EP0762807A2 - Schaltungsanordnung zum Betreiben von Glimm-Leuchtstofflampen - Google Patents

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EP0762807A2 EP96113262A EP96113262A EP0762807A2 EP 0762807 A2 EP0762807 A2 EP 0762807A2 EP 96113262 A EP96113262 A EP 96113262A EP 96113262 A EP96113262 A EP 96113262A EP 0762807 A2 EP0762807 A2 EP 0762807A2
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Christoph Rossmann
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
    • H05B41/20—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 no starting switch
    • H05B41/23—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 no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/232—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 no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
    • H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement with a transformer for operating glow fluorescent lamps on a mains voltage according to the preamble of claim 1.
  • Glow fluorescent lamps require a power source that provides a high ignition voltage at the beginning of each ignition phase, which breaks down immediately after the glow fluorescent lamp is lit to the burning voltage and from then on delivers the desired burning current as linearly as possible at this voltage until the current phase ends.
  • the currentless period until the next ignition should be as short as possible, since the more the rapidly decaying ionization has to be built up, the higher the ignition voltage for the next combustion phase. This fact has made it impossible to operate glow fluorescent lamps with conventional 50 Hz transformers.
  • the object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement with a transformer for operating glow fluorescent lamps on a mains voltage, which has a high efficiency and is inexpensive to manufacture.
  • the glow fluorescent lamps should thus be able to ignite safely and operate without flickering.
  • the construction of the transformer core from three legs, whereby at least one leg does not have a winding, makes it possible to achieve sufficiently high ignition voltages of approx. 1000 V, which break down to ignition voltages of approx. 200 V immediately after ignition.
  • the following process takes place in the transformer: as the primary voltage increases, a corresponding force field is built up in the circle of the magnetic core formed from the first and second legs and the two yokes. An induced voltage develops in the secondary winding, which ignites the lamp when the ignition voltage required for the glow fluorescent lamp is reached. The secondary voltage then drops to the operating voltage. The still increasing primary voltage now magnetizes the third leg (s) without winding, which until now has been almost non-magnetized, and closes the circle of force lines via the first leg, the second leg being passed over.
  • the magnetism stored in the third leg or in the third legs flows back again via the yokes, preferably on the shorter path via the second leg, and transfers part of its energy to the secondary winding or to the Lamp off. This would not be possible without the third leg, since at this point in time no more energy could be delivered to the lamp due to the decaying mains sine voltage via the secondary winding. This means that the lamp has a longer burning time than would result from the sine half-wave.
  • the backflow from this leg can be placed exactly in the zero crossing of the primary voltage.
  • the magnetic reflux then magnetises the second leg in the coming opposite direction and thus causes the ignition voltage to be reached in the next phase at an earlier point in time.
  • the shorter time interval until the secondary voltage rises in the following phase has the effect that the ionization in the ignition path of the lamp has also decayed less, and thus a lower ignition voltage is required for the re-ignition.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention for operating a glow fluorescent lamp GLL of the T4 type with a power consumption of 5 W on a mains AC voltage of 230 V.
  • the transformer TR has three windings, a primary winding Wa, a first winding part Wb1 of the secondary winding and a second winding part Wb2 of the secondary winding.
  • the primary winding Wa and the first part of the secondary winding Wb1 are attached to a first leg I of the magnetic core (see FIG. 2) and are electrically connected to one another.
  • the second winding part Wb2 of the secondary winding is attached to the second leg II of the magnetic core.
  • a PTC thermistor is connected in the primary circuit, which serves as a fuse element.
  • Figure 2 shows the structure of the E and I core sheets on a scale of 2: 1 for a transformer TR, as used in the circuit arrangement shown in Figure 1.
  • the figure shows the dimensions of the core sheets in mm.
  • the core sheets are made of type St 12 iron and have a thickness of 0.63 mm. 16 such sheets are required for the magnetic core of the transformer listed above.
  • the windings consist of a lacquered copper wire and have the following dimensions: Primary winding Wa Secondary winding Wb1 Secondary winding Wb2 Number of turns 7,600 8 630 22 880 Wire thickness 0.05 mm 0.04 mm 0.04 mm

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Abstract

Die Schaltungsanordnung zum Betreiben von Glimm-Leuchtstofflampen (GLL) an einem Netz beinhaltet einen Transformator (TR) mit Magnetkern, einen Primärstromkreis mit einer Primärwicklung, der mit dem Netz, sowie einen Sekundärstromkreis mit einer Sekundärwicklung, der mit der Glimm-Leuchtstofflampe verbunden ist. Der Magnetkern des Transformators (TR) weist mindestens drei Schenkel (I, II, III) sowie zwei Joche auf. Die Primärwicklung (Wa) ist auf einen ersten Schenkel (I), ein erster Wicklungsteil (Wb1) der Sekundärwicklung auf denselben ersten Schenkel (I) und ein zweiter Wicklungsteil (Wb2) der Sekundärwicklung auf einen zweiten Schenkel (II) gewickelt. Mindestens ein dritter Schenkel (III) ist frei von jeglichen Wicklungen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Transformator zum Betreiben von Glimm-Leuchtstofflampen an einer Netzspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bisher wurden für den Betrieb von Glimm-Leuchtstofflampen Streufeldtransformatoren bzw. lose gekoppelte Transformatoren, bei denen der Innenwiderstand durch Herabsetzung des Wirkungsgrades erhöht wurde, verwendet. Außerdem kamen andere Behelfsvorrichtungen, wie der Einsatz weiterer Bauteile sowie Zündhilfselektroden zur Anwendung.
  • Glimm-Leuchtstofflampen benötigen eine Stromquelle, die zu Beginn jeder Zündphase eine hohe Zündspannung bereitstellt, die sofort nach Zündung der Glimm-Leuchtstofflampe auf die Brennspannung zusammenbricht und von da an möglichst linear bei dieser Spannung den gewünschten Brennstrom liefert, bis die Stromphase zu Ende ist. Die stromlose Zeitspanne bis zur nächsten Zündung soll so kurz wie möglich sein, da die Zündspannung für die nächste Brennphase um so höher sein muß, je mehr die rasch abklingende Ionisation neu aufzubauen ist. Dieser Umstand machte daher bisher den Betrieb von Glimm-Leuchtstofflampen mit herkömmlichen 50 Hz-Transformatoren unmöglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung mit einem Transformator zum Betrieb von Glimm-Leuchtstofflampen an einer Netzspannung zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad besitzt und kostengünstig herzustellen ist. Die Glimm-Leuchtstofflampen sollen damit sicher zu zünden und flackerfrei zu betreiben sein.
  • Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale der Schaltungsanordnung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch den Aufbau des Transformatorkerns aus drei Schenkeln, wobei zumindest ein Schenkel keine Wicklung trägt, wird es möglich, ausreichend hohe Zündspannungen von ca. 1000 V zu erzielen, die sofort nach erfolgter Zündung auf Brennspannungen von ca. 200 V zusammenbrechen.
  • Nach dem Anlegen der Netzspannung an die Schaltungsanordnung läuft im Transformator folgender Vorgang ab: mit steigender Primärspannung wird in dem aus dem ersten und zweiten Schenkel und den beiden Jochen gebildeten Kreis des Magnetkerns ein entsprechendes Kraftfeld aufgebaut. In der Sekundärwicklung entsteht eine induzierte Spannung, die bei Erreichen der für die Glimm-Leuchtstofflampe notwendigen Zündspannung die Lampe zündet. Die Sekundärspannung sinkt anschließend auf die Brennspannung ab. Die noch immer ansteigende Primärspannung magnetisiert nun den bzw. die bis dahin nahezu nicht magnetisierten dritten Schenkel ohne Wicklung und schließt den Kraftlinienkreis über den ersten Schenkel, wobei der zweite Schenkel übergangen wird. Beim nachfolgenden Abbau der Felddichte aufgrund der sinkenden Primärspannung fließt der im dritten Schenkel bzw. in den dritten Schenkeln gespeicherte Magnetismus über die Joche wieder zurück, bevorzugt auf dem kürzeren Weg über den zweiten Schenkel und gibt einen Teil seiner Energie an die Sekundärwicklung bzw. an die Lampe ab. Dies wäre ohne den dritten Schenkel nicht möglich, da zu diesem Zeitpunkt aufgrund der abklingenden Netz-Sinusspannung über die Sekundärwicklung keine Energie mehr an die Lampe abgegeben werden könnte. Es stellt sich somit an der Lampe eine längere Brenndauer ein, als es sich aus der Sinushalbwelle ergeben würde.
  • Durch eine entsprechende Dimensionierung der Permeabilität des dritten Schenkels kann der Rückfluß aus diesem Schenkel genau in den Nulldurchgang der Primärspannung gelegt werden. Der magnetische Rückfluß magnetisiert dann den zweiten Schenkel in die kommende Gegenrichtung vor und bewirkt so das Erreichen der Zündspannung in der nächsten Phase zu einem früheren Zeitpunkt. Das dadurch kürzere Zeitintervall bis zum Anstieg der Sekundärspannung in der folgenden Phase bewirkt, daß auch die Ionisation in der Zündstrecke der Lampe weniger abgeklungen ist, und somit eine geringere Zündspannung für die Wiederzündung benötigt wird.
  • Somit ergeben sich in jeder Phase kürzere Wiederzündzeiten und die Lampe brennt immer gleichmäßiger.
  • Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht.
    • Figur 1
    zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Transformator
    Figur 2
    zeigt den Aufbau der Magnetkernbleche für einen Transformator, wie er in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 Verwendung findet
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Glimm-Leuchtstofflampe GLL vom Typ T4 mit einer Leistungsaufnahme von 5 W an einer Netz-Wechselspannung von 230 V dargestellt. Der Transformator TR weist drei Wicklungen auf, eine Primärwicklung Wa, einen ersten Wicklungsteil Wb1 der Sekundärwicklung und einen zweiten Wicklungsteil Wb2 der Sekundärwicklung. Die Primärwicklung Wa und der erste Teil der Sekundärwicklung Wb1 sind auf einem ersten Schenkel I des Magnetkerns (s. Figur 2) angebracht und elektrisch miteinander verbunden. Der zweite Wicklungsteil Wb2 der Sekundärwicklung ist auf dem zweiten Schenkel II des Magnetkerns angebracht. Außerdem ist in den Primärkreis ein Kaltleiter PTC geschaltet, der als Sicherungselement dient.
  • Figur 2 zeigt den Aufbau der E- und I-Kernbleche im Maßstab 2:1 für einen Transformator TR, wie er in der in Figur 1 aufgeführten Schaltungsanordnung verwendet wird. In der Figur sind die Abmessungen der Kernbleche in mm aufgeführt. Die Kernbleche bestehen aus Eisenblech vom Typ St 12 und haben eine Dicke von 0,63 mm. Für den Magnetkern des oben aufgeführten Transformators werden 16 solcher Bleche benötigt.
  • Die Wicklungen bestehen aus einem lackierten Kupferdraht und haben folgende Abmessungen:
    Primärwicklung Wa Sekundärwicklung Wb1 Sekundärwicklung Wb2
    Windungszahl 7 600 8 630 22 880
    Drahtdicke 0,05 mm 0,04 mm 0,04 mm

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung zum Betreiben von Glimm-Leuchtstofflampen (GLL) an einem Netz, wobei die Schaltungsanordnung einen Transformator (TR) mit Magnetkern, einen Primärstromkreis mit einer Primärwicklung, der mit dem Netz, und einen Sekundärstromkreis mit einer Sekundärwicklung, der mit der Glimm-Leuchtstofflampe (GLL) verbunden ist, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern des Transformators (TR) mindestens drei Schenkel (I, II, III) sowie zwei Joche aufweist, wobei die Primärwicklung (Wa) auf einen ersten Schenkel (I), ein erster Wicklungsteil (Wb1) der Sekundärwicklung auf denselben ersten Schenkel (I) sowie ein zweiter Wicklungsteil (Wb2) der Sekundärwicklung auf einen zweiten Schenkel (II) gewickelt ist und mindestens ein dritter Schenkel (III) frei von Wicklungen ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schenkel und Joche des Magnetkerns unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern aus E- und I-Kernblechen zusammengesetzt ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Primärwicklung (Wa) kleiner als die Windungszahl des ersten Wicklungsteils (Wb1) der Sekundärwicklung auf dem ersten Schenkel (I) ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl des zweiten Wicklungsteils (Wb2) der Sekundärwicklung auf dem zweiten Schenkel (II) größer als die Summe der Windungszahlen der Primärwicklung (Wa) und des ersten Wicklungsteils (Wb1) der Sekundärwicklung auf dem ersten Schenkel (I) ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstromkreis mit dem Primärstromkreis elektrische verbunden ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Magnetkern-Material des mindestens einen dritten Schenkels (III), der frei von Wicklungen ist, in Material und Aufbau von den anderen Schenkeln unterscheidet.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine dritte Schenkel, der frei von Wicklungen ist, über mindestens einen definierten Luftspalt mit den Jochen verbunden ist.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung gleichzeitig das erste Wicklungsteil der Sekundärwicklung auf dem ersten Schenkel bildet.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Primärstromkreis zusätzlich ein Kaltleiter (PTC) geschaltet ist.
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