DE2948287C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Bei einer solchen, aus der US-PS 41 27 795 bekannten
Schaltungsanordnung wird von der am Wechselrichter-Ausgang abgenommenen Wechselspannung mit
Hilfe der an der Induktivität angeschlossenen Gleichrich
terschaltung der Reihenkondensator aufgeladen, aus dem
dann während der Zeitdauer, während der die durch Netz
gleichrichtung gewonnene pulsierende Gleichspannung nied
rig ist, der Wechselrichter gespeist wird. Mit dieser be
kannten Schaltungsanordnung sollen Leuchtstofflampen ge
speist werden. Infolge der Aufladung des Reihenkondensa
tors wäre eine solche Schaltungsanordnung wohl auch zum
Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen mit den bekann
ten kurzen Entionisierungszeiten geeignet.
Aus der US-PS 40 42 856 ist ein Schaltregler für den Be
trieb von Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt, der an
einem Netzgleichrichter angeschlossen ist und dem ein
Wechselrichter nachgeschaltet ist, mit dessen Ausgangs
wechselspannung die Gasentladungslampe betrieben wird.
Auch bei dieser Schaltungsanordnung sind Maßnahmen vorge
sehen, damit während der Zeiten, in denen die Wechsel
spannung und die daraus erzeugte pulsierende Gleichspan
nung sehr klein ist, der Wechselrichter und daher auch
die Gasentladungslampe mit Strom versorgt werden, so daß
diese trotz ihrer kurzen Entionisierungszeit nicht er
lischt.
Aus der US-PS 40 60 751 ist eine Schaltungsanordnung zum
Betrieb einer Gasentladungslampe bekannt, die einen Netz
gleichrichter, einen Filterkondensator und einen Wechsel
richter aufweist, der einen Lastkreis speist, in dem die
Gasentladungslampe parallel zu einem Kondensator angeord
net ist, der seinerseits mit Induktivitäten in Reihe ge
schaltet ist. Zum Starten der Gasentladungslampe wird der
Lastkreis in der Nähe seiner Resonanzfrequenz betrieben,
wodurch eine hohe Startspannung erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so
weiterzubilden, daß sie zum Betrieb und insbesondere zum
Starten von Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist.
Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese
Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan
spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich
durch eine verbesserte Startfähigkeit für die Hochdruck-Gasentladungslampe
aus, wobei die Lampenstartschaltung wieder außer Be
trieb gesetzt wird, sobald die Hochdruck-Gasentladungslampe gezündet ist.
Die Lampenstartschaltung bewirkt ein
kurzzeitiges Erhöhen der Speisespannung für die
Hochdruck-Gasentladungslampe, um diese sicher zu zünden.
Sobald die Gasentladungslampe gezündet ist, wird
die Lampenstartschaltung wieder außer Betrieb gesetzt.
Dieses wird mit Hilfe der Sperrschaltung erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2
angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh
rungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsan
ordnung und
Fig. 2 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1.
Gemäß dem Blockschaltbild Fig. 1 ist eine Wechselspan
nungsquelle 3 über ein Störschutzfilter 5 mit einem Netz
gleichrichter 7 verbunden. Der Netzgleichrichter 7 ist
mit einem Hochfrequenz-Wechselrichter 9 verbunden, der
seinerseits mit einem Lastkreis 11 verbunden ist. Der
Lastkreis 11 ist mit einer
Wechselrichter-Treiberschaltung 13 gekoppelt, um lastab
hängige Treiberspannungen für den Wechselrichter 9
zu erhalten.
Eine Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 sorgt für
relativ konstante Gleichspannung an einer Ladungsspeicher-Schaltung
17, die den Netzgleichrichter 7 überbrückt.
Eine Startschaltung 19 für den Wechselrichter 9 ist mit
diesem, mit dem Netzgleichrichter 7 sowie der
Ladungsspeicher-Schaltung 17 verbunden. Ferner ist eine
Lampenstartschaltung 21 mit der
Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15, mit der
Ladungsspeicher-Schaltung 17 sowie mit einem Bezugspegel
bzw. Erde verbunden. Darüber hinaus ist eine Sperrschal
tung 23 für die Lampenstartschaltung 21 mit dem Lastkreis
11 verbunden, um die Lampenstartschaltung 21
nach dem Start der Hochdruck-Gasentladungslampe außer
Betrieb zu setzen.
Fig. 2 zeigt den Stromlaufplan einer speziellen Ausfüh
rungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, wobei die
Bezugszeichen der Fig. 1 auch in Fig. 2 angegeben sind.
Das Störschutzfilter 5 weist hier einen Überlastungs
schalter 25 auf, der mit einem Anschluß einer Wechsel
spannungsquelle 3 und einem Anschluß einer ersten Drossel
27 verbunden ist. Der andere Anschluß der Wechselspan
nungsquelle 3 ist mit einem Anschluß einer zweiten Dros
sel 29 verbunden. Beide Drosseln 25 und 27 sind vorzugs
weise am gleichen Kern befestigt, um die gegenseitige In
duktivität zwischen diesen Drosseln zu maximieren, und
die jeweils anderen Anschlüsse sind mit einem Kondensator
31 verbunden.
Der Netzgleichrichter 7 ist als Graetz-Schaltung aufge
baut. Er weist zwei Dioden 33 und 35 auf, die mit einem
Anschluß des Störfilters 5 verbunden sind, und zwei Dio
den 37 und 39, die mit dem anderen Anschluß des Stör
schutzfilters verbunden sind. Ein Filterkondensator 41
und eine Zener-Diode 43 liegen jeweils parallel zur Rei
henschaltung der Dioden 33 und 35 und der Reihenschaltung
der Dioden 37 und 39.
An den Netzgleichrichter ist der Wechselrichter 9 ange
schlossen. Der Wechselrichter 9 weist zwei in Reihe ge
schaltete Transistoren 45 und 47 auf, die den Netzgleich
richter 7 überbrücken. Der Verbindungspunkt 49 der Rei
henschaltung der Transistoren 45 und 47 ist mit einem
Reihenresonanzkreis verbunden, der einen in Reihe ge
schalteten Kondensator 51, eine Primärwicklung 53 eines
zweiten Transformators 55 und eine Sekundärwicklung 57
eines dritten Transformators 59 der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 enthält.
An den Wechselrichter 9 ist die Treiberschaltung 13 ange
schlossen. Basis und Emitter der beiden in Reihe liegenden Transistoren 45
und 47 ist mit Sekundärwicklungen 61 bzw. 63 eines ersten
Transformators 65 verbunden, wobei Dämpfungswiderstände
67 bzw. 69 die Sekundärwicklungen 61 und 63 jeweils über
brücken. Die Treiberschaltung 13 weist eine Primär
wicklung 71 des ersten Transformators 65 auf, so daß die
Sekundärwicklungen 61 und 63 und die Transistoren 45 und
47 erregt werden. Die Erregung des Wechselrichters 9
hängt also vom Stromfluß durch die Treiberschaltung 13
ab, die ihrerseits mit dem Lastkreis 11 verbunden und vom
Stromfluß in dieser abhängig ist.
Der Lastkreis 11 enthält eine Sekundärwicklung 73 des
zweiten Transformators 55 in Reihe mit der Primärwicklung
75 des dritten Transformators 59 der
Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15, einen Kondensa
tor 77 und eine hier nicht dargestellte
Hochdruck-Gasentladungslampe. Darüber hinaus ist auch die
Sekundärwicklung 73 mit der Primärwicklung 71 der Trei
berschaltung 13 in Reihe geschaltet.
Wie oben erwähnt, weist die
Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 in Form eines
Spannungsverdopplers die Sekundärwicklung 57 des dritten
Transformators 59 auf. Diese Sekundärwicklung 57 ist über
einen Kondensator 79 mit dem Verbindungspunkt von zwei in
Reihe geschalteten Dioden 81 und 83 verbunden, so daß
eine Spannungsverdopplerschaltung entsteht. Eine der in
Reihe geschalteten Dioden 83 ist mit dem Verbindungspunkt
eines Kondensators 85, der von einem Widerstand 87 überbrückt und an
eine Trenndiode 89 der Ladungsspeicher-Schaltung 17 angeschlossen
ist, verbunden.
Die Startschaltung 19 für den Wechselrichter 9 weist
einen Widerstand 91 und einen Diac 93 auf, die in Reihe
mit dem Netzgleichrichter 7 und dem Verbindungspunkt von
Kondensator 85 und Diode 89 der Ladungsspeicher-Schaltung
17 geschaltet sind. Der Verbindungspunkt von Widerstand
91 und Diac 93 ist über einen Widerstand 95 und Kondensa
tor 97 mit der Basis des Transistors 47 verbunden.
Die Lampenstartschaltung 21 weist in Form eines Relaxa
tionsoszillators einen Diac 99 auf, der mit dem Verbin
dungspunkt des Kondensators 85 und der Diode 89 der
Ladungsspeicher-Schaltung 17 und den Diac 93 der Start
schaltung 19 verbunden ist. Der Diac 99 ist über einen
ersten Widerstand 101, einen Kondensator 103 und einen
zweiten Widerstand 105 mit Erde verbunden. Der Verbin
dungspunkt von Kondensator 103 und zweitem Widerstand 105
ist mit der Basis eines ersten Transistors 107 verbunden,
dessen Emitter über einen Widerstand 109 mit Erde und
direkt mit der Basis eines zweiten Transistors 111 mit
geerdetem Emitter verbunden ist. Der Kollektor des ersten
Transistors 107 ist mit dem Kollektor des zweiten Tran
sistors 111 verbunden und über eine Diode 113 mit der
Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15. Der Verbindungs
punkt des ersten Widerstandes 101 und des Kondensators
103 ist ferner mit einem Widerstand 114 verbunden, der
mit dem Anschluß eines Widerstandes 115 verbunden ist,
der mit dem Diac 99 und einem Transistor 117 verbunden
ist, der seinerseits mit Erde verbunden ist. Der Kollek
tor eines weiteren Transistors 119 ist mit der Basis des
Transistors 117 verbunden und über einen Widerstand 121
mit dem Diac 99. Der Emitter des Transistors 119 ist mit
einem Spannungsbezugspegel verbunden, beispielsweise Er
de.
Die Sperrschaltung 23 für die Lampenstartschaltung 21
weist einen vierten Transformator 123 auf, der eine Pri
märwicklung 125 hat, die mit dem Kondensator 77 und der
nicht dargestellten Entladungslampe des Lastkreises 11
verbunden ist. Die Sekundärwicklung 127 des vierten
Transformators 123 hat eine Mittelanzapfung, die mit
einem Bezugspotential verbunden ist, und entgegengesetzte
Anschlüsse, die jeweils mit einer Diode 129 bzw. 131 ver
bunden sind. Die Dioden 129 und 131 sind gemeinsam mit
einem Widerstand 133 verbunden und über einen Filterkon
densator 135 mit dem Potentialbezugspegel. Der Widerstand
133 ist mit der Basis des Transistors 119 und über einen
Widerstand mit dem Potentialbezugspegel verbunden.
Im Betrieb wird eine Spannung von der Wechselspannungs
quelle 3 über das Störschutzfilter 5 gefiltert, das so
wohl kurze Spannungsstöße als auch Hochfrequenzstörungen
beseitigt. Das gefilterte Wechselstromsignal, das von un
erwünschten vorübergehenden Spitzen und Hochfrequenzsig
nalen frei ist, wird an die Graetz-Gleichrichterschaltung
7 angelegt. Die Gleichrichterschaltung 7 liefert eine
pulsierende Gleichspannung mit einer Frequenz von etwa
120 Hz. Darüber hinaus wird diese pulsierende Gleichspan
nung geändert, wie es noch näher erläutert wird, um eine
relativ konstante Gleichspannung zu erhalten, die an den
Wechselrichter 9 gelegt wird.
Der Wechselrichter 9 hat die Form eines Zerhackers mit
zwei gleichen Transistoren 45 und 47, die im Gegentaktbe
trieb arbeiten. Der Wechselrichter 9 hat einen
Reihenresonanz-Ausgangskreis, der den Kondensator 51 und
die Primärwicklung 53 des zweiten Transformators 55 ent
hält. Dieser Reihenresonanzkreis hat eine Resonanzfre
quenz von etwa 20 kHz, die gut über dem Hörbereich liegt.
Dieser Reihenresonanz-Ausgangskreis bildet einen Weg
niedriger Impedanz für den durchfließenden Strom und je
der Anstieg im Stromfluß wird von einem erhöhten Strom
fluß in den Sekundärwicklungen 73 des zweiten Transforma
tors 55 sowie von höherem Stromfluß in der Primärwicklung
71 des ersten Transformators 65, der Primärwicklung 75
des dritten Transformators 59 und der Primarwicklung 125
des vierten Transformators 123 begleitet.
Es ist wichtig, daß erhöhter Stromfluß in der Sekundär
wicklung 73 des zweiten Transformators 55, oder dem Last
kreis 11, von höherem Stromfluß in der Primärwicklung 71
des Transformators 65 oder der Treiberschaltung 13 be
gleitet wird. Der Wechselrichter 9 leitet also die Trei
berspannung nicht nur von dem Reihenresonanzkreis mit
Kondensator 51 und Primärwicklung 53 ab, sondern auch
entsprechend der Größe des Stromes, der in dem Lastkreis
11 fließt.
Ein erhöhter Stromfluß im Resonanzkreis mit der Primär
wicklung 53 des zweiten Transformators 55 wird auch be
gleitet von einem höheren Stromfluß in den induktiven
Primär- bzw. Sekundärwicklungen 75 und 57 des dritten
Transformators 59. Dieser höhere Stromfluß wird durch die
Spannungsverdopplerschaltung mit den Dioden 81 und 83
gleichgerichtet und an den Ladungsspeicherkondensator 85
gegeben. Der Ladungsspeicherkondensator 85 speichert die
se empfangene Energie so lange, wie die pulsierende
Gleichspannung des Netzgleichrichters 7 über einem gege
benen Bezugspegel bleibt. Wenn die pulsierende Gleich
spannung jedoch unter den gegebenen Bezugspegel fällt,
liefert der Kondensator Energie über die Trenndiode 89.
Es liegt also eine relativ konstante Gleichspannung an
dem Wechselrichter 9.
Weiter wurde festgestellt, daß die Schaltmöglichkeit der
Transistoren eines Wechselrichters verbessert wird, wenn
diese direkt von einem Transformator getrieben werden
statt durch eine komplexe Basis-Vorspannungsanordnung. Es
wurde jedoch auch festgestellt, daß der Wechselrichter 9
nicht von selbst startet. Es ist ferner klar, daß eine
Minimierung der Bauelementeanzahl der Startschaltung die
Kosten reduziert, die Montage erleichtert und die Zuver
lässigkeit der Schaltung erhöht.
Hinsichtlich des Betriebs der Startschaltung 19 für den
Wechselrichter 9 ist zu beachten, daß anfänglich keine
Energiekopplung zum Ladungsspeicherkondensator 85
vorhanden ist, bevor der Wechselrichter 9 arbeitet. Die
Energie von der Wechselspannungsquelle 3 sorgt jedoch für
die Entwicklung eines relativ hohen Potentials am Konden
sator 41, das seinerseits die Entwicklung eines relativ
hohen Potentials am Kondensator 97 der Startschaltung 19
über die Widerstände 91 und 95 sowie die Sekundärwicklung
63 des ersten Transformators 65 bewirkt. Dabei ist der
Wechselrichter 9 noch nicht in Betrieb.
Wenn die am Kondensator 97 erscheinende Ladung die Durch
bruchspannung des Diac 93 übersteigt, entlädt sich der
Kondensator 97 über den Diac 93, den Kondensator 85 und
die Sekundärwicklung 63 des ersten Transformators 65. Die
Sekundärwicklung 63 überträgt den Entladungsstrom an die
Emitter-Basis-Sperrschicht des Transistors 47 des Wech
selrichters 9, so daß der Transistor in den leitenden Zu
stand geschaltet und der Wechselrichter 9 gestartet wird.
Nach dem Starten lädt der Wechselrichter 9 den Speicher
kondensator 85. Diese Ladung im Speicherkondensator 85
reicht aus, um die Spannung über der Trenndiode 89 daran
zu hindern, einen Wert zu erreichen, der ausreicht, einen
Durchbruch des Diac 99 zu bewirken. Dadurch wird die
Startschaltung 19 außer Betrieb gesetzt, wenn sie den
Wechselrichter 9 gestartet hat.
Hochdruck-Gasentladungslampen benötigen eine Startspan
nung, die größer ist als die Spannung, die zum Aufrecht
erhalten des Lampenbetriebes benötigt wird. Es ist des
halb notwendig, eine Lampenstartspannung zu erzeugen, die
Werte von etwa 2,5 kV erreichen kann, wenn Hochdruck-Gas
entladungslampen verwendet werden.
Zu diesem Zweck sorgt ein Anstieg der Spannung über dem
Speicherkondensator 85 für einen Durchbruch des Diac 99,
woraufhin eine Impulsspannung am Kondensator 103 an die
Basis des Transistors 107 gelegt wird, so daß dieser lei
tend wird. Der Transistor 107 sorgt seinerseits für das
Leitendschalten des Transistors 111 und der Diode 113,
woraufhin die Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15
praktisch kurzgeschlossen wird und der Wechselrichter 9
stärker arbeitet. Dadurch steigt der Stromfluß im Last
kreis 11 und der Sekundärwicklung 73 des zweiten Trans
formators 55, der Primärwicklung 75 des dritten Transfor
mators 59 und dem Kondensator 77, die einen Reihenreso
nanzkreis bilden. Dadurch wird am Kondensator 77 eine La
dung ausreichender Höhe gebildet, um die Gasentladungs
lampe im Lastkreis 11 "zu zünden".
Weiter bewirkt ein Zünden der Gasentladungslampe einen
höheren Stromfluß durch die Primärwicklung 125 des vier
ten Transformators 123 . Dieser höhere Stromfluß wird über
die Sekundärwicklung 127 an die Dioden 129 und 131 gege
ben, um eine gleichgerichtete Spannung zu erhalten, die
gefiltert wird und an den Transistor 119 gelegt wird und
diesen leitend macht. Der Transistor 117 seinerseits wird
nichtleitend, so daß die Lampenstartschaltung 21 außer
Betrieb gesetzt wird. Die Lampenstartschaltung 21 bewirkt
also ein "Zünden" der Gasentladungslampe und wird dann
wirkungsmäßig von der Schaltung abgetrennt, sobald die
Gasentladungslampe ihren leitenden Zustand erreicht.
Claims (2)
1. Schaltungsanordnung zum Starten und zum Betrieb einer
Hochdruck-Gasentladungslampe, mit einem Netzgleichrichter
(7), einem Filterkondensator (41), einem an den Filter
kondensator (41) angeschlossenen Wechselrichter (9), der
zwei in Reihe geschaltete Transistoren (45, 47) aufweist,
die von Sekundärwicklungen (61, 63) eines ersten Trans
formators (65), dessen Primärwicklung (71) im Lastkreis
des Wechselrichters (9) liegt, gesteuert werden und an
deren Verbindungspunkt ein Resonanzkreis aus einem Kon
densator (51), der Primärwicklung (53 ) eines zweiten
Transformators (55), dessen Sekundärwicklung (73) die
Spannung für den Lastkreis liefert, und einer Induktivi
tät (57) angeschlossen ist, und mit einer an die Indukti
vität (57) angeschlossenen Gleichrichterschaltung (79,
81, 83), die einen Reihenkondensator (85) auflädt, der
über eine Diode (89) dem Filterkondensator (41) parallel
geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Indukti
vität (57) als Sekundärwicklung eines dritten Transforma
tors (59) dient, dessen Primärwicklung (75) in Reihe mit
der Sekundärwicklung (73) des zweiten Transformators
(55), der Primärwicklung (71) des ersten Transformators
(65) und einem Kondensator (77), dem die
Hochdruck-Gasentladungslampe parallel geschaltet ist, den
Lastkreis des Wechselrichters bildet, daß eine Lampen
startschaltung (21) vorgesehen ist, die einen parallel
zur Sekundärwicklung (57) des dritten Transformators (59)
liegenden Transistor (111) aufweist, der beim Durchbruch
eines Diac (99), der in Reihe mit Widerständen parallel
zum Reihenkondensator (85) angeordnet ist, leitend ge
steuert wird und diese Sekundärwicklung (57) kurz
schließt, und daß eine Sperrschaltung (23) die Lampen
startschaltung (21) bei gezündeter
Hochdruck-Gasentladungslampe außer Betrieb setzt, indem
ein vierter Transformator (123), dessen Primärwicklung
(125) mit der Hochdruck-Gasentladungslampe in Reihe
liegt, an seiner Sekundärwicklung (127) eine Spannung
liefert, die gleichgerichtet wird und einen Transistor
(117) steuert, der den Diac (99) so vorspannt, daß dessen
Durchbruchspannung unterschritten ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Startschaltung (19) für den Wechselrichter
(9), die eine der Diode (89) parallelgeschaltete Reihen
schaltung aus einem Widerstand (91) und einem weiteren
Diac (93) aufweist, deren Verbindungspunkt über eine Rei
henschaltung aus einem Widerstand (95) und einem Konden
sator (97) mit der Basis des einen Transistors (47) des
Wechselrichters (9) verbunden ist.
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