DE1081143B

DE1081143B - Switching arrangement for operating fluorescent lamps with alternating current from a direct current source

Info

Publication number: DE1081143B
Application number: DEK32767A
Authority: DE
Inventors: Otto Kreutzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-08-21
Filing date: 1957-08-21
Publication date: 1960-05-05

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zum Betrieb einer Leuchtstofflampe aus einer Gleichstromquelle, insbesondere Fahrzeugbatterie, ist bisher in der Regel ein Umformer verwendet worden, welcher die Speisegleichspannung in Wechselspannung umwandelt. Hierbei wird oft ein Transformator benutzt, der die Wechselspannung heraufsetzt. Der Transformator kann ein Streutransformator sein, dem sinusförmiger Strom zugeführt wird. Als Umformer wurden sowohl schwingende als auch rotierende Wechselrichter bekannt. Beide Umformarten haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, so daß sich die Beleuchtung durch Leuchtstofflampen im Fahrzeug noch nicht ganz durchsetzen konnte.To operate a fluorescent lamp from a direct current source, in particular a vehicle battery, is So far, a converter has been used as a rule, which converts the DC supply voltage into AC voltage converts. A transformer is often used here to increase the alternating voltage. Of the Transformer can be a leakage transformer to which sinusoidal current is fed. As a converter Both oscillating and rotating inverters became known. Both types of forming have However, a number of disadvantages, so that the lighting by fluorescent lamps in the vehicle is still could not quite prevail.

Die Verwendung von schwingenden Umformern (Zerhacker oder Vibratoren genannt) bringen den besonderen Nachteil, daßThe use of oscillating converters (called chopper or vibrators) bring something special Disadvantage that

1. die Lebensdauer der Zerhacker sehr gering ist,1. the life of the chopper is very short,

2. die Kurvenform des Stromes hierbei ungünstig beeinflußt wird, wodurch die Lebensdauer der Leuchtstofflampe sowie die Lichtausbeute stark verringert wird,2. the waveform of the current is adversely affected, which increases the service life of the Fluorescent lamp and the light output is greatly reduced,

3. infolge der konstanten Schwingfrequenz der aufgenommene Lampenstrom in einem unzulässig hohen Maß bei kleinen Änderungen der Speisespannung schwankt,3. due to the constant oscillation frequency the consumed lamp current is inadmissible fluctuates to a high degree with small changes in the supply voltage,

4. der Aufwand an Schaltteilen recht groß ist und damit der Preis und die Abmessungen des Gerätes ungünstig werden,4. The cost of switching parts is quite large and thus the price and the dimensions of the device become unfavorable

5. der Einbau erheblicher Entstörmittel erforderlich ist.5. The installation of considerable interference suppression equipment is required is.

Die Verwendung von rotierenden Umformern bringt insbesondere bei kleineren Anlagen die besonderen Nachteile, daßThe use of rotating converters is particularly special in smaller systems Disadvantages that

1. der Umformer zu teuer wird,1. the converter becomes too expensive,

2. die Anlage einen schlechten elektrischen Wirkungsgrad besitzt,2. the system has poor electrical efficiency,

3. beim Zu- und Abschalten mehrerer Lampen der Lampenstrom sich in einem unzulässigen Maß ändert,3. When several lamps are switched on and off, the lamp current increases to an impermissible level changes,

4. Umformeranlagen häufiger Wartung unterliegen. Ferner ist es auch schon bekannt, als Umformer einen Transistorwechselrichter zu benutzen. Der Transistorwechselrichter speist über einen Transformator eine Leuchtstofflampe mit Glühelektroden, wobei die Glühelektroden beim Einschalten der Lampe durch einen Schalter kurzzeitig eingeschaltet werden, der in einer die Glühelektroden verbindenden, parallel zur Entladungsstrecke der Lampe liegenden Brückenleitung angeordnet ist. Dieser ttasxaiortnator ist kein Streutransformator, da sonst der Betrieb der Lampe unmöglich wäre. Der Sekundärkreis des Transformators muß einen hohen Ohmschen Widerstand als Ballastwiderstand enthalten. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit der Schaltungs-Schaltanordnung
zum Betrieb von Leuchtstofflampen4. Converter systems are subject to frequent maintenance. It is also already known to use a transistor inverter as a converter. The transistor inverter fed via a transformer, a fluorescent lamp with annealing electrodes, wherein the annealing electrodes are turned on briefly when the lamp by a switch lying bridge line is arranged connecting the annealing electrodes in parallel with the discharge path of the lamp. This ttasxaiortnator is not a scatter transformer, otherwise the lamp would be impossible to operate. The secondary circuit of the transformer must contain a high ohmic resistance as a ballast resistor. This increases the economy of the circuit switching arrangement
for operating fluorescent lamps

mit Wechselstrom
aus einer Gleichstromquellewith alternating current
from a DC power source

Anmelder:Applicant:

Otto Kreutzer,Otto Kreutzer,

Konstanz (Bodensee), Wollmatinger Str. 40Constance (Lake Constance), Wollmatinger Str. 40

Otto Kreutzer, Konstanz (Bodensee),
ist als Erfinder genannt wordenOtto Kreutzer, Constance (Lake Constance),
has been named as the inventor

anordnung so herabgesetzt, daß sie völlig unbrauchbar ist für nennenswerte Lampenleistungen.arrangement so reduced that it is completely useless for significant lamp outputs.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Leuchtstofflampen mit vorheizbaren Elektroden mit Wechselstrom aus einer Gleichstromquelle, die die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art beseitigt. Sie-geht von der Verwendung eines Transistorwechselrichters in der Schaltungsanordnung aus. Erfmdungsgemäß ist der Transformator des Transistorwechselrichters als Streutransformator ausgebildet, der außer der die Betriebsspannung der Lampe abgebenden Sekundärwicklung je eine an deren Ende angeordnete Heizwicklung für die Lampenelektroden sowie eine Zündwicklung besitzt, wobei die Zündwicklung an einem Ende mit der die Betriebsspannung abgebenden Wicklung verbunden ist."Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen besonders kleinen Aufwand aus. Vor allem ist der kleine Aufwand dadurch 'gegeben; daß ein einziger Transformator verwendet wird, der verschiedene Funktionen zugleich übernimmt. Der Transformator ist ein Bauelement des Transistorwechselriohters. Er ist ein Streutransformator und trägt zugleich die Heizwicklungen und die Züridwicklung. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung führt nicht nur mit großer Sicherheit das Zünden der Lampen durch, sondern arbeitet auch während des Dauerbetriebes der Lampen mit großer Sicherheit.The invention relates to a circuit arrangement for operating fluorescent lamps with preheatable ones Electrodes with alternating current from a direct current source, which eliminates the disadvantages of the known circuit arrangements of this type. She-goes from that Use of a transistor inverter in the circuit arrangement. According to the invention, the Transformer of the transistor inverter designed as a leakage transformer, which in addition to the operating voltage of the lamp-emitting secondary winding each have a heating winding arranged at their end for the lamp electrodes and an ignition winding, with the ignition winding at one end is connected to the winding delivering the operating voltage. "The circuit arrangement according to the invention is characterized by a particularly small effort. Most of all, it makes the little effort 'given; that a single transformer is used that performs various functions at the same time takes over. The transformer is a component of the transistor change-over device. He is a leakage transformer and at the same time carries the heating windings and the Zurich winding. The circuit arrangement according to The invention not only ignites the lamps with great certainty, but also works during the continuous operation of the lamps with great certainty.

Sie ist besonders für den Betrieb von Lampen großer Leistung geeignet.It is especially useful for operating lamps suitable for great performance.

In Schaltungsanordnungen, die von Wechselstromnetzen gespeist werden, ist es bekannt, als Vorschaltgerät einen Streutransformator zu benutzen, der außer einer die Betriebsspannung der Lampe abgebendenIn circuit arrangements made by alternating current networks are fed, it is known to use a leakage transformer as a ballast, the except one that emits the operating voltage of the lamp

009 508/177009 508/177

Sekundärwicklung Heizwicklungen für die Glühelektroden der Lampe besitzt. Ferner ist es in von Wechselstromnetzen gespeisten Schaltungsanordnungen bekannt, als Vorschaltgerät einen Transformator zu verwenden, der außer einer die Betriebsspannung der Lampe abgebenden Wicklung und einer oder mehrerer Heizwicklungen für die Glühelektroden eine weitere Wicklung für das Erzeugen eines Zündpotentials an der Lampe hat.Secondary winding has heating windings for the glow electrodes of the lamp. It is also used in AC networks powered circuit arrangements known as a ballast to a transformer use, apart from one winding that supplies the operating voltage of the lamp and one or more Heating windings for the glow electrodes add another winding for generating an ignition potential the lamp has.

An Hand der beiden Abb. 1 und 2 der Zeichnung wird im folgenden die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erklärt.With reference to the two Fig. 1 and 2 of the drawing, the mode of action of the invention Circuit arrangement explained.

Die Abb. 1 zeigt im Prinzip die Schaltweise der bisher bekannten Anordnungen.Fig. 1 shows in principle the switching of the previously known arrangements.

Die Batterie 1 speist den Umformer 2, welcher die *5 Wechselspannung an den Transformator 3 liefert. Die heraufgesetzte Wechselspannung wird über die Lampenstrom-Begrenzungsdrossel 4 an die Leuchtstofflampe 5 geführt. Der Zündtransformator 6, an dessen Stelle auch ein anderes bekanntes Zündglied treten kann, sorgt für ein Vorheizen der beiden Glühelektroden der Lampe, wodurch die Lampenzündung einsetzt. Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Die Batterie 7 speist einen Transistorwechselrichter 8, der zwei im Gegentakt geschaltete Transistoren enthält. Hierdurch entsteht ein Wechselstrom hoher Frequenz im Transformator 9, der als Streutransformator ausgebildet ist. Der Transformator besitzt eine Sekundärwicklung, die die Betriebsspannung der Lampe abgibt. Durch die Wahl einer hohen Frequenz erreicht man, daß mit Hilfe einer sehr kleinen Streuinduktivität eine genügend große Begrenzung des Lampenstromes herbeigeführt wird. Der Vorteil der Erfindung kommt besonders zur Geltung, wenn die Betriebsfrequenz etwa 1000 Hz oder noch höher gewählt wird. Durch einfache Nebeneinanderanordnung der Primär- und Sekundärspule erreicht man bereits eine genügend große Streuinduktivität. Der Transformator kann dadurch auf die einfachste Art und Weise hergestellt werden. Vorzugsweise besteht der Transformatorkern aus Ferrit.The battery 1 feeds the converter 2, which supplies the * 5 AC voltage to the transformer 3. The increased alternating voltage is fed to the fluorescent lamp 5 via the lamp current limiting choke 4. The ignition transformer 6, which can also be replaced by another known ignition element, ensures that the two glow electrodes of the lamp are preheated, as a result of which the lamp starts to ignite. 2 shows the circuit arrangement according to the invention. The battery 7 feeds a transistor inverter 8 which contains two transistors connected in push-pull. This creates an alternating current of high frequency in the transformer 9, which is designed as a leakage transformer. The transformer has a secondary winding that delivers the operating voltage of the lamp. Choosing a high frequency means that a sufficiently large limitation of the lamp current is brought about with the aid of a very small leakage inductance. The advantage of the invention is particularly evident when the operating frequency is selected to be approximately 1000 Hz or even higher. A sufficiently large leakage inductance is achieved by simply arranging the primary and secondary coils next to one another. The transformer can thus be manufactured in the simplest possible way. The transformer core is preferably made of ferrite.

Bei der Wahl einer kleineren Frequenz müßten zur Erreichung der notwendigen Induktivität zwischen beiden Wicklungen zusätzlich mehrere Eisenbleche eingeschoben werden, wodurch die Kurvenform des 4-5 Stromes, die Größe des Transformators sowie der elektrische Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt wird. Auch die Herstellung eines solchen Transformators wäre im Serienbau schwierig, weil diese Eisenbleche je nach deren Luftspalttoleranz sehr verschiedene Stromwerte ergeben würden, d. h., es müßte mit großer Sorgfalt jeder Transformator genauestens justiert werden.Choosing a lower frequency would have to achieve the necessary inductance between In addition, several iron sheets are inserted into both windings, creating the curve shape of the 4-5 Current, the size of the transformer and the electrical efficiency is adversely affected. The production of such a transformer would also be difficult in series production, because these iron sheets ever according to the air gap tolerance of which there would be very different current values, d. that is, it would have to be done with great care each transformer can be precisely adjusted.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Abb. 2 werden sowohl die Drossel als auch der Zündtransformator eingespart. Die beiden. Heizwicklungen an den Enden der die Betriebsspannung abgebenden Wicklung ersetzten denselben, so daß ein besonderes Zündglied nicht notwendig wird. Außerdem besitzt der Transformator auf der Sekundärseite eine weitere Zündwicklung, die an einem Ende mit der die Betriebsspannung abgebenden Wicklung verbunden ist. Diese Zündwicklung hat viele Windungen dünnen Drahtes. Zweckmäßig führt man deren Spannung über einen hochohmigen Widerstand 10 oder eine kleine Kapazität dem Beleuchtungskörper oder einem Zündstreifen der Lampe zu. Hierdurch erreicht man, daß die Lampe auch bei größeren Unterspannungen oder tiefer Temperatur gut zündet. Die Lampe 11 bringt man zweckmäßigerweise so an, daß dieselbe mit kleinem Abstand vom Beleuchtungskörper angeordnet ist, wodurch die Zündwicklung am wirksamsten wird. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen darin, daßIn the circuit arrangement according to the invention according to Fig. 2, both the throttle and the Ignition transformer saved. The two. Heating windings at the ends of the supplying the operating voltage Winding replace the same, so that a special ignition element is not necessary. aside from that the transformer has a further ignition winding on the secondary side, which is connected to the one at one end Operating voltage outputting winding is connected. This ignition winding has many thin turns Wire. Expediently, their voltage is passed through a high-resistance resistor 10 or a small capacitance to the lighting fixture or an ignition strip of the lamp. This achieves that the lamp ignites well even with larger undervoltage or low temperatures. The lamp 11 is expediently attached so that the same is arranged at a small distance from the lighting fixture which makes the ignition winding most effective. The particular advantages of the invention Circuit arrangement consist in that

1. infolge der Verwendung von Transistoren die Lebensdauer bzw. Betriebssicherheit dieser Anordnung am größten ist,1. As a result of the use of transistors, the service life and operational reliability of this arrangement the greatest is

2. infolge der Verwendung eines Streutransformators bei hoher Frequenz derselbe klein und auf einfache Art herzustellen ist und gleichzeitig die Strombegrenzungsdrossel und das Zündglied eingespart werden können,2. as a result of the use of a leakage transformer at high frequency the same is small and easy to manufacture and at the same time the current limiting choke and the ignition element can be saved,

3. durch die Wahl der hohen Frequenz unter Verwendung von Ferriteisen der kleine Streutransformator einen hohen elektrischen Wirkungsgrad aufweist und preislich sich die ganze Anordnung niedrig stellt,3. By choosing the high frequency using ferritic iron, the small scattering transformer has a high electrical efficiency and priced the whole arrangement low,

4. bei eintretenden Speisespannungsschwankungen die Frequenz dieser Anordnung sich stets so ändert, daß die induktive Lampenstrombegrenzung einen nahezu konstanten Strom ergibt,4. In the event of fluctuations in the supply voltage, the frequency of this arrangement is always as follows changes so that the inductive lamp current limitation results in an almost constant current,

5. infolge der hohen Frequenz der Streutransformator so klein gehalten werden kann, daß derselbe mit den beiden Transistoren im Beleuchtungskörper selbst untergebracht werden kann,5. due to the high frequency of the leakage transformer can be kept so small that the same can be accommodated with the two transistors in the lighting fixture itself,

6. infolge Fehlens von Kontakten keine Radiostörungen auftreten,6. no radio interference occurs due to a lack of contact,

7. diese Anordnung vollkommen wartungsfrei ist,7. this arrangement is completely maintenance-free,

8. infolge der hohen Betriebsfrequenz keine Schwebung zwischen den verschiedenen Lampen auftreten oder eine solche mit einer sehr kleinen Kapazität ausgeglichen werden kann,8. Due to the high operating frequency, there is no beating between the various lamps or one with a very small capacity can be compensated,

9. infolge der hohen Betriebsfrequenz die Lichtausbeute der Lampe ein Maximum erhält,9. as a result of the high operating frequency, the luminous efficiency of the lamp is maximized,

10. infolge der hohen Betriebsfrequenz kein stroposkopischer Effekt auftritt, was von größter Wichtigkeit für die Beleuchtung von Maschinen ist,10. As a result of the high operating frequency, no stroposcopic effect occurs, which is of the greatest importance for the lighting of machines,

11. infolge der hohen Betriebsfrequenz kein Flimmern der Lampe auftritt.11. There is no flicker of the lamp due to the high operating frequency.

Unterbricht man durch ein periodisch selbststeuerndes Relais die Sekundärwicklung des Transformators (Lampenspannungswicklung), so kann die Leuchtstofflampe als Blinklampe verwendet werden. Schaltet man parallel zur Primärwicklung des Streutransformators einen Kondensator, so kann die Belastbarkeit der Transistoren infolge der Blindstromkompensation gesteigert werden. Erweitert man die Primärwicklung durch zusätzliche Windungen, so kann diese Kapazität noch verkleinert werden.If the secondary winding of the transformer is interrupted by a periodically self-regulating relay (Lamp voltage winding), the fluorescent lamp can be used as a flashing lamp. Switches if a capacitor is installed in parallel to the primary winding of the leakage transformer, the load capacity can be increased of the transistors can be increased as a result of the reactive current compensation. If you expand the primary winding this capacity can be further reduced by additional turns.

In Sonderfällen, z. B. für bereits bestehende Anlagen mit gegebener Frequenz, kann diese Schaltungsanordnung durch eine geeignete Bemessung des Transformators angepaßt werden.In special cases, e.g. B. for existing systems with a given frequency, this circuit arrangement be adapted by a suitable dimensioning of the transformer.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for operating fluorescent lamps with preheatable electrodes with alternating current from a direct current source via a transistor inverter by designing the transformer of the transistor inverter as a scatter transformer, in addition to the secondary winding that emits the operating voltage of the lamp, one at a time Has heating winding arranged at the ends for the lamp electrodes as well as an additional ignition winding, the ignition winding at one end with the winding that delivers the operating voltage connected is.

2. Switching arrangement of a ballast according to claim 1, characterized in that the

Transistor inverter circuit an alternating current with an operating frequency of 1000 Hz or higher. _

3. Switching arrangement of a ballast according to claim 1, characterized in that the Scatter transformer consists of coils arranged next to one another without iron scattering sheets.

4. Switching arrangement of a ballast according to claim 1 and 2, characterized in that the transformer core is made of ferrous iron.

5. Switching arrangement of a ballast according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that

that a capacitor is connected in parallel with the primary winding.

6. Switching arrangement of a ballast according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that that the secondary winding is periodically interrupted by a relay for the flashing operation.

Considered publications:
French Patent No. 1,123,405;
British Patent No. 650,108;
"Wireless World," December 1955, pp. 582 to 586; "Electrical Engineering", 1953, pp. 1066 to 1070.

1 sheet of drawings