DE102006008486A1

DE102006008486A1 - Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung und Betriebsverfahren für eine Lampe an einer Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006008486A1
Application number: DE102006008486A
Authority: DE
Inventors: Harald Dellian; Arnulf Rupp; Oskar Schallmoser
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-08-30
Also published as: TW200740293A; US20090140662A1; WO2007096369A1; EP1994804A1; US8193722B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung, die eine Primärseite (P) und eine Sekundärseite (S) aufweist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite (S) galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die Primärseite (P) einen Anschluss für eine Versorgungsspannung (U<SUB>E</SUB>) aufweist und mit einem ersten Bezugspotential verbunden ist, wobei die Sekundärseite (S) eine erste und eine zweite Ausgangsleitung umfasst, die im Normalfall nicht mit einem Bezugspotential gekoppelt sind und die einen Ausgangsanschluss bilden, an dem eine Spannung für einen Verbraucher (LA) bereitstellbar ist, wobei sie weiterhin umfasst: eine Vorrichtung zum Abgreifen eines Messspannungspotentials (C<SUB>P</SUB>) auf der Sekundärseite (S) und eine Vorrichtung (10) zum Ermitteln, ob das Messspannungspotential in einem zulässigen Bereich liegt. Die Erfindung betrifft überdies ein Betriebsverfahren für eine Lampe an einer Schaltungsanordnung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung, die eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die Primärseite einen Anschluss für eine Versorgungsspannung aufweist und mit einem ersten Bezugspotential verbunden ist, wobei die Sekundärseite eine erste und eine zweite Ausgangsleitung umfasst, die im Normalfall nicht mit einem Bezugspotential gekoppelt sind und die einen Ausgangsanschluss bilden, an dem eine Spannung für einen Verbraucher bereitstellbar ist. Sie betrifft überdies ein Betriebsverfahren für eine Lampe an einer derartigen Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung.

Stand der Technik

Zur Erläuterung der dem Stand der Technik zugrunde liegenden Problematik wird auf die 1 und 2 verwiesen. 1 zeigt eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung. Dabei ist die Übertragungsvorrichtung, die eine Primärseite P und eine Sekundärseite S aufweist, durch einen Transformator realisiert. Das Übertragungsverhältnis sei im Beispiel so gewählt, dass aus einer Eingangsspannung U_E von 800 V eine Ausgangsspannung U_A von 5 kV entsteht. Die Ausgangsspannung liegt zwischen einer ersten Ausgangsleitung AL1 und einer zweiten Ausgangsleitung AL2 an. Als Beispiel für einen Verbraucher ist eine Lampe LA angeschlossen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Sekundärseite im Normalfall mit keinem Bezugspotential verbunden ist. Die Kapazitäten C1 und C2 stellen lediglich parasitäre Kapazitäten zwischen der Lampe LA und der Umgebung dar. Die Kapazität C3 stellt die pa rasitäre Koppelkapazität zwischen der Primärseite P und der Sekundärseite S dar. Im Stand der Technik sind Mittel vorgesehen, einen Kurzschluss zwischen den beiden Ausgangsleitungen AL1 und AL2 auf der Sekundärseite zu detektieren. Wie sich gezeigt hat, kommt es jedoch dennoch zu Ausfällen derartiger Schaltungsanordnungen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die eingangs genannte Schaltungsanordnung bzw. das eingangs genannte Betriebsverfahren für eine Lampe an einer derartigen Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, dass Ausfälle der Schaltungsanordnung weitgehend verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch ein Betriebsverfahren für eine Lampe an einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 12.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Ausfall der Schaltungsanordnung seine Ursache darin haben kann, dass eine der beiden Ausgangsleitungen AL1 oder AL2 im Fehlerfall, d.h. versehentlich, mit einem zweiten Bezugspotential verbunden wird, wobei das zweite Bezugspotential insbesondere das erste Bezugspotential darstellen kann oder eine Erdung oder eine 0-V-Leitung oder das Gehäuse der Schaltungsanordnung. Die entsprechenden Spannungsverhältnisse für das Beispiel von 1 sind in den 2a und 2b dargestellt: Für die Darstellung der 2 wird der Einfachheit halber die Kapazität C3 (siehe 1) zu 0 gesetzt. 2a zeigt die Verhältnisse ohne Verbindung einer der Ausgangsleitungen AL1 oder AL2 der Sekundärseite mit einem zweiten Bezugspotential. Dargestellt ist dabei ein Querschnitt durch den die Primär- und Sekundärseite umfassenden Transformator, wobei der Querschnitt der Windungen der Primärseite und der darauf gewickelten Windungen der Sekundärseite S dargestellt ist. Die Primärseite und die Sekundärseite sind durch eine Isolierschicht IS vonein ander getrennt. Ohne Verbindung einer der Ausgangsleitungen AL1 und AL2 mit einem zweiten Bezugspotential stellen sich die Verhältnisse wie in 2a dargestellt ein. Auf der linken Seite ist das Bezugspotential der Primärseite ungefähr 0 V, auf der rechten Seite der Primärseite liegen entsprechend der Eingangsspannung U_E ungefähr 800 V an. Die Ausgangsspannung U_A auf der Sekundärseite stellt sich ohne Bezugspotential derart ein, dass sich auf der linken Seite etwa – 2,5 kV ergeben und auf der rechten Seite + 2,5 kV. Die Mitte der Sekundärseite liegt bei etwa 0 V. Die Potentialdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite der Isolierschicht IS beträgt maximal 2,5 kV (und zwar auf der linken Seite des dargestellten Transformators). Bei den angegebenen Spannungswerten handelt es sich selbstverständlich um Momentanwerte innerhalb eines Wechselspannungszyklus.

2b zeigt die Verhältnisse, wenn in einem beispielhaft angenommenen Fehlerfall die Ausgangsleitung AL2 mit dem ersten Bezugspotential kurzgeschlossen wird. Die Verhältnisse auf der Primärseite P sind gegenüber der Darstellung von 2a unverändert. Auf der Sekundärseite S bildet sich infolge des Kurzschlusses mit dem ersten Bezugspotential auf der linken Seite ebenfalls ein Potential von 0 V aus. Dementsprechend bildet sich auf der rechten Seite der Sekundärseite S ein Potential von 5 kV aus. Die Potentialdifferenz, die nunmehr auf die Isolierschicht IS wirkt, beträgt auf der rechten Seite des Transformators 4,2 kV. Wird die Isolierschicht – trotz der üblichen Toleranzen – für den Fall von 2a dimensioniert, führt dies im Fall von 2b zu einem Durchbrennen und damit zu einem Ausfall der Schaltungsanordnung.

Ursachen dafür, dass mindestens eine der Ausgangsleitungen AL1, AL2 auf der Sekundärseite mit einem zweiten Bezugspotential verbunden werden, können sein: Quetschung bei der Montage, versehentliches Lösen einer Steckverbindung, oder auch Vibrationen. Besonders kritisch ist auch die Situation, wenn es zu keinem direkten Kurzschluss von mindestens einer der Ausgangsleitungen AL1, AL2 mit einem zweiten Bezugspotential kommt, sondern sich das zweite Bezugspotential und die entsprechende Ausgangsleitung soweit annähern, dass es zu einem Überschlag kommen kann. Dabei entstehen Lichtbögen, die ohne weiteres einen Brand auslösen können. Die Detektion derartiger Lichtbögen ist besonders schwierig, da üblicherweise die Ausgangsleistung der mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anzusteuernden Lampen LA bei mindestens 100 W liegt, bei einer Scheinleistung von mindestens 300 VA. Im Hinblick auf diese großen Leistungen lässt sich ein Lichtbogen mit einer Leistung von ca. 10 W nahezu nicht detektieren, da eine derartige Leistung innerhalb der üblichen Lampentoleranzen liegt.

Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Änderung eines Messspannungspotentials zwischen dem Normal- und dem Fehlerfall zu detektieren. Die Detektionsvorrichtung umfasst dabei eine Vorrichtung zum Abgreifen eines Messspannungspotentials auf der Sekundärseite und eine Vorrichtung zum Ermitteln, ob das Messspannungspotential in einem zulässigen Bereich liegt. Dabei kann das Messspannungspotential ohne weiteres auf das erste Bezugspotential bezogen sein. Wird im Beispiel ein Potential in der Mitte der Sekundärseite S ausgewertet, so ergibt sich (man vergleiche die 2a und 2b) eine Verschiebung des Messspannungspotentials von 0 V auf 2,5 kV.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Ermittlungsvorrichtung ausgelegt ist, die Amplitude und/oder die zeitliche Änderung des Messspannungspotentials auszuwerten.

Weiterhin bevorzugt ist, dass das Messspannungspotential ein Potential auf der Sekundärseite ist, das durch eine Kopplung der ersten und/oder der zweiten Ausgangsleitung mit einem zweiten Bezugspotential verändert wird. Nicht in Betracht kommen daher Messpunkte auf der Sekundärseite, bei denen die Gefahr besteht, dass sich trotz der Kopplung der ersten und/oder der zweiten Ausgangsleitung mit einem zweiten Bezugspotential keine Veränderung ergibt.

Wie bereits erwähnt, stellt das zweite Bezugspotential insbesondere das erste Bezugspotential oder eine Erdung oder eine 0-V-Leitung oder das Gehäuse, insbesondere das Rückblech, der Schaltungsanordnung dar.

Besonders bevorzugt weist die Sekundärseite einen Messpunkt auf, wobei das Potential am Messpunkt das Messspannungspotential darstellt und der Messpunkt einen Symmetriepunkt bildet. Diese Variante bietet den Vorteil, dass sie mit einer sehr einfachen Auswerteschaltung realisiert werden kann, da am Symmetriepunkt im Normalfall in idealer Weise ein Spannungspotential von 0 V vorliegt, während dort im Fehlerfall ein Spannungspotential mit einem dazu im Vergleich sehr hohen Betrag gemessen werden kann.

Wenn, wie erwähnt, die Übertragungsvorrichtung einen Transformator umfasst, stellt der Messpunkt, dessen Potential das Messspannungspotential bildet, besonders bevorzugt den Symmetriepunkt der Sekundärseite des Transformators dar.

Für den Fall, dass das am Messpunkt abgegriffene Potential justierbar sein soll, kann die Sekundärseite einen Spannungsteiler, insbesondere einen kapazitiven Spannungsteiler aufweisen, der zwischen die erste und die zweite Ausgangsleitung gekoppelt ist, wobei das Potential am Abgriffspunkt des Spannungsteilers das Messspannungspotential darstellt.

Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung zum Abgreifen des Messspannungspotentials einen Kondensator. Da die Eingangsspannung U_E in den meisten Fällen eine Wechselspannung darstellt, schwankt das Messspannungspotential mit der Frequenz dieser Wechselspannung und kann daher auf einfache Weise mit einem Kondensator übertragen werden. Bei entsprechender Dimensionierung des Kondensators ist die am Kondensatorausgang abfallende Spannung nur mehr eine Niederspannung – im Vergleich zu der an der Lampe LA anliegenden Hochspannung – und kann daher gefahrlos von einem Benutzer ausgewertet werden. Zur Auswertung kann das am Kondensatorausgang abfallende Signal mit Werten verglichen werden, die in einer Tabelle einer Speichereinheit abgelegt sind, oder mit einem Referenzspannungssignal.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Leiterplatte, die insbesondere einen Isolationswert von CTI II oder besser aufweist, der einer Spannungsfestigkeit von 400 bis 600 V entspricht, wabei der Kondensator als Plattenkondensator ausgebildet ist und durch jeweils eine Metallfläche, insbesondere durch eine Kupferfläche, auf der Top- und der Bottomseite der Leiterplatte gebildet wird. Dies wird ermöglicht, wenn, wie bei dem Beispiel von 1, die Verschiebungen des Messspannungspotentials in einer Größenordnung von mehr als 1 kV liegen, wobei dann die Kapazität des Plattenkondensators weniger als 50 pF beträgt, bevorzugt weniger als 10 pF. Bei bevorzugten Anwendungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beträgt die im Betrieb der Schaltungsanordnung am Ausgangsanschluss der Schaltungsanordnung bereitstellbare Spannung U_A mehr als 1 kV.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Vorhergehenden näher erläuterten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für eine Lampe an einer derartigen Schaltungsanordnung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung;
2a in schematischer Darstellung unterschiedliche momentane Spannungspotentiale, die sich im Normalfall des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß 1 ausbilden;
2b in schematischer Darstellung unterschiedliche momentane Spannungspotentiale, die sich im Fehlerfall des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß 1 ausbilden; und
3 in schematischer Darstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Für in 3 dargestellte Bauelemente werden, soweit sie gleiche oder ähnliche Funktionen erfüllen wie die entsprechenden mit Bezug auf die 1 und 2 eingeführten Bauelemente, dieselben Bezugszeichen verwendet.
3 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei dem eine Eingangsspannung U_E, die bevorzugt eine Rechteckspannung ist, an die Primärseite P eines Transformators angelegt wird. Der Betrag der Spannung U_E liegt je nach Einsatzbereich zwischen etwa 50 und 400 V; die Frequenz liegt im Bereich zwischen ca. 50 bis 100 kHz. Der Transformator umfasst vorliegend sechs modulare Einheiten L1, L2, L3, L4, L5, L6, die auf der Primärseite P parallel geschaltet sind und auf der Sekundärseite S seriell geschaltet sind. Die erste Ausgangsleitung AL1 und die zweite Ausgangsleitung AL2 bilden einen Ausgangsanschluss, an dem die Ausgangsspannung U_A an eine Lampe LA bereitgestellt wird.
Das Potential zwischen der modularen Einheit L3 und L4 auf der Sekundärseite S des Transformators wird einem Plattenkondensator C_P zugeführt. Die ohmschen Widerstände R1 und R2 dienen zusammen mit dem Kondensator C_P zur Einstellung der Amplitude des Signals am Punkt P0, dem Eingang einer Ladungspumpe, die die Dioden D1 und D2 sowie den Kondensator C_S umfasst. Eine Diode D3 dient der Verhinderung von Rückkopplungen aus einer Vorrichtung 10 zum Ermitteln, ob das am Punkt P1 abgegriffene Messspannungspotential in einem zulässigen Bereich liegt.
Der Kondensator C_P ist als Plattenkondensator ausgebildet. Eine Realisierung als Einzelbauteil würde in hohen Kosten und zusätzlichen Montageschritten resultieren. Eine Realisierung durch eine Serienschaltung mehrerer als SMD-Bauteile realisierter Kondensatoren würde in einem erhöhten Platzbedarf und ebenfalls zusätzlichen Montageschritten resultieren.
In einem bevorzugten Beispiel ist die Lampe LA als Flachlampe ausgeführt, insbesondere als barrierebehinderte Entladungslampe ohne Quecksilber mit einer Höhe von ca. 5 mm.
Die Schaltungsanordnung ist auf eine Leiterplatte montiert, wobei der Plattenkondensator C_P durch zwei Kupferflächen jeweils gegenüberliegend auf der Top- und der Bottomseite der Leiterplatte gebildet wird, wobei seine Kapazität weniger als 10 pF beträgt.

Claims

Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung, die eine Primärseite (P) und eine Sekundärseite (S) aufweist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite (S) galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die Primärseite (P) einen Anschluss für eine Versorgungsspannung (U_E) aufweist und mit einem ersten Bezugspotential verbunden ist, wobei die Sekundärseite (S) eine erste und eine zweite Ausgangsleitung umfasst, die im Normalfall nicht galvanisch mit einem Bezugspotential gekoppelt sind und die einen Ausgangsanschluss bilden, an dem eine Spannung für einen Verbraucher (LA) bereitstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst: – eine Vorrichtung zum Abgreifen eines Messspannungspotentials (C_P) auf der Sekundärseite (S); und – eine Vorrichtung (10) zum Ermitteln, ob das Messspannungspotential in einem zulässigen Bereich liegt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsvorrichtung (10) ausgelegt ist, die Amplitude und/oder die zeitliche Änderung des Messspannungspotentials (P1) auszuwerten.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messspannungspotential ein Potential auf der Sekundärseite ist, das durch eine Kopplung der ersten (AL1) und/oder der zweiten (AL2) Ausgangsleitung mit einem zweiten Bezugspotential verändert wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bezugspotential – das erste Bezugspotential, oder – eine Erdung, oder – eine 0 V – Leitung, oder – das Gehäuse, insbesondere das Rückblech, der Schaltungsanordnung oder der Lampe darstellt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite einen Messpunkt (P1), insbesondere einen Symmetriepunkt, aufweist, wobei das Potential (P1) am Messpunkt das Messspannungspotential darstellt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung einen Transformator umfasst, wobei der Messpunkt, dessen Potential das Messspannungspotential bildet, den Symmetriepunkt der Sekundärseite (S) des Transformators darstellt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärseite einen Spannungsteiler, insbesondere einen kapazitiven Spannungsteiler aufweist, der zwischen die erste und die zweite Ausgangsleitung gekoppelt ist, wobei das Potential am Abgriffspunkt des Spannungsteilers das Messspannungspotential darstellt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Abgreifen des Messspannungspotentials einen Kondensator (C_P) umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Leiterplatte umfasst, wobei der Kondensator als Plattenkondensator (C_P) ausgebildet ist und durch zwei Metallflächen, insbesondere durch zwei Kupferflächen, gebildet wird, wovon jeweils eine auf der Top- und der Bottomseite der Leiterplatte ausgebildet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenkondensator (C_P) eine Kapazität von kleiner gleich 50 pF aufweist, bevorzugt von kleiner gleich 10 pF.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Betrieb der Schaltungsanordnung am Ausgangsanschluss der Schaltungsanordnung bereitstellbare Spannung (U_A) größer gleich 1000 V ist.
Betriebsverfahren für eine Lampe an einer Schaltungsanordnung mit einer Übertragungsvorrichtung, die eine Primärseite (P) und eine Sekundärseite (S) aufweist, wobei die Primärseite (P) und die Sekundärseite (S) galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die Primärseite (P) einen Anschluss für eine Versorgungsspannung (U_E) aufweist und mit einem ersten Bezugspotential verbunden ist, wobei die Sekundärseite (S) eine erste und eine zweite Ausgangsleitung umfasst, die im Normalfall nicht mit einem Bezugspotential gekoppelt sind und die einen Ausgangsanschluss bilden, an dem eine Spannung für einen Verbraucher (LA) bereitstellbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Abgreifen eines Messspannungspotentials (C_P) auf der Sekundärseite (S); und b) Ermitteln, ob das Messspannungspotential in einem zulässigen Bereich liegt.