DE10226899A1

DE10226899A1 - Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen

Info

Publication number: DE10226899A1
Application number: DE10226899A
Authority: DE
Inventors: Harald Schmitt
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2003-12-24
Also published as: CA2432450A1; TW200403010A; CN1471345A; US20030230989A1; EP1377136A2; EP1377136A3; KR20040002580A; US6873122B2

Abstract

Eine Vorrichtung zum Betreiben von mehreren Entladungslampen soll kostengünstiger gestaltet werden. Daher wird parallel zu einer ersten Kontakteinrichtung (13, 14) zum elektrischen Anschließen einer ersten Entladungslampe (7) eine erste Stromsteuereinrichtung (9), insbesondere ein wärmeempfindlicher Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, geschaltet. Weiterhin wird eine zweite Kontakteinrichtung (13a, 14a) zum elektrischen Anschließen einer zweiten Entladungslampe (7a) parallel mit einer zweiten Stromsteuereinrichtung (9a) verschaltet, wobei die erste und zweite Kontakteinrichtung (13, 14; 13a, 14a) in Serie geschaltet sind. Damit läßt sich eine definierte Vorheizperiode für die Lampen erzielen. Durch Einsatz eines Sequenzstartkondensators parallel zu einer der Lampen (7, 7a) können unzulässige Ladestromspitzen vermieden werden.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen mit einer Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer Entladungslampe, die zwei Glühwendeln aufweist und einer Stromsteuereinrichtung, die parallel an die Kontakteinrichtung angeschlossen ist, zur Steuerung des Stroms durch die zwei Glühwendeln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektronische Vorschaltgeräte, in die eine derartige Vorrichtung integriert ist. Das Betreiben der Entladungslampen umfasst dabei sowohl deren Starten als auch deren Brennen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, zwei Entladungslampen mit zwei Lastkreisen zu betreiben. Dabei wird als Lastkreis die Last einer Brücke bezeichnet, die zum Betreiben einer Entladungslampe als Wechselrichter verwendet wird. Jeder Lastkreis besitzt für die jeweilige Lampe eine eigene Vorheizanordnung. Weiterhin besteht bekanntermaßen die Möglichkeit, zwei Lampen in einem Lastkreis zu betreiben. Hierbei ist die Primärspule eines Heiztransformators der Serienschaltung von zwei Lampen parallel geschaltet und die Sekundärspule des Heiztrafos zwischen die beiden Lampen geschaltet.

Die schaltungstechnische Realisierung der Lastkreise ist verhältnismäßig aufwändig, da zum definierten, sequentiellen Starten und anschließenden gemeinsamen Betreiben der Lampen elektronische Steuerschaltungen mit Relais- oder Transistorschaltern erforderlich sind. Zum Betreiben einzelner Lampen existieren dagegen verhältnismäßig günstige Steuerschaltungen, die zur Steuerung des Vorheizens lediglich passive Bauelemente benutzen. Wesentlicher Bestandteil derartiger Schaltungen ist ein wärmeempfindlicher Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten.

In Fig. 1 ist eine Brückenschaltung mit einem diesbezüglichen Lastkreis dargestellt. Die Brücke ist zum Zwecke des Wechselrichtens als Halbbrücke mit zwei Schaltelementen 1 und 2 und zwei Kondensatoren 3 und 4 realisiert. Der Lastkreis 5 in der Brücke umfasst eine Spule 6 in Serie mit einer Lampe 7, die sowohl mit einem Resonanzkondensator 8 als auch mit einem wärmeempfindlichen Widerstand 9 parallel geschlossen ist.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung sei im Folgenden erläutert. Durch geeignete Ansteuerung der Schalter 1 und 2 wird für den Lastkreis 5 im Mittenabgriff der Brücke aus der Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Für den Zündvorgang der Lampe liegt die Frequenz der Wechselspannung günstigerweise im Bereich der Resonanzfrequenz der Spule 6 und des Kondensators 8. Vor dem Zünden verstimmt der Widerstand 9 mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) als Kaltleiter den Serienschwingkreis 6, 8 derart, dass die notwendige Zündspannung an der Lampe 7 beziehungsweise dem Kondensator 8 nicht erreicht wird. Es fließt aber bereits Strom durch die Glühwendeln 10 und 11 der Lampe 7, so dass sie für den Zündvorgang vorgeheizt werden. Ebenso fließt währenddessen Strom durch den PTC-Widerstand 9 und erwärmt ihn in dieser Vorheizphase. Dabei steigt sein Widerstand an, wodurch die Verstimmung des Serienresonanzkreises 6, 8 entsprechend zurück geht, so dass die Zündspannung über der Lampe 7 erreicht werden kann. Der PTC- Widerstand 9 ist dabei so ausgelegt, dass er auch nach dem Zünden eine ausreichende Menge Strom führt um hochohmig zu bleiben, damit die Resonanz mit entsprechender Güte aufrecht erhalten werden kann.

In Fig. 2a ist der Lastkreis 5 der Übersicht halber ohne die Spule 6 dargestellt. Fig. 2b zeigt eine Variante des Lastkreises von Fig. 2a. In Serie zu dem PTC-Widerstand 9 ist ein Serienkondensator 12 geschaltet. Dieser bewirkt, dass die Verstimmung des Resonanzkreises durch den PTC-Widerstand 9 nicht so ausgeprägt ist wie im Fall der Schaltung der Fig. 2a. Dies bedeutet, dass in diesem Fall die Zündspannung schneller erreicht wird und die Lampe in Folge dessen rascher zündet.

Eine weitere Variante der Lastkreise, die in den Fig. 2a und 2b dargestellt sind, ist in Fig. 2c wiedergegeben. In diesem Fall ist im kalten Zustand des PTC-Widerstands 9 in erster Linie der Serienkondensator 12 wirksam, wogegen im warmen Zustand des PTC- Widerstands 9, d. h. während des Betriebs und Zündens der Lampe, die Serienschaltung der beiden Kondensatoren 8 und 9 vorrangig wirksam ist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für den Betrieb von zwei Lampen eine kostengünstige Vorheizschaltung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Entladungslampen mit einer ersten Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer ersten Entladungslampe, die zwei erste Glühwendeln aufweist, und einer ersten Stromsteuereinrichtung, die parallel an die erste Kontakteinrichtung angeschlossen ist, zur Steuerung des Stroms durch die zwei ersten Glühwendeln, sowie einer zweiten Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer zweiten Entladungslampe, die zwei zweite Glühwendeln aufweist, und einer zweiten Stromsteuereinrichtung, die parallel an die zweite Kontakteinrichtung angeschlossen ist, zur Steuerung des Stroms durch die zwei zweiten Glühwendeln, wobei die erste und zweite Kontakteinrichtung in Serie geschaltet sind.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt darin, dass gegenüber der Vorheizschaltung für eine Lampe der zusätzliche Aufwand für die Vorheizung einer zweiten Lampe lediglich in einem Bauteil, nämlich einem zweiten PTC-Widerstand, liegt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist parallel zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Resonanzkondensator geschaltet. Damit können beide Lampen mit einem Resonanzkreis betrieben werden.

Alternativ kann ein Resonanzkondensator auch jeweils parallel zu der ersten und/oder zweiten Stromsteuereinrichtung geschaltet werden.

Günstigerweise umfasst die Stromsteuereinrichtung einen PTC-Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten. Dieses Bauelement ermöglicht eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Steuerung der Vorheizung für die Lampen. An Stelle der PTC-Widerstände können die erste und/oder zweite Stromsteuereinrichtung einen Transistor umfassen. Dadurch läßt sich das Vorheizen individueller, aber auch aufwändiger steuern.

Seriell zu der ersten beziehungsweise zweiten Stromsteuereinrichtung kann ein Serienkondensator geschaltet werden. Dieser bewirkt, dass der Resonanzkreis insgesamt weniger verstimmt wird und die jeweilige Lampe entsprechend früher gezündet wird.

Parallel zu der ersten und/oder zweiten Kontakteinrichtung kann ein Sequenzstartkondensator vorgesehen sein. Mit diesem ist vorteilhafterweise die sequentielle Startreihenfolge bei mindestens zwei Lampen steuerbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die die PTC-Widerstände der ersten und der zweiten Stromsteuereinrichtungen (9, 9a) zueinander so ausgelegt, dass sich ein Sequenzstart der ersten und zweiten Lampe (7, 7a) ergibt. Daduch kann ein Sequenzstart zur Vermeidung der Überladung von Zwischenkreiskondensatoren in sogenannten Energierückführungsschaltungen (Pumpschaltungen) kostengünstig ohne weitere Bauelemente vermieden werden.

Vorzugsweise lässt sich die Vorrichtung ferner an eine Drosselspule anschließen, mit der die Vorrichtung in Resonanz betrieben werden kann. Damit kann das Ansteuern der Vorrichtung durch einen einzelnen Wechselrichter zum Betrieb von zwei und mehr Lampen realisiert werden.

Günstigerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein elektrisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen integriert. Somit lassen sich zwei und mehr Lampen mit einem Vorschaltgerät betreiben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan einer Halbbrücke mit einem Lastkreis gemäß dem Stand der Technik zum Betreiben einer Leuchtstofflampe;
Fig. 2a, 2b, 2c Varianten von Lastkreisen gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 3a bis 3d Varianten von erfindungsgemäßen Lastkreisen zum Betreiben von mindestens zwei Lampen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Gemäß Fig. 3a sind zwei Lampen 7 und 7a beziehungsweise deren Kontakteinrichtungen 13, 14 und 13a, 14a seriell geschaltet. Parallel zu der ersten Lampe 7 beziehungsweise ersten Kontakteinrichtung 13, 14 ist eine erste Stromsteuereinrichtung, die als PTC-Widerstand realisiert ist, geschaltet. Ebenso ist parallel zu der zweiten Lampe 7a beziehungsweise der zweiten Kontakteinrichtung 13a, 14a eine zweite Stromsteuereinrichtung 9a, die ebenfalls als wärmeempfindlicher PTC-Widerstand ausgeführt ist, geschaltet.
Die beiden PTC-Widerstände 9, 9a verstimmen den Last-Resonanzkreis, dessen Drosselspule in der Figur nicht dargestellt ist. Unmittelbar nach dem Einschalten der Vorrichtung sind die beiden PTC-Widerstände 9, 9a als Kaltleiter niederohmig. Die Lampen 7, 7a haben noch nicht gezündet und der durch die Lampen fließende Strom wird ausschließlich zum Heizen der Glühwendeln verwendet. Da der Resonanzkreis verstimmt ist, genügt die Spannung an den einzelnen Lampen nicht, um diese zu zünden.
Nach einer gewissen Vorheizzeit, in der neben den Glühwendeln auch die PTC-Widerstände 9, 9a aufgeheizt werden, werden letztere immer hochohmiger, wodurch die Verstimmung des Resonanzkreises zurückgeht und die Spannung an den Lampen ansteigt. Wenn in der Zündphase der PTC-Widerstand 9 hochohmiger als der PTC-Widerstand 9a ist, zündet die Lampe 7 vor der Lampe 7a. Entsprechendes gilt für den umgekehrten Fall. Da beide PTC- Widerstände 9, 9a niemals vollkommen identisch sind, wird immer einer der beiden in der Vorheizphase hochohmiger als der andere sein, da sie beide mit dem gleichen Strom geheizt werden.
Falls eine der beiden Lampen 7, 7a gezündet hat, fließt ein Großteil des Stroms durch die gezündete Lampe und nicht mehr durch den dazu gehörigen PTC-Widerstand. Dennoch fließt genügend Strom durch diesen Widerstand, dass er hinreichend hochohmig bleibt, damit die Lampe nicht erlischt. Würde nämlich der PTC-Widerstand in der Brennphase der Lampe zu niedrig sein, so würde der Betriebsstrom nicht mehr durch die Lampe sondern durch den PTC-Widerstand geführt werden.
Nach dem Zünden der ersten Lampe wird der PTC-Widerstand der zweiten Lampe noch hochohmiger, so dass schließlich auch an der zweiten Lampe genügend Spannung anliegt, um diese zu zünden. Nach dem Zünden der beiden Lampen fließt der gesamte Strom im Wesentlichen durch diese hindurch, während durch die parallel geschalteten PTC-Widerstände 9, 9a nur noch ein geringer Stromanteil zur Aufrechterhaltung der Hochohmigkeit fließt.
Das sequentielle Zünden der Lampen 7, 7a ist notwendig, um den Strom durch die einzelnen Komponenten zu begrenzen. Falls jedoch das sequentielle Zünden beider Lampen 7, 7a in zu rascher Folge geschieht, überlagern sich die jeweiligen Stromspitzen derart, dass ein maximal zulässiger Strom überschritten wird, was zum Abschalten der Vorrichtung führt. Daher ist zu gewährleisten, dass das Zünden der zwei oder mehr Lampen mit einem zeitlichen Mindestabstand erfolgt. Wenn die beiden PTC-Widerstände 9, 9a gleich dimensioniert sind, ist dies nicht ohne Weiteres gegeben. Daher ist ein Sequenzstartkondensator 15 parallel zu der Lampe 7a geschaltet. Der Sequenzstartkondensator 15 bewirkt, dass sich in der Vorheizphase der PTC-Widerstand 9a langsamer erwärmt als der PTC-Widerstand 9. Somit bleibt der PTC-Widerstand 9a länger niedrigohmig als der PTC-Widerstand 9. Die Lampe 7 zündet damit vor der Lampe 7a. Die Zeitdifferenz kann durch Wahl der Kapazität des Sequenzstartkondensators 15 definiert eingestellt werden. Somit lassen sich auch übermäßig hohe Ladestromspitzen für das Laden von Zwischenkreiskondensatoren in Energierückführungsschaltungen vermeiden.
In der Fig. 3a sind der PTC-Widerstand 9a und der Sequenzstartkondensator 15 auf verschiedenen Seiten der Kontakteinrichtungen 13a und 14a angeordnet. Damit trägt nur der Strom durch den PTC-Widerstand 9a zur Vorheizung der Wendeln der Lampe 7a bei. In Fig. 3d ist eine Variante der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform dargestellt, bei der sowohl der Strom durch den PTC-Widerstand 9a als auch der Strom durch den Sequenzstartkondensator 15 zur Vorheizung der Wendeln der Lampe 7a beiträgt. Dies wird dadurch erreicht, dass der PTC-Widerstand 9a und der Sequenzstartkondensator 15 auf der gleichen Seite der Kontakteinrichtungen 13a und 14a angeordnet sind. Diese Variante wird dann bevorzugt, falls ein erhöhter Vorheizstrom gewünscht wird.
Eine weitere Variante der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform ist in Fig. 3b wiedergegeben. In Serie zu dem PTC-Widerstand 9 ist ein Serienkondensator 12 geschaltet. Dieser bewirkt, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2b erläutert wurde, dass beide PTC- Widerstände 9, 9a durch den erhöhten Strom schneller ihre Hochohmigkeit erreichen. Falls zuerst die Lampe 7 zündet, steht für das Aufheizen des PTC-Widerstandes 9a der erhöhte Strom nicht mehr zur Verfügung.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben, d. h. zum Vorheizen, Zünden und Brennenlassen, einer Lampe ist in Fig. 3c dargestellt. Dabei ist sowohl zum PTC-Widerstand 9 als auch zum PTC-Widerstand 9a ein Serienkondensator 12 beziehungsweise 12a in Reihe geschaltet. Diese bewirken, dass auch für die später zündende Lampe bzw. deren PTC-Widerstand der erhöhte Aufheizstrom zur Verfügung steht.
Selbstverständlich kann auch in den Ausführungsformen gemäß Fig. 3b und 3c ein Sequenzstartkondensator 15 vorgesehen werden, um unzulässige Ladestromspitzen zu vermeiden.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Entladungslampen (7, 7a) mit
einer ersten Kontakteinrichtung (13, 14) zum elektrischen Anschließen einer ersten Entladungslampe (7), die zwei erste Glühwendeln aufweist, und
einer ersten Stromsteuereinrichtung (9), die parallel an die erste Kontakteinrichtung (13, 14) angeschlossen ist, zur Steuerung des Stroms durch die zwei ersten Glühwendeln,
gekennzeichnet durch
eine zweite Kontakteinrichtung (13a, 14a) zum elektrischen Anschließen einer zweiten Entladungslampe (7a), die zwei zweite Glühwendeln aufweist, und
eine zweite Stromsteuereinrichtung (9a), die parallel an die zweite Kontakteinrichtung (13a, 14a) angeschlossen ist, zur Steuerung des Stroms durch die zwei zweiten Glühwendeln, wobei die erste und zweite Kontakteinrichtung (13, 14; 13a, 14a) in Serie geschaltet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei parallel zu der Serienschaltung aus der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (13, 14; 13a, 14a) ein Resonanzkondensator (8) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei parallel zu der ersten und/oder zweiten Stromsteuereinrichtung (9, 9a) jeweils ein Resonanzkondensator (8) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und/oder zweite Stromsteuereinrichtung (9, 9a)einen PTC-Widerstand umfasst.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste und/oder zweite Stromsteuereinrichtung einen Transistor umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der seriell zu der ersten Stromsteuereinrichtung (9) ein erster Serienkondensator (12) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der seriell zu der zweiten Stromsteuereinrichtung (9a) ein zweiter Serienkondensator (12a) geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei parallel zu der ersten oder zweiten Kontakteinrichtung (13, 14; 13a, 14a) ein Sequenzstartkondensator (15) geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die PTC-Widerstände der ersten und der zweiten Stromsteuereinrichtungen (9, 9a) zueinander so ausgelegt sind, dass sich ein Sequenzstart der ersten und zweiten Lampe (7, 7a) ergibt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an die Vorrichtung eine Drosselspule (6) anschließbar ist, so dass sie zum Zünden einer Entladungslampe in Resonanz betreibbar ist.

11. Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Entladungslampen mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.