DE3301108A1 - METHOD FOR OPERATING A GAS DISCHARGE LAMP - Google Patents
METHOD FOR OPERATING A GAS DISCHARGE LAMPInfo
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Description
Ov3U l ιυυOv3U l ιυυ
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT h^ Unser Zeichen Berlin und München "*- VPA 83 P 10 0 7 DE SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT h ^ Our symbol Berlin and Munich "* - VPA 83 P 10 0 7 DE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, indem ein Halbleiterzerhacker aus einer GleichspannungThe invention relates to a method for operating a gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp, by a semiconductor chopper from a DC voltage
eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die in einena high-frequency alternating voltage is generated that is converted into a
aus einem parallel zur Entladungsstecke der Lampe geschalteten Kondensator und einer Drossel gebildeten Serienresonanzkreis eingespeist wird, welcher Serienresonanzkreis die erforderliche Zündspannung für die J Entladungslampe liefert, und bei dem der Lampenstrom im Nennbetrieb durch die Drossel begrenzt wird.from a capacitor connected in parallel to the discharge path of the lamp and a choke formed series resonance circuit is fed, which series resonance circuit supplies the required ignition voltage for the J discharge lamp, and in which the lamp current is limited in nominal operation by the choke.
Derartige Verfahren sind bekannt, wobei der Frequenzunterschied zwischen der Nennbetriebsfrequenz für die Entladungslampe und der Resonanzfrequenz des unbe-. lasteten Schwingkreises so klein ist, daß während der Zündphase ein Schwingkreisstrom auftritt, der gegenüber dem Nennbetriebsstrora fünf- bis zehnfach überhöht ist. Das hat zur Folge, daß ein hoher Schwingkreisstrom fließen muß, um die Zündspannung an der Lampe zu erzeugen. Alle Bauelemte, die durch diesen hohen Schwingkreisstrom während der Anlaufphase durchflossen werden, müssen diesem Strom entsprechend dimensioniert sein. Da aber im Nennbetrieb der Schwingkreisstrom nur ein Bruchteil des Stromes beim Zünden beträgt, sind die erforderlichen Bauelemente für den Nennbetrieb überdimensioniert .Such methods are known, the frequency difference between the nominal operating frequency for the Discharge lamp and the resonance frequency of the unloaded. loaded resonant circuit is so small that a resonant circuit current occurs during the ignition phase, the opposite the nominal operating current is five to ten times excessive. This has the consequence that a high resonant circuit current must flow in order to generate the ignition voltage across the lamp. All structural elements that result from this high Resonant circuit current flows through during the start-up phase must be dimensioned accordingly for this current be. However, since the oscillating circuit current is only a fraction of the current during ignition in nominal operation, the Components required for rated operation are oversized.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Strombeanspruchung der Bauelemente im Leistungsteil eines elektronischen Vorschaltgerätes für GasentladungslampenThe object of the invention is therefore to specify a method of the type mentioned at the outset, in which the current load the components in the power section of an electronic ballast for gas discharge lamps
Sac 1 Gae / 14.01.1983Sac 1 Gae / January 14, 1983
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t .5- t .5-
während der Zündphase reduziert wird.is reduced during the ignition phase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßThis object is achieved according to the invention in that
die Frequenz der Wechselspannung vor dem Zünden der Lampe höher und nach dem Zünden der Lampe im Nennbetrieb niedriger als die Resonanzfrequenz des ungedämpften Schwingkreises gewählt wird und daß der Frequenzabstand so groß gewählt wird, daß der Schwingkreisstrom während der Zündphase höchstens dreimal so hoch wie der Nennbetriebsstrom ist.the frequency of the alternating voltage before igniting the lamp is higher and after igniting the lamp in nominal operation is selected lower than the resonance frequency of the undamped resonant circuit and that the frequency spacing is chosen so large that the resonant circuit current during the ignition phase is at most three times as high as the rated operating current is.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den UnteransprüchenAdvantageous further developments are in the subclaims
angeführt.
15cited.
15th
Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert.The advantages of the subject matter of the invention are explained using the following exemplary embodiments.
In der dazugehörenden Zeichnung ist ein Schaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen dargestellt.In the accompanying drawing is a circuit diagram of an electronic ballast for gas discharge lamps shown.
Mit einer Gleichspannungsquelle Ug, die beispielsweise aus einer gleichgerichteten Netzspannung gespeist wird, wird eine Anlaufschaltung 18 beaufschlagt, welche die hochfrequente Selbstschwingung eines Halbleiterzerhackers, der aus einer Transistor-Halbbrückenschaltung der beiden Leistungs-MOS-FET 4 und 8 besteht, einleitet. An der Mittenanzapfung der Transistor-Halbbrückenschaltung entsteht eine rechteckförmige bzw. eine durch den Kondensator 2 verursachte trapezförmige hochfrequente Wechselspannung mit der Amplitude ± 1/2 U„, deren Schwingung sich durch die Rückkopplung mittels dem Stromübertrager 7 aufrecht erhält. Der über den Stromübertrager 7 an der Mittenanzapfung der Transistor-Halbbrückenschaltung angeschlossene Schwingkreis, bestehend aus der Drossel 12 und dem Kondensator 13, bewirkt an der EntladungslampeA DC voltage source Ug, which is fed, for example, from a rectified mains voltage, is applied to a start-up circuit 18 which initiates the high-frequency self-oscillation of a semiconductor chopper, which consists of a transistor half-bridge circuit of the two power MOS-FETs 4 and 8. At the center tap of the transistor half-bridge circuit, a square-wave or a trapezoidal high-frequency AC voltage with an amplitude of ± 1/2 U ", caused by the capacitor 2, is produced, the oscillation of which is maintained by the feedback by the current transformer 7. The resonant circuit, which is connected to the center tap of the transistor half-bridge circuit via the current transformer 7 and consists of the choke 12 and the capacitor 13, acts on the discharge lamp
VPA 83 P 1007DEVPA 83 P 1007DE
16 eine Spannungsüberhöhung durch Resonanz, wodurch die Lampe 16 gezündet wird. Nach dem Zünden bricht die Spannung an der Lampe auf die Brennspannung zusammen, wobei der Arbeitspunkt abhängig von der Amplitude und Frequenz der Wechselspannung durch die Drossel 12 bestimmt wird. Der Kondensator 17 verhindert mögliche Gleichstromanteile in der Lampe 16.16 a voltage increase due to resonance, whereby the lamp 16 is ignited. After ignition, the Voltage at the lamp related to the operating voltage, the operating point depending on the amplitude and Frequency of the alternating voltage is determined by the choke 12. The capacitor 17 prevents possible DC components in the lamp 16.
Die Anlaufschaltung 18 besteht beispielsweise aus der Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, die parallel zum Kondensator 1 geschaltet sind. Zwischen die Mittenanzapfung dieses RC-Gliedes und das Gate des Transistors 8 ist ein Diac geschaltet. Somit stellt dasThe start-up circuit 18 consists, for example, of the Series connection of a resistor and a capacitor, which are connected in parallel to the capacitor 1. Between the center tap of this RC element and the gate of the A diac is connected to transistor 8. So that represents
1^ RC-Glied und der Diac einen Sägezahn-Generator dar, dessen Frequenz von der Eingangsspannung abhängig ist. Legt man nun die Eingangsspannung Ug an, wird der Kondensator der Anlaufschaltung über den Widerstand aufgeladen bis die Spannung am Kondensator die Durchbruchsspannung des Diac erreicht, worauf dieser zündet und einen kurzen Stromimpuls in den Gatekreis des Transistors 8 abgibt. Damit wird auch die Gate-Kapazität des Transistors 8 aufgeladen. 1 ^ RC element and the diac is a sawtooth generator, the frequency of which depends on the input voltage. If the input voltage Ug is now applied, the capacitor of the start-up circuit is charged via the resistor until the voltage on the capacitor reaches the breakdown voltage of the diac, whereupon the diac ignites and emits a short current pulse into the gate circuit of transistor 8. The gate capacitance of transistor 8 is thus also charged.
Mit jedem Impuls fließt nun ein schmaler irapulsförmiger Strom über den Kreis, der durch den Transistor 8, die Wicklung n^ des Übertragers 7, eine Sicherung 11, die Drossel 12, die eine Heizwendel 14 der Lampe 16, den Kondensator 13/ die zweite Heizwendel 15 der Lampe 16 und den Kondensator 17 gebildet ist. Mit diesen Stromimpulsen über die Wicklung τι* des Übertragers 7 werden in den weiteren Wicklungen n2 und n, des Übertragers 7 aperiodisch abklingende Spannungen induziert. Durch diese Rückkopplung über die Wicklungen n~ und n, setztWith each pulse, a narrow I-pulse-shaped current flows through the circuit, which is passed through the transistor 8, the winding n ^ of the transformer 7, a fuse 11, the choke 12, the one heating coil 14 of the lamp 16, the capacitor 13 / the second heating coil 15 of the lamp 16 and the capacitor 17 is formed. With these current pulses through the winding τι * of the transformer 7, aperiodically decaying voltages are induced in the further windings n 2 and n of the transformer 7. This feedback through the windings n ~ and n, sets
- f -ψ, - f -ψ, VPA 83 P 1 0 07DEVPA 83 P 1 0 07DE
schlagartig eine hochfrequente Eigenschwingung ein, wenn die Gate-Schwellenspannung am Transistor 8 erreicht ist. Dieser Schwingkreis besteht im wesentlichen aus dem Kondensator 13 und der Drossel 12. Nach Einsetzen der Eigenschwingung wird die Anlaufschaltung 18 stillgelegt, was beispielsweise durch eine Schaltung bewerkstelligt werden kann, die einen Spannungsaufbau am Kondensator des RC-Gliedes verhindert, wodurch der Diac nicht die er-Suddenly a high-frequency natural oscillation occurs, if the gate threshold voltage at transistor 8 has been reached. This resonant circuit consists essentially of the capacitor 13 and the throttle 12. After the onset of natural oscillation the start-up circuit 18 is shut down, which can be accomplished, for example, by a circuit which prevents a build-up of voltage on the capacitor of the RC element, whereby the diac does not
forderliche Zündspannung erhält.required ignition voltage receives.
Die Zenerdioden 6 bzw. 9 und die Widerstände 5 bzw. 10 dienen dazu, daß die zulässige Gate-Source-Spannung der Leistungs-MOS-FET 4 bzw. 8 nicht überschritten werden XJ kann.The Zener diodes 6 and 9 and the resistors 5 and 10 are used to ensure that the permissible gate-source voltage of the power MOS-FET 4 and 8 cannot be exceeded XJ .
Die internen Gate-Kapazitäten der Transistoren 4 und 8 werden über die Widerstände 5 und 10 jeweils direkt vonThe internal gate capacitances of the transistors 4 and 8 are each directly from the resistors 5 and 10
den Übertragerwicklungen n, und n~ auf- bzw. entladen. 20the transformer windings n, and n ~ charge or discharge. 20th
Im Nennbetrieb besteht der Schwingkreisstrom aus dem Lampenstrora und dem Strom über den Kondensator 13/ der auch über die Heizwendel 14 bzw. 15 fließt. Bei defekter Entladungsstrecke hat man die gleichen Verhältnisse wie vor der Zündung, aber es kann keine Zündung stattfinden. . Wegen der 5 bis 10fach höheren Ströme gegenüber dem Nennbetrieb werden die Transistoren 4 und 8 und die Strombegrenzungsdrossel 12 schnell heiß. Um eine Zerstörung dieser Bauelemente zu vermeiden, ist die Sicherung 11, beispielsweise eine Schmelzsicherung, in der Lampenleitung vorgesehen. Bei defekter Entladungsstrecke steigt der Schwingkreisstrora an, die Sicherung schmilzt innerhalb kurzer Zeit, und der Strompfad des Schwingkreises ist somit unterbrochen, ohne daß die Bauelemente zerstört werden.In nominal operation, the resonant circuit current consists of the lamp current and the current through the capacitor 13 / the also flows through the heating coil 14 or 15. If the discharge path is defective, the same conditions as before ignition, but ignition cannot take place. . Because of the 5 to 10 times higher currents compared to the During nominal operation, the transistors 4 and 8 and the current limiting inductor 12 get hot quickly. A destruction To avoid these components, the fuse 11, for example a fuse, is in the lamp cable provided. If the discharge path is defective, the oscillating circuit current rises, the fuse melts within a short time, and the current path of the resonant circuit is thus interrupted without the components be destroyed.
:&- VPA 83P 1007DE: & - VPA 83P 1007DE
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn bei defekter Gasentladungs-Strecke und somit einer zündunfähigen Lampe 16 ein Halbleiterschalter derart eingreift, daß mindes-The same effect is achieved if the gas discharge path is defective and thus a non-ignitable lamp 16 a semiconductor switch engages in such a way that at least
tens eine der Heizwendeln 14 bzw. 15 der Lampe 16 durch einen Überstromstoß zerstört und damit der Serienresonanzkreis zur Erzeugung der Zündspannung stromlos wird.at least one of the heating coils 14 or 15 of the lamp 16 through an overcurrent surge destroyed and with it the series resonant circuit is de-energized to generate the ignition voltage.
In beiden Fällen, wo der Stromkreis unterbrochen ist, enthält der Transistor 8 nur Anlaufimpulse, ohne daß ein Schwingkreisstrora fließt.In both cases, where the circuit is interrupted, the transistor 8 contains only start-up pulses without a Oscillating circuit current flows.
Bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren zum Betreiben * von Gasentladungslampen ist nun, wie bereits eingangs beschrieben, der Frequenzunterschied zwischen der Nennbetriebsfrequenz und der Resonanzfrequenz des unbelasteten Schwingkreises klein. Deswegen muß ein hoher Schwingkreisstrom fließen, um die Zündspannung an der Lampe zu erzeugen.In the previously known method for operating * of gas discharge lamps, the frequency difference between the nominal operating frequency and the resonant frequency of the unloaded resonant circuit is now, as already described above, small. A high resonant circuit current must therefore flow in order to generate the ignition voltage across the lamp.
Der Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß beiThe advantage of the invention is that at
1 /2 höherem Kennwiderstand des Schwingkreises R,, = (L/C) ' 1/2 higher characteristic resistance of the resonant circuit R ,, = (L / C) '
1 /2 bzw. höherer Schwingkreisgüte Q = (1/R) (L/C) ' sich eine bestimmte Spannungsüberhöhung im Serienresonanzkreis bereits bei einem kleineren Schwingkreisstrom erreichen läßt.1/2 or higher resonant circuit quality Q = (1 / R) (L / C) 'itself a certain voltage increase in the series resonance circuit can be achieved even with a smaller resonant circuit current.
Geht man davon aus, daß die Betriebsspannung, die Nennbetriebsfrequenz sowie die Lampenleistung und damit auch die Schwingkreisinduktivität vorgegeben sind, erfolgt die Erhöhung der Schwingkreisgüte Q durch Verkleinerung der Schwingkreiskapazität, was zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz des unbelasteten Schwingkreises führt. 35Assuming that the operating voltage, the nominal operating frequency as well as the lamp power and thus also the resonant circuit inductance are specified, takes place the increase in the resonant circuit quality Q by reducing the resonant circuit capacitance, which leads to an increase in the The resonance frequency of the unloaded resonant circuit leads. 35
VPA 83 P 1 0 07DE VPA 83 P 1 0 07DE
Wählt man die Frequenzänderung der Wechselspannung zwischen der Frequenz im Zündmoment und der Frequenz im Nennbetrieb entsprechend groß, so läßt sich der Strom durch den Schwingkreis bzw. durch die Transistoren im Zündmoraent gezielt begrenzen.If one chooses the frequency change of the alternating voltage between the frequency in the ignition moment and the frequency in Rated operation correspondingly large, so the current can specifically limit by the resonant circuit or by the transistors in the ignition torque.
Die Frequenzänderung der Wechselspannung durch Steuerung der Transistor-Halbbrückenschaltung läßt sich beispiels-The frequency change of the alternating voltage by controlling the transistor half-bridge circuit can be exemplified
weise durch eine analoge oder digitale Steuerlogik realisieren .wise through an analog or digital control logic.
Die Frequenzänderung kann aber auch in einer frei schwingenden Anordnung, z.B. mit Hilfe eines Sättigungs-The frequency change can also be in a freely oscillating arrangement, e.g. with the help of a saturation
stromwandlers, realisiert werden, was zu einer besonders einfachen Steuerung des Vorschaltgerätes führt.current transformer, what a special simple control of the ballast leads.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird die Strombeanspruchung der Bauelemente während der Zündphase redu-The subject matter of the invention is the current load of the components during the ignition phase
^ ziert, ohne daß die Transistoren im aktiven Kennlinienbereich strombegrenzend arbeiten müssen. Dies führt beispielsweise zu einer erheblichen Verkleinerung der Abmessungen der Schwingkreisdrossel und erlaubt die Verwendung von Transistoren mit geringerer Impulsbelastbarkeit. Weiterhin ergibt sich eine Steigerung des Wirkungsgrades dadurch, daß im Nennbetrieb der Lampe durch die Verkleinerung der Schwingkreiskapazität ein geringerer Strom durch die Heizwendeln fließt. Mit der Erfindung läßt sich somit eine Senkung der Baulementekosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit eines elektronischen Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen erreichen.^ adorns without the transistors in the active characteristic area have to work to limit the current. This leads, for example, to a considerable reduction in the size of the Dimensions of the resonant circuit choke and allows the use of transistors with a lower pulse load capacity. Furthermore, there is an increase in the efficiency because the lamp is in nominal operation By reducing the resonant circuit capacitance, a lower current flows through the heating coils. With the Invention can thus reduce component costs while increasing reliability of an electronic ballast for gas discharge lamps.
10 Patentansprüche
1 Figur10 claims
1 figure
- 40- - 40-
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Claims (10)
mindestens einem Stromkreis der Heizwendeln (14, 15) ein Halbleiterschalter vorgesehen ist, der bei defekter
Gasentladungsstrecke mindestens eine Heizwendel (14,15) durch einen Überstromstoß zerstört.9. The method according to any one of claims 1 to Q, characterized in that in
at least one circuit of the heating coils (14, 15) a semiconductor switch is provided, which is defective
Gas discharge path at least one heating coil (14, 15) destroyed by an overcurrent surge.
den Strompfad des Schwingkreises eine Schmelzsicherung (11) geschaltet wird.10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in
the current path of the resonant circuit a fuse (11) is switched.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |