DE4220291C1

DE4220291C1 - Ballast circuit for fluorescent lamp with dimmer - includes source supplying brightness signal for control stage for transistor switch bridging lamp electrodes

Info

Publication number: DE4220291C1
Application number: DE19924220291
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl.-Ing. Mertens; Norbert Dipl.-Ing. Wittig; Fred Dr.-Ing. 5760 Arnsberg De Hasemann
Original assignee: Trilux Lenze GmbH and Co KG
Current assignee: Trilux GmbH and Co KG
Priority date: 1992-06-20
Filing date: 1992-06-20
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2012-06-21

Abstract

The lamp operating circuit has a supply stage (10) providing a DC supply voltage and a DC/AC converter providing an AC voltage, connected across the lamp electrodes (E1, E2). The latter are bridged by a transistor switch (T4) controlled via a control stage (CU1, CU2, CU3) for each lamp operating phase, e.g. a pre-heating phase, an ignition phase and an output maintaining phase. The transistor switch (T4) is continuously conductive during the pre-heating phase and controlled to provide burst pulses during the ignition phase, with a source (30) supplying a brightness signal for the control stage (CU1, CU2, CU3).The latter regulates the current or voltage of the supply stage (10) to obtain a min. lamp current at the end of the pre-heating phase, increased up to the valve corresp. to the required brightness level at the beginning of the ignition phase. ADVANTAGE - Prevents light flashes when lamp is switched on.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtstofflampen-Vor schaltgerät für den Dimmbetrieb von Leuchtstofflampen.The invention relates to a fluorescent lamp before switching device for dimming fluorescent lamps.

Beim Betrieb einer Leuchtstofflampe werden nach dem Einschalten des Vorschaltgerätes mehrere Phasen nach einander durchgeführt, bis der stationäre Betrieb der Leuchtstofflampe erreicht ist. Zunächst werden in einer Vorheizphase die Lampenelektroden vorgeheizt. Dann werden in einer Zündphase zahlreiche aufeinanderfol- gende Burst-Impulse erzeugt, um die Lampe zu zünden. Im Anschluß an die Zündphase geht das Vorschaltgerät schließlich in die Betriebsphase über, in der die Leuchtstofflampe mit der Betriebsfrequenz umgepolt wird. Das Dimmen erfolgt normalerweise in Abhängigkeit von einem extern zugeführten Helligkeitssteuersignal, das der Steuereinrichtung des Vorschaltgeräts zugeführt wird und eine Phasenanschnittsteuerung des Lampenstroms bewirkt. Ein derartiges Vorschaltgerät ist bekannt aus DE 91 00 552 H1.When operating a fluorescent lamp after Switch on the ballast several phases after performed each other until the stationary operation of the Fluorescent lamp is reached. First, in a Preheating phase preheated the lamp electrodes. Then numerous successive generated burst pulses to ignite the lamp. in the The ballast is connected to the ignition phase finally into the operational phase in which the Fluorescent lamp reversed with the operating frequency becomes. Dimming is usually dependent from an externally supplied brightness control signal, that supplied to the control device of the ballast and a phase control of the lamp current causes. Such a ballast is known from DE 91 00 552 H1.

Die bekannten Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte, die für Dimmbetrieb geeignet sind, haben den Nachteil, daß im Anschluß an die Vorheizphase von der Lampe beim Zünden ein Lichtblitz erzeugt wird, wobei die Lampe zunächst ihre volle Helligkeit annimmt. Erst anschließend greift die Dimmsteuerung durch, wobei sich die Lampenhelligkeit auf den dem Helligkeitssteuer signal entsprechenden Wert verringert. Das plötzliche Aufleuchten der Lampe nach dem Einschalten und das an schließende Heruntergehen in den eingestellten Dimm zustand ist eine störende Erscheinung. Der Benutzer, der die Lampe am Dimmschalter einschaltet, neigt dazu, aufgrund des Lichtblitzes die Dimmung noch zu ver stärken. Wenn der das Helligkeitssteuersignal liefernde Geber in Abhängigkeit vom Umgebungslicht arbeitet, treten durch den Lichtblitz Regelschwankungen auf.The well-known fluorescent lamp ballasts that are suitable for dimming, have the disadvantage that following the preheating phase of the lamp at Firing a flash of light is generated while the lamp initially assumes its full brightness. First then the dimming control takes effect, whereby the lamp brightness on the the brightness control signal corresponding value reduced. The sudden The lamp lights up after switching on and on closing down in the set dimming condition is a disturbing phenomenon. The user, who turns on the lamp on the dimmer switch tends to due to the flash of light, the dimming still too ver strengthen. If the one providing the brightness control signal Encoder works depending on the ambient light, control fluctuations occur due to the flash of light.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leucht stofflampen-Vorschaltgerät zu schaffen, das nach dem Einschalten keinen störenden Lichtblitz erzeugt.The invention has for its object a light fabric lamp ballast to create that after the Switching on does not produce a disturbing flash of light.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved with the invention the features specified in claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät wird der Strom oder die Spannung der Versorgungsschaltung am Ende der Vorheizphase auf einen Minimalwert reduziert, der bei spielsweise Null oder ein anderer geringer Wert sein kann. Nach Beginn der Zündphase, also während der Er zeugung der Burst-Impulse, wird der Strom bzw. die Spannung der bzw. die von der Versorgungsschaltung geliefert wird, kontinuierlich bis auf einen dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Endwert ver größert. Das Zünden der Leuchtstofflampe erfolgt also bei einer relativ niedrigen Lampenspannung und mit einem relativ geringen Lampenstrom. Wenn die Lampe bei einem der anfänglichen Burst-Impulse gezündet hat und die Lampenspannung bzw. der Lampenstrom stetig weiter ansteigt, erhöht sich die Helligkeit bis auf den vom Helligkeitssteuersignal vorgegebenen Endwert. Die Helligkeit wird also nicht von einem Maximalwert aus verringert, sondern von einem Minimalwert aus langsam erhöht.In the ballast according to the invention, the current or the voltage of the supply circuit at the end of the Preheating phase reduced to a minimum value that is at for example, zero or some other small value can. After the start of the ignition phase, i.e. during the Er generation of the burst pulses, the current or the Voltage from the supply circuit is delivered continuously except for one Brightness control signal corresponding end value ver enlarged. The fluorescent lamp is thus ignited at a relatively low lamp voltage and with a relatively low lamp current. If the lamp at ignited one of the initial burst pulses and the lamp voltage or lamp current continues to increase increases, the brightness increases to that of Brightness control signal predetermined end value. The Brightness is therefore not from a maximum value reduced, but slowly from a minimum value elevated.

Die Helligkeit, mit der die Lampe leuchtet, ist abhän gig vom Lampenstrom. Zur Veränderung des Lampenstroms kann die der Lampe zugeführte Betriebsspannung ver ändert werden, die von der Versorgungsspannung abhängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Versorgungsspannung am Ende der Vorheizphase verringert und am Anfang der Zündphase allmählich erhöht. Dies kann mit einer in der Versorgungsschaltung vorgesehenen Regelschaltung erfolgen. Abweichend hiervon ist es auch möglich, anstelle der Spannung der Versorgungsschaltung den von der Versorgungsschaltung gelieferten Strom zu regeln.The brightness with which the lamp lights up depends on gig of lamp current. To change the lamp current can the operating voltage supplied to the lamp ver be changed, which depends on the supply voltage. In a preferred embodiment of the invention the supply voltage at the end of the preheating phase decreased and gradually at the beginning of the ignition phase elevated. This can be done with one in the supply circuit provided control circuit. Deviating of this it is also possible to replace the tension of the Supply circuit from the supply circuit regulate delivered electricity.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. The following is with reference to the drawings an embodiment of the invention explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Leucht stofflampen-Vorschaltgerätes und Fig. 1 is a schematic block diagram of the fluorescent lamp ballast and

Fig. 2 Diagramme des an die Lampe gelieferten Stroms, der Lampenspannung und der Betriebszustände der verschiedenen Schalter in den einzelnen Phasen. Fig. 2 diagrams of the current supplied to the lamp, the lamp voltage and the operating states of the various switches in the individual phases.

Das Vorschaltgerät nach Fig. 1 enthält eine Versor gungsschaltung 10, der am Eingang eine pulsierende Gleichspannung zugeführt wird und die diese pulsierende Gleichspannung in eine geglättete höhere Versor gungsgleichspannung U_V umsetzt. Die Versorgungsschal tung 10 enthält einen die Eingangsklenmen verbindenden Eingangskondensator 11 und eine Reihenschaltung aus einem elektronischen Schalter T1 und einer Spule 12. Der Spule 12 ist die Reihenschaltung einer Diode 13 und eines Kondensators 14 parallel geschaltet. Am Konden sator 14 entsteht die Versorgungsgleichspannung U_V. Die Diode 13 ist so geschaltet, daß sie bei leitendem Schalter T1 in Sperrichtung betrieben wird, d. h. daß ihre Kathode mit dem Pluspol der Eingangsspannung verbunden ist. Die Höhe der Versorgungsgleichspannung U_V wird durch die Betätigung des Schalters T1 bestimmt, der von einer Steuereinheit CU1 abwechselnd in den leitenden und den gesperrten Zustand gesteuert wird. Die Steuereinheit CU1 empfängt über Leitung 15 ein Signal, das der Größe der Versorgungsspannung U_V entspricht, und sie steuert den Schalter T1 so, daß diese Versorgungsspannung auf einem bestimmten Wert gehalten wird.The ballast of FIG. 1 includes a versor supply circuit 10 which is supplied to a pulsating DC voltage at the input and this pulsating DC voltage to a higher versor smoothed supply voltage U _V reacted. The supply circuit 10 contains an input capacitor 11 connecting the input terminals and a series circuit comprising an electronic switch T1 and a coil 12 . The coil 12 is connected in series with a diode 13 and a capacitor 14 . The DC supply voltage U _V arises at the capacitor 14 . The diode 13 is switched so that it is operated in the reverse direction when the switch T1 is conductive, that is to say that its cathode is connected to the positive pole of the input voltage. The level of the DC supply voltage U _V is determined by actuating the switch T1, which is alternately controlled by a control unit CU1 in the conductive and the blocked state. The control unit CU1 receives a signal via line 15 which corresponds to the magnitude of the supply voltage U _V , and controls the switch T1 so that this supply voltage is kept at a certain value.

Die Versorgungsschaltung 10 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbelspiel ein Inversregler. Wenn der Schalter T1 im leitenden Zustand ist, fließt ein Strom von der positiven Eingangsklemme über den Schalter T1 und die Spule 12 zur negativen Eingangsklemme. Wird der Schalter T1 in den Sperrzustand gesteuert, dann entlädt sich die Induktivität der Spule 12 und der Kondensator 14 wird über die Diode 13 aufgeladen. Das Maß der Auf ladung hängt insbesondere von der Frequenz der Betäti gung des Schalters T1 und von dem Tastverhältnis ab.In the present exemplary embodiment, the supply circuit 10 is an inverse regulator. When switch T1 is in the conductive state, a current flows from the positive input terminal via switch T1 and coil 12 to the negative input terminal. If the switch T1 is controlled in the blocking state, the inductance of the coil 12 discharges and the capacitor 14 is charged via the diode 13 . The degree of charge depends in particular on the frequency of the actuation of the switch T1 and on the duty cycle.

Die Versorgungsspannung U_V wird als Gleichspannung ei- nem Wechselrichter 20 zugeführt, der in bekannter Weise zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter T2 und T3 aufweist, die von einer Steuereinheit CU2 wechsel seitig ein- und ausgeschaltet werden. Die Spannung U_G am Ausgang des Wechselrichters 20 bildet die Genera torspannung für den Lampenbetrieb. An die Generator spannung U_G ist die Reihenschaltung aus einer Spule L1 und der Leuchtstofflampe LL angeschlossen.The supply voltage U _V is supplied as a DC voltage to an inverter 20 which, in a known manner, has two electronic switches T2 and T3 connected in series, which are alternately switched on and off by a control unit CU2. The voltage U _G at the output of the inverter 20 forms the generator gate voltage for lamp operation. The series connection of a coil L1 and the fluorescent lamp LL is connected to the generator voltage U _G.

Die Leuchtstofflampe LL weist zwei Elektroden E1 und E2 auf. Die Elektrode E1 ist mit der Spule L1 verbunden und die Elektrode E2 ist über einen Kondensator 21 mit dem Pluspol und über einen weiteren Kondensator 22 mit dem Minuspol der Versorgungsspannung U_V verbunden. Die Kondensatoren 21 und 22 bilden zusammen mit den Schal tern T2 und T3 des Wechselrichters eine Brückenschal tung.The fluorescent lamp LL has two electrodes E1 and E2. The electrode E1 is connected to the coil L1 and the electrode E2 is connected to the positive pole via a capacitor 21 and to the negative pole of the supply voltage U _V via a further capacitor 22 . The capacitors 21 and 22 together with the scarf ters T2 and T3 of the inverter form a bridge circuit.

Die Elektroden E1 und E2 sind durch einen Über brückungsschalter T4 verbunden. Der Überbrückungs schalter T4 wird von der Steuereinheit CU2 in noch zu erläuternder Weise gesteuert. Die Steuereinheit CU2 ist an einen Geber 30 angeschlossen, der eine Gleich spannung im Bereich vom 0 bis 10 Volt liefern kann, welche das Helligkeitssteuersignal bildet. The electrodes E1 and E2 are connected by a bypass switch T4. The bridging switch T4 is controlled by the control unit CU2 in a manner still to be explained. The control unit CU2 is connected to an encoder 30 , which can supply a DC voltage in the range from 0 to 10 volts, which forms the brightness control signal.

Die Steuereinheit CU2 steuert die verschiedenen Phasen des Lampenbetriebs und ist zu diesem Zweck mit dem Wechselrichter 20 und über eine Leitung 31 mit der Steuereinheit CU1 verbunden.The control unit CU2 controls the various phases of lamp operation and is connected to the inverter 20 for this purpose and to the control unit CU1 via a line 31 .

Die Steuereinrichtung enthält außer den Steuereinheiten CU1 und CU2 eine weitere Steuereinheit CU3, die über eine Leitung 32 mit einem Eingang der Versorgungs schaltung 10 verbunden ist. Anhand der an Leitung 32 anstehenden Spannung erkennt die Steuereinheit CU3, wann an den Eingang der Versorgungsschaltung 10 eine Spannung angelegt wurde bzw. wann das Vorschaltgerät eingeschaltet wurde, um die Lampe in Betrieb zu setzen. Die Steuereinheit CU3 liefert dann Signale an die beiden Steuereinheiten CU1 und CU2.In addition to the control units CU1 and CU2, the control device contains a further control unit CU3 which is connected via a line 32 to an input of the supply circuit 10 . Based on the voltage present on line 32 , the control unit CU3 recognizes when a voltage was applied to the input of the supply circuit 10 or when the ballast was switched on in order to put the lamp into operation. The control unit CU3 then delivers signals to the two control units CU1 and CU2.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Schaltzustände der elektronischen Schalter T2, T3 und T4 in den ver schiedenen Phasen A, B und C des Lampenbetriebs dar gestellt. Ein Hoch-Signal bedeutet jeweils den leitenden Zustand des betreffenden Schalters und ein Tief-Signal den gesperrten Zustand. Nach dem Ein schalten des Vorschaltgerätes wird der Überbrückungs schalter T4 zunächst in den leitenden Zustand ge steuert, so daß ein Stromweg parallel zur Leucht stofflampe LL geschlossen ist und die Lampenelektroden E1 und E2 vorgeheizt werden. Hierbei arbeitet die Steuereinheit CU2 mit einer relativ niedrigen Um schaltfrequenz für den Wechselrichter 20. Da die Leuchtstofflampe LL in dieser Phase kurzgeschlossen ist, ist die Lampenspannung U_L = Null.In Fig. 2, the various switching states of the electronic switches T2, T3 and T4 in the different phases A, B and C of lamp operation are shown. A high signal means the conductive state of the switch in question and a low signal means the blocked state. After switching on the ballast, the bypass switch T4 is first controlled in the conductive state, so that a current path parallel to the fluorescent lamp LL is closed and the lamp electrodes E1 and E2 are preheated. Here, the control unit CU2 operates with a relatively low switching frequency for the inverter 20 . Since the fluorescent lamp LL is short-circuited in this phase, the lamp voltage U _L = zero.

Nach einer Dauer der Vorheizphase A von z. B. 400 ms erzeugt die Steuereinheit CU2 in der Zündphase B eine Folge von Burst-Impulsen, in denen der Überbrückungs schalter T4 kurzzeitig hintereinander periodisch geöffnet und geschlossen wird. Durch die Folge von Unterbrechungen des Stromwegs über den Überbrückungs schalter T4 bei noch nicht gezündeter Leuchtstofflampe entsteht durch die Wirkung der Induktivität L1 ein hohe Zündspannung zwischen den Lampenelektroden. Nach Ablauf der Zündphase B, die eine vorgegebene Dauer hat, schaltet die Steuereinheit CU2 auf die Betriebsfrequenz um, die höher liegt als die Vorheizfrequenz und die z. B. 35 bis 50 kHz beträgt.After a duration of the preheating phase A of z. B. 400 ms generates the control unit CU2 in the ignition phase B. Sequence of burst pulses in which the bypass switch T4 periodically for a short time is opened and closed. Through the sequence of Interruptions in the current path via the bridging switch T4 with fluorescent lamp not yet ignited a high arises from the effect of inductance L1 Ignition voltage between the lamp electrodes. After expiration the ignition phase B, which has a predetermined duration, switches the control unit CU2 to the operating frequency um, which is higher than the preheating frequency and the e.g. B. is 35 to 50 kHz.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des der Leucht stofflampe zugeführten Stroms i nach dem Einschalten dargestellt. Dieser Strom i ist der Größe der Ver sorgungsspannung U_V proportional, die durch die Steuereinheit CU1 vorgegeben wird. Während der Vor heizphase A hat der Strom i seinen Maximalwert von 100%. Am Ende der Vorheizphase A wird der Strom i kontinuierlich bis auf einen Minimalwert, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Null ist, verringert. Die Zündphase B startet von diesem Minimalwert aus. In der Zündphase B hat der Lampenstrom die Frequenz der Burst-Impulse. Von dem Minimalwert an steigt der Lampenstrom nach einer Zeitfunktion stetig an, bis der dem Helligkeitssteuersignal des Gebers 30 entsprechende Wert erreicht ist, der anschließend beibehalten wird. Nach erfolgter Zündung bleibt der Lampenstrom auf diesem Wert konstant. Wenn die stationäre Betriebsphase C erreicht ist, wird die Versorgungsspannung auf dem durch das Helligkeitssteuersignal vorgegeben Wert gehalten, so daß auch der Strom i konstant bleibt. Dieser Strom ist infolge der Wirkung des Wechsel richters 20 ein Wechselstrom, dessen Frequenz und Kurvenform denjenigen der Lampenspannung U_L entspricht. In FIG. 2, the time course is shown of the fluorescent lamp supplied current i after switching on. This current i is proportional to the size of the supply voltage U _V , which is predetermined by the control unit CU1. During the pre-heating phase A, the current i has its maximum value of 100%. At the end of the preheating phase A, the current i is continuously reduced to a minimum value, which is zero in the present exemplary embodiment. The ignition phase B starts from this minimum value. In ignition phase B, the lamp current has the frequency of the burst pulses. After a time function, the lamp current rises steadily from the minimum value until the value corresponding to the brightness control signal of the transmitter 30 is reached, which is then maintained. After the ignition, the lamp current remains constant at this value. When the stationary operating phase C is reached, the supply voltage is kept at the value specified by the brightness control signal, so that the current i also remains constant. This current is due to the action of the inverter 20 an alternating current, the frequency and shape of which corresponds to that of the lamp voltage U _L.

Die Vorgabe der zeitlich variierenden Werte für die Versorgungsspannung U_V in Abhängigkeit vom Einschalt zeitpunkt erfolgt durch die Steuereinheit CU2, die der Steuereinheit CU1 über Leitung 31 entsprechende Befehle mitteilt. Die Funktion der Steuereinheit CU3 besteht im wesentlichen nur darin, den Einschaltzeitpunkt fest zustellen.The time-varying values for the supply voltage U _V as a function of the switch-on time are specified by the control unit CU2, which communicates corresponding commands to the control unit CU1 via line 31 . The function of the control unit CU3 essentially consists only in determining the switch-on time.

Da die Führungsgröße, die der Steuereinheit CU1 für die Versorgungsspannung U_V mitgeteilt wird, am Ende der Vorheizphase A kontinuierlich abnimmt und nach Beginn der Zündphase B kontinuierlich ansteigt, ist sicherge stellt, daß das Zünden der Leuchtstofflampe nicht mit vollem Lampenstrom erfolgt, wenn das vom Geber 30 gelieferte Helligkeitssteuersignal einen niedrigeren Wert vorgibt.Since the command variable, which is communicated to the control unit CU1 for the supply voltage U _V , continuously decreases at the end of the preheating phase A and rises continuously after the start of the ignition phase B, it is ensured that the fluorescent lamp is not ignited with full lamp current if that from The brightness control signal supplied by the encoder 30 specifies a lower value.

Claims

Leuchtstofflampen-Vorschaltgerät mit einer Versor gungsschaltung (10) zur Erzeugung einer Versorgungs gleichspannung, einem Wechselrichter (20) zur Erzeugung einer den Elektroden (E1, E2) der Leuchtstofflampe zuzuführenden Wechselspannung, einem die Elektroden (E1, E2) verbindenen Überbrückungsschalter (T4), der von einer Steuereinrichtung (CU1-CU3) entsprechend nach einander durchzuführender Phasen (A, B, C) des Lampen betriebs gesteuert ist, wobei auf eine Vorheizphase (A) mit kontinuierlich leitendem Überbrückungsschalter (T4) eine Zündphase (B) folgt, in der der Überbrückungs schalter eine Folge von Burst-Impulsen erzeugt, und mit einem Geber (30), der an die Steuereinrichtung (CU1-CU3) ein Helligkeitssteuersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CU1-CU3) außerdem Strom oder die Spannung der Versorgungsschaltung (10) in der Weise steuert, daß der Lampenstrom (i) am Ende der Vorheiz phase (A) auf einen Minimalwert reduziert und nach Beginn der Zündphase (B) allmählich bis zum Erreichen eines dem Helligkeitssteuersignal entsprechenden Wertes erhöht wird.Fluorescent lamp ballast with a supply circuit ( 10 ) for generating a DC supply voltage, an inverter ( 20 ) for generating an AC voltage to be supplied to the electrodes (E1, E2) of the fluorescent lamp, a bypass switch (T4) connecting the electrodes (E1, E2), which is controlled by a control device (CU1-CU3) in accordance with successive phases (A, B, C) of lamp operation, with a preheating phase (A) with continuously conductive bypass switch (T4) being followed by an ignition phase (B) in which the bridging switch generates a sequence of burst pulses, and with a transmitter ( 30 ) which delivers a brightness control signal to the control device (CU1-CU3), characterized in that the control device (CU1-CU3) also current or the voltage of the supply circuit ( 10 ) controls in such a way that the lamp current (i) at the end of the preheating phase (A) is reduced to a minimum value and according to Be beginning of the ignition phase (B) is gradually increased until a value corresponding to the brightness control signal is reached.