DE3135311C2

DE3135311C2 -

Info

Publication number: DE3135311C2
Application number: DE3135311A
Authority: DE
Inventors: Masataka Okazaki Aichi Jp Ota
Original assignee: ELMO Co Ltd NAGOYA AICHI JP
Current assignee: ELMO Co Ltd NAGOYA AICHI JP
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1989-04-20
Also published as: JPS6057673B2; US4412156A; DE3135311A1; JPS5746499A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Metallhalogenid-Entladungslampe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Metallhalogenid-Entladungslampen stellen strenge Anforderungen an die Stromversorgung. Während sich die Lampe nach ihrer Zündung aufwärmt, ist die Spannung beträchtlich geringer als anschließend, wenn sie ihre normale Betriebstemperatur erreicht hat und der Lampenstrom ist in der Zündphase höher als während des Dauerbetriebes. Darüber hinaus darf sowohl während der Anwärmphase als auch im Betriebszustand eine maximal zugelassene Leistung nicht überschritten werden, ohne daß die Gefahr der Zerstörung oder Beschädigung der Entladungslampe in Kauf zu nehmen ist. Für einen zufriedenstellenden Betrieb der Entladungslampe muß die Versorgung somit sowohl bezüglich der Spannung als auch des Stromes optimal vorgenommen werden.

Hierbei ist es wünschenswert, eine konstante Leistung zur Verfügung zu stellen, um so eine konstante Lichtausbeute bei gleichbleibender Farbtemperatur zu gewährleisten.

Es ist bereits bekannt, zur Erfüllung der vorstehend skizzierten Forderungen eine Schaltung zu verwenden, die eine konstante Leistung für eine Wechselstrom- Metallhalogenid-Entladungslampe abgibt. Ein Beispiel einer solchen im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Schaltung ist in der US-PS 39 99 100 (=JP-OS 51-1 41 488) beschrieben. Wie dort aufgezeigt und wie im einzelnen in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung gezeigt, verwendet diese Schaltung einen Schaltregler.

Bei diesem Netzgerät liegt die Netzspannung zwischen den Eingangsklemmen A und B, wobei eine Gleichrichtung mittels einer Gleichrichterschaltung 1 erfolgt, und der erhaltene gleichgerichtete Strom wird periodisch durch den sperrenden und durchschaltenden Schalttransistor 2 gegeben. Der Hochfrequenzanteil des Stromes wird durch ein Tiefpaßfilter 6 beseitigt, welches aus einer Diode 3, einer Spule 4 und einem Kondensator 5 besteht. Die Ausgangssignale von in die Ausgangsleitung des Tiefpasses 6 geschalteten Strom- und Spannungsabtastwiderständen 7, 8 werden in einer Summierungsschaltung 9 summiert. Die Summenspannung liegt am Eingang einer Fehlerdetektorschaltung 10, welche in einem Regelkreis zur Regelung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2 enthalten ist. Die Summenspannung wird verglichen mit der Bezugsspannung eines eine Referenzspannung erzeugenden Schaltkreises 11, um ein die Spannungsdifferenz zwischen der Bezugsspannung und der Summenspannung angebendes Fehlersignal zu erhalten.

Das erhaltene Fehlersignal wird einem Spannungs-Impulsbreitenkonverter 13 zugeführt, der die Impulsbreite eines von einem Oszillator 12 gelieferten Impulssignals konstanter Frequenz verändert. Die Ausgangsspannung des Konverters 13 steuert die Durchschalt- und Sperrzeiten des Schalttransistors 2, um das Fehlersignal auf einem konstanten Wert zu halten. Damit läßt sich eine im wesentlichen konstante Leistung an den Verbraucher anlegen. Die Gleichspannung bzw. der Gleichstrom werden entsprechend der dargestellten Zeichnung einer Kommutatorschaltung 14 zugeführt. Zwei Transistoren 15 und 16 und ein weiteres Transistorenpaar 17 und 18 der Kommutatorschaltung 14 werden periodisch alternierend gesteuert unter Verwendung einer Kommutatorsteuerschaltung 19, um den geregelten Strom, bzw. die geregelte Spannung, an die Wechselstrom-Entladungslampe anzulegen.

Während der Aufwärmperiode der Entladungslampe 20 fließt ein großer Strom wegen der in diesem Zustand kleinen Impedanz der Entladungslampe 20. Strom und Spannung werden über die Widerstände 7 und 8 abgegriffen und die Leistung der Entladungslampe 20 wird geregelt, so daß ein vorgegebener Wert nicht überschritten wird. Realisiert wird dieses durch Verringerung der Impulsbreite der Konstantfrequenzimpulsfolge, die der Spannungsimpulsbreitenkonverter 13 liefert, und damit durch die Herabsetzung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2. Bei Erreichung der normalen Betriebsbedingungen ist die Impedanz der Entladungslampe 20 höher als während der Zündphase. Dennoch kann eine im wesentlichen konstante Leistung für die Entladungslampe 20 aufrechterhalten werden durch eine Vergrößerung der Impulsbreite der Konstantfrequenzsignale von dem Konverter 13 und Verlängerung der Durchschaltzeit des Schalttransistors 2.

Bei der eben beschriebenen Schaltung ist jedoch eine Anpassung der Widerstände 7 und 8 zur Abtastung der Gleichspannung und des Gleichstroms notwendig, um eine konstante Leistung für die Entladungslampe 20 vorzugeben. Die Anpassung der Widerstände muß unter normalen Betriebsbedingungen, bei denen die Entladungslampe 20 an die Versorgung angeschlossen ist, vorgenommen werden.

Hierdurch können elektrische Stöße während des Justiervorganges nicht mit Sicherheit vermieden werden, die die Gasentladungslampe gefährden.

Eine ähnliche Schaltung bei der eine zur Lampenspannung proportionale Spannung an der Induktivität des Schaltreglers abgegriffen wird, ist in der US-PS 39 69 652 offenbart.

Unter Berücksichtigung des ausgeführten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, bei der die dem Lampenstrom und der Lampenspannung entsprechenden Spannungen potentialfrei abgenommen werden können und somit die Gefahr von elektrischen Stößen in der Regelschaltung vermieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des einzigen Anspruchs angegebenen Merkmale erreicht.

Bei der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung ist der Hochspannungsschaltkreis für die Wechselstromentladungslampe galvanisch getrennt von der Niederspannungsseite, wie insbesondere auch dem Summierungsschaltkreis und der Regelschaltung, so daß elektrische Stöße, die zu Beschädigungen bisher führen konnten, mit Sicherheit vermieden werden.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen die vorliegende Erfindung beispielsweise beschreiben. Es bedeutet:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Schaltungsausführung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für die Spannungsversorgung einer Entladungslampe nach der Erfindung;

Fig. 3 Darstellungen der Ausgangssignalwellenformen der einzelnen Schaltkreise zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung für die Spannungsversorgung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Hierbei sind der Fig. 1 entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, um eine übersichtliche Betrachtungsweise zu erleichtern.

Fig. 2 zeigt einen Transformator 21 zur Stromabtastung, dessen Primärwicklung zwischen einer Gleichrichterschaltung 1 und einem Schalttransistor 2 liegt. Die Sekundärwicklung des Transformators 21 ist mit einem Gleichrichterkreis 22 verbunden, wobei der Ausgang des Gleichrichterkreises 22 an eine Summierschaltung 9 angeschlossen ist. Darüber hinaus ist ein weiterer Transformator 23 vorgesehen, dessen Primärwicklung in Verbindung mit einem Spannungs-Impulsbreitenwandler 13 steht und dessen Sekundärwicklung an der Basis des Transistors 2 liegt. Die vorliegende Schaltungsanordnung hat anstelle der Spule 4 des Tiefpaßfilters 6 entsprechend der Fig. 1 einen Transformator 24 für die Spannungsabtastung. Die Primärwicklung des Transformators 24 ist mit dem Tiefpaßfilter 6 verbunden. Wesentlich bei dieser Schaltung ist, daß die Sekundärwicklung des Transformators 24 als Prüfspule ausgebildet ist mit einer sehr geringen Induktivität, wie sie zu Bestimmung des galvanischen Widerstandes der Primärwicklung erforderlich ist, so daß die Primärwicklung als Induktor, also Impedanzspule, arbeiten kann. Die Sekundärwicklung des Transformators 24 ist mit einer Halteschaltung 25 verbunden, die Gleichspannung erzeugt. Der Ausgang der Halteschaltung 25 steht in Verbindung mit der Summierschaltung 9. Nachfolgend soll die Funktionsweise der wie vorstehend aufgebauten Schaltungsanordnung beschrieben werden.

In Fig. 3 soll in der oberen Darstellung V _I die Gleichspannung darstellen, welche von der Gleichrichterschaltung abgegeben wird. In Übereinstimmung mit der Durchschaltzeit T _ON und der Sperrzeit T _OFF des Schalttransistors 2 wird eine Spannung V _D erzeugt, die über die Diode 3 abfällt und die eine Impulsfolge bildet, deren Amplitudenwert V _I ist mit einer Impulsbreite von T _ON, wie in Fig. 3(a) dargestellt. Die Spannung V _D wird dann mittels des Tiefpaßfilters 6 geglättet. Als Ergebnis ergibt sich eine Gleichspannung V _OUT, die durch die folgende Formel erhalten wird:

Ein von der Zeit abhängiger Strom I _C, dessen Wellenform in Fig. 3 (b) gezeigt ist, fließt durch den Kollektor des Schalttransistors 2 und ein Durchlaßstrom I _D (s. Fig. 3 (c)) fließt durch die Diode 3. Als Ergebnis ergibt sich ein Strom I _L mit einem Mittelwert von I _OUT, wie das in Fig. 3 (d) gezeigt ist, der durch die Induktivität des Tiefpaßfilters 6, d. h. die Primärwicklung des Transformators 24 fließt. Der Kollektorstrom I _C des Schalttransistors 2 fließt durch die Primärwicklung des Transformators 21 und erzeugt in dessen Sekundärwicklung eine Spannung mit einer differenzierten Wellenform des Kollektorstroms des Schalttransistors 2. Die Ausgangsspannung wird dann durch den Gleichrichterkreis 22 gleichgerichtet, und es ergibt sich eine Gleichspannung, die gekennzeichnet ist durch den Amplitudenwert I _P des Kollektorstroms I _C.

Andererseits wird der Primärwicklung des Transformators 24, der Bestandteil des Tiefpaßfilters 6 ist, Differenz zwischen der Spannung V _D (s. Fig. 3(a)), die über die Diode 3 abfällt, und der Spannung V _OUT, die über den Kondensator 5 abfällt, zugeführt. Die Wellenform der Spannungsdifferenz V _L ist in Fig. 3 (e) gezeigt. Die geglättete Gleichspannung, die sich aus der Spannungsfrequenz ergibt, folgt der Gleichung:

Hierbei ist V _LD die geglättete Gleichspannung.

Da die von der Gleichrichterschaltung 1 vorgegebene Spannung V _I sehr viel größer als die der Entladungslampe 20 zugeführte Spannung V _OUT ist, ist V _I - V _OUT ungefähr gleich V _I und man erhält:

Damit läßt sich aussagen, daß die geglättete Gleichspannung V _LD, die über die Primärwicklung des Transformators 24 abfällt, im wesentlichen gleich der Gleichspannung V _OUT ist.

Die Wechselkomponente der Spannungsdifferenz V _L wird über die Sekundärwicklung des Transformators 24 abgenommen und eine Gleichspannung wird in der Halteschaltung 25 daraus erzeugt, so daß sich eine geglättete Spannung V _LD ergibt. Die Gleichspannung, die kennzeichnend für den Amplitudenbetrag I _P des Kollektorstroms I _C des Transistors 2 ist, und die Gleichspannung V _LD, die kennzeichnend für die Spannung V _L der Primärwicklung des Transformators 24 ist und vom Haltestromkreis 25 geliefert wrid, liegt an der Summierungsschaltung 9 an. In gleicher Weise wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich und dort beschrieben, ein Fehler- bzw. Abweichsignal als Differenz zwischen der Summenspannung und der Bezugsspannung erhalten. Das Verhältnis der Sperr-/Durchschaltezeiten des Schalttransistors 2 wird somit gesteuert in Übereinstimmung mit der Amplitude des Abweichsignals, so daß dieses Fehler- bzw. Abweichsignal auf einem gewünschten Pegel gehalten werden kann, was zu einer im wesentlichen konstanten Leistung ausgangsseitig für den Betrieb der Entladungslampe 20 führt.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Metallhalogenid- Entladungslampe mit einer Gleichrichterschaltung (1), einem Schaltregler mit einem an die Gleichrichterschaltung (1) angeschlossenen Schalttransistor (2) und einem Tiefpaß aus einer mit dem Schalttransistor (2) in Reihe geschalteten Induktivität, einem Kondensator (5) und einer Diode (3), einer Kommutatorschaltung (14), die die Ausgangsspannung des Tiefpasses mit alternierender Polarität an die Entladungslampe (20) gibt, einem Kommutatorsteuerkreis (19) und mit einem Regelkreis, der eine zum Lampenstrom und eine zur Lampenspannung proportionale Spannung erzeugt, die einer Summierschaltung (9) zugeführt werden, wobei der Regelkreis weiterhin eine Vergleichsschaltung (10) zum Vergleich der Ausgangsspannung der Summierschaltung mit einer Referenzspannung, einen Spannungs-Impulsbreitenwandler (13), dem eine von einem Oszillator (12) gelieferte Impulsfolge konstanter Frequenz zugeführt wird und der abhängig vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (10) die Impulsbreite variiert, und einen Transformator (23) zum Anlegen der Ausgangsimpulse des Spannungs- Impulsbreitenwandlers (13) an den Eingang des Schalttransistors (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung eines ersten Transformators (21) in Reihe zwischen Gleichrichterschaltung (1) und Schalttransistor (2) geschaltet ist, daß die Induktivität des Schaltreglers die Primärwicklung eines zweiten Transformators (24) bildet und daß weiterhin ein Gleichrichterkreis (22) zur Gleichrichtung der am ersten Transformator (21) sekundärseitig abgegriffenen Spannung und eine Halteschaltung (25) vorgesehen sind, die aus der vom zweiten Transformator (24) sekundärseitig abgenommenen Spannung eine Gleichspannung erzeugt, wobei die Ausgangssignale des Gleichrichterkreises (22) und der Halteschaltung (25) der Summierschaltung (9) zugeführt werden.