EP0471332A1 - Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe - Google Patents

Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe Download PDF

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EP0471332A1
EP0471332A1 EP91113563A EP91113563A EP0471332A1 EP 0471332 A1 EP0471332 A1 EP 0471332A1 EP 91113563 A EP91113563 A EP 91113563A EP 91113563 A EP91113563 A EP 91113563A EP 0471332 A1 EP0471332 A1 EP 0471332A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
lamp
control circuit
voltage
circuit arrangement
Prior art date
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Ceased
Application number
EP91113563A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gottfried Stockinger
Jürgen Ludwig
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Diehl Verwaltungs Stiftung
Original Assignee
Diehl GmbH and Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Diehl GmbH and Co filed Critical Diehl GmbH and Co
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
    • H05B41/18—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having a starting switch
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2988—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B41/39—Controlling the intensity of light continuously
    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
    • H05B41/3924—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by phase control, e.g. using a triac
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/05—Starting and operating circuit for fluorescent lamp

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for the operation of a fluorescent lamp on an AC network, for example on an aircraft electrical system, with a switch located between the lamp electrodes and which can be switched by means of a control circuit, the lamp electrodes being heated when the switch is closed.
  • the control circuit is used to dim the brightness. It generates phase-shifted ignition voltage pulses by opening the switch in every mains half-wave. When the switch is closed, a heating current flows through the lamp electrodes. The ignition voltage pulses occur immediately in every mains half-wave when a mains switch is opened. Ignition voltage pulses also occur when the lamp electrodes are not sufficiently preheated.
  • CH-PS 595 036 a circuit arrangement of the type mentioned is also described. It is mentioned that a cold start is avoided in the dark control of the fluorescent lamps by preheating the lamp electrodes after the fluorescent lamps have been switched on. How this dark control is to be carried out is not specified.
  • the object of the invention is to propose a circuit arrangement of the type mentioned at the outset with which the life of the fluorescent lamp is automatically extended.
  • the above object is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned at the outset in that a measuring element connected on the input side to the control circuit detects the voltage drop across at least one of the lamp electrodes and in that the control circuit only opens the switch for igniting the fluorescent lamp when the detected voltage essentially is constant, or reaches a threshold.
  • the invention makes use of the fact that the lamp electrodes have a positive temperature coefficient.
  • the ohmic resistance of the lamp electrodes increases from the cold state to the preheated state, for example by a factor of 4.
  • the switch connecting the lamp electrodes initially remains closed, so that a heating current flows through the lamp electrodes. With increasing heating of the lamp electrodes, the voltage detected by the measuring element increases. If this no longer changes or reaches a predetermined threshold value, the lamp electrodes are sufficiently preheated. First then the control circuit ignites the fluorescent lamp. Ignition attempts are therefore avoided during the preheating time. This increases the life of the fluorescent lamp considerably. When the fluorescent lamp is cold, the preheating time will generally take considerably longer than a half-wave of the AC mains voltage.
  • the respective preheating time is proportional to the cooling of the lamp electrodes, which occurs when the fluorescent lamps are switched off. If the fluorescent lamp was only switched off briefly before restarting, then the preheating time is shorter than if the fluorescent lamps were switched off for a longer period and the lamp electrodes were thus cooled further.
  • control circuit closes the switch for heating the electrodes when the voltage detected by the measuring element changes or falls below the threshold value. It is thereby achieved that the start of a preheating time is initiated automatically when the lamp electrodes are cold.
  • a timing element is provided which increases the preheating time to a maximum value limited. This ensures that overheating of the lamp electrodes is avoided in any case.
  • a second solution to the problem is characterized in that a transformer is provided for at least one of the lamp electrodes, the primary winding of which is connected in series with the switch and the lamp electrode is located on the secondary side, so that the lamp is closed Switch flowing preheating current is increased.
  • the lamp electrodes have manufacturer-specific variations and specimen variations of the ohmic resistances of the lamp electrodes. With the same preheating current and the same preheating time supplied by a ballast, the different fluorescent lamps would then be preheated differently. If the ballast supplies a sufficient preheating current for lamps with high resistance, then this does not lead to the desired preheating for lamps with low resistance lamp electrodes. This can lead to lamp start attempts with insufficiently heated electrodes. This would considerably reduce the lifespan of the fluorescent lamps in question. This is avoided by the transformer. Because the transformer amplifies the current flowing for the lamp electrode on the primary side when the switch is closed.
  • the transformer preferably has a non-linear core, so that a higher current gain occurs on the secondary side in the case of low-resistance lamp electrodes than in the case of high-resistance lamp electrodes.
  • a third solution to the stated problem is characterized in that a measuring element connected to the control circuit detects the operating voltage or the choke current in dimming mode and that If the operating voltage or the choke current falls below or exceeds a limit value, the control circuit shifts the ignition times.
  • a fourth solution to the above problem in a circuit arrangement of the type mentioned is characterized in that a voltage monitor monitors the operating voltage and that the voltage monitor switches off the ballast and the fluorescent lamp by means of a further switch in the event of voltage deviations which could damage a ballast or the fluorescent lamps.
  • This further switch is preferably a semiconductor switch. It is preferably switched on in the de-energized state and switched off at zero current.
  • circuit arrangements described solve the task individually.
  • An improved task solution is achieved in that the circuit arrangements are used in combination.
  • a fluorescent lamp (1) has a fluorescent tube (2) with two lamp electrodes (3, 4).
  • the lamp electrodes (3, 4) are connected to a passive or active ballast (5) and a power switch (6) AC voltage source (7), for example an aircraft electrical system, connected.
  • the passive ballast is formed by a choke (5).
  • the poles of the electrodes (3, 4) facing away from the AC voltage source (7) are connected to one another via a switch (8). This is controlled by a control circuit (9).
  • the control circuit (9) enables brightness control of the fluorescent lamp (1) (dimming operation) in a manner known per se.
  • the control circuit (9) has a phase shifter (10) and opens the switch (8) more or less out of phase with respect to the zero crossing in each half-wave of the AC mains voltage.
  • This switching frequency does not have to be twice the mains frequency. It can also have a network frequency or a multiple thereof or a fraction thereof. Opening the switch (8) generates an ignition pulse which ignites the fluorescent tube (2) (cf. ignition times t1 in FIG. 5). The combustion current or lamp current I2 then flows.
  • a measuring element (11) is connected to the control circuit (9) (see Fig. 1). This detects the voltage U4 dropping across the lamp electrode (4).
  • the measuring element (11) could also be connected in such a way that it detects the voltage U3 falling across the lamp electrode (3). It could also be switched so that it detects the voltage U2, which is the sum of the voltages U3 and U4 and the voltage drop across the switch (8).
  • the ohmic resistance of the lamp electrodes (3, 4) has a positive temperature coefficient. As long as the lamp electrodes (3, 4) are comparatively cold because, for example, the lighting was switched off by opening the mains switch (6), or the operating voltage U1 had briefly failed, or the fluorescent lamp (1) was replaced, the ohmic resistance of the lamp electrodes ( 3.4) much smaller than in operation.
  • the circuit works as follows: If the mains switch (6) is closed to switch on the lamp electrodes (3, 4), a heating current flows via the lamp electrodes (3, 4) and the switch (8).
  • the control circuit (9) detects the voltage drop across the measuring element (11) and thereby keeps the switch (8) closed. It is therefore not clocked according to the network frequency.
  • an evaluation of reaching a threshold value of voltage U4 can also be provided.
  • the threshold value is set on the control circuit (9). Only when the threshold value has been reached, the lamp electrodes (3, 4) so that they are sufficient Temperature are heated, the control circuit (9) cycles the switch (8) periodically.
  • a timer (12) can also be provided. This limits the preheating time to a maximum. This ensures that the lamp electrodes (3, 4) are not overheated.
  • Preheating the lamp electrodes (3, 4) before the mains frequency switching operation of the switch (8) has the advantage that the service life of the lamp electrodes (3, 4) is considerably increased, since cold start attempts are not made.
  • a transformer (13) is connected on the secondary side to the two poles (3 ', 3' ') of the lamp electrode (3).
  • a transformer (14) is connected on the secondary side to the two poles (4 ', 4' ') of the lamp electrode (4).
  • the transformers (13, 14) are designed as "autotransformers", with one winding part (13 'or 14') of the primary winding (13 '' or 14 '') forming the secondary winding.
  • the primary windings (13 '' or 14 '') are in series with the switch (8).
  • the low resistance Lamp electrodes (3,4) are preheated with a highly transformed current. This prevents cold start attempts from being carried out on the low-resistance, not yet sufficiently preheated lamp electrodes (3, 4). This extends their lifespan.
  • the transformers (13, 14) each have a magnetic core (13 '' 'or 14' '') (see FIG. 3).
  • the core is preferably non-linear in that it has a greatly reduced magnetic cross section in one leg (15). This is shown in Figure 3 as a partial gap (16).
  • the nonlinear core thus advantageously achieves a strong increase in the heating current in low-resistance lamp electrodes, whereas the heating current increases only slightly in high-resistance electrodes. At the same time it is also achieved that high magnetization losses, which could lead to a considerable increase in the temperature of the transformers, are avoided.
  • the circuit according to FIG. 2 also makes it possible to use fluorescent lamps (rapid start lamps) which require a higher heating current than other fluorescent lamps (starter lamps).
  • the circuit measures according to FIGS. 1 and 2 can be used together in a circuit arrangement.
  • the voltage U4 can then be measured between the poles (4 'and 4''). It can also be done on the primary winding (14 ''). The same applies to the voltage U3. In this case, too, a measurement of the voltage U2 can be provided.
  • control circuit (9) is designed so that it does not ignite the switch (8) in each half-wave of the mains AC voltage, but only in positive or negative half-waves, it may be sufficient to provide only one of the transformers (13, 14).
  • a measuring element (17) is provided which is connected to the control circuit (9). If the operating voltage U1 drops, then the choke current I1 and thus also the heating current I3, which flows in dimming mode in each mains half-wave and which is limited by the switching times t1, t2 controlled by the control circuit (9) (see FIG. 5). This could result in undesired cooling of the lamp electrodes (3, 4), which would shorten the life of the fluorescent lamp (1).
  • the measuring element (17) measures the choke current I1. This is compared in the control circuit (9) with a target value. Depending on this, the switching times t1 and t2 can be shifted. If the heating current I3 has decreased so that it only insufficiently heats the lamp electrodes (3, 4), ie cool the lamp electrodes, then the ignition times t1 are shifted towards the current maximum, ie to the right in FIG. This increases the peak value of the heating current I3. This is initially also connected with an extension of the heating current duration. This could result in a reduction in the brightness of the fluorescent lamp (1), since the duration of the combustion current I2 is shortened.
  • the additional measuring element (17) according to FIG. 4 can also be used in a circuit arrangement which realizes the features of the circuit arrangements according to FIGS. 1 and / or 2.
  • a voltage monitor (18) is provided for the operating voltage U1 of the AC voltage source (7). This controls a further switch (19) which is in series with the power switch (6).
  • the voltage monitor (18) is designed such that it opens the switch (19) in the event of overvoltages or undervoltage in the operating voltage U1 and closes it again when the overvoltage or undervoltage is no longer present. It is thereby achieved that such overvoltages or undervoltages are deactivated which could damage the ballast (5) or the fluorescent lamp (1).
  • the further switch (19) is a semiconductor switch that withstands at least the maximum permissible operating voltage U1.
  • the voltage monitor (16) is preferably designed such that it switches on the switch (19) in the de-energized state and switches it off in the de-energized state.
  • the circuit of the exemplary embodiment according to FIG. 6 can also be integrated into one or more of the circuits according to FIG. 1 and / or FIG. 2 and / or FIG. 4.
  • the circuit arrangements described can also be used when two or more fluorescent lamps are connected together. According to FIG. 7, two fluorescent lamps (1, 1 ') are connected in series on a single ballast (5). Only a single control circuit (9) for the two switches (8,8 ') is required here. It is sufficient to provide the measuring element (11) on one of the lamp electrodes (3, 4, 3 ', 4'). If necessary, only one measuring element (17) is required.
  • the ballasts (5,5 ') of the fluorescent lamps (1,1') are connected in parallel on the AC voltage source (7).
  • the control circuit (9) to which the measuring elements (11 and / or 17) are connected is required for the two switches (8, 8 ').

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Eine Schaltungsanordnung für dem Betrieb einer Leuchtstofflampe(1) an einem Wechselstromnetz, beispielsweise an einem Flugzeug-Bordnetz, weist einen zwischen den Lampenelektroden(3,4) liegenden Schalter(8) auf, der mittels einer Steuerschaltung(9) schaltbar ist, wobei bei geschlossenem Schalter(8) die Lampenelektroden (3,4) geheizt werden. Um die Lebensdauer der Leuchtstofflampe(1) zu erhöhen, ist vorgeschlagen, zur Bestimmung einer Vorheizzeit den positiven Temperaturkoeffizienten der Lampenelektroden(3,4) auszuwerten und/oder durch einem Transformator(13,14) den Vorheizstrom zu vergrößern und/oder den Schaltzeitpunkt zu verschieben und/oder die Leuchtstofflampe(1) abzuschalten. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz, beispielsweise an einem Flugzeug-Bordnetz, mit einem zwischen den Lampenelektroden liegenden Schalter, der mittels einer Steuerschaltung schaltbar ist, wobei bei geschlossenem Schalter die Lampenelektroden geheizt werden.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung ist in der DE 33 27 189 A1 beschrieben. Die Steuerschaltung dient zum Dimmen der Helligkeit. Sie erzeugt durch öffnen des Schalters in jeder Netzhalbwelle phasenverschobene Zündspannungsimpulse . Bei geschlossenem Schalter fließt ein Heizstrom über die Lampenelektroden. Die Zündspannungsimpulse treten in jeder Netzhalbwelle sofort auf, wenn ein Netzschalter geöffnet wird.
    Zündspannungsimpulse treten also auch schon dann auf, wenn die Lampenelektroden noch nicht hinreichend vorgeheizt sind.
  • Es hat sich gezeigt, daß die Dauer der Betriebsfähigkeit einer Leuchtstofflampe und deren Lebensdauer sich entscheidend verkürzen, wenn Zündversuche dann durchgeführt werden, wenn die Lampenelektroden noch kalt sind. Bei der Schaltungsanordnung nach der DE 33 27 189 A1 treten viele Zündimpulse bei noch nicht hinreichend aufgeheizten Lampenelektroden auf, so daß nur mit einer kurzen Lebensdauer der Leuchtstofflampe zu rechnen ist.
  • In der CH-PS 595 036 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art beschrieben. Es ist erwähnt, daß in der Dunkelsteuerung der Leuchtstofflampen durch das Vorheizen der Lampenelektroden nach dem Einschalten der Leuchtstofflampen ein Kaltstart vermieden wird. Wie diese Dunkelsteuerung vorzunehmen ist, ist nicht angegeben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der die Lebensdauer der Leuchtstofflampe selbsttätig verlängert ist.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein eingangsseitig an die Steuerschaltung angeschlossenes Meßglied die an wenigstens einer der Lampenelektroden abfallende Spannung erfaßt und daß die Steuerschaltung den Schalter zum Zünden der Leuchtstofflampe erst öffnet, wenn die erfaßte Spannung im wesentlichen konstant ist, oder einen Schwellwert erreicht.
  • Die Erfindung macht sich dabei zunutze, daß die Lampenelektroden einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen. Dabei steigt der ohmsche Widerstand der Lampenelektroden vom kalten Zustand zum vorgeheizten Zustand, beispielsweise um den Faktor 4.
  • Wird ein Netzschalter zur Inbetriebnahme der Leuchtstofflampe geschlossen, dann bleibt zunächst der die Lampenelektroden verbindende Schalter geschlossen, so daß über die Lampenelektroden ein Heizstrom fließt. Mit zunehmender Erwärmung der Lampenelektroden steigt deren vom Meßglied erfaßte Spannung. Wenn sich diese nicht mehr ändert oder einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, sind die Lampenelektroden hinreichend vorgeheizt. Erst dann zündet die Steuerschaltung die Leuchtstofflampe. Es sind also während der Vorheizzeit Zündversuche vermieden. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Leuchtstofflampe beträchtlich. Die Vorheizzeit wird aus kaltem Zustand der Leuchtstofflampe im Regelfall wesentlichen länger dauern als eine Halbwelle der Netzwechselspannung.
  • Günstig ist auch, daß die jeweilige Vorheizdauer der Abkühlung der Lampenelektroden proportional ist, die beim Abschalten der Leuchtstofflampen auftritt. War die Leuchtstofflampe vor einem erneuten Inbetriebnehmen nur kurzzeitig abgeschaltet, dann ist die Vorheizzeit von selbst kürzer als dann, wenn die Leuchtstofflampen vorher länger abgeschaltet waren und damit die Lampenelektroden weiter abgekühl wurden.
  • Günstig an der Auswertung der temperaturabhängigen Spannung der Lampenelektroden ist auch, daß dann, wenn die Lampenelektroden aufgrund der Umgebungstemperatur nicht sehr weit abkühlten, die dann folgende Heizdauer entsprechend kurz wird.
  • Durch die Erfindung ist erreicht, daß die notwendige Vorheizung der Lampenelektroden vor einem Zündversuch erreicht wird und selbsttätig alle eingetretenen Abkühlungen berücksichtigt werden, wobei sich im Einzelfall jeweils eine entsprechend kurze Vorheizzeit ergibt.
  • In Ausgestaltung der Erfindung schließt die Steuerschaltung den Schalter zum Heizen der Elektroden, wenn sich die vom Meßglied erfaßte Spannung ändert, oder den Schwellwert unterschreitet. Dadurch ist erreicht, daß bei kalten Lampenelektroden von selbst der Beginn einer Vorheizzeit eingeleitet wird.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Zeitglied vorgesehen, das die Vorheizzeit auf einen Maximalwert begrenzt. Dadurch ist erreicht, daß eine überhitzung der Lampenelektroden in jedem Fall vermieden wird.
  • Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich eine zweite Lösung der Aufgabe dadurch aus, daß für wenigstens eine der Lampenelektroden ein Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklung in Serie zu dem Schalter geschaltet ist und an dem sekundärseitig die Lampenelektrode liegt, so daß der bei geschlossenem Schalter fließende Vorheizstrom vergrößert ist.
  • Auch durch diese Lösung ist die Lebensdauer der Leuchtstofflampen verlängert. In der Praxis weisen die Lampenelektroden herstellerspezifische Streuungen und Exemplarstreuungen der ohmschen Widerstände der Lampenelektroden auf. Bei von einem Vorschaltgerät gelieferten gleichen Vorheizstrom und gleicher Vorheizzeit würden die unterschiedlichen Leuchtstofflampen dann unterschiedlich vorgeheizt. Liefert das Vorschaltgerät für Lampen mit hochohmigem Widerstand einen hinreichenden Vorheizstrom, dann führt dies bei Lampen mit niederohmigen Lampenelektroden nicht zu einer gewünschten Vorheizung. Es kann damit zu Lampenstartversuchen bei unzureichend erwärmten Elektroden kommen. Dies würde die Lebensdauer der betreffenden Leuchtstofflampen beträchtlich verringern. Durch den Transformator ist dies vermieden. Denn durch den Transformator wird der bei geschlossenem Schalter primärseitig fließende Strom für die Lampenelektrode verstärkt.
  • Vorzugsweise weist der Transformator einen nichtlinearen Kern auf, so daß bei niederohmigen Lampenelektroden sekundärseitig eine höhere Stromverstärkung erfolgt als bei hochohmigen Lampenelektroden.
  • Günstig ist dabei auch, daß hohe Ummagnetisierungsverluste des Kerns vermieden sind. Dadurch wird der Transformator weniger stark als bei hohen Ummagnetisierungsverlusten erwärmt.
  • Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, wobei die Steuerschaltung im Dimmbetrieb den Schalter in phasenverschobenen Zündzeitpunkten periodisch öffnet, zeichnet sich eine dritte Lösung der genannten Aufgabe dadurch aus, daß ein an die Steuerschaltung angeschlossenes Meßglied im Dimmbetrieb die Betriebsspannung bzw. den Drosselstrom erfaßt und daß bei einem Unterschreiten oder Überschreiten eines Grenzwerts der Betriebsspannung bzw. des Drosselstromes die Steuerschaltung die Zündzeitpunkte verschiebt.
  • Dadurch ist die Lebensdauer der Leuchtstofflampen verlängert. Denn ein Absinken der Betriebsspannung führt zwangsläufig zu einer Verminderung des Lampenstroms. Dies hat eine Abkühlung der Lampenelektroden zur Folge. Dabei besteht die Gefahr, daß die Emissionsschichten der Lampenelektroden geschädigt oder zerstört werden. Durch die Erfindung ist dies vermieden, da beim Absinken der Betriebsspannung die Steuerschaltung den Heizstrom verstärkt. Es ist also der Abkühlung der Lampenelektroden aufgrund der gesunkenen Betriebsspannung entgegengewirkt. Die Lebensdauer der Leuchtstofflampe ist somit verlängert. Entsprechendes gilt für unzulässig hohe Betriebsspannungen.
  • Eine vierte Lösung obiger Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß ein Spannungswächter die Betriebsspannung überwacht und daß der Spannungswächter bei Spannungsabweichungen, die ein Vorschaltgerät oder die Leuchtstofflampen schädigen könnten, mittels eines weiteren Schalters das Vorschaltgerät und die Leuchtstofflampe abschaltet.
  • Vorzugsweise ist dieser weitere Schalter ein Halbleiterschalter. Er wird vorzugsweise im spannungslosen Zustand eingeschaltet und im Stromnulldurchgang abgeschaltet.
  • Die beschriebenen Schaltungsanordnungen lösen die Aufgabe einzeln. Eine verbesserte Aufgabenlösung wird dadurch erreicht, daß die Schaltungsanordnungen in Kombination angewendet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 eine Schaltung einer Leuchtstofflampe zur Verhütung eines Kaltstartens,
    • Figur 2 eine Schaltung einer Leuchtstofflampe mit Transformatoren an dem Lampenelektroden,
    • Figur 3 einen Kern eines Transformators nach Figur 2,
    • Figur 4 eine Schaltung einer Leuchtstofflampe mit einer Überwachung der Betriebsspannung
    • Figur 5 ein Stromdiagramm
    • Figur 6 eine Schaltung einer Leuchtstofflampe mit einem zusätzlichen Schalter und
    • Figur 7 und 8 Schaltungen mit mehr als einer Leuchtstofflampe.
  • Eine Leuchtstofflampe(1) weist eine Leuchtstoffröhre(2) mit zwei Lampenelektroden(3,4) auf. Die Lampenelektroden(3,4) sind über ein passives oder aktives Vorschaltgerät(5) und einen Netzschalter(6) an eine Wechselspannungsquelle(7), beispielsweise ein Flugzeug-Bordnetz, angeschlossen. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 4 und 6 ist das passive Vorschaltgerät von einer Drossel(5) gebildet.
  • Die der Wechselspannungsquelle(7) abgewandten Pole der Elektroden(3,4) sind über einen Schalter(8) miteinander verbunden. Dieser wird von einer Steuerschaltung(9) gesteuert.
  • Mittels der Steuerschaltung(9) ist eine Helligkeitssteuerung der Leuchtstofflampe(1) (Dimmbetrieb) in an sich bekannter Weise möglich. Die Steuerschaltung(9) weist hierfür einen Phasenschieber(10) auf, und öffnet in jeder Halbwelle der Netzwechselspannung den Schalter(8) gegenüber dem Nulldurchgang mehr oder weniger phasenverschoben. Diese Schalthäufigkeit muß nicht die doppelte Netzfrequenz aufweisen. Sie kann auch Netzfrequenz oder ein Vielfaches hiervon oder einem Brucheil hiervon haben. Durch das öffnen des Schalters(8) entsteht ein Zündimpuls, der die Leuchtstoffröhre(2) zündet (vgl. Zündzeitpunkte t1 in Figur 5). Danach fließt der Brennstrom bzw. Lampenstrom I2.
  • Solange der Netzschalter(6) und der Schalter(8) geschlossen sind, fließt über die Lampenelektroden(3,4) ein Heizstrom I3.
  • An die Steuerschaltung(9) ist ein Meßglied(11) angeschlossen (vgl.Fig.1). Dieses erfaßt die an der Lampenelektrode(4) abfallende Spannung U4. Das Meßglied(11) könnte auch so geschaltet sein, daß es die an der Lampenelektrode(3) abfallende Spannung U3 erfaßt. Es könnte auch so geschaltet sein, daß es die Spannung U2 erfaßt, welche die Summe der Spannungen U3 und U4 und der am Schalter(8) abfallenden Spannung ist.
  • Der ohmsche Widerstand der Lampenelektroden(3,4) weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf. Solange die Lampenelektroden(3,4) vergleichsweise kalt sind, weil beispielsweise die Beleuchtung durch öffnen des Netzschalters(6) abgeschaltet war, oder die Betriebsspannung U1 kurzzeitig ausgefallen war, oder die Leuchtstofflampe(1) gewechselt wurde, ist der ohmsche Widerstand der Lampenelektroden(3,4) wesentlich kleiner als im Betrieb.
  • Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist etwa folgende:
    Wird zum Einschalten der Lampenelektroden(3,4) der Netzschalter(6) geschlossen, dann fließt über die Lampenelektroden(3,4) und den Schalter(8) ein Heizstrom. Die Steuerschaltung(9) erfaßt die am Meßglied(11) abfallende Spannung und hält dadurch den Schalter(8) geschlossen. Er wird also nicht entsprechend der Netzfrequenz getaktet.
  • Durch den fließenden Heizstrom erwärmen sich die Lampenelektroden(3,4) allmählich und die Spannung U4 ändert sich dementsprechend. Es erfolgen in dieser Zeit keine Zündversuche durch öffnen des Schalters(8).
  • Haben die Lampenelektroden(3,4) ihre Betriebstemperatur erreicht, dann ändert sich die Spannung U4 nicht weiter, sondern bleibt im wesentlichen konstant. Dies wertet die Steuerschaltung(9) aus und öffnet erst jetzt den Schalter(8) periodisch.
  • Anstelle der Auswertung der Änderungen der Spannung U4, kann auch eine Auswertung des Erreichens eines Schwellwerts der Spannung U4 vorgesehen sein. Der Schwellwert ist in diesem Fall an der Steuerschaltung(9) eingestellt. Erst wenn der Schwellwert erreicht ist, die Lampenelektroden(3,4) also auf eine hinreichende Temperatur aufgeheizt sind, taktet die Steuerschaltung(9) den Schalter(8) periodisch.
  • In beiden Fällen kann zusätzlich ein Zeitglied(12) vorgesehen sein. Dieses begrenzt die Vorheizzeit auf einen Höchstwert. Damit ist gewährleistet, daß die Lampenelektroden(3,4) nicht überhitzt werden.
  • Die Vorheizung der Lampenelektroden(3,4) vor dem Netzfrequenzschaltbetrieb des Schalters(8) hat den Vorteil, daß die Lebensdauer der Lampenelektroden(3,4) beträchtlich erhöht ist, da Kaltstartversuche unterbleiben.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die Figur 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • An die beiden Pole(3',3'') der Lampenelektrode(3) ist ein Transformator(13) sekundärseitig angeschlossen. An die beiden Pole(4',4'') der Lampenelektrode(4) ist ein Transformator(14) sekundärseitig angeschlossen. Die Transformatoren(13,14) sind als "Spartransformator" ausgeführt, wobei ein Wicklungsteil(13' bzw. 14') der Primärwicklung(13'' bzw. 14'') die Sekundärwicklung bildet. Die Primärwicklungen(13'' bzw. 14'') liegen in Reihe zum Schalter(8).
  • Der bei geschlossenem Netzschalter(6) und geschlossenem Schalter(8) über die Primärwicklungen(13'',14'') fließende Strom wird höher transformiert, so daß durch die Lampenelektroden(3,4) ein entsprechend höherer Strom fließt. Dadurch wird erreicht, daß die anhand von Figur 1 beschriebene Vorheizzeit verkürzt wird.
  • Insbesondere wird auch erreicht, daß dann, wenn die ohmschen Widerstände der Lampenelektroden(3,4) niedriger sind, als dies an sich nach der Auslegung des Vorschaltgeräts(5) vorgesehen ist, die niederohmigen Lampenelektroden(3,4) mit einem hochtransformierten Strom vorgeheizt werden. Dies verhindert, daß an den niederohmigen, noch nicht ausreichend vorgeheizten Lampenelektroden(3,4) Kaltstartversuche erfolgen. Deren Lebensdauer verlängert sich dadurch.
  • Die Transformatoren(13,14) weisen jeweils einen magnetischen Kern(13''' bzw. 14''') auf (vgl. Figur 3). Vorzugsweise ist der Kern nichtlinear aufgebaut, indem er in einem Schenkel(15) einen stark reduzierten magnetischen Querschnitt aufweist. Dieser ist in Figur 3 als Teilspalt(16) dargestellt.
  • Es ergibt sich dann, daß bei niederohmigen Lampenelektroden(3,4) durch die Primärinduktivität des Transformators nur ein kleiner Magnetisierungsstrom fließt, der den Kern nicht übersteuert. Bei hochohmigen Lampenelektroden(3,4) dagegen entsteht infolge des eingeprägten Stromes eine höhere Spannung an der Wicklung. Dies reduziert die wirksame Primärinduktivität. Der Sekundärstrom nimmt dann nur noch geringfügig zu.
  • Durch den nichtlinearen Kern ist somit in vorteilhafter Weise erreicht, daß in niederohmigen Lampenelektroden eine kräftige Anhebung des Heizstroms erfolgt, wogegen sich in hochohmigen Elektroden der Heizstrom nur geringfügig vergrößert. Gleichzeitig ist auch erreicht, daß hohe Ummagnetisierungsverluste, die zu einer beträchtlichen Erhöhung der Temperatur der Transformatoren führen könnte, vermieden sind.
  • Die Schaltung nach Figur 2 erlaubt es auch, solche Leuchtstofflampen (Rapidstartlampen) zu verwenden, die einen höheren Heizstrom benötigen als andere Leuchtstofflampen (Starterlampen).
  • Die Schaltungsmaßnahmen nach den Figuren 1 und 2 lassen sich in einer Schaltungsanordnung gemeinsam anwenden. Die Messung der Spannung U4 kann dann zwischen den Polen(4' und 4'') erfolgen. Sie kann auch an der Primärwicklung(14'') erfolgen. Gleiches gilt für die Spannung U3. Es kann auch in diesem Fall eine Messung der Spannung U2 vorgesehen sein.
  • Wenn die Steuerschaltung(9) so ausgelegt ist, daß sie im Dimmbetrieb den Schalter(8) nicht in jeder Halbwelle der Netzwechselspannung, sondern nur in positiven oder negativen Halbwellen zündet, kann es genügen, nur einen der Transformatoren(13,14) vorzusehen.
  • Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 4 und 6 sind die dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein Meßglied(17) vorgesehen, das an die Steuerschaltung(9) angeschlossen ist. Sinkt die Betriebsspannung U1, dann verringert sich der Drosselstrom I1 und damit auch der Heizstrom I3, der im Dimmbetrieb in jeder Netzhalbwelle fließt und der durch die von der Steuerschaltung(9) gesteuerten Schaltzeitpunkte t1, t2 (vgl. Figur 5) begrenzt ist. Dadurch könnte es zu einer unerwünschten Abkühlung der Lampenelektroden(3,4) kommen, wobei durch diese Abkühlung die Lebensdauer der Leuchtstofflampe(1) verkürzt wäre.
  • Das Meßglied(17) mißt den Drosselstrom I1. Dieser wird in der Steuerschaltung(9) mit einem Sollwert verglichen. In Abhängigkeit davon lassen sich die Schaltzeitpunkte t1 bzw. t2 verschieben. Ist der Heizstrom I3 so abgesunken, daß er die Lampenelektroden(3,4) nur noch ungenügend beheizt, d. h. die Lampenelektroden abkühlen, dann werden die Zündzeitpunkte t1 in Richtung des Strommaximums, d. h. in Figur 5 nach rechts verschoben. Dadurch wird der Scheitelwert des Heizstromes I3 angehoben. Dies ist zunächst auch mit einer Verlängerung der Heizstromdauer verbunden. Daraus könnte sich eine Herabsetzung der Helligkeit der Leuchtstofflampe(1) ergeben, da die Dauer des Brennstroms I2 verkürzt wird. Um dies zu vermeiden, lassen sich innerhalb von Regelgrenzen die Zeitpunkte t2, zu denen der Schalter(8) geschlossen wird, d. h. der Brennstrom I2 endet und der Heizstrom I3 einsetzt, in Richtung des folgenden Stromnulldurchgangs, d. h. in Figur 5 nach rechts verschieben.
  • Umgekehrt kann auch bei einem Anstieg der Betriebsspannung U1 eine Erhöhung des Drosselstromes I1, die ebenfalls zu einer Schädigung der Lampenelektroden(3,4) führen könnte, vermieden werden. Hierfür werden die Zündzeitpunkte t1 bzw. t2 in Figur 5 entsprechend nach links verschoben.
  • Das zusätzliche Meßglied(17) nach Figur 4 läßt sich auch bei einer Schaltungsanordnung einsetzen, die die Merkmale der Schaltungsanordnungen nach den Figuren 1 und/oder 2 verwirklicht.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist ein Spannungswächter(18) für die Betriebsspannung U1 der Wechselspannungsquelle(7) vorgesehen. Dieser steuert einen weiteren Schalter(19), der in Reihe zum Netzschalter(6) liegt.
  • Der Spannungswächter(18) ist so ausgelegt, daß er bei Überspannungen oder Unterspannungen der Betriebsspannung U1 den Schalter(19) öffnet und ihn wieder schließt, wenn die Überspannung bzw. die Unterspannung nicht mehr vorliegt. Dadurch ist erreicht, daß solche Über- oder Unterspannungen unwirksam geschaltet werden, die das Vorschaltgerät(5) oder die Leuchtstofflampe(1) beschädigen könnten.
  • Der weitere Schalter(19) ist ein Halbleiterschalter, der wenigstens der maximal zulässigen Betriebsspannung U1 standhält. Vorzugsweise ist der Spannungswächter(16) so ausgelegt, daß er den Schalter(19) im spannungslosen Zustand einschaltet und im stromlosen Zustand abschaltet.
  • Auch die Schaltung des Ausführungsbeispiels nach Figur 6 läßt sich in eine oder mehrere der Schaltungen nach Figur 1 und/oder Figur 2 und/oder Figur 4 integrieren.
  • Die beschriebenen Schaltungsanordnungen lassen sich auch dann einsetzen, wenn zwei oder mehrere Leuchtstofflampen zusammengeschaltet sind. Nach Figur 7 sind zwei Leuchtstofflampen(1,1') an einem einzigen Vorschaltglied(5) in Serie geschaltet. Es ist hier nur eine einzige Steuerschaltung(9) für die beiden Schalter(8,8') erforderlich. Es genügt, das Meßglied(11) an einer der Lampenelektroden(3,4,3',4') vorzusehen. Gegebenenfalls ist auch nur ein Meßglied(17) erforderlich.
  • Nach Figur 8 sind die Vorschaltglieder(5,5') der Leuchtstofflampen(1,1') an der Wechselspannungsquelle(7) parallelgeschaltet. Es ist auch hier für die beiden Schalter(8,8') nur eine Steuerschaltung(9) erforderlich, an der die Meßglieder(11 und/oder 17) angeschlossen sind.

Claims (9)

  1. Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe an einem Wechselstromnetz, beispielsweise an einem Flugzeug-Bordnetz, mit einem zwischen den Lampenelektroden liegenden Schalter, der mittels einer Steuerschaltung schaltbar ist, wobei bei geschlossenem Schalter die Lampenelektroden geheizt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein eingangsseitig an die Steuerschaltung(9) angeschlossenes Meßglied(11) die an wenigstens einer Lampenelektrode(3,4) abfallende Spannung erfaßt und daß die Steuerschaltung(9) den Schalter(8) zum Zünden der Leuchtstofflampe(1) erst öffnet, wenn die erfaßte Spannung im wesentlichen konstant ist oder einen Schwellwert erreicht.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Steuerschaltung(9) den Schalter(8) zum Heizen der Lampenelektroden(3,4) schließt, wenn sich die vom Meßglied(11) erfaßte Spannung ändert oder den Schwellwert unterschreitet.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich die Vorheizzeit, während der das Meßglied(11) über die Steuerschaltung(9) den Schalter(8) geschlossen hält, über mehrere Halbwellen des Wechselstromnetzes erstreckt.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Zeitglied(12) vorgesehen ist, das die Vorheizzeit auf einen Maximalwert begrenzt.
  5. Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für wenigstens eine der Lampenelektroden(3,4) ein Transformator(13 bzw. 14) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung(13'' bzw. 14'') in Reihe zu dem Schalter(8) geschaltet ist und an dem sekundärseitig die Lampenelektrode(3 bzw. 4) liegt, so daß der bei geschlossenem Schalter(8) fließende Vorheizstrom vergrößert ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Transformator(13 bzw. 14) eine einzige Wicklung aufweist, die die Sekundärwicklung(13' bzw. 14') und die Primärwicklung(13'' bzw. 14'') bildet.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Transformator(13 bzw. 14) einen nichtlinearen Kern(13''' bzw. 14''') aufweist, so daß bei niederohmigen Lampenelektroden(3,4) sekundärseitig eine höhere Stromverstärkung auftritt als bei hochohmigen Lampenelektroden(3 bzw. 4).
  8. Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die Steuerschaltung im Dimmbetrieb den Schalter in phasenverschobenen Schaltzeitpunkten periodisch öffnet,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein an die Steuerschaltung(9) angeschlossenes Meßglied(17) im Dimmbetrieb die Betriebsspannung(U1) bzw. den Drosselstrom(I1) erfaßt, und daß beim Unterschreiten oder überschreiten eines Grenzwerts der Betriebsspannung (U1) bzw. des Drosselstroms(I1) die Steuerschaltung(9) die Schaltzeitpunkte(t1,t2) verschiebt.
  9. Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Spannungswächter(16) die Betriebsspannung U1 überwacht und daß der Spannungswächter(16) bei Spannungsabweichungen, die ein Vorschaltgerät(5) oder die Leuchtstofflampe(1) schädigen könnten, mittels eines weiteren Schalters(17) das Vorschaltgerät(5) und die Leuchtstofflampe(1) abschaltet.
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