WO1991007070A1 - Vorheizschaltung für fluoreszenzlampen - Google Patents

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    • 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 present invention relates to an electronic
  • Electronic ballasts for fluorescent lamps are known since a fluorescent lamp cannot be lit and operated without increasing the mains voltage from usually 110 or 220 volts to an ignition voltage of approximately 1000 volts and increasing the mains frequency, which is usually at 50 or 60 Hertz, to approximately 30 kHz can. Compared to the
  • the condenser and temperature switch have the known ones
  • electronic ballasts have the advantage that they are connected to a preheating circuit which, in addition to increasing the ignition voltage, previously warming the electrodes or incandescent filament of the fluorescent lamp in such a way that the electron exit occurs before the conventional glow discharge to ignite the lamp which
  • Fluorescent lamp is gentle and therefore a longer one
  • the present invention is therefore based on the object of providing an electronic circuit for preheating the electrodes in a fluorescent lamp, by means of which the lamp is reliably started and unnecessary power consumption is avoided after the latter has been ignited.
  • Fig. 1 shows a circuit of a conventional electronic ballast
  • Fig. 2 shows a circuit according to the invention.
  • ballast EVG 1 shows a conventional circuit of an electronic ballast EVG 1 , the input voltage of which, depending on the network, is 110 or 220 volts at 50 or 60 hertz. At the output "out" of the ballast EVG 1 is
  • a fluorescence larape FL is connected to the output circuit of the ballast EVG 1 , each with a connection of two electrodes with incandescent filaments W 1 and W 2 .
  • Connections of the filament W 1 and W 2 are connected to one another via the two capacitors C 2 and C 3 and a temperature-dependent resistor PTC.
  • the PTC 1 resistor When the ballast EVG 1 is switched on, the PTC 1 resistor is generally cold and therefore low-resistance. The capacitor C 2 is therefore practically short-circuited. In order to prevent the voltage between the incandescent filaments W 1 and W 2 from being high enough in this switching state to cause a glow discharge to occur in the fluorescent lamp FL, the capacitor C 3 must have a corresponding capacitance, typically 6 nF. In this switching state, a cancellation of flows through the output circuit of the electronic ballast EVG 1
  • the resistor PTC 1 becomes high-resistance, which leads to the voltage between the incandescent filaments W 1 and W 2 rising to approximately 1000 V in such a way that the fluorescent lamp FL ignites without a glow discharge.
  • the voltage between the incandescent filaments W 1 and W 2 collapses to a burning voltage of typically approximately 100 V.
  • the two capacitors C and C 3 and the resistor PTC 1 are not, however, by the output circuit of the ballast EVG 1 , respectively. separated from the incandescent filament circuit, such that the resistor PTC 1 continues to consume current in the order of magnitude of approximately 0.5 W, which heats it up and keeps it high-impedance.
  • the ignited fluorescent lamp FL flows in the noble gas between the filaments W 1 and W 2 , the voltage between the filaments W 1 and W 2 increases due to the fact that the cold resistor PTC 22 at this time is cold
  • Fluorescent lamp FL of typically 100 V together, which means that there is no more current from the "+" output of the ballast EVG 11 via the thermal resistor PTC 22 and the
  • Capacitor C 32 fHessen This circuit part is at therefore, the lit fluorescent lamp FL is dead and no longer consumes electricity.
  • circuit components are suitable to guarantee clean and safe ignition of the fluorescent lamp FL:
  • PTC 22 Siemens PTC C890 265V
  • Fluorescent lamp FL takes place under a more or less constant voltage. This not only has the advantage of an overall lower power consumption of a suitably equipped fluorescent lamp, but also increases the number of possible on and off cycles of the lamp.
  • circuit according to the invention can be adapted to special conditions and lamp characteristics by selecting the components used differently than mentioned above. Under certain circumstances, in order to compensate for the effects of the filaments W 1 and W 2
  • the electronic ballast EVG 11 can with respect to the mains voltage and frequency as well as the necessary for operating the lamp assigned to it

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Um die Nachteile der bekannten Vorheizschaltungen an herkömmlichen elektronischen Vorschaltgeräten für Fluoreszenzlampen zu verhindern, nämlich, dass diese während der gesamten Einschaltdauer des Vorschaltgerätes unnötigerweise Strom konsumieren und Wärme erzeugen, wird erfindungsgemäss eine Schaltung vorgeschlagen, die nach dem Zünden der Fluoreszenzlampe (FL) ausgeschaltet wird. Der mit einem potentialausgleichenden Kondensator (C32) in Serie geschaltete temperaturempfindliche Widerstand (PTC22) wird gemeinsam mit einer ersten Diode (D1) parallel über den Serieschwingkreis-Kondensator (C22) geschaltet und über eine zweite Diode (D2) mit einem Hochspannungsausgang (''+'') des Vorschaltgerätes (EVG11) verbunden. Dadurch werden in einer ersten Phase nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes (EVG11) einerseits die Glühwendel (W1, W2) der Fluoreszenzlampe (FL) und andererseits der in kaltem Zustand niederohmige Widerstand (PTC22) erwärmt, derart, dass letzterer hochohmig wird. Dies führt dazu, dass mangels des Nichtfliessens eines Brennstromes zwischen den Glühwendeln (W1, W2) die Spannung zwischen letzteren bis zum Erreichen der Lampenzündspannung ansteigt. Nach dem Zünden der Fluoreszenzlampe (FL) fällt die Spannung zwischen den Glühwendeln (W1, W2) bis auf die Brennspannung zusammen. Da dieser kleiner ist als die Spannung am Hochspannungsausgang (''+'') des Vorschaltgerätes (EVG11) kann von da her kein Strom mehr über den Widerstand (PTC22) fliessen. Die erste Diode (D1) verhindert, dass vom ''out''-Ausgang des Vorschaltgerätes (EVG11) Strom über den Widerstand (PTC22) fliesst.

Description

VORHEIZSCHALTUNG FÜR FLUORESZENZLAMPEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische
Schaltung für das Vorheizen der Elektroden von
Fluoreszenzlampen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zwecks wirkungsvollem und verschleissarmem Starten derselben.
Elektronische Vorschaltgerate für Fluoreszenzlampen sind bekannt, da ohne Erhöhung der Netzspannung von üblicherweise 110 oder 220 Volt auf eine Zündspannung von ca. 1000 Volt und der Erhöhung der üblicherweise bei 50 oder 60 Hertz liegenden Netzfreuquenz auf ca. 30 kHz eine Fluoreszenzlampe nicht angezündet und betrieben werden kann. Gegenüber den
herkömmlichen elektro-mechanischen Vorschaltgeräten mit
Kondensator und Temperaturschalter haben die bekannten
elektronsichen Vorschaltgerate den Vorteil, dass sie mit einer Vorheizschaltung verbunden sind, die zusätzlich zur Erhöhung der Zündspannung vorgängig dem Erreichen des Zündpunktes die Elektroden oder Glühwendel der Fluoreszenzlampe erwärmen, derart, dass der Elektronenaustritt vor der herkömmlichen Glimmentladung zum Zünden der Lampe eintritt, die die
Fluoreszenzlampe schont und ihr daher eine längere
Lebensdauer, d.h. mehr Ein-Ausschaltzyklen ermöglichen.
Die bekannten Vorheizschaltungen weisen allerdings den
Nachteil auf, dass sie während der gesamten Leuchtdauer der Fluoreszenzlampe Strom in der Grössenordung von einem halben Watt konsumieren. Bei Fluoreszenzlampen mit Nennleistungen von 40, 60 oder mehr Watt fällt ein derartiger Mehrverbrauch an elektrischer Leistung bezogen auf die einzelne Lampe nicht oder praktisch nicht ins Gewicht. Auch die sich dadurch ergebende zusätzliche Erwärmung der unmittelbaren
Lampenumgebung ist bei herkömmlichen Fluoreszenzlampen
irrelevant. Im Rahmen des heute geforderten sparsamen Umganges mit Strom und bei Verwendung von sogenannten Stromsparlampen mit Nennleistungen von lediglich einigen wenigen Watt, z.B. 7, 10 oder 15 Watt, bei den den herkömmlichen Fluoreszenzlampen vergleichbaren Lichtausbeuten, fallen aber beide Nachteile ins Gewicht, denn einerseits bedeuten die ca. 0,5 Watt
Verlustleistung der Vorheizschaltung einen unnötigen
Stromverbrauch und andererseits kann die sich dadurch
ergebende zusätzliche Erwärmung der Elektronik, die in
Stromsparlampen oft im Larapensockel eingebaut ist, zu
Problemen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung für das Vorheizen der Elektroden in einer Fluoreszenzlampe zu schaffen, mittels welcher ein sicheres Starten der Lampe erreicht und nach dem Zünden derselben ein unnötiger Stromverbrauch vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Schaltung erreicht, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist.
Im folgenden wird eine vorteilhafte AusführungsVariante einer derartigen Schaltung anhand der Zeichnung beschrieben, wobei dies im Vergleich zu einer Schaltung eines herkömmlichen elektronischen Vorschaltgerätes geschieht. In der Zeichnung veranschaulicht
Fig. 1 eine Schaltung eines herkömmlichen elektronischen Vorschaltgerätes und
Fig. 2 eine Schaltung gemäss der Erfindung.
Man erkennt in Fig. 1 eine herkommliche Schaltung eines elektronischen Vorschaltgerätes EVG1, dessen EingangsSpannung je nach Netz 110 oder 220 Volt bei 50 oder 60 Hertz beträgt. Am Ausgang "out" des Vorschaltgerätes EVG1 liegt
typischerweise eine Rechteckspannung von ungefähr 300 V /40 kHz und ein Serienschwingkreis, bestehend aus einer Spule L1 und zwei in Serie geschalteten Kondensatoren C2 und C3 an. Eine Fluoreszenzlarape FL ist mit je einem Anschluss von zwei Elektroden mit Glühwendeln W1 und W2 in den Ausgangskreis des Vorschaltgerätes EVG1 geschaltet. Die beiden anderen
Anschlüsse der Glühwendel W1 und W2 sind über die beiden Kondensatoren C2 und C3 sowie einen temperaturabhängigen Widerstand PTC, miteinander verbunden.
Bei Einschalten des Vorschaltgerätes EVG1 ist der Widerstand PTC1 in der Regel kalt und damit niederohmig. Der Kondensator C2 ist daher praktisch kurzgeschlossen. Um zu verhindern, dass in diesem Schaltzustand die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 hoch genug ist, um in der Fluoreszenzlampe FL eine Glimmentladung entstehen zu lassen, muss der Kondensator C3 eine entsprechende Kapazität, typischerweise 6 nF aufweisen. Durch den Ausgangskreis des elektronischen Vorschaltgerätes EVG1 fliesst in diesem Schaltzustand ein Storni von
typischerweise 100 mA der die beiden Glühwendel W1 und W2 sowie den Widerstand PTC1 in kürzester Zeit, typischerweise <1 Sekunde, auf ca. 900°C erwärmt. Durch diese Erwärmung wird der Widerstand PTC1 hochohmig, was dazu führt, dass die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 auf ca. 1000 V ansteigt, derart, dass die Fluoreszenzlampe FL ohne Glimmentladung zündet. Sobald dies geschehen ist und demnach Strom über das sich in der Fluoreszenzlarape FL befindliche Edelgas zwischen den Glühwendeln W1 und W2 fliessen kann, bricht die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 auf eine Brennspannung von typischerweise ca. 100 V zusammen. Die beiden Kondensatoren C und C3 sowie der Widerstand PTC1 werden dadurch allerdings nicht vom Ausgangskreis des Vorschaltgerätes EVG1, resp. vom Glühwendel-Stromkreis getrennt, derart, dass der Widerstand PTC1 weiterhin Strom in der Grössenordnung von ca. 0,5 W konsumiert, der ihn erwärmt und hochohmig hält. Dies führt zu den weiter oben erwähnten Nachteilen dieser bekannten
Schaltung. Um zu verhindern, dass nach dem Zünden der Fluoreszenzlarape FL im Ausgangskreis eines elektronischen Vorschaltgerätes EVG11 weiterhin unnötigerweise Strom komsumiert wird, wird
erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Ausgangsschaltung des Vorschaltgerätes EVG11 gemäss Fig. 2 zu gestalten. Dabei ist es notwendig, dass das Vorschaltgerät EVG11 im Gegensatz zu den bekannten elektronischen Vorschaltgeräten gemäss Fig. 1 neben dem 300 V / 40 kHz - Ausgang "out" auch einen 300 V - Ausgang "+" aufweist. Nach Einschalten des Vorschaltgerätes EVG11 wird die Fluoreszenzlarape FL einerseits über den aus der Spule L11 und den Kondensator C22 bestehenden
Serienschwingkreis unter Spannung gesetzt und mit Strom versorgt. Durch das Fehlen eines Brennstroraes, der bei
angezündeter Fluoreszenzlampe FL im Edelgas derselben zwischen den Glühwendeln W1 und W2 fliesst, steigt die Spannung zwischen den Glühwendeln W1 und W2 aufgrund der Tatsache, dass der in diesem Zeitpunkt kalte Thermowiderstand PTC22
niederohmig ist, auf die am "+" -Ausgang des Vorschaltgerätes EVG11 vorhandene Spannung an und gleichzeitig fliesst
wechselseitig über die beiden Dioden D1 und D2 Strom über den Widerstand PTC22 und einen während der Brenndauer der
Fluoreszenzlampe Potential ausgleichenden Kondensator C32. Der Thermowiderstand PTC22 wird dadurch, genauso wie die
Glühwendel W1 und W2 in der Fluoreszenzlampe FL, erwärmt und zunehmend hochohmig. Sobald sich der Thermowiderstand PTC22 genügend erwärmt hat, was bei adäquater Wahl der
Schaltungskomponenten in weniger als ungefähr einer Sekunde der Fall ist, wird dieser hochohmig, was dazu führt, dass die Spannung zwischen den beiden Glühwendeln W1 und W2 über die "+" -AusgangsSpannung des Vorschaltgerätes EVC11 bis auf die Zündspannung der Fluoreszenzlampe FL von ca. 1000 V ansteigen kann. In diesem Augenblick fä_t die Spannung zwischen den
Glühwendeln W1 und W2 auf die Betriebsspannung der
Fluoreszenzlampe FL von typischerweise 100 V zusammen, was dazu führt, dass vom "+" -Ausgang des Vorschaltgerätes EVG11 kein Strom mehr über den Thermowiderstand PTC22 und den
Kondensator C32 fHessen kann. Dieser Schaltungsteil ist bei angezündeter Fluoreszenzlampe FL daher tot und konsumiert auch keinen Strom mehr.
Es hat sich gezeigt, dass für die erfindungsgemässe Schaltung, ausgehend von einem elektronischen Vorschaltgerät EVG11 mit den sich aus Fig. 2 ergebenden Ausgangscharakteristika
folgende Schaltungskoroponenten eignen, um ein sauberes und sicheres Zünden der Fluoreszenzlampe FL zu garantieren:
C11 = 68 nF
L11 = 3 mH
C22 = 3 nF
C32 = 47 nF
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
PTC22 = Siemens PTC C890 265V
Der Fachmann erkennt, dass mit einem gegenüber den
herkömmlichen Vorheizschaltungen minimen konstruktiven
Mehraufwand einerseits ein dauernder und unnötiger
Stromverbrauch in der Schaltung vermieden werden kann und andererseits die Vorheizung der Glühwendel W1 und W2 der
Fluoreszenzlampe FL unter einer mehr oder weniger konstant gehaltenen Spannung erfolgt. Dies bring nicht nur den Vorteil eines gesamthalt gesehen kleineren Stromverbrauches einer entsprechend ausgerüsteten Fluoreszenzlampe mit sich, sondern erhöht zudem die Anzahl der möglichen Ein- und Ausschaltzyklen der Lampe zusätzlich.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemässe Schaltung an spezielle Bedingungen und Lampencharakteristika angepasst werden, indem die verwendeten Komponenten anders als hiervor erwähnt gewählt werden. Unter gewissen Umständen kann es, zwecks Ausgleich der durch die Glühwendel W1 und W2
fliessenden Ströme angebracht sein, über dem Glühwendel W2 einen Kondensator parallel zu schalten, der typischerweise 47 nF betragen kann. Auch das elektronische Vorschaltgerät EVG11 kann bezüglich der Netzspannung und -frequenz sowie den für das Betreiben der ihm zugeordneten Lampe notwendigen
Spannungs- und Stromcharakteristika entsprechend adaptiert werden, wobei dies durchaus im Rahmen dessen liegt, was ein durchschnittlicher Elektroniker ohne erfinderisches Dazutun leisten kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektronische Schaltung für das Vorheizen der Elektroden (W1, W2) von Fluoreszenzlampen (FL) vor deren Zündung, welche Schaltung mit den Ausgängen ("+", "out" und "0") eines elektronischen Vorschaltgerätes (EVG^) und den Anschlüssen der Elektroden (W1, W2) der Fluoreszenzlampe (FL) verbunden ist und zumindest einen Serieschwingkreis bestehend aus einer Spule (L11) und einem ersten Kondensator (C22) sowie einem temperaturabhängigen Widerstand (PTC22) und einem zweiten Kondensator (C32) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (PTC22) zusammen mit dem zweiten Kondensator (C32) und einer ersten Diode (D1) parallel zum ersten Kondensator (C22) geschaltet ist und über eine zweite Diode (D2) mit einem Hochspannungsausgang ("+") des Vorschaltgerätes (EVG11) verbunden ist.
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