DE102009052702A1 - Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe - Google Patents

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Stefan Dr. Lichtenberg
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe (5), wobei die Schaltungsanordnung einen mit einer Grundfrequenz (f) arbeitenden Wechselrichter (10) aufweist, der einen Eingang zum Eingeben einer Versorgungsleistung für die Gasentladungslampe, und einen Ausgang zum Ausgeben einer Lampenleistung an die Gasentladungslampe (5) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung ein Vierpolnetzwerk (20) mit mindestens einer Reaktanz aufweist, welches zwischen den Wechselrichter (10) und die Gasentladungslampe (5) geschaltet ist, wobei das Vierpolnetzwerk (20) eingerichtet ist zum Dämpfen mindestens einer vorbestimmten, beim Wechselrichten erzeugten Oberschwingung der Grundfrequenz (f) aus der Lampenleistung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe, wobei die Schaltungsanordnung einem mit einer Grundfrequenz arbeitenden Wechselrichter aufweist, der einen Eingang zum Eingeben einer Versorgungsleistung für die Gasentladungslampe, und einen Ausgang zum Ausgeben einer Lampenleistung an die Gasentladungslampe aufweist.
  • Hintergrund
  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • 8 zeigt ein herkömmliches Konzept eines elektronischen Betriebsgerätes. Ein solches Betriebsgerät weist drei Stufen auf: In einer ersten Stufe, die den Spannungswandler (802) beinhaltet, wird die Eingangswechselspannung auf eine Versorgungsspannung für einen Wechselrichter hochgesetzt. Die Versorgungsspannung ist eine Gleichspannung, die üblicherweise von einem Zwischenkreiskondensator gestützt wird. Der Gleichspannungswandler arbeitet in einem speziellen Modus, so dass er gleichzeitig die Funktion einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung erfüllt. Der Spannungswandler kann z. B. als Sperrwandler, Sepic- oder Cukwandler ausgeführt sein.
  • Die Versorgungsspannung wird in einer darauf folgenden zweiten Stufe, die einen Wechselrichter (804) in Halbbrückenanordnung aufweist, auf eine niederfrequente Wechselspannung in Höhe der Lampenspannung heruntergesetzt.
  • Die Frequenz der Wechselspannung beträgt dabei üblicherweise zwischen 50 und 500 Hz. Dadurch, dass die Zwischenkreisspannung UZK mehr als doppelt so hoch ist wie die Lampenspannung, kann im Wechselrichter eine Halbbrückenanordnung gewählt werden, welche die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung halbiert. Diese tiefgesetzte Ausgangswechselspannung wird daraufhin in eine Zündstufe (806) eingegeben, die eine Zündspannung zum Starten einer Gasentladungslampe 5 erzeugt.
  • Die Zündstufe (806) weist üblicherweise ein Überlagerungszündgerät auf, welches der Ausgangsspannung des Wechselrichters eine hohe Zündspannung überlagert. Die Zündspannung des Überlagerungszündgerätes weist dabei einzelne Zündpulse auf, die so lange erzeugt werden, bis ein elektrischer Durchbruch im Brenner der Gasentladungslampe 5 stattfindet.
  • Eine weitere herkömmliche Variante einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe ist in 9 dargestellt. Hier ist wiederum der schon aus der oben erläuterten Schaltungsanordnung bekannte Spannungswandler (802) vorhanden, der eine Versorgungsgleichspannung für einen Wechselrichter (808) erzeugt. Der Wechselrichter erfüllt auch hier wieder eine tiefsetzende Funktion, um die Versorgungsgleichspannung auf eine niedrigere Lampenwechselspannung herunterzusetzen. Der Wechselrichter (808) arbeitet jedoch hochfrequent und ist in der Lage, die Gasentladungslampe 5 direkt ohne ein nachgelagertes Zündgerät mittels einer Resonanzzündung zu zünden. Es besteht hierbei das Problem, dass der hochfrequente Betrieb akustische Resonanzen in der Gasentladungslampe anregen kann, die zu unerwünschtem Flackern und in schweren Fällen gar zum Erlöschen der Gasentladungslampe 5 führen kann. Diese akustischen Resonanzen werden in den meisten Fallen durch unerwünschte Oberschwingungen, sogenannte Harmonische der Grundbetriebsfrequenz des Wechselrichters angeregt. Vor allem bei elektronischen Betriebsgeräten, die eine Begradigung des Entladungsbogens anstreben, und deswegen bewusst bestimmte akustische Resonanzen anregen, sind die Störungen durch Oberschwingungen ein großes Problem.
  • Aufgabe
  • Es wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe bereitgestellt, mit einem mit einer (beispielsweise hochfrequenten) Grundfrequenz arbeitenden Wechselrichter, der einen Eingang zum Eingeben einer Versorgungsleistung für die Gasentladungslampe, und einen Ausgang zum Ausgeben einer (beispielsweise hochfrequenten) Lampenleistung an die Gasentladungslampe aufweist, die weniger störende Oberschwingungen an die Gasentladungslampe abgibt.
  • Zusammenfassung
  • Es wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung weist auf einen mit einer Grundfrequenz arbeitenden Wechselrichter, der einen Eingang zum Eingeben einer Versorgungsleistung für die Gasentladungslampe, und einen Ausgang zum Ausgeben einer Lampenleistung an die Gasentladungslampe aufweist, wobei die Schaltungsanordnung ein Vierpolnetzwerk mit mindestens einer Recktanz aufweist, welches zwischen den Wechselrichter und die Gasentladungslampe geschaltet ist, wobei das Vierpolnetzwerk eingerichtet ist zum Dämpfen mindestens einer vorbestimmten, beim Wechselrichten erzeugten Oberschwingung der Grundfrequenz (fG) aus der Lampenleistung.
  • Die Grundfrequenz (fG) des Wechselrichters kann dabei eine Hochfrequenz sein. Die Grundfrequenz (fG) des Wechselrichters ist dabei beispielsweise größer als 15 kHz, zum Beispiel bei etwa 25 kHz. Um die gewünschten oder erforderlichen Frequenzen herausfiltern zu können, sollte das Vierpolnetzwerk mindestens einen ersten Resonanzkreis aufweisen. Dabei ist mindestens eine Recktanz des ersten Resonanzkreises bevorzugt variabel.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der erste Resonanzkreis durch Parallelschalten weiterer Kapazitäten zu einer Kapazität des ersten Resonanzkreises verstimmt werden. Anders ausgedrückt kann der erste Resonanzkreis eine Kapazität aufweisen und die Schaltungsanordnung kann mindestens eine zusätzliche Kapazität aufweisen, die der Kapazität des ersten Resonanzkreises parallelgeschaltet ist zum Verstimmen des ersten Resonanzkreises.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Wechselrichter mindestens einen zweiten Resonanzkreis in einem Strompfad parallel zum Lampenstrompfad auf. In einer Ausführungsform ist die Grundfrequenz der Lampenleistung zeitlich veränderlich. Die Grundfrequenz kann dabei fortwährend in einem Bereich zwischen einer minimalen Grundfrequenz und einer maximalen Grundfrequenz pendelnd verändert werden. Für die Resonanzfrequenz des mindestens einen zweiten Resonanzkreises gilt dabei beispielsweise folgende Beziehung: fR2 = 3·fG.
  • Die Wirkung des Vierpolnetzwerkes kann dabei derart sein, dass bei einer linearen Frequenzmodulation der Grundfrequenz des Stromes mit dem Frequenzhub fdelta = fG_max – fG_min gilt:
    Figure 00050001
    wobei mit
    • – fG die Grundfrequenz des Wechselrichters (10),
    • – fG_max die maximale Grundfrequenz des Wechselrichters (10),
    • – fG_min die minimale Grundfrequenz des Wechselrichters (10),
    bezeichnet wird.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
  • 1 eine herkömmliche Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis,
  • 2 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis und einem zweiten Resonanzkreis in einer ersten Ausführungsform,
  • 3 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis und einem zweiten Resonanzkreis in einer zweiten Ausführungsform,
  • 4 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis und einem zweiten Resonanzkreis in einer dritten Ausführungsform, wobei die Schaltungsanordnung gemäß der dritten Ausführungsform keinen eigenständigen Zündkondensator mehr aufweist,
  • 5 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis und einem zweiten Resonanzkreis in einer vierten Ausführungsform, wobei die Schaltungsanordnung gemäß der vierten Ausführungsform keinen eigenständigen Zündkondensator mehr aufweist,
  • 6 eine schematische Darstellung der Fouriertransformation des Produkts der Zeitverläufe von Lampenstrom und Lampenspannung im Frequenzbereich, und
  • 7 eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis und einem variablen zweiten Resonanzkreis in einer fünften Ausführungsform.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis 12 und einem zweiten Resonanzkreis 21 in einer ersten Ausführungsform. Die beiden Resonanzkreise 12 und 21 sind Teil eines Vierpolnetzwerkes 20, dessen Eingang an eine Halbbrücke aus zwei Schaltern S1, S2 angeschlossen ist und an dessen Ausgang die Gasentladungslampe 5 angeschlossen ist. Der erste Resonanzkreis 12 weist auf eine Lampendrossel L1 und einen Koppelkondensator C1. Der zweite Resonanzkreis 21 weist auf eine Resonanzdrossel LS1 und einen Resonanzkondensator CS1, die seriell verschaltet sind. Der zweite Resonanzkreis 21 ist parallel zur Gasentladungslampe 5 geschaltet. Die Lampendrossel L1 des ersten Resonanzkreises 12 ist zwischen den Halbbrückenmittelpunkt und einer ersten Elektrode der Gasentladungslampe 5 geschaltet. Der Koppelkondensator C1 ist zwischen die Halbbrückenmasse und die zweite Elektrode der Gasentladungslampe 5 geschaltet. Ein Zündkondensator CZ1 ist zwischen die Halbbrückenmasse und die erste Elektrode der Gasentladungslampe 5 geschaltet. Die Halbbrücke wird zur Begradigung des Entladungsbogens der Gasentladungslampe 5 mit einer variablen Frequenz angesteuert, die zwischen einer unteren Frequenz fG_min und einer oberen Frequenz fG_max um die Grundbetriebsfrequenz fG, die auch als Grundfrequenz des Lampenstromes bezeichnet wird, variiert wird (Frequenzsweep). Damit wird die Leistung in die Gasentladungslampe 5 in einem wenige kHz breiten Frequenzband eingekoppelt. Die untere Frequenz fG_min und die obere Frequenz fG_max sind dabei im Wesentlichen von der Geometrie der Gasentladungslampe 5 beziehungsweise des Brenners der Gasentladungslampe 5 abhängig. Die Halbbrücke arbeitet jedoch gemäß verschiedenen Ausführungsformen hochfrequent, dass heißt, dass die Grundbetriebsfrequenz fG beispielsweise größer als 15 kHz, z. B. 25 kHz ist. Sehr störend sind hierbei bestimmte Oberwellenanteile der Grundbetriebsfrequenz fG , die für eine ordnungsgemäße Funktion reduziert werden sollten. Diese Oberwellenanteile können mit akustischen Resonanzfrequenzen der Gasentladungslampe 5 in Wechselwirkung treten und unerwünschte Effekte wie Flickern oder eine unerwünschte Auslenkung des Entladungsbogens zur Folge haben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der zweite Resonanzkreis auf diese Oberwellenanteile abgestimmt (anders ausgedrückt auf eine oder mehrere Harmonische der Grundbetriebsfrequenz fG), so dass zumindest ein Teil, in verschiedenen Ausführungsformen sogar ein Großteil dieser Oberwellenanteile durch den zur Gasentladungslampe 5 parallel geschalteten zweiten Resonanzkreis 21 fließt und nur relativ geringe Anteile der unerwünschten Oberwellenanteile durch die Gasentladungslampe 5 geleitet werden. Der Resonanzkreis, der ob seiner Wirkung im Folgenden auch als ,Saugkreis' bezeichnet wird, ist derart eingerichtet, dass er je nach Abstimmung ein bestimmtes Frequenzband herausfiltert. Ein Saugkreis weist gemäß verschiedenen Ausführungsformen auf eine Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität, und ist der Last, hier also der Gasentladungslampe 5, parallel geschaltet. In der Betriebsweise, in der die Gasentladungslampe 5 mit einem begradigten Entladungsbogen betrieben wird, sind vor allem die Oberwellenanteile der Grundbetriebsfrequenz fG unerwünscht. Sollen also z. B. die Oberwellenanteile im Leistungsspektrum beim Vierfachen der Stromfrequenz gefiltert werden, so sollte die Resonanzfrequenz fR2 des zweiten Resonanzkreises 21 auf die dreifache Stromfrequenz abgestimmt werden. Wenn die Stromfrequenz beispielsweise 25 kHz beträgt, so liegen die Oberwellenanteile der dritten Harmonischen bei 100 kHz. Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 21 sollte damit auf 75 kHz abgestimmt sein. Für einen Resonanzkreis mit 75 kHz Resonanzfrequenz kann z. B. ein Kondensator CS1 mit einer Kapazität C von 2,2 nF und eine Drossel LS1 mit einer Induktivität L von 2 mH verwendet werden. Verallgemeinernd kann also folgende Gleichung aufgestellt werden: fR2 = fRZiel – fG. Die Resonanzfrequenz des zweiten Resonanzkreises 21 ist beispielsweise bestimmt durch:
    Figure 00080001
    sollen weitere Frequenzanteile herausgefiltert werden, so können auch weitere Resonanzkreise parallel zur Gasentladungslampe 5 geschaltet werden.
  • Um den Stromfluss zu symmetrieren, kann der Koppelkondensator C1 und der Zündkondensator CZ1 auch in je zwei reale Kapazitäten aufgeteilt werden und wie in 2 gestrichelt angedeutet die neu hinzugekommenen Kapazitäten an die positive Versorgungsspannung der Halbbrücke angeschlossen werden.
  • 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis 12 und einem zweiten Resonanzkreis 21 in einer zweiten Ausführungsform.
  • Die Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich nur geringfügig von der Schaltungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform; daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.
  • In der Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Koppelkondensator C1 zwischen die zweite Elektrode der Gasentladungslampe 5 und einem Anschluss des zweiten Resonanzkreises 21 geschaltet. Somit ist eine Serienschaltung des zweiten Resonanzkreises 21 und des Koppelkondensators C1 parallel zur Gasentladungslampe 5 geschaltet. Rein hochfrequenztechnisch ergibt sich dadurch keine signifikante Änderung, lediglich die Schaltungstopologie ist unterschiedlich. Auch hier kann der Koppelkondensator C1 auch in zwei Kapazitäten C1 und C1S aufgeteilt werden, wobei die erste Kapazität C1 ausgehend von der zweiten Elektrode der Gasentladungslampe 5 an die Halbbrückenmasse angeschlossen ist und die zweite Kapazität C1S ausgehend von der zweiten Elektrode der Gasentladungslampe 5 an den positiven Versorgungsanschluss der Halbbrücke angeschlossen ist. Beim Zündkondensator gilt das gleiche Prinzip, er kann ebenfalls in zwei Kapazitäten CZ1 und CZ1S aufgeteilt werden, wobei die erste Kapazität CZ1 ausgehend von der ersten Elektrode der Gasentladungslampe 5 an die Halbbrückenmasse angeschlossen ist und die zweite Kapazität CZ1S ausgehend von der ersten Elektrode der Gasentladungslampe 5 an den positiven Versorgungsanschluss der Halbbrücke angeschlossen ist.
  • 4 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis 12 und einem zweiten Resonanzkreis 21 in einer dritten Ausführungsform, wobei die Schaltungsanordnung keinen eigenständigen Zündkondensator mehr aufweist.
  • Hier wirkt der Kondensator CS1 des zweiten Resonanzkreises 21 als Zündkondensator, der mit der Lampendrossel L1 zusammen einen neuen Zündresonanzkreis bildet. Die Resonanzfrequenz dieses neuen Zündresonanzkreises ist dabei beispielsweise eine andere als die Resonanzfrequenz des Saugkreises. Um die Gasentladungslampe 5 zu starten und einen elektrischen Durchbruch im Gasentladungslampenbrenner zu erzeugen, kann die Halbbrücke nun mit einer Frequenz fZ betrieben werden, die der Resonanzfrequenz des Zündresonanzkreises entspricht. Durch die resonante Anregung fließt ein hoher Strom durch den zweiten Resonanzkreis. Dadurch sättigt die Resonanzdrossel LS1, und trägt dann praktisch nicht mehr zu den Vorgängen im Resonanzkreis bei. Der Koppelkondensator trägt ebenfalls praktisch nicht zur Resonanz bei, da seine Kapazität um etwa den Faktor 20 bis 200, gemäß verschiedenen Ausführungsformen 100, größer ist als die Kapazität des Resonanzkondensators CS1, und er bei der Anregungsfrequenz fZ praktisch einen Kurzschluss darstellt. Die Zündresonanz wird damit durch die Lampendrossel L1 und den Resonanzkondensator CS1 getragen.
  • Eine mögliche Dimensionierung für den Koppelkondensator C1 hätte einen Wertebereich von etwa 47 nF bis 100 nF. Eine mögliche Dimensionierung für den Resonanzkondensator CS1 hätte einen Wertebereich von etwa 0,5 nF bis 2,2 nF.
  • Die Resonanzfrequenz des Zündresonanzkreises ist dabei beispielsweise eine andere als die des zweiten Resonanzkreises 21. Durch diese Maßnahme beteiligt sich die Resonanzdrossel LS1 nicht an der Zündresonanz, somit fällt an der Resonanzdrossel LS1 vergleichsweise wenig Spannung ab. Der geringe Spannungsabfall erklärt sich auch durch die Sättigung der Resonanzdrossel LS1. Dadurch kann für die Resonanzdrossel LS1 ein kostengünstiges Standardbauteil verwendet werden, welches wenig Spannungsfestigkeit aufweist. Würde sich die Resonanzdrossel LS1 an der Zündresonanz beteiligen, würde an ihr eine hohe Spannung abfallen und sie würde zerstört.
  • 5 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Resonanzkreis 12 und einem zweiten Resonanzkreis 21 in einer vierten Ausführungsform, wobei die Schaltungsanordnung keinen eigenständigen Zündkondensator mehr aufweist.
  • Die Schaltungsanordnung gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich nur geringfügig von der Schaltungsanordnung gemäß der dritten Ausführungsform, daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zur dritten Ausführungsform beschrieben.
  • In der Schaltungsanordnung gemäß der vierten Ausführungsform ist der Koppelkondensator zwischen der Halbbrückenmasse und einem Anschluss des zweiten Resonanzkreises 21 geschaltet. Somit ist der Resonanzkreises 21 wieder direkt parallel zur Gasentladungslampe 5 geschaltet. Rein hochfrequenztechnisch ergibt sich dadurch keine signifikante Änderung, lediglich die Schaltungstopologie ist unterschiedlich. Auch hier kann der Koppelkondensator C1 auch in zwei Kapazitäten C1 und C1S aufgeteilt werden, wobei die erste Kapazität C1 ausgehend von dem Anschluss des zweiten Resonanzkreises 21 an die Halbbrückenmasse angeschlossen ist und die zweite Kapazität C1S ausgehend von dem Anschluss des zweiten Resonanzkreises 21 an den positiven Versorgungsanschluss der Halbbrücke angeschlossen ist.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung der Fouriertransformation des Produkts der Zeitverläufe von Lampenstrom und Lampenspannung im Frequenzbereich. Der Peak bei f = 0 deutet auf einen hohen Gleichanteil der Leistungseinkopplung in die Lampe hin. Der erste Peak 102 bei f = fG ist die Grundbetriebsfrequenz der Halbbrücke. Der zweite dominante Peak 104 ist die Oberschwingung bei 2·fG und wird für die Begradigung des Entladungsbogens der Gasentladungslampe 5 genutzt. Der nächste Peak 106 ist die Oberschwingung bei der Frequenz f = 4·fG und ist für den sicheren Betrieb der Gasentladungslampe 5 sehr störend. Für einen sicheren Betrieb der Gasentladungslampe 5 mit Bogenbegradigung kann ein Verhältnis der Leistungseinkopplung der beiden Peaks bei 2·fG (104) und bei 4·fG (106) angegeben werden, welches nicht überschritten werden darf. Messungen haben gezeigt, dass für einen sicheren Betrieb der Gasentladungslampe 5 mit begradigtem Entladungsbogen bestimmte Grenzwerte für die eingekoppelte Leistung in bestimmten Frequenzbereichen erfüllt sein sollten. Insbesondere sollte das Verhältnis der in die Gasentladungslampe 5 eingekoppelten Leistung im Bereich der vierfachen Strom-Grundfrequenz oder Grundbetriebsfrequenz fG zur eingekoppelten Leistung im Bereich der doppelten Strom-Grundfrequenz oder Grundbetriebsfrequenz fG bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Dabei bildet man beispielsweise die Integrale über einen signifikanten Frequenzbereich der Peaks. Der Frequenzbereich, über den integriert wird ist dabei für den Peak 104 beispielsweise zischen 2·fG – fdelta und 2·fG + fdelta. Der Frequenzbereich, über den integriert wird ist dabei für den Peak 106 bevorzugt zischen 4·fG – 2·fdelta und 4·fG + 2·fdelta. Die Frequenz fdelta beschreibt dabei die Breite des Frequenzbandes der Grundbetriebsfrequenz, also fG_max – fG_min. Für einen sicheren Betrieb der Gasentladungslampe 5 mit einem durch den Frequenzanteil des Peaks 104 bei der Frequenz 2·fG begradigten Bogen sollte der Quotient der beiden Integrale kleiner oder gleich 0,2 sein:
    Figure 00130001
  • Die Spannung U ist hierbei die Lampenspannung und der Strom I ist hierbei der Lampenstrom. Für bestimmte Lampen darf das Verhältnis bis zu einem Wert von 0,25 steigen. Mit einem Verhältnis größer als 0,25 lassen sich aber handelsübliche Gasentladungslampen nicht mehr sicher betreiben.
  • Zusätzlich zu einem zweiten Resonanzkreis, der unerwünschte Frequenzanteile aus dem Frequenzspektrum des Lampenstroms herausfiltert, kann durch geeignete Abstimmung der Leistungskomponenten im Betrieb auch die Erzeugung der unerwünschten Frequenzanteile reduziert werden. Dazu wird der erste Resonanzkreis 12, der aus der Lampendrossel L1 und dem Koppelkondensator C1 besteht oder diese aufweist, auf die Betriebsfrequenz beziehungsweise die Grundfrequenz des Stromes abgestimmt. Diese resonante Abstimmung zwischen der Lampendrossel L1 und dem Koppelkondensator C1 in der Reihenschaltung der Lampe auf die Grundfrequenz des Stromes führt zu einer Reduktion der Oberwellenanteile. Für die resonante Abstimmung gilt folgende Beziehung:
    Figure 00140001
  • Durch das zur Bogenbegradigung eingesetzte hin- und herpendeln der Betriebsfrequenz um die Grundbetriebsfrequenz fG wird die Leistung aber nicht nur bei der exakten Resonanzfrequenz eingekoppelt, sondern auch in benachbarten Frequenzbereichen. Eine weitergehende Verbesserung kann durch eine variable Kapazität erreicht werden, die die Resonanzfrequenz des ersten Resonanzkreises 12 an die aktuelle Betriebsfrequenz der Halbbrücke anpasst. Dies kann z. B. durch eine Parallelschaltung weiterer Kondensatoren zum Koppelkondensator C1 erfolgen, wie das in 7 gezeigt ist.
  • 7 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem variablen ersten Resonanzkreis 12 in einer fünften Ausführungsform. Die Schaltungsanordnung gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform beispielsweise dahingehend, dass anstatt des zweiten Resonanzkreises zum Herausfiltern bestimmter Frequenzanteile der erste Resonanzkreis 12 in seiner Resonanzfrequenz auf die Betriebsfrequenz abgestimmt werden kann. In der Schaltungsanordnung gemäß der fünften Ausführungsform ist der erste Resonanzkreis verstimmbar, um verschiedene Frequenzbereiche abdecken zu können. Die Verstimmung erfolgt beispielsweise durch Hinzu- oder Wegschalten verschiedener Kapazitäten (beispielsweise der zusätzlichen Kapazitäten C2, C3) zum Koppelkondensator C1, so dass die jeweilige im Resonanzkreis vorhandene Gesamtkapazität veränderlich ist und damit auch die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises verändert wird. Das Hinzu- oder Wegschalten verschiedener Kapazitäten (beispielsweise der zusätzlichen Kapazitäten C2, C3) kann durch jegliche Art von Schaltern erfolgen, in verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch schnelle Schalttransistoren verwendet die klein und preiswert sind.
  • Für eine optimale Reduzierung der unerwünschten Oberwellenanteile bei der vierfachen Grundbetriebsfrequenz fG können beide vorgenannten Verfahren miteinander kombiniert werden. Die Resonanzfrequenz des ersten Resonanzkreises 12 kann auf die Grundbetriebsfrequenz fG eingestellt werden, und die Resonanzfrequenz des zweiten Resonanzkreises 21 kann wie oben beschrieben auf das Dreifache der Grundbetriebsfrequenz fG abgestimmt werden. Um die Situation weiter zu verbessern, können dem zweiten Resonanzkreis 21 weitere Resonanzkreise parallel geschaltet werden, die weitere unerwünschte Frequenzanteile dämpfen. Mit dieser Maßnahme wird eine optimale Unterdrückung der unerwünschten Oberwellenanteile erreicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 5
    Gasentladungslampe
    10
    Wechselrichter
    12
    erster Resonanzkreis
    20
    zweiter Resonanzkreis
    102
    Peak im Frequenzbereich bei der Grundbetriebsfrequenz
    104
    Peak im Frequenzbereich bei dem Doppelten der Grundbetriebsfrequenz, der zur Bogenbegradigung ausgenutzt wird
    106
    unerwünschte Oberschwingung im Frequenzbereich bei dem Vierfachen der Grundbetriebsfrequenz
    802
    Spannungswandler
    804
    Wechselrichter
    806
    Zündstufe
    808
    Wechselrichter
    L1
    Lampendrossel
    C1, C1S
    Koppelkondensator
    CZ1, CZ1S
    Zündkondensator
    LS1
    Resonanzdrossel
    CS1
    Resonanzkondensator
    C2, C3, ...
    Zuschaltkondensatoren zum Koppelkondensator

Claims (12)

  1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe (5), wobei die Schaltungsanordnung aufweist einen mit einer Grundfrequenz (fG) arbeitenden Wechselrichter (10), der einen Eingang zum Eingeben einer Versorgungsleistung für die Gasentladungslampe (5), und einen Ausgang zum Ausgeben einer Lampenleistung an die Gasentladungslampe (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ein Vierpolnetzwerk (20) mit mindestens einer Recktanz aufweist, welches zwischen den Wechselrichter (10) und die Gasentladungslampe (5) geschaltet ist, wobei das Vierpolnetzwerk (20) eingerichtet ist zum Dämpfen mindestens einer vorbestimmten, beim Wechselrichten erzeugten Oberschwingung der Grundfrequenz (fG) aus der Lampenleistung.
  2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter eingerichtet ist, mit einer hochfrequenten Grundfrequenz (fG) zu arbeiten.
  3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz (fG) des Wechselrichters (10) größer als 15 kHz ist.
  4. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierpolnetzwerk (20) mindestens einen ersten Resonanzkreis (12) aufweist.
  5. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Recktanz des ersten Resonanzkreises (12) variabel ist.
  6. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonanzkreis (12) eine Kapazität (C1) aufweist.
  7. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Kapazität (C2, C3) vorgesehen ist, die zu der Kapazität (C1) des ersten Resonanzkreises (12) parallelgeschaltet ist zum Verstimmen des ersten Resonanzkreises (12).
  8. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) mindestens einen zweiten Resonanzkreis (21) in einem Strompfad parallel zum Lampenstrompfad, welcher zum Bereitstellen der Lampenleistung an die Gasentladungslampe (5) eingerichtet ist, aufweist.
  9. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz (fG) des Wechselrichters (10) zeitlich veränderlich ist.
  10. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, dass die Grundfrequenz (fG) des Wechselrichters (10) fortwährend in einem Bereich zwischen einer minimalen Grundfrequenz (fG_min) und einer maximalen Grundfrequenz (fG_max) variierbar ist.
  11. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Resonanzfrequenz fR2 des mindestens einen zweiten Resonanzkreises (21) folgende Beziehung gilt: fR2 = 3·fG, wobei mit fG die Grundfrequenz des Wechselrichters (10) bezeichnet wird.
  12. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, dass bei einer Frequenzmodulation der Grundfrequenz des Stromes mit dem Frequenzhub fdelta = fG_max – fG_min gilt:
    Figure 00190001
    wobei mit – fG die Grundfrequenz des Wechselrichters (10), – fG_max die maximale Grundfrequenz des Wechselrichters (10), – fG_min die maximale Grundfrequenz des Wechselrichters (10), bezeichnet wird.
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