-
Technisches
Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Entladungslampen.
Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Betreiben von zwei Entladungslampen. 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
gemäß internem
Stand der Technik 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. Ferner gibt es
die Möglichkeit,
alle Wendeln der Lampen über Sekundärwicklungen
transformatorisch zu heizen, wobei die Primärwicklung in einem für die Anwendung
passenden Abschnitt der Brücke
liegt.
-
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 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 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 2a ist
der Lastkreis 5 der Übersicht halber
ohne die Spule 6 dargestellt. 2b zeigt eine Variante des Lastkreises
von 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 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 2a und 2b dargestellt sind, ist
in 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 mindestens einer ersten und einer
zweiten Entladungslampe mit einer Auskoppeleinrichtung zur Auskopplung
eines Heizstroms für
die Glühwendeln
der Entladungslampen aus einem Versorgungszweig der Vorrichtung, wobei
die Auskoppeleinrichtung eine Stromsteuereinheit zur Steuerung des
Heizstroms und eine Heiztransformatoreinheit aufweist, und jeweils
einer an den Versorgungszweig angeschlossenen ersten und zweiten
Kontakteinrichtung zur Kontaktierung der ersten und zweiten Entladungslampe,
wobei eine Sekundärspuleneinheit
der Heiztransformatoreinheit zur Versorgung der Glühwendeln
mit Heizstrom an die erste und zweite Kontakteinrichtung angeschlossen
ist.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung
liegt darin, dass gegenüber
der Vorheizschaltung für
eine Lampe der zusätzliche
Aufwand für
die Vorheizung einer zweiten Lampe im Wesentlichen in einem Bauteil,
nämlich
einem Transformator zur Übertragung
der Heizenergie an die Glühwendeln der
beiden Lampen, liegt.
-
Vorzugsweise umfasst die Sekundärspuleneinheit
drei Spulen, nämlich
eine erste Sekundärspule
zur Versorgung einer ersten Glühwendel
der ersten Entladungslampe, eine zweite Sekundärspule zur Versorgung einer
zweiten Glühwendel
der ersten Entladungslampe und einer ersten Glühwendel der zweiten Entladungslampe
und eine dritte Sekundärspule
zur Versorgung einer zweiten Glühwendel
der zweiten Entladungslampe. Damit können die einzelnen Glühwendeln
der Entladungslampen gezielt mittels eines Transformators mit vier
Wicklungen vorgeheizt werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst der Vorsorgungszweig eine Resonanzinduktivität und einen
Resonanzkondensator. Damit können
beide Lampen mit einem Resonanzkreis betrieben werden. Die Resonanzinduktivität lässt sich
als Drosselspule verwenden. Ferner kann die Resonanzinduktivität zumindest
Teil eines Auskopplungstransformators für die Versorgung der Auskoppeleinrichtung
sein oder hierfür
einen entsprechenden Abgriff besitzen.
-
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 des PCT-Widerstands kann die Stromsteuereinrichtung
einen Transistor umfassen. Dadurch lässt sich das Vorheizen gezielter,
aber auch aufwändiger
steuern.
-
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. Dadurch kann ein Sequenzstart zur
Vermeidung von sehr hohen Zündströmen/- spannungen
erreicht werden, welcher den Einsatz weniger belastbarer und damit
kostengünstigerer Bauelemente
ermöglicht.
-
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:
-
1 einen
Schaltplan einer Halbbrücke
mit einem Lastkreis gemäß dem Stand
der Technik zum Betreiben einer Leuchtstofflampe;
-
2a, 2b, 2c Varianten von Lastkreisen gemäß dem Stand
der Technik; und
-
3a bis 3c Varianten von erfindungsgemäßen Lastkreisen
zum Betreiben von mindestens zwei Lampen.
-
Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
-
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
stellen lediglich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dar.
-
3a zeigt
einen erfindungsgemäßen Lastkreis
in einem Vorschaltgerät
für zwei
Entladungslampen 71 und 72. Die Entladungslampe 71 besitzt
zwei Glühwendeln 711 und 712.
Ebenso besitzt die zweite Entladungslampe 72 Glühwendeln 721 und 722.
Der Schaltkreis besitzt für
die Glühwendel 711 der
ersten Entladungslampe 71 Anschlussklemmen 20 und 21,
für die
zweite Glühwendel 712 der
ersten Entladungslampe 71 Anschlussklemmen 22 und 23,
für die
erste Glühwendel 721 der
zweiten Entladungslampe 72 Anschlussklemmen 24 und 25 sowie
für die
zweite Glühwendel 722 der
zweiten Entladungslampe 72 Anschlussklemmen 26 und 27.
-
Der Versorgungszweig für die beiden
Entladungslampen 71 und 72 umfasst eine Resonanzschaltung
bestehend aus einem Resonanzkondensator Cres und
einer Resonanzinduktivität
Lres, Der Resonanzkondensator Cres ist
zwischen die Klemmen 20 und 26 geschaltet.
-
Über
einen Auskoppeltransformator, der primärseitig aus der Drosselspule
beziehungsweise Resonanzinduktivität Lres und
sekundärseitig
aus einer Spule La besteht, wird ein Auskoppelkreis 30 angetrieben.
Dieser Auskoppelkreis 30 besteht neben der Sekundärspule La
des Auskoppeltransformators aus einem temperaturabhängigen Widerstand
PTC und einer Primärspule
Lhp eines Heiztransformators. Sekundärseitig
besitzt der Heiztransformator drei Spulen. Die erste sekundärseitige
Heizspule Lhs1 ist zwischen die Anschlussklemmen 20 und 21 für die erste Glühwendel 711 der
ersten Entladungslampe 71 geschaltet. Die zweite sekundäre Spule
Lhs2 ist an die Klemmen 23 und 25 für die zweite
Glühwendel 712 der
ersten Entladungslampe und die erste Glühwendel 721 der zweiten
Entladungslampe 72 geschaltet. Die dritte sekundäre Heizspule
Lh
s3 ist zwischen
die Anschlussklemmen 26 und 27 für die zweite
Glühwendel 722 der
zweiten Entladungslampe 72 geschaltet.
-
Darüber hinaus sind die Anschlussklemmen 22 und 24 für die beiden
Glühwendeln 712 und 72i miteinander
verbunden. Schließlich
ist ein Sequenzstartkondensator Cseq zwischen
die Klemmen 24 und 26 geschaltet.
-
Die Funktionsweise des in 3a dargestellten Lastkreises
sei im Folgenden näher
erläutert. Der
Versorgungszweig mit der Resonanzschaltung Cres und
Lre
s wird zu Beginn
des Betriebs sehr stark gedämpft.
Dies liegt daran, dass zu Beginn des Betriebs der temperaturabhängige Widerstand
PTC noch kühl
und damit niederohmig ist. Folglich kann aus dem Versorgungszweig
ein hoher Energieanteil in den Auskoppelkreis 30 über den
Auskoppeltransformator Lres, La ausgekoppelt
werden. Der in dem Auskoppelkreis 30 fließende Heizstrom
wird über den
Heiztransformator mit der primärseitigen
Wicklung Lhp und den drei sekundärseitigen
Wicklungen Lhs1, Lhs2 und
Lhs3 zu den jeweiligen Glühwendeln übertragen.
Dabei werden die Glühwendeln 711 und 722 jeweils
einzeln mittels der Spulen Lhs1 und Lhs3 und die beiden Glühwendeln 712 und 721 zusammen mittels
der Spule Lhs2 versorgt.
-
Die beiden Lampen 71 und 72 stellen
an dem Resonanzkondensator CRes einen Spannungsteiler dar.
Dadurch, dass parallel zur zweiten Entladungslampe 72 der
Sequenzstartkondensator Cseq geschaltet
ist, fällt über die
zweite Entladungslampe 72 eine geringere Spannung ab als über die
erste Entladungslampe 71. Folglich zündet die erste Entladungslampe 71 vor
der zweiten Entladungslampe 72.
-
Am Ende der Heizphase hat sich der
temperaturabhängige
Widerstand PTC selbst soweit erwärmt,
dass er hochohmig geworden ist. Damit geht die Dämpfung der Resonanzschaltung
CRes, LRe
s zurück
und die Spannung an den Entladungslampen 71 und 72 steigt
aufgrund der Erhöhung
der Güte
der Resonanzschaltung an.
-
Nach dem Zünden in der Brennphase fließt der Strom
im Wesentlichen von der Klemme 20 über die Glühwendel 711, die Glühwendel 712,
die Klemme 22, die Klemme 24, die Glühwendel 721 und
die Glühwendel 722 zur
Klemme 26.
-
Durch die Hochohmigkeit des Widerstand PTC
ist der Strom im Auskoppelkreis 30 und damit auch der Heizstrom
für die
Glühwendeln
in der Brennphase stark reduziert. Dadurch werden alle Wendeln während des
Lampenbetriebs in der Brennphase nur noch minimal beheizt.
-
In 3b ist
eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie unterscheidet sich von der
ersten Ausführungsform
gemäß 3a lediglich dadurch, dass
die Resonanzinduktivität
zweigeteilt ist. Sie besteht aus den Teilen Lres1 und
Lres2, wobei der zweite Teil Lres2 die
Primärspule
des Auskoppeltransformators darstellt. Durch die Zweiteiligkeit
der Resonanzinduktivität
ist es möglich,
für das
Auskoppeln einen Standardtransformator zu verwenden und dessen Primärspule Lres2 durch eine separate Induktivität Lres1 an die Resonanzbedürfnisse des Versorgungszweigs
anzupassen.
-
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 3c dargestellt.
Wiederum ist der Schaltungsaufbau nahezu identisch mit dem von 3a. Anstelle eines Auskoppeltransformators
wird hier jedoch ein Abgriff an der Resonanzinduktivität Lres verwendet. Dies bedeutet, dass der Auskoppelkreis 30 direkt
an die Resonanzinduktivität
Lres angekoppelt ist. Der Resonanzkreis 30 besteht
somit aus dem abgegriffenen Teil der Resonanzinduktivität Lres in Serie mit dem PTC-Widerstand und der
Primärspule
Lhp des Heiztransformators.
-
Die Funktionsweisen der in den 3b und 3c dargestellten Ausführungsformen sind im Wesentlichen
identisch zu der von 3a.
Der Auskoppelkreis wird durch direkte oder induktive Kopplung zur Bereitstellung
des Heizstroms angetrieben.