DE3142613A1

DE3142613A1 - Circuit arrangement for starting and operating a low-pressure mercury-vapour discharge lamp

Info

Publication number: DE3142613A1
Application number: DE19813142613
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr.-Ing. Dr. 5100 Aachen Bex
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1983-05-05

Abstract

The circuit arrangement for starting and operating a low-pressure mercury-vapour discharge lamp (10) with an AC voltage at a frequency of more than 0.5 MHz consists of a capacitive half bridge which is supplied with a DC voltage and has in each case two capacitors (5, 6), connected in series, and power field-effect transistors (7, 8), in whose lateral bridge arm the lamp (10), which is connected in series with an inductor coil (9), is arranged, which bridge arm is connected in parallel with a parallel tuned circuit (15, 16) in whose capacitive or inductive arm there is a primary winding (17) of a feedback transformer (18) whose oppositely wound secondary windings (19, 20) in each case interconnect the control electrode and a main electrode of the power field-effect transistors (7, 8). In order to achieve reliable starting with starting times which are as short as possible, the discharge lamp (10) is provided with electrodes (13, 14) which can be preheated and are arranged in series with a starter (25) and an auxiliary coil (26). <IMAGE>

Description

Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Nieder-Circuit arrangement for the ignition and operation of a low

druckquecksilberdampfentladungslampe Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe mit Wechselspannung einer Frequenz von über 0,5 MHz, bestehend aus einer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Brückenschaltung nach Art einer kapazitiven Halbbrücke mit jeweils zwei in Reihe liegenden Kondensatoren und Leistungs-Feldeffekttransistoren, in deren Brückenquerzweig die mit einer Drosselspule in Reihe liegende Lampe angeordnet ist, der ein Parallelschwingkreis parallel geschaltet ist, in dessen kapazitivem oder induktivem Zweig sich eine Primärwicklung eines Rückkopplungsübertragers befindet, dessen entgegengesetzt gewickelte Sekundärwicklungen jeweils die Steuerelektrode und eine Hauptelektrode der Leistungs-Feldeffekttransistoren miteinander verbinden.Pressure mercury vapor discharge lamp The invention relates to a circuit arrangement for igniting and operating a low-pressure mercury vapor discharge lamp with AC voltage with a frequency of over 0.5 MHz, consisting of one to one DC voltage source connected bridge circuit in the manner of a capacitive Half bridge with two capacitors and two power field effect transistors each in series, the lamp lying in series with a choke coil is arranged in the bridge branch is that a parallel resonant circuit is connected in parallel, in its capacitive or inductive branch there is a primary winding of a feedback transformer, whose oppositely wound secondary windings each form the control electrode and connect a main electrode of the power field effect transistors to one another.

Leistungs-Feldeffekttransistoren sind z.B. VMOS-Transistoren (auch Power-MOS-Fet genannt). Der zur Lampe parallel geschaltete Schwingkreis bestimmt die Frequenz, mit der die Lampe betrieben wird. Über den Rückkopplungsübertrager werden mit der Schwingkreisfrequenz die Leistungs-Feldeffekttransistoren gesteuert. - Die Schaltungsanordnung kann unmittelbar an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Wird die Schaltungsanordnung aus einem Wechselspannungsnetz gespeist, so muß zwischen diesem und der Brückenschaltung eine Gleichrichteranordnung mit einem Glättungskondensator zwischengeschaltet werden, die als Gleichspannungsquelle dient.Power field effect transistors are e.g. VMOS transistors (also Called Power-MOS-Fet). The resonant circuit connected in parallel to the lamp determines the frequency at which the lamp is operated. Via the feedback transformer the power field effect transistors are controlled with the resonant circuit frequency. - The circuit arrangement can be connected directly to a DC voltage source will. If the circuit arrangement is fed from an AC voltage network, so must be a rectifier arrangement with a between this and the bridge circuit Smoothing capacitor are interposed, which serves as a DC voltage source.

Mit einer in der älteren deutschen Patentanmeldung P 31 25 074 beschriebenen Schaltungsanordnung dieser Art wird eine elektrodenlose Entladungslampe mit einer Frequenz von mindestens 0,5 MHz gespeist.With one described in the earlier German patent application P 31 25 074 Circuit arrangement of this type is an electrodeless discharge lamp with a Frequency of at least 0.5 MHz fed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe zu schaffen, die mit vorheizbaren Elektroden versehen ist. Insbesondere soll eine sichere Zündung bei möglichst kurzen Zündzeiten erreicht werden.The invention is based on the object of a corresponding circuit arrangement to ignite and operate a low-pressure mercury vapor discharge lamp, which is provided with preheatable electrodes. In particular, a safe ignition should be can be achieved with the shortest possible ignition times.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden versehen ist, die in Reihe mit einem Starter und einer Hilfsspule angeordnet sind.This task is mentioned at the beginning in the case of a circuit arrangement Kind according to the invention solved in that the discharge lamp with preheatable Electrodes are provided, which are arranged in series with a starter and an auxiliary coil are.

Der Starter ist insbesondere ein Bimetall-Glimmstarter.The starter is in particular a bimetal glow starter.

Durch die mit diesem Starter in Reihe liegende Hilfsspule wird ein größerer Elektrodenheizstrom erreicht. Außerdem bewirkt die Hilfsspule, daß auch bei geschlossenem Starter eine Spannung an der Lampe anliegt. Aus diesen GrUnden lassen sich sehr kurze Zündzeiten für die Lampe erreichen.Due to the auxiliary coil in series with this starter, a greater electrode heating current achieved. Also, the auxiliary coil does that too when the starter is closed, voltage is applied to the lamp. For these reasons very short ignition times for the lamp can be achieved.

Vorzugsweise ist die Induktivität L der Hilfsspule in den Grenzen RH < oo L C RS gewählt, wobei w die Kreisfrequenz des Parallelschwingkreises, RH der Widerstand der vorheizbaren Lampenelektroden und R5 der Widerstand des Starters bei der Kreisfrequenz ist.The inductance L of the auxiliary coil is preferably within the limits RH <oo L C RS selected, where w is the angular frequency of the parallel resonant circuit, RH is the resistance of the preheatable lamp electrodes and R5 is the resistance of the starter is at the angular frequency.

Die obere Grenze für die Induktivität ergibt sich aus der Forderung, daß der Starter gegenüber einer Ausführungsform ohne Hilfsspule unverändert schnell schließen soll.The upper limit for the inductance results from the requirement, that the starter remains fast as compared to an embodiment without an auxiliary coil should close.

Die untere Grenze wird durch die Forderung bedingt, ungeachtet einer vorübergehenden Frequenzänderung einen höchstzulässigen Heizstrom der Lampenelektroden (etwa den zweifachen Brennstrom) einzustellen.The lower limit is determined by the requirement, regardless of one temporary frequency change a maximum permissible heating current of the lamp electrodes (about twice the burning current).

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist insbesondere zum Zünden und Betrieb neuerer Entladungslampen, wie z.B. SL- oder PL-Lampen, geeignet, die in übliche Glühlampenfassungen eingeschraubt werden können. Bei einer SL-Lampe ist der stark verkleinerte rohrförmige Glaskolben einer Leuchtstofflampe mehrfach gebogen und mit einer schützenden Glaskuppel überdeckt. Das Vorschaltgerät und der Starter sind in die Lampe eingebaut. Auch die PL-Leuchtstofflampe ist einseitig gesockelt und besteht aus zwei dünnen miteinander verbundenen Glasrohren sowie einem im Sockel eingebauten Starter (vgl. Zeitschrift "LICHT" 6/1981, S. 342 ff).The circuit arrangement according to the invention is in particular for ignition and operation of newer discharge lamps, such as SL or PL lamps, are suitable that can be screwed into conventional light bulb sockets. With an SL lamp is the greatly reduced tubular glass bulb of a fluorescent lamp bent several times and covered with a protective glass dome. The ballast and the starter are built into the lamp. The PL fluorescent lamp is also capped on one side and consists of two thin interconnected glass tubes and one in the base built-in starter (see magazine "LICHT" 6/1981, p. 342 ff).

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben.An embodiment according to the invention will now be based on the Drawing described in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.Fig. 1 shows a circuit arrangement for igniting and operating a Low pressure mercury vapor discharge lamp.

In Fig. 2 ist das vereinfachte Ersatzschaltbild des eigentlichen Lampenkreises im Brückenquerzweig dargestellt.In Fig. 2 is the simplified equivalent circuit diagram of the actual lamp circuit shown in the bridge branch.

Mit A und B sind Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselstromnetz von z.B. 220, 50 Hz bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist über ein Netzfilter, bestehend aus einer Filterspule 1 und einem Filterkondensator 2, ein Brückengleichrichter 3 mit vier Dioden angeschlossen.A and B are input terminals for connection to an alternating current network of e.g. 220, 50 Hz. A line filter is connected to these input terminals consisting of a filter coil 1 and a filter capacitor 2, a bridge rectifier 3 connected with four diodes.

Parallel zum Ausgang des Brückengleichrichters 3 liegt ein Glättungskondensator 4.A smoothing capacitor is located parallel to the output of the bridge rectifier 3 4th

Die Gleichrichteranordnung 3, 4 bildet eine Gleichspannungsquelle, an die eine Brückenschaltung nach Art einer selbstschwingenden kapazitiven Halbbrücke angeschlossen ist, die aus zwei in Reihe liegenden Kondensatoren 5 und 6 und zwei in Reihe geschalteten Leistungs-Feldeffekttransistoren (VMOS-Transistoren) 7 und 8 besteht. Im Brückenzweig der kapazitiven Halbbrücke ist eine mit einer Drosselspule 9 in Reihe liegende Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 10 angeordnet. Es handelt sich hierbei um eine einseitige gesockelte PL-Leuchtstofflampe, die aus zwei dünnen miteinander verbundenen Glasrohren 11 und 12 besteht und in jedem dieser Glasrohre eine vorheizbare Elektrode 13 bzw. 14 aufweist. Der Lampe 10 ist ein Parallelschwingkreis; bestehend aus einer Schwingkreisspule 15 und einem Schwingkreiskondensator 16, parallel geschaltet. Im induktiven Zweig des Parallelschwingkreises befindet sich eine Primärwicklung 17 eines RUckkopplungsübertragers 18, dessen entgegengesetzt gewickelte Sekundärwicklungen 19 und 20 jeweils die Steuerelektrode und eine Hauptelektrode der VMOS-Transistoren 7 und 8 miteinander verbinden.The rectifier arrangement 3, 4 forms a direct voltage source, to the one bridge circuit in the manner of a self-oscillating capacitive half-bridge is connected, consisting of two series capacitors 5 and 6 and two series-connected power field effect transistors (VMOS transistors) 7 and 8 consists. In the arm of the capacitive half-bridge is one with a choke coil 9 arranged in series low-pressure mercury vapor discharge lamp 10. It This is a single-ended PL fluorescent lamp with a base that consists of consists of two thin interconnected glass tubes 11 and 12 and in each of these Glass tubes have a preheatable electrode 13 and 14, respectively. The lamp 10 is a parallel resonant circuit; consisting of an oscillating circuit coil 15 and an oscillating circuit capacitor 16, in parallel switched. There is a primary winding in the inductive branch of the parallel resonant circuit 17 of a feedback transformer 18, its oppositely wound secondary windings 19 and 20 the control electrode and a main electrode of the VMOS transistors, respectively Connect 7 and 8 together.

Parallel zu den Sekundärwicklungen 19 und 20 ist jeweils ein aus zwei entgegengesetzt in Reihe liegenden Zenerdioden 21 und 22 bzw. 23 und 24 bestehendes Durchschlagselement geschaltet, welche zum Schutz der VMOS-Transistoren 7 und 8 dienen. Die VMOS-Transistoren 7 und 8 werden abwechselnd geöffnet, wodurch eine rechteckförmige Schwingung über dem Brückenquerzweig mit der Lampe 10 erzeugt wird, die dem halben Gleichspannungswert am Glättungskondensator 4 entspricht. Die Primärwicklung 17 des Rückkopplungsübertragers 18 koppelt einen Teil der Schwingkreisspannung des Parallelschwingkreises 15, 16 über die Sekundärwicklungen 19 und 20 an die Steuerelektroden der VMOS-Transistoren 7 und 8. Die Drosselspule 9 begrenzt den Lampenstrom der Lampe 10. Mit Hilfe der Kombination, bestehend aus einem Widerstand 27, einem Kondensator 28 und einem DIAC 29 wird das Anschwingen der selbstschwingenden Schaltung ausgelöst. Die Anschwingschaltung selbst ist im Normalbetrieb der Lampe 10 praktisch ohne Wirkung. Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet als Frequenzwandler.In parallel with the secondary windings 19 and 20 there is one out of two Zener diodes 21 and 22 or 23 and 24 lying opposite in series Switched breakdown element, which is used to protect the VMOS transistors 7 and 8 to serve. The VMOS transistors 7 and 8 are opened alternately, whereby a rectangular oscillation is generated over the bridge cross arm with the lamp 10, which is half the DC voltage value on Smoothing capacitor 4 corresponds. The primary winding 17 of the feedback transformer 18 couples part of the resonant circuit voltage of the parallel resonant circuit 15, 16 via the secondary windings 19 and 20 to the control electrodes the VMOS transistors 7 and 8. The choke coil 9 limits the lamp current of the lamp 10. With the help of the combination consisting of a resistor 27, a capacitor 28 and a DIAC 29, the oscillation of the self-oscillating circuit is triggered. The start-up circuit itself has practically no effect during normal operation of the lamp 10. The circuit arrangement described works as a frequency converter.

Die beiden vorheizbaren Elektroden 13'und 14 der Lampe 10 sind in Reihe mit einem Starter 25, z.B. einem Bimetall-Glimmstarter, und einer Hilfsspule 26 geschaltet. Das Zünden und der Betrieb der Lampe 10 verlaufen analog zu den bekannten Vorgängen bei 50 Hz. Im vorliegenden Fall sind jedoch sowohl der Lampenstrom als auch die Lampenspannung rein sinusförmig und in Phase.The two preheatable electrodes 13 ′ and 14 of the lamp 10 are shown in FIG Series with a starter 25, e.g. a bimetal glow starter, and an auxiliary coil 26 switched. The ignition and operation of the lamp 10 proceed analogously to the known ones Operations at 50 Hz. In the present case, however, both the lamp current and also the lamp voltage is purely sinusoidal and in phase.

Die Besonderheit der Hilfsspule 26 wird nunmehr anhand des Ersatzschaltbildes nach Fig. 2 erläutert. In dem hier dargestellten Lampenkreis mit der Drosselspule 9, der Lampe 10 mit ihren vorheizbaren Elektroden 13 und 14 und dem Parallelschwingkreis 15, 16 ist der Starter 25 ersatzweise durch einen Schalter S und einen parallel geschalteten Widerstand R5 dargestellt. R5 beträgt bei einem üblichen Bimetall-Glimmstarter bei 2 NHz etwa 2 K 2 .The special feature of the auxiliary coil 26 is now based on the equivalent circuit diagram explained according to FIG. In the lamp circuit shown here with the choke coil 9, the lamp 10 with its preheatable electrodes 13 and 14 and the parallel resonant circuit 15, 16, the starter 25 is replaced by a switch S and one in parallel switched resistor R5 shown. R5 is for a conventional bimetal glow starter at 2 NHz about 2 K 2.

Der Widerstand der vorheizbaren Lampenelektroden 13 und 14 ist mit RH bezeichnet. Beim Anschalten der Schaltung nach Fig. 2 ist der Starter und damit der Schalter S offen.The resistance of the preheatable lamp electrodes 13 and 14 is with RH designated. When switching on the circuit according to FIG. 2, the starter and thus the switch S is open.

Die Lampe 10 stellt einen unendlich hohen Widerstand dar.The lamp 10 represents an infinitely high resistance.

Es fließt ein Strom durch die VMOS-Transistoren 7 und 8, die Drosselspule 9, den Widerstand Rs, den Widerstand RH und die Hilfsspule 26. Aufgrund dieses Stromes schließt sich der Schalter S nach etwa 100 ms. Dann liegen nur noch der Widerstand RH der vorheizbaren Elektroden und die Hilfsspule 26 in Reihe. Infolgedessen steigt der Heizstrom sprunghaft auf etwa den doppelten Brennstrom.A current flows through the VMOS transistors 7 and 8, the choke coil 9, the resistor Rs, the resistor RH and the auxiliary coil 26. Due of this current, the switch S closes after about 100 ms. Then just lie the resistance RH of the preheatable electrodes and the auxiliary coil 26 in series. Consequently the heating current increases by leaps and bounds to about twice the current.

Durch die Erwärmung steigt der Widerstand RH der vorheizbaren Elektroden von etwa 50 # auf 100 # , wodurch der Heizstrom exponentiell abfällt. Aufgrund der Hilfsspule 26 liegt auch bei geschlossenem Schalter S, d.h. bei geschlossenem Starter 25, stets eine Spannung an der Lampe.As a result of the heating, the resistance RH of the preheatable electrodes increases from about 50 # to 100 #, whereby the heating current drops exponentially. Due to the Auxiliary coil 26 is also located when switch S is closed, i.e. when the starter is closed 25, always a voltage on the lamp.

Durch diese Spannung und wegen des höheren Heizstromes startet die Lampe 10 schneller und einwandfreier. Eine 7 W PL-Lampè (vergleichbar mit einer 40 W Glühlampe) startet z.B. bereits nach 0,4 s mit etwa 170 V. Dies ist fünfmal schneller, als es ohne die Hilfsspule 26 der Fall wäre. Sobald die Lampe 10 brennt, öffnet sich der Schalter S, wodurch der Stromfluß durch die Elektroden 13 und 14 unterbrochen wird.Because of this voltage and because of the higher heating current, the Lamp 10 faster and flawless. A 7 W PL lamp (comparable to a 40 W incandescent lamp) starts e.g. after 0.4 s with around 170 V. This is five times faster than would be the case without the auxiliary coil 26. As soon as the lamp 10 is on, the switch S opens, whereby the current flow through the electrodes 13 and 14 is interrupted.

Bei einem Ausführungsbeispiel zum Zünden und Betrieb einer 7 W PL-Leuchtstofflampe hatten die verwendeten Bauelemente folgende Werte: Filterspule 1 ................................... 15 mH Filterkondensator 2 ....................... 33 nF Glättungskondensator 4 ....... 10 µF Kondensatoren 5 u. 6 ........................ 47 nF Drosselspule 9 ................... 49 µH Schwingkreisspule 15 ................... 8,5 µH Schwingkreiskondensator 16 ................ 680 pF Schwingkreisfrequenz .................. 2 MHz Zenerdioden 21 bis 24 ................. BZX 79B Widerstand 27 ................... ...... 5,6 M# Kondensator 28 . . . . . . . . . 22 nF DIAC 29 * BR 100 Der Rückkopplungsübertrager 18 besaß einen 3E2-Ringkern von 9 mm Außen- und 6 mm Innendurchmesser; seine Primärwicklung 17 bestand aus drei Windungen und seine Sekundärwicklungen 19 und 20 aus jeweils 15 Windungen.In one embodiment for igniting and operating a 7 W PL fluorescent lamp the components used had the following values: filter coil 1 ................................... 15 mH filter capacitor 2 ....................... 33 nF smoothing capacitor 4 ....... 10 µF capacitors 5 and 6 ........................ 47 nF choke coil 9 ............... .... 49 µH resonant circuit coil 15 ................... 8.5 µH resonant circuit capacitor 16 ................ 680 pF resonant circuit frequency .................. 2 MHz Zener diodes 21 to 24 ................. BZX 79B resistor 27 ................... ...... 5 , 6 M # capacitor 28. . . . . . . . . 22 nF DIAC 29 * BR 100 The feedback transmitter 18 had a 3E2 toroidal core of 9 mm outside and 6 mm inside diameter; its primary winding 17 consisted of three turns and its secondary windings 19 and 20 of each 15 turns.

Claims

Claims: Circuit arrangement for igniting and operating a Low-pressure mercury discharge lamp with alternating voltage and a frequency of over 0.5 MHz, consisting of one connected to a DC voltage source Bridge circuit like a capacitive half bridge with two in series lying capacitors and power field effect transistors, in their bridge branch the lamp is arranged in series with a choke coil, which is a parallel resonant circuit is connected in parallel, in whose capacitive or inductive branch there is a primary winding of a feedback transformer, its oppositely wound secondary windings in each case the control electrode and a main electrode of the power field effect transistors connect with each other, characterized. that the discharge lamp (10) with preheatable electrodes (i3, 14) are provided, which are connected in series with a starter (25) and an auxiliary coil (26) are arranged.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the inductance L of the auxiliary coil (26) is selected within the limits RHCaJ L <R5, where W is the angular frequency of the parallel resonant circuit (15, 16), RH the resistance of the preheatable lamp electrodes (13, 14) and R5 the resistance of the starter (25) is at the angular frequency.