DE2721253A1 - Anordnung zum starten und betreiben von leuchtstofflampen - Google Patents

Anordnung zum starten und betreiben von leuchtstofflampen

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFl Unser Zeichen
Berlin und München 77 F 3 5 19 BRD
Anordnung zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Kathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampen liefernden Hauptwicklung, und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits zwischen der Hauptwicklung und der Leuchtstofflampe liegt.
Bei einer derartigen, aus der DT-PS 1 789 052 bekannten Schaltung kommt es insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen häufig zu Kaltstarts der Leuchtstofflampe, die noch durch Zündhilfen begünstigt werden, wie sie zur Sicherstellung eines einwandfreien Startes bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen erforderlich sind.
Da nun durch häufige Kaltstarts die Lebensdauer einer Leuchtstofflampe merklich reduziert wird, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiterzubilden, daß immer für eine ausreichende Vorheizung der Glühkathoden der Leuchtstofflampe gesorgt ist, und zwar auch bei Verwendung von Zündhilfeschaltungen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß
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VPA 21/7236
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zwischen Leuchtstofflampe und Kondensator ein Schalter angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen an die Kathoden der Leuchtstofflampe verzögert automatisch geschlossen wird, wobei die Verzögerungszeit so bemessen ist, daß ein Kaltstart praktisch vermieden wird.
Die Vorheizzeit für die Glühkathoden der Leuchtstofflampe ist somit bei der Erfindung ausschließlich von den Eigenschaften der Steuereinrichtung des Schalters abhängig, die leicht so gewählt werden können, daß unter allen nur denkbaren Betriebsbedingungen stets eine ausreichende Vorheizung von beispielsweise etwa 0,5 bis 1 Sekunde gewährleistet ist; das gilt auch dann, wenn zusätzlich eine Zündhilfeschaltung gemäß DT-PS 1 789 052 für die Begünstigung des Startes bei sehr tiefen Temperaturen vorgesehen ist.
Es ist zwar bereits ein Transistorwechselrichter mit Streufeldtransformator zur Speisung einer Leuchtstofflampe mit Glühkathoden bekannt, bei der eine ausreichende Vorheizung mit Hilfe eines verzögert öffnenden, mechanischen Schaltkontaktes sichergestellt wird (Sturm, Vorschaltgeräte, 5. Auflage, Seite 347). Hierbei liegt jedoch der Ruhekontakt eines Schutzgasrelais anstelle des sonst üblichen Glimmzünders in dem Vorheizkreis und unterbricht die Heizung mit der gewünschten Verzögerung. Da jedoch hierbei die zum Zünden erforderliche Spannungsüberhöhung auf einem Resonanzeffekt beruht, sind die Transistoren des Wechselrichters durch Überspannungen gefährdet, wenn die, beispielsweise defekte, Leuchtstofflampe nicht zündet und somit nicht für die erforderliche Spannungsbegrenzung sorgt.
Vorzugsweise dient bei der Erfindung als Schalter ein Triac, der über eine Shockleydiode und ein RC-Glied an Teile der Sekundärwicklung des Streufeldtransformators angeschlossen ist, so daß er verzögert durchschaltet.
Triacs haben nun die Tendenz, auch ohne an der Zündelektrode von außen zugeführten Zündstrom durchzuschalten, was insbesondere bei
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sehr hohen Spannungen, Spannungsgradienten oder Frequenzen zu beobachten ist. Ferner ist es kaum möglich, einen Triac bei Frequenzen oberhalb 10 kHz zum Abschalten zu benutzen.
Aufgrund dieser Besonderheiten wird der Triac bei der Erfindung zum verzögerten Zuschalten verwendet; die Abschaltung erfolgt dagegen beim Abschalten des gesamten Wechselrichters.
Eine Selbstdurchzündung des Triac wird andererseits durch die hier verwendete Wechselrichterschaltung mit Sicherheit vermieden: Betriebsart und Schaltung sind nämlich so gewählt, daß vor allem bei hoher Speisegleichspannung eine rechteckige Spannungsform auch noch bei Nennlast gewährleistet ist, der die Betriebsfrequenz bestimmende Sättigungsstrom der Transistoren also durch einen starken Anstieg des Stromes im Primärkreis des Streufeldtransformators und nicht durch eine Abnahme der Steuerspannung bestimmt ist, wie es bei Wechselrichtern mit einem Serienresonanzkreis der Fall ist. Auf diese Weise läßt sich der Scheitelwert der Spannung an dem Triac bei verhältnismäßig hohem Effektivwert niedrig halten.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Betriebsfrequenz der gewählten Wechselrichterschaltung im Leerlauf erheblich niedriger ist als bei Belastung. Bei einer Nennfrequenz von 20 kHz liegt beispielsweise die Leerlauffrequenz bei nur 7 kHz; dabei läßt sich ein Durchzünden des Triac noch mit Sicherheit vermeiden.
Die bevorzugte rechteckige Spannungsform verlangt einen Verzicht auf einen Serienresonanzkreis. Es kommt dann aber leicht zu Un-Symmetrien der beiden Halbwellen und infolge dessen zu Gleichstromkomponenten im Wechselstromkreis, durch die die Transistoren gefährdet sind. Es ist daher zweckmäßig, in den Primärkreis des Streufeldtransformators einen so groß bemessenen Kondensator zu legen, daß durch ihn der für den Betrieb der Leuchtstofflampe erforderliche induktive Charakter der Schaltung bei der Nennfrequenz kaum verändert wird. Gleichzeitig wird durch diesen Konden-
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sator die Abhängigkeit der Nennfrequenz bei Belastung des Wechselrichters von Schwankungen der Speisegleichspannung erhöht, was in Verbindung mit der Streuinduktivität des Streutransformators dazu fuhrt, daß Lampenstrom und Lampenspannung bei Schwankungen der Speisegleichspannung praktisch konstant bleiben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur erläutert.
Die Primärwicklung 31 des Streufeldtransformators 3 ist über einen Kondensator 4 mit parallel geschaltetem Entladewiderstand an die Wechselspannungsklemmen 25, 26 einer von Transistoren 21, 22, 23 und 24 gebildeten Brückenschaltung angeschlossen, die ihrerseits mit den Klemmen 11, 12 einer Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist. Die Basis-Emitterstrecken der Transistoren sind in bekannter Weise über nicht näher bezeichnete Schaltungsanordnungen mit Steuerwicklungen des Streufeldtransformators 3 so verbunden, daß immer die Transistoren 21 und 24 oder 22 und 23 gleichzeitig durchgesteuert bzw. gesperrt sind.
der Streufeldtransformator 3 und der Steuerkreis jedes Transistors sind so bemessen, daß die Umsteuerung des Schaltzustandes durch Ansteigen des Magnetisierungsstromes auf den Wert des Sättigungsstromes eines Transistors bei praktisch konstantem Steuerstrom bestimmt ist. Der Kondensator 4 bildet dementsprechend bei der so bestimmten Betriebsfrequenz des Wechselrichters zusammen mit der Streuinduktivität des Streufeldtransformators 3 keinen Serienresonanzkreis sondern eine insgesamt induktive Impedanz von solcher Größe, wie es durch die erforderliche Strombegrenzung für die Leuchtstofflampe 5 notwendig ist. Er hat vielmehr die Aufgabe, eine die Transistoren gefährdende Gleichstromkomponente aufgrund unterschiedlich langer Halbwellen zu vermeiden.
Die Glühkathoden 51, 52 der Leuchtstofflampe 5 sind an die Heizwicklungen 33, 35 angeschlossen, wobei die Heizwicklung 33 zwischen einer Hauptwicklung 32 und einer Zündwicklung 34 liegt,
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während die Heizwicklung 35 von diesen Wicklungen galvanisch getrennt ist. Das der Heizwicklung 33 entfernt liegende Ende der Hauptwicklung 32 ist über einen Kondensator 61 und einen Triac mit der Glühkathode 51 verbunden. Dem Triac ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die einen Zündkondensator 83 enthält, der einerseits über einen Widerstand 84 und eine Shockleydiode 85 an die Steuerstrecke des Triac 62 und andererseits über eine Diode 86 an die Heizwicklung 35 und zusätzlich über einen Widerstand und eine Diode 81 an die Reihenschaltung aus Heizwicklung 35 und einer Zusatzwicklung 36 angeschlossen ist. Diese Zusatzwicklung 36, der Widerstand 82, der Zündkondensator 83 und die Shockleydiode 85 sind so bemessen und auf die Zündeigenschaften des Triac 62 abgestellt, daß sich die gewünschte verzögerte Anschaltung der Hauptwicklung 32 und des Kondensators 61 an die Leuchtstofflampe 5 ergibt.
Der Kondensator 61 ist über den Triac 62, eine Diode 63 und einen Widerstand 64 auch an die Reihenschaltung der Hauptwicklung 32, der Heizwicklung 33 und einer Zündwicklung 34 angeschlossen; nach dem Durchschalten des Triac 62 wird daher der Kondensator 61 auf die Summe der an diesen Wicklungen liegenden Spannungen aufgeladen.
Als Zündhilfe für niedrige Umgebungstemperaturen, beispielsweise unter - 15° C, dient ein Spannungsteiler aus einem Widerstand 71 und einem Heißleiter 72, der an der Reihenschaltung der Wicklungen 32, 33 und 34 liegt und dessen Abgriff über einen Kondensator 73 am Lampengehäuse 53 liegt.
Mit dem Einschalten des Wechselrichters und seinem Anschwingen werden die Glühkathoden 51, 52 der Leuchtstofflampe 5 sofort mit Heizstrom aus den Heizwicklungen 33, 35 versorgt. Gleichzeitig lädt sich der Zündkondensator 83 verhältnismäßig langsam über den Widerstand 82 auf und erreicht schließlich nach der gewünschten Zeit die Schaltspannung der Shockleydiode 85. Er entlädt sich daraufhin über die Steuerstrecke des Triac 62 und zündet diesen
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durch. Mit diesem Zeitpunkt liegt die gesamte Spannung der Wicklungen 32, 33 und 34 über Widerstand 64 und Diode 63 an dem Kondensator 61, der sich von Halbwelle zu Kalbwelle auf einen höheren Scheitelwert auflädt. Seine Spannung liegt zugleich in Reihe mit der Spannung der Hauptwicklung 32 zwischen den Glühkathoden 51 und 52 und führt bei entsprechender Größe zur Zündung der Leuchtstofflampe, die somit grundsätzlich erst nach ausreichender Vorheizung erfolgen kann.
Da über den Triac 62 auch der Betriebsstrom der Leuchtstofflampe 5 fließt, muß er in durchgesteuertem Zustand gehalten werden. Den hierzu erforderlichen Strom liefert die Heizwicklung 35 über die Diode 87 und den Widerstand 84; der für die höhere Zündspannung der Shockleydiode 85 bemessene Stromkreis mit der Zusatzwicklung 36, der Diode 81 und dem Widerstand 82 braucht daher nur für eine verhältnismäßig niedrige Leistung bemessen zu sein.
6 Ansprüche
1 Figur
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Claims (4)

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    Ansprüche
    Γ 1.J Anordnung zum Starten und Betreiben von Leuchtstofflampen mit Glühkathoden, mit einem Wechselrichter und einem zwischen diesem und der Leuchtstofflampe liegenden Streufeldtransformator mit Heizwicklungen für die Kathoden und einer die Betriebsspannung für die Leuchtstofflampe liefernden Hauptwicklung, und mit einem Kondensator, der einerseits in einem von dem Streufeldtransformator gespeisten, eine Diode enthaltenden Ladestromkreis und andererseits zwischen der Hauptwicklung und der Leuchtstofflampe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Leuchtstofflampe (5) und Kondensator (61) ein Schalter (62) angeordnet ist, der durch eine Steuereinrichtung gegenüber dem Zeitpunkt der Anschaltung der Heizwicklungen (33» 35) an die Kathoden (51, 52) der Leuchtstofflampe (5) verzögert automatisch geschlossen wird, wobei die Verzögerungszeit so bemessen ist, daß ein Kaltstart praktisch vermieden wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (62) auch im Ladestromkreis des Kondensators (61) liegt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (62) ein Triac dient.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Zündkondensator (83) aufweist, dem die Steuerstrecke des Triac (62) über eine Shocklexdiode (85) und einen Widerstand (84) parallel geschaltet ist, und daß der Zündkondensator (83) einerseits über eine Diode (86) an eine den Betriebsstrom des Triac liefernde Wicklung (35) und andererseits über eine Diode (81) und einen Widerstand (82) an eine die Zündspannung für die Shockleydiode liefernde Wicklung (36) des Streufeldtransformators (3) angeschlossen ist.
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    Λ/
    Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter als Brückenschaltung mit Transistoren (21 bis 24) ausgeführt ist und die Primärwicklung (31) des Streufeldtransformators (3) über einen Kondensator (4) speist.
    Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Kondensators (4) im Stromkreis der Primärwicklung (31) bei der Nennfrequenz des Wechselrichters maximal 10 % der durch die Betriebsdaten der Leuchtstofflampe bestimmten Impedanz der Streuinduktivität des Streufeldtransformators (3) ist.
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