EP1590993B1 - Elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

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EP1590993B1
EP1590993B1 EP04707218A EP04707218A EP1590993B1 EP 1590993 B1 EP1590993 B1 EP 1590993B1 EP 04707218 A EP04707218 A EP 04707218A EP 04707218 A EP04707218 A EP 04707218A EP 1590993 B1 EP1590993 B1 EP 1590993B1
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EP
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lamp
discharge lamp
preheating
circuit
sub
Prior art date
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EP04707218A
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English (en)
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Michael Winkel
Franz Tusch
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HEP Tech Co Ltd
Original Assignee
HEP Tech Co Ltd
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Publication date
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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
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

Definitions

  • the invention relates to a ballast for Niederdruokentladungslampen, with a controllable inverter circuit for generating a high-frequency supply voltage for a discharge lamp, a connected to the inverter circuit lamp inductor connected in series with the lamp inductor and connected in parallel to the discharge lamp lamp parallel capacitor and a preheating circuit for supplying the electrodes the discharge lamp with heating current, wherein the preheating circuit is powered by a mounted on the lamp inductor auxiliary winding with electricity.
  • a ballast for low-pressure discharge lamps is for example from the DE 199 20 030 A1 known.
  • the electrodes of the discharge lamp designed as heating coils are preheated, so that they are excited to emit the glow.
  • the frequency of the supply voltage is changed by means of the controllable inverter circuit from a preheat frequency to an operating frequency.
  • the series resonant circuit formed by the lamp choke and the lamp parallel capacitor comes into resonance, so that an ignition voltage sufficient for ignition is applied to the discharge lamp.
  • the previously known ballast has a heating transformer whose primary winding is connected in series with the lamp parallel capacitor.
  • the secondary windings of the heating transformer supply them as heating coils formed electrodes of the discharge lamp with heating current.
  • the voltage applied to the primary winding of the heating transformer preheating is thus determined solely by the voltage drop across the lamp parallel capacitor. During the transition from the preheating frequency to the operating frequency, this voltage increases, so that the heating current increases as well.
  • the heating current is limited by the saturation occurring in the heating transformer.
  • the voltage applied to the lamp parallel capacitor breaks down to the operating voltage of the lamp. Accordingly, the heating current flowing in the operating state through the heating coils of the electrodes is reduced.
  • a disadvantage of the prior art ballast that even during continuous operation of the discharge lamp, a continuous heating current flows, resulting in increased energy consumption.
  • the primary winding of the Helz transformer flows continuously through the reactive current flowing through the lamp parallel capacitor.
  • a further disadvantage is that, in the case of the previously known ballast, when the discharge lamp is switched on, an undesirably high heating current flows through the cold heating coils of the electrodes of the discharge lamp. The heating current is limited only by the saturation of the heating transformer. If the previously known ballast for discharge lamps is used with particularly sensitive electrodes, it can lead to the destruction of the heating coils.
  • a ballast of the type mentioned is from the DE 33 12 572 A1 known.
  • the electrodes of the discharge lamp consist of heating wires, each of which is connected to auxiliary windings mounted on the lamp choke. Between each auxiliary winding and the associated heating wire, a switching element in the form of a Zener diode is connected.
  • the voltages supplied by the auxiliary windings exceed the switching thresholds of the zener diodes.
  • the heating wires are supplied with power in the ignition phase.
  • the resonant circuit formed by the lamp inductor and the lamp parallel capacitor is attenuated by the discharge lamp.
  • voltages are now generated, which are the switching thresholds of Zener diodes no longer exceed, so that the heating of the electrodes in the ignited state is omitted.
  • the present invention has the object to provide an electronic ballast for low-pressure discharge lamps, in which caused by the preheating circuit losses are minimized and which is universal, especially for discharge lamps with sensitive electrodes, can be used.
  • the preheating circuit of the ballast is supplied with current by an auxiliary winding mounted on the lamp choke, it is achieved that the power supply of the preheating circuit is independent of the reactive current flowing through the lamp parallel capacitor.
  • the auxiliary winding on the lamp inductor there is also the advantage that the heating current during the switch-on can be increased slowly by the frequency of the supply voltage from the preheating is slowly lowered to the operating frequency. As a result, an excessive and thus for the electrodes of the discharge lamp harmful heating current avoided.
  • the power supply of the preheating circuit can be interrupted by means of the parallel resonant circuit during the continuous operation of the lamp. As a result, unwanted losses due to a continuously flowing during the operation of the lamp heating current are effectively prevented.
  • the preheating circuit has a heating transformer whose primary winding is connected to the auxiliary winding and whose secondary windings are connected to the electrodes of the discharge lamp.
  • the primary winding is thus fed by the mounted on the lamp inductor auxiliary winding, wherein in each case a secondary winding is provided for heating an electrode of the discharge lamp.
  • the saturation occurring during strong current flow through the lamp inductor in the heating transformer can be utilized to limit the heating current.
  • the heating transformer may be formed as a toroidal transformer.
  • the frequency of the supply voltage by means of the controllable inverter circuit from the preheating frequency for preheating the electrodes to the different operating frequency for continuous operation of the discharge lamp is variable.
  • the interruption of the power supply of the preheating circuit according to the invention is achieved in that between the arranged on the lamp inductor auxiliary winding and the preheating circuit switched parallel resonant circuit is tuned to the operating frequency of the discharge lamp.
  • ballast according to the invention An embodiment of the ballast according to the invention will be explained with reference to the circuit sketched in the drawing.
  • At one of two electronic switches T 1 and T 2 existing half-bridge is a supply voltage U b .
  • the consisting of the two electronic switches T 1 and T 2 half-bridge circuit forms part of a controllable inverter circuit for generating a high-frequency supply voltage for a discharge lamp 1.
  • the electronic switches T 1 and T 2 are alternately switched on and off by an electronic control circuit not shown in accordance with the desired frequency of the supply voltage.
  • the discharge lamp 1 is connected via a throttle L 1 with the existing of the two switches T 1 and T 2 half-bridge.
  • a lamp parallel capacitor C 1 is connected in series with the discharge lamp 1 and with the lamp inductor L 1 in series.
  • a preheating circuit is provided, via which electrodes 2 and 3 of the discharge lamp 1 are supplied with heating current.
  • the preheating circuit consists of a toroidal transformer 4 whose secondary windings 5 and 6 are connected to the electrodes 2 and 3.
  • the preheating circuit is powered by a mounted on the lamp inductor L 1 auxiliary winding 7 with power.
  • the auxiliary winding 7 is connected to a primary winding 8 of the toroidal transformer 4, wherein a parallel resonant circuit 9 is connected between the auxiliary winding 7 and the primary winding 8.
  • the parallel resonant circuit 9 is tuned to the operating frequency of the discharge lamp 1, such that during the continuous operation of the discharge lamp 1, only a minimal current flows through the primary winding 8 of the toroidal transformer 4.
  • capacitors C k1 and C k2 are provided, which serve for Gieichstromentkopplung.
  • For DC-DC coupling is also used between the lamp inductor L 1 and the discharge lamp 1 connected capacitor C h .
  • the series resonant circuit consisting of the inductor L 1 and the lamp parallel capacitor C 1 resonates, so that an ever-increasing voltage is applied to the discharge lamp 1.
  • the discharge lamp 1 ignites and the voltage breaks down to the operating voltage of the discharge lamp 1.
  • the parallel resonance circuit 9 is in resonance, so that the heating current flowing through the electrodes 2 and 3 is greatly reduced. During continuous operation of the lamp 1 thus only a minimum heating current flows through the electrodes 2 and 3.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Niederdruokentladungslampen, mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe, einer mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Lampendrossel, einem mit der Lampendrossel in Serie geschalteten und parallel zu der Entladungslampe geschalteten Lampenparallelkondensator und mit einer Vorheizschaltung zur Versorgung der Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom, wobei die Vorheizschaltung von einer auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung mit Strom versorgt wird.
  • Ein Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen ist beispielsweise aus der DE 199 20 030 A1 bekannt. Mittels der Vorheizschaltung werden die als Heizwendeln ausgebildeten Elektroden der Entladungslampe vorgeheizt, so dass diese zur Glühemission angeregt werden. Zum Zünden der Entladungslampe wird die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von einer Vorheizfrequenz auf eine Betriebsfrequenz geändert. Dies führt dazu, dass der von der Lampendrossel und dem Lampenparallolkondonsator gebildete Serienresonanzkreis in Resonanz kommt, so dass an der Entladungslampe eine zum Zünden ausreichende Zündspannung anliegt.
  • Das vorbekannte Vorschaltgerät weist einen Heiztransformator auf, dessen Primärwicklung mit dem Lampenparallelkondensator in Serie geschaltet ist. Die Sekundärwicklungen des Heiztransformators versorgen die als Heizwendeln ausgebildeten Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom. Die an der Primärwicklung des Heiztransformators anliegende Vorheizspannung wird somit ausschließlich vom Spannungsabfall über dem Lampenparallelkondensator bestimmt. Beim Übergang von der Vorheizfrequenz zur Betriebsfrequenz nimmt diese Spannung zu, so dass auch der Heizstrom anwächst. Der Heizstrom wird allerdings durch die in dem Heiztransformator eintretende Sättigung begrenzt. Beim Zünden der Entladungslampe bricht die am Lampenparallelkondensator anliegende Spannung auf die Betriebsspannung der Lampe zusammen. Entsprechend reduziert sich der im Betriebszustand durch die Heizwendeln der Elektroden fließende Heizstrom.
  • Nachteilig ist bei dem vorbekannten Vorschaltgerät, dass auch während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe ein dauernder Heizstrom fließt, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Während des Betriebs der Lampe wird nämlich die Primärwicklung des Helztransformators kontinulerlich von dem durch den Lampenparallelkondensator fließenden Blindstrom durchflossen. Nachteilig ist des Weiteren, dass bei dem vorbekannten Vorschaltgerät beim Einschaltvorgang der Entladungslampe ein unerwünscht hoher Heizstrom durch die kalten Heizwendeln der Elektroden der Entladungslampe fließt. Der Heizstrom wird lediglich durch die Sättigung des Heiztransformators begrenzt. Falls das vorbekannte Vorschaltgerät für Entladungslampen mit besonders empfindlichen Elektroden eingesetzt wird, kann es zur Zerstörung der Heizwendeln kommen.
  • Ein Vorschaltgerät der eingangs genannten Art ist aus der DE 33 12 572 A1 bekannt. Bei dem vorbekannten Vorschaltgerät bestehen die Elektroden der Entladungslampe aus Heizdrähten, von denen jeder an auf der Lampendrossel angebrachte Hilfswicklungen angeschlossen ist. Zwischen jede Hilfswicklung und den zugehörigen Heizdraht ist ein Schaltelement in Form einer Zenerdiode geschaltet. In der Zündphase übersteigen die Spannungen, die von den Hilfswicklungen geliefert werden, die Schaltschwellen der Zenerdioden. Dadurch werden die Heizdrähte in der Zündphase mit Strom versorgt. Nach erfolgter Zündung ist der durch die Lampendrossel und den Lampenparallelkondensator gebildete Schwingkreis durch die Entladungslampe gedämpft. An den Hilfswicklungen werden jetzt Spannungen erzeugt, die die Schaltschwellen der Zenerdioden nicht mehr übersteigen, so dass die Heizung der Elektroden im gezündeten Zustand unterbleibt.
  • Nachteilig bei diesem Vorschaltgerät ist, dass dieses hinsichtlich seiner Auslegung relativ unflexibel ist. Die Schaltschwellen der Zenerdioden und die mittels der Hilfswicklungen zu erzeugenden Heizspannungen müssen genau aufeinander abgestimmt sein, was, je nach Lampentyp, zu Problemen führen kann. Somit ist das aus der zuletzt genannten Druckschrift vorbekannte Vorschaltgerät nicht universell einsetzbar.
  • Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen bereitzustellen, bei welchem durch die Vorheizschaltung bedingte Verluste minimiert werden und welches universell, insbesondere auch für Entladungslampen mit empfindlichen Elektroden, einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabenstellung wird ausgehend von einem Vorschaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung die Frequenz der Versorgungsspannung von einer Vorheizfrequenz zum Vorheizen der Elektroden auf eine davon verschiedene Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe veränderbar ist, wobei die Hilfswicklung mit der Vorheizschaltung über einen Parallelresonanzkreis verbunden ist, welcher auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist, derart, dass während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe die Stromversorgung der Vorheizschaltung unterbrochen ist.
  • Dadurch dass gemäß der Erfindung die Vorheizschaltung des Vorschaltgeräts von einer auf der Lampendrosselung angebrachten Hilfswicklung mit Strom versorgt wird, wird erreicht, dass die Stromversorgung der Vorheizschaltung von dem durch den Lampenparallelkondensator fließenden Blindstrom unabhängig ist. Durch die Verwendung der Hilfswicklung auf der Lampendrossel ergibt sich außerdem der Vorteil, dass der Heizstrom beim Einschaltvorgang langsam gesteigert werden kann, indem die Frequenz der Versorgungsspannung von der Vorheizfrequenz langsam auf die Betriebsfrequenz abgesenkt wird. Dadurch wird ein überhöhter und damit für die Elektroden der Entladungslampe schädlicher Heizstrom vermieden. Vorteilhaft ist ferner, dass bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät die Stromversorgung der Vorheizschaltung mittels des Parallelresonanzkreises während des kontinuierlichen Betriebs der Lampe unterbrochen werden kann. Dadurch werden unerwünschte Verluste aufgrund eines kontinuierlich während des Betriebs der Lampe fließenden Heizstroms effektiv unterbunden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät die Vorheizschaltung einen Heiztransformator aufweist, dessen Primärwicklung mit der Hilfswicklung verbunden ist und dessen Sekundärwicklungen mit den Elektroden der Entladungslampe verbunden sind. Die Primärwicklung wird demnach von der auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung gespeist, wobei jeweils eine Sekundärwicklung zur Heizung einer Elektrode der Entladungslampe vorgesehen ist. Die bei starkem Stromfluss durch die Lampendrossel in dem Heiztransformator eintretende Sättigung kann zur Begrenzung des Heizstroms ausgenutzt werden. Zweckmäßigerweise kann hierzu der Heiztransformator als Ringkerntransformator ausgebildet sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät ist die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von der Vorheizfrequenz zum Vorheizen der Elektroden auf die davon verschiedene Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe veränderbar. Auf schaltungstechnisch besonders einfache Art und Weise wird die Unterbrechung der Stromversorgung der Vorheizschaltung gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass der zwischen die auf der Lampendrossel angeordnete Hilfswicklung und die Vorheizschaltung geschaltete Parallelresonanzkreis auf die Betriebsfrequenz der Entladungslampe abgestimmt ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts wird anhand der in der Zeichnung skizzierten Schaltung erläutert.
  • An einer aus zwei elektronischen Schaltern T1 und T2 bestehenden Halbbrücke liegt eine Versorgungsspannung Ub an. Die aus den beiden elektronischen Schaltern T1 und T2 bestehende Halbbrückenschaltung bildet einen Teil einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe 1. Die elektronischen Schalter T1 und T2 werden abwechselnd von einer nicht näher dargestellten elektronischen Steuerschaltung entsprechend der gewünschten Frequenz der Versorgungsspannung ein- und ausgeschaltet. Die Entladungslampe 1 ist über eine Drossel L1 mit der aus den beiden Schaltern T1 und T2 bestehenden Halbbrücke verbunden. Ein Lampenparallelkondensator C1 ist parallel zu der Entladungslampe 1 und mit der Lampendrossel L1 in Serie geschaltet. Des Weiteren ist eine Vorheizschaltung vorgesehen, über welche Elektroden 2 und 3 der Entladungslampe 1 mit Heizstrom versorgt werden. Die Vorheizschaltung besteht aus einem Ringkerntransformator 4, dessen Sekundärwicklungen 5 und 6 mit den Elektroden 2 und 3 verbunden sind. Gemäß der Erfindung wird die Vorheizschaltung von einer auf der Lampendrossel L1 angebrachten Hilfswicklung 7 mit Strom versorgt. Die Hilfswicklung 7 ist mit einer Primärwicklung 8 des Ringkerntransformators 4 verbunden, wobei zwischen die Hilfswicklung 7 und die Primärwicklung 8 ein Parallelresonanzkreis 9 geschaltet ist. Der Parallelresonanzkreis 9 ist auf die Betriebsfrequenz der Entladungslampe 1 abgestimmt, derart, dass während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe 1 nur ein minimaler Strom durch die Primärwicklung 8 des Ringkerntransformators 4 fließt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kondensatoren Ck1 und Ck2 vorgesehen, die zur Gieichstromentkopplung dienen. Zur Gleichstromentkopplung dient ebenfalls ein zwischen die Lampendrossel L1 und die Entladungslampe 1 geschalteter Kondensator Ch.
  • Beim Einschalten der Entladungslampe 1 wird mittels der elektronischen Schalter T1 und T2 zunächst eine Versorgungsspannung erzeugt, deren Frequenz einer Vorheizfrequenz entspricht. Durch den mit dieser Frequenz durch die Drossel L1 fließenden Strom wird in der Hilfswicklung 7 eine Spannung induziert, welche zu einem Stromfluss in der Primärwicklung 8 des Heiztransformators 4 führt. Der Parallelresonanzkreis 9 ist bei der Vorheizfrequenz weit außerhalb seiner Resonanz. Der durch die Primärwicklung 8 fließende Strom führt zu einem durch die Elektroden 2 und 3 fließenden Strom, welche von den Sekundärwicklungen 5 und 6 des Heiztransformators 4 gespeist werden. Nun wird die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von der Vorheizfrequenz auf eine davon verschieden Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe 1 abgesenkt. Beim Absenken der Frequenz kommt der aus der Drossel L1 und dem Lampenparallelkondensator C1 bestehende Serienresonanzkreis in Resonanz, so dass an der Entladungslampe 1 eine immer größer werdende Spannung anliegt. Sobald die Zündspannung erreicht ist, zündet die Entladungslampe 1 und die Spannung bricht auf die Betriebsspannung der Entladungslampe 1 zusammen. Bei der Betriebsfrequenz ist der parallele Resonanzkreis 9 in Resonanz, so dass der durch die Elektroden 2 und 3 fließende Heizstrom stark reduziert ist. Während des Dauerbetriebs der Lampe 1 fließt somit nur ein minimaler Heizstrom durch die Elektroden 2 und 3.

Claims (3)

  1. Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen, mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe (1), einer mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Lampendrossel (L1), einem mit der Lampendrossel (L1) in Serie geschalteten und parallel zu der Entladungslampe (1) geschalteten Lampenparallelkondensator (C1) und mit einer Vorheizschaltung zur Versorgung der Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) mit Heizstrom, wobei die Vorheizschaltung von einer auf der Lampendrossel (L1) angebrachten Hilfswicklung (7) mit Strom versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung die Frequenz der Versorgungsspannung von einer Vorheizfrequenz zum Vorheizen der Elektroden (2, 3) auf eine davon verschiedene Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe (1) veränderbar ist, wobei die Hilfswicklung (7) mit der Vorheizschaltung über einen Parallelresonanzkreis (9) verbunden ist, welcher auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist, derart, daß während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe (1) die Stromversorgung der Vorheizschaltung unterbrochen ist.
  2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizschaltung einen Heiztransformator (4) aufweist, dessen Primärwicklung (8) mit der Hilfswicklung (7) verbunden ist und dessen Sekundärwicklungen (5, 6) mit den Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) verbunden sind.
  3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator (4) als Ringkerntransformator ausgebildet ist.
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