DE19924693A1 - Elektronisches Vorschaltgerät für Kaltkathodenlampen mit Resonanzkreis zur Hochspannungserzeugung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für Kaltkathodenlampen, bei dem die Notwendigkeit, zum stabilen Betrieb der Kaltkathodenlampe über einen Hochspannungstrafo eine Hochspannung zu erzeugen, dadurch entfällt, daß zur Erzeugung der Brennspannung der Kaltkathodenlampe ein Serienresonanzkreis benutzt wird, der durch eine Oszillatorschaltung (2) angeregt wird, wobei die Kaltkathodenlampe (3) entweder parallel zur Serieninduktivität (4) oder parallel zur Serienkapazität (5) geschaltet ist.

Description

Als Vorschaltgeräte für Kaltkathodenlampen sind selbstschwingende Gegentakttransverter bekannt, die aus einer Kleinspannung (< ca. 60 V DC) mittels eines Hochspannungstrafos die benötigte Hochspannung erzeugen.

Zur Strombegrenzung bzw. Einstellung des Lampenstromes (z. B. 5-10 mA) wird ein Vorschalt­ kondensator verwendet, der je nach Lampenlänge und Lampenstrom in der Größenordnung von 10 pF . . . 100 pF liegt.

Selbstverständlich können bei höheren Betriebsspannungen (gleichgerichtete Netzspannung) auch selbstschwingende serielle Gegentaktoszillatoren (Halbbrückenschaltungen) zur Hochspannungs­ erzeugung benutzt werden, was aber in jedem Fall den Einsatz eines Hochspannungstransformators mit seinen bekannten Nachteilen erfordert.

Da für einen stabilen Betrieb der Kaltkathodenlampe am Vorschaltkondensator ein relativ hoher Spannungsabfall erforderlich ist, muß der Hochspannungstrafo eine Hochspannung erzeugen, die viel größer als die Brennspannung der Lampe ist.

Um die Nachteile, die mit der Erzeugung hoher Spannungen verbunden sind, zu umgehen, wird eine Schaltung vorgeschlagen, in der beim Betrieb der Kaltkathodenlampe keine höhere Spannung als die Brennspannung der Lampe auftritt.

Um dies zu erreichen, wird die Kaltkathodenlampe 3 wie in Fig. 1 bis 6 dargestellt paralell zu der Induktivität 4 oder der Kapazität 5 eines Serienschwingkreises geschaltet, der durch eine hoch­ frequente Spannung angeregt wird. Die Frequenz dieser Spannung kann dabei im Bereich von einigen kHz bis über 100 kHz liegen. Diese Frequenz und der Serienschwingkreis werden so aufeinander abgestimmt, daß der Serienschwingkreis im Resonanzbereich betrieben wird, um die notwendige Spannungsüberhöhung zu gewährleisten. Zur Erzeugung dieser hochfrequenten Eingangsspannung kann beispielsweise eine Halbbrückenschaltung oder eine andere Oszillator- bzw. Zerhacker­ schaltung benutzt werden, die über eine Gerätegleichrichterschaltung sowohl an Gleich- als auch an Wechselspannungsquellen anschließbar ist, und je nach Höhe der Netzspannung eine hochfrequente Rechteckspannung entsprechender Amplitude liefert.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Vorschaltgerät dargestellt, wo die Kaltkathoden­ lampe 3 parallel zur Serieninduktivität 4 geschaltet ist, was den großen Vorteil hat, daß hier kein Kondensator zur Unterdrückung von Gleichstromanteilen benötigt wird, was ja bei Kaltkathoden­ lampen zu einer drastischen Reduzierung der Lebensdauer führen würde. Die Netzspannung wird hier mit einer Gleichrichterschaltung 1 gleichgerichtet und geglättet. Anschließend wird diese Gleichspannung mit einer Halbbrücken- oder einer anderen Zerhackerschaltung 2 in eine Recht­ eckspannung umgewandelt.

Diese Rechteckspannung dient zur Anregung des Serienschwingkreises, der aus dem Serien­ kondensator 5 und der Serieninduktivität 4 besteht.

In Fig. 2 wird gezeigt, wie man mehrere Kaltkathodenlampen 4 an eine Oszillatorschaltung 2 anschließt, die natürlich über die notwendige Leistung verfügen muß. Auch bei geringen Unter­ schieden in der Brennspannung der Kaltkathodenlampen 3 erfogt noch eine relativ gleichmäßige Stromaufteilung der Lampenströme, da die Amplitudenbegrenzung der einzelnen Serienschwing­ kreise (Kondensator 5 und Induktivität 4) durch die einzelnen Lampen völlig unabhängig vonein­ ander erfolgt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Kaltkathodenlampe 3 parallel zu dem Serien­ kondensator 5 geschaltet ist. Nachteilig ist bei dieser Schaltung, daß zur Vermeidung von Gleich­ stromanteilen ein Koppelkondensator 6 benötigt wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem wie in Fig. 2 an eine Oszillatorschaltung 2 mehrere Kaltkathodenlampen angeschlossen sind, mit dem Unterschied, daß hier die Kaltkathodenlampen 3 parallel zu den Serienkondensatoren 5 geschaltet sind.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen praktische Ausführungsbeispiele zur Ansteuerung von Kaltkathoden­ lampen ohne Hochspannungstranformatoren. In Fig. 5 wird zur Ansteuerung der Halbbrücken­ transistoren Tr1 und Tr2 ein Schaltkreis benutzt. Dies ist vorteilhaft, wenn die Helligkeit der Kaltkathodenlampen verändert werden soll (Dimmerschaltung). Zu diesem Zweck braucht nur die Frequenz des Halbbrückentreibers verändert zu werden, so daß der Serienschwingkreis mehr oder weniger außerhalb der Resonanz betrieben wird. In Fig. 6 wird eine Halbbrückenschaltung verwendet, wie sie schon millionenfach in den Energiesparlampen (Niederdruckgasentladungs­ lampen) eingesetzt wird. Im Gegensatz zu den Energiesparlampen wird hier der Stromwandler, der aus den Induktivitäten L1, L2 und L3 besteht, nicht bis zur Sättigung betrieben. Es muß nur gewähr­ leistet sein, daß über L1 eine genügend große Spannung abfällt, um die Transistoren Tr1 und Tr2 sicher durchsteuern zu können, was durch die mit L1 gekoppelten Wicklungen L2 und L3 ge­ schieht. Die Windungszahlen von L1, L2 und L3 können dabei gleich groß sein. Zur Ansteuerung der Transistoren können wesentlich hochohmigere Basisvorwiderstände benutzt werden als bei Vorschaltgeräten für Energiesparlampen (einige hundert Ohm), was den Vorteil hat, daß Si­ cherheitsabschaltungen mit geringstem Leistungsaufwand möglich sind.

Damit die Transistoren möglichst ohne Zeitverzögerung vom leitenden in den gesperrten Zustand umschalten, wird parallel zu dem Basisvorwiderstand eine Diode geschaltet, die dafür sorgt, daß die Basisladung über diese Diode wesentlich schneller als über den relativ hochohmigen Basisvor­ widerstand abfließt.

Claims (8)

1. Elektronisches Vorschaltgerät für Kaltkathodenlampen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzeugung der Brennspannung der Kaltkathodenlampe ein Serienresonanzkreis benutzt wird, der durch eine Oszillatorschaltung 2 angeregt wird, wobei die Kaltkathodenlampe 3 entweder parallel zur Serieninduktivität 4 oder parallel zur Serienkapazität 5 geschaltet ist.

2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oszillator­ schaltung eine Halbbrückenschaltung ist, die aus der gleichgerichteten Netzspannung eine Rechteckspannung erzeugt, deren Frequenz im Bereich von einigen kHZ bis einigen 100 kHz liegt (Zerhackerschaltung).

3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß an die Oszillator- bzw Zerhackerschaltung 2 mehrere Serienresonanzkreise angeschaltet werden, wobei in jedem Serienkreis die Begrenzung der Schwingungsamplitude durch eine Kalt­ kathodenröhre erfogt, die entweder parallel zum Serienkondensator 5 oder parallel zur Serien­ induktivität 4 geschaltet ist, was eine relativ gleichmäßige Stromaufteilung der Lampenströme gewährleistet (Fig. 2 und Fig. 4).

4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch Ver­ ändern der Oszillatorfrequenz die Helligkeit der Kaltkathodenlampen geregelt wird (Dim­ mung), was durch einen Halbbrückentreiberschaltkreis 2 entsprechend Fig. 5 leicht realisier­ bar ist.

5. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Festlegung des maximalen Lampenstroms bei Resonanz, der bei typischen Kaltkathodenlampen im Bereich von 5 mA bis 10 mA liegen soll, durch die Größe der Serieninduktivität 4 erfolgt, die dabei keinesfalls in der magnetischen Sättigung betrieben werden darf und die z. B. bei einer typischen Oszillatorfrequenz von 30 kHz in der Größenordnung von 50 mH liegt.

6. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ansteue­ rung des Serienresonanzkreises entsprechend Fig. 6 eine Halbbrückenschaltung eingesetzt wird, wie sie in Vorschaltgeräten für Niederdruckgasentladungslampen (Energiesparlampen) verwendet wird, wobei aber die Betriebsschwingfrequenz durch die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises bestimmt wird, und der eingesetzte Stromwandler nicht in der Sättigung betrieben wird und nur dazu dient, über die Gegentaktwicklungen L2 und L3, die mit der vorzugsweisen gleichgroßen Wicklung L1 fest verkoppelt sind, einen ausreichenden Strom zur Durchsteuerung der beiden Halbbrückentransistoren Tr1 und Tr2 zur Verfügung zu stellen, was durch eine genügend große Induktivität von L1 immer zu erreichen ist, dabei können auch hochohmigere Basisvorwiderstände eingesetzt werden (einige hundert Ohm) und zum schnel­ leren Abfließen der Basisladung Dioden parallel zu diesen Basisvorwiderständen geschaltet werden.

7. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei kleinen Betriebsspannungen und demzufolge auch kleinen Amplituden der Rechteck- oder Sinus­ spannung der Oszillatorschaltung 2 entsprechend Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 der Resonanzkreis aus einem Transformator 4 und der Schwingkreiskapazität 5 besteht, so daß durch den Trans­ formator die Schwingkreisspannung zusätzlich hochtransformiert wird, wobei sich der Resonanzkreis auch entsprechend Fig. 9 auf Sekundärseite befinden kann, was aber eine relativ lose Ankopplung auf der Primärseite voraussetzt, damit der Schwingkreis nicht durch einen niedrigen Quellwiderstand der Oszillatorschaltung bedämpft wird.

8. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oszillator­ schaltung eine Gegentaktschaltung ist, bei der die Transistoren seriell z. B. als Halbbrücke oder parallel angeordnet sind, wobei in letzterem Fall die Primärwicklung des Schwingkreistrafos als Gegentaktwicklung ausgebildet ist.