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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG)
zum Betrieb einer Lampenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Entladungslampen
werden häufig
mit Hilfe von elektronischen Vorschaltgeräten betrieben, welche die niederfrequente
Netzversorgungsspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umformen. Dadurch
wird der Wirkungsgrad der Lampen erhöht und eine längere Lebensdauer
erzielt.
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Bei
derartigen elektronischen Vorschaltgeräten kann insbesondere bei der
Lichtmengensteuerung (dem sogenannten Dimmen) der Lampenanordnung
das Problem auftreten, dass die einzelnen Lampen unterschiedlich
hell leuchten. Dieses Problem wird bei einer Parallelschaltung der
Lampen meist durch unterschiedliche Ströme in den einzelnen Stromzweigen
des elektronischen Vorschaltgeräts verursacht,
tritt aber auch bei Lampen auf, die in demselben Stromzweig angeordnet,
d.h. in Serie geschaltet sind. Insbesondere dann, wenn das Vorschaltgerät mit einem
Wechselrichter und einem nachgeschalteten Serienresonanzkreis ausgeführt ist,
leuchten die unmittelbar mit den Resonanzkreisbauteilen verbundenen
Lampen heller als die nachgeschalteten Lampen. Andererseits zeigt
sich dieses Problem aber auch beim Betrieb lediglich einer einzelnen
Lampe, und zwar in Form unterschiedlich hell leuchtender Lampenenden.
Die genannten Helligkeitsunterschiede nehmen mit abnehmendem Lichtstrom,
d.h. mit zunehmender Dimmung der Lampenanordnung, weiter zu.
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Zur
Lösung
der vorgenannten Probleme wurde bereits in der
DE 101 34 966 A1 ein elektronisches Vorschaltgerät vorgeschlagen,
bei dem zur Symmetrierung der Lampenströme Transformatoren verwendet
werden, die aufgrund ihrer gegensinnigen Wicklingsanordnung wie
Differenzstromtransformatoren wirken und dadurch die Ströme in den
einzelnen Stromzweigen symmetrieren. Nachteilig bei derartigen Schaltungsanordnungen
ist zum Einen, dass es noch während
der Vorheizphase zu einem frühzeitigen
Zünden
und damit zu einer Schädigung
der Lampen kommen kann und zum Anderen bereits bei einer einseitig
in die Fassung eingesetzten Lampe ein Starten der Lampe möglich ist
und durch Berühren des
Kontaktpins am freien Lampenende eine Unfallgefahr durch Stromschlag
besteht (sogenannte Daumenprobe). Aus diesem Grund ist es notwendig,
alle Lampenenden mit einer geeigneten Sicherheitsschaltung zu überwachen,
wie bspw. mit einem Gleichstrompfad, der bei eingesetztem Lampenende schließt und erst
dann, wenn alle Lampenenden vollständig eingesetzt sind, den Startvorgang
freigibt, um die genannten Sicherheitsvorschriften (Daumenprobe)
zu erfüllen.
Derartige Sicherheitsschaltungen sind jedoch mit einem erhöhten Herstellungsaufwand verbunden.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG)
zum Betrieb einer Lampenanordnung zu schaffen, bei dem gegenüber herkömmlichen
Lösungen
ein gleichmäßig helles
Leuchten aller Lampen und ein Schutz vor frühzeitiger Zündung und Stromschlag mit möglichst geringen
Herstellungskosten ermöglicht
sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße elektronische
Vorschaltgerät
(EVG) zum Betrieb einer Lampenanordnung mit zumindest einer Lampe,
insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, hat zumindest einen Transformator
zur Symmetrierung der Lampenströme,
wobei der Transformator zwei Wicklungen aufweist, die einer oder
mehreren Lampen der Lampenanordnung zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der
Transformator als Sättigungs-Symmetrier-Drossel
ausgebildet. Diese Drossel symmetriert einerseits die Lampenströme, so dass
sowohl bei einer einzelnen Lampe deren Enden als auch bei einer
Serienschaltung mehrerer Lampen alle Lampen gleichmäßig hell
leuchten, während
sie andererseits auch die auftretenden Spannungen durch eine definiert
eingestellte Sättigung
des ferromagnetischen Transformatorkerns begrenzt. Die Stromstärke bei
der die Sättigung
eintritt ist derart eingestellt, dass eine Entkopplung der Windungen
des Transformators bereits bei einer wesentlich geringeren Spannung
als der für
die Durchzündung
der Lampen notwendigen eintritt. Spannungen, die zum frühzeitigen
Zünden
während der
Vorheizphase und damit zu einer Schädigung der Lampen führen werden
verhindert. Weiterhin werden Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und
damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den Anwender führen. Dadurch
kann auf gesonderte Sicherungsschaltungen, wie sie bei herkömmlichen
Lösungen
erforderlich sind, verzichtet werden.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsform
wird die Sättigungs-Symmetrier-Drossel
derart eingestellt, dass die Sättigung
des ferromagnetischen Kerns bei einem Strom im Bereich von 5–50 mA auftritt.
Dadurch werden einerseits nur geringe Lampenströme symmetriert, bei denen die
Helligkeitsunterschiede am größten sind,
während
andererseits auch Spannungen verhindert werden, die zum Durchzünden der
Lampe während
der Vorheizphase und zu einer Gefährdung durch Stromschlag führen.
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Vorzugsweise
weist das elektronische Vorschaltgerät einen Serienresonanzkreis
auf, der aus einer Spule und einem Kondensator besteht.
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Die
Wicklungen der Transformatoren besitzen vorzugsweise die gleiche
Windungszahl und sind mit entgegengesetztem Wicklungssystem angeordnet.
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Gemäß einer
ersten Variante des elektronischen Vorschaltgeräts ist eine erste Wicklung
des Transformators vor der Lampenanordnung und eine zweite Wicklung
des Transformators nach der Lampenanordnung angeordnet. Dadurch
ist sichergestellt, dass die Ströme
vor und hinter einer aus einer oder mehreren Lampen bestehenden
Lampenanordnung symmetriert werden und alle Lampen der Lampenanordnung
bzw. die beiden Enden einer einzeln Lampe gleichmäßig hell
leuchten.
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Bei
einer zweiten Variante der Erfindung mit zwei parallel geschalteten
Stromzweigen ist jeweils eine erste Wicklung des Transformators
vor der Lampenanordnung und eine zweiten Wicklung des Transformators
nach der Lampenanordnung angeordnet.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn den ersten Wicklungen
der Transformatoren zusätzlich
jeweils eine Wicklung eines weiteren Symmetrier-Transformators vorgeschaltet wird. Dadurch,
dass die beiden Wicklungen des Symmetrier-Transformators die gleiche
Windungszahl aufweisen und mit gegensinnigem Wicklungssinn ausgeführt sind,
arbeitet der Symmetrier-Transformator ebenfalls als Differenzstromtransformator
und symmetriert die Teilströme
in den parallel geschal teten Stromzweigen. Durch diese Maßnahme ist
gewährleistet,
dass alle Lampen der Lampenanordnung auch in parallel geschalteten
Stromzweigen gleich hell leuchten.
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Gemäß einer
dritten erfindungsgemäßen Variante
weist das elektronische Vorschaltgerät zwei parallel geschaltete
Stromzweige mit jeweils zumindest einer Lampenanordnung auf, wobei
die erste Wicklung des Transformators nach der ersten Lampenanordnung
und die zweite Wicklung des Transformators nach der zweiten Lampenanordnung
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
wird der Lampenanordnung in den parallel geschalteten Stromzweigen
jeweils eine Wicklung eines zusätzlichen
Symmetrier-Transformators vorgeschaltet. Dieser arbeitet, wie bereits
erläutert,
als Differenzstromtransformator und symmetriert die Teilströme in den
parallel geschalteten Stromzweigen, um zu gewährleisten, dass alle Lampen
der Lampenanordnung gleich hell leuchten.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Serienresonanzkreis vorzugsweise vor der Parallelschaltung
der beiden Stromzweige angeordnet.
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Bei
einer vierten Variante der Erfindung mit zwei parallel geschalteten
Stromzweigen und jeweils zumindest einer Lampenanordnung ist die
erste Wicklung des Transformators nach der ersten Lampenanordnung
und die zweite Wicklung des Transformators nach der zweiten Lampenanordnung
geschaltet, wobei der Lampenanordnung jeweils ein getrennter Serienresonanzkreis
in den Stromzweigen vorgeschaltet ist. Dieser symmetriert die Teilströme in den
parallel geschalteten Stromzweigen, die beispielsweise aufgrund
von unterschiedlichen Fertigungstoleranzen der elektronischen Bauteile
(Spulen, Kondensatoren etc.) voneinander abweichen können. Dadurch
wird gewährleistet,
dass die Lampen in den parallel geschalteten Stromzweigen gleich hell
leuchten.
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Die
beschriebene Lampenanordnung kann gemäß einem Ausführungsbeispiel
eine oder mehrere Lampen aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das elektronische Vorschaltgerät vorzugsweise als Wechselrichter,
insbesondere als Halbbrückenwechselrichter
ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vorschaltgeräts nach
einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vorschaltgeräts nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vorschaltgeräts nach
einem dritten Ausführungsbeispiel
und
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4 eine
schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vorschaltgeräts nach
einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführungen
der Erfindung
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In
den 1 bis 4 ist lediglich der Lastkreis
des erfindungsgemäßen elektronischen
Vorschaltgeräts
und eine Ansteuerelektronik 1 gezeigt, denen eine von einem
nicht dargestellten Halbbrückenwechselrichter
erzeugte hochfrequente Wechselspannung zugeführt wird. Die weiterhin dem
Lastkreis vorgeordneten Komponenten des elektrischen Vorschaltgeräts, wie
beispielsweise das Eingangsfilter und der Gleichrichter, sind hinlänglich aus
dem Stand der Technik bekannt und werden daher nachfolgend nicht
näher erläutert.
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Der
Lastkreis besteht zunächst
aus einer Spule L1 und einem Kondensator C1, die einen Serienresonanzkreis
bilden, wobei der erste Anschluss des Resonanzkondensators C1 an
die Resonanzspule L1 und der zweite Anschluss des Kondensators C1
mit dem Massepotential verbunden ist. Der erste Anschluss des Resonanzkondensators
C1 ist weiterhin über
eine Serien- und/oder Parallelschaltung einer Lampenanordnung 2 mit
dem ersten Anschluss eines Halbbrückenkondensators C2 und der
zweite Anschluss des Halbbrückenkondensators
C2 mit dem Massepotential verbunden. Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät dient
zum Betrieb einer Lampenanordnung mit zumindest einer Niederdruckentladungslampe,
die mit jeweils zwei vorheizbaren Elektrodenwendeln zur Erzeugung
einer Gasentladung versehen sind. Um einen schonenden Lampenbetrieb
zu ermöglichen,
können
die Elektrodenwendeln über
eine Heizvorrichtung H mit einem Heizstrom beaufschlagt werden.
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Gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung dient das elektrische Vorschaltgerät zum Betrieb einer einzelnen
Lampe LA1. 1 zeigt den schematischen Schaltungsaufbau
dieses Vorschaltgerätes.
Die Lampe LA1 ist zwischen den ersten Anschluss des Resonanzkondensators
C1 und den ersten Anschluss des Halbbrückenkondensators C2 in den
Lastkreis geschaltet. Erfindungsgemäß hat das elektronische Vorschaltgerät einen
als Sättigungs-Symmetrier-Drossel
ausgebildeten Transformator Tr1 mit zwei Wicklungen 4a, 4b gleicher
Windungszahl und entgegengesetztem Wicklungssystem. Die Wicklungen 4a, 4b sind
in Serie zu der Lampe LA1 geschaltet, über einen ferromagnetischen Kern
miteinander magnetisch gekoppelt und gegensinnig von dem Lampenstrom
durchflossen. Die erste Wicklung 4a des Transformators
Tr1 ist vor der Lampe LA1 und die zweite Wicklung 4b des
Transformators Tr1 nach der Lampe LA1 in den Lastkreis des Halbbrückenwechselrichters
geschaltet, so dass der Transformator Tr1 als Differenzstromtransformator arbeitet
und die Lampenströme
vor und hinter der Lampe LA1 symmetriert. Erfindungsgemäß übernimmt
der als Sättigungs-Symmetrier-Drossel
ausgebildete Transformator Tr1 sowohl die für ein gleichmäßig helles
Leuchten der Enden der Lampe LA1 notwendige Symmetrierung des Lampenstromes
als auch die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert
eingestellte Sättigung
des ferromagnetischen Transformatorkerns bei einem Strom im Bereich
von 5–50
mA. Dadurch werden zum einen nur geringe Lampenströme symmetriert,
bei denen die Helligkeitsunterschiede am größten sind, und andererseits
Spannungen vermieden, die zum frühzeitigen
Zünden
der Lampe während
der Vorheizphase und damit zu einer Schädigung der Lampe führen. Weiterhin
werden Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und
damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den Anwender führen.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines zum
Betrieb von zwei parallel geschalteten Lampenanordnungen 2 geeigneten
elektronischen Vorschaltgerätes,
wobei an den ersten Anschluss des Resonanzkondensators C1 und an
den ersten Anschluss jeweils eines Halbbrückenkondensators C2 zwei parallel
geschaltete Stromzweige angeschlossen sind, in die jeweils zwei
in Serie geschaltete Lampen LA2, LA3 bzw. LA4, LAS geschaltet sind.
Bei dieser Variante der Erfindung ist in jedem der beiden parallel
geschalteten Stromzweige jeweils ein Transformator Tr2, Tr3 vorgesehen,
wobei eine erste Wicklung 6a bzw. 8a der Transformatoren
vor der Lampenanordnung 2 und eine zweiten Wicklung 6b bzw. 8b der
Transformatoren nach der Lampenanordnung 2 angeordnet ist. Die
Wicklungen 6a, 6b bzw. 8a, 8b sind
jeweils mit gegensinnigem Wicklungssinn bei gleicher Windungszahl
ausgeführt
und bilden einen Differenzstromtransformator aus, der die Lampenströme unmittelbar
vor und hinter der Lampenanordnung 2 symmetriert. Erfindungsgemäß sind die
beiden Transformatoren Tr2, Tr3 als Sättigungs-Symmetrier-Drosseln ausgebildet,
die sowohl die für
ein gleichmäßig helles
Leuchten der in Serie geschalteten Lampen LA2, LA3 bzw. LA4, LA5
notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch die Begrenzung
der auftretenden Spannungen durch die definiert eingestellte Sättigung
des ferromagnetischen Transformatorkerns übernehmen. Dadurch werden zum
Einen Spannungen vermieden, die zu einem frühzeitigen Zünden der Lampe während der
Vorheizphase und damit zu einer Schädigung der Lampe führen und
zum Anderen Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und
damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den Anwender führen.
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Den
ersten Wicklungen 6a, 8a der Transformatoren Tr2,
Tr3 ist zusätzlich
jeweils eine Wicklung 10a, 10b eines Symmetrier-Transformators
Tr4, der nicht im Sättigungsbereich
arbeitet, vorgeschaltet. Dieser wirkt ebenfalls als Differenzstromtransformator
und symmetriert die Teilströme
in den parallel geschalteten Stromzweigen, so dass die Lampen LA2, LA3
in dem ersten Stromzweig auch bei starker Dimmung genauso hell leuchten
wie die Lampen LA4, LA5 in dem zweiten Stromzweig.
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Gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels der
Erfindung dient das elektrische Vorschaltgerät zum Betrieb von zwei Lampenanordnungen 2 in
parallel geschalteten Stromzweigen. 3 zeigt
den schematischen Schaltungsaufbau dieses Vorschaltgerätes. An
den ersten Anschluss des Resonanzkondensators C1 und an den ersten
Anschluss jeweils eines Halbbrückenkondensators
C2 sind zwei parallel geschaltete Stromzweige angeschlossen, in
die jeweils eine Lampe LA6, LA7 geschaltet ist. D.h. bei dieser
Ausführung
ist der Serienresonanzkreis vor der Parallelschaltung der Stromzweige
angeordnet. Eine erste Wicklung 12a des Sättigungs-Symmetrier-Transformators Tr5
ist nach der ersten Lampe LA6 und eine zweite Wicklung 12b dieses
Transformators Tr5 nach der zweiten Lampe LA7 angeordnet, wobei den
Lampen LA6, LA7 in den parallel geschalteten Stromzweigen jeweils
eine Wicklung 14a bzw. 14b eines Symmetrier-Transformators
Tr6 vorgeschaltet wird (also eines Transformators, der nicht im
Sättigungsbereich
arbeitet). Dieser arbeitet, wie bereits erläutert, ebenfalls als Differenzstromtransformator und
symmetriert die Teilströme
in den parallel geschalteten Stromzweigen. Dadurch wird gewährleistet,
dass alle Lampen der Lampenanordnung gleich hell leuchten. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt
die Sättigungs-Symmetrier-Drossel
Tr5 sowohl die für
ein gleichmäßig helles
Leuchten der Lampen notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch
die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert
eingestellte Sättigung
des ferromagnetischen Transformatorkerns bei einem Strom im Bereich
von 5–50
mA.
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4 zeigt
ebenfalls eine schematische Schaltungsanordnung eines zum Betrieb
von zwei parallel geschalteten Lampenanordnungen 2 geeigneten
elektronischen Vorschaltgerätes.
Diese Variante verwendet zwei parallel geschaltete Stromzweige, die
jeweils mit einem Serienresonanzkreis bestehend aus einem Resonanzkondensator
C1 und einer Resonanzspule L1 ausgeführt sind, wobei an den ersten Anschluss
der Resonanzkondensatoren Cl und an den ersten Anschluss jeweils
eines Halbbrückenkondensators
C2 eine Lampe LA8, LA9 geschaltet ist. Eine erste Wicklung 16a eines
Sättigungs-Symmetrier-Transformators
Tr7 ist nach der ersten Lampe LA8 und eine zweite Wicklung 16b dieses
Transformators nach der zweiten Lampe LA9 angeordnet. Dieser symmetriert
die Teilströme
in den parallel geschalteten Stromzweigen, da diese beispielsweise
aufgrund von unterschiedlichen Fertigungstoleranzen der verwendeten
Kondensatoren und Spulen voneinander abweichen können. Erfindungsgemäß übernimmt
die Sättigungs-Symmetrier-Drossel
Tr7 sowohl die für ein
gleichmäßig helles
Leuchten der Lampen LA8, LA9 notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch
die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert
eingestellte Sättigung
des ferromagnetischen Transformatorkerns bei einem Strom im Bereich
von 5–50
mA und der damit verbundenen Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes
Zünden
der Lampe. Dadurch werden die Sicherheitsvorschriften (Daumenprobe)
eingehalten und eine gleichmäßige Leuchtwirkung
der Lampen gewährleistet.
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Offenbart
ist ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Lampenanordnung
mit zumindest einer Lampe, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe,
und zumindest einem Transformator zur Symmetrierung der Lampenströme, wobei
der Transformator zwei Wicklungen aufweist, die einer oder mehreren
Lampen der Lampenanordnung zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der
Transformator als Sättigungs-Symmetrier-Drossel
ausgebildet.