FI91120C - Electronic ballast for ballast lamp - Google Patents

Description

i 91120i 91120

Purkauslampun elektroninen liitåntålaite. - Elektronisk kopplingsanordning for urladdningslampa.Electronic ballast for ballast. - Electronic copying control for heating lamps.

Keksinnon kohteena on purkauslampun elektroninen liitåntålaite, johon kuuluu suurtaajuusvirtaa syottåvå ajopiiri, impedanssi lampun rinnalla, induktanssi ajopiirin ja lampun vålisså sekå ohjauspiirin ohjaamat piirielimet, joilla voidaan vaikuttaa lamppuvirran taajuuteen.The invention relates to an electronic connection device for a discharge lamp, comprising a high-frequency current-supplying circuit, an impedance next to the lamp, an inductance between the driving circuit and the lamp, and circuit elements controlled by a control circuit, which can influence the lamp current frequency.

FI-patenttijulkaisusta 63146 tunnetaan purkauslampun elektroninen liitåntålaite, jossa pååtetransistorien ohjausmuuntajalla on toisiokååmi, jonka avulla vaikutetaan pååtetransistorien toimintaan niin, ettå voidaan sååtåå lampun kautta kulkevaa virtaa. Tåsså tapauksessa ohjausmuuntajalla ei siis ole mitåån tekemistå lampun elektrodien kautta kulkevan hehkutusvirran ja lampun sytytysjånnitteen kanssa. Tåsså tunnetussa liitåntålait-teessa on kåytetty lampun rinnalla olevan kondensaattorin kanssa sarjaan kytkettyå PTC-komponenttia, joka aluksi sallii hehkutusvirran kulun ja sitten kuumetessaan rajoittaa virtaa niin, ettå jånnite lampun napojen yli kasvaa sytytykseen riit-tåvåksi. Tåhån jårjestelyyn liittyy kuitenkin useita epåkohtia. PTC-vastuksen aikavakio on epåmååråinen, koska se perustuu ter-miseen aikavakioon. Se on vanheneva komponentti, jonka luotet-tavuus on huono verrattuna muihin tyypillisiin liitåntålaittei-den komponentteihin. Lampun uudelleensytytyksisså kuuma PTC-vastus ei toimi, vaan eståå hehkutusvirran kulun.FI patent publication 63146 discloses an electronic connection device for a discharge lamp, in which the control transformer of the end transistors has a secondary coil, by means of which the operation of the end transistors is influenced so that the current flowing through the lamp can be regulated. In this case, the control transformer thus has nothing to do with the glow current flowing through the lamp electrodes and the lamp ignition voltage. This known ballast uses a PTC component connected in series with a capacitor adjacent to the lamp, which initially allows the annealing current to flow and then, when heated, limits the current so that the voltage across the lamp terminals increases enough for ignition. However, there are several drawbacks to this arrangement. The time constant of a PTC resistor is ambiguous because it is based on a thermal time constant. It is an aging component with poor reliability compared to other typical ballast components. When the lamp is re-ignited, the hot PTC resistor does not work, but prevents the ignition current from flowing.

Keksinnon tarkoituksena on saada aikaan parannettu liitåntålaite, jolla varmistetaan hehkutusvirran kulku ja sytytysjånnitteen muodostaminen ilman edellå mainittuja epåkohtia.The object of the invention is to provide an improved connection device with which the flow of the annealing current and the generation of the ignition voltage are ensured without the above-mentioned drawbacks.

Tåmå tarkoitus saavutetaan oheisessa patenttivaatimuksessa 1 esitettyjen keksinnon tunnusmerkkien perusteella.This object is achieved on the basis of the features of the invention set out in the appended claim 1.

Seuraavassa keksinnon eråstå suoritusesimerkkiå selostetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 2 kuvio 1 esittåå keksinnon mukaista lamppupiiriå ja kuvio 2 esittåå esimerkkiå kuvion 1 mukaisen 1amppupii rin jån-nitteiden (1åhtojånnite ja 1amppujånnite) ja virran kåyråmuodoista.In the following, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a lamp circuit according to the invention and Fig. 2 shows an example of the voltage (voltage and ampere voltage) of the lamp circuit according to Fig. 1.

Lamppupiirin rakenne ja toiminta on seuraava.The structure and operation of the lamp circuit is as follows.

Ajopiiri antaa 1åhtonastastaan suorakaidejånnitteen Uuhto, joka vaihtelee V+:n ja V-:n vålillå. Kuristimen ensioinduktans-si Lp rajoittaa virran li nousunopeutta. Oikosulkemalla toisio-kååmi Ls pienennetåan virran li nåkemåå induktanssia ja siten suurennetaan Ii:n nousunopeutta.The driving circuit supplies a rectangular voltage Uuhto from its terminal, which varies between V + and V-. The primary inductance si Lp of the choke limits the rate of rise of the current li. By short-circuiting the secondary coil Ls, the current-induced inductance is reduced and thus the rise rate of Ii is increased.

Ajopiirin låhto vaihtaa tilaa kun li on noussut kynnysarvoon Ik. Tama kynnysarvo ei riipu Ii:n nousunopeudesta tai taajuu-desta.The output of the driving circuit changes state when li has risen to the threshold value Ik. This threshold does not depend on the rate of rise or frequency of Ii.

Kun kayttojannite kytketåån, ajopiiri kåynnistyy ja ohjauspii-rin monostabiili liipaisee sulkien samalla kytkimen S. Virran li nåkemå induktanssi on pieni ja nousunopeus suuri. Kun ajopiiri mååråå virran li huippuarvon tietyn kynnysarvon Ik suuruiseksi, on virran li taajuus suuri; merkitåån fi. Tål loin kondensaattorin Cs låpi kulkee virran kynnysarvoon Ik verran-nollinen virta In, ja lampun yli oleva jannite Ul on pieni. Virran kynnysarvo Ik on valittu siten, ettå virraksi In tulee lampun vaatima hehkutusvirta.When the operating voltage is switched on, the driving circuit starts and the monostable of the control circuit trips, at the same time closing switch S. The current inductance is low and the rise speed is high. When the driving circuit sets the peak value of the current li to a certain threshold value Ik, the frequency of the current li is high; marked fi. Then, through the capacitor Cs, a current In equal to the current threshold Ik passes through, and the voltage Ul across the lamp is small. The current threshold value Ik is selected so that the current In becomes the annealing current required by the lamp.

Ennalta mååråtyn hehkutusajan T kuluttua monostabiili avaa kytkimen s, jolloin virta li nåkee tåyden induktanssin Lp. Virran li nousunopeus pienenee ja siten taajuus pienenee arvoon f2, joka on olennaisesti pienempi kuin taajuus fi, kuten kuvion 2 virtakåyråstå ilmenee. Kondensaattorin C* kapasitanssi on valittu siten, ettå taajuudella f2 virta li nostaa jånnitteen Ut yli lampun vaatiman sytytysjånnitteen Ue ja lamppu syttyy.After a predetermined annealing time T, the monostable opens the switch s, whereupon the current li sees the full inductance Lp. The rate of rise of the current l1 decreases and thus the frequency decreases to a value f2 which is substantially lower than the frequency f1, as can be seen from the current curve in Fig. 2. The capacitance of the capacitor C * is selected so that at a frequency f2 the current li increases the voltage Ut over the ignition voltage Ue required by the lamp and the lamp lights up.

IIII

91120 391120 3

Lampputyyppistå ja kåytetystå hehkutusvirran suuruudesta riip-puen hehkutusaika T voi tyypil1isesti vaihdella rajoissa 400 ms - 2 s.Depending on the type of lamp and the magnitude of the annealing current used, the annealing time T can typically vary between 400 ms and 2 s.

Kytkimenå S voidaan kåyttåa esim. triakkia tai kahta tyristo-ria, jotka on kytketty siten rinnakkain, ettå tyristorien ollessa ohjattuna johtavaan tilaan virta kulkee molempiin suun-tiin. Kytkin S voi joko tåysin avata tai sulkea toisiokååmiin Ls liittyvån virtapiirin, tai se voi olla myos virtaa rajoitta-va kytkinelin, joka on ohjattavissa pienohmisen ja suurohmisen tilan vålillå. Joka tapauksessa kytkinelimen S ohjauksella aikaansaadaan nopea askelmuutos virran li taajuuteen ja vastaa-vasti lampun yli olevaan jånnitteeseen Ul-As a switch S, it is possible to use, for example, a triac or two thyristors, which are connected in parallel in such a way that, when the thyristors are controlled to the conductive state, current flows in both directions. The switch S can either completely open or close the circuit associated with the secondary circuits Ls, or it can also be a current-limiting switch element which can be controlled between a low-ohm and a high-ohm mode. In any case, the control of the switching element S causes a rapid step change to the frequency li of the current and, correspondingly, to the voltage Ul-

Piirisså olevat kondensaattorit Ci ja C2 eståvåt tasavirran kulun 1amppupiirisså ja pitåvåt yhteiseen pisteeseenså kytketyn katodin halutussa potentiaalissa.The capacitors C1 and C2 in the circuit prevent the passage of direct current in the shooting circuit 1 and keep the cathode connected to its common point at the desired potential.

Normaalissa toiminnassa jånnitteet Uci ja UC2 ovat yhtå suuret. Ajopiirin toteutuksesta riippuen saatetaan tarvita jokin ulkoinen keino jånnitteiden pitåmiseksi yhtå suurina. Kirjalli-suudessa on esitetty useitakin mahdol1isuuksia (esim. K.H.In normal operation, the voltages Uci and UC2 are equal. Depending on the implementation of the circuit, some external means may be required to keep the voltages equal. Several possibilities have been suggested in the literature (e.g. K.H.

Billings, Handbook Of Switchmode Power Supplies, 1989 s. 3.156-3.157). Piirisså Ci:n ja C2:n yhteisesta pisteestå viedåan jånnitetieto ajopiirin nastaan komp. Tålloin ajopiiri muuttaa toimintaansa siten, ettå Uci ja UC2 pysyvåt yhtå suurina. Tåmå toteutetaan muutamalla positiivisen ja negatiivisen puolijakson kynnysvirran 1¾ arvoja hieman eri suuriksi siten, ettå mahdol-linen ero Uci^n ja UC2:n vålillå pienenee.Billings, Handbook Of Switchmode Power Supplies, 1989 pp. 3.156-3.157). In the circuit, voltage information is applied from the common point of Ci and C2 to the pin of the driving circuit comp. In this case, the driving circuit changes its operation so that Uci and UC2 remain the same. This is accomplished by a few slightly different values of the threshold current 1¾ of the positive and negative half-cycles so that the possible difference between Uci1 and UC2 decreases.

Mikåli kåytetåån sellaista kytkinelintå S, jota ei tarvitse erottaa lamppupiiristå, voivat Lp ja Ls olla kytkettynå toi-siinsa: toinen voi olla toisen osa tai ne voivat olla yksi ja sama kååmi.If a switching element S is used which does not need to be separated from the lamp circuit, Lp and Ls can be connected to each other: one can be a part of the other or they can be one and the same coil.

44

Vastaava vaikutus kuin kytkimell® S, voidaan saada aikaan my° tasa- tai vaihtovirtaa syottavalla elimellå.An effect similar to that of the switch® S can also be provided by a DC or AC supply element.

Lamppupiiri voidaan toteuttaa myos siten, ettå hehkutus saadaan aikaan avaamalla kytkin S ja sytytys sulkemalla se. Tålloin kondensaattori Cs on korvattava esim. induktanssi 11 a tai muunta-jalla, jotta haluttu toiminta saadaan aikaan. Olennaista kek-sinnossa on, ettå induktanssiin LP vaikuttamal1 a muutetaan lamppupiirin suurtaajuusvirran taajuutta siten, ettå impedans-sin Cs vaikutus sen kautta kulkevaan virtaan muuttuu virran kulkua eneirunan rajoittavaksi kun sytytystå edeltavå hehkutus-aika on kulunut. Keksinto tarjoaa siis yksinkertaisen ja tehokkaan tavan huolehtia tehokkaasta hehkutusvirrasta ja lampun sytytyksestå, samalla kun varmistetaan, ettå lampun palaessa sen rinnalla olevan impedanssin kautta kulkee vain hyvin pieni virta, joka ei aiheuta merkittåviå tehohåvioitå.The lamp circuit can also be implemented in such a way that the annealing is effected by opening the switch S and the ignition by closing it. In this case, the capacitor Cs must be replaced, for example, by an inductance 11a or a transformer in order to achieve the desired operation. It is essential in the invention that the effect of the inductance LP is to change the frequency of the high frequency current of the lamp circuit so that the effect of the impedance sin Cs on the current flowing through it becomes restrictive of the current flow after the annealing time has elapsed. The invention thus provides a simple and efficient way to provide an efficient annealing current and lamp ignition, while ensuring that when the lamp burns, only a very small current flows through the impedance next to it, which does not cause significant power losses.

IIII

Claims (7)

91120 591120 5 1. Purkauslampun elektroninen liitåntålaite, johon kuuluu suur-taajuusvirtaa syottåvå ajopiiri, impedanssi (C.) lampun rinnalla, induktanssi (Lp) ajopiirin ja lampun valissa seka ohjauspiirin ohjaamat piirielimet (L«, S), joilla voidaan vaikuttaa lamppuvirran taajuuteen, tunnettu siitå, ettå piirielimet (La, S) muuttavat induktanssin (Lp) arvoa ohjauspiirin måårååmånå ajankohtana, jolloin lampun katodien låpi kulkevan virran ja lampun sekå impedanssin (C.) yli olevan jånnitteen muuttaminen on mahdollista ja mainittu induktanssin (Lp) arvon muutosajankohta ei oleellisesti riipu mainitun suur-taajuusvirran suuruudesta.An electronic ballast for a discharge lamp, comprising a high-frequency supply circuit, an impedance (C.) next to the lamp, an inductance (Lp) between the driving circuit and the lamp, and control circuit-controlled circuit elements (L «, S) capable of influencing the lamp current frequency, characterized in that that the circuit elements (La, S) change the value of the inductance (Lp) at a time determined by the control circuit, when it is possible to change the current through the cathode of the lamp and the voltage across the lamp and impedance (C.) and said time of change of inductance (Lp) does not substantially depend on frequency magnitude. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitåntalaite, t u η n e t -t u siitå, ettå mainittuun induktanssiin (Lp) vaikutetaan siten, ettå mainitun suurtaajuusvirran taajuus on sytytystå edeltåvånå hehkutusaikana (T) olennaisesti suurempi kuin syty-tyksen jålkeen lampun palaessa ja ettå mainittuun impedanssiin (Cs) kuuluu ainakin yksi kondensaattori.A ballast according to claim 1, characterized in that said inductance (Lp) is acted upon such that the frequency of said high frequency current during the pre-ignition annealing time (T) is substantially higher than after ignition when the lamp is lit and that said impedance (Cs) includes at least one capacitor. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liitåntålaite, tunnettu siitå, ettå induktanssin (Lp) toisiokååmi (La) liittyy virtapiiriin, jossa on ohjattava kytkinelin (S).Connection device according to Claim 1 or 2, characterized in that the secondary coil (La) of the inductance (Lp) is connected to a circuit with a switchable switching element (S). 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen liitåntålaite, t u η n e t -t u siitå, ettå kytkinelin (S) on lampun elektrodien hehkutuk-seen tarvittavan ennalta mååråtyn ajan (T) suljettuna tai vir-taa johtavana ja mainitun ennalta mååråtyn ajan kuluttua ava-taan tai ohjataan virtaa rajoittavaan tilaan.The connection device according to claim 3, characterized in that the switching member (S) is closed or conductive for a predetermined time (T) required for annealing the lamp electrodes, and after said predetermined time, a current is opened or controlled restrictive state. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen liitåntålaite, t u η n e t -t u siitå, ettå mainittua kytkinelintå (S) ohjaa ohjauspiiri, joka ohjaa kytkinelimen virtaa johtavaan tilaan kun kåyttdjån-nite kytketåån lamppupiiriin, ja ettå ohjauspiirisså on mono- 6 stabiili, joka ennalta mååråtyn ajan (T) kuluttua ohjaa kytkin-elimen virtaa rajoittavaan tilaan.The connection device according to claim 4, characterized in that said switching member (S) is controlled by a control circuit which directs the current of the switching member to a conductive state when the user voltage is connected to the lamp circuit, and that the control circuit is mono stable for a predetermined time. T) then directs the switch member to the current limiting state. 6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liitåntålaite, tun-n e t t u siitå, ettå induktanssi 11a (Lp) on toisiokååmi (L«) tai ensiokååmin osa, johon liittyy virtaa rajoittava elin (S) tai virtaa syottåva elin.Connecting device according to Claim 1 or 2, characterized in that the inductance 11a (Lp) is a secondary coil (L «) or a part of the primary coil, to which a current-limiting element (S) or a current-supplying element is connected. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen liitåntålaite, tunnettu siitå, ettå ajopiirin virran (Ix) huippuarvo on rajoitettu tiettyyn kynnysarvoon (Ik), joka on virran taajuudesta olennaisesti riippumaton. II 91120 7Connection device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the peak value of the current (Ix) of the driving circuit is limited to a certain threshold value (Ik) which is substantially independent of the frequency of the current. II 91120 7