EP0178735A1 - Circuit arrangement for the ignition and operation of gas discharge lamps - Google Patents

Circuit arrangement for the ignition and operation of gas discharge lamps Download PDF

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EP0178735A1
EP0178735A1 EP85201666A EP85201666A EP0178735A1 EP 0178735 A1 EP0178735 A1 EP 0178735A1 EP 85201666 A EP85201666 A EP 85201666A EP 85201666 A EP85201666 A EP 85201666A EP 0178735 A1 EP0178735 A1 EP 0178735A1
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EP
European Patent Office
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lamp
ignition
capacitor
circuit arrangement
arrangement according
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Application number
EP85201666A
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German (de)
French (fr)
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EP0178735B1 (en
Inventor
Horst Dannert
Hans-Günter Ganser
Ralf Dr. Schäfer
Hans-Peter Dr. Stormberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil arranged between the lamp and the alternating current supply source and having an inductance L and an ignition device connected to the lamp. At least part of the choke coil is used to achieve one compared to the normal one Lamp operating current increased ignition current, a capacitor with a capacitance C is connected in parallel.
  • This ignition process consists of three stages, namely a first ionization of the discharge path, called breakdown, a subsequent low-current glow discharge between the lamp electrodes and the subsequent transition of the glow discharge into the actual high-current arc discharge.
  • a common cause of ignition difficulties is an unstable transition from glow to arc discharge.
  • Amalgam filling such as high-pressure sodium lamps filled with Na / Hg amalgam, occurs in the case of an unfavorable amalgam distribution in the discharge vessel, the discharge approach on the amalgam instead of on the electrodes. This makes the glow / arc transition difficult and the lamp remains in the glow phase, i.e. the ignition failed.
  • Similar problems arise when relighting lamps that are still hot.
  • the effect often occurs that the transition from glow to arc discharge is brief, i.e. during a small part of an AC half-wave, and then the change back into a glow discharge takes place again.
  • the invention is therefore based on the object of providing a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil bridged by a capacitor, in which no re-ignition problems occur in the zero-current crossing and which nevertheless enables reliable ignition of the lamp both in the cold and in the hot state .
  • an ohmic resistor with a value R is connected in series with the capacitor, the time constant R. C is between 10 ps and 1 ms.
  • the time constant R. C is chosen so that the pulse-like charging times of the capacitor do not become too short. Charging times that are too short would impair the ignition behavior of the lamp. Since short charging times require very high peak currents, they could also stimulate the lamp to emit infrared radiation, which could lead to malfunctions in remote control systems working with infrared radiation.
  • the capacitor is discharged at ungezündeter lamp, which is advantageous for a subsequent ignition, is according to another advantageous embodiment of the invention the capacitor is a further ohmic resistor having a value R zus parallel that their Discharge time constant R add .
  • C is between 0.05 and 20 ms.
  • the resistance value R add is again greater than the impedance of the choke coil.
  • the passive component (s) lying in the parallel current path to the inductor can be switched off after the lamp has been ignited.
  • a switch in the parallel current path to the inductor which is opened after the lamp has been ignited.
  • This switch can be a bimetallic switch or part of a switching relay located in the main lamp circuit.
  • these switches are not particularly fast; in addition, their contacts wear out over time due to the high lamp ignition current. It is therefore more advantageous to use fast and maintenance-free semiconductor switching elements as switches, e.g. Transistors, triacs or thyristors.
  • a and B are input terminals for connection to an AC network of e.g. Designated 220 V, 50 Hz.
  • a gas discharge lamp 2 is connected to these input terminals via a choke coil 1.
  • the circuit part behind the connecting terminals C and D is the actual ignition device 3 for the lamp 2, which can advantageously be integrated in the lamp base.
  • This ignition device 3 contains a high-voltage transformer 4, the secondary winding of which is connected between the choke coil 1 and the lamp 2.
  • a surge capacitor 5 is connected in series with a charging resistor 6 to one side of the primary winding of the high-voltage transformer 4. The other side of the primary winding is connected to a symmetrically switching four-layer diode 7 (Sidac) (cf. US Pat. No.
  • the described ignition device 3 works as a superposition igniter and can be accommodated in the base of the lamp 2.
  • the ignition pulses generated by the ignition device 3 trigger the initial ionization of the gas mixture in the lamp 2 that initiates the ignition process.
  • the inductance of the choke coil 1 is selected so that the normal lamp current flows in normal operation, ie after the lamp 2 has been warmed up. If an initial ionization occurs in the lamp 2 due to the high-voltage pulse generated by the ignition device 3, current can flow through the choke coil 1 to the lamp 2. However, since this current is limited to approximately the nominal lamp current by the inductance L of the choke coil 1 and, moreover, the rate of current rise is limited by the choke, in many cases this alone is not sufficient to reliably ignite the lamp 2. Therefore, a current path is provided parallel to the choke coil 1 with a capacitor 9 in series with an ohmic resistor 10.
  • the capacitance C of the capacitor 9 is designed so that its reactance for the frequency of the AC network is a few hundred ohms to a few kilohms (depending on the coil size ) and is therefore large against the impedance of the Choke coil 1 is (1 ⁇ C> 3 ⁇ L).
  • the resistor 10 connected in series with the capacitor 9 serves to limit the charging current in order to prevent adverse effects of an excessively high charging current on the lamp 2 or other circuit parts.
  • the value R of the ohmic resistor 10 is chosen so that the time constant R. C is between 10 microseconds and 1 ms, so that the pulse-like charging times of the capacitor 9 are sufficiently long.
  • Bimetal switches take a certain amount of time to close after the lamp has been extinguished. During this time, the parallel current path to the inductor is not yet closed again, so that reliable re-ignition of the lamp, which is still hot, is not always guaranteed.
  • This Drawback can be avoided when it is used instead of a B imetallschalters a switching relay 14 of FIG. 3.
  • the relay coil 15 is in series with the choke coil 1 in the main circuit of the lamp 2.
  • the actual relay switch 16 is in the parallel current path to the choke coil 1 in series with the capacitor 9 and the ohmic resistor 10.
  • the lamp is ignited here, as shown in FIG. 1 has been described. After the lamp has been ignited, such a high lamp current flows through the relay coil 15 that it is excited and the relay switch 16 opens.
  • the capacitor 9, the ohmic resistor 10 and a triac 17 lie in the parallel current path to the inductor 1.
  • the control electrode of the triac 17 is connected via a trigger diode 18 and a protective resistor 19 to a capacitor 20, which in turn is charged via a resistor 21. If the voltage across the capacitor 20 exceeds the breakdown voltage of the trigger diode 18 of approximately 30 V, the trigger diode becomes conductive and thus the triac 17 is also switched to its conductive state.
  • the resistor 21 it can be achieved that the switching time of the triac 17 lies before the response time of the ignition device 3 and thus an increased current can flow through the lamp 2 during the ignition process.
  • the capacitor 20 can no longer charge up to the breakdown voltage of the trigger diode 18, so that the triac 17 remains blocked.
  • a further ohmic resistor 22 is connected in parallel with the capacitor 9 in the circuit arrangement according to FIG. 4, the value R add of which is chosen such that the discharge time constant R ZUS . C is between 0.05 and 20 msec. This facilitates subsequent ignition of the lamp, since otherwise the charging current may be too low.
  • the choke coil is divided into two parts 1a and 1b, the parallel current path with the parallel connection of the capacitor 9 and the further ohmic resistor 22 in series with the triac 17 only the choke coil part 1a is parallel.
  • the choke coil part 1b is always in the main circuit of the lamp 2.
  • Typical data of the components used in the exemplary embodiments are, for example:
  • the high voltage transformer 4 had no core and had a transmission ratio of 1:60.
  • transformers with a core and versions as an autotransformer can also be used.
  • the igniter used does not necessarily have to be a superimposed igniter, but other types also come, e.g. Antenna detonator (see DE-OS 31 09 539), in question.

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Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb von Gasentladungslampen mit einer zwischen Lampe (2) und Wechselstrom-Versorgungsqueile angeordneten Drosselspule (1) mit einer Induktivität L sowie einer mit der Lampe verbundenen Zündeinrichtung (3) ist wenigstens einem Teil der Drosselspule zur Erzielung eines gegenüber dem normalen Lampenbetriebsstrom erhöhten Zündstromes ein Kondensator (9) mit einer Kapazität C parallel geschaltet, dessen kapazitiver Blindwiderstand ω¹c>3ωL beträgt.In a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil (1) arranged between the lamp (2) and the AC supply source with an inductance L and an ignition device (3) connected to the lamp, at least part of the choke coil is used to achieve an opposite normal lamp operating current increased ignition current, a capacitor (9) with a capacitance C connected in parallel, the capacitive reactance ω¹c> 3ωL.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb von Gasentladungslampen mit einer zwischen Lampe und Wechselstrom-Versorgungsquelle ange- ordneten Drossel-spule mit einer Induktivität L sowie einer mit der Lampe verbundenen Zündeinrichtung wobei wenigstens einem Teil der Drosselspule zur Erzielung eines gegenüber dem normalen Lampenbetriebsstrom erhöhten Zündstromes ein Kondensator mit einer Kapazität C parallel geschaltet ist.The invention relates to a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil arranged between the lamp and the alternating current supply source and having an inductance L and an ignition device connected to the lamp. At least part of the choke coil is used to achieve one compared to the normal one Lamp operating current increased ignition current, a capacitor with a capacitance C is connected in parallel.

Beim Betrieb von Gasentladungslampen treten häufig Probleme während des Zündvorganges auf. Dieser Zündvorgang besteht aus drei Stufen, nämlich einer Erstionisation der Entladungsstrecke, genannt Durchschlag, einer darauf folgenden stromschwachen Glimmentladung zwischen den Lampenelektroden und dem anschließenden Übergang der Glimmentladung in die eigentliche stromstarke Bogenentladung. Eine häufige Ursache für Zündschwierigkeiten ist dabei ein nicht stabil erfolgender Übergang von der Glimmzur Bogenentladung. Bei Lampen mit z.B. Amalgam-Füllung, wie mit einem Na/Hg-Amalgam gefüllten Natriumhochdrucklampen, erfolgt bei ungünstiger Amalgamverteilung im Entladungsgefäß der Entladungsansatz auf dem Amalgam anstatt auf den Elektroden. Hierdurch wird der Glimm/Bogen-Übergang erschwert und die Lampe verbleibt in der Glimmphase, d.h. die Zündung ist mißlungen. Ähnliche Probleme ergeben sich beim Wiederzünden von noch heißen Lampen. Hier tritt häufig der Effekt auf, daß der Übergang von der Glimm- in die Bogenentladung kurzzeitig, d.h. während eines geringen Teils einer Wechselstromhalbwelle, erfolgt und anschließend wieder der Umschlag in eine Glimmentladung stattfindet.When operating gas discharge lamps, problems often occur during the ignition process. This ignition process consists of three stages, namely a first ionization of the discharge path, called breakdown, a subsequent low-current glow discharge between the lamp electrodes and the subsequent transition of the glow discharge into the actual high-current arc discharge. A common cause of ignition difficulties is an unstable transition from glow to arc discharge. For lamps with e.g. Amalgam filling, such as high-pressure sodium lamps filled with Na / Hg amalgam, occurs in the case of an unfavorable amalgam distribution in the discharge vessel, the discharge approach on the amalgam instead of on the electrodes. This makes the glow / arc transition difficult and the lamp remains in the glow phase, i.e. the ignition failed. Similar problems arise when relighting lamps that are still hot. Here the effect often occurs that the transition from glow to arc discharge is brief, i.e. during a small part of an AC half-wave, and then the change back into a glow discharge takes place again.

Ein sicheres Zünden von kalten Gasentladungslampen sowie ein leichtes Wiederzünden von noch heißen Lampen läßt sich mit Hilfe sogenannter Uberlagerungszunder erreichen (DE-OS 31 08 547 und 31 08 548 sowie US-PS 3 944 876). Diese bekannten Zündschaltungen erzeugen Zündimpulse zwischen 2 und 5 bzw. 7 und 15 kV. Die Anwendung dieser Schaltungen als externe Zünder für Entladungslampen, die z.B. als Glühlampenersatz mit einem E-27-Sockel versehen werden sollen, ist nicht möglich, da die für den E-27-Sockel vorgeschriebenen zulässigen Spannungswerte überschritten werden. Bei dieser Anwendung ist es deshalb notwendig, die Zündschaltungen im Lampenfuß unterzubringen. Dies wird jedoch dadurch erschwert, daß die erforderlichen Kondensatoren relativ groß sind und somit einen kompakten Lampenaufbau erschweren. Außerdem können bei den Schaltungen nach den genannten DE-OS selbst bei Unterbringung im Lampenfuß unter bestimmten Betriebsbedingungen noch Spannungen zwischen den Sockelkontakten auftreten, welche die zulässigen Werte für den E-27-Sockel überschreiten. - Weiterhin zeigt sich bei Anwendung der bekannten Zündschaltungen auf Natriumhochdrucklampen mit erhöhtem Natriumdruck zur Verbesserung der Farbeigenschaften, daß ein unmittelbares Wiederstarten der heißen Lampen insbesondere bei niedriger Netzspannung (198 V) nicht möglich ist, sondern ein gewisser Zeitraum vergeht, der beim Einsatz derartiger Lampen in vielen Anwendungsbereichen, insbesondere z.B. im Haushaltsbereich, nicht akzeptabel ist.Safe ignition of cold gas discharge lamps and easy re-ignition of lamps that are still hot can be achieved with the aid of so-called overlay scale (DE-OS 31 08 547 and 31 08 548 and US Pat. No. 3,944,876). These known ignition circuits generate ignition pulses between 2 and 5 or 7 and 15 kV. The use of these circuits as external igniters for discharge lamps, e.g. As an incandescent lamp replacement with an E-27 base, it is not possible because the permissible voltage values prescribed for the E-27 base are exceeded. In this application, it is therefore necessary to accommodate the ignition circuits in the lamp base. However, this is made more difficult by the fact that the capacitors required are relatively large and thus make a compact lamp structure difficult. In addition, in the circuits according to the aforementioned DE-OS, even when accommodated in the lamp base under certain operating conditions, voltages can still occur between the base contacts which exceed the permissible values for the E-27 base. - Furthermore, when using the known ignition circuits on high-pressure sodium lamps with increased sodium pressure to improve the color properties, it is evident that an immediate restart of the hot lamps, in particular at low mains voltage (198 V), is not possible, but rather a certain period of time passes when using such lamps in many areas of application, in particular, for example in the household sector, is not acceptable.

Weiterhin ist es aus DE-PS 622 171 sowie US-PS 38 90 537 bekannt, die Lampe zur Verbesserung der Start- und Anlaufeigenschaften - insbesondere zur Vermeidung einer zu langen Glimmphase - mit einem wesentlich erhöhten Anlaufstrom zu beaufschlagen. Dieser erhöhte Stromfluß erfolgt dabei zumindest während etwa einer Netzhalbwelle, zumeist aber noch wesentlich länger. Im Falle einer Drosselspule kann ein derartiger erhöhter Strom durch einen Parallelpfad zur Drossel erfolgen, dessen Wechselstromimpedanz vergleichbar oder kleiner als die der Drossel ist. Wird dieser Parallelpfad mit einem entsprechend großen Kondensator aufgebaut, so wird zwar der Glimm/Bogenübergang verbessert, aber es treten bei den nachfolgenden Nulldurchgängen Wiederzundschwierigkeiten auf, die zum Verlöschen der Lampe führen. Dies geht aus einem auf dem "Third International Symposium on the Science and Technology of Light Sources", in Toulouse in der Zeit vom 18. bis 21. April 1983 gehaltenen Vortrag des Herrn van Vliet über "Ignition of gas discharge lamps" hervor, wo die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung gezeigt wurde, bei der die Drosselspule von einem Widerstand oder einem großen Kondensator überbrückt ist.Furthermore, it is known from DE-PS 622 171 and US-PS 38 90 537 to apply a significantly increased starting current to the lamp in order to improve the starting and starting properties - in particular to avoid an excessively long glow phase. This increased current flow takes place at least during about a network half-wave, mostly but much longer. In the case of a choke coil, such an increased current can take place through a parallel path to the choke, the AC impedance of which is comparable or less than that of the choke. If this parallel path is set up with a correspondingly large capacitor, the glow / arc transition is improved, but there are re-ignition problems in the subsequent zero crossings, which lead to the lamp being extinguished. This emerges from a lecture given by Mr. van Vliet on "Ignition of gas discharge lamps" at the "Third International Symposium on the Science and Technology of Light Sources" in Toulouse from April 18-21, 1983, where the circuit arrangement mentioned at the outset was shown, in which the inductor is bridged by a resistor or a large capacitor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb von Gasentladungslampen mit einer von einem Kondensator überbrückten Drosselspule zu schaffen, bei der keine Wiederzündprobleme im Stromnulldurchgang auftreten und die dennoch ein sicheres Zünden der Lampe sowohl im kalten als auch im heißen Zustand ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil bridged by a capacitor, in which no re-ignition problems occur in the zero-current crossing and which nevertheless enables reliable ignition of the lamp both in the cold and in the hot state .

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, daß der Kondensator eine kapazitiven Blindwiderstand 1 ωC > 3ωL aufweist, wobei ω die Kreisfrequenz des Wechselstromnetzes ist.This object is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned above in that the capacitor has a capacitive reactance 1 ωC> 3ωL, where ω is the angular frequency of the AC network.

Überraschender Weise hat sich gezeigt, daß es zur Verbesserung der Starteigenschaften nicht notwendig ist - wie beim bekannten Stand der Technik - einen erhöhten Strom zumindest während des auf die Zündung folgenden Teils der Halbwelle durch die Lampe fließen zu lassen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn während des Zündvorgangs nur für einen Bruchteil der Halbwelle ein deutlich erhöhter Strom fließt.Surprisingly, it has been shown that, in order to improve the starting properties, it is not necessary - as in the known prior art - to let an increased current flow through the lamp, at least during the part of the half-wave following the ignition. Rather is it is sufficient if a significantly increased current flows for only a fraction of the half-wave during the ignition process.

Auch wenn die Wechselstromimpedanz des Kondensators erheblich größer als die Impedanz der Drosselspule ist, kann trotzdem während des Zündvorganges ein hoher, aber kurzer Ladestromimpuls durch den Kondensator und damit durch die Lampe fließen, der zum sicheren Zünden der Lampe ausreicht. Während des Normalbetriebes fließt hingegen durch den Kondensator nur ein geringer Strom. Auf diese Weise erreicht man auch ein Anlaufen der Lampe mit erhöhtem Lichtstrom, wobei diese Anlaufphase außerdem auch noch verkürzt wird.Even if the AC impedance of the capacitor is considerably greater than the impedance of the choke coil, a high but short charging current pulse can still flow through the capacitor and thus through the lamp during the ignition process, which is sufficient to safely ignite the lamp. In contrast, only a small current flows through the capacitor during normal operation. In this way, the lamp is also started with an increased luminous flux, and this starting phase is also shortened.

Zur Vermeidung nachteiliger Wirkungen eines zu hohen Kondensatorladestromes auf die Lampe bzw. andere Schaltungsteile ist gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung mit dem Kondensator ein ohmscher Widerstand mit einem Wert R in Reihe geschaltet, wobei deren Zeitkonstante R . C zwischen 10 ps und 1 ms beträgt. Die Zeitkonstante R . C ist so gewählt, daß die impulsartigen Ladezeiten des Kondensators nicht zu kurz werden. Zu kurze Ladezeiten würden nämlich das Zündverhalten der Lampe verschlechtern. Da kurze Ladezeiten sehr hohe Spitzenströme bedingen, könnten sie die Lampe darüber hinaus zur Emission von Infrarotstrahlung anregen, was zu Störungen von mit Infrarotstrahlung arbeitenden Fernbedienungsanlagen führen könnte.To avoid adverse effects of an excessively high capacitor charging current on the lamp or other circuit parts, according to a development according to the invention, an ohmic resistor with a value R is connected in series with the capacitor, the time constant R. C is between 10 ps and 1 ms. The time constant R. C is chosen so that the pulse-like charging times of the capacitor do not become too short. Charging times that are too short would impair the ignition behavior of the lamp. Since short charging times require very high peak currents, they could also stimulate the lamp to emit infrared radiation, which could lead to malfunctions in remote control systems working with infrared radiation.

Damit der Kondensator bei ungezündeter Lampe entladen wird, was von Vorteil für eine nachfolgende Zündung ist, liegt gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung dem Kondensator ein weiterer ohmscher Widerstand mit einem solchen Wert Rzus parallel, daß ihre Entlade-Zeitkonstante Rzus . C zwischen 0,05 und 20 ms beträgt. Der Widerstandswert Rzus ist wiederum größer als die Impedanz der Drosselspule.Thus, the capacitor is discharged at ungezündeter lamp, which is advantageous for a subsequent ignition, is according to another advantageous embodiment of the invention the capacitor is a further ohmic resistor having a value R zus parallel that their Discharge time constant R add . C is between 0.05 and 20 ms. The resistance value R add is again greater than the impedance of the choke coil.

Um eine mögliche Überlastung zu vermeiden und zwecks Energieeinsparung ist (sind) das (die) im Parallelstrompfad zur Drosselspule liegende(n) passive(n) Bauelement(e) nach der Zündung der Lampe abschaltbar. Vorzugsweise liegt im Parallelstrompfad zur Drosselspule ein Schalter, der nach Zündung der Lampe geöffnet wird. Dieser Schalter kann ein Bimetallschalter oder ein Teil eines im Lampenhauptstromkreis liegenden Schaltrelais sein. Diese Schalter sind jedoch nicht besonders schnell; außerdem nutzen sich ihre Kontakte infolge des hohen Lampenzündstromes im Laufe der Zeit ab. Deshalb ist es vorteilhafter, als Schalter schnelle und wartungsfreie Halbleiterschaltelemente zu verwenden, wie z.B. Transistoren, Triacs oder Thyristoren.In order to avoid possible overloading and in order to save energy, the passive component (s) lying in the parallel current path to the inductor can be switched off after the lamp has been ignited. There is preferably a switch in the parallel current path to the inductor which is opened after the lamp has been ignited. This switch can be a bimetallic switch or part of a switching relay located in the main lamp circuit. However, these switches are not particularly fast; in addition, their contacts wear out over time due to the high lamp ignition current. It is therefore more advantageous to use fast and maintenance-free semiconductor switching elements as switches, e.g. Transistors, triacs or thyristors.

Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

  • Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Gasentladungslampe mit einer Drosselspule, die von einem Kondensator in Reihe mit einem Widerstand überbrückt ist,
  • Fig. 2 den Drosselteil einer Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb von Gasentladungslampen, wobei die Drosselspule von einem Kondensator in Reihe mit einem Bimetallschalter überbrückt ist,
  • Fig. 3 einen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ähnlichen Drosselteil mit einem zusätzlichen Schaltrelais,
  • Fig. 4 einen Drosselteil, bei dem die parallel zur Drosselspule liegenden passiven Bauelemente mit Hilfe eines Halbleiterschaltelements abschaltbar sind.
  • Fig. 5 einen Drosselteil ähnlich dem nach Fig. 4, bei dem die Drosselspule in zwei Teilspulen unterteilt ist.
Some embodiments according to the invention are described in more detail with reference to the drawing. Show it:
  • 1 is a circuit arrangement for igniting and operating a gas discharge lamp with a choke coil which is bridged by a capacitor in series with a resistor,
  • 2 shows the throttle part of a circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps, the choke coil being bridged by a capacitor in series with a bimetal switch,
  • 3 a throttle part similar to the circuit arrangement according to FIG. 1 with an additional switching relay,
  • Fig. 4 shows a throttle part, in which the parallel to Passive components lying in the choke coil can be switched off with the aid of a semiconductor switching element.
  • Fig. 5 shows a choke part similar to that of FIG. 4, in which the choke coil is divided into two sub-coils.

Mit A und B sind Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselstromnetz von z.B. 220 V, 50 Hz bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist über eine Drosselspule 1 eine Gasentladungslampe 2 angeschlossen. Der Schaltungsteil hinter den Verbindungsklemmen C und D ist die eigentliche Zündeinrichtung 3 für die Lampe 2, die vorteilhafterweise im Lampenfuß integriert sein kann. Diese Zündeinrichtung 3 enthält einen Hochspannungstransformator 4, dessen Sekundärwicklung zwischen Drosselspule 1 und Lampe 2 geschaltet ist. An die eine Seite der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 4 ist ein Stoßkondensator 5 in Reihe mit einem Ladewiderstand 6 angeschlossen. Die andere Seite der Primärwickung ist mit einer symmetrisch schaltenden Vierschichtdiode 7 (Sidac) (vgl. US-PS 3 866 088) verbunden, deren andere Seite an den Verbindungspunkt zwischen Stoßkondensator 5 und Ladewiderstand 6 angeschlossen ist. Parallel zu dieser Schaltung liegt ein Hochfrequenz-Rückschlußkondensator 8. Die beschriebene Zündeinrichtung 3 arbeitet als Überlagerungszünder und kann im Fuß der Lampe 2 untergebracht werden. Durch die von der Zündeinrichtung 3 erzeugten Zündimpulse wird die den Zündvorgang einleitende Erstionisation des Gasgemisches in der Lampe 2 in Gang gesetzt.A and B are input terminals for connection to an AC network of e.g. Designated 220 V, 50 Hz. A gas discharge lamp 2 is connected to these input terminals via a choke coil 1. The circuit part behind the connecting terminals C and D is the actual ignition device 3 for the lamp 2, which can advantageously be integrated in the lamp base. This ignition device 3 contains a high-voltage transformer 4, the secondary winding of which is connected between the choke coil 1 and the lamp 2. A surge capacitor 5 is connected in series with a charging resistor 6 to one side of the primary winding of the high-voltage transformer 4. The other side of the primary winding is connected to a symmetrically switching four-layer diode 7 (Sidac) (cf. US Pat. No. 3,866,088), the other side of which is connected to the connection point between surge capacitor 5 and charging resistor 6. In parallel with this circuit is a high-frequency yoke capacitor 8. The described ignition device 3 works as a superposition igniter and can be accommodated in the base of the lamp 2. The ignition pulses generated by the ignition device 3 trigger the initial ionization of the gas mixture in the lamp 2 that initiates the ignition process.

Die Zündimpulse entstehen folgendermaßen:

  • Ober den Ladewiderstand 6 wird der Stoßkondensator 5 aufgeladen. Sobald dieser eine Spannung erreicht hat, die oberhalb der Durchschlagspannung des Sidacs 7 liegt, schaltet dieser in seinen niederohmigen Zustand, so daß sich der Stoßkondensator 5 über die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 4 entlädt. Hierdurch wird in der Sekundärwicklung des Transformators 4 ein Hochspannungsimpuls erzeugt, der über den HF-Rückschlußkondensator 8 zur Lampe 2 gelangt. Nach der Entladung des Stoßkondensators 5 wird der Sidac 7 wieder nichtleitend. Der Ladewiderstand 6 und die Durchschlagspannung des Sidacs 7 sind so gewählt, daß etwa ein bis fünf Zündimpulse in der Nähe des Maximums der Netzwechselspannung erfolgen. Sobald die Lampe 2 sicher gezündet ist, bricht die Spannung zwischen den Klemmen C und D auf die Lampenspannung zusammen, so daß die Durchschlagspannung des Sidacs 7 nicht mehr erreicht wird und weitere Zündimpulse unterbleiben. - In der Praxis kann der HF-Rückschlußkondensator 8 sehr klein gehalten werden und oftmals sogar entfallen, da auch der aus dem Stoßkondensator 5 sowie dem Ladewiderstand 6 bestehende Weg als HF-Rückschluß dienen kann.
The ignition pulses occur as follows:
  • The surge capacitor 5 is charged via the charging resistor 6. As soon as this has reached a voltage which is above the breakdown voltage of the Sidacs 7, it switches to its low-resistance state, so that the surge capacitor 5 discharges through the primary winding of the high-voltage transformer 4. As a result, a high-voltage pulse is generated in the secondary winding of the transformer 4, which pulse reaches the lamp 2 via the HF return capacitor 8. After the discharge of the surge capacitor 5, the Sidac 7 becomes non-conductive again. The charging resistor 6 and the breakdown voltage of the Sidacs 7 are selected so that approximately one to five firing pulses occur in the vicinity of the maximum of the AC mains voltage. As soon as the lamp 2 is safely ignited, the voltage between the terminals C and D collapses to the lamp voltage, so that the breakdown voltage of the Sidacs 7 is no longer reached and further ignition pulses are omitted. - In practice, the RF return capacitor 8 can be kept very small and often even omitted, since the path consisting of the surge capacitor 5 and the charging resistor 6 can also serve as an RF return.

Die Induktivität der Drosselspule 1 ist so gewählt, daß im Normalbetrieb, d.h. nach dem Aufwärmen der Lampe 2, der nominale Lampenstrom fließt. Wenn durch den von der Zündeinrichtung 3 erzeugten Hochspannungsimpuls eine Erstionisation in der Lampe 2 auftritt, kann Strom durch die Drosselspule 1 zur Lampe 2 fließen. Da dieserStrom jedoch durch die Induktivität L der Drosselspule 1 auf etwa den nominalen Lampenstrom begrenzt wird und außerdem auch die Stromanstiegsgeschwindigkeit durch die Drossel begrenzt wird, reicht dies in vielen Fällen allein nicht zum sicheren Zünden der Lampe 2 aus. Deshalb ist parallel zur Drosselspule 1 ein Strompfad vorgesehen mit einem Kondensator 9 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 10. Die Kapazität C des Kondensators 9 ist dabei so ausgelegt, daß sein Blindwiderstand für die Frequenz des Wechselstromnetzes einige hundert Ohm bis einige Kiloohm (je nach SpulengröBe) beträgt und damit groß gegen die Impedanz der Drosselspule 1 ist (1 ωC > 3ωL ). Somit kann im Normalbetrieb der Lampe 2 nur ein kleiner Strom in dem mit dem Kondensator 9 gebildeten Parallelstrompfad fließen. Beim Zünden der Lampe fließt jedoch kurzzeitig ein hoher Ladestrom durch den Kondensator 9 und damit durch die Lampe 2. Dieser kurze Ladestrom reicht zum Zünden der Lampe 2 aus. Der mit dem Kondensator 9 in Reihe geschaltete Widerstand 10 dient zur Begrenzung des Ladestroms, um nachteilige Wirkungen eines zu hohen Ladestroms auf die Lampe 2 bzw. andere Schaltungsteile zu verhindern. Hierfür ist der Wert R des ohmschen Widerstandes 10 so gewählt, daß die Zeitkonstante R . C zwischen 10 µs und 1 ms beträgt, so daß die impulsartigen Ladezeiten des Kondensators 9 ausreichend lang sind.The inductance of the choke coil 1 is selected so that the normal lamp current flows in normal operation, ie after the lamp 2 has been warmed up. If an initial ionization occurs in the lamp 2 due to the high-voltage pulse generated by the ignition device 3, current can flow through the choke coil 1 to the lamp 2. However, since this current is limited to approximately the nominal lamp current by the inductance L of the choke coil 1 and, moreover, the rate of current rise is limited by the choke, in many cases this alone is not sufficient to reliably ignite the lamp 2. Therefore, a current path is provided parallel to the choke coil 1 with a capacitor 9 in series with an ohmic resistor 10. The capacitance C of the capacitor 9 is designed so that its reactance for the frequency of the AC network is a few hundred ohms to a few kilohms (depending on the coil size ) and is therefore large against the impedance of the Choke coil 1 is (1 ωC> 3ωL). Thus, during normal operation of the lamp 2, only a small current can flow in the parallel current path formed with the capacitor 9. When the lamp is ignited, however, a high charging current flows briefly through the capacitor 9 and thus through the lamp 2. This short charging current is sufficient to ignite the lamp 2. The resistor 10 connected in series with the capacitor 9 serves to limit the charging current in order to prevent adverse effects of an excessively high charging current on the lamp 2 or other circuit parts. For this purpose, the value R of the ohmic resistor 10 is chosen so that the time constant R. C is between 10 microseconds and 1 ms, so that the pulse-like charging times of the capacitor 9 are sufficiently long.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 liegt im Parallelstrompfad zur Drosselspule 1 lediglich ein Kondensator 9, der mit Hilfe eines Bimetallschalters 11 abschaltbar ist. Im kalten Zustand sind die Kontakte 12 und 13 des Bimetallschalters 11 geschlossen, so daß der Kondensator 9 parallel zur Drosselspule 1 geschaltet ist und sein Ladestrom einen Zündimpuls für die Lampe 2 erzeugt, wie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Nach dem Zünden der Lampe 2 erwärmen sich die Bimetallstreifen des Bimetallschalters 11 durch den sie durchfließenden Strom, wodurch sich die Kontakte 12 und 13 öffnen. Hierdurch wird der Parallelstrompfad unterbrochen, so daß die Lampe 2 ausschließlich über die Drosselspule 1 mit ihrem normalen Strom versorgt wird.In the circuit arrangement according to FIG. 2 there is only one capacitor 9 in the parallel current path to the inductor 1, which capacitor can be switched off with the aid of a bimetal switch 11. In the cold state, the contacts 12 and 13 of the bimetallic switch 11 are closed, so that the capacitor 9 is connected in parallel with the inductor 1 and its charging current generates an ignition pulse for the lamp 2, as has been described with reference to FIG. 1. After the lamp 2 has been ignited, the bimetal strips of the bimetal switch 11 heat up due to the current flowing through them, as a result of which the contacts 12 and 13 open. As a result, the parallel current path is interrupted, so that the lamp 2 is supplied with its normal current exclusively via the inductor 1.

Bimetallschalter benötigen nach dem Löschen der Lampe zum Schließen eine gewisse Zeitspanne. Während dieser Zeit ist somit der Parallelstrompfad zur Drosselspule noch nicht wieder geschlossen, so daß eine sichere Wiederzündung der noch heißen Lampe nicht immer gewährleistet ist. Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn anstelle eines Bimetallschalters ein Schaltrelais 14 gemäß Fig. 3 verwendet wird. Die Relaisspule 15 liegt in Reihe mit der Drosselspule 1 im Hauptstromkreis der Lampe 2. Der eigentliche Relaisschalter 16 liegt im Parallelstrompfad zur Drosselspule 1 in Reihe mit dem Kondensator 9 und dem ohmschen Widerstand 10. Die Zündung der Lampe erfolgt hierbei, wie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Nach dem Zünden der Lampe fließt ein so hoher Lampenstrom durch die Relaisspule 15, daß diese erregt wird und den Relaisschalter 16 öffnet.Bimetal switches take a certain amount of time to close after the lamp has been extinguished. During this time, the parallel current path to the inductor is not yet closed again, so that reliable re-ignition of the lamp, which is still hot, is not always guaranteed. This Drawback can be avoided when it is used instead of a B imetallschalters a switching relay 14 of FIG. 3. The relay coil 15 is in series with the choke coil 1 in the main circuit of the lamp 2. The actual relay switch 16 is in the parallel current path to the choke coil 1 in series with the capacitor 9 and the ohmic resistor 10. The lamp is ignited here, as shown in FIG. 1 has been described. After the lamp has been ignited, such a high lamp current flows through the relay coil 15 that it is excited and the relay switch 16 opens.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung mit einem noch schnelleren Schaltelement dargestellt. Hierbei liegen im Parallelstrompfad zur Drosselspule 1 der Kondensator 9, der ohmsche Widerstand 10 und ein Triac 17. Die Steuerelektrode des Triac 17 ist über eine Triggerdiode 18 und einem Schutzwiderstand 19 mit einem Kondensator 20 verbunden, der wiederum über einen Widerstand 21 aufgeladen wird. Wenn die Spanung am Kondensator 20 die Durchschlagspannung der Triggerdiode 18 von etwa 30 V überschreitet, wird die Triggerdiode leitend und damit der Triac 17 ebenfalls in seinen leitenden Zustand geschaltet. Durch entsprechende Wahl des Widerstandes 21 läßt sich erreichen, daß der Durchschaltzeitpunkt des Triacs 17 vor dem Ansprechzeitpunkt der Zündeinrichtung 3 liegt und somit während des Zündvorgangs ein erhöhter Strom durch die Lampe 2 fließen kann. Sobald die Lampe sicher gezündet ist, liegt über der Reihenschaltung des Widerstandes 21 und des Kondensators 20 nur noch die gegenüber der Netzwechselspannung erheblich niedrigere Lampenspannung an. Daher kann sich der Kondensator 20 nicht mehr bis zur Durchschlagspannung der Triggerdiode 18 aufladen, so daß der Triac 17 gesperrt bleibt.4 shows a circuit arrangement with an even faster switching element. In this case, the capacitor 9, the ohmic resistor 10 and a triac 17 lie in the parallel current path to the inductor 1. The control electrode of the triac 17 is connected via a trigger diode 18 and a protective resistor 19 to a capacitor 20, which in turn is charged via a resistor 21. If the voltage across the capacitor 20 exceeds the breakdown voltage of the trigger diode 18 of approximately 30 V, the trigger diode becomes conductive and thus the triac 17 is also switched to its conductive state. By appropriate selection of the resistor 21 it can be achieved that the switching time of the triac 17 lies before the response time of the ignition device 3 and thus an increased current can flow through the lamp 2 during the ignition process. As soon as the lamp is safely ignited, only the lamp voltage which is considerably lower than the mains AC voltage is present across the series connection of the resistor 21 and the capacitor 20. Therefore, the capacitor 20 can no longer charge up to the breakdown voltage of the trigger diode 18, so that the triac 17 remains blocked.

Damit sich der Kondensator 9 bei erloschener Lampe 2 entlädt, ist bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 parallel zum Kondensator 9 ein weiterer ohmscher Widerstand 22 geschaltet, dessen Wert Rzus so gewählt ist, daß die Entlade-Zeitkonstante RZUS. C zwischen 0,05 und 20 msec liegt. Hierdurch wird eine nachfolgende Zündung der Lampe erleichtert, da andernfalls u.U. ein zu geringer Ladestrom fließt.In order for the capacitor 9 to discharge when the lamp 2 has gone out, a further ohmic resistor 22 is connected in parallel with the capacitor 9 in the circuit arrangement according to FIG. 4, the value R add of which is chosen such that the discharge time constant R ZUS . C is between 0.05 and 20 msec. This facilitates subsequent ignition of the lamp, since otherwise the charging current may be too low.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 ist im Gegensatz zu der nach Fig. 4 die Drosselspule in zwei Teile 1a und 1b aufgeteilt, wobei der Parallelstrompfad mit der Parallelschaltung des Kondensators 9 und des weiteren ohmschen Widerstandes 22 in Reihe mit dem Triac 17 lediglich dem Drosselspulenteil 1a parallel liegt. Der Drosselspulenteil 1b liegt ständig im Hauptstromkreis der Lampe 2.5, in contrast to that of FIG. 4, the choke coil is divided into two parts 1a and 1b, the parallel current path with the parallel connection of the capacitor 9 and the further ohmic resistor 22 in series with the triac 17 only the choke coil part 1a is parallel. The choke coil part 1b is always in the main circuit of the lamp 2.

Typische Daten der in den Ausführungsbeispielen verwendeten Bauelemente sind z.B.:

Figure imgb0001
Typical data of the components used in the exemplary embodiments are, for example:
Figure imgb0001

Der Hochspannungstransformator 4 besaß keinen Kern und hatte ein Übertragungsverhältnis von 1:60. Selbstverständlich können auch Übertrager mit Kern sowie Ausführungen als Spartransformator benutzt werden.The high voltage transformer 4 had no core and had a transmission ratio of 1:60. Of course, transformers with a core and versions as an autotransformer can also be used.

Selbst bei einer Netzspannung von nur 200 V konnte mit diesen Bauelementen, insbesondere mit den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1, 4 und 5, ein sicherer Kaltstart von 70W-Natriumhochdrucklampen erreicht werden. Außerdem war eine Wiederzündung der noch heißen Lampe nach etwa 3 sec möglich. Benutzte man dagegen in den bekannten Schaltungen nach DE-OS 31 08 547 bzw. 31 08 548 Bauelemente und Zündspannungen derselben Größenanordnung, so verging eine Zeitspanne von mehr als 15 sec bis zur Wiederzündung. Eine derartige Zeitspanne ist aber bei vielen Anwendungen nicht annehmbar.Even with a mains voltage of only 200 V, a reliable cold start of 70W high pressure sodium lamps could be achieved with these components, in particular with the circuit arrangements according to FIGS. 1, 4 and 5. It was also possible to re-ignite the lamp, which was still hot, after about 3 seconds. If, on the other hand, components and ignition voltages of the same size arrangement were used in the known circuits according to DE-OS 31 08 547 or 31 08 548, a period of time of more than 15 seconds passed before re-ignition. Such a period of time is not acceptable in many applications.

Abschließend sei bemerkt, daß der benutzte Zünder nicht unbedingt ein Überlagerungszünder zu sein braucht, sondern es kommen auch andere Typen, wie z.B. Antennenzünder (vgl. DE-OS 31 09 539), in Frage.Finally, it should be noted that the igniter used does not necessarily have to be a superimposed igniter, but other types also come, e.g. Antenna detonator (see DE-OS 31 09 539), in question.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb von Gasentladungslampen mit einer zwischen Lampe und Wechselstrom-Versorgungsquelle angeordneten Drosselspule mit einer Induktivität L sowie einer mit der Lampe verbundenen Zündeinrichtung, wobei wenigstens einem Teil der Drosselspule zur Erzielung eines gegenüber dem normalen Lampenbetriebsstrom erhöhten Zündstromes ein Kondensator mit einer Kapazität C parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (9) einen kapazitiven Blindwiderstand 1 ωC > 3ωL aufweist.1.Circuit arrangement for igniting and operating gas discharge lamps with a choke coil arranged between the lamp and the AC supply source and having an inductance L and an ignition device connected to the lamp, at least part of the choke coil being used to achieve an ignition current which is higher than the normal lamp operating current, a capacitor with a Capacitance C is connected in parallel, characterized in that the capacitor (9) has a capacitive reactance 1 ωC> 3ωL. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator (9) ein ohmscher Widerstand (10) mit einem Wert R in Reihe geschaltet ist, wobei deren Zeitkonstante R . C zwischen 10 µs und 1 ms beträgt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that with the capacitor (9) an ohmic resistor (10) with a value R is connected in series, the time constant R. C is between 10 µs and 1 ms. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (9) ein weiterer ohmscher Widerstand (22) mit einem solchen Wert Rzus parallel liegt, daß ihre Entlade-Zeitkonstante Rzus * C zwischen 0,05 und 20 ms beträgt.3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the capacitor (9) has a further ohmic resistor (22) with a value R addition in parallel that its discharge time constant R addition * C between 0.05 and 20 ms is. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) im Parallelstrompfad zur Drosselspule (1) liegende(n) passive(n) Bauelement(e) (9, 10, 22) nach der Zündung der Lampe (2) abschaltbar ist (sind).4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that (the) lying in the parallel current path to the inductor (1) (n) passive (s) component (s) (9, 10, 22) after the ignition of the lamp (2) can be switched off. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Parallelstrompfad zur Drosselspule (1) ein Schalter (11; 14; 17) liegt, der nach Zündung der Lampe (2) geöffnet wird.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that in the parallel current path to the inductor (1) there is a switch (11; 14; 17) which is opened after ignition of the lamp (2). 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Bimetallschalter (14) ist.6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the switch is a bimetallic switch (14). 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (16) Teil eines im Lampenhauptstromkreis liegenden Schaltrelais (15) ist.7. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the switch (16) is part of a switching relay lying in the lamp main circuit (15). 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Halbleiterschaltelement (17) ist.8. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the switch is a semiconductor switching element (17).
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