Elektronischer Starter für Fluoreszenzlampen

Abstract

 In den Lampenstromkreis mit der Lampe (1), der Drossel (L) und dem Kondensator (C) ist der Starter mit einem Gleichrichter (2), einem Schalter (TH1) und Schaltelementen (C2, TH2) zur Steuerung des Schalters in den Sperrzustand vorgesehen, wodurch die Lampe gezündet wird. Durch eine Zenerdiode (ZD1) wird bewirkt, dass bei geringer Netzspannung, bei welcher die Lampe (1) noch nicht sicher gezündet werden kann, der Steuereingang des Schalters (TH1) gesperrt wird, wodurch die Vorheizphase und Zündung der Lampe erst bei einer Netzspannung von ca. drei Viertel der nominellen Netzspannung freigegeben wird. Ferner wird durch eine Impulsschaltung (R6, R7), TH3) der Abrisstromwert begrenzt, bei welchem der Vorheizstrom unterbrochen wird. Auf diese Weise wird eine sichere Zündung der Lampe bewirkt und es wird sichergestellt, dass auch bei einem hohen Induktivitätswert des Vorschaltgerätes keine Zerstörung des Schalters (TH1) erfolgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektronischen Starter für Fluoreszenzlampen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. 118 309 ist ein derartiger Starter bekannt.

[0003] In Figur 1 der vorliegenden Patentanmeldung ist ein Schaltungsbeispiel eines solchen Starters mit einem als Fluoractor bezeichneten Thyristor-Halbleiterschaltelement und Spannungsbegrenzungselement 3 gezeigt. An den bekannten Lampenstromkreis mit der Lampe 1, der Drossel L und dem Kondensator C ist dabei das Vorschaltgerät mit dem Gleichrichter 2, dem Fluoractor 3 und einem weiteren Thyristor 4 angeschlossen.

[0004] Der grösste Nachteil dieser Schaltung ist, dass das Vorheizen bereits bei kleinen Netzspannungen U_N erfolgt, bei welchen die Lampe noch nicht erfolgreich gezündet werden kann. Nach den Dimensionierungsvorschlägen für diese Schaltung beginnt der Heizvorgang bevor die Hälfte der nominellen Netzspannung erreicht wird. Diese Schaltung hat auch bei der nominellen Netzspannung bei kleinen Lampenleistungen Nachteile.

[0005] Anhand der Figuren 2a bis 2d mit den Spannungsverläufen der in der Figur 1 angegebenen Spannungen U1 bis U4 kann die Funktion des bekannten Starters kurz rekapituliert werden. Beim Anlegen der Netzspannung an die Lampenschaltung wird der Fluoractor 3 durch die steigende Spannung U3 an seinem Steuereingang leitend. Der Lampenstrom I_L fliesst durch die Drossel L, die Glühkatoden der Lampe 1, den Gleichrichter 2 und den Fluoractor 3. Die Lampe 1 wird vorgeheizt. Die gleichgerichtete Spannung U1 lädt dabei allmählich den Kondensator C1 des Starters auf. Die Spannung U2 ist rampenförmig mit einer überlagerten Welligkeit (Fig. 2b). Bei einem vorbestimmten Spannungswert von U2, der bei einem Maximum von U1 erscheint, wird die Schaltschwelle des Thyristors 4 erreicht und der Steuereingang des Fluoractors 3 auf einen tiefen Spannungswert bzw. die Durchschaltspannung des Thyristors 4 gesetzt. Damit wird der Fluoractor 3 zum Sperren angesteuert.

[0006] Der tatsächliche Sperrzustand wird indes erst später erreicht, da der Fluoractor erst beim Absinken des Stromes I_L unter einen vorgegebenen, durch den Fluoractor bestimmten Haltestrom I_H in den Sperrzustand gehen kann. Beim Sperren des Fluoractors wird der Strom I_L unterbrochen, was infolge der Drossel L zu einer hohen induzierten Zündspannung zum Zeitpunkt t_Z führt (Figur 2d). Die Zündspannung wird durch eine Zenerdiode im Fluoractor 3 auf ca. 1500 Volt beschränkt.

[0007] Der Haltestrom I_H, bei welchem die Zündung der Lampe erfolgt bzw. der Zündzeitpunkt t_Z, ist somit nicht einstellbar sondern durch den Fluoractor bestimmt. Bei grossen Induktivitätswerten der Drossel L (d.h. bei kleinen Leistungen der Fluoreszenzlampen), kann dieser vorgegebene Strom sogar zu einer Zerstörung des Fluoractors führen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schalter der genannten Art zu schaffen, bei welchem die Einleitung der Vorheizphase und die nachfolgende Auslösung des Zündimpulses erst bei einem Wert der Netzspannung erfolgt, bei welchem die Lampenkathoden genügend vorgeheizt werden und die Fluoreszenzlampe brennen kann und insbesondere einen elektronischen Schalter zu schaffen, bei dem der Halbleiterschalter nicht zerstört werden kann, wenn Fluoreszenzlampen mit kleinen Leistungen und folglich Vorschaltgeräte mit hohen Induktivitätswerten betrieben werden.

[0009] Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

[0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Vorschaltgerät mit Lampe und mit einem elektronischen Starter gemäss Stand der Technik in schematischer Darstellung;

Figuren 2a bis 2d die Spannungsverläufe im Starter von Figur 1;

Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Starters, bei welchem die Erfindung einsetzbar ist;

Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Starters, bei welchem die Erfindung einsetzbar ist;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Starters gemäss der Erfindung; und

Figur 6 Spannungsverläufe im Starter von Figur 5.

[0011] Die Figuren 1 und 2 beziehen sich auf einen bekannten elektronischen Starter mit einer Fluoreszenzlampe und einem Vorschaltgerät, die im wesentlichen in der EP-A 118 309 offenbart sind und bereits oben beschrieben wurden. Der grösste Nachteil dieser Schaltung ist, dass eine Vorheizphase bereits bei kleiner Netzspannung eingeleitet wird und am Ende dieser Vorheizphase ein Zündimpuls ausgelöst wird, auch wenn bei dieser Netzspannung die Lampe noch nicht brennen kann.

[0012] Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines elektronischen Starters mit einer Fluoreszenzlampe und einem Vorschaltgerät. Die Sperrspannung der Zenerdiode ZD1 bewirkt, dass bei kleineren Netzspannungen kein Strom durch die Zenerdiode ZD1 fliesst und dass der Steuereingang des Fluoraktors TH1 spannungslos bleibt. Dadurch wird der Fluoraktor TH1 gesperrt und bei kleineren Netzspannungen keine Vorheizphase ausgelöst. Erst wenn der Spitzenwert der Netzspannung über die Sperrspannung der Zenerdiode ansteigt, beginnt ein Strom durch die Zenerdiode ZD1 zu fliessen und eine Spannung baut sich über dem Widerstand R2 auf. Steigt die Netzspannung weiter an, so wird der Schwellwert der Einschaltspannung am Gate des Fluoraktors TH1 erreicht und der Fluoraktor gezündet, womit die Vorheizphase beginnt. Es ist ersichtlich, dass durch geeignete Dimensionierung der Zenerdiode ZD1 und der Widerstände R1 und R2 der Schwellwert der Netzspannung zur Einleitung der Vorheizphase eingestellt werden kann.

[0013] Eine weitere Verbesserung gegenüber der Schaltung in Figur 1 kann durch den Ersatz der zwei Dioden in Serie mit dem Fluoraktor 3 (Figur 1) durch eine zweite Zenerdiode ZD2 erreicht werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist.

[0014] Nach Auslösung der Vorheizphase fliesst der Vorheizstrom über den Widerstand R4 und lädt den Kondensator C2. Nach Erreichen des Schwellwertes der Gatespannung am Thyristor TH2 wird dieser gezündet und entnimmt dem Gate des Fluoraktors TH1 die zu seiner Leitung benötigte Ladung. Nach dem Unterschreiten des Haltestromes des Fluoraktors wird der Vorheizstrom unterbrochen und ein Zündimpuls generiert. Wenn die Fluoreszenzlampe brennen kann, sinkt die am Starter ersichtliche Spannung auf den Wert der Lampenspannung, die gewöhnlich unter der Hälfte der nominellen Netzspannung liegt, damit ein induktives Vorschaltgerät funktionieren kann. Wenn der untere Schwellwert der Netzspannung zur Einleitung der Vorheizphase auf drei Viertel der nominellen Netzspannung festgelegt wird, wird nach einer erfolgreichen Zündung der Lampe die Zenerdiode ZD1 und damit der Thyristor TH2 nicht mehr leiten können und der Kondensator C2 entladen. Der entladene Zustand des Kondensators C2 ist für die Funktion des elektronischen Starters sehr wichtig. Bei kurzen Netzspannungsunterbrüchen, die nur einige Netzperioden ausmachen können, wird die Lampe verlöschen. In diesem Fall wird nach vorhandener Netzspannung die Lampe mit einer vollen Vorheizphase wieder problemlos gezündet.

[0015] Wenn am Ende der Lebensdauer die Fluoreszenzlampe deaktiviert ist und nach der Vorheizphase nicht mehr brennen kann, erscheint über dem Starter die volle Netzspannung. In diesem Fall leitet die Zenerdiode zur Selbsthaltung des Thyristors TH2 genügend Strom, so dass die Vorheizphase nicht wiederholt wird und das Flackern der Fluoreszenzlampe am Ende ihrer Lebensdauer verhindert ist.

[0016] Wenn mit der Schaltung solche Fluoreszenzlampen betrieben werden, deren Wiederzündspannung nach dem Nulldurchgang der Netzspannung grössere Spannungsspitzen verursachen, ist es vorteilhaft, parallel zu der Zenerdiode ZD1 und dem Widerstand R2 einen Kondensator C1 und eventuell einen weiteren Widerstand R3 zu schalten, wie es in Figur 3 schematisch dargestellt ist.

[0017] In Figur 4 ist eine andere vorteilhafte Ausführung schematisch dargestellt. Zusätzlich wird eine Diode D1 und eine Zenerdiode ZD3 so eingeführt, dass zwei Schwellwerte unabhängig voneinander eingetellt werden können. Der Schwellwert der Netzspannung zur Einleitung der Vorheizphase kann somit etwas höher mit Hilfe der Zenerdiode ZD1 eingestellt werden, als der Schwellwert der Netzspannung, bei welchem der Thyristor TH2 noch im leitfähigen Zustand gehalten werden kann. Diese Hysterese zwischen den zwei Schwellwerten dient zur Unterdrückung von Schwingneigungen bei schwierigen Lampentypen und/oder bei tiefen Temperaturen.

[0018] In Figur 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt, bei welcher der Zündzeitpunkt eingestellt werden kann. Diese Einstellung ist besonders bei Fluoreszenzlampen mit kleinen Lampenleistungen nötig. Zum Betrieb diese Lampen werden relativ grosse Induktivitätswerte des Vorschaltgerätes benötigt. Weil der Haltestrom des Fluoraktors auch relativ gross ist, werden so hohe Energieimpulse erzeugt, die zu einer Selbstzerstörung des Fluoraktors führen können. Zur Begrenzung des Abrissstromes, bei welchem der Vorheizstrom unterbrochen wird, ist eine Impulsschaltung, bestehend aus zwei Widerständen R6 und R7 und einem weiteren Thyristor TH3 vorgesehen.

[0019] Die Funktion der Impulsschaltung in Figur 5 ist mit den Spannungsverläufen in Figur 6 schematisch dargestellt. Nach dem Nulldurchgang des Vorheizstromes leitet der Thyristor TH3 nicht. Der Vorheizstrom fliesst über die Widerstände R6 und R7. Bei Erreichen der Gatespannung des Thyristors TH3 aufgrund des Spannungsabfalls über R7 wird der Thyristor TH3 gezündet. Dadurch entsteht eine Spannungsspitze am Thyristor TH3, deren Höhe sich mit dem Widerstand R6 einstellen lässt. Der Wert des Widerstandes R7 bestimmt den Wert des Vorheizstromes, bei welchem diese Spannungsspitze entsteht. Die Form der über dem Thyristor TH3 auf diese Weite generierten Spannung U1 ist in Figur 6a dargestellt. Durch das sukzessive Aufladen des Kondensators C2 entsteht ein Spannungsverlauf U2 am Gate des Thyristors TH2, der in Figur 6b dargstellt ist. Es ist ersichtlich, dass die lokalen Maxima dieses Spannungsverlaufs nur an den Rändern der Zeitperioden ta erscheinen. Dadurch ist es nicht möglich, dass die Schwellwertspannung am Gate des Thyristors TH2 während der Zeitperiode tb erreicht wird, wo der Vorheizstrom seine grössten Werte annimmt. Nach Erreichen des Schwellwertes der Gatespannung am Thyristor TH2 wird dieser gezündet (Figuren 6b, 6c). Dadurch wird dem Gate des Fluoraktes seine Ladung entzogen und dieser bei dem vorbestimmten Wert des Vorheizstromes sofort geöffnet, weil dieser Wert unter dem Haltestrom des Fluoraktors liegt. Dadurch entsteht am Starter ein Zündimpuls, dessen Höhe durch die Einstellung des Zündzeitpunktes auch vorbestimmt werden kann. Der Verlauf der Starterspannung U4 ist in der Figur 6d dargestellt.

[0020] Der Thyristor TH3 kann auch aus einem PNP- und einem NPN-Transistor nachgebildet werden. Eine weitere Möglichkeit zur Verstärkung der lokalen Maxima am Gate des Thyristors TH2 ist die Einführung einer zusätzlichen Serieschaltung mit einem Kondensator C3 und einem Widerstand R8, die zwischen dem Gate des Thyristors TH2 und der Anode des Thyristors TH3 geschaltet werden kann. Mit geeigneten Werten von C3 und R8 kann man die Welligkeiten in den Zeitperioden ta und tb damit voneinander unabhängig einstellen.

[0021] Zur Vermeidung von Störungen kann man zwischen Gate und Kathode des Thyristors TH2 einen Kondensator C4 und/oder zwischen Anode und Kathode des Thyristors TH3 einen Kondensator C5 schalten.

Ansprüche

1. Elektronischer Starter für Fluoreszenzlampen für den Betrieb mit einem Vorschaltgerät, zum Vorheizen der Lampenkathoden und zur Auslösung eines Zündimpulses, mit einem ersten Halbleiterschaltelement (TH1), mit einer Teilschaltung zur Auslösung der Vorheizphase in Abhängigkeit der am Vorschaltgerät anliegenden Netzspannung, und mit einem Zeitglied zur Bestimmung der Vorheizzeit und zur Ansteuerung eines zweiten Halbleiterschaltelementes (TH2), welches den Zündimpuls durch Einwirkung am Steuereingang des ersten Halbleiterschaltelementes (TH1) auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschaltung eine Serieschaltung mit einem ersten Widerstand (R1), mit einer Zenerdiode (ZD1) und mit einem zweiten Widerstand (R2) umfasst, dass der Steuereingang des Halbleiterschaltelementes (TH1) am Knotenpunkt zwischen der Zenerdiode (ZD1) und dem zweiten Widerstand (R2) angeschlossen ist und dass die Elemente der Teilschaltung (R1, ZD1, R2) so dimensioniert sind, dass die Auslösung der Vorheizphase und der Zündimpuls erst dann erfolgen, wenn die Netzspannung etwa drei Viertel oder mehr der nominellen Netzspannung erreicht hat, und dass eine in Serie zum ersten Halbleiterschaltelement (TH1) geschaltete Impulsschaltung vorgesehen ist, welche aus zwei Widerständen (R6, R7) und einem Thyristor (TH3) gebildet ist und die Auslösung des Zündimpulses bis zu einer vorbestimmten, maximalen Grösse des Vorheizstromes zulässt.

2. Elektronischer Starter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor (TH3) aus zwei Transistoren (TR1, TR2) gebildet ist.

3. Elektronischer Starter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Serieschaltung (R8, C3), die zwischen der Anode des Thyristors (TH3) und dem Steuereingang des zweiten Halbleiterschalters (TH2) geschaltet ist.

4. Elektronischer Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gate und Kathode des zweiten Halbleiterschaltelementes (TH2) ein Kondensator (C4) und/oder zwischen Anode und Kathode des Thyristors (TH3) ein Kondensator (C5) geschaltet sind.

5. Elektronischer Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zum Halbleiterschaltelement (TH1) eine zweite Zenerdiode (ZD2) geschaltet ist.

6. Elektronischer Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Zenerdiode (ZD1) und dem zweiten Widerstand (R2) ein Kondensator (C1) geschaltet ist.

7. Elektronischer Starter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Kondensator (C1) ein dritter Widerstand (R3) geschaltet ist.

8. Elektronischer Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuereingang des ersten Halbleiterschaltelementes (TH1) und dem zweiten Halbleiterschaltelement (TH2) eine Diode (D1) und zwischen dem Knotenpunkt des ersten Widerstandes (R1) und der Zenerdiode (ZD1) und dem Knotenpunkt der Diode (D1) und des zweiten Halbleiterschaltelementes (TH2) eine weitere Zenerdiode (ZD3) geschaltet sind.

Zeichnung