EP1201106B1 - Elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

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EP1201106B1
EP1201106B1 EP00931065A EP00931065A EP1201106B1 EP 1201106 B1 EP1201106 B1 EP 1201106B1 EP 00931065 A EP00931065 A EP 00931065A EP 00931065 A EP00931065 A EP 00931065A EP 1201106 B1 EP1201106 B1 EP 1201106B1
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EP
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transformer
capacitor
discharge lamp
parallel
preheating
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English (en)
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Michael Winkel
Franz Tusch
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OMNITRONIX GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit 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
    • H05B41/295Circuit 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

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast according to the preamble of the main claim.
  • Electronic ballasts for operating low-pressure discharge lamps usually have one Preheat the electrodes, with a current controlled Preheating and a voltage controlled preheating are known.
  • current-controlled preheating the heating filaments of the discharge lamp are in Series operated with the lamp parallel capacitor. Due to a frequency shift there is a preheating possible, the preheating frequency higher than that Operating frequency is and with increasing frequency the current falls.
  • the amount of preheating, i.e. of the preheating current is determined by the size of the capacitor, the preheating frequency and the maximum preheating voltage determined on the illuminant. Depending on the lamp type However, this can lead to large operating losses and a very low starting voltage.
  • JP 02-312189 discloses a ballast for discharge lamps known to be a voltage controlled Has preheating with a heating transformer. there are the heating coils with switches connected to a secondary winding of the heating transformer.
  • the invention is therefore based on the object electronic ballast with preheating too create in which the operating losses due to Preheating can be kept low and excessive Inrush current is avoided.
  • the circuit for electronic ballasts shown in the figure has a standard half-bridge circuit as the output circuit of the ballast, which is represented by the electronic switches T1 and T2 and by the two half-bridge capacitors C H1 and C H2 .
  • the half-bridge circuit is connected to the supply voltage + U b .
  • a choke L1 is connected, which is connected to one connection of the heating filament 2 of the discharge lamp 1.
  • the other heating coil 3 is connected with a connection to the connection point of the two half-bridge capacitors C H1 , C H2 .
  • one or the other capacitor of the half-bridge can also be omitted.
  • the capacitor which is usually parallel to the lamp 1 is designated C 1 , the capacitor being connected to the primary winding 4 of a transformer 7 in accordance with the invention, in such a way that the series circuit comprising the capacitor C1 and the primary winding 4 is connected in parallel with the discharge lamp 1.
  • the capacitor C1 is dimensioned so that it does not reach the ignition voltage at the preheating frequency, which is, however, supplied by the frequency shift.
  • the transformer 7 has two secondary windings 5, 6, all windings being arranged on a toroidal core, so that the transformer 7 is designed as a toroidal core transformer.
  • the toroidal transformer 7 is characterized in that it immediately saturates when there is a surge above a limit, since there is no air gap.
  • the lamp parallel circuit that is to say a capacitor with a heating transformer, can be placed directly against + U b or ground (GN).
  • GN ground
  • a high-frequency AC voltage is generated after a very short time (a few microseconds), and at a higher preheating frequency, a current flows through the output resonant circuit consisting of inductor L1 and capacitor C1.
  • the voltage drop across the capacitor determines the preheating voltage.
  • the current flowing in the primary winding 4 induces via the toroid in the secondary windings the preheating currents for the heating coils 2, 3, which are limited by the saturation phenomenon in the toroid, since the toroid immediately into the when the ballast starts up, in which a high current flows Satiety has gone.
  • the voltage across capacitor C1 increases due to the beginning of resonance phenomena. The current is also increasing, but the toroid limits the heating currents here too.
  • the lamp ignites and the voltage collapses to the operating voltage of the lamp.
  • the reactive current through the capacitor C 1 is much smaller, as a result of which the heating current also becomes smaller and the losses in the heating coils 2, 3 are reduced.
  • the circuit is one of a current controlled Preheating and a voltage controlled preheating combined preheating given, the first Switch-on torque outweighs the current-controlled preheating, within a very short time in a voltage controlled Preheating passes over.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Elektronische Vorschaltgeräte zum Betreiben von Niederdruckentladungslampen weisen üblicherweise eine Vorheizung der Elektroden auf, wobei eine stromgesteuerte Vorheizung und eine spannungsgesteuerte Vorheizung bekannt sind. Bei der stromgesteuerten Vorheizung werden die Heizwendeln der Entladungslampe in Reihe mit dem Lampenparallelkondensator betrieben. Aufgrund einer Frequenzverschiebung ist eine Vorheizung möglich, wobei die Vorheizfrequenz höher als die Betriebsfrequenz ist und wobei mit steigender Frequenz der Strom fällt. Die Höhe der Vorheizung, d.h. des Vorheizstroms wird durch die Größe des Kondensators, die Vorheizfrequenz und die maximale Vorheizspannung am Leuchtmittel bestimmt. Je nach Leuchtmitteltyp kann es hierbei jedoch zu großen Betriebsverlusten und einer sehr geringen Startspannung kommen.
Darüber hinaus muß für jeden Leuchtmitteltyp ein ihm zugeordneten Kondensator verwendet werden, so daß das Vorschaltgerät immer auf den verwendeten Lampentyp angepaßt sein muß.
Bei der spannungsgesteuerten Vorheizung wird beispielsweise durch extra Heiztransformatoren oder Heizwicklungen auf der Ausgangsdrossel eine Spannung an die Heizwendeln angelegt. Auch hier ist eine Vorheizung durch Frequenzverschiebung möglich. Ein Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß der Lampenparallelkondensator relativ frei gewählt werden kann, ein entscheidender Nachteil ist jedoch, daß im ersten Moment bei kalten Heizwendeln ein relativ großer Heizstrom fließt und somit weitere Maßnahmen zur besseren Heizstromeinstellung nötig sind. Ein EVG mit einer solchen Vorheizung ist aus der EP 0 535 911 A1 und der EP 0 769 889 A1 bekannt, wobei der Heizstrom durch eine kapazitive Last bzw. einer kapazitiven und ohmschen Last begrenzt wird.
Aus der JP 02-312189 ist ein Vorschaltgerät für Entladungslampen bekannt, das eine spannungsgesteuerte Vorheizung mit einem Heiztransformator aufweist. Dabei sind die Heizwendeln über Schalter mit jeweils einer Sekundärwicklung des Heiztransformators verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronisches Vorschaltgerät mit Vorheizung zu schaffen, bei dem die Betriebsverluste aufgrund der Vorheizung gering gehalten werden und bei dem ein überhöhter Einschaltstrom vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Aufgrund der Verwendung eines Transformators, der beim Einschalten schnell in die Sättigung geht und bei dem die Primärwicklung in Reihe zu dem Lampenparallelkondensator geschaltet ist und bei dem jeweils eine Sekundärwicklung parallel zu der jeweiligen Heizwendel liegt, werden praktisch beide vorbekannten Vorheizmethoden miteinander verknüpft. Im ersten Einschaitmoment überwiegt die stromgesteuerte Vorheizung, um binnen kürzester Zeit in ein spannungsgesteuerte Vorheizung überzugehen. Dadurch entfällt ein erster stark überhöhter Einschaltstrom, so daß auch empfindliche Heizwendeln ohne größeren zusätzlichen Aufwand angesteuert werden können. Darüber hinaus kann ein sogenanntes Universal EVG zur Verfügung gestellt werden, da der Lampenparallelkondensator relativ frei gewählt werden kann und somit nur ein Kondensator für alle bzw. mehrere Leuchtmitteltypen verwendet werden kann.
Da nur ein Kondensator notwendig ist, der sowohl die Funktion der Lieferung der Zündspannung als auch die Funktion der Lieferung der Vorheizenergie mit Begrenzung durch den Ringkerntransformator übernimmt, können Bauteile gespart werden, d.h. der Bauteileaufwand gegenüber dem Stand der Technik ist weitaus geringer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines von einem Wechselrichter versorgten Lastkreises.
Die in der Figur dargestellte Schaltung für elektronische Vorschaltgeräte weist als Ausgangskreis des Vorschaltgerätes eine Standard-Halbbrückenschaltung auf, die durch die elektronischen Schalter T1 und T2 sowie durch die zwei Halbbrückenkondensatoren CH1 und CH2 dargestellt ist. Die Halbbrückenschaltung liegt an der Versorgungsspannung +Ub. An den Verbindungspunkt zwischen den zwei elektronischen Schaltern T1, T2 ist eine Drossel L1 geschaltet, die mit dem einen Anschluß der einen Heizwendel 2 der Entladungslampe 1 verbunden ist. Die andere Heizwendel 3 ist mit einem Anschluß mit dem Verbindungspunkt der zwei Halbbrückenkondensatoren CH1, CH2 verbunden. Normalerweise kann jedoch auch der eine oder der andere Kondensator der Halbbrücke entfallen.
Der üblicherweise parallel zur Lampe 1 liegende Kondensator ist mit C1 bezeichnet, wobei entsprechen der Erfindung der Kondensator mit der Primärwicklung 4 eines Transformators 7 verbunden ist, derart, daß zur Entladungslampe 1 parallel die Reihenschaltung bestehend aus Kondensator C1 und Primärwicklung 4 liegt. Der Kondensator C1 ist dabei so bemessen, daß er bei der Vorheizfrequenz nicht die Zündspannung erreicht, die aber dazu durch die Frequenzverschiebung geliefert wird. Der Transformator 7 weist neben der Primärwicklung 4 zwei Sekundärwicklungen 5, 6 auf, wobei alle Wicklungen auf einem Ringkern angeordnet sind, so daß der Transformator 7 als Ringkerntransformator ausgebildet ist. In Reihe mit der jeweiligen Sekundärwicklung 5, 6 liegt ein Koppelkondensator Ck1 und Ck2, wobei Koppelkondensator und Sekundärwicklung jeweils parallel zur jeweiligen Heizwendel 2,3 angeordnet sind. Die Koppelkondensatoren dienen zur Gleichstromentkopplung. Der Ringkerntransformator 7 zeichnet sich dadurch aus, daß er bei einem über einer Grenze liegenden Stromstoß sofort in die Sättigung geht, da kein Luftspalt vorhanden ist.
In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Lampenparallelkreis, d.h. Kondensator mit Heiztransformator direkt gegen +Ub oder Masse (GN)) gelegt werden. Eine Anbindung an die kapazitive Halbbrücke ist nicht unbedingt erforderlich.
Im Moment des Einschaltens wird nach kürzester Zeit (ein paar Mikrosekunden) eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, und bei höherer Vorheizfrequenz fließt ein Strom durch den Ausgangsschwingkreis bestehend aus Drossel L1 und Kondensator C1. Der Spannungsabfall am Kondensator bestimmt die Vorheizspannung. Der in der Primärwicklung 4 fließende Strom induziert über den Ringkern in den Sekundärwicklungen die Vorheizströme für die Heizwendeln 2, 3, die über die Sättigungserscheinung im Ringkern begrenzt werden, da der Ringkern beim Hochlaufen des Vorschaltgerätes, bei dem ein hoher Strom fließt, sofort in die Sättigung gegangen ist. Beim Übergang zur Normalfrequenz wird die Spannung über den Kondensator C1 durch beginnende Resonanzerscheinungen immer größer. Auch der Strom wird immer größer, jedoch begrenzt der Ringkern auch hier die Heizströme. Sobald die Zündspannung des Leuchtmittels bzw. der Entladungslampe 1 erreicht ist, zündet die Lampe und die Spannung bricht auf die Betriebsspannung der Lampe zusammen. Bei der Betriebsfrequenz ist der Blindstrom durch den Kondensator C1 viel kleiner, wodurch auch der Heizstrom kleiner wird und die Verluste in den Heizwendeln 2, 3 verringern sich.
Durch die Schaltung ist eine aus einer stromgesteuerten Vorheizung und einer spannungsgesteuerten Vorheizung kombinierte Vorheizung gegeben, wobei im ersten Einschaltmoment die stromgesteuerte Vorheizung überwiegt, die binnen kürzester Zeit in eine spannungsgesteuerte Vorheizung übergeht.

Claims (3)

  1. Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Niederdruckentladungslampen mit einem Wechselrichter, der mindestens einen Lastkreis versorgt, wobei der Lastkreis eine Entladungslampe (1), eine zu dieser in Reihe geschaltete Drossel (L1) sowie einen parallel zur Entladungslampe liegenden, die Zündspannung für die Entladungslampe liefernden Kondensator (C1) aufweist und wobei die Entladungslampe Elektroden (1, 2) besitzt, die über einen Heiztransformator (7) beheizbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (4) des Transformators (7) in Reihe mit dem Kondensator (C1) und diese Reihenschaltung parallel zur Entladungslampe (1) liegt, und parallel zu den Elektroden jeweils eine Sekundärwicklung (5, 6) geschaltet sind, wobei der Transformator (7) derart ausgebildet ist, dass er beim Einschalten schnell in die Sättigung geht.
  2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen (5, 6) jeweils in Reihe mit einem Koppelkondensator (Ck1, Ck2) liegen.
  3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (7) als Ringkerntransformator ausgebildet ist.
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