DE69626603T2

DE69626603T2 - Vorschaltgerät

Info

Publication number: DE69626603T2
Application number: DE69626603T
Authority: DE
Inventors: A. Erhardt; B. Mattas
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: CA2196573A1; EP0774199A1; CN1159279A; WO1996039010A1; MX9700772A; DE69626603D1; US5563473A; ATE234541T1; TW351047B; CN1137606C; JPH10503881A; EP0774199B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät zum Zünden und zum Betrieb von zwei oder mehreren Lampen, welches aufweist:
- Erzeugungsmittel zum Erzeugen einer Spannung mit einer Frequenz f1;
- einen, an die Erzeugungsmittel gekoppelten Lastkreis mit einer ersten Reihenschaltung von ersten induktiven Mitteln und ersten kapazitiven Mitteln, wobei die erste Reihenschaltung eine erste Resonanzfrequenz f10 aufweist, wobei die Dimensionierung so vorgesehen ist, dass nf10 < f10 < (n + 1)f1, wobei n eine gerade, ganze Zahl darstellt.
Ein Vorschaltgerät zum Betrieb einer einzelnen Lampe, welches solche Erzeugungsmittel und einen solchen Lastkreis aufweist, ist aus EP 0583838 A2 bekannt. Ein weiteres Vorschaltgerät zum Betrieb von zwei oder mehreren Lampen ist aus US 4 438 372 bekannt. Bei der Spannung mit Frequenz f1, welche durch das in EP 0583838 beschriebene, bekannte Vorschaltgerät erzeugt wird, handelt es sich im Wesentlichen um eine Rechteckspannung, welche bei Zündung und Betrieb die gleiche Frequenz f1 aufweist. Sollte zum Beispiel n = 2 sein, wird die Lampe mit Hilfe der dritten Harmonischen der Spannung mit einer Frequenz f1 gezündet. Danach wird die Lampe mittels der gleichen Spannung mit Frequenz f1 betrieben. Aus diesem Grunde ist das bekannte Vorschaltgerät relativ einfach und daher verhältnismäßig preisgünstig. Das bekannte Vorschaltgerät ist jedoch zur Verwendung mit nur einer Lampe ausgelegt.
Konventionelle Schnellstartvorschaltgeräte zum Betrieb von zwei oder mehreren vorgeheizten Leuchtstofflampen betreiben die Lampen typischerweise in Reihe mit einem Startkondensator parallel zu allen bis auf eine Lampe. Die Verwendung eines Startkondensators resultiert im Allgemeinen in einem Anstieg des Glimmstroms beim Zünden der Lampe. Dieser Anstieg des Glimmstroms verringert oftmals die erwartete Brenndauer der Lampe.
Konventionelle Direktstartvorschaltgeräte zum Betreiben von zwei oder mehreren Fluoreszenzlampen betreiben die Lampen parallel. Die Betriebsbedingungen für jede Lampe sind von dem Betrieb jeder weiteren Lampe abhängig. Bei Aussetzen des Betriebs einer der parallel geschalteten Lampen entsteht eine Veränderung der Lampenlast. Dieses hat eine Fehlanpassung der von dem Vorschaltgerät abgegebenen Leistung und der Lampenlast zu Folge. Der Betrieb jeder im Betrieb verbleibenden, parallel geschalteten Lampe wird nachteilig beeinträchtigt. Mit anderen Worten, die Lampen arbeiten nicht unabhängig voneinander.
Infolgedessen ist es wünschenswert, ein Lampenvorschaltgerät zum Betreiben von zwei oder mehreren vorgeheizten Fluoreszenzlampen vorzusehen. Die Lampen sollten unabhängig voneinander betrieben werden. Eine durch Glimmströme entstehende Reduzierung der Brenndauer der Lampe sollte minimiert werden. Das Vorschaltgerät sollte maximal zulässige Leerlauf-(Friilizündungs)-Spannungs- und -Strompegel mit relativ geringen Schaltverlusten aufweisen. Das verbesserte Lampenvorschaltgerät sollte auf einer Einzelfrequenz, welche sich ausreichend unterhalb der Resonanzfrequenz der L-C- Reihenschaltung befindet, arbeiten.
Ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät, wie in dem einleitendem Absatz erwähnt, ist daher dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis parallel zu der ersten Reihenschaltung eine zweite Reihenschaltung von zweiten induktiven Mitteln und zweiten kapazitiven Mitteln aufweist, wobei die zweite Reihenschaltung eine zweite Resonanzfrequenz f20 aufweist, wobei die Dimensionierung so vorgesehen ist, dass nf1 < f20 < (n+1)f1, wobei n eine gerade, ganze Zahl darstellt.
Durch die Wahl dieses Verhältnisses zwischen der Betriebsfrequenz f1 und den Resonanzfrequenzen können bei Frühzündung maximal zulässige Spannungs- und Strompegel aufrechterhalten werden. Das erzeugte Signal resultiert in einem sicheren, außer Resonanz befindlichen Betrieb vor Lampenzündung sowie einem korrekten Lampenstrom nach Zündung. Es ist nicht erforderlich, eine Rückkopplungsschaltung zum Erfassen der Zündung der Lampenlast zum Umschalten auf eine andere Betriebsfrequenz im gleichbleibenden Zustand der Lampe vorzusehen.
Durch Anordnen eines, jeder Lampe zugeordneten, unabhängigen Reihenresonanzkreises kann jede Lampe unabhängig von einer anderen betrieben werden. Folglich, und im Gegensatz zum konventionellen, parallelen Direktstart-Lampenbetrieb, wirkt sich ein Ausfall von einer oder mehreren Lampen nicht nachteilig auf die Leistung des Vorschaltgeräts bei ordnungsgemäßem Betreiben der verbleibenden Lampenlast aus.
Gute Ergebnisse wurden bei einer Dimensionierung, welche so vorgesehen ist, dass 2f1 < f10 < 3f1 und 2f1 < 120 < 3f1, erzielt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Spannung mit Frequenz f1 im Wesentlichen um eine Rechteckspannung. Eine solche Spannung ist relativ einfach zu erzeugen, während die Summe der Oberschwingungen mit Frequenz (n+1)f1 hoch genug ist, um eine Zündung sicherzustellen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten kapazitiven Mittel bei Betrieb parallel zu einer ersten Lampe und die zweiten kapazitiven Mittel parallel zu einer zweiten Lampe geschaltet. Dadurch wird ein relativ einfacher Aufbau des Lastkreises ermöglicht. Da die Zündung der Lampen unter dem Einfluss der Harmonischen mit der Frequenz (n+1)f1 erfolgt, können die Kapazitäten der ersten und zweiten kapazitiven Mittel so ausgewählt werden, dass diese relativ gering sind, so dass die durch die ersten und zweiten kapazitiven Mittel fließenden Elektrodenheizströme ebenfalls relativ gering sind. Die erwartete Brenndauer der Lampen wird dadurch erhöht.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Lastkreis zum Betreiben von mindestens zwei Lampen - wobei jede Lampe einen ersten und einen zweiten Heizdraht aufweist - weiterhin einen Transformator auf, welcher mit einer Sekundärwicklung, einer ersten Drossel, einer zweiten Drossel sowie einer dritten Drossel ausgestattet ist, wobei ein erstes induktives Element einen Teil der ersten induktiven Mittel, ein zweites induktives Element einen Teil der zweiten induktiven Mittel und ein drittes induktives Element einen Teil der Sekundärwicklung darstellt, wobei bei Lampenbetrieb der erste Heizdraht der ersten Lampe durch eine Reihenschaltung, welche die erste Drossel und das erste induktive Element aufweist, überbrückt wird, der erste Heizdraht der zweiten Lampe durch eine Reihenschaltung, welche die zweite Drossel und das zweite induktive Element aufweist, überbrückt wird und die zweiten Heizdrähte beider Lampen jeweils durch eine Reihenschaltung der dritten Drossel und des dritten induktiven Elements überbrückt werden. Durch richtige Dimensionierung wird realisiert, dass vor Zündung die Spannungen an den induktiven Elementen und die Spannungen an den Drosseln im Wesentlichen zueinander phasengleich sind, während nach Lampenzündung die Spannungen an den induktiven Elementen und die Spannungen an den Drosseln im Wesentlichen zueinander phasenverschoben sind. Die Heizdrahterhitzung im Anschluss an die Lampenzündung wird daher signifikant verringert, was in einer höheren Leistungsfähigkeit des Systems resultiert. Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die dritte Drossel zwei getrennte induktive Elemente aufweist.
Vorzugsweise weisen die Erzeugungsmittel eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung einen Gleichspannungswandler und Mittel zur Aktivierung des Gleichspannungswandlers während eines vorgegebenen Zeitraums nach Einschalten des Vorschaltgeräts auf. Es ist die Aufgabe des Gleichspannungswandlers, eine zweite Gleichspannung mit einer relativ hohen Amplitude aus einer ersten Gleichspannung mit einer relativ geringen Amplitude zu erzeugen. Der Gleichspannungswandler ermöglicht eine Erhöhung der Amplitude der Lampenströme bei stationärem Betrieb. Bei Aktivierung des Gleichspannungswandlers unmittelbar nach Einschalten des Vorschaltgeräts weist der Elektrodenheizstrom jedoch eine relativ hohe Amplitude auf, welche die erwartete Brenndauer der Lampen auf negative Weise beeinflusst. Wird der Gleichspannungswandler erst eine bestimmte Zeit nach Einschalten des Vorschaltgeräts aktiviert, besteht die Möglichkeit, die Amplitude des Elektrodenheizstroms auf einem relativ niedrigen Niveau zu halten, während der Lampenstrom bei stationärem Betrieb auf das gewünschte Niveau erhöht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - ein elektrisches Schaltbild eines Ausgangskreises eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A, 2B und 2C - jeweils ein Zeitdiagramm einer Ausgangsspannung eines Halbbrückenwechselrichters, eines Ausgangsstroms auf seiner Grundfrequenz und eines Ausgangsstroms auf seiner dritten Harmonischen; sowie
Fig. 3 - ein Schemaschaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die hier dargestellten Figuren zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist n gleich 2. Elemente/Komponenten, welche in mehr als einer Figur der Zeichnung dargestellt sind, wurden durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und gleichen sich im Aufbau und Betrieb.
Wenden wir uns nun den Fig. 1, 2A, 2B und 2C zu. Ein Ausgangskreis 10 eines Vorschaltgeräts weist mindestens zwei Hintereinanderschaltungen von einem Induktor L und einem Kondensator C, welcher parallel zu dem Ausgang eines Rechteckwellengenerators 13 geschaltet ist, auf. Der Rechteckwellengenerator 13 ist vorzugsweise durch einen, eine Spannung E (d. h. die Ausgangsspannung des Wechselrichters) erzeugenden Halbbrückenwechselrichter dargestellt, jedoch nicht auf diesen beschränkt. Eine Lampenlast 16 ist über einen Schalter SW parallel zu jedem Kondensator C geschaltet. Die Schalter SW sind lediglich zum Zwecke des Simulierens der Frühzündung und Zündungszustände der Lampen dargestellt. Ein durch jeden Induktor L fließender Strom I sieht eine Grundfrequenzkomponente IFI und eine dritte harmonische Komponente der Grundfrequenz I3F1 vor. > Es sind weitere Ströme auf höheren, ungeradzahligen Harmonischen vorhanden, welche jedoch signifikant geringer sind. Um die weitere Erläuterung im Hinblick auf den Betrieb von Vorschaltgerät 10 zu erleichtern, wird im Folgenden auf lediglich eine LC- Hintereinanderschaltung Bezug genommen, wobei zu erwähnen ist, dass jede LC- Hintereinanderschaltung ähnlich betrachtet werden sollte.
Rechteckspannung 13 erzeugt eine Sinuswelle auf einer Grundfrequenz f&sub1; und ungeradzahlige Oberschwingungen der Grundfrequenz mit einer Sinuswelle auf einer dritten Harmonischen 3f&sub1;.
Um während der Frühzündung von Lampenlast 16 geringe Schaltverluste innerhalb des Rechteckwellengenerators 13 zu erreichen (im Allgemeinen an Abfallflanken ET von Spannung E), ist Strom I während der Spannungsübergänge von Spannung E vorzugsweise induktiv (d. h. Stromnacheilungssteuerspannung (current lagging drive voltage)) statt kapazitiv (d. h. Stromvoreilungssteuerspannung (current leading drive voltage). Aus diesem Grund wird die Resonanzfrequenz fo so ausgewählt, dass diese höher als Zf&sub1; ist.
Um sicherzustellen, dass keine, auf Resonanzfrequenz f&sub0; vorhandenen, unsicheren Spannungen und Ströme auftreten können, sollte Resonanzfrequenz f&sub0; ebenfalls nicht der dritten Oberschwingungsfrequenz 3f&sub1; und vorzugsweise keinen anderen ungeradzahligen Harmonischen von Spannung E entsprechen. Daher sollten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Werte von Induktor L und Kondensator C so ausgewählt werden, dass:
2f&sub1; < f&sub0; < 3f&sub1;
Ist das Vorschaltgerät 10 so ausgelegt, dass Resonanzfrequenz f&sub0; im Bereich des durch die obige Gleichung definierten Bereichs liegt, werden die unsicheren Spannungen und Ströme, welche auf Resonanzfrequenz f&sub0; während der Frühzündung von Lampenlast 16 auftreten, verhindert, und der von Rechteckwellengenerator 13 abgegebene Gesamtstrom bleibt induktiv. Es besteht nicht die Notwendigkeit, die Frequenz von Spannung E während der Frühzündung von Lampenlast 16 zwischen Resonanzfrequenz f&sub0; und einer anderen Frequenz unmittelbar danach zu verändern, wie dieses bei konventionellen Vorschaltgeräten der Fall ist. Die Rückkopplungsschaltung, welche so konstruiert ist, dass sie die Zündung der Lampenlast 16 erfasst, um zu bestimmen, wann die Frequenz von Spannung E von Resonanzfrequenz f&sub0; auf eine andere Betriebsfrequenz zu ändern ist, kann eliminiert werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein sicherer, einfacherer Schaltkreis vorgesehen, indem Resonanzfrequenz f&sub0; innerhalb der durch Gleichung 8 definierten Grenzen gehalten wird.
Ein Vorschaltgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die durch gestrichelte Linien dargestellten Elemente in Vorschaltgerät 20 weisen einen Filter 23 zur Unterdräckung elektromagnetischer Störungen (EMI), einen Vollweggleichrichter 30, einen Preconditioner (Vorformungsschaltkreis) 40 sowie eine Halbbrückenschaltung 80 auf.
Eine Wechselspannungsquelle 21, nominell 120 Volt, 60 Hertz, ist mit einem netzseitigen (L) Eingang und einem neutralseitigen (N) Eingang von Vorschaltgerät 20 verbunden. Die Wechselspannung (VLN) von 120 Volt, auf welche hier lediglich zu exemplarischen Zwecken Bezug genommen wird und welche nicht auf diese Spannung beschränkt ist, wird an EMI-Sperrfilter 23 angelegt. Filter 23 filtert in diesen eingegebene Hochfrequenzkomponenten, wodurch leitungsgebundene und elektromagnetische Störstrahlungen reduziert werden.
Die Ausgangsleistung von Filter 23 wird über Anschlüsse 24 und 25 dem Vollweggleichrichter 30 zugeführt, welcher die Dioden D1, D2, D3 und D4 aufweist. Die Anode von Diode D 1 und die Kathode von Diode D2 sind mit Anschluss 24 verbunden. Die Anode von Diode D3 und die Kathode von Diode D4 sind mit Anschluss 25 verbunden. Die Kathoden der Dioden D1 und D3 sind mit Eingangsanschluss 31 des Preconditioners 40 verbunden. Die Anoden der Dioden D2 und D4 sind mit einer Erdungsschiene 32 verbunden, welche ebenfalls einen weiteren Eingangsanschluss von Preconditioner 40 darstellt.
Der Preconditioner 40 ist durch einen Aufwärtswandler mit Ausgangsanschlüssen 41 und 42 dargestellt. Der Aufwärtswandler weist eine Drossel L3, einen Preconditioner-Transistor Q1, eine Diode D5, einen Elektrolytkondensator CE und eine Preconditioner-Steuerung 50 auf. Eine Reihenschaltung von Drossel L3 und Diode D5 verbindet Eingangsanschluss 31 mit Ausgangsanschluss 41 und der Anode des Elektrolytkondensators CE. Ein gemeinsamer Anschluss von Drossel L3 und Diode D5 ist mit einer ersten Hauptelektrode von Transistor Q1 verbunden. Eine weitere Hauptelektrode von Transistor Q1 ist mit Eingangsanschluss 32, Ausgangsanschluss 42 und der Kathode von Elektrolytkondensator CE verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Preconditioner-Steuerung 50 ist mit einer Steuerelektrode von Transistor Q1 verbunden.
Der Rest der Bauelemente des in Fig. 3 dargestellten Vorschaltgeräts bildet zusammen eine Umkehrschaltung 80. Ausgangsanschlüsse 41 und 42 sind mittels einer Reihenschaltung von Schaltelementen Q6 und Q7 und ebenfalls mittels einer Reihenschaltung von Kondensatoren C5 und C6 verbunden. Eine Steuerelektrode von Schaltelement Q6 ist mit einem Ausgangsanschluss von Pegelumsetzer 60 verbunden. Eine Steuerelektrode von Schaltelement Q7 ist mit einem Ausgangsanschluss von Halbbrückensteuerung 70 verbunden. Ein gemeinsamer Anschluss A der Schaltelemente Q6 und Q7 ist über einen 1 Lastkreis, welcher einen Transformator T4 aufweist, mit einem gemeinsamen Anschluss B der Kondensatoren C5 und C6 verbunden.
Transformator T4 weist eine Primärwicklung 71 und eine Sekundärwicklung 73 mit einem Wicklungsabschnitt 75 und einem Wicklungsabschnitt 77 auf Wicklungsabschnitte 75 und 77 sind an einer Anzapfung 79 der Sekundärwicklung 73 aneinander gefügt. Die Primärwicklung 71 von Transformator T4 ist zwischen Anschluss A und Anschluss B geschaltet. Ein Ende von Wicklungsabschnitt 77 ist mit einem Übergang verbunden, welcher ein Paar DC-Sperrkondensatoren C11 und C12 zusammenfügt. Die Kondensatoren C11 und C12 blockieren Gleichströme, falls Lampe 1 und Lampe 2 als Gleichrichter zu arbeiten beginnen und verhindern dadurch jeweils eine Sättigung von Transformator T4.
Ein Paar Vorschalt-/Strombegrenzungsdrosseln L4 und L5 ist jeweils mit Kondensatoren C11 und C12 in Reihe geschaltet. Drossel L4 weist zwei Abschnitte 96 und 97 auf, welche an einer Anzapfung 85 aneinander gefügt sind. Drossel L5 weist zwei Abschnitte 98 und 99 auf, welche an einer Anzapfung 87 aneinander gefügt sind. Ein Paar Hilfswicklungen 91 und 93 und ein Widerstand R27 sind zwischen Anzapfung 79 der Sekundärwicklung 73 von Transformator T4 und einem Übergang, an welchem ein Heizdraht LF2 von Lampe 1 und ein Heizdraht LF4 von Lampe 2 aneinander gefügt sind, in Reihe geschaltet. Die Heizdrähte LF2 und LF4 sind parallel geschaltet. An die Drosseln L4 und L5 sind jeweils Hilfswicklungen 91 und 93 gekoppelt.
Ein Kondensator C1 S ist an einem Ende mit einem Übergang verbunden, an welchem ein Widerstand R25 und eine Anzapfung 85 von Drossel L4 aneinander gefügt sind. Das andere Ende von Kondensator C15 ist mit einem Übergang verbunden, an welchem Wicklungsabschnitt 75, Heizdrähte LF2 und LF4 sowie ein Kondensator C16 miteinander verbunden sind. Kondensator C16 ist an seinem anderen Ende an einen Übergang angeschlossen, an welchem ein Widerstand R26 und Anzapfung 87 von Drossel L5 zusammengefügt sind. Zwischen Wicklungsabschnitt 97 von Drossel L4 und einem Heizdraht LF1 von Lampe 1 ist eine, an Sekundärwicklung 73 gekoppelte Hilfswicklung 95 geschaltet. Wicklungsabschnitt 97, Hilfswicklung 95, Heizdraht LF1 und Widerstand R25 sind in Reihe zusammengeschaltet, um einen geschlossenen Regelkreis zur Steuerung der Erhitzung von Heizdraht LF1 zu bilden. Ebenso ist eine, an Sekundärwicklung 73 gekoppelte Hilfswicklung 101 zwischen Wicklungsabschnitt 99 von Drossel L5 und einem Heizdraht LF3 von Lampe 2 geschaltet. Wicklungsabschnitt 99, Hilfswicklung 101, Heizdraht LF3 und Widerstand R26 sind in Reihe zusammengeschaltet, um einen geschlossenen Regelkreis zur Steuerung der Erhitzung von Heizdraht LF3 zu bilden.
Wicklungsabschnitt 75, Hilfswicklungen 91 und 93, Widerstand R27 und Heizdraht LF2 sind in Reihe zusammengeschaltet, um einen geschlossenen Regelkreis zur Steuerung der Erhitzung von Heizdraht LF2 zu bilden. Ebenso sind Wicklungsabschnitt 75, Hilfswicklungen 91 und 93, Widerstand R27 und Heizdraht LF4 in Reihe zusammengeschaltet, um einen geschlossenen Regelkreis zur Steuerung der Erhitzung von Heizdraht LF4 zu bilden.
Die Widerstände R25, R26 und R27 dienen jeweils zur Begrenzung des Stromflusses im Falle eines Kurzschlusses an Heizdrähten LF1, LF3 und LF2/LF4. Im Falle eines Kurzzeitkurzschlusses begrenzen diese Widerstände den durch die Hilfswicklungen fließenden Gesamtstrom und schützen dadurch die in Reihe geschalteten Wicklungen gegen Schäden. Im Falle eines verlängerten Kurzschlusses an dem Heizdraht öffnet sich der zugeordnete Widerstand nicht, ohne dabei andere Bauelemente in Vorschaltgerät 20 zu überhitzen oder anderweitig eine Brandgefahr für diese darzustellen.
Drossel L4 und Kondensator C 15 bilden einen abgestimmten Resonanzkreis. Ebenso bilden Drossel L5 und Kondensator C16 einen abgestimmten Resonanzkreis. Jeder Resonanzkreis ist auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt. Durch Auswählen der Bauelementwerte macht diese abgestimmte Resonanzfrequenz bei diesem Ausführungsbeispiel eines Vorschaltgeräts gemäß der Erfindung etwa 2,5 Mal die Betriebsfrequenz des Wechselrichters aus. Die Werte für Kondensator C15 und C16 werden so ausgewählt, dass ein sicherer Schaltkreisbetrieb, das heißt, innerhalb des durch die Gleichung 2f&sub1; < f&sub0; < 3f&sub1; definierten Resonanzfrequenzbereichs, vorgesehen wird. Infolgedessen sind keine zusätzlichen Schaltkreise zum Schutz von Vorschaltgerät 20 erforderlich.
Bei Einschalten von Vorschaltgerät 20 richtet Gleichrichter 30 die Niederfrequenzversorgungsspannung zwischen Anschlüssen L und N gleich. Der Elektrolytkondensator CE wird geladen, und Halbbrückensteuerung 70 sowie Pegelumsetzer 60 machen Schaltelemente Q6 und Q7 abwechselnd leitend und nicht leitend. Die Folge ist, dass durch Primärwicklung 71 ein Wechselstrom fließt. Ein Vorheizen der Heizdrähte LF1, LF2, LF3 und LF4 erfolgt etwa in den ersten 750 Millisekunden nach Einschalten des Vorschaltgeräts 20. Die Preconditioner-Steuerung 50 wird durch Verzögerungsmittel, welche in Fig. 3 nicht dargestellt sind, erst nach dieser Verzögerungszeit von 750 Millisekunden eingeschaltet. Diese Verzögerungsmittel können auf verschiedene Arten realisiert werden. Die Verzögerungsmittel können zum Beispiel mit Hilfe eines Kondensators, welcher nach Einschalten des Vorschaltgeräts durch einen Widerstand geladen wird, sowie mit Mitteln zur Aktivierung der Preconditioner-Steuerung, sobald die Spannung an dem Kondensator einen vorgegebenen Pegel erreicht hat, realisiert werden. Es sei erwähnt, dass, gemäß der vorliegenden Erfindung, die Vorheizperiode nicht auf etwa 750 Millisekunden festgelegt ist und über jeden geeigneten Zeitraum zum Betrieb einer Schnellstartfluoreszenzlampe erfolgen kann. Nach der Verzögerungszeit macht die Preconditioner-Steuerung 50 den Transistor Q1 abwechselnd leitend und nicht leitend, so dass die Spannung an Elektrolytkondensator CE verstärkt wird. Die Hilfswicklungen 91 und 93 sind so gewickelt, dass die sich an diesen aufgebauten Spannungen im Wesentlichen phasengleich sind und im Wesentlichen der sich während dieser Vorheizperiode an Wicklungsabschnitt 75 aufgebauten Spannung zugeführt werden. Ebenso sind Hilfswicklungen 95 und 101 so gewickelt, dass die sich an diesen aufgebauten Spannungen im Wesentlichen phasengleich sind und im Wesentlichen den sich während dieser Vorheizperiode an Wicklungsabschnitten 97 und 99 jeweils aufgebauten Spannungen zugeführt werden. Die sich an diesen Hilfswicklungen während der Vorheizperiode aufgebauten Spannungen sind in Anbetracht der relativ geringen Anzahl Windungen relativ gering.
Sobald die Lampenzündung stattgefunden hat, sind die sich an Hilfswicklungen 91 und 93, 95 und 101 aufgebauten Spannungen im Wesentlichen phasenverschoben und werden im Wesentlichen von der sich jeweils an Wicklungsabschnitten 75, 97 und 99 aufgebauten Spannung subtrahiert. Die Spannung an jedem Lampendraht wird signifikant reduziert. Eine Reduzierung (Einschränkung) der Heizdrahterhitzung resultiert dadurch in einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Systems.
Wird Vorschaltgerät 20 zuerst, vor Einschalten der Preconditioner- Steuerung 50, eingeschaltet, resultiert die Eingangsspannung von etwa 120 Volt in einer, an Primärwicklung 71 von Transformator T4 angelegten Spitzenspannung von etwa 170 Volt, welche an Sekundärwicklung 73 auf eine Spitzenspannung von etwa 400 Volt hinauftransformiert wird.
Nach etwa 750 Millisekunden wird die Preconditioner-Steuerung 50 aktiviert. Es wird an Kondensator CE eine DC-Konstantspannung von etwa 235 Volt und an Sekundärwicklung 73 eine Spitzenspannung von etwa 560 Volt erzeugt. Die Spannung an Sekundärwicklung 73 reicht aus, um Lampe 1 und Lampe 2 zu zünden. Sobald die Zündung von Lampe 1 und Lampe 2 erfolgt ist (d. h. bei konstantem Lampenbetrieb), wird die Spannung an jedem Heizdraht wesentlich reduziert. Diese Reduzierung der Heizdrahtspannung und die sich daraus ergebende Reduzierung der Heizdrahterhitzung basiert auf den Spannungen der Hilfswicklungen 91, 93, 95 und I01 bei Phasenverschiebung, wodurch die Spannung, welche sonst an die Heizdrähte angelegt würde, wesentlich verringert wird. Die i Spannung an jedem Heizdraht kann als Summe einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung angesehen werden, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung vor Lampenzündung im Wesentlichen phasengleich und nach Lampenzündung im Wesentlichen phasenverschoben sind. Die ersten Spannungen werden durch Wicklungsabschnitte 75, 97 und 99 erzeugt. Die zweiten Spannungen werden durch Hilfswicklungen 91, 93, 95 und 101 erzeugt.
Nach Zündung fällt jede Lampenspannung (d. h. die Spannung an Lampe 1 oder Lampe 2) auf etwa ± 220 Volt Spitzenwert mit dem Rest der Spannung von Sekundärwicklung 73 an Drossel L4 bzw. Drossel L5 ab. Die parallel geschaltete Anzahl Lampen kann wie gewünscht verändert werden, wobei der Wert jeder in Reihe geschalteten Drossel so gewählt wird, dass der gewünschte Lampenstrom bei konstantem Betrieb der Lampe vorgesehen wird.
Die in konventionellen Vorschaltgeräten bei Frühzündung erzeugten, unerwünschten und unsicheren, hohen Spannungen und Strompegel werden somit verhindert, indem die Sinusgrundfrequenz f&sub1; des Wechselrichters ausreichend unterhalb der Resonanzfrequenz f&sub0; der LC-Reihenausgangsschaltung gehalten wird. Genauer gesagt, der Spannungspegel an Drosseln L4 und L5 und Kondensatoren C15 und C16 sowie der Stromfluss durch diese ist während der Frühzündung sicher und genau abgegrenzt, wenn die Werte von Drosseln L4 und L5 und Kondensatoren C15 und C16 jeweils so ausgewählt werden, dass die Resonanzfrequenz f&sub0; von L4, C15 sowie die Resonanzfrequenz von L5, C16 durch die Gleichung 2f&sub1; < f&sub0; < 3f&sub1; definiert wird.
Die Erfindung sieht einen parallelen und unabhängigen Schnellstartlampenbetrieb vor. Im Gegensatz zum konventionellen Schnellstartbetrieb, bei welchem die Lampen in Reihe geschaltet sind, verzichtet die Erfindung auf Startkondensatoren und reduziert dadurch die Höhe des während des Lampenstarts erzeugten Glimmstroms. Es wird eine wesentlich längere Brenndauer der Lampe vorgesehen. Im Gegensatz zum konventionellen, parallelen Direktstartlampenbetrieb wirkt sich der Ausfall von einer oder mehreren Lampen nicht nachteilig auf die Leistung von sich weiterhin im Betrieb befindlichen Lampen aus. Durch Anordnen eines, jeder Lampe zugeordneten, unabhängigen, in Reihe geschalteten Resonanzkreises (z. B. Drossel L4 und Kondensator C15) arbeiten sämtliche Lampen unabhängig voneinander. Ein Vorschaltgerät gemäß der Erfindung kann vier Schnellstartfluoreszenzlampen parallel betreiben. Im Falle eine, zwei oder drei dieser vier Lampen ausfallen, würde ein Vorschaltgerät der Erfindung fortfahren, die verbleibende(n) Lampe(n) so zu betreiben, als wenn es für einen Drei-, Zwei- oder Einlampenbetrieb ausgelegt wäre. Mit anderen Worten, eine Änderung der Lampenlast wirkt sich bei Versorgen der verbleibenden Lampenlast nicht nachteilig auf die Leistung des Vorschaltgeräts aus. Allgemeiner gesagt, in einem Vorschaltgerät gemäß der Erfindung kann die Resonanzfrequenz f&sub0; von etwa mindestens n Mal die Wechselrichter-Grundfrequenz f&sub1; der von dem Rechteckwellengenerator erzeugten Rechteckwelle bis n + 1 Mal f&sub1; (n ist eine gerade, ganze Zahl) reichen, wobei jedoch solche Frequenzen, welche einer höheren, ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz f&sub1; entsprechen, ausgeschlossen werden sollten. Ein unsicherer Betrieb (d. h. Resonanzbetrieb der LC-Reihenausgangsschaltung) von Vorschaltgerät 20 wird dadurch verhindert.
Die erzeugte Spannung (d. h. Spannung E von Fig. I) befindet sich also auf einer Frequenz, welche weitaus niedriger als die Resonanzfrequenz des in Reihe geschalteten LC-Schaltkreises ist und liefert daher sichere Leerlauf-(Frühzündungs-)-Spannungen und -Strompegel. Die Frequenz dieses erzeugten Signals muss im Anschluss an die Frühzündung nicht verändert werden, da sich diese zu keiner Zeit auf oder in der Nähe der Resonanzfrequenz f&sub0; des in Reihe geschalteten LC-Schaltkreises befindet. Es ist nicht erforderlich, eine Rückkopplungsschaltung zum Erfassen der Zündung der Lampenlast LL zum Umschalten auf eine andere Betriebsfrequenz im stationären Betriebszustand der Lampe vorzusehen. Durch Ausschalten der Notwendigkeit des Betriebs jedes in Reihe geschalteten LC-Schaltkreises auf Resonanzfrequenz f&sub0; während der Frühzündung der Lampenlast können der Wert und die sich ergebende Größe des Kondensators für den in Reihe geschalteten LC-Schaltkreis weitaus geringer als normalerweise in einem konventionellen, in Reihe geschalteten LC-Schaltkreis verwendet sein.

Claims

1. Vorschaltgerät zum Zünden und zum Betrieb von zwei oder mehreren Lampen, welches aufweist:

- Erzeugungsmittel zum Erzeugen einer Spannung mit einer Frequenz f1;

- einen, an die Erzeugungsmittel gekoppelten Lastkreis mit einer ersten Reihenschaltung von ersten induktiven Mitteln und ersten kapazitiven Mitteln, wobei die erste Reihenschaltung eine erste Resonanzfrequenz f10 aufweist,

wobei die Dimensionierung so vorgesehen ist, dass nf1 < f10 < (n+1)f1, wobei n eine gerade, ganze Zahl darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät dazu geeignet ist, mindestens zwei Lampen zu zünden und zu betreiben, wobei jede Lampe einen ersten und einen zweiten Heizdraht aufweist, der Lastkreis eine zweite Reihenschaltung von zweiten induktiven Mitteln und zweiten kapazitiven Mitteln parallel zu der ersten Reihenschaltung aufweist, die zweite Reihenanordnung eine zweite Resonanzfrequenz f20 aufweist, wobei die Dimensionierung so vorgesehen ist, dass nf1 < f20 < (n+1)f1, und dass der Lastreis weiterhin einen Transformator aufweist, welcher mit einer Sekundärwicklung, einer ersten Drossel, einer zweiten Drossel sowie einer dritten Drossel ausgestattet ist, wobei ein erstes induktives Element einen Teil der ersten induktiven Mittel, ein zweites induktives Element einen Teil der zweiten induktiven Mittel und ein drittes induktives Element einen Teil der Sekundärwicklung darstellt, wobei bei Lampenbetrieb der erste Heizdraht der ersten Lampe durch eine Reihenschaltung, welche die erste Drossel und das erste induktive Element aufweist, überbrückt wird, der erste Heizdraht der zweiten Lampe durch eine Reihenschaltung, welche die zweite Drossel und das zweite induktive Element aufweist, überbrückt wird und die zweiten Heizdrähte beider Lampen jeweils durch eine Reihenschaltung der dritten Drossel und des dritten induktiven Elements überbrückt werden.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Dimensionierung so vorgesehen ist, dass 2f1 < f10 < 3f1 und 2f1 < f20 < 3f1.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Spannung mit Frequenz f1 im Wesentlichen um eine Rechteckspannung handelt.

4. Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei Betrieb die ersten kapazitiven Mittel parallel zu einer ersten Lampe und die zweiten kapazitiven Mittel parallel zu einer zweiten Lampe geschaltet sind.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die dritte Drossel zwei getrennte induktive Elemente aufweist.

6. Vorschaltgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Erzeugungsmittel einen Gleichspannungswandler sowie Mittel aufweisen, um den Gleichspannungswandler einen vorgegebenen Zeitraum nach Einschalten des Vorschaltgeräts zu aktivieren.