ITBO930252A1

ITBO930252A1 - POWER SUPPLY FOR FLUORESCENT LAMPS.

Info

Publication number: ITBO930252A1
Application number: IT000252A
Authority: IT
Inventors: Gian Pietro Beghelli
Original assignee: Beghelli S R L Ora Beghelli Spa
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-01
Also published as: ITBO930252A0; IT1263573B

Description

''ALIMENTATORE PER LAMPADE FLUORESCENTI '' '' POWER SUPPLY FOR FLUORESCENT LAMPS ''

RIASSUNTO SUMMARY

Alimentatore per lampade fluorescenti che consente di aumentare notevolmente la durata di vita del tubo, in qualunque condizione di impiego, comprendente un circuito di base formato da un alimentatore ad alta frequenza, un tubo fluorescente, un primo condensatore posto in serie al tubo medesimo, un secondo condensatore posto in parallelo al tubo, una induttanza posta in serie?parallelo con due capacita'. Ballast for fluorescent lamps which allows to considerably increase the life of the tube, in any condition of use, comprising a basic circuit formed by a high frequency power supply, a fluorescent tube, a first capacitor placed in series with the tube itself, a second capacitor placed in parallel to the tube, an inductance placed in series is parallel with two capacitors.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

Il presente trovato si riferisce ad un alimentatore per lampade fluorescenti del tipo tubo al neon. The present invention relates to a power supply for fluorescent lamps of the neon tube type.

E' noto che in tali lampade, la cui vita e ' notevolmente superiore a quella delle comuni lampade a filamento incandescente, l'accensione avviene in seguito all?effetto di una scarica elettrica ad alto potenziale che questa accensione deve essere preceduta da un riscaldamento dei catodi ottenuta con basso potenziale e alta intensit? ' di corrente. Questa caratteristica dei tubi fluorescenti al neon fa si' che ripetute accensioni e spegnimenti ravvicinati danneggino il tubo stesso, mentre la condizione ideale sarebbe una accensione seguita da una piu ' o meno lunga permanenza nella condizione stazionaria a regime. It is known that in such lamps, whose life is considerably higher than that of common incandescent filament lamps, the ignition occurs following the effect of a high potential electric discharge that this ignition must be preceded by a heating of the cathodes obtained with low potential and high intensity? 'of current. This characteristic of fluorescent neon tubes causes repeated switching on and off in close proximity to damage the tube itself, while the ideal condition would be an ignition followed by a more or less long stay in the steady state condition.

Con i tradizionali alimentatori si riesce ad ottenere un notevole tempo medio di guasto (MBTF), purch?' si possa lavorare in modo continuo, cio? ' con lampade sempre accese; questo tipo di applicazione pero non e di certo il piu ' diffuso, poich? queste lampade vengono usate come luci scale in condomini, uffici, fabbriche, ecc. in cui l?uso piu' frequente e' quello che prevede accensioni e spegnimenti continui. With traditional power supplies, it is possible to obtain a considerable mean time to failure (MBTF), as long as? ' you can work continuously, that is? 'with lamps always on; this type of application, however, is certainly not the most widespread, since? these lamps are used as stair lights in apartment buildings, offices, factories, etc. in which the most frequent use is the one that involves continuous switching on and off.

Con i circuiti tradizionali l'accensione si rivela spesso assai nociva per la lampada poich?' in questa fase la tensione ai catodi sale a valori elevatissimi provocando anomali fenomeni di scarica nella zona dei catodi che col tempo ne compromettono il funzionamento. With traditional circuits, ignition often proves to be very harmful for the lamp since? in this phase the voltage at the cathodes rises to very high values causing anomalous discharge phenomena in the cathode area which over time compromise their functioning.

Questo fenomeno e' rilevabile visivamente sotto forma di un lampo di colore azzurro che si sviluppa nella zona dei catodi nell?istante che precede l'accensione del tubo. La durata ed entit?' del suddetto fenomeno pu?' variare in funzione delle caratteristiche del tubo circuito di pilotaggio, del tubo fluorescente e delle temperature ambiente: infatti basse temperature amplificano notevolmente il fenomeno. This phenomenon is visually detectable in the form of a blue flash that develops in the cathode area in the instant preceding the ignition of the tube. The duration and extent? of the aforementioned phenomenon can? vary according to the characteristics of the pilot circuit tube, the fluorescent tube and the ambient temperatures: in fact, low temperatures greatly amplify the phenomenon.

Attualmente per ovviare a questi inconvenienti dannosi, vengono impiegate diverse soluzioni tecniche, tutte volte ad affinare il funzionamento degli alimentatori, caratterizzati da circuiti a) con alimentatori a . bassa frequenza, con reattore ferro/rame e starter, oppure b) con alimentatori ad alta frequenza dove lo starter tradizionale e' sostituito da un condensatore o da una coppia di condensatori con termistore. Tutti questi sisterni tendono migliorare le fasi di accensione ed ?n particolare tendono al preriscaldamento dei catodi del tubo prima dell?accensione, facendo passare una notevole corrente attraverso i catodi e mantenendo la tensione di lampada al di sotto del valore di accensione per un tempo sufficiente al riscaldamento dei catodi stessi. Tutte queste soluzioni presentano pero ' notevoli inconvenienti: la configurazione con termistore che pure consente i1 preriscaldamento dei catodi prima delr accensione della lampada, e ' legata alle caratteristiche del termistore stesso, che risente della temperatura esterna, ha una notevole inerzia termica per cui risulta inefficace in accensioni ravvicinate e richiede una ben determinata energia per funzionare correttamente, condizioni che non si verificano soprattutto al variare della correnta di alimentazione ad es. in caso di var?azione della tensione di rete passaggio funzionamento con gruppi soccorritori, inverter ecc Currently, in order to obviate these harmful drawbacks, various technical solutions are used, all aimed at refining the operation of the power supplies, characterized by circuits a) with power supplies a. low frequency, with iron / copper reactor and starter, or b) with high frequency power supplies where the traditional starter is replaced by a capacitor or a pair of capacitors with thermistor. All these systems tend to improve the ignition phases and in particular tend to preheat the cathodes of the tube before ignition, by passing a considerable current through the cathodes and keeping the lamp voltage below the ignition value for a sufficient time. to the heating of the cathodes themselves. However, all these solutions have considerable drawbacks: the configuration with a thermistor which also allows preheating of the cathodes before the lamp is switched on, is linked to the characteristics of the thermistor itself, which is affected by the external temperature, has a considerable thermal inertia and is therefore ineffective. in close ignitions and requires a well-determined energy to function correctly, conditions that do not occur especially when the power supply current varies, for example. in the event of a change in the mains voltage, passage of operation with rescue units, inverters, etc.

Scopo del presente trovato e'? la costruzione di un circuito di alimentazione che consenta il preriscaldamento dei catodi e l'avviamento del tubo fluorescente senza che si presentino tutti gli inconvenienti sopraddetti. The purpose of the present invention is? the construction of a power supply circuit which allows the preheating of the cathodes and the starting of the fluorescent tube without all the aforementioned drawbacks occurring.

Lo scopo e' raggiunto passando da un circuito con induttore e tubo in configurazione serie ad un circuito con induttore tubo in configurazione serie ? parallelo; in questa nuova configurazione si e ' data la massima importanza alla fase di accensione, in modo da prolungare la vita utile della lampada in ogni condizione d 'impiego. Is the purpose achieved by switching from a circuit with inductor and tube in series configuration to a circuit with inductor tube in series configuration? parallel; in this new configuration, the utmost importance has been given to the ignition phase, in order to extend the useful life of the lamp in all conditions of use.

Ulteriori scopi e vantaggi meglio appariranno dalla descrizione che segue e dalle tavole di disegno allegate che illustrano in forma schematica ed esemplificativa una possibile configurazione del circuito Further purposes and advantages will become clearer from the following description and from the attached drawing tables which illustrate in schematic and exemplary form a possible configuration of the circuit.

Con riferimento a dette tavole With reference to said tables

- le figg. 1, 2 e 3 illustrano schemi di circuiti tradizionali come risultano dallo stato della tecnica; - figs. 1, 2 and 3 illustrate diagrams of traditional circuits as they result from the state of the art;

? la fiq.4 illustra uno schema di circuito oggetto dell'invenzione; ? Figure 4 illustrates a circuit diagram object of the invention;

la -Fig. 5 illustra una possibile variante alternativa dello stesso; the -Fig. 5 illustrates a possible alternative variant thereof;

- la -fig.6 illustra l'andamento comparato (in grafico) della corrente nei circuiti tradizionali e nel circuito oggetto dell'invenzione. - Fig. 6 illustrates the comparative trend (in graph) of the current in traditional circuits and in the circuit object of the invention.

In -Fig.1 il circuito alimentato dalla rete elettrica con tensione VI prevede essenzialmente un'induttanza L in serie con un interruttore magnetotermico S (starter) e 1'interruttore di accensione I; il tubo fluorescente T e' in parallelo con i componenti suddetti ed e ' collegato attraverso i catodi di estremit?' PI e P2. In Fig. 1 the circuit powered by the electrical network with voltage VI essentially provides an inductance L in series with a magnetothermic switch S (starter) and the ignition switch I; the fluorescent tube T is in parallel with the aforementioned components and is connected through the cathodes of the ends? PI and P2.

Il funzionamento prevede una prima fase in cui alla chiusura dell'interruttore I lo starter S risulta chiuso e la corrente che fluisce sotto la tensione VI (fornita dalla rete) percorre l'intero circuito comprendente l'induttanza L9 1o starter catodi P1-P2 che si Operation involves a first phase in which, when the switch I closes, the starter S is closed and the current flowing under the voltage VI (supplied by the network) runs through the entire circuit including the inductance L9 1st starter cathodes P1-P2 which yes

. Nella seconda fase, lo starter percorso dalla corrente si apre, la corrente e costretta ad il tubo T che, presentando impedenza infinita (e ' ancora spento), provoca una brusca variazione della corrente medesima ; in queste condizioni si ha un picco di tensione elevatissima in grado di innescare il tubo T. Una volta innescato il tubo, la potenza di alimentazione e ' -fornita dall'induttanza L ad un livello piu' basso di quello di accensione. . In the second phase, the starter traversed by the current opens, the current is forced to the tube T which, having infinite impedance (it is still off), causes a sudden variation of the current itself; in these conditions there is a very high voltage peak capable of triggering the tube T. Once the tube is triggered, the power supply is supplied by the inductance L at a lower level than the ignition one.

Una variante nota del circuito a bassa -frequenza costituita dai circuiti dotati di alimentatori aad alta -frequenza secondo lo schema illustrato in fig.2. A known variant of the low-frequency circuit consists of circuits equipped with high-frequency power supplies according to the scheme illustrated in fig. 2.

Il circuito viene alimentato dalla rete attraverso un oscillatore ad alta frequenza V2 e o viene sostituito con un condensatore C. The circuit is powered from the mains through a high-frequency oscillator V2 and is either replaced with a capacitor C.

Pila partenza, il circuito si porta ad oscillare ad una frequenza prossima alla risonanza L - C; in questo modo si ottiene ai capi del condensatore una tensione sufficiente all'innesco del tubo T Starting stack, the circuit moves to oscillate at a frequency close to the L - C resonance; in this way a sufficient voltage is obtained across the capacitor to trigger the tube T

In questa configurazione ha pero 1'inconveniente che i catodi PI e P2, non avendo avuto una sufficiente per ri In this configuration, however, it has the disadvantage that the cathodes P1 and P2, not having had a sufficient to re

risultano freddi all'atto di accensione. con conseguenti problemi della partenza a freddo sopra descritti. they are cold upon ignition. with consequent problems of the cold start described above.

Tutti gli alimentatori attualmente sul mercato seguono questo schema di funzionamento dove l'induttore L, dopo l'innesco del tubo T, ha il compito di limitare la corrente nella lampada come avviene nel circuito con lo All power supplies currently on the market follow this operating scheme where the inductor L, after the triggering of the tube T, has the task of limiting the current in the lamp as occurs in the circuit with the

(fig-1); pertanto l'induttore rimane come elemento di regolazione della corrente. (fig-1); therefore the inductor remains as a current regulating element.

Una soluzione tecnica molto usata e quella dal circuito i in fig.3, dove al condensatore C (fig.2) e ' sostituita una coppia di condensatori CI e C2, in cui CI > C2, ed e ' utilizzato un termistore PTC in una configurazione che richiama quella dello starter S del circuito in bassa tensione (fig.1). A widely used technical solution is that of circuit i in fig. 3, where the capacitor C (fig. 2) is replaced by a pair of capacitors CI and C2, in which CI> C2, and a PTC thermistor is used in a configuration that recalls that of the starter S of the low voltage circuit (fig. 1).

Con questo tipo di circuito il funzionamento e ' il seguente: in avviamento il condensatore C2 e ? cortocircuitato dal PTC e quindi prevale del condensatore C1 l?induttanza L determina un valore di corrente elevata sui catodi PI?P2 che si riscaldano. In un secondo tempo, per effetto della corrente elevata, il termistore PTC si apre e i due condensatori CI e C2 si trovano in serie, per cui la loro tal risulta di valore interiore rispetto alla minore C2. Il circuito entra in risonanza e si ha un picca di tensione che deten nina l'innesco del tubo iuccessivamente i valori di e tensione si portano ai valori di regime per effetto dell?induttanza L. With this type of circuit the operation is the following: in start-up the capacitor C2 and? short-circuited by the PTC and therefore overriding the capacitor C1, the inductance L determines a high current value on the cathodes PI? P2 which heat up. In a second time, due to the effect of the high current, the PTC thermistor opens and the two capacitors Cl and C2 are in series, so that their tal is of an inner value compared to the lower C2. The circuit enters into resonance and there is a voltage spike which holds the triggering of the tube and subsequently the values of and voltage are brought to the steady state values due to the inductance L.

Con riferimento allo schema illustrato in fig.4 le funzioni che svolgono i singoli componenti, diverse rispetto ai circuiti tradizionali, sona le seguenti: il condensatore Cp ha il compito di garantire la voluta c sui catodi durante la fase di preriscaldamento, 1'induttore L unitamente al condensatore Cs, determina la frequenza di risonanza serie e garantisee l'ex one necessaria all'innesco del tubo. Poich?' componenti costituenti l'induttore L e il condensatore Cp svolgono la loro funzione per breve tempo, limitato al o iniziale, possono essere progettati dal punto di vista della potenza. con dimensionamenti non eccessivi. With reference to the diagram shown in fig. 4, the functions performed by the individual components, different from traditional circuits, are the following: the capacitor Cp has the task of guaranteeing the desired c on the cathodes during the preheating phase, the inductor L together with the capacitor Cs, it determines the series resonance frequency and guarantees the ex one necessary to trigger the tube. Since? ' components constituting the inductor L and the capacitor Cp perform their function for a short time, limited to or initial, can be designed from the point of view of power. with not excessive sizing.

Il principio di funzionamento del circuito illustrato in fig.4 e' basato su due valori di frequenza e precisamente: in un primo momento l'oscillatore L-Cp viene fatto funzionare ad alta frequenza, in modo da garantire una buona corrente a? catodi poich? mancando l'induttanza serie (come risulta invece nel circuito di fiq. 3) la cresce al crescere della frequenza (e s1 ha preriscaldamenta dei catodi); in un secondo tempo la frequenza viene portata al valore di risonanza serie L?Cs in modo da ottenere una tensione di picco sufficiente per l'innesco del tubo. Una volta che il tubo sia innescato, la corrente diminuisce perche ' limitata dal condensatore in serie Cs. The operating principle of the circuit illustrated in fig. 4 is based on two frequency values and precisely: at first the L-Cp oscillator is made to operate at high frequency, in order to guarantee a good current at? cathodes since? lacking the series inductance (as it results instead in the circuit of fig. 3) it increases as the frequency increases (and s1 has preheating of the cathodes); in a second time the frequency is brought to the resonance value of the series L? Cs in order to obtain a peak voltage sufficient for the triggering of the tube. Once the tube is primed, the current decreases because it is limited by the series capacitor Cs.

Una variante al circuito s< itto quella per cui nel circuito l'induttanza L posta in parallelo fra il tubo T e il Cp (fig, 5); in questa configurazione la A variant of the circuit is that whereby in the circuit the inductance L placed in parallel between the tube T and the Cp (Fig. 5); in this configuration the

che percorre l'induttore L anche i catodi del tubo T e questo e' un vantaggio per quei tubi che richiedono un riscaldamento anche dopo l'innesco. which also passes through the inductor L the cathodes of the tube T and this is an advantage for those tubes which require heating even after starting.

E' evidente come in questa variante il fattore di merito G, inteso come rapporto -fra la frequenza di risonanza e la larghezza di banda, risulta piu' basso (rispetto alla prima configurazione di fig.4) perche' i catodi del tubo T dissipano energia. It is evident that in this variant the merit factor G, understood as the ratio between the resonance frequency and the bandwidth, is lower (compared to the first configuration in fig. 4) because the cathodes of the tube T dissipate power.

In entrambe le conf?gurazioni, aggetto del presente trovato, si pu? ' ottenere pertanto una zona di lavoro ad alta -frequenza dove ad un'elevata corrente su catodi del tubo (prerisea1damento) e' associata una bassa tensione di lampada; portando la frequenza verso il valore di risonanza si ha una tensione di picco che assicura l'innesco, con un comportamento simile a quella dei circuiti tradizianali. In both configurations, an object of the present invention, it is possible to thus obtaining a high-frequency working area where a low lamp voltage is associated with a high current on the cathodes of the tube (pre-heating); bringing the frequency towards the resonance value there is a peak voltage which ensures triggering, with a behavior similar to that of traditional circuits.

Una volta ottenuto l?innesco del tubo, pu? ' essere evidenziata il comportamento diverso dell?andamento della corrente esistente nel circuito tradizionale ifig.3) e il nuovo (fig. 4 e 5) consistente nel non avere piu ' l?effetto sinusoidale dell?induttanza serie sulla corrente del tubo curva 1 (fig. 6), ma il controllo della sul tubo T viene effettuato dal condensatore serie Cc, curva 2 (fig. 6) Once you get the trigger of the tube, can you? the different behavior of the current trend existing in the traditional circuit ifig.3) and the new one (fig. 4 and 5) consisting in no longer having the sinusoidal effect of the series inductance on the current of the tube curve 1 ( fig. 6), but the control of the on tube T is carried out by the condenser series Cc, curve 2 (fig. 6)

Una volta innescato il tubo T, non si dispone piu ' di un circuito risanante e il comportamento risulta simile a quello di un circuito serie R?C e sara' la reattanza capacitiva a svolgere la funzione di regolatore di corrente. Once the T tube has been triggered, there is no longer a sanitizing circuit and the behavior is similar to that of an R? C series circuit and it will be the capacitive reactance to perform the function of current regulator.

La variante, illustratain fig. 5, presenta un fattore di merito Q particolarmente elevato, superiore, rispetto a quello di un circuito tradizionale, facilitando l'innesco . nelle applicazioni ad esempio tipiche dell?illumunazione di emergenza. The variant, illustrated in fig. 5, has a particularly high quality factor Q, higher than that of a traditional circuit, facilitating triggering. in applications, for example, typical of emergency lighting.

Il fattore di merito Q elevato deriva dal fatto che la corrente che percorre i catodi del tubo T in condizioni di risonanza e' minare. The high quality factor Q derives from the fact that the current flowing through the cathodes of the tube T in resonance conditions is undermining.

Il presente trovato illustrato e descritto in forma schematica ed esempiificativa riferito ad una passibile realizzazione pratica, deve intendersi esteso a tutte quelle varianti accessorie che, come tali, rientrano nell?ambito delle seguenti rivendicazioni. The present invention, illustrated and described in schematic and exemplary form, referring to a passable practical embodiment, is to be understood as extended to all those accessory variants which, as such, fall within the scope of the following claims.

Claims

CLAIMS 1 - POWER SUPPLY FOR FLUORESCENT LAMPS, characterized by the fact that the basic circuit consists of a high frequency power supply, a fluorescent tube, a first capacitor placed in series with the tube itself, an inductance placed in parallel to the fluorescent tube, a capacitor placed in parallel to the inductance across the cathodes of the tube. 2 - POWER SUPPLY, as in rev. 1 characterized by the fact that in the circuit the inductance can be placed parallel to the fluorescent tube through the cathodes of the tube itself, the inductance being directly parallel to the parallel capacitor.