Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen

Abstract

 Bei elektronischen Vorschaltgeräten für wenigstens eine mit heizbaren Elektroden ausgerüstete Leuchtstofflampe müssen vor dem eigentlichen Zünden der Leuchtstofflampe die Heizelektroden ausreichend vorgeheizt werden.
Bei der üblicherweise verwendeten hochfrequenten Vorheizung der Heizelektroden unter Anwendung einer Frequenzverschiebung der Hochfrequenz des Wechselrichters ergeben sich relativ lange Vorheizzeiten in der Größenordnung > 1,2 Sekunden.
Um die Vorheizzeit wesentlich unter einer Sekunde herabsetzen zu können, wird vorgeschlagen, für die auf der Sekundärseite eines Transformators (TR1, TR2, ... TRn) angeordnete Leucht­stofflampe (LL1, LL2, ... LLn) einen Gleichstrompfad zu bilden, in dem die Heizelektroden (He) mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltet sind und diesen Gleichstrompfad während der Vorheizphase über gesteuerte Schalter (S11, S12) an die Betriebsgleichspannung (Ub) anzuschalten.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschalt­gerät für wenigstens eine mit heizbaren Elektroden ausgerüstete Leuchtstofflampe mit einem Wechselrichter, dem eingangsseitig eine Betriebsgleichspannung zugeführt ist und der ausgangssei­tig mit einem eine Leuchtstofflampe aufweisenden Lastkreis in Verbindung steht, der für die potentialfreie Anschaltung der Leuchtstofflampe an den Ausgang des Wechselrichters einen Transformator mitumfaßt.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0002] Bei mit heizbaren Elektroden ausgerüsteten Leuchtstofflampen müssen bei einem Einschaltvorgang zunächst die als Heizwendeln gestalteten Elektroden, im folgenden kurz Heizelektroden ge­nannt, ausreichend vorgeheizt werden, um die Leuchtstoff­lampe anschließend sicher und frei von Flackereffekten zünden zu können.

[0003] Beispielsweise durch die Literaturstelle US-PS 3,710,177 wird die Hochfrequenzheizung der Heizelektroden mit Hilfe einer Fre­quenzverschiebung der Schaltfrequenz des Wechselrichters her­beigeführt. Diese Frequenzverschiebung hat die Aufgabe, einer­seits eine schnelle Vorheizung sicherzustellen und andererseits während der Vorheizzeit zu verhindern, daß die Leuchtstofflampe vorzeitig eine ihre Zündung bewirkende hohe Spannung erhält. Gegebenenfalls kann auch gleichzeitig mit der Frequenzverschie­bung die Spannung an der Leuchtstofflampe während der Vorheiz­zeit herabgesetzt werden.

[0004] Da die Hochfrequenzleistung des Wechselrichters begrenzt ist, läßt sich die Vorheizzeit nicht beliebig klein halten. In der Regel ergeben sich hierbei Vorheizzeiten in der Größenordnung von mehr als 1,2 Sekunden. Mit anderen Worten wird das Ein­schalten der Leuchtstofflampe durch die Vorheizzeit über ein Zeitintervall verzögert, das sich mitunter als störend erweist.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein elektroni­sches Vorschaltgerät der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, bei der Vorheizzeiten wesentlich kleiner als 1 Sekunde erreicht werden können, und zwar bei relativ geringem technischen Aufwand.

[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentan­spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0007] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Vorheizen der Heizelektroden der Leuchtstofflampe unter Verzicht auf eine Auslegung des Vorschaltgerätes für eine höhere elektrische Leistung wesentlich schneller dann erfolgen kann, wenn die hierfür erforderliche elektrische Leistung von der gleichge­richteten Netzwechselspannung aufgebracht wird. Auf diese Weise läßt sich praktisch ein beliebig großer Vorheizstrom für die Heizelektroden zur Verfügung stellen. Dank der vom Wechselrich­ter über einen Transformator angesteuerten Leuchtstofflampe kann aufgrund der hierdurch gegebenen Potentialtrennung ein Gleichstrompfad aus der Reihenschaltung der Sekundärwicklung des Transformators mit den Heizelektroden gebildet werden, der dann bei einem Einschaltvorgang zur Durchführung der gewünsch­ten Vorheizung über Schalter an die Betriebsgleichspannung angeschaltet und am Ende der Vorheizphase wiederum hiervon abgeschaltet wird.

[0008] Diese Art der Gleichstromvorheizung läßt sich in außerordent­lich vorteilhafter Weise auch auf Vorschaltgeräte anwenden, die gleichzeitig zwei und mehr Leuchtstofflampen zu versorgen haben. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Sekundär­wicklungen der den einzelnen Leuchtstofflampen zugeordneten Transformatoren in geeigneter Weise in Reihe zu schalten.

[0009] Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Patentan­spruch 1 sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 6 ange­geben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0010] In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Erfindung dienenden Figuren

Fig. 1 das Blockschaltbild eines für mehrere Leuchtstofflampen vorgesehenen Vorschaltgerätes mit einer Gleichstrom­vorheizung,

Fig. 2 die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 näher erläu­ternde Zeitdiagramme.

Bester Weg zur Ausführung der Erfinung

[0011] Das Blockschaltbild für ein mehreren Leuchtstofflampen zuge­ordnetes Vorschaltgerät weist ein Oberwellenfilter OW auf, an dem eingangsseitig die Netzwechselspannung Un anliegt. An das Oberwellenfilter OW schließt sich ein Gleichrichter GL an, dem auf der Ausgangsseite ein Ladekondensator Co parallel liegt. Am Ladekondensator Co steht die gleichgerichtete ge­glättete Netzwechselspannung Un in Form der Betriebsgleichspan­nung Ub an. Die dem Wechselrichter WR eingangsseitig zugeführte Betriebsgleichspannung Ub wird im Rhythmus einer Hochfrequenz mit Hilfe einer selbstgesteuerten Schalterbrückenanordnung umgeschaltet und ausgangsseitig über den Koppelkondensator Ck dem Lastkreis LK zugeführt.

[0012] Der Lastkreis weist n Leuchtstofflampen LL1, LL2, ... LLn auf, denen einerseits jeweils ein Zündkondensator C1, C2, ... Cn und andererseits die Sekundärwicklung eines Transformators TR1, TR2, ... Tn parallel geschaltet sind. Die jeweils einer Leucht­stofflampe LL1, LL2, ... LLn zugeordneten Transformatoren TR1, TR2, ... TRn sind hinsichtlich ihrer Primärwicklungen in Paral­lelschaltung mit dem Ausgang des Wechselrichters WR verbunden.

[0013] Die Sekundärwicklungen der Transformatoren TR1, TR2, ... TRn sind auf seiten der Zündkondensatoren C1, C2, ... Cn so einan­der in Serie geschaltet, daß sich hierdurch ein Gleichstrompfad bildet, in dem die Heizelektroden He sämtlicher Leuchtstofflam­pen LL1, LL2, ... LLn mit den Sekundärwicklungen der Transfor­matoren TR1, TR2, ... TRn in Reihe geschaltet sind. Der gemein­same Verbindungspunkt der Heizelektrode He der Röhre LL1 mit dem Zündkondensator C1 ist über den Schalter S11 und den Heiz­vorwiderstand RV mit dem positiven Pol der Betriebsgleichspan­nung Ub verbunden. Der negative Pol der Betriebsgleichspannung Ub liegt auf Bezugspotential. Mit diesem Bezugspotential ist der Gleichstrompfad am gemeinsamen Verbindungspunkt des Zünd­kondensators Cn mit der unteren Heizelektrode He der Leucht­stofflampe LLn ebenfalls über einen Schalter S12 verbunden. Die Schalter S11 und S12 stellen Arbeitskontakte al und a2 eines Relais A dar, dessen Erregerwicklung der Betriebsgleichspannung Ub über die Vorheizsteuerung VH parallel anschaltbar ist.

[0014] Die Vorheizsteuerung VH ist ein Zeitschaltglied, das bei Ein­schalten des Vorschaltgerätes über die sich am Ladekondensator Co aufbauende Betriebsgleichspannung Ub aktiviert wird und damit das Relais A zum Ansprechen bringt. Die hierdurch sich schließenden Arbeitskontakte al und a2 der Schalter S11 und S12 schalten den geschilderten Gleichstrompfad über den Vorheizwi­derstand RV und die Betriebsgleichspannung Ub an und es fließt nunmehr über diesen Gleichstrompfad und damit über sämtliche Heizelektroden der Leuchtstofflampen LL1, LL2, ... LLn der Vorheizstrom iVH.

[0015] Entsprechend der Einstellung der Zeitschaltung der Vorheiz­steuerung VH wird der Vorheizstrom iVH über das abfallende Relais A nach einer vorgegebenen kurzen Zeit wieder unterbro­chen und es können dann die Leuchtstofflampen LL1, LL2, ... LLn gezündet werden. Die Zündung erfolgt im Anschluß an die Deakti­vierung der Vorheizsteuerung VH durch Anschwingen der selbstge­steuerten Schalterbrückenanordnung, deren Brückenschalter S1 und S2 wechselweise im Rhythmus der hochfrequenten Schaltfre­quenz geschlossen werden.

[0016] Die selbstgesteuerte Schalterbrückenanordnung weist für die Selbsterregung einen Sättigungsübertrager SÜ auf, mit dessen Hilfe die positive Rückkopplung des Ausgangskreises des Wech­selrichters auf die Steuereingänge der Brückenschalter S11 und S12 verwirklicht wird. Wie der im Block dargestellte Wech­selrichter WR erkennen läßt, weist der Sättigungsübertrager SÜ eine Zusatz-Sekundärwicklung Wz mit einem Mittelabgriff P auf, der zwei Dioden D1 und D2 gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Mittels der Sperrschaltung SS kann der gemeinsame Ver­bindungspunkt der beiden Dioden D1 und D2 ebenfalls über ein Zeitschaltglied an Bezugspotential gelegt und damit die Zusatz-­Sekundärwicklung Wz kurzgeschlossen werden. Die Sperrschaltung SS spricht ebenfalls wie die Vorheizsteuerung VH bei Einschal­ten des Vorschaltgerätes an und verhindert damit während der Vorheizphase ein parasitäres Anschwingen der selbstgesteuerten Schalterbrückenanordnung.

[0017] Die Aktivierung der Sperrschaltung SS erfolgt wie bei der Vorheizsteuerung VH durch die sich bei einem Einschaltvorgang am Ladekondensator Co aufbauende Betriebsgleichspannung Ub. Die Sperrschaltung SS weist noch einen Steuerausgang auf, über den sie nach Aufheben des Kurzschlusses der Zusatz-Sekundärwicklung Wz des Sättigungsübertragers SÜ die Starterschaltung ST für ein definiertes Anschwingen der selbstgesteuerten Schalterbrücken­anordnung aktiviert.

[0018] Um mit dem Anschwingen des Wechselrichters den zu zündenden Leuchtstofflampen LL1, LL2, ... LLn des Lastkreises LK jeweils eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung stellen zu können, sind die Transformatoren TR1, TR2, ... TRn als Streufeldtrans­formatoren ausgeführt, deren in Fig. 1 nicht dargestellten Streuinduktivitäten mit den Zündkondensatoren C1, C2, ... Cn Serienresonanzkreise bilden, die annähernd auf die hochfrequen­te Schaltfrequenz des Wechselrichters abgestimmt sind.

[0019] In den Zeitdiagrammen der Fig. 2 ist der Ablauf eines Ein­schaltvorgangs, soweit er die Vorheizung der Heizelektroden der Leuchtstofflampen LL1, LL2, ... LLn mit dem Vorheizstrom iVH betrifft, über der Zeit dargestellt. Die Zeitdiagramme stellen von oben nach unten den Verlauf der Betriebsgleich­spannung Ub, das Schaltverhalten der Vorheizsteuerung VH, das Schaltverhalten der Sperrschaltung SS, den zeitlichen Verlauf des von der Starterschaltung ST abgegebenen Startimpulses I sowie den Verlauf des Vorheizstromes iVH über der Zeit t dar.

[0020] Mit dem Einschalten des Vorschaltgerätes und damit dem Auf­treten der Betriebsgleichspannung Ub am Ladekondensator Co im Zeitpunkt t1 werden gleichzeitig die Vorheizsteuerung VH und die Sperrschaltung SS aktiviert. Die Sperrschaltung SS bleibt im Abschaltzeitpunkt der Vorheizsteuerung VH im Zeitpunkt t2 noch aktiviert und zwar bis zum Zeitpunkt t3, in dem unvermeid­bare Prellungen der Arbeitskontakte a1 und a2 beim Abfallen des Relais A abgeklungen sind. Dieses Prellverhalten der genannten Arbeitskontakte a1 und a2 ist im Stromdiagramm für den Vorheiz­strom iVH dargestellt. Im Zeitpunkt t3, in dem der Vorheizstrom iVH nach dem Abschalten im Zeitpunkt t2 völlig abgeklungen ist, schaltet auch die Sperrschaltung SS ab und gibt damit den Wechselrichter WR frei. Die Sperrschaltung SS erzeugt beim Abschalten einen Steuerimpuls für die Starterschaltung ST, die damit den Startimpuls I an den Wechselrichter WR abgibt.

Ansprüche

1. Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine mit heiz­baren Elektroden ausgerüstete Leuchtstofflampe mit einem Wech­selrichter, dem eingangsseitig eine Betriebsgleichspannung zugeführt ist und der ausgangsseitig mit einem eine Leucht­stofflampe aufweisenden Lastkreis in Verbindung steht, der für die potentialfreie Anschaltung der Leuchtstofflampe an den Ausgang des Wechselrichters einen Transformator mitumfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß lastkreisseitig die Sekundärwicklung des Transformators (TR1, TR2, ... TRn) in Reihe mit den Heizelektroden der Leuchtstofflampe (L11, LL2, ... LLn) einen Gleichstrompfad für den Vorheizstrom (iVH) bildet, der über von einer Vor­heizsteuerung (VH) betätigte Schalter (S11, S12) bei einem Einschaltvorgang für eine vorgegebene Vorheizzeit (t1-t2), gegebenenfalls in Reihe mit einem Vorheizwiderstand (RV), an die Betriebsgleichspannung (Ub) anschaltbar ist.

2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß zwei und mehr Transformatoren (Tr1, Tr2, ... Trn) primärseitig wechselstrommäßig dem Ausgang des Wechselrich­ters (WR) parallel angeschaltet sind,
- daß jeder Transformator (Tr1, Tr2, ... Trn) sekundärseitig mit einer Leuchtstofflampe (LL1, LL2, ... LLn) in Verbindung steht und
- daß die Sekundärwicklungen sämtlicher Transformatoren (Tr1, Tr2, ... Trn) so einander in Serie geschaltet sind,
- daß sämtliche Heizelektroden der Leuchtstofflampen mit den Sekundärwicklungen in Reihe den Gleichstrompfad für den Vorheizstrom (iVH) bilden.

3. Elkektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Schalter (S11, S12) Arbeitskontakte (a1, a2) eines mit seiner Erregerwicklung über die Vorheizsteuerung (VH) an die Betriebsgleichspannung (Ub) anschaltbaren Relais (A) sind.

4. Elektronisches Vorschaltgerät, bei dem der Wechselrichter (WR) eine selbstgesteuerte Schalterbrückenanordnung mit einem die Rückkopplung des Ausgangskreises auf die Steuereingänge der Brückenschalter (S1, S2) verwirklichenden Sättigungsübertra­ger (SÜ) ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Sättigungsübertrager (SÜ) eine Zusatz-Sekundär­wicklung (Wz) aufweist, die durch eine Sperrschaltung (SS) bei einem Einschaltvorgang während der Schließzeit der Schalter (S11, S12) im Gleichstrompfad für den Vorheizstrom (iVH) kurzgeschlossen ist und
- daß die Sperrschaltung (SS) nach Aufheben des Kurzschlusses der Zusatz-Sekundärwicklung (WZ) eine Starterschaltung (ST) aktiviert, die einen das definierte Anschwingen des Wechsel­richters (WR) auslösenden Startimpuls (I) an den Wechselrichter (WR) abgibt.

5. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die die Zusatz-Sekundärwicklung (Wz) des Sättigungsüber­tragers (SÜ) bei einem Einschaltvorgang kurzschließende Sperrschaltung (SS) den Kurzschluß erst dann aufhebt, wenn die Schalter (S11, S12) die Verbindung zwischen der Betriebsgleichspannung (Vb) und dem Gleichstrompfad für den Vorheizstrom (iVH) einwandfrei unterbrochen haben.

6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Transformatoren (Tr1, Tr2, ... Trn) Streufeldtrans­formatoren sind, deren Streufeldinduktivitäten jeweils gemeinsam mit den Leuchtstofflampen (L11, LL2, ... LLn) parallel geschalteten Zündkondensatoren (C1, C2, ... Cn) einen den Zündvorgang der Leuchtstofflampen (LL1, LL2, ... LLn) unterstützenden, in etwa auf die haltfrequenz des Wechselrichters (WR) abgestimmten Serienresonanzkreis bilden.

Zeichnung