DE102010023928A1

DE102010023928A1 - Elektrische Schaltung zum Betrieb von Lampen an einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE102010023928A1
Application number: DE102010023928A
Authority: DE
Inventors: Dr. Weger Robert
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine elektrische Schaltung zum Betrieb von mehreren Lampen (6) an einer Wechselstromquelle (2), mit wenigstens zwei Transformatoren (1) jeweils mit einer Primärwicklung (4) und wenigstens einer Sekundärwicklung (5), wobei die Lampen (6) und die Sekundärwicklungen (5) in Reihe geschaltet sind und einen geschlossenen Ring bilden. Die Reihenschaltung bewirkt gleiche Ströme in allen Leuchtdiodenketten. Um die sich dadurch ergebende, theoretisch gleiche Helligkeit der Leuchtdiodenketten noch zu verbessern, schlägt die Erfindung vor, dass der geschlossene Ring aus einer regelmäßigen Abfolge gemäß dem Muster Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Sekundärwicklung (LS) oder Lampe-Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Lampe-Sekundärwicklung (LLS). gebildet ist und dass der Ring wenigstens halb so viele hochohmige Verbindungen eines virtuellen Potentialnullpunktes (7, 10) über eine Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) (8) zu einem Massepotential (9)), insbesondere an virtuellen Nullpunkten im Schaltungs-Ring, aufweist wie Leuchtdiodenketten (6) im Ring vorhanden sind. Die Lampen (6) weisen eine Leuchtdiodenkette (20) und einen Vollwellenbrückengleichrichter auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung zum Betrieb von mehreren Lampen an einer Wechselstromquelle, mit wenigstens zwei Transformatoren jeweils mit einer Primärwicklung und wenigstens einer Sekundärwicklung, wobei die Lampen und die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind und einen geschlossenen Ring bilden, insbesondere für die Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige.
Das Licht für Hintergrundbeleuchtungen von Flüssigkristallanzeigen wird häufig mit einer Reihe gleichartiger Kaltkathodenröhren mit Fluoreszenzbeschichtung erzeugt. Die Röhren werden typischerweise mit einem Strom von einigen Milliampere und Wechselspannung von ca. 1 kV bei einer Frequenz zwischen 30 und 60 kHz versorgt. Um eine möglichst gute Lichthomogenität zu erzielen, müssen alle Röhren möglichst mit der gleichen Stromstärke betrieben werden (Stromsymmetrierung). Die zulässige Stromtoleranz liegt typischerweise bei ±5%.
Die beste technische Lösung dies zu erreichen besteht darin, für jede Lampe eine eigene stromgeregelte Hochspannungsversorgung mit eigener Hauptbrücke und eigenem Hochspannungstransformator zu verwenden.
Aus Kostengründen ist diese Lösung jedoch in den meisten Fällen nicht realisierbar.
Die einfachste Schaltung, um in mehreren Verbrauchern die gleiche Stromstärke zu erzielen, ist die Hintereinanderschaltung der Verbraucher an lediglich einer einzigen Stromquelle.
Im Falle von Kaltkathodenröhren ist diese Lösung jedoch praktisch nicht möglich, da die Betriebsspannungen der einzelnen Lampen in der Größenordnung von 1 kV liegen, und der Potentialhub durch den Transformator die Summe aller Lampenspannungen betragen muss. Für beispielsweise 16 Lampen wären demnach Transformatorspannungen von 16 kV notwendig. Diese hohe Spannung würde einen kaum tragbaren Isolationsaufwand bedeuten und auch viel zu hohe parasitäre Blindströme an die geerdete Umgebung der Lampen verursachen. Aufgrund dieser Blindströme wäre auch die Stromgleichheit in den Lampen nicht mehr gegeben.
In der 1 ist eine Schaltung dargestellt, wie sie beispielsweise aus der US 2005/0156542 A1 bekannt ist. Darin werden mehrere einzelne Transformatoren 1 an lediglich einer einzelnen Hochfrequenzquelle betrieben. Jeder Transformator weist einen Kern 3 auf, auf dem eine Primärwicklung 4 und eine Sekundärwicklung 5 angeordnet sind. Die Lampen 6 und die Sekundärwicklungen 5 der einzelnen Transformatoren 1 sind in Reihe geschaltet, wobei je ein Anschluss des ersten und letzten Transformators („terminal transformer”) mit Massepotential verbunden ist.
Durch diese Schaltung wird erreicht, dass der Strom durch alle Lampen 6 automatisch gleich ist, ohne dass jeweils eine eigene stromgeregelte Hochspannungsversorgung notwendig ist. Das ist ein wesentliches Grundelement der Stromsymmetrierung. Allerdings treten aufbaubedingt parasitäre Kapazitäten auf, wodurch die Stromsymmetrierung wieder gestört wird. Selbst in ein und derselben Lampe schwankt die Stromstärke in Längsrichtung durch die Wirkung der kapazitiven Ströme zum Gehäuse. In Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristallanzeigen ist die Lampenanordnung sehr regelmäßig, so dass die parasitären Kapazitäten nahezu gleich sind und die resultierende Störung gering ist. In anderen Anwendungen können die Störungen jedoch relevant sein.
Zur Reduzierung der notwendigen Bauteile ist beispielsweise in der WO 2006/085683 A1 eine Schaltung vorgeschlagen, bei der nur ein Transformator 1 vorhanden ist, der auf einem Kern 3 eine Primärwicklung 4 und mehrere Sekundärwicklungen 5 aufweist. Diese Sekundärwicklungen 5 sind abwechselnd mit den Lampen 6 in Serie geschaltet, wie in der 2 schematisch dargestellt.
Durch die abwechselnde Reihenschaltung von Transformatoren und Lampen treten keine Potentiale auf, die höher als eine Lampenspannung liegen, da der Potentialhub einer Wicklung 5 vor einer Lampe 6 durch den Potentialabfall an der Lampe 6 wieder ausgeglichen wird. Die Blindströme an die Umgebung reduzieren sich dadurch, wodurch sich auch die Stromgleichheit in den einzelnen Lampen 6 verbessert.
Bei dieser Schaltung sind beide Lampenenden auf Hochspannungspotential.
Eine für die praktische Anwendung wesentliche Einschränkung des Stands der Technik liegt darin, dass Fehlersituationen wie Hochohmigkeit (Bruch) oder Kurzschluss einer Lampe nicht elektrisch erkannt werden. In der US 2005/0156542 A1 wird durch die direkte Masseanbindung außerdem die Symmetrierwirkung stark eingeschränkt.
Die Entwicklung im Bereich der Leuchtdioden ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass diese in vielen Anwendungen erfolgreich als Ersatz für bestehende Beleuchtungsmittel eingesetzt werden können. Insbesondere als Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen, wie sie in Flachbildfernsehern eingesetzt werden, werden vermehrt Leuchtdioden eingesetzt, da diese flachere Fernseher ermöglichen.
In großen Fernsehern werden dazu mehrere Leuchtdioden als Leuchtdiodenketten zusammengefasst, die jeweils eine Kaltkathodenröhre ersetzen. Auch bei den Leuchtdiodenketten ist es entscheidend, dass diese alle die gleiche Helligkeit haben, damit eine homogene Ausleuchtung der Bildfläche erzielt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der vorgenannten Art zu schaffen, die eine homogene Lichtausbeute mit Leuchtdiodenketten erzielt und für die wenige Bauteile benötigt werden, und die außerdem kritische Fehlersituationen wie Hochohmigkeit einer Leuchtdiode (Bruch) oder Kurzschluss ebenso wie Störungen in der Stromsymmetrierung automatisch erkennt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein geschlossener Ring aus einer regelmäßigen Abfolge gemäß dem Muster Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Sekundärwicklung (LS) oder Lampe-Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Lampe-Sekundärwicklung (LLS) gebildet ist, und dass der Ring wenigstens halb so viele hochohmige Massenverbindungen, die jeweils von einem virtuellen Potentialnullpunkt über eine Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) zu einem Massepotential führen, aufweist wie Lampen im Ring vorhanden sind. Durch die Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) kann ein kritischer Betriebszustand der Schaltung erkannt werden und eine entsprechende Reaktion erfolgen. Solch ein kritischer Betriebszustand kann beispielsweise der Ausfall einer Lampe, eine Abweichung in der Stromsymmetrie oder ein Kurzschluss sein. Durch die Überwachung aller oder jedes zweiten virtuellen Potentialnullpunktes mittels eines ADC's ist gewährleistet, dass Symmetriestörungen unabhängig von deren individueller Lage zuverlässig erkannt werden.
Erfindungsgemäß weisen die Lampen jeweils wenigstens eine Leuchtdiodenkette auf, die vorzugsweise jeweils aus mehreren einzelnen Leuchtdioden gebildet sind.
Damit beide Halbwellen der Betriebswechselspannung genutzt werden können, ist es vorteilhaft, wenn die Leuchtdiodenketten jeweils einen Vollwellenbrückengleichrichter aufweisen, durch den die Wechselspannung zunächst gleichgerichtet wird.
Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn zu den einzelnen Leuchtdiodenketten jeweils ein Glättungskondensator parallel geschaltet ist.
Im normalen Betriebsfall liegt zwischen virtuellem Potentialnullpunkt, und Masse eine geringe Wechselspannung, die aus der Streuung der Lampenimpedanzen resultiert. Im Fehlerfall bzw. bei Störung der Stromsymmetrie steigt die dort abfallende Spannung um mehrere hundert Volt an.
Die Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (ADC) ist zweckmäßigerweise ein ohmscher Spannungsteiler mit Mittelabgriff. Der Spannungsteiler ist vorzugsweise aus Festwiderständen aufgebaut.
Zur Auswertung oder Erzeugung eines Fehlersignals bei Auftreten eines kritischen Betriebszustands weist die Schaltung vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung auf. Eine solche Auswerteeinrichtung kann beispielsweise ein Dioden-Oder-Netzwerk sein, an dem alle Mittelabgriffe der Detektor-Schaltungen „Oder” verknüpft werden und wobei das Ergebnis einem Komparator zugeführt wird. In dem Komparator wird die Ausgangsspannung der Oder-Verknüpfung mit einer Referenzspannung verglichen.
Bei einer Schaltungstopologie nach einem LS-Muster liegen jeweils beide Lampenenden auf hohem Potential. Damit sind die Potentialdifferenzen innerhalb des Schaltungs-Ringes geringer, wodurch parasitäre Blindströme reduziert werden. Dadurch wird die Stromgleichheit und somit die Homogenität der Helligkeit verbessert.
Die hochohmigen Verbindungen über eine Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) zu einem Massepotential werden bei einem LS-Muster bevorzugt durch eine Mittelanzapfung an wenigstens einer Sekundärwicklung realisiert, da sich dort ein virtueller Potentialnullpunkt einstellt.
Für manche Anwendungen, speziell wenn aus Platzgründen nur jeweils ein Lampenende für Hochspannung isoliert werden kann, ist es jedoch vorteilhaft, wenn jeweils ein Lampenende auf niedrigem Potential liegt.
In diesem Fall kann eine LLS-Abfolge der Bauelemente verwendet werden, wobei sich ein virtueller Potentialnullpunkt am Knotenpunkt zwischen zwei Lampen einstellt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring nach einem LLS-Muster aufgebaut und die hochohmigen Masseverbindungen sind jeweils an einem Knotenpunkt zwischen zwei Lampen angeordnet. Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn alle Knotenpunkte zwischen zwei Lampen eine hochohmige Masseverbindung aufweisen.
Eine alternative Ausführung sieht vor, dass wenigstens die Hälfte der Sekundärwicklungen einen Mittelabgriff aufweisen und die hochohmigen Masseverbindungen (ADC's) an diesen Mittelabgriffen angeordnet sind, zumal sich auch hier bei Stromsymmetrie virtuellen Potentialnullpunkte ausbilden.
Solche Mittelabgriffe in den Sekundärwicklungen sind insbesondere bei LS-Abfolgen die einzige Möglichkeit an virtuellen Potentialnullpunkte heranzukommen, da ansonsten virtuelle Potentialnullpunkte nur in der Mitte der Lampe auftauchen und nicht kontaktiert werden können. Prinzipiell ist jedoch auch bei LLS-Anordnungen eine Beschaltung der Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen möglich.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltung genau zwei Transformatoren mit jeweils einer Primärwicklung und mehreren Sekundärwicklungen aufweist, dass der Ring nach einem LS-Muster aufgebaut ist und dass jeweils ein Lampenende mit einer Sekundärwicklung des einen Transformators und das andere Lampenende mit einer Sekundärwicklung des anderen Transformators verbunden ist.
Die Primärwicklungen der Transformatoren können parallel oder in Reihe geschaltet werden. Wenn viele Lampen zu symmetrieren sind, gewährleistet die Reihenschaltung höhere Symmetrierstabilität. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, Serien- und Parallelschaltung zu kombinieren, das heißt parallel verschaltete Gruppen hintereinander in Serie zu schalten oder auch umgekehrt.
Um eine symmetrische Beschaltung der Sekundärwicklungen zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Lampen gerade ist.
Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Schaltung für alle bekannten Lampen verwendet werden. Insbesondere vorteilhaft ist die Anwendung zur Symmetrierung von Gasentladungslampen, insbesondere Kaltkathoden-Fluoreszenz-Lampen. Ebenso können die Lampen beispielsweise Leuchtdiodenketten sein, die aus jeweils mehreren einzelnen Leuchtdioden aufgebaut sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen.
Es zeigt:
1 eine Schaltung mit mehreren Transformatoren gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Schaltung mit einem Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen gemäß dem Stand der Technik,
3 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen mit jeweils einem Mittelabgriff,
3a eine erfindungsgemäße Lampe mit einer Leuchtdiodenkette und einem Vollwellenbrückengleichrichter,
3b eine Lampe gemäß 3a mit einem zusätzlichen Glättungskondensator,
4 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen, wobei nur die Sekundärwicklungen eines Transformators Mittelabgriffe aufweisen,
4a eine Leuchtdiodenkette,
4b eine Leuchtdiodenkette mit Glättungskondensator,
5 eine erfindungsgemäße Schaltung mit mehreren Transformatoren mit jeweils einer Sekundärwicklung mit Mittelabgriff,
6 eine erfindungsgemäße Schaltung mit mehreren Transformatoren mit jeweils einer Sekundärwicklung, von denen jede zweite einen Mittelabgriff aufweist,
7 eine erfindungsgemäße Schaltung mit einem Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen,
8 eine erfindungsgemäße Schaltung mit mehreren Transformatoren mit jeweils einer Sekundärwicklung,
9 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen, wobei nur die Sekundärwicklungen eines Transformators Mittelabgriffe aufweisen und wobei die Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind,
10 eine erfindungsgemäße Schaltung mit mehreren Transformatoren mit jeweils einer Sekundärwicklung und wobei die Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind,
11 eine Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (ADC),
12 eine Schaltung zur Erzeugung eines Fehlersignals,
13 eine erfindungsgemäße Schaltung mit zwei Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen und Leuchtdiodenketten als Lampen und
14 eine Schaltung gemäß 13 mit zusätzlichen Glättungskondensatoren.
Die 3a zeigt eine erfindungsgemäße Lampe 6 mit einer Leuchtdiodenkette 20 und einem Vollwellenbrückengleichrichter, der aus vier Dioden 25 in bekannter Art aufgebaut ist. Der Eingang des Gleichrichters bildet die Anschlüsse der Lampe 6. Die Leuchtdiodenkette 20 ist am Ausgang des Gleichrichters angeschlossen. Die 4a zeigt beispielhaft eine Leuchtdiodenkette 20, die aus vier einzelnen, in Reihe geschalteten Leuchtdioden 21 gebildet ist. Die Leuchtdiodenkette 20 kann jedoch eine beliebige Anzahl an Leuchtdioden aufweisen, die in vielfältigen Arten zusammen geschaltet sein können.
In 3b ist eine alternative Ausführung der Lampe 6 der 3a gezeigt, wobei hier zusätzlich ein Glättungskondensator 22 parallel zur Leuchtdiodenkette 20 geschaltet ist. Die Leuchtdiodenkette dieser Ausführung ist in 4b gezeigt.
Die 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung am Beispiel von sechs Lampen 6, wobei jede Lampe 6 gemäß 3b eine Leuchtdiodenkette 20, einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator 22 aufweist. Die Schaltung weist zwei Transformatoren 1 auf, die jeweils eine Primärwicklung 4 und drei Sekundärwicklungen 5 aufweisen. Die Primärwicklungen 4 sind parallel geschaltet und mit einer Wechselspannungsquelle 2 verbunden.
In der Schaltung sind die Lampen 6 und Sekundärwicklungen 5 in dem Schaltungs-Ring abwechselnd in Reihe geschaltet, bilden also ein LS-Muster. Dabei ist jeweils ein Lampenende mit einer Sekundärwicklung 5 eines Transformators 1 und das andere Lampenende mit einer Sekundärwicklung 5 des anderen Transformators 1 verbunden.
Durch die Reihenschaltung fließt im Ring durch jedes Bauteil der gleiche Strom, weshalb die Lampen 6 prinzipiell die gleiche Helligkeit aufweisen sollten.
An jeder Sekundärwicklung 5 ist ein Mittelabgriff 7 angeordnet, an dem sich zusätzlich zum virtuellen Potentialnullpunkt in der Lampenmitte ein weiterer virtueller Nullpunkt ausbildet. Der Mittelabgriff ist über eine Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (ADC) 8 hochohmig mit Masse 9 verbunden. Praktisch bedeutet hochohmig, dass der Stromfluss über den ADC mindestens eine Größenordnung kleiner sein muss als die typischen Lampenströme. In diesem Fall wird die freie Einstellung des Potentiales am Ort des virtuellen Nullpunktes durch den ADC nicht störend beeinflusst und die Symmetrierwirkung ist am effektivsten.
Eine alternative Ausführung dieser Schaltung ist in 4 gezeigt, die im Wesentlichen identisch zur 3 ist. Die Schaltung weist jedoch nur halb so viele Detektor-Schaltungen 8 wie Lampen 6 auf. Im Beispiel sind nur an den Sekundärwicklungen 5 eines Transformators 1 Mittelabgriffe 7 angeordnet, an die jeweils eine Detektorschaltung 8 angeschlossen ist. Alternativ können die Detektorschaltungen 8 jedoch auch anders verteilt sein. Auch mit dieser Anordnung ist eine zuverlässige Erkennung von Symmetrierstörungen sowie Fehlersituationen noch möglich.
Statt zwei Transformatoren 1 mit mehreren Sekundärwicklungen 5 kann eine erfindungsgemäße Schaltung auch mehrere Transformatoren 1 mit jeweils nur einer Sekundärwicklung 5 aufweisen. In der 5 ist eine solche Schaltungsanordnung gezeigt, bei der jede Sekundärwicklung 5 einen Mittelabgriff 7 hat, der über eine Detektor-Schaltung 8 mit Masse 9 verbunden ist. Die Primärwicklungen 4 der Transformatoren 1 sind dabei parallel geschaltet und mit einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle 2 verbunden.
Die 6 zeigt eine alternative Ausführung der 5, bei der nur jeder zweite Transformator 1 einen Mittelabgriff 7 an der Sekundärwicklung 5 aufweist. Die Schaltung weist demnach auch nur halb so viele Detektor-Schaltungen 8 auf.
Falls in einer Anwendung jeweils ein Lampenende auf einem niedrigen Niveau liegen soll, kann eine Schaltung gemäß 7 verwendet werden. Hier folgen jeweils zwei Lampen 6 direkt aufeinander und erst dann schließt sich eine Sekundärwicklung 5 daran an. Es entsteht dadurch eine Abfolge gemäß dem Muster Lampe-Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Lampe-Sekundärwicklung (LLS).
Darüber hinaus hat diese Schaltungsausführung nur einen Transformator 1 mit mehreren Sekundärwicklungen 5 und zwar genau halb so viele wie Lampen 6. In dem gezeigten Beispiel sind acht Lampen 6 an vier Sekundärwicklungen 5 angeschlossen.
An jedem Knotenpunkt 10, an dem zwei Lampen 6 direkt miteinander verbunden sind, ist der Schaltungsring über eine Detektorschaltung (ADC) 8 mit Masse 9 verbunden.
Auch diese Schaltungstopologie ist gemäß 8 mit einzelnen Transformatoren 1 mit jeweils nur einer Sekundärwicklung realisierbar.
In allen vorangegangenen Schaltungsbeispielen wurden die Primärwicklungen der Transformatoren parallel geschaltet. Eine primärseitige Reihenschaltung ist in allen Fällen ebenso möglich. Insbesondere bei Anwendungen mit vielen Lampen und großen Streuinduktivitäten in den Transformatoren, verbessert die primärseitige Hintereinanderschaltung der Transformatoren die Stabilität des Symmetrierverfahrens. Die primärseitige Reihenschaltung ist anhand von 9 und 10 für zwei typische Anwendungen beispielhaft gezeigt:
Die 9 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung am Beispiel von sechs Lampen 6. Die Schaltung weist analog zur in 4 dargestellten Schaltung zwei Transformatoren 1 auf, die jeweils eine Primärwicklung 4 und drei Sekundärwicklungen 5 aufweisen. Die Primärwicklungen 4 sind hier jedoch in Reihe geschaltet.
In der Schaltung sind die Lampen 6 und Sekundärwicklungen 5 in dem Schaltungs-Ring abwechselnd in Serie geschaltet, bilden also ein LS-Muster. Dabei ist jeweils ein Lampenende mit einer Sekundärwicklung 5 eines Transformators 1 und das andere Lampenende mit einer Sekundärwicklung 5 des anderen Transformators 1 verbunden.
An den Sekundärwicklungen 5 des einen Transformators sind jeweils Mittelabgriffe 7 angeordnet, an denen sich jeweils zusätzlich zum virtuellen Potentialnullpunkt in der Lampenmitte ein weiterer virtueller Nullpunkt ausbildet. Jeder Mittelabgriff 7 ist über eine Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (ADC) 8 hochohmig mit Masse 9 verbunden.
In 10 folgen analog zur Schaltung in 8 jeweils zwei Lampen 6 direkt aufeinander und erst dann schließt sich eine Sekundärwicklung 5 daran an. Es entsteht dadurch eine Abfolge gemäß dem Muster Lampe-Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Lampe-Sekundärwicklung (LLS). An jedem Knotenpunkt 10, an dem zwei Lampen 6 direkt miteinander verbunden sind, ist der Schaltungsring über eine Detektor-Schaltung (ADC) 8 mit Masse 9 verbunden. Die Primärwicklungen 4 der Transformatoren 1 sind in dieser Ausführung in Reihe geschalten.
In 11 ist beispielhaft eine Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (ADC) 8 gezeigt. Die Schaltung ist ein ohmscher Spannungsteiler, der aus zwei in Reihe geschalteten Festwiderständen 11 und 11' aufgebaut ist. Ein Ende des Spannungsteilers 8 wird mit einem virtuellen Nullpunkt des Schaltungs-Rings verbunden, während das andere Ende auf Massepotential 9 liegt. Am Mittelabgriff 12 kann ein Fehlersignal abgegriffen werden. Das Verhältnis der Widerstandswerte bestimmt die Amplitude des Fehlersignals.
Eine Schaltung zur Auswertung eines solchen Fehlersignals ist beispielhaft in 12 gezeigt. Im Beispiel sind drei ADC-Schaltungen gezeigt 8, deren Mittelabgriffe 12 über ein Dioden-Oder-Netzwerk mit dem nicht-invertierenden Eingang 13 eines Komparators 14 verbunden sind. Dazu ist der Mittelabgriff 12 jeder ADC-Schaltung 8 mit der Anode einer Diode 15 verbunden. Die Kathoden der Dioden 15 sind mit dem nicht-invertierenden Eingang 13 eines Komparators 14 verbunden. Der invertierende Eingang 16 des Komparators 14 ist mit einer Referenzspannung 17 verbunden.
Im normalen Betrieb liegt zwischen Mittelanzapfung 12 und Masse 9 eine geringe Wechselspannung an, die aus der Streuung der Lampenimpedanzen resultiert. Im Fehlerfall, das heißt bei Störung der Stromsymmetrie oder Kurzschluss, steigt die Spannung am Mittelabgriff 12 stark an. Durch den Spannungsteiler 8 wird der Spannungsanstieg auf ein für die elektronische Detektion passendes Niveau gebracht. Im anschließenden Oder-Netzwerk reicht eine hohe Spannung an einem Eingang aus um den nicht-invertierenden Eingang 13 auf ein hohes Niveau zu ziehen. Sobald das Niveau über der Referenzspannung 17 liegt, kippt der Komparator 14 und liefert am Ausgang ein Fehlersignal. Aufgrund des Fehlersignals kann nun eine Aktion ausgeführt werden, beispielsweise das Gerät abgeschaltet oder lediglich eine Warnmeldung ausgegeben werden.
Für manche Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Trennschärfe der ADC-Schaltung 8 durch Zenerdioden zu steigern.
Die 14 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung, die im Wesentlichen der Schaltung gemäß 6 entspricht. Die Leuchtdiodenketten 20 sind im Bild durch das Symbol einer einzelnen Leuchtdiode 21 dargestellt. Die Wechselspannungsquelle ist hier durch eine Vollbrückenschaltung gebildet, die an einer Gleichspannungsquelle betrieben wird. Die Schaltbrücke weist zwei Schaltelemente auf, die jeweils abwechselnd geschaltet werden.
Die Schaltung gemäß 13 entspricht im Wesentlichen der Schaltung der 14. Zusätzlich ist zu den Leuchtdiodenketten 20 jeweils ein Glättungskondensator 22 parallel geschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Transformator
2: Hochspannungsquelle
3: Kern
4: Primärwicklung
5: Sekundärwicklung
6: Lampe
6': Kaltkathodenlampe
7: Mittelabgriff (Sekundärwicklung)
8: Detektor-Schaltung (ADC)
9: Masse
10: Knotenpunkt zw. zwei Lampen
11: Festwiderstand
11': Festwiderstand
12: Mittelabgriff (ADC)
13: Nichtinvertierender Eingang
14: Komparator
15: Diode
16: Invertierender Eingang
17: Referenzspannung
20: Leuchtdiodenkette
21: Leuchtdiode
22: Glättungskondensator
25: Diode (Gleichrichter)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2005/0156542 A1 [0007, 0012]
WO 2006/085683 A1 [0009]

Claims

Elektrische Schaltung zum Betrieb von mehreren Lampen (6) an einer Wechselstromquelle (2), mit wenigstens zwei Transformatoren (1) jeweils mit einer Primärwicklung (4) und wenigstens einer Sekundärwicklung (5), wobei die Lampen (6) und die Sekundärwicklungen (5) in Reihe geschaltet sind und einen geschlossenen Ring bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Ring aus einer regelmäßigen Abfolge gemäß dem Muster Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Sekundärwicklung (LS) oder Lampe-Lampe-Sekundärwicklung-Lampe-Lampe-Sekundärwicklung (LLS) gebildet ist und dass der Ring wenigstens halb so viele hochohmige Masseverbindungen, jeweils von einem virtuellen Potentialnullpunkt (7, 10) über eine Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) (8) zu einem Massepotential (9), aufweist wie Lampen (6) im Ring vorhanden sind und dass die Lampen (6) jeweils wenigstens eine Leuchtdiodenkette (20) aufweisen.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leuchtdiodenkette (20) einen Vollweggleichrichter aufweist, der die Betriebswechselspannung (2) gleichrichtet.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenketten (20) jeweils mehrere Leuchtdioden (21) aufweisen.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu wenigstens einer Leuchtdiodenkette (20) ein Glättungskondensator (22) parallel geschaltet ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Detektion von Stromasymmetrie (8) ein ohmscher Spannungsteiler mit Mittelabgriff (13) ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelabgriffe (13) mehrerer oder aller Spannungsteiler (8) über ein Dioden-Oder-Netzwerk mit einem Komparator (14) verbunden sind.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungs-Ring nach einem LS-Muster aufgebaut ist und die hochohmigen Masseverbindungen und Detektionsschaltungen für Stromasymmetrie (ADC) (8) jeweils an einem Mittelabgriff (7) zwischen zwei Leuchtdiodenketten (6) angeordnet sind.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungs-Ring nach einem LLS-Muster aufgebaut ist und die hochohmigen Masseverbindungen und Detektionsschaltungen für Stromasymmetrie (ADC) (8) jeweils an einem Knotenpunkt (10) zwischen zwei Leuchtdiodenketten (6) angeordnet sind.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Knotenpunkte (10) zwischen zwei Leuchtdiodenketten (6) eine hochohmige Masseverbindung und Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) (8) aufweisen.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Hälfte der Sekundärwicklungen (5) einen Mittelabgriff (7) aufweisen und die hochohmigen Masseverbindungen und Detektionsschaltungen für Stromasymmetrie (ADC) (8) an diesen Mittelabgriffen (7) angeordnet sind.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sekundärwicklungen (5) einen Mittelabgriff (7) und eine hochohmige Masseverbindung und Detektionsschaltung für Stromasymmetrie (ADC) (8) aufweisen.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung genau zwei Transformatoren (1) mit einer Primärwicklung (4) und mehreren Sekundärwicklungen (5) aufweist, dass der Ring nach einem LS-Muster aufgebaut ist und dass jeweils ein Leuchtdiodenkettenende mit einer Sekundärwicklung (5) des einen Transformators (1) und das andere Leuchtdiodenkettenende mit einer Sekundärwicklung (5) des anderen Transformators (1) verbunden ist.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklungen (4) der Transformatoren (1) parallel geschaltet sind.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklungen (4) der Transformatoren (1) in Reihe geschaltet sind.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen parallel geschalteter Primärwicklungen (4) gebildet werden und diese Gruppen untereinander in Reihe geschaltet werden.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen in Reihe geschalteter Primärwicklungen (4) gebildet werden und diese Gruppen untereinander parallel geschaltet werden.
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Lampen (6) gerade ist.