DE19542012A1 - Netzgespeiste Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine netzgespeiste elektronische Schaltungsanordnung zum höherfrequenten Betrieb von Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, mit fremdgesteuertem Generator und mit Abschaltvorrichtung.

Eine derartige Schaltungsanordnung für Gasentladungslampen ist erforderlich zur Zündung und zur Stabilisierung des Arbeitspunktes im Betrieb und wird als sogenanntes Vorschaltgerät bezeichnet.

Es ist bekannt, daß beim Betrieb der Leuchtstofflampen mit einer, mit Hilfe elektronischer Bauelemente erzeugten höherfrequenten Spannung im Frequenzbereich um ca. 20 kHz bis 50 kHz, im Vergleich zur konventionellen, netzfrequenten Schaltungsanordnung mit Drossel, Starter und Kompensationskondensator, Vorteile entstehen:

Reduzierung der baulichen Abmessungen, insbesondere der Induktivitäten, besseres Zündverhalten der angeschlossenen Leuchtstofflampen, bessere Lichtqualität, höherer Systemwirkungsgrad usf.

Der höhere, durch die Elektronik bedingte, Schaltungsaufwand ist dadurch gerechtfertigt.

Bei den bisher bekannten Elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) wird diese höherfrequente Spannung vorwiegend durch einen selbsterregten Gegentakt-Oszillator in Totem-Pole-Schaltung aus der durch Gleichrichtung der Netzspannung entstandenen Zwischenkreisspannung erzeugt.

Der Energiefluß kann folgendermaßen beschrieben werden:
Sinusförmige Netzwechselspannung, Gleichrichtung (wobei auch die direkte Einspeisung von Gleichspannung ohne Polungsprobleme vor dem Gleichrichter möglich ist), Umwandlung in eine Rechteckspannung, Induktivität, Leuchtstofflampe.

Nach der Zündung und damit im Betriebsfall repräsentiert die Leuchtstofflampe einen quasiohmschen Widerstand, so daß dann die Rechteckspannung auf einen L-R-Kreis arbeitet.

Probleme entstehen bei der selbsterregten Konzeption bei der Ansteuerung der Leistungstransistoren, durch die Gefahr der gleichzeitigen Durchsteuerung und damit der Zerstörung beider Leistungstransistoren und durch eine geringe Frequenzkonstanz.

Auch kann ein Defekt der Leuchtstoffröhren zur Zerstörung der Leistungsstufe führen, so daß eine Abschaltvorrichtung erforderlich ist.

Die Abschaltung wird bei bisher ausgeführten selbsterregten Schaltungen vorzugsweise durch ein elektronisches Speicher-Schaltelement (Thyristor, Thyristortetrode, Thyristorersatzschaltung aus pnp- und npn-Transistor) vorgenommen.

Dieses Schaltelement wirkt üblicherweise auf die Steuerelektrode eines der beiden Leistungstransistoren des selbsterregten Gegentaktoszillators.

Seit kurzem sind Integrierte Schaltungen (IC′s) auf dem Markt, mit deren Hilfe sich die genannten Probleme vermeiden lassen.

Hierbei wird die Gegentakt-Leistungsendstufe durch den in integrierter Technik vorhandenen Steuergenerator mit konstanter Frequenz fremdgesteuert.

Der Einsatz des Steuer-IC′s bringt jedoch in Verbindung mit dem Betrieb von Leuchtstofflampen auch Nachteile mit sich, nämlich

• a) die IC′s benötigen eine separate Stromversorgung (Hilfsspeisespannung), und
• b) es besteht keine Möglichkeit, die IC′s über geeignete Steueranschlüsse bei Störungen in den Leuchtstofflampen oder bei Entfernen der Leuchtstofflampen, abzuschalten.

Bei einer fremdgesteuerten Leistungsstufe scheidet das oben, für selbsterregte Schaltungen, genannte Verfahren, die Leistungstransistoren und damit die Schaltungsanordnung abzuschalten, aus.

Ein Begrenzen der Zwischenkreisspannung U1 der Leistungsendstufe genügt ebenfalls nicht als Schutz gegen Zerstörung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

• 1. eine energiesparende gemeinsame Einspeisung der Hilfsspeisespannung U2 für alle beteiligten Schaltkreise bereitzustellen,
• 2. eine Schutzschaltung gegen Zerstörung der Schaltungsanordnung bei Defekt oder Nichtvorhandensein der Gasentladungslampen (Leuchtstofflampen) vorzusehen.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1.

Der Anspruch 2 beinhaltet eine vorteilhafte Ausbildung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung für den Betrieb mit einer Leuchtstofflampe.

Nach dem Einschalten der Netzspannung beginnt der Steuergenerator (11) zu arbeiten, sobald die über Widerstand (8) begrenzte Speisespannung U2 die vorgesehene Anlaufschwelle überschreitet.

Die Leistungsendstufe treibt Strom über den Kreis aus Halbbrücke mit den Kondensatoren (19, 20), Leuchtstofflampenheizfäden (101, 102), Kondensator (16), Schwingkreisspule (14) und alternierend die Transistoren (12) bzw. 13). Die Transistoren (12), (13) und die Kondensatoren (19), (20) sind jeweils zwischen Pluspol der Spannung U1 und Masse angeschlossen.

Die am Ausgang der Gegentaktleistungsstufe vorhandene Rechteckspannung regt während des Zündvorganges zunächst in dem auf die Frequenz des Steuergenerators abgestimmten Kreis Spule (14), Kondensator (16) eine Serienresonanz an, bedämpft durch die ohmsche Komponente der Heizfäden der Leuchtstofflampe.

Die Heizfäden der Leuchtstofflampe werden vorgeheizt.

Durch die auf der Spule (14) angebrachte Hilfswicklung (15) mit niederohmiger Beschaltung wird der Resonanzkreis (14, 16) während des Zündvorganges zusätzlich noch derart bedämpft, daß eine ausreichende Vorheizung der Heizfäden erfolgt, als Voraussetzung für eine einwandfreie Zündung.

Erst wenn der Kondensator (33) hinreichend geladen ist, sinkt die Bedämpfung.

Bei weiterem Anstieg der Zwischenkreisspannung U1 wird bei geeigneter Dimensionierung der Komponenten Spule (14) und Kondensator (16) durch die Serienresonanz die sinusförmige Spannung am Kondensator (16) so hoch, daß die parallelgeschaltete Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe zündet.

Nach der Zündung repräsentiert sich die Gasentladungsstrecke der Leuchtstofflampe als quasiohmscher Widerstand.

Der Ausgang der Gegentaktendstufe arbeitet jetzt auf einen L-R-Kreis und der Kondensator (16) hat praktisch keine Bedeutung mehr.

Nach dem Start des Steuergenerators (11) wird über Widerstand (21) der IC (10) aktiviert.

Der Boost-Konverter nimmt seine Funktion auf.

Die Zwischenkreisspannung U1 steigt auf ihren geregelten Nennwert.

Zur Abflachung der steilen Schaltflanken der Leistungstransistoren (12) und (13) dient ein
Snubber-Netzwerk (26, 27), das vorteilhafterweise in Verbindung mit einer Ladungspumpe mit den Schaltelementen (24, 25, 26, 9) arbeitet.

Nach dem Anlauf der Schaltung übernimmt diese Ladungspumpe überwiegend die Hilfsspeisespannungsversorgung U2 der integrierten Schaltungen IC (10) und IC (11).

Die in IC (11) integrierte Z-Diode stabilisiert die Hilfsspeisespannung (U2) für alle IC′s.

Zur Abschaltung infolge defekter Leuchtstofflampen, demontierter Leuchtstofflampen oder defekter Heizfäden wird die Hilfsspeisespannung U2 der integrierten Bausteine über den Widerstand (28) und die Thyristorersatzschaltung (29, 30) überbrückt.

Die in IC (10) als auch IC (11) integrierte Unterspannungssperre erlaubt die Abschaltung beider IC′s und damit der gesamten Schaltungsanordnung.

Als Abschaltkriterium ergibt sich eine Spannungsüberhöhung infolge Serienresonanz an Spule (14), Kondensator (16) und die intakten Heizfäden (101, 102), oder durch erzwungene Serienresonanz von Spule (14), Kondensator (16) und die Überbrückung der Heizfäden (101, 102) durch ein Schaltelement, z. B. ohmscher Widerstand, Dioden (auch in Antiparallelschaltung) oder Kondensator (17) und (18).

Der Widerstand (28) schützt die Thyristorersatzschaltung (29, 30) vor zu hohem Strom bei Entladung des Kondensators (9).

Andererseits müssen die Quellwiderstände sowohl von Widerstand (8) als auch der Ladungspumpe (24, 25, 26) in Verbindung mit Kondensator (9) so hochohmig sein, daß während des Abschaltvorganges keine Überlastung dieser Bauelemente eintritt und außerdem die Spannung U2 durch die Spannungsteilung Quellwiderstände-Widerstand (28) so tief absinkt, daß die Unterschreitung der durch die Daten der IC′s vorgegebenen Unterspannungs-Abschaltschwelle eintritt.

Nach erfolgter Abschaltung erhöht sich die gleichgerichtete Spannung an Kondensator (3) nahezu auf den Scheitelwert der Netzeingangsspannung.

Der Widerstand (8) übernimmt jetzt den Haltestrom für die Thyristorersatzschaltung.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der Verschaltung von zwei Leuchtstofflampen in Parallelschaltung . .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der Verschaltung von zwei Leuchtstofflampen in Tandemschaltung.

Bezugszeichenliste

1 EMI-Filter
2 Netzgleichrichter
3 Stützkondensator
4 Speicherspule
5 Diode
6 Boost-Converter-Schalttransistor
7 Ladekondensator für Zwischenkreisspannung U1
8 Strombegrenzungs-Widerstand
9 Ladekondensator für Hilfsspeisespannung U2
10 Boost-Converter-(Power-Faktor-Controller)-IC
11 Steuergenerator-IC
12, 13 Schalttransistor für Leistungsendstufe
14 Lampenkreisspule
15 Hilfswicklung
16 Lampenparallelkondensator
17, 18 Überbrückungskondensator
19, 20 Halbbrückenkondensator
21 Start-Widerstand
22,23 Frequenzbestimmender Widerstand/-Kondensator
24, 25 Diode
26, 27 Snubber-Widerstand/-Kondensator
28 Begrenzungs-Widerstand
29, 30 Thyristor-Ersatzschaltung
31 Diode
32, 34, 36 Widerstand
33 Kondensator
35 Z-Diode
100 Leuchtstofflampe
101, 102 Heizfäden der Leuchtstofflampe

Claims (3)

1. Netzgespeiste Schaltungsanordnung für Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen mit fremdgesteuerter Leistungsendstufe in Totem-Pole-Anordnung und Halbbrücken-Schaltung sowie integrierter Generator-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Hilfsspeisespannungs-Versorgung (U2) für die integrierte Generatorschaltung (11) und weitere integrierte Schaltungen nur für den Schaltungsanlauf über einen Widerstand (8) aus der gleichgerichteten Netzspannung und nach dem Hochlauf überwiegend über eine Ladungspumpe (24, 25, 26, 9) erfolgt, wobei in beiden Zuständen die im Generatorbaustein (11) integrierte Z-Diode die Stabilisierung der Hilfsspeisespannung übernimmt,
• b) beim Vorhandensein des Abschaltkriteriums der Abschaltvorrichtung die Hilfsspeisespannung U2 für die integrierten Schaltungen über die Schaltelemente (28, 29, 30) überbrückt wird, wodurch die Schaltungsanordnung zerstörungsfrei außer Betrieb genommen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erfassung des Abschaltkriteriums vorgesehene Hilfswicklung (15) in Verbindung mit den Schaltelementen (31, 32, 33) auch die für die einwandfreie Zündung notwendige Bedämpfung der Spule (14) vornimmt.

3. Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 2 zum Betrieb mehrerer Leuchtstofflampen in Parallelschaltung oder in Tandemschaltung.