DE10048976A1

DE10048976A1 - Betriebsgerät für Gasentladungslampen mit Detektion des Wendelbruchs

Info

Publication number: DE10048976A1
Application number: DE10048976A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schadhauser
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-11
Also published as: AU7611801A; KR20020025022A; CN1347273A; US20020050824A1; US6777942B2; CA2357897A1; TW507474B; CN1294786C; TW319487U; EP1194016A3; EP1194016A2

Abstract

Abschaltvorrichtung für ein elektronisches Betriebsgerät für Gasentladungslampen. Ausgewertet wird der Wendelbruch einer Lampe durch Detektion des Stroms durch ein Bauelement, der durch die Wendeln fließt. Dies geschieht entweder durch Erfassen dieses Stroms mit einem Optokoppler oder durch Messung der Phase des Lastkreisstroms.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für eine oder mehrere Niederdruck entladungslampen mit Wendeln. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Schaltung, die den Bruch einer Wendel einer Lampe detektiert und das Be triebsgerät abschaltet.

Stand der Technik

Die Lebensdauer einer mit Wendeln ausgestatteten Niederdruck- Entladungslampe ist in erster Linie durch die Lebensdauer der Wendeln be stimmt. Sind die Wendeln aufgebraucht, kommt es zunächst zu einer Erhö hung der Lampenspannung einhergehend mit einer unerwünschten Tempe raturerhöhung im Wendelbereich der Lampe. Auch zeigt die Lampe meist eine gleichrichtende Wirkung in diesem Stadium. Schließlich bricht die Wendel, was zur Zerstörung des Lampenbetriebsgeräts und zu einer gefähr lichen Überhitzung der Lampenenden führen kann. Zum sicheren Betrieb der Lampe und zum Schutz des Betriebsgeräts sind einige Abschaltvorrich tungen bekannt:
Es hat sich auch gezeigt, dass eine Überwachung der Wendeln im Hinblick auf einen Bruch genügt, um einen sicheren Betrieb das Systems Lampe- Betriebsgerät gewährleisten zu können. In bekannten Lösungen, wird detek tiert, ob ein DC-Teststrom durch die zu überprüfenden Wendeln fließen kann (DE 38 05 510). Nachteil dieser Methode ist, dass der Teststrom zusätz lich zum für den Normalbetrieb nötigen Strom fließt und somit eine Zusatz belastung für die Wendeln darstellt.

Nahe liegt auch die Verwendung eines AC-Teststroms. Dazu wird die Stromzuführung für die Gasentladung über jeweils nur einen Anschluss der Wendeln geführt. Die jeweils anderen Anschlüsse der Wendeln werden durch einen Kondensator (im folgenden Resonanzkondensator genannt) ü berbrückt. Dieser Resonanzkondensator wird meist auch zur Erzeugung der Zündspannung verwendet und stellt deshalb keinen zusätzlichen Bauteile aufwand dar. Der Strom für die Gasentladung wird von einem Wechsel spannungsgenerator bereitgestellt. Dieser Strom teilt sich nun auf in einen Teil, der durch die Gasentladungsstrecke fließt und einen Teil, der durch den Resonanzkondensator fließt. Bei einem Wendelbruch wird der Stromanteil durch den Resonanzkondensator zu Null. Für eine Abschaltung des Be triebsgeräts bei einem Wendelbruch muss also der Strom durch den Reso nanzkondensator überwacht werden. Vorteilhaft ist eine potenzialfreie Aus wertungsmöglichkeit dieses Stroms. In der Schrift US 5,952,832 wird ein Transformator vorgeschlagen, dessen Primärwicklung in Serie zum Reso nanzkondensator liegt. Auf der Sekundärseite des Transformators kann nun der Strom durch den Resonanzkondensator potenzialfrei ausgewertet wer den. Allerdings bedeutet der Einsatz eines Transformators einen erheblichen Kostenaufwand.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine potenzialfreie Auswertung des Stroms durch den Resonanzkondensator zum Zwecke der Abschaltung des Betriebsgeräts bei Wendelbruch möglichst kostengünstig bereitzustellen.

In der Regel enthält das Betriebsgerät einen Wechselspannungsgenerator, der Energie in den Lastkreis einspeist. In Fig. 1 ist eine derartige Anord nung prinzipiell dargestellt. An den beiden Klemmen des Wechselspan nungsgenerators G ist die Serienschaltung der Lampendrossel L1 und der Lampe Lp angeschlossen. Zum Anschluss der Lampe Lp wird jeweils ein Wendelanschluss verwendet. Am jeweils anderen Wendelanschluss ist der Resonanzkondensator C1 angeschlossen. Wird die Lampe durch einen äqui valenten Lastwiderstand R1 beschrieben, so ergibt sich für die Lastkreisim pedanz Z in Abhängigkeit der komplexen Frequenz s folgender Ausdruck:

In Fig. 2 ist der Phasenverlauf dieses Ausdrucks über der technischen Fre quenz aufgezeichnet. Parameter ist der Resonanzkondensator C1. Der Wert seiner Kapazität beträgt 10 nF bzw. 10 pF. R1 hat einen Widerstand von je weils 500 Ohm und L1 hat jeweils eine Induktivität von 2 mH. 500 Ohm ist der typische Wert für den Ersatzwiderstand einer Kompaktleuchtstofflampe, während 2 mH einen typischen Wert für die Induktivität einer für den Betrieb dieser Lampe geeigneten Lampendrossel darstellt. Für die Kapazität des Re sonanzkondensator ist für diese Anordnung ein Wert von 10 nF geeignet. Bei einer Betriebsfrequenz von 50 kHz ergibt sich gemäß Fig. 2 ein Phasenwin kel für die Lastkreisimpedanz von ca. 70°C. Bricht nun eine Wendel, so wird der Resonanzkondensator vom Lastkreis abgetrennt. Als Restkapazität, die im wesentlichen durch die Verdrahtung gebildet wird, kann ein Wert von 10 pF angenommen werden. Bei gebrochener Wendel ergibt sich demnach gemäß Fig. 2 eine Phasenwinkel der Lastkreisimpedanz von ca. 50°C. Zur erfindungsgemäßen Detektion eines Wendelbruchs genügt nun ein Phasen detektor, der eine Abschaltung des Betriebsgeräts auslöst, falls die Phase der Lastkreisimpedanz um einen vorgegebenen Wert abfällt.

Eine weitere kostengünstige Möglichkeit zur potenzialfreien Erfassung eines Wendelbruchs ergibt sich durch den Einsatz eines Optokopplers. Der Strom durch den Resonanzkondensator oder ein Teil davon wird durch die Leuchtdiode (Eingang) des Optokopplers geleitet. Im Falle eines Wendel bruchs erlischt diese Leuchtdiode. Dies kann am Ausgang des Optokopplers potenzialfrei detektiert werden und eine Abschaltung des Betriebsgeräts aus lösen.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 3 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit erfindungsgemäßer Abschaltung beim Bruch einer der beiden Wendeln mit Hilfe der Phasendetektion,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit erfindungsgemäßer Abschaltung beim Bruch einer der beiden Wendeln mit Hilfe eines Optokopplers.

Im folgenden sind Kondensatoren durch den Buchstaben C, Widerstände durch R, Induktivitäten durch L, Transistoren durch T und Dioden durch D, jeweils gefolgt von einer Zahl, bezeichnet.

In Fig. 3 ist Wechselspannungsgenerator G3 dargestellt. Seine Energiever sorgung ist nicht ausgeführt. Er kann beispielsweise durch eine Gleichspan nungsquelle gespeist werden. An seinen Ausgangsklemmen J1, J2 ist der Lastkreis bestehend aus L31, der Lampe Lp, C31 und R31 angeschlossen. Der Lastkreis ist als Serienschaltung von L31, der Lampe Lp und R31 ausgeführt. Zum Anschluss der Lampe Lp wird in dieser Serienschaltung jeweils nur ein Anschluss der beiden Wendeln verwendet. über den jeweils anderen An schluss der beiden Wendeln ist C31 parallel zur Lampe geschaltet. R31 dient zur Erfassung des Laststroms. Am Verbindungspunkt zwischen R31 und der Lampe Lp wird eine Spannung abgegriffen und dem Eingang x des Wechsel spannungsgenerators G3 zugeführt. Diese Spannung ist proportional zum Laststrom. Damit stehen im Wechselspannungsgenerator G3 alle Informatio nen zur Verfügung, die zur Bestimmung der Phase der Lastkreisimpedanz Z nötig sind. Die Phase der Lastkreisimpedanz Z ist die Differenz der Phase der Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen J1, J2 und der Phase des Lastkreisstroms. Als Phase wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Anteil einer periodischen Funktion verstanden, der seit dem letzten Nulldurchgang dieser Funktion verstrichen ist. Falls die Zeit für eine ganze Periode mit 360° angesetzt wird, so kann die Phase als Phasenwinkel in Grad beschrieben werden. Nach dieser Definition ist die Betrachtung des Phasenwinkels nicht auf sinusförmige Vorgänge beschränkt. Oft gibt der Wechselspannungsgenerator eine im wesentlichen rechteckförmige Span nung ab.

Die Bestimmung der Phase der Lastkreisimpedanz kann auf eine Zeitmes sung zurückgeführt werden. Im Wechselspannungsgenerator G3 ist der Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Spannung an den Ausgangsklemmen J1, J2 bekannt, da diese Spannung vom Wechselspannungsgenerator G3 selbst erzeugt wird. Die Zeit, die verstreicht bis nach einem Nulldurchgang der Spannung an den Ausgangsklemmen J1, J2 am Eingang x des Wechselspan nungsgenerators G3 ein Nulldurchgang der gemessenen Spannung detek tiert wird, ist ein Maß für die Phase der Lastkreisimpedanz. Das beschriebe ne Zeitintervall ist um so kürzer, je geringer die Phase der Lastkreisimpe danz ist. Die Unterschreitung einer vorgegebenen Schranke für dieses Zeitin tervall kann mit einem Mikrocontroller überwacht werden. Der Mikrocont roller kann gleichzeitig zur Erzeugung der Ausgangsspannung des Wechsel spannungsgenerators G3 dienen. In diesem Fall ist für die Abschaltung des Betriebsgeräts bei Wendelbruch lediglich R3 als Bauteil aufzuwenden. Der Rest der Realisierung steckt in der Programmierung des Mikrocontrollers. Unter dem Ausdruck Nulldurchgang wird in den obigen Ausführungen ein Polaritätswechsel verstanden, wobei evtl. vorhandene Gleichanteile der be trachteten Größen nicht berücksichtigt werden.

In Fig. 4 ist ein Betriebsgerät dargestellt, das die potenzialfreie Detektion des Wendelbruchs mit einem Optokoppler bewerkstelligt. Der Wechselspan nungsgenerator G4 stellt an seinen Ausgangsklemmen J1, J2 eine Wechsel spannung zum Betrieb der Lampe Lp zur Verfügung. Zwischen den Aus gangsklemmen J1, J2 liegt die Serienschaltung aus L41 und C43. Parallel zu C43 ist die Lampe Lp mit je einem Anschluss ihrer beiden Wendeln geschaltet. Zwischen den jeweils anderen Anschlüssen der beiden Wendeln liegt die Serienschaltung von C44 und C45. C43, C44 und C45 wirken in ihrer Gesamtheit als Resonanzkondensa tor. Parallel zu C44 liegt die Serienschaltung von R43 und der Eingangsdiode des Optokopplers OC1. R43 dient zu Strombegrenzung des Stroms Jx durch die Ein gangsdiode des Optokopplers OC1. Parallel zu C44 liegt außerdem die Zenerdiode D42. Sie dient zur Spannungsbegrenzung der an der Serienschaltung von R43 und der Eingangsdiode des Optokopplers OC1 anliegenden Spannung. C44 und C45 bil den einen kapazitiven Spannungsteiler, der die Spannungspegel an der Lampe Lp an die nötigen Spannungspegel an der Eingangsdiode des Optokopplers OC1 anpasst. Durch die Wahl des Verhältnisses der Kondensatoren C43, C44 und C45 zueinander kann der Strom eingestellt werden, der im Betrieb der Lampe über die Wendeln fließt.

Die Energiezufuhr für den Wechselspannungsgenerator G4 erfolgt über die Gleich spannungszuleitung DC+ und DC-. Dazwischen liegt die Serienschaltung aus R41 und dem Ausgangstransistor des Optokopplers OC2. An der Verbindungsstelle von R41 und dem Ausgangstransistor des Optokopplers OC2 ist über die Serienschaltung von D41 und R42 der Eingang A der Abschaltlogik SD angeschlossen. Falls die Wendeln der Lampe Lp intakt sind, fließt ein Strom Jx, wodurch der Ausgangstran sistor des Optokopplers OC2 in den leitenden Zustand versetzt wird. Dadurch ist die Spannung am Eingang A der Abschaltlogik bezüglich dem Gleichspannungspotenzi al DC-klein. Bricht eine Wendel, so fließt kein Strom Jx mehr. Dadurch wird der Ausgangstransistor des Optokopplers OC2 hochohmig und die Spannung am Ein gang A der Abschaltlogik A steigt an: Die Abschaltlogik beinhaltet mindestens einen Schwellenschalter und ein Zeitglied. Sobald die Spannung am Eingang der Abschaltlogik für eine vorgegebene Zeit über einer vorgegebenen Schwelle liegt, wird der Wechselspannungsgenerator G4 über die Leitung B abgeschaltet.

Die Ausführungsbeispiele in den Fig. 3 und 4 sind jeweils für nur eine Lampe ausgearbeitet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die erfindungsgemäße Ab schaltung auch für Betriebsgeräte für mehrere Lampen anzuwenden.

Claims

1. Elektronisches Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Gasentladungslampen, die Wendeln enthalten, wobei das Betriebsgerät folgende Merkmale aufweist:

- einen Wechselspannungsgenerator (G3), der eine Wechselspannung in einen Lastkreis einspeist,
- einen Lastkreis, der mindestens eine Lampe enthält und der so aufge baut ist, dass die Phase das Stroms, der in den Lastkreis fließt bezüglich der anliegenden Wechselspannung wesentlich durch mindestens ein Bauelement bestimmt wird, das einen Strom führt, der durch die Wen deln fließt,
- eine Einrichtung zur Messung der Phase des Stroms der in den Last kreis fließt bezüglich der anliegenden Wechselspannung,

dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät abgeschaltet wird, so bald o. g. Einrichtung zum Messen der Phase einen Phasenwinkel detek tiert, der einen vorgegebenen Grenzwert verletzt.

2. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ein richtung zum Messen der Phase eine Zeitmessung durchführt zwischen dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der vom Wechselspannungsgene rator (G3) gelieferten Wechselspannung und dem Zeitpunkt des Null durchgangs des Lastkreisstroms.

3. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement, dessen Strom durch die Wendeln fließt, ein Kondensator (C31) ist.

4. Elektronisches Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Gas entladungslampen, die Wendeln enthalten, wobei das Betriebsgerät fol gende Merkmale aufweist:
einen Wechselspannungsgenerator (G3), der eine Wechselspannung in einen Lastkreis einspeist,
einen Eingang (B) an obigem Wechselspannungsgenerator (G3), wobei das Betriebsgerät abgeschaltet wird, falls an diesem Eingang (B) eine Spannung anliegt, die einen vorgegebenen Grenzwert verletzt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis einen Optokoppler enthält, dessen Eingangsstrom (Jx) durch die Wendeln fließt und der Ausgang des Optokopplers am Eingang (B) des Wechselspannungsgenerators (G3) eine Abschaltung des Betriebsgeräts auslöst, falls der Eingangs strom des Optokopplers (Jx) vernachlässigbar klein wird.

5. Betriebsgerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Be triebsgerät eine Abschaltlogik (SD) enthält, welche mindestens einen Schwellwertschalter und ein Zeitglied enthält und ein Signal liefert, das über den Eingang (B) des der Wechselspannungsgenerator (G3) das Be triebsgerät abschaltet.

6. Betriebsgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab schaltlogik (SD) einen Eingang (A) aufweist, der mit dem Ausgang des Optokopplers verbunden ist.