EP1202612A2 - Beleuchtungssystem mit schonender Vorheizung von Gasentladungslampen - Google Patents

Beleuchtungssystem mit schonender Vorheizung von Gasentladungslampen Download PDF

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EP1202612A2 EP01123438A EP01123438A EP1202612A2 EP 1202612 A2 EP1202612 A2 EP 1202612A2 EP 01123438 A EP01123438 A EP 01123438A EP 01123438 A EP01123438 A EP 01123438A EP 1202612 A2 EP1202612 A2 EP 1202612A2
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Alfons Lechner
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Osram GmbH
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a lighting system consisting of an electronic operating device and at least one gas discharge lamp with filaments.
  • a lighting system consisting of an electronic operating device and at least one gas discharge lamp with filaments.
  • the preheating process of the gas discharge lamps is to be improved.
  • An alternating voltage generator feeds in an electronic operating device for gas discharge lamps G, which works at a frequency that is significantly higher than the grid frequency, energy in a load circuit.
  • the AC voltage generator G is connected to one Load circuit, consisting of a lamp choke L1, a resonance capacitor C1 and a gas discharge lamp Lp.
  • the following is the gas discharge lamp called lamp for short.
  • the lamp choke usually forms L1 and the resonance capacitor C1 a series resonant circuit, the the AC voltage generator G is connected.
  • the lamp Lp is parallel to the Resonance capacitor C1 switched. This configuration is not just for operation the lamp Lp suitable, but also allows the lamp to ignite.
  • the load circuit Before the When the lamp is ignited, the load circuit is a high-quality series resonant circuit. If this resonant circuit is excited with its resonance frequency, then it is created above the Lamp Lp a high voltage, which leads to the ignition of the lamp. To increase the Before the ignition, the life of the lamp must be the filaments W1 and W2 Lamp Lp can be preheated. In order to implement the preheating, the one shown in FIG 1 circuit shown proven. The resonance capacitor C1 is not directly connected the lamp inductor L1 and the alternating voltage generator G. Much more the connection to the lamp choke L1 is made via the filament W1 and the connection to the alternating voltage generator G via the helix W2.
  • the preheating current must be strong enough to turn the filaments to the required temperature in a time that should be in the range of one second heat.
  • the frequency of the voltage, that of the AC voltage generator G emits during preheating should not be selected too high.
  • the voltage at the lamp Lp must not increase during preheating be high, as otherwise glow discharges that damage the filament will occur.
  • the frequency of the voltage generated by the AC generator G during the Output preheating should not be chosen too low.
  • the decisive factor is that of Lamp manufacturer specified non-ignition voltage. It is allowed during preheating not be exceeded. For many lamps there is no frequency for the while the preheating voltage output by the alternating voltage generator G, for which both of the above Conditions are met. All possible frequencies are either too close to the resonance frequency of the series resonant circuit, consisting of lamp choke L1 and resonance capacitor C1, and thus result in too high a voltage on the lamp Lp, or they are too far from the resonance frequency and result thus a too low preheating current.
  • This task is by a lighting system with the features of the preamble of the claim 1 solved by the features of the characterizing part of claim 1.
  • the resonance capacitor C1 described above is replaced by an impedance network that has the following properties: the impedance function of the impedance network has a zero at frequency f1.
  • the impedance network is over the Filaments W1, W2 connected in series with lamp choke L1.
  • the series connection of the Impedance network with the lamp choke L1 has an impedance function with a zero at frequency f2.
  • the AC voltage generator is used for preheating G now a voltage whose essential spectral component at a frequency lies close to the frequency f1 for the zero point of the impedance function of the Impedance network.
  • Near frequency f1 describes in this context a frequency range from 0.8 * f1 to 1.2 * f1.
  • the AC generator G outputs a voltage for ignition whose essential spectral component is at a frequency that is close to the frequency f2 for the zero point of the impedance function of the series connection, consisting of the lamp choke L1 and the impedance network.
  • a preheating circuit according to the invention can also be used for lighting systems multiple lamps can be used. All combinations of parallel and Series connection possible. With the parallel connection, several lamp circuits, which an impedance network according to the invention, a lamp choke and a Lamp included, connected in parallel. With the series connection only the Lamps can be connected in series. Then it is sufficient that the invention Impedance network with a helix connection of the first and the last

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Abstract

Bei einem Beleuchtungssystem, das ein elektronisches Betriebsgerät und eine Gasentladungslampe mit Wendeln enthält, ist jeweils ein Wendelanschluss mit einem Impedanznetzwerk verbunden. Das Impedanznetzwerk hat eine Impedanzfunktion mit einer Nullstelle bei der Frequenz f1. Zur Vorheizung gibt das elektronische Betriebsgerät eine Spannung ab, deren Frequenz nahe der Frequenz f1 liegt. Damit wird erreicht, dass während der Vorheizung die Spannung über der Lampe unterhalb der Nichtzündspannung liegt. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, das aus einem elektronischen Betriebsgerät und mindestens einer Gasentladungslampe mit Wendeln besteht. Insbesondere soll der Vorheizvorgang der Gasentladungslampen verbessert werden.
Stand der Technik
In einem elektronischen Betriebsgerät für Gasentladungslampen speist ein Wechselspannungsgenerator G, der bei einer Frequenz arbeitet die wesentlich höher liegt als die Netzfrequenz, Energie in einen Lastkreis. In Figur 1 ist dieser Sachverhalt in einem Prinzipschaltbild dargestellt. Der Wechselspannungsgenerator G ist an einen Lastkreis, bestehend aus einer Lampendrossel L1, einem Resonanzkondensator C1 und einer Gasentladungslampe Lp, angeschlossen. Im folgenden wird die Gasentladungslampe kurz Lampe genannt. Meist bildet, wie in Figur 1 dargestellt, die Lampendrossel L1 und der Resonanzkondensator C1 einen Serienschwingkreis, der an den Wechselspannungsgenerator G angeschlossen ist. Die Lampe Lp ist parallel zum Resonanzkondensator C1 geschaltet. Diese Konfiguration ist nicht nur zum Betrieb der Lampe Lp geeignet, sondern ermöglicht auch die Zündung der Lampe. Vor der Zündung der Lampe stellt der Lastkreis einen Serienschwingkreis hoher Güte dar. Wird dieser Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, so entsteht über der Lampe Lp eine hohe Spannung, die zur Zündung der Lampe führt. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Lampe müssen vor der Zündung die Wendeln W1 und W2 der Lampe Lp vorgeheizt werden. Zur Realisierung der Vorheizung hat sich die in Figur 1 dargestellte Schaltung bewährt. Der Resonanzkondensator C1 wird nicht direkt mit der Lampendrossel L1 und dem Wechselspannungsgenerator G verbunden. Vielmehr erfolgt der Anschluss zur Lampendrossel L1 über die Wendel W1 und der Anschluss zum Wechselspannungsgenerator G über die Wendel W2. Zum Vorheizen gibt der Wechselspannungsgenerator G eine Spannung ab, deren Frequenz deutlich über der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises, bestehend aus der Lampendrossel L1 und dem Resonanzkondensator C1, liegt. Somit führen die Wendeln W1, W2 bereits vor der Zündung Strom und werden vorgeheizt. Dieser Vorheizvorgang führt jedoch in ein Dilemma: Zum einen muss der Vorheizstrom stark genug sein, um die Wendeln in einer Zeit, die im Bereich einer Sekunde sein soll, auf die notwendige Temperatur aufzuheizen. Dazu darf die Frequenz der Spannung, die der Wechselspannungsgenerators G während der Vorheizung abgibt, nicht zu hoch gewählt werden. Zum anderen darf während der Vorheizung die Spannung an der Lampe Lp nicht zu hoch sein, da es sonst zu wendelschädigenden Glimmentladungen kommt. Dazu darf die Frequenz der Spannung, die der Wechselspannungsgenerators G während der Vorheizung abgibt, nicht zu niedrig gewählt werden. Maßgeblich dafür ist die vom Lampenhersteller angegebene Nichtzündspannung. Sie darf während der Vorheizung nicht überschritten werden. Für viele Lampen gibt es keine Frequenz für die während der Vorheizung vom Wechselspannungsgenerators G abgegebene Spannung, für die beide o. g. Bedingungen erfüllt sind. Alle möglichen Frequenzen liegen entweder zu nahe an der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises, bestehend aus Lampendrossel L1 und Resonanzkondensators C1, und ergeben somit eine zu hohe Spannung an der Lampe Lp, oder sie sind zu weit von der Resonanzfrequenz entfernt und ergeben somit einen zu niedrigen Vorheizstrom.
Darstellung der Erfindung
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem bereitzustellen, bei dem die Lampen in kurzer Zeit vorgeheizt werden können, ohne dass die für die Lampen angegebene Nichtzündspannung überschritten wird. Diese Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Für Beleuchtungssysteme mit mehreren Lampen gilt entsprechend Anspruch 4. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird der oben beschriebene Resonanzkondensator C1 ersetzt durch ein Impedanznetzwerk, das folgende Eigenschaften aufweist: Die Impedanzfunktion des Impedanznetzwerks besitzt eine Nullstelle bei der Frequenz f1. Entsprechend den obigen Ausführungen zum Stand der Technik, ist das Impedanznetzwerk über die Wendeln W1, W2 in Serie zur Lampendrossel L1 geschaltet. Die Serienschaltung des Impedanznetzwerks mit der Lampendrossel L1 besitzt eine Impedanzfunktion mit einer Nullstelle bei der Frequenz f2. Zum Vorheizen gibt der Wechselspannungsgenerator G nun eine Spannung ab, deren wesentlicher Spektralanteil bei einer Frequenz liegt, die nahe der Frequenz f1 für die Nullstelle der Impedanzfunktion des Impedanznetzwerks liegt. "Nahe der Frequenz f1" beschreibt in diesem Zusammenhang einen Frequenzbereich von 0,8*f1 bis 1,2*f1. Dadurch ist die Spannung an der Lampe niedrig (unter der Nichtzündspannung) und gleichzeitig ist ein genügend hoher Strom durch die Wendeln W1, W2 realisierbar, der eine Vorheizzeit unter einer Sekunde erlaubt. Zum Zünden gibt der Wechselspannungsgenerator G eine Spannung ab, deren wesentlicher Spektralanteil bei einer Frequenz liegt, die nahe der Frequenz f2 für die Nullstelle der Impedanzfunktion der Serienschaltung, bestehend aus der Lampendrossel L1 und dem Impedanznetzwerk, liegt.
Eine einfache Ausgestaltung des Impedanznetzwerks besteht aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Spule. Hat der Kondensator die Kapazität C und die Spule die Induktivität L, so liegt die Nullstelle der Impedanzfunktion bei der Frequenz f 1 = 1/2π LC .
Eine erfindungsgemäße Vorheizschaltung kann auch für Beleuchtungssysteme mit mehreren Lampen eingesetzt werden. Dabei sind alle Kombinationen aus Parallel-und Serienschaltung möglich. Bei der Parallelschaltung werden mehrere Lampenkreise, die ein erfindungsgemäßes Impedanznetzwerk, eine Lampendrossel und eine Lampe enthalten, parallel geschaltet. Bei der Serienschaltung werden lediglich die Lampen in Serie geschaltet werden. Dann ist es ausreichend das erfindungsgemäße Impedanznetzwerk mit jeweils einem Wendelanschluss der ersten und der letzten
Lampe der Serienschaltung von Lampen zu verbinden.
Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1
ein Prinzipschaltbild zum Stand der Technik
Figur 2
ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Figur 1 wurde bereits in den Ausführungen zum Stand der Technik erläutert.
In Figur 2 ist der Wechselspannungsgenerator G als Halbbrückenwechselrichter ausgeführt. Diese Schaltung hat sich für Betriebgeräte für Lampen wegen ihrer niedrigen Kosten und ihrer Zuverlässigkeit verbreitet. Sie besteht im wesentlichen aus einer Serienschaltung zweier Schalter S1 und S2. Sie wird gespeist von einer Gleichspannungsquelle DC. Soll die Halbbrücke an einem Wechselstromnetz betrieben werden, so sind zwischen Netzanschluss und Halbbrücke geeignete Schaltungen einzufügen, die eine Gleichspannungsquelle nachbilden. In der Praxis können für die Schalter S1 und S2 alle Halbleiterschalter wie z.B. Bipolartransistor, FET oder IGBT eingesetzt werden. Die Schalter S1 und S2 werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Damit steht am Verbindungspunkt der Schalter S1 und S2 eine Wechselspannung zur Verfügung. An diesem Verbindungspunkt ist die Serienschaltung bestehend aus einer Lampendrossel L21, einer Lampe Lp und einem Koppelkondensator C22 angeschlossen. Das andere Ende dieser Serienschaltung ist mit dem Plus- oder Minuspol der Gleichspannungsquelle DC verbunden. Da die Lampe die Wendeln W1 und W2 beinhaltet, besitzt sie vier Anschlüsse; zwei für jede Wendel. Jeweils ein Anschluss einer Wendel wird für die Serienschaltung mit Lampendrossel L21 und Koppelkondensator C22 verwendet. Zwischen den jeweils anderen Anschlüssen ist erfindungsgemäß ein Impedanznetzwerk bestehend aus der Serienschaltung eines Kondensators C21 und einer Spule L22 geschaltet. Der Kondensator C22 dient zum Abtrennen des Gleichanteils der von der Halbbrücke gelieferten Wechselspannung. Zum Vorheizen wird nun die Halbbrücke so getaktet, dass sie eine rechteckförmige Wechselspannung mit einer Frequenz f1 abgibt, die nahe bei der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises bestehend aus dem Kondensator C21 und der Spule L22 liegt. Für ein Beleuchtungssystem mit einer 20W Leuchtstofflampe sind folgende Werte geeignet:
  • Lampendrossel L21: 1,7mH
  • Kondensator C21: 2,7nF
  • Spule L22: 1,8mH
  • Koppelkondensator C22: 100nF
  • Vorheizfrequenz f1: 65kHz

    • Claims (4)

    1. Ein Beleuchtungssystem, das ein elektronisches Betriebsgerät und eine Gasentladungslampe mit Wendeln enthält, dadurch gekennzeichnet, dass von jeder Wendel ein Wendelanschluss mit einem Impedanznetzwerk verbunden ist, dessen Impedanzfunktion eine Nullstelle bei einer Frequenz aufweist, die nahe einer Frequenz ist, die das elektronische Betriebsgerät vor der Zündung der Gasentladungslampe erzeugt.
    2. Ein Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Impedanznetzwerk eine Serienschaltung eines Kondensators (C21) und einer Spule (L22) enthält.
    3. Ein Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Betriebsgerät einen Halbbrückenwechselrichter enthält.
    4. Ein Beleuchtungssystem, das ein elektronisches Betriebsgerät und mehrere in Serie geschaltete Gasentladungslampen mit Wendeln enthält, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten und der letzten Gasentladungslampe der Serienschaltung jeweils ein Wendelanschluss mit einem Impedanznetzwerk verbunden ist, dessen Impedanzfunktion eine Nullstelle bei einer Frequenz aufweist, die nahe einer Frequenz ist, die das elektronische Betriebsgerät vor der Zündung der Gasentladungslampe erzeugt.
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