DE2307416A1 - Entladungslampen-ballastschaltung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 89 Augsburg-Göggingen 22, d.n 14.2.1975

dr. ing. E. LIEBAU

DlPl IM« Π I IFRAI I Unser Zeichen T 9034 DIFI..IN6. Ü.LIC.DMU (Bei Rückantwort bitte angeben) Ihr Zeichen

Thorn Electrical Industries Limited Thorn House, Upper Saint Martin's Lane

9ED
London, WC2H / England

Entladungslampen-Ballastschaltung

Die Erfindung betrifft Ballastschaltungen für Entladungslampen und insbesondere Ballastschaltungen zur Verwendung mit Quecksilberhalogenid-Entladungslampen.

Es gibt viele Arten von Ballastschaltungen für Entladungslampen von unterschiedlichen Wirkungsgraden und unterschiedlicher Kompliziertheit. Die Schaffung von Quecksilberhalogenidlampen hat sich wegen der sehr hohen "Vorzünd"-Spannungen, die zum Zünden derselben erforderlich sind, jedoch als besonders schwierig erwiesen. Noch grosser sind die Schwierigkeiten, wenn die Lampe mit Gleichstrom betrieben werden soll.

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In der deutschen Patentanmeldung P 22 35 595.9 ist eine Ballastschaltung offenbart, die einen Gleichstromausgang aus einer Wechselstromquelle ergibt und eine maximale Leerlauf-Vorzündspannung vom /2~-fachen der effektiven Speisespannung erzeugt. Dies ist zur Zündung einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe ausreichend, jedoch nicht ausreichend zum Zünden einer Quecksilberhalogenid-Entladungslampe. Ein ähnliches Problem entsteht bei einer einfacheren Ballastschaltung mit einer Reiheninduktivität, auf welche ein Brückengleichrichter folgt.

Bei anderen Versuchen zur Schaffung arbeitsfähiger Schaltungen sind Transformatoren erforderlich, die sperrig und teuer sind, oder mechanische Kontakte, die unzuverlässig sind.

Eine erfindungsgemässe Ballastschaltung für eine Entladungslampe besitzt Eingangsklemmen zum Anschluß an eine Wechselstromquelle, Ausgangsklemmen zur Lieferung von Gleichstrom an eine Entladungslampe, einen Brückengleichrichter, der einen ersten Weg zwischen den Eingangsklemmen und den Ausgangsklemmen bildet, und eine elektronische Schaltung zur Spannungserhöhung, die einen zweiten Weg zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen bildet,»welche Spannungserhöhende Schaltung eine ausreichend hohe Kapazität enthält, um beim Anlaufen einer Entladungslampe wirksam zusein, und einen ausreichend hohen Scheinwiderstand besitzt, um während des normalen Betriebs der Lampe im wesentlichen unwirksam zu sein.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Grundform einer erfindungsgemässen Ballast-

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Schaltung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche Lampenwellenforraen zeigt, die mit der Ballastschaltung nach Fig. 1 erhalten werden;

Fig. 3, U und 6 Abänderungsformen der Schaltungsgrundform nach Fig. 1;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Lampenwellenformen zeigt, die mit der Ballastschaltung nach Fig. 4 erhalten werden;

Fig. 7 und 8 bevorzugte erfindungsgemässe Ballastschaltungen und

Fig. 9 und 10 weitere Abänderungsformen der in Fig. 1 sich darstellenden Schaltung.

Fig. 1 zeigt eine Ballastschaltung, mit der eine ausreichende Vorzundspannung erhalten werden kann, so daß sie mit Quecksilberhalogenid-Entladungslampen verwendet werden kann. Die Ballastschaltung besitzt zwei Eingangsklemmen 60, mit der einen von welchen eine Induktivität 62 verbunden ist. Ein Brückengleichrichter 64 mit den Dioden 66, 68, 70 und 72 ist mit der Induktivität 62 und mit der anderen Eingangsklemme verbunden und liefert einen Ausgang an eine Lampe 74.

Die Ballastschaltung weist ferner einen Spannungsverdoppler 80 auf, der an sich von herkömmlicher Art ist und bei Belieferung mit einer Spannung Vsin<£>t eine Ausgangsgleichspannung von 2V liefert. Die Spannungsverdopplerschaltung besteht aus einem Kondensator 8 2 und eine Diode 84 in Rei-

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-H-

henschaltung zu ihren Eingängen sowie aus einer Diode 86 und einem Kondensator 88 in Parallelschaltung zur Diode 8H. Der Ausgang wird am Kondensator 8 8 entnommen und dem entsprechenden Ende der Lampe 74 zugeführt, welches im vorliegenden Fall das mit den Dioden 68 und verbundene Ende ist.

Die maximale Leerlauf-Vorzündspannung über die Lampe beträgt daher 3V, wie sich aus Fig. 2 ergibt. Bevor die Lampe zündet, beträgt die Spannung über den Kondensator 88 und damit an dem einen Ende der Lampe 2V, während die Spannung am anderen Ende der Lampe diejenige über die Diode 70 ist und sich zwischen Null und -V Volt verändert, Die resultierende Spannung über die Lampe verändert sich von 2V auf einen Spitzenwert von 3V. Wenn einmal die Lampe gezündet hat, hat die Spannungsverdopplerschaltung 80 keine wesentliche Wirkung mehr, vorausgesetzt, daß die Werte der Kondensatoren 82 und 88 derart sind, daß ihre Blindwiderstände groß im Vergleich zum Blindwiderstand der Induktivität 62 ist. Für eine Quecksilberjodidlampe von HOO Watt liegen geeignete Werte für die Kondensatoren 82 und 88 in der Grössenordnung von 0,5 Mikrofarad. Die Kondensatoren 82 und 88 müssen ausreichend groß sein, damit sie den erforderlichen Strom beim Anlaufen liefern können, jedoch ausreichend klein, so daß sie keine reale Wirkung auf den Betrieb der Schaltung haben, wenn die Lampe in normaler Weise betrieben wird. Mit anderen Worten, sie müssen im normalen Betrieb einen hohen Scheinwiderstand für den Lampenstrom haben. Die Droseel 62 ist von herkömmlicher Art.

Daher bewirkt beim Anlaufen der Lampe, wenn diese einen hohen Scheinwiderstand aufweist, die Spannungsverdoppler-

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Schaltung 80 eine Erhöhung der durch den Brückengleichrichter 61 gelieferten Spannung. Während des normalen Betriebs wird die Lampe nur über den Brückengleichrichter 64 beliefert und spielt dieSpannungsverdopplerschaltung 80 keine wirksame Rolle in der Arbeitsweise der Ballastschaltung. Hieraus ergibt sich, daß im normalen Betrieb der Lampenstrom nicht über die Spannungsverdopplerschaltung geleitet wird.

Beim Anlaufen hat die Spannungsverdopplerschaltung zwei Funktionen, eine erste, um eine ausreichende Spannung für die Lampe zur Ionisierung des Anlaufgases zu liefern, zweitens, ausreichende Energie durch das Gas und die Lampenelektroden zu leiten, um einen Leitungszustand bei der Entladung herbeizuführen, der durch die niedrigere Speisespannung aufrechterhalten werden kann. Diese zweite Anlaufphase ist die Folge der Kondensatorentladung.

An der Schaltung nach Fig. 1 kann eine Anzahl einfacher Abänderungen vorgenommen werden, ohne ihre Arbeitsweise zu beeinträchtigen. Statt der Entnahme des Eingangs für die Spannungsverdopplerschaltung 80 an den Klemmen 60, kann die nachfolgend der Reiheninduktivität 62 entnommen werden. Ferner können die Eingänge der Schaltung 80 umgekehrt werden. Diese beiden Abänderungen sind in Fig. 3 gezeigt, in welcher die Spannungsverdopplerschaltung 80 mit der Ballastschaltung nach Fig. 5 der vorerwähnten Patentanmeldung verbunden ist, auf welche wegen einer näheren Beschreibung des Brückengleichrichters verwiesen wird. Im wesentlichen wird der Brückengleichrichter durch zwei BrückenSchaltungen gebildet, die bestimmte Schaltungselemente gemeinsam haben. Die erste Brückenschaltung besteht aus der Induktivität und den Dioden 54, 58, 46 und 48, während die zweite Brückenschaltung aus dem Konden-

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sator 49 und den Dioden 52, 56, H6 und 48 besteht. Die Ausgänge der Brückenschaltungen addieren sich, auf welche Weise ein hoher Leistungsfaktor erhalten werden kann. Die Spannungsverdopplerschaltung 80 als solche ist derjenigen der in Fig. 1 dargestellten identisch; bei einer solchen Schaltungsanordnung ist es ferner möglich, den einen Eingang für die Spannungsverdopplerschaltung nachfolgend dem Kondensator 49 statt nachfolgend der Induktivität 50 zu entnehmen.

Die Polarität der Dioden 8 4 und 8 6 kann umgekehrt werden. In diesem Falle ist der Ausgang aus der Spannungsvsrdopplerschaltung 80 in Fig. 1 mit der anderen Klemme der Lampe 74 verbunden. Alle diese Abänderungen ergeben eine Leerlauf-Vorzündspannung von der in Fig. 2 gezeigten Form.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß die Dioden 84 und 8 6 zur Diode 72 effektiv parallelgeschaltet sind. Die Diode 72 kann daher entfernt werden, ohne daß die Arbeitsweise der Schaltung beeinträchtigt wird, wie in Fig. 4 gezeigt. Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist ferner der Kondensator 88 weggelassen. Die Leerlauf spannung V_{gl+ ß6} über die beiden Dioden 84 und 86 ist nun sinusförmig mit einem Mittelwert von + V Volt und einem Spitzenwert von + 2V Volt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Spannung V₇₀ über die Diode 70 ist wie vor und die Leerlauf-Vorzündspannung V₇₁₊ über die Lampe ist daher wie in Fig. 5 gezeigt mit einem Spitzenwert von 2V und einem Mindestwert von V Volt. Diese Spitzenspannung reicht immer noch aus, eine Quecksilberjodid-Entladungslampe bei einer effeVtiven Speisespannung von 200 bis 250 Volt zu zünden.

Wenn die Schaltung nach Fig. 4 weiterentwickelt wird, ergibt sich, daß die Diode 86 keine nützliche Schaltungs-

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funktion erfüllt, da sie sich effektiv in Reihenschaltung mit der Diode 70 befindet und durch eine direkte Verbindung ersetzt werden kann. Hierdurch wird die in Fig. gezeigte Schaltung erhalten, bei welcher die maximale Leerlauf-Vorzündspannung über die Lampe ebenfalls das Doppelte der effektiven Speisespannung beträgt.

Die Schaltung nach Fig. 6 kann aus der Hinzufügung eines Widerstandes in Reihenschaltung mit dem Kondensator 82 Nutzen ziehen, um das Erlöschen der Lampe beim Anlaufen zu verhindern. Ein solcher Widerstand ist bei der Anordnung nach Fig. 7 vorgesehen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei welcher der Kondensator 82 über einen Widerstand 90 mit der anderen der Eingangsklemmen verbunden ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 7 beträgt, wenn als Lampe die gleiche vorerwähnte Quecksilberjodidlampe von 100 Watt angenommen wird, für den Kondensator 82 ein geeigneter Wert 2 Mikrofarad und für den Widerstand 90 ein geeigneter Wert 1 Koloohm. Der Widerstand 90 verringert den Strom durch den Kondensator 82, wenn sich die Spannung über die Diode 70 umkehrt, wodurch verhindert wird, daß der Kondensator 8 2 so viel Strom entnimmt, daß die Lampe erlöschen würde.

Die Schaltung nach Fig. 8 beruht auf der Schaltung nach Fig. 7 und verwendet die gleichen Komponentenwerte, kann jedoch eine Leerlauf spannung über die Lampe von Vsinujt + 2V, was zu einem Spitzenwert der Vorzünd-Lampenspannung von 3V führt. Für diesen Zweck besitzt die Schaltung zwei Kondensatoren 82' und 82", welche in Reihenschaltung mit den Widerständen 90' und 92' mit den beiden Enden der Lampe 74 verbunden sind,

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Fig. 8 beruht in der Tat auf der Schaltung nach Fig. 1, wobei ein weiterer Spannungsverdoppler von entgegengesetzter Polarität zwischen die andere Speiseeingangsklemme 60 und das andere Ende der Lampe 74 geschaltet ist. Eine Schaltungsanordnung mit zwei Spannungsverdopplern von der in Fig. 1 bei 80 gezeigten Art ergibt eine Spannung über die Lampe 74 von 4 V + Vsinu>t mit einem Spitzenwert von 5V.

Wenn bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Kondensator 82 mit der Lampenseite der Drossel 62 verbunden, ist, wird die Leistung der Schaltung in keiner Weise beeinträchtigt, wenn die Verbindung von den Kathoden der Dioden 68 und 72 zur Anode der Diode 86 statt zu deren Kathode gemacht wird, wie in Fig. 9 gezeigt. Bevor die Lampe zündet, werden die Kondensatoren 82 und 88 auf V bzw.

2 V aufgeladen und hat die Vorzündspannung die in Fig. gezeigte Form. Diese kann auf eine stetige Spannung von

3 V durch den Zusatz eines weiteren Kondensators 94 in Parallelschaltung zur Diode 70 erhöht werden, der über die Diode 66 auf die Spitzenspeisespannung V aufgeladen wird, wie in Fig. 10 gezeigt. Bei der Schaltung nach Fig. 10 befinden sich ferner Widerstände 96 und 9 8 in Reihenschaltung mit Kondensatoren 88 und 94, um ein Erlöschen der Lampe beim Anlaufen zu verhindern.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß mit Hilfe der dargestellten Spannungen Quecksilberhalogenid-Entladungslampen in Gleichstromschaltungen mit einer hohen Anlaufspannung betrieben werden können.

Hierbei ist zu erwähnen, daftviele Merkmale der vorangehend und in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und Abände-

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rungen in verschiedenen Kombinationen und Anordnungen mit ähnlicher Wirkung verwendet werden können.

Patentan sprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   l.jEntladungslampen-Ballastschaltung mit einem Brückengleichrichter, der einen Weg zwischen den Eingangsklemmen und den Ausgangsklemmen der Ballastschaltung bildet, gekennzeichnet durch eine elektronische spannungserhöhende Schaltung (80), die einen zweiten Weg zwischen den Eingangsklemmen (60) und den Ausgangsklemmen (74) bildet, welche spannungserhöhende Schaltung eine ausreichend hohe Kapazität enthält, um beim Anlaufen einer Entladungslampe (74) wirksam zu sein, und einen ausreichend hohen Scheinwiderstand besitzt, damit sie während des normalen Betriebs der Campe im wesentlichen unwirksam ist.

   2. Ballastschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungserhöhende Schaltung (80) eine SpannungsverdopplerSchaltung ist.

   3. BallastSchaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungserhöhende Schaltung einen Kondensator (82) aufweist.

   Ballastschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Widerstand (90) in Reihenschaltung mit dem Konden-

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   sator (82).

   5. Ballastschaltung nach den Ansprüchen 1-4, gekennzeichnet durch zwei spannungserhöhende Schaltungen (82¹, 90'; 82", 90") (Fig. 8.).

   6. Ballastschaltung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Weg gemeinsame Elemente (8 6) haben.

   7. Ballastschaltung nach den Ansprüchen 1-6, gekennzeichnet durch eine Drossel (62) zwischen einer der Eingangsklemmen (60) und dem Brückengleichrichter (6U)

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