NL1040339C2 - Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een koude kathode fluorescentielamp. - Google Patents

Description

Titel: Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een koude kathode fluorescentielamp

De uitvinding heeft betrekking op een elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een koude kathode fluorescentielamp, welke inrichting is bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron, welke inrichting een gelijkrichtbrug bevat die is aangesloten op een stuurschakeling van een van halfgeleiderschakelelementen voorziene hoogfrequente halve brug gelijkstroom-wisselstroom omzetter waarin de lamp is opgenomen. Een dergelijke inrichting is beschreven in het Europese octrooischrift EP 0 585 077

In dit octrooischrift wordt een voedingsschakeling voor een fluorescentielamp beschreven, waarbij in de voedingschakeling van de lamp maatregelen zijn genomen om de power factor te verbeteren. In het bijzonder aan voedingsschakelingen voor compacte fluorescentielampen worden aan de power factor correctie specifieke eisen gesteld. In het bovengenoemde octrooischrift worden daartoe aan de halve brug omzetter zogeheten boost schakelaars en een daarmee verbonden zelf oscillerende boost omzetter toegevoegd. Een dergelijke oplossing heeft bij fluorescentielampen het voordeel dat de rimpels tijdens lampbedrijf wordt tegengegaan en de crest factor relatief laag blijft.

Bij een koude kathode fluorescentielamp zijn geen gloeidraden aanwezig in de elektroden aan de uiteinden van de ontladingsbuis. De warmteontwikkeling in deze lampen is relatief gering. Deze lampen hebben een hoog rendement in vergelijking met gangbare lage druk fluorescentielampen met voor-verhitbare elektroden. De ontladingsbuis van een koude kathode fluorescentielamp heeft ook een veel kleinere diameter. De ontsteekspanning van een koude kathode lamp is hoger dan van de genoemde gangbare fluorescentielampen. Bij de elektrische voedingsschakeling van koude kathode fluorescentielampen zijn dan ook additionele maatregelen nodig om te komen tot een goede power factor, waarbij bij de bekende schakelingen een relatief groot aantal elektrische componenten nodig is.

In specifieke compacte koude kathode fluorescentielampen is de zeer dunne ontladingsbuis opgevouwen waarbij de uiteinden naar een lampvoet zijn gekeerd. De ontladingsbuis is omgeven door een buitenballon. Tevens is in de lampvoet de elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden opgenomen. Bij compacte koude kathode fluorescentielampen die worden bedreven met een relatief laag vermogen worden naast een goede power factor ook hoge eisen gesteld aan de dimensies van de elementen die deel uitmaken van het schakelcircuit dat zorgt voor de power factor conectie (PFC). Immers, een dergelijke compacte lamp is bestemd om te worden opgenomen in vooral sierlijke design armaturen en luchters.

De uitvinding heeft tot doel een elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een in het bijzonder compacte koude kathode fluorescentielamp te verschaffen met een hoge power factor, waarbij het aantal te gebruiken elektrische componenten zo laag mogelijk is.

Een elektrische inrichting van de in aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat in de gelijkstroom-wisselstroom omzetter een AC-DC boost omzetter is opgenomen, die een eerste in serie geschakeld gelijkrichtelement, een inductieve spoel en een tweede gelijkrichtelement bevat, waarbij het verbindingpunt van de inductieve spoel en het tweede gelijkrichtelement capacitief gekoppeld is met het verbindingspunt tussen de halfgeleider schakelelementen.

Het voordeel van de elektrische inrichting volgens de uitvinding is dat op eenvoudige wijze een power factor van meer dan 0,8 kan worden gerealiseerd met een gering aantal componenten, die weinig ruimte innemen. Met behulp van de inrichting volgens de uitvinding wordt ruimschoots voldaan aan de elektromagnetische compatibiliteitsvoorschriften (EMI, Electromagnetic Interference). De elektrische inrichting volgens de uitvinding heeft een hoog rendement, vooral in bij een frequentie van de schakelelementen gelegen in het gebied tussen 80kHz en 2 MHz. Door het gebruik van de schakelelementen zowel voor de boost-omzetter als de halve brug omzetter wordt een compact en efficiënt werkend systeem met een goede power factor verkregen.

Daarnaast heeft de elektrische inrichting volgens de uitvinding het voordeel dat op eenvoudige wijze een schakelcircuit voor het dimmen van de lamp kan worden toegevoegd. Een voorkeursuitvoeringsvorm van de elektrische inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat tussen een verbindingspunt tussen de uitgang van de gelijkrichtbrug en de lamp een schakelcircuit voor het dimmen van de lamp is opgenomen, welk schakelcircuit voor het dimmen met de stuurschakeling van de halve brug omzetter is verbonden. Een dergelijke dimmer bevat bijvoorbeeld een triac. Bij het dimmen van de lamp is een continu stroomverbruik in de schakeling nodig om de dimmer goed te onderhouden. De elektrische inrichting volgens de uitvinding behoudt de hoge power factor ook bij opname van de dimmer. Bij dimmen van de lamp treden dan geen flikkerverschijnselen op.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening waarin schematisch een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is getoond.

In de tekening is met 1 een compacte koude kathode lage druk fluorescentielamp weergegeven. De lamp is opgenomen in een elektrische inrichting die met behulp van de ingangsklemmen 2 en 3 kan worden aangesloten op een wisselspanningbron (bij voorkeur netvoeding 230V / 50Hz). Via EMI-ingangsfilter 4 zijn de klemmen aangesloten op een gelijkrichtbrug 5, waarvan de uitgang is verbonden met een stuurschakeling van een van halfgeleider schakelelementen voorziene hoogfrequente halve brug gelijkstroom-wisselstroom omzetter (up-converter) waarbij in de genoemde halve brug omzetter een AC-DC boost omzetter 6 is opgenomen. Deze is gestippeld weergegeven. Voorts is een condensator 7 aangesloten tussen de uitgang van brug 5 en de ingang van de boost omzetter 6

Met behulp van de condensator 24 wordt een gelijkspanning met een gestabiliseerde waarde ingesteld. De lamp is opgenomen in de gelijkstroom-wisselstroom omzetter. Voorts is een serieschakeling van een spoel 8, een belastingketen bevattende de lamp 1 en parallel daarover geplaatste transformator 9 en condensator 10. In serie hiermee is geschakeld een eerste halfgeleiderschakelelement 11. De overige elementen in de halve brug omzetter zijn condensator 12 en halfgeleider schakelelement 13. De beide schakelelementen 11 en 13 (MOSFETs) worden met behulp van de slechts schematisch weergegeven stuurcircuits 11a en 13a om beurten hoogfrequent geleidend en ongeleidend gemaakt.

De gestippeld weergegeven boost omzetter 6 is geïntegreerd in de gelijkstroom-wisselstroom omzetter. Zowel deze omzetter als de boost omzetter maakt gebruik van dezelfde schakelelementen 11 en 13 en hun stuurcircuits.

De boost omzetter bevat een eerste in serie geschakeld gelijkrichtelement (diode) 20, een inductieve spoel 21 en een tweede gelijkrichtelement (diode) 22. Het verbindingpunt A van de inductieve spoel 21 en het tweede gelijkrichtelement 22 is via condensator 23 gekoppeld met het verbindingspunt B tussen de halfgeleider schakelelementen 11 en 13. De weerstand 25 die parallel is geschakeld over de spoel 21 dient voor de demping van de zelfresonantie. Tenslotte is een buffercondensator 24 aanwezig ter opname van het vermogen uit spoel 21.

De schakeling werkt als volgt. Zodra de schakelaar 11 wordt ingeschakeld, wordt de condensator 23 geladen. Er zijn dan in feite twee stroompaden. Een eerste is de resonantiestroom voor het voeden van de lamp en het andere is de stroom van condensator 23 en spoel 21. De stroomsterkte door de spoel 21 is afhankelijk van de netspanning en de waarden van spoel 21 en condensator 23.

De DC-AC omzetter bestaat uit de schakelelementen 11 en 13, de spoel 8, de primaire wikkeling van de transformator 9 en de DC-blocking condensator 12. De werkingsfrequentie wordt bepaald door de waarden van de spoel 8, de primaire spreidingsinductie (leakage) van de transformator 9 en de condensator 10. De schakeling wordt aan de inductieve zijde van de resonantiefrequentie bedreven.

De wisselspanning wordt door de transformator omhoog getransformeerd. De condensator 10 vormt samen met de spreidingsinductie van de secundaire wikkeling van de transformator 9 een resonantiekring. Door deze kring in resonantie te brengen kan de zeer hoge spanning opgewekt worden die nodig is om de lamp te ontsteken.

De spreidingsinductie van de transformator 9 dient tevens als ballast weerstand op het moment dat de lamp ontstoken is.

Zodra schakelelement 11 wordt ingeschakeld gaat er een stroom lopen door gelijkrichtelement 20, de spoel 21, de condensator 23 en het schakelelement 11. Hierdoor wordt een veld opgebouwd in de spoel 21 en laadt de condensator 23 op.

Zodra schakelelement 11 wordt uitgeschakeld wordt de spoel 21 via de diode 22 en condensator 24 ontladen. Hierbij wordt de in spoel 21 opgeslagen energie overgedragen naar condensator 24.

De laadstroom wordt gelimiteerd door de waarden van de spoel 21 en de condensator 23 en zo wordt de spanning over de condensator 24 beperkt tot enkele volts boven de netspanning. Doordat voor de correctie van de power factor (PFC) dezelfde schakelelementen worden gebruikt als voor de lamp (de DC-AC omzetter), wordt de PFC uitgeschakeld als de lamp wordt uitgeschakeld. Hiermee wordt voorkomen dat de condensator 24 overladen wordt, zonder spanningsterugkoppeling toe te passen.

De condensator 23 wordt ontladen over gelijkrichtelement 22 en schakelelement 13.

Door dit beurtelings schakelen van de schakelelementen in een hoge frequentie wordt er een continue stroom uit het voedingsnet gehaald.

De aldus ontstane elektrische pulstrein wordt door de condensator 7 en het EMI filter 4 zo veel mogelijk afgevlakt om EMI stoorsignalen op het voedingsnet te voorkomen.

De weerstand 25 dient voor de demping van de zelfresonantie van de spoel 21 om EMI stoorsignalen te voorkomen.

Claims (2)

1. Elektrische inrichting voor het ontsteken en voeden van een koude kathode fluorescentielamp, welke inrichting is bestemd om te worden aangesloten op een wisselspanningsbron, welke inrichting een gelijkrichtbrug bevat die is aangesloten op een stuurschakeling van een van halfgeleider schakelelementen voorziene hoogfrequente halve brug gelijkstroom-wisselstroom omzetter waarin de lamp is opgenomen, met het kenmerk, dat voor de ingang van de gelijkstroom-wisselstroom omzetter een AC-DC boost omzetter is opgenomen, die een eerste in serie geschakeld gelijkrichtelement, een inductieve spoel en een tweede gelijkrichtelement bevat, waarbij het verbindingpunt van de inductieve spoel en het tweede gelijkrichtelement capacitief gekoppeld is met het verbindingspunt tussen de halfgeleider schakelelementen.

2. Elektrische inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen een verbindingspunt gelegen tussen de uitgang van de gelijkrichtbrug en de lamp een schakelcircuit voor het dimmen van de lamp is opgenomen, welk schakelcircuit voor het dimmen met de stuurschakeling van de halve brug omzetter is verbonden.