gleichspannung wird in einem Glättungsglied 13 geglättet und in einem Spannungsmeßglied 14 gemessen. In einem Strommeßglied 15 wird die Höhe des fließenden Gleichstroms gemessen. Hinter einem Unterspannungs- und Kurzschlußschutzschalter 16 steht die Gleichspannung U= zur Verteilung an die den einzelnen Leuchten zugeordneten Vorschaltgeräte zur Verfügung. Der im Spannungsmeßglied 14 gemessene Istwert der Gleichspannung wird in einer Gleichspannungsauswertungsschaltung 18 in Form eines Funktionsgenerators verarbeitet. Die Kennlinie der Schaltung 18 ist so gewählt, daß unterhalb einer bestimmten Mindestspannung, z. B. 400 V, ein negatives Sperrsignal abgegeben wird, welches über ein Zeitglied 19 den Unterspannungs-und Kurzschlußschutzschalter 16 abschaltet. Das Zeitglied 19 sorgt dafür, daß für eine bestimmte Zeitspanne, z. B. 3 sec., der Schalter 16 gesperrt bleibt. Das Zeitglied 19 wird nicht nur durch Unterspannung, sondern auch durch Überstrom aktiviert, der von dem Strommeßglied 15 gemessen wird. Steigt der Strom im Gleichstromkreis über den Nennstrom an oder tritt ein Kurzschluß auf, so schaltet der Schalter 16 innerhalb von 1 bis 2 msec. den Strom ab. Durch die Wirkung der Drossel im Glättungsglied 13 steigt der Strom innerhalb der Abschaltzeit nur auf einen geringfügig über dem Nennstrom liegenden Wert an. Nach Ablauf der Verzögerungszeit von ca. 3 sec. schaltet das Zeitglied 19 den Schalter 16 wieder ein.The block diagram of FIG. 4 shows an embodiment of a centrally arranged rectifier circuit for generating a DC supply voltage U = from the public supply network, the associated measuring, control and protection devices and an embodiment for the electronics for generating the ignition pulse alternating voltage U1, the frequency of which - as already mentioned mentioned several times - is a measure of the luminous flux emitted by the fluorescent lamps. From a public supply network 9, which can be an AC or three-phase network, the electrical energy passes through a network input filter 10, a network switch 11 to an uncontrolled rectifier bridge 12, where it is converted into DC voltage. The DC voltage is smoothed in a smoothing element 13 and measured in a voltage measuring element 14. The level of the flowing direct current is measured in a current measuring element 15. Behind an undervoltage and short-circuit protection switch 16, the DC voltage U = is available for distribution to the ballasts assigned to the individual lights. The actual value of the DC voltage measured in the voltage measuring element 14 is processed in a DC voltage evaluation circuit 18 in the form of a function generator. The characteristic of the circuit 18 is chosen so that below a certain minimum voltage, for. B. 400 V, a negative blocking signal is emitted, which switches off the undervoltage and short-circuit protection switch 16 via a timing element 19. The timer 19 ensures that for a certain period of time, for. B. 3 sec., The switch 16 remains locked. The timing element 19 is activated not only by undervoltage, but also by overcurrent, which is measured by the current measuring element 15. If the current in the DC circuit rises above the nominal current or a short circuit occurs, the switch 16 switches within 1 to 2 msec. the current. Due to the action of the choke in the smoothing element 13, the current only increases to a value slightly above the nominal current within the switch-off time. After the delay time of approximately 3 seconds has elapsed, the timer 19 switches the switch 16 on again.

Falls ein Dauerkurzschluß besteht, wird der Schalter 16 sofort wieder abgeschaltet. Um ein dauerndes Ein- und Ausschalten zu verhindern, ist eine Überwachungs- und Sicherheitsschaltung 20 vorgesehen, die nach einer bestimmten Anzahl von z. B. 3 oder 5 vergeblichen Wiedereinschaltversuchen den Schalter 16 dauernd abschaltet. Um nach Beseitigung des Kurzschlusses die Anlage wieder in Betrieb nehmen zu können, muß der Netzschalter 11 kurz betätigt werden. Es ist jedoch auch möglich, in der Überwachungs- und Sicherheitsschaltung 20 selbst einen Wiedereinschaltknopf vorzusehen.If there is a permanent short circuit, the switch 16 is immediately switched off again. In order to prevent permanent switching on and off, a monitoring and safety circuit 20 is provided, which after a certain number of z. B. 3 or 5 unsuccessful restart attempts switches the switch 16 off continuously. In order to be able to put the system back into operation after eliminating the short circuit, the power switch 11 must be pressed briefly. However, it is also possible to provide a restart button in the monitoring and safety circuit 20 itself.

Der Elektronikteil zur Erzeugung der Zündimpulswechselspannung U1 besteht aus den Funktionseinheiten 21 bis 30. Der an einem Lichtstromsollwertgeber 21 eingestellte Sollwert für den Lichtstrom bzw. für die Beleuchtungsstärke gelangt an einen Frequenzhochlaufgeber 22 mit einer Kennlinie, die im wesentlichen integrierenden Charakter hat. Die Kennlinie ist im unteren Bereich so modifiziert, daß das Ausgangssignal des Frequenzhochlaufgebers 22 für eine bestimmte Zeitspanne konstant bleibt. Dieser Zeitbereich dient dazu, die Heizwendeln in den Leuchtstofflampen vorzuglühen, damit ein flackerfreier Start der Gasentladung möglich ist. Das Ausgangssignal des Frequenzhochlaufgebers 22 wird in einem Spannungs-Frequenz-Wandler 23 in eine Wechselspannung umgewandelt, deren Frequenz der angelegten Spannung proportional ist. Der positive Teil der Wechselspannung gelangt an einen Impulsbildner 24 für positive Zündimpulse. Am Impulsbildner 24 liegt auch die Ausgangsspannung des Frequenzhochlaufgebers 22 an. Durch Vergleich der beiden Spannungen im Impulsbildner wird erreicht, daß die Breite der einzelnen Impulse der Frequenz umgekehrt proportional ist. Bei 100 % Lichtstrom beträgt die Breite der Zündimpulse etwa 4 4ec., bei weniger als 20 % Lichtstrom etwa 20 µsec. Die Zündimpulse gelangen über einen Zündimpulsverstärker 25 an die Zündimpulsleitung 31, über die sie an die einzelnen Vorschaltgeräte geleitet werden.The electronic part for generating the ignition pulse alternating voltage U1 consists of the functional units 21 to 30. The setpoint for the luminous flux or for the illuminance set on a luminous flux setpoint transmitter 21 reaches a frequency ramp generator 22 with a characteristic curve which has an essentially integrating character. The characteristic curve is modified in the lower area so that the output signal of the frequency ramp generator 22 remains constant for a certain period of time. This time range serves to preheat the heating filaments in the fluorescent lamps so that a flicker-free start of the gas discharge is possible. The output signal of the frequency ramp generator 22 is converted in a voltage-frequency converter 23 into an alternating voltage, the frequency of which is proportional to the applied voltage. The positive part of the AC voltage reaches a pulse generator 24 for positive ignition pulses. The output voltage of the frequency ramp generator 22 is also present at the pulse generator 24. By comparing the two voltages in the pulse generator it is achieved that the width of the individual pulses is inversely proportional to the frequency. With 100% luminous flux, the width of the ignition pulses is about 4 4ec., With less than 20% luminous flux about 20 µsec. The ignition pulses reach the ignition pulse line 31 via an ignition pulse amplifier 25, via which they are passed to the individual ballasts.

Der negative Teil der Wechselspannung am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers 23 gelangt an einen Zündimpulsbildner 29 für negative Zündimpulse. Am zweiten Eingang des Zündimpulsbildners 29 liegt die über einen Inverter 28 invertierte Ausgangsspannung des Frequenzhochlaufgebers 22. Die in ihrer Breite modulierten negativen Zündimpulse gelangen über einen Zündimpulsverstärker 30 ebenfalls zur Zündimpulsleitung 31. Die Summe von positiven und negativen Zündimpulsen bildet die Zündimpulswechselspannung U1.The negative part of the AC voltage at the output of the voltage-frequency converter 23 reaches an ignition pulse generator 29 for negative ignition pulses. The output voltage of the frequency ramp generator 22, which is inverted via an inverter 28, is located at the second input of the ignition pulse generator 29. The width of the negative ignition pulses, which are modulated in width, also reach the ignition pulse line 31 via an ignition pulse amplifier 30. The sum of positive and negative ignition pulses forms the ignition pulse alternating voltage U1.

Sowohl der Frequenzhochlaufgeber 22 als auch der Spannungs-Frequenz-Wandler 23 werden von dem im Funktionsgenerator 18 aufbereiteten Istwert der Gleichspannung U= derart moduliert. daß bei steigender Spannung die Frequenz f kleiner, bei sinkender Spannung die Frequenz f größer wird. Bei richtiger Einstellung dieser Störgrößenaufschaltung wirken sich weder Spannungsschwankungen im Netz 9 noch die Welligkeit der Gleichspannung U= auf die Beleuchtungsstärke aus.Both the frequency ramp generator 22 and the voltage-frequency converter 23 are modulated in this way by the actual value of the DC voltage U = prepared in the function generator 18. that the Fre quenz f smaller, with decreasing voltage the frequency f increases. With the correct setting of this feedforward control, neither voltage fluctuations in the network 9 nor the ripple of the direct voltage U = affect the illuminance.

Mit Hilfe eines Schalters 26 kann der Frequenzhochlaufgeber 22 direkt ein- und ausgeschaltet werden, ohne daß dazu der Netzschalter 11 betätigt werden muß.With the help of a switch 26, the frequency ramp generator 22 can be switched on and off directly without the mains switch 11 having to be operated.

Mit Hilfe eines Lichtstromsensors 27 kann der Istwert des von den Leuchtstofflampen abgestrahlten Lichtstroms gemessen und auf einen konstanten Wert geregelt werden.With the aid of a luminous flux sensor 27, the actual value of the luminous flux emitted by the fluorescent lamps can be measured and regulated to a constant value.

Eine Spannungsversorgung 17 erzeugt die Versorgungsspannungen ± Uv für den Elektronikteil.A voltage supply 17 generates the supply voltages ± U v for the electronic part.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für den Teil der Elektronik, der die Zündimpulswechselspannung U1 erzeugt. Man erkennt ein Sollwertpotentiometer R51, an dem der gewünschte Lichtstrom eingestellt wird. Mit Hilfe von Widerständen R53 und R54 kann der maximale und minimale Helligkeitswert vorbestimmt werden.5 shows a circuit diagram for the part of the electronics which generates the ignition pulse alternating voltage U1. A setpoint potentiometer R51 can be seen, on which the desired luminous flux is set. The maximum and minimum brightness value can be predetermined using resistors R53 and R54.

Ein Operationsverstärker 50 bildet zusammen mit einem Kondensator C13 ein Integrierglied entsprechend der Kennlinie des Frequenzhochlaufgebers 22 der Fig. 4. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 50 kann wegen der Klemmdiode D6 den am Schleifer des Sollwertpotentiometers R51 eingestellten Wert nicht überschreiten. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 50 gelangt über eine Zenerdiode ZD an den Steuereingang eines spannungsgesteuerten Oszillator-Bausteins 51, dessen Grundfrequenz mit einem Kondensator C15 eingestellt wird. Damit die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 50 am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 51 Wirkung zeigen kann, muß sie über die Schleusenspannung der Zenerdiode ZD angestiegen sein. Mit Hilfe der Zenerdiode ZD wird also die Modifizierung des unteren Bereichs der Kennlinie des Frequenzhochlaufgebers 22 in Fig. 4 erzielt.An operational amplifier 50, together with a capacitor C13, forms an integrating element in accordance with the characteristic of the frequency ramp generator 22 in FIG. 4. The output voltage of the operational amplifier 50 cannot exceed the value set on the wiper of the setpoint potentiometer R51 due to the clamping diode D6. The output voltage of the operational amplifier 50 reaches the control input of a voltage-controlled oscillator module 51 via a zener diode ZD, the fundamental frequency of which is set by a capacitor C15. In order for the output voltage of the operational amplifier 50 to have an effect at the input of the voltage-controlled oscillator 51, it must have risen above the lock voltage of the Zener diode ZD. With the aid of the Zener diode ZD, the modification of the lower region of the characteristic curve of the frequency ramp generator 22 in FIG. 4 is achieved.

Vom Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillator-Bausteins 51 gelangt die positive Halbwelle über eine Diode D9 an einen als Komparator geschalteten Operationsverstärker 52, an dessen zweitem Eingang die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 50 anliegt. Im Operationsverstärker 52 werden Rechteckimpulse, deren Breite der Frequenz antiproportional ist, erzeugt. Die Impulse werden über einen Koppelkondensator C16 auf einen Verstärker-Transistor T30 gekoppelt, dort verstärkt und an die Zündimpulsleitung 31 geführt.From the output of the voltage-controlled oscillator module 51, the positive half-wave passes via a diode D9 to an operational amplifier 52 connected as a comparator, at the second input of which the output voltage of the operational amplifier 50 is present. Rectangular pulses, the width of which is anti-proportional to the frequency, are generated in the operational amplifier 52. The pulses are coupled via a coupling capacitor C16 to an amplifier transistor T30, amplified there and passed to the ignition pulse line 31.

Der negative Teil der Ausgangsspannung des spannungsgesteuerter Oszillator-Bausteins 51 gelangt über eine Diode D10 an einen ebenfalls als Komparator geschalteten Operationsverstärker 54, an dessen zweitem Eingang die in einem als Inverter geschalteten Operationsverstärker 53 invertierte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 50 anliegt. Die Wirkungsweise des Komparators 54 entspricht genau der des Komparators 52, über den Koppelkondensator C17 und den Verstärkungstransistor T25 gelangen die negativen Impulse auf die Zündimpulsleitung 31.The negative part of the output voltage of the voltage-controlled oscillator module 51 reaches via a diode D10 an operational amplifier 54, also connected as a comparator, at whose second input the output voltage of the operational amplifier 50 inverted in an operational amplifier 53 connected as an inverter is applied. The mode of operation of the comparator 54 corresponds exactly to that of the comparator 52, the negative pulses reach the ignition pulse line 31 via the coupling capacitor C17 and the amplification transistor T25.

Eine von der Gleichspannung U= abhängige Steuerspannung Uru) wird über eine Koppeldiode D7 auf die Ausgangsspannung des als Hochlaufgeber arbeitenden Operationsverstärkers 50 aufgeschaltet. Über eine weitere Koppeldiode D8 wird die gleichspannungsabhängige Meßspannung Uru) auch auf den spannungsgesteuerten Oszillator-Baustein 51 gegeben, wo sie die Ausgangsfrequenz umgekehrt proportional zum Meßwert verändert.A control voltage U ru ), which is dependent on the direct voltage U = , is connected via a coupling diode D7 to the output voltage of the operational amplifier 50 operating as a ramp generator. The DC-dependent measurement voltage U ru ) is also passed to the voltage-controlled oscillator module 51 via a further coupling diode D8, where it changes the output frequency inversely proportional to the measurement value.

Zum Einschalten des Frequenzhochlaufgebers 22 ist der Schalter 26 vorgesehen. Über einen Schalter 32 kann eine Fotodiode FD zum Hochlaufgeber zugeschaltet werden, so daß dann eine Regelung des Lichtstromes der Leuchtstofflampen auf einen konstanten Wert möglich ist.The switch 26 is provided for switching on the frequency ramp generator 22. A photodiode FD can be connected to the ramp generator via a switch 32, so that the luminous flux of the fluorescent lamps can then be regulated to a constant value.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer Ausführung der Gleichrichterschaltung. Von einem Vier-Leiter-Drehstromnetz 9 mit den Anschlußklemmen R, S, T, Mp gelangt die elektrische Energie über je eine Sicherung Si und das Netzeingangsfilter mit den Kondensatoren C11 und den Drosseln L11 und den Netzschalter 11 auf die ungesteuerte Gleichrichterbrücke mit den Dioden D13. Die Verwendung einer ungesteuerter Gleichrichterbrücke in Verbindung mit dem Netzeingansfilter ermöglicht eine phasenverschiebungsarme bzw. freie Stromentnahme aus dem Drehstromnetz 10. Am Ausgang der Gleichrichterbrücke D13 liegt ein RC-Entstörglied R4, C4 sowie ein Glättungsglied mit der Drossel L14 und dem Kondensator C14. Am Kondensator C14 entsteht die Versorgungsgleichspannung U=.6 shows the circuit diagram of an embodiment of the rectifier circuit. From a four-wire three-phase network 9 with the connection terminals R, S, T, Mp, the electrical energy passes through a fuse Si and the mains input filter with the capacitors C11 and the chokes L11 and the mains switch 11 to the uncontrolled rectifier bridge with the diodes D13 . The use of an uncontrolled rectifier bridge in connection with the mains input filter enables a phase shift or free current draw from the three-phase network 10. At the output of the rectifier bridge D13 there is an RC suppressor R4, C4 and a smoothing element with the choke L14 and the capacitor C14. The DC supply voltage U = arises at the capacitor C14.

Der in der Gleichrichterbrücke D13 gebildete Gleichstrom I fließt über einen Thyristor Th4 mit parallelgeschaltetem Entstörglied C5, R5 und über einen Strommeßwiderstand R15, an dem die Meßspannung U(I) abfällt. Die Höhe der Gleichspannung U= wird über einen Widerstand R14 erfaßt, an dessen Ausgang die Meßspannung U(u) steht.The direct current I formed in the rectifier bridge D13 flows through a thyristor Th4 with a suppression element C5, R5 connected in parallel and via a current measuring resistor R15, at which the measuring voltage U ( I ) drops. The level of the DC voltage U = is detected via a resistor R14, at the output of which the measuring voltage U ( u ) is present.

Bei dem Thyristor Th4, der als Unterspannungs-und Kurzschlußschutzschalter wirkt, handelt es sich um einen über seine Steuerelektrode ein-und ausschaltbaren Thyristor. Der zum Ein- und Ausschalten benötigte Steuerelektrodenstrom 1, wird in einer Schaltung mit einem PNP-Transistor T3 und einem Thyristor Th3 gebildet. Der Einschaltstrom wird aus dem positiven Pol der Versorgungsspannung Uv über den Transistor T3 geliefert, der über einen Widerstand R7 leitend geschaltet ist. Zum Ausschalten des Transistors T3 dient eine strom- und spannungsabhängige Steuerspannung U*, die aus einer Verknüpfung der stromabhängigen Meßspannung U(l) und der spannungsabhängigen Meßspannung Uru) gebildet ist und über eine Diode D5 an die Basis des Transistors T3 gekoppelt wird.The thyristor Th4, which acts as an undervoltage and short-circuit protection switch, is a thyristor that can be switched on and off via its control electrode. The control electrode current 1 required for switching on and off is formed in a circuit with a PNP transistor T3 and a thyristor Th3. The inrush current is supplied from the positive pole of the supply voltage U v via the transistor T3, which is turned on via a resistor R7. To switch off the transistor T3, a current and voltage-dependent control voltage U * is used , which is formed from a combination of the current-dependent measurement voltage U (l) and the voltage-dependent measurement voltage U ru) and is coupled to the base of the transistor T3 via a diode D5.

Die den Transistor T3 sperrende strom- und spannungsabhängige Steuerspannung U* wird über ein Koppel-RC-Glied R6, C6 auch an die Steuerelektrode des Thyristors Th3 geführt, worauf der Thyristor Th3 leitend wird. In diesem Moment treibt der über einen Widerstand R10 aufgeladene Sperrimpulskondensator C10 einen negativen Steuerelektrodenstrom IG über die Steuerstrecke des Thyristors Th4, worauf dieser abschaltet. Sobald der Kondensator C10 entladen ist, sperrt der Thyristor Th3 wieder und der Kondensator C10 lädt sich über den Widerstand R10 wieder auf. Nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne von z. B. 3 sec. verschwindet die strom- und spannungsabhängige Steuerspannung U* wieder, worauf der Transistor T3 und damit der Thyristor Th4 wieder eingeschaltet werden.The current and voltage-dependent control voltage U * which blocks the transistor T3 is also conducted via a coupling RC element R6, C6 to the control electrode of the thyristor Th3, whereupon the thyristor Th3 becomes conductive. In this Moment, the blocking pulse capacitor C10, which is charged via a resistor R10, drives a negative control electrode current I G via the control path of the thyristor Th4, whereupon the latter switches off. As soon as the capacitor C10 is discharged, the thyristor Th3 blocks again and the capacitor C10 charges again via the resistor R10. After a certain period of z. B. 3 seconds. The current and voltage-dependent control voltage U * disappears again, whereupon the transistor T3 and thus the thyristor Th4 are switched on again.

Fig. 7 zeigt die Außenansicht eines Vorschaltgerätes zum Anschluß von 4 Leuchtstofflampen, von denen jeweils zwei in Reihe geschaltet sind. Man erkennt ein Gehäuse 40, an dessen einem Ende eine Klemmleiste 41 befestigt ist. An die Klemmleiste 41 ist die Gleichspannung U= von z. B. 500 V als auch die Zündimpulswechselspannung U1 geführt. Am anderen Ende des Gehäuses befindet sich eine zweite Klemmleiste 42, an die die Anschlußkontakte der vier Leuchtstofflampen 2a, 2b, 2c, 2d geführt sind. Im Inneren des Gehäuses 40 befinden sich die Thyristoren des Wechselrichters, die wegen der geringen Verlustleistung mit kleinen Kühlblechen auskommen, die Zündtransformatoren mit der zugehörigen Elektronik sowie die Vorschaltkondensatoren und die Drosseln für die Leuchtstofflampen.Fig. 7 shows the external view of a ballast for connecting 4 fluorescent lamps, two of which are connected in series. A housing 40 can be seen, on one end of which a clamping strip 41 is fastened. The DC voltage U = of z. B. 500 V and the ignition pulse alternating voltage U1. At the other end of the housing there is a second terminal strip 42, to which the connection contacts of the four fluorescent lamps 2a, 2b, 2c, 2d are guided. In the interior of the housing 40 are the thyristors of the inverter, which make do with small cooling plates due to the low power loss, the ignition transformers with the associated electronics, and the ballast capacitors and the chokes for the fluorescent lamps.

Fig. 8 zeigt die Außenansicht eines Vorschaltgerätes für zwei Leuchtstofflampen. Der Aufbau ist mit dem der Fig. 7 identisch. Die Außenabmessungen des Gehäuses 40 sind auf die Leuchtenmaße abgestimmt. Man kann mit einem Vorschaltgerät prinzipiell alle Leuchtstofflampen zwischen 20 und 65 W Leistungsaufnahme ohne Änderung betreiben, da sich die Lampenleistung mit der Wahl der größten Frequenz der Zündimpulswechselspannung U1 einstellen läßt. Dies verringert die unterschiedliche Typenzahl und damit die Kosten. Die übersichtlichen Klemmleisten erlauben eine eindeutige Zuordnung der Lampenfassungen.8 shows the external view of a ballast for two fluorescent lamps. The structure is identical to that of FIG. 7. The outer dimensions of the housing 40 are matched to the dimensions of the luminaire. In principle, one ballast can be used to operate all fluorescent lamps between 20 and 65 W power consumption without change, since the lamp power can be set by selecting the largest frequency of the ignition pulse alternating voltage U1. This reduces the different number of types and thus the costs. The clear terminal strips allow clear assignment of the lamp holders.

Die Diagramme der Figuren 9 bis 13 zeigen jeweils in Abhängigkeit vom Lichtstrom L, der in Prozent des Nennwertes angegeben ist, verschiedene Meßwerte, die sich beim Betrieb unterschiedlicher Leuchtstofflampen an einem erfindungsgemäß aufgebauten Vorschaltgerät ergeben.The diagrams in FIGS. 9 to 13 each show, depending on the luminous flux L, which is given as a percentage of the nominal value, various measured values which result when different fluorescent lamps are operated on a ballast constructed in accordance with the invention.

Gemäß Fig. 9 sind bei 0 % Lichtstrom L die Werte von Heizstrom IH und Gesamtstrom IH + IL gleich groß. Nach Zünden der Lampe bei 5 % des Lichtstroms L steigt der Lampenstrom IL an, während der Heizstrom 1, zunächst im wesentlichen konstant bleibt. Der Gesamtstrom IL + IH fließt über die erste Heizwendel und die Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe zur zweiten Heizwendel. Der arithmetische Mittelwert des Lampenstromes IL. der dem Strom durch die Gasentladungsstrecke entspricht, steigt linear mit dem Lichtstrom L an. Die Phasenverschiebung zwischen Gesamtstrom und Heizstrom wächst mit zunehmendem Lichtstrom.9, at 0% luminous flux L, the values of heating current I H and total current I H + I L are the same. After ignition of the lamp at 5% of the luminous flux L, the lamp current I L increases as the heating current 1, initially remains essentially constant. The total current I L + I H flows via the first heating coil and the gas discharge path of the fluorescent lamp to the second heating coil. The arithmetic mean of the lamp current I L. which corresponds to the current through the gas discharge path, increases linearly with the luminous flux L. The phase shift between total current and heating current increases with increasing luminous flux.

Fig. 10 zeigt für eine 65 W-Leuchtstofflampe die Leistungsaufnahme N in Watt, den fließenden Gleichstrom in Milliampere, die Lampenspannung UL in Volt und die Frequenz f in Kilohertz in Abhängigkeit vom Lichtstrom L. Bei der Lampenspannung UL handelt es sich um den Spitzenwert der Spannung zwischen der Mitte der Heizwendeln. Vor dem Zünden der Lampe beträgt der Lampenspannungsspitzenwert 400 V. Die Wiederzündspannung der Lampe bleibt mit 420 V bis zu 40 % des Lichtstroms konstant und fällt bei 100 % Lichtstrom auf 220 V. Von 20 % bis 100 % Lichtstrom steigen der Gleichstrom I und die Gesamtleistung N nahezu linear an. Die Leistungsaufnahme zum Heizen der Heizwendeln vor dem Zünden der Lampe beträgt 8 W.Fig. 10 shows for a 65 W fluorescent lamp the power consumption N in watts, the flowing direct current in milliamps, the lamp voltage U L in volts and the frequency f in kilohertz depending on the luminous flux L. The lamp voltage U L is the Peak voltage between the middle of the heating coils. Before the lamp is ignited, the lamp voltage peak value is 400 V. The re-ignition voltage of the lamp remains constant at 420 V up to 40% of the luminous flux and drops to 220 V at 100% luminous flux. From 20% to 100% luminous flux, the direct current I and the total output increase N almost linear. The power consumption for heating the heating coils before igniting the lamp is 8 W.

Fig. 11 zeigt die Abhängigkeit der Effektivwerte von Heizstrom IH, Lampenstrom IL und Gesamtstrom IL + IH vom Lichtstrom L für die gleiche 65 W-Leuchtstofflampe.11 shows the dependence of the effective values of heating current I H , lamp current I L and total current I L + I H on the luminous flux L for the same 65 W fluorescent lamp.

Fig. 12 zeigt die entsprechenden Meßwerte für eine 58 W-Leuchtstofflampe.Fig. 12 shows the corresponding measured values for a 58 W fluorescent lamp.

Fig. 13 zeigt für die gleiche 58 W-Leuchtstofflampe die Leistungsaufnahme N in Watt und die Frequenz f in Kilohertz in Abhängigkeit vom Lichtstrom L. Man erkennt, daß die unterschiedlichen Typen von Leuchtstofflampen zwar unterschiedliche Meßkurven ergeben, daß die Meßkurven jedoch im Prinzip übereinstimmen und daß alle Arten von Leuchtstofflampen mit dem gleichen Vorschaltgerät betrieben werden können.Fig. 13 shows for the same 58 W fluorescent lamp the power consumption N in watts and the frequency f in kilohertz depending on the luminous flux L. It can be seen that the different types of fluorescent lamps result in different measurement curves, but that the measurement curves agree in principle and that all types of fluorescent lamps can be operated with the same ballast.

Claims (19)

1. Method for heating and igniting and for controlling or regulating the light current (L) of low-pressure gas discharge lamps (2), particularly of fluorescent lamps, by means of a ballast device in which an inverter generates an alternating voltage of a higher frequency (f) than the power system frequency from a direct voltage (U=) which is generated by means of a rectifier (13) from an alternating-current supply system (9), having the features :
a series LC circuit of a capacitor (3) and a first choke (4) is connected between the inverter output (A, B) and the low-pressure gas discharge lamp (2),
a second choke (6) is connected in parallel with the low-pressure gas discharge lamp (2),
the inverter continuously recharges the capacitor (3) with a controllable frequency,

characterized by the following features :
with a constant alternating voltage amplitude at the output (A, B) of the inverter, the frequency (f) of the inverter is adjusted in accordance with the desired light current (L),
the values of frequency (f), voltage (U=), capacitor (3), first choke (4) and second choke (6) being matched to each other in such a manner that, before the low-pressure gas discharge lamp (2) is ignited, when the frequency is still low, approximately the prescribed heating current (IH) flows through the heating coils (5, 7), and that after ignition of the low-pressure gas discharge lamp (2), when the frequency (f) is rising, the heating current (IH) drops only insignificantly until about 40 % of the nominal light current of the low-pressure gas discharge lamp is reached and, as the frequency (f) rises further, the heating current (IH) continuously decreases to less than 25 % of its initial value until the nominal light current of the low-pressure gas discharge lamp (2) is reached.
2. Method according to Claim 1, characterized by
keeping the frequency (f) constant after the ballast device has been switched on until the heating coils (5, 7) reach their emission temperature prescribed for the specific device and
subsequent continuous raising of the frequency (f) to the value corresponding to the desired light current (L).
3. Circuit arrangement for carrying out the method according to Claim 1 or 2,
comprising an inverter which converts a direct voltage (U=) into a higher-frequency alternating voltage,
which inverter has two series-connected controllable semi-conductor switches (Thl, Th2) to which in each case a diode is located in antiparallel,
at least one series circuit of a first choke (4), capacitor (3) and low-pressure gas discharge lamp (2) following the output (A, B) of the inverter, and a second choke (6) which connects the free ends of the heating coils (5, 7) being connected in parallel with the low-pressure gas discharge lamp (2).
and having a frequency-changing drive circuit for the two controllable semiconductor switches (Th,, Th2) which, in dependence on a predetermined nominal value for the light current (L), drives the two controllable semiconductor switches (Th1, Th2) in such a manner that they switch alternately.

characterized in that
each series circuit of capacitor (3), first choke (4) and second choke (6) connected to the output (A, B) of the inverter is dimensioned in such a manner that the lamp current (IL) through the low-pressure discharge lamp (2) increases with increasing frequency (f) but the heating current (IH) through the heating coils (5, 7) decreases.
4. Circuit arrangement according to Claim 3. characterized by the following features :
the semiconductor switches are constructed as thyristors (Thl, Th2),
a firing pulse generator associated with each thyristor (Thl, Th2) forms firing pulses for each thyristor (Thl, Th2) from the alternating firing pulse voltage (U1),
each firing pulse generator consists of a decou- piing diode (D1, D2) which separates the positive part from the negative part of the alternating firing pulse voltage (U1), a unijunction transistor (T1) to which a resistor (R1) and a capacitor (C1) are connected, and a firing transformer (1), the primary winding (1.1) of which is located in the main circuit of the unijunction transistor (T1) and which supplies the firing pulses formed from the alternating firing poulse voltage (U1) to the associated thyristor (Th1) via the secondary winding (1.2).
5. Circuit arrangement according to Claim 4, characterized by the following features :
the firing transformer (1) has a second secondary winding (1.3) which supplies a brief blocking pulse to the other thyristor (Th2) in each case via a parallel RC section (R2, C2).
6. Circuit arrangement according to Claim 4 or 5, characterized by
construction of thyristor and antiparallel diode as reverse-conducting thyristor.
7. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 6, characterized by
division of the first choke (4) and
arrangement of one choke (4a) in front of and the other choke (4b) behind the low-pressure gas discharge lamp (2).
8. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 7, characterized by
construction of the first choke (4) with two windings and
arrangement of one winding in front of and the other winding behind the low-pressure gas discharge lamps (2).
9. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 8, characterized by
series connection of at least two low-pressure gas discharge lamps (2a, 2b),
division of the second choke (6) and
arrangement of one choke each in parallel with one low-pressure gas discharge lamp (2a, 2b) each.
10. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 8, characterized by
series connection of at least two low-pressure gas discharge lamps (2a, 2b),
construction of the second choke (6) with several windings (6a, 6b) and
arrangement of one winding (6a. 6b) each in parallel with one low-pressure gas discharge lamp (2a. 2b) each.
11. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 10, characterized by
a potentiometer (R51) for adjusting the nominal light current value of the low-pressure gas discharge lamp (2),
an integrating controller (50, C13) for driving the frequency generator (51, C15, 52. D9, 53. 54. D10) with a defined run-up curve.
12. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 11, characterized by
construction of the frequency generator (51. C15, 52, D9, 53, 54, D10) as a voltage-controlled pulse generator for voltage blocks of alternating polarity and a pulse width which is inversely proportional to the frequency (f).
13. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 12, characterized by
a light-sensitive component (FD) for measuring the actual light current value of the low-pressure gas discharge lamp (2) and
the integrating controller (50, C13) for the nominal/actual comparison.
14. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 13, characterized by
a rectifier (13) which converts the power system voltage into a direct voltage (U=), consisting of a power system input filter (L11, C11),
an uncontrolled diode bridge (D13),
a direct-current smoothing section (L14, C14),
a current sensing element (R15) for measuring the actual value of the direct current (I),
a direct voltage sensing element (R14) for measuring the actual value of the direct voltage (U=) and
a direct-current switch (Th4) for blocking the direct current (I) in the case of undervoltage, overcurrent or short circuit.
15. Circuit arrangement according to Claim 14, characterized by
construction of the direct-current switch (Th4) as a thyristor which can be turned on and off via the control electrode.
16. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 15, characterized by
a device (19) which, after the direct-current switch (Th4) has been turned off, prevents it from being turned on again for a particular period of time.
17. Circuit arrangement according to Claim 16. characterized by
a further device (20) which, after a particular number of unsuccessful attempts to switch the direct-current switch (Th4) on again, prevents further starting attempts.
18. Circuit arrangement according to at least one of Claims 3 to 17, characterized by
a disturbance variable feedforward of the actual value of the direct voltage (U=) to the frequency generator (23), in such a manner that the frequency (f) is increased with dropping direct voltage (U=) and the frequency (f) is lowered with increasing direct voltage (U=).
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