DE3424991A1 - Elektronisches vorschaltgeraet fuer leuchtstofflampen - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 5

Vorschaltgeräte herkömmlicher Art, bestehend aus Drossel und Starter, eignen sich nur für den Anschluß an eine Wechselstromquelle. Dient das 50 Hz-Wechselstromnetz als Wechselstromquelle/ dann sind diese herkömmlichen Vorschaltgeräte relativ groß, während der Lampenwirkungsgrad aufgrund der niedrigen Frequenz gering ist.

Ein elektronisches Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art wird in der deutschen Patentanmeldung P 34 06 131.2 beschrieben. Dieses Vorschaltgerät kann an eine Wechselstromquelle einer vorgegebenen Spannungshöhe oder an eine Gleichstromquelle mit im wesentlichen gleich hoher Spannung angeschlossen werden. Verschieden hohe Spannungen kann dieses Gerät nicht verarbeiten.

Es ist bekannt, eine am Wechselstromnetz betriebene Leuchtstofflampe bei Netzausfall aus einer Batterie zu speisen. Dabei wird mit Hilfe eines Relais ein von der Batterie betriebener Transistorwechselrichter eingeschaltet, der für die Dauer des Netzausfalls die Leuchtstofflampe mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt. Dieses Verfahren erfordert jedoch zwei verschiedene Vorschaltgeräte mit entsprechenden ümschalteinrichtungen sowie zusätzliche Leitungen und ist daher teuer und insbesondere auch ungeeignet, wenn nachträglich eine solche Notversorgung eingerichtet werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Vörschaltgerät zu schaffen, das es gestattet, über dasselbe

Leitungspaar eine Leuchtstofflampe wahlweise mit einer höheren oder einer niedrigeren Spannungs zu betreiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Diese Lösung eignet sich für den.Fall/ daß das Vorschaltgerät an unterschiedlich hohen Gleichspannungen betrieben werden soll. Soll das Gerät hingegen auch Wechselspannungen verarbeiten können, dann ist ein zweiter Gleichrichter gemäß dem Patentanspruch 2 vorzusehen.

Der Lampenwechselrichter ist auf eine bestimmte Eingangsspannung ausgelegt. Dies wird normalerweise die höhere der beiden möglichen Eingangsspannungen sein. Liegt diese höhere Spannung an den Eingangsklemmen des Vorschaltgeräts an, dann kann sie, falls es sich um eine Wechselspannung handelt, über den zweiten Gleichrichter, andernfalls auch direkt an den Eingang des Lampenwechselrichters angelegt werden. Während dieser Zeit hält der spannungsabhängig betätigte Umschalter diese höhere Spannung vom Eingang des Hilfswechselrichters fern, welcher auf die niedrigere Eingangsspannung ausgelegt ist. Liegt an dem Eingang des Vorschaltgeräts die niedrigere Spannung an, bei der es sich, wenn der zweite Gleichrichter vorgesehen ist, auch um eine Wechselspannung handeln kann, dann ist diese für den Betrieb des Lampenwechselrichters nicht geeignet. Diese niedrigere Spannung wird daher mit Hilfe des Umschalters auf den Eingang des Hilfswechselrichters gegeben und durch diesen in Verbindung mit dem ihm nachgeschalteten zweiten Gleichrichter in eine zum Betrieb des Lampenwechselrichters ausreichend hohe Gleichspannung umgesetzt. Auf diese Weise kann für beide Eingangsspannungen derselbe Lampenwechselrichter verwendet werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Lampenwechselrichter auf die niedrigere der möglichen Eingangsspannungen des Vorschaltgeräts auszulegen. In diesem Pail müßte der Hilfswechselrichter auf die höhere Eingangsspannung ausgelegt werden und diese in Verbindung mit dem ersten Gleichrichter in eine niedrigere Gleichspannung umsetzen. Der Umschalter müßte dann dafür sorgen, daß bei Anliegen der höheren Eingangsspannung die direkte Verbindung zwischen dem Eingang des Geräts bzw. dem Ausgang des zweiten Gleichrichters und dem Lampenwechselrichter unterbrochen wird, damit der auf die niedrige Eingangsspannung ausgelegte Lampenwechselrichter vor der hohen Spannung geschützt wird.

Für den Fall, daß der Lampenwechselrichter auf die höhere Eingangsspannung ausgelegt ist, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Umschalter einen zwischen den Ausgang des zweiten Gleichrichters (sofern dieser vorhanden ist) und den Eingang des Hilfswechselrichters geschalteten Längstransistor umfaßt, dessen Schaltzustand von einem Schwellenwertschalter abhängig von der Eingangsspannung bzw. von der Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters gesteuert wird. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, wenn zugleich die eine Ausgangsklemme des zweiten Gleichrichters direkt mit einer Eingangsklerame des Lampenwechselrichters verbunden ist, während die andere Ausgangsklemme des zweiten Gleichrichters über eine Diode mit der anderen Eingangsklemme des Lampenwechselrichters verbunden ist. Bei Betrieb mit der höheren Eingangsspannung ist dann der Längstransistor gesperrt, so daß diese Spannung bzw. die Ausgangsgleichspannung des zweiten Gleichrichters über die genannten Verbindungen direkt an die Eingangsklemmen des Lampenwechselrichters geführt wird. Wird das Gerät dagegen mit der niedrigeren Eingangsspannung beaufschlagt, dann schaltet der Schwellenwert-

schalter den Längstransistor ein, so daß der Hilfswechselrichter arbeitet und der erste Gleichrichter die erforderliche Gleichspannung an die Eingangsklenunen des Lampenwechselrichters abgibt. Die erwähnte Diode verhindert dabei einen Stromfluß von dem die höhere Gleichspannung führenden Ausgang des ersten Gleichrichters zurück zu dem mit der niedrigeren Spannung beaufschlagten Eingang des Hilfswechselrichters. Das heißt infolge der unterschiedlich hohen Spannungen am Eingang des Hilfswechselrichters einerseits und am Ausgang des diesem nachgeschalteten ersten Gleichrichters andererseits unterbricht die Diode automatisch die direkte Verbindung zwischen den Eingangsklemmen des Geräts bzw. dem Ausgang des zweiten Gleichrichters und dem Eingang des Lampenwechselrichters.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät eignet sich besonders gut für eine Beleuchtungsanlage mit Notbeleuchtung bei Ausfall der Netzspannung. Wird in einer bestehenden Beleuchtungsanlage mit mehreren Brennstellen bei mehr oder weniger vielen Brennstellen das herkömmliche aus Drossel und Starter bestehende Vorschaltgerät durch das erfindungsgemäße Vorschaltgerät ersetzt und werden bei Netzausfall die Versorgungsleitungen auf eine Batterie umgeschaltet, dann würden für die Dauer dieser Umschaltung nur die mit einem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät versehenen Leuchtstofflampen brennen, während alle anderen Lampen ausgeschaltet blieben.

Ein weiterer besonders geeigneter Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Vorschaltgerät ist eine Universalhandlampe .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispie.l im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Vorschaltgeräts und

Fig. 2 eine vorteilhafte Verwendung des Vor-".

schaltgeräts.

Anhand von Fig. 1 soll die Erfindung nun an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden, bei dem davon ausge- gangen wird, daß die Eingangsspannung entweder eine relativ hohe Wechselspannung von beispielsweise 220 V und 50 Hz oder eine Batteriespannung von beispielsweise 24 V ist. Die nachfolgenden Erläuterungen gelten aber in gleicher Weise, wenn statt der Batteriespannung eine entsprechend niedrige Wechselspannung angenommen wird.

An den beiden Eingangsklemmen 1 in Fig. 1 liegt normalerweise eine Wechselspannung von beispielsweise 220 V 50 Hz. Diese Wechselspannung liegt über eine Doppeldrossel 2 mit nachgeschaltetem Kondensator 5 am Eingang eines Brückengleichrichters 3 an, ah dessen Ausgang ein Glättungskondensator 4 angeschlossen ist. Der Kondensator 5 dient zusammen mit der Doppeldrossel 2 zur HF-Entstörung und bei geeigneter Bemessung zugleich als Oberwellenfilter. Der Glättungskondensator 4 wird bei einer angenommenen Wechselspannung von 220 V an den Eingangsklemmen T auf eine Spannung von ca. 280 V aufgeladen.

über die Leitungen 7a und 7b sind die Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters 3 sowie der zwischen diese geschaltete Glättungskondensator 4 mit den Eingangsklemmen eines Lampenwechselrichters 8 verbunden, der die Leuchtstofflampe 9 speist. Bei dem Lampenwechselrichter 8 handelt es sich vorzugsweise um einen Transistorwechselrichter, wie er aus der DE-PS 29 27 837 bekannt bzw. in der deutschen

Patentanmeldung P 34 06 131.2 beschrieben ist. Dieser Lampenwechselrichter ist für eine Eingangsgleichspannung von 250 bis 350 V bemessen und hat eine Betriebsfrequenz oberhalb der Hörbarkeitsgrenze etwa bei 30 kHz. 5

Ein Hilfswechselrichter 10a ist an die Leitung 7b direkt und an die Leitung 7a über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Längstransistors 11 angeschlossen. Der Längstransistor 11 ist Teil eines elektronischen, spannungsabhängig betätigten Umschalters 6, der ferner einen Schwellenwertschalter zur Steuerung des Längstransistors 11 aufweist. Dieser Schwellenwertschalter umfaßt die Elemente 12 bis in Fig. 1. Seine Wirkungsweise ist wie folgt. Sobald am Glättungskondensator 4 eine ausreichend hohe Spannung ansteht, erhält ein npn-Transistor 14 über die Reihenschaltung aus einem Kondensator 17 und einem Widerstand 13 einen Basisstrom und wird durchgeschaltet. Der Transistor 14 bleibt auch nach Aufladung des Kondensators 17 durchgeschaltet, sofern die Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 höher als eine im wesentlichen durch die Z-Spannung einer Z-Diode 12 vorgegebene Schwellenspannung ist. Die Z-Diode 12 liegt dem Kondensator 17 parallel. Wenn der Transistor 14 durchgeschaltet ist, wird ein zweiter npn-Transistor 16 gesperrt und unterbricht den Basisstrom für den Längstransistor 11, so daß dieser ebenfalls gesperrt wird. Bei der aus Fig. 1 deutlich entnehmbaren und deshalb hier nicht im einzelnen aufgezählten Verknüpfung der einzelnen Elemente des Umschalters 6 ist demnach der Hilfswechselrichter 10a aufgrund des Sperrzustands des Längstransistors 11 vom Ausgang des Brückengleichrichters 3 abgeschaltet, wenn dessen Ausgangsspannung bzw. die Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 über der Schwellenspannung des Schwellenwertschalters liegt.

Wenn bei der dargestellten Schaltung des Umschalters 6

die Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 unterhalb des Schwellenwerts des Schwellenwertschalters bleibt, kann kein Strom über die Z-Diode 12 fließen, so daß der Transistor 14 aufgrund des Widerstands 15 sicher gesperrt wird. Bei gesperrtem Transistor 14 kann über einen Widerstand 18 und eine Diode 19 Basisstrom zu dem Transistor 16 fließen, so daß dieser eingeschaltet wird und den Längstransistor 11 über einen Widerstand 20 und eine Diode 21 mit einem Basisstrom versorgt, aufgrund dessen der Längstransistor 11 eingeschaltet wird und damit der Hilfswechselrichter 10a mit der Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 beaufschlagt wird.

Der Schwellenwertschalter schaltet so schnell, daß eine Umschaltung von einer Gleichspannung von beispielsweise 24 V auf die Wechselspannung von beispielsweise 220 V mit Hilfe eines schnell schaltenden Relais keine Gefahr für den auf eine Eingangsgleichspannung von 24 V ausgelegten Hilfswechselrichter 10a bedeutet.

Der Hilfswechselrichter 10a, dessen Aufbau grundsätzlich bekannt ist, und der hier deshalb nicht im einzelnen erläutert werden soll, besitzt in der dargestellten Ausführungsform einen in Sparschaltung betriebenen Ausgangstransformator, an den ein zweiter Gleichrichter 10b in Spannungsverdopplerschaltung angeschlossen ist. Aufgrund der Spannungsverdopplerschaltung kommt man bei vorgegebener Ausgangsgleichspannung mit einer geringeren Windungszahl für den Ausgangstransformator des Hilfswechselrichters 10a aus.

Wenn der Längstransistor 11 eingeschaltet ist und der Hilfswechselrichter 10a arbeitet, verhindert die Diode 22 eine Rückführung der bei den angenommenen Zahlenwerten etwa 280 V betragenden Ausgangsgleichspannung des GIeichrichters 10b auf den Eingangskreis des Hilfswechselrichters 10a.

Abhängig von der Höhe der Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 liegt an dem Lampenwechselrichter 8 demnach über die Leitungen 7a, 7b und die Diode 22 direkt die Klemmenspannung des Glättungskondensators 4 oder die Ausgangsspannung des Gleichrichters 10b an.

Der Umschalter kann vereinfacht werden, wenn sichergestellt ist, daß die Umschaltung von der niedrigeren Gleichspannung auf die höhere Wechselspannung etwas verzögert erfolgt. Der auf die niedrige Spannung ausgelegte Hilfswechselrichter 10akann nämlich mit einer höheren Eingangsspannung von ungefähr 300 V beaufschlagt werden, solange er nicht schwingt und die verwendeten Transistoren entsprechend hohe Sperrspannungen vertragen. Man kann unter dieser Voraussetzung, statt den Speisestrom mit Hilfe des Längstransistors 11 zu unterbrechen, die den Widerstand 23 enthaltende Anschwinghilfsleitung unterbrechen. Es muß aber sichergestellt sein, daß nach Abschaltung der niedrigeren Eingangsgleichspannung die höhere Eingangswechsel spannung erst eingeschaltet wird, nachdem der Hilfswechselrichter 10a ausgeschwungen ist. Da der Strom in der Anschwinghilfsleitung erheblich kleiner als der Speisestrom des Hilfswechselrichters 10a ist, würde der Schalttransistor entsprechend dem Längstransistor 11 mit einem geringeren Steuerstrom auskommen. Daher könnte zum Beispiel der Schalttransistor kleiner sein und seine Basis könnte direkt an den Kollektor des Transistors 14 im Schwellenwertschalter unter Verzicht auf den Transistor 16 angeschlossen sein.

Ein besonders geeigneter Anwendungsfall eines solchen vereinfachten Umschalters wäre der einer Universalhandlampe.

Ein bevorzugter Anwendurigsfall des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts ist der in einem Beleuchtungsnetz, weil dabei ohne jeden Eingriff in die bestehende Installation auf einen Sparbetrieb oder auf Notstrombetrieb mit Hilfe einer Batterie umgestellt werden kann.

Fig. 2 zeigt einen solchen Anwendungsfall. Als Beispiel sind fünf Brennstellen dargestellt, die Anlage läßt sich jedoch beliebig erweitern, über ein von Hand zu betätigendes oder bei Netzausfall selbsttätig betätigtes Umschalt-

•j5 relais werden die Versorgungsleitungen 24 an das normale Wechselstromnetz oder an eine Batterie von beispielsweise 24 V angeschlossen. Die mit einem herkömmlichen Vorschaltgerät mit Starter 25b und Drossel 25a und einer Leuchtstofflampe 9.1 bestückten Brennstellen arbeiten nur, wenn die Versorgungsleitungen 24 an das Wechselstromnetz angeschlossen sind. Bei Umschaltung der Versorgungsleitungen 24 auf die Batterie erlöschen diese Leuchtstofflampen 9.1. Dagegen brennt die Leuchtstofflampe 9.2 der mit einem elektronischen Vorschaltgerät 26 gemäß der Erfindung bestückten mittleren Brennstelle in Fig. 2 in der oben erläuterten Weise unabhängig davon, ob an den Versorgungsleitungen 24 die Netzwechselspannung oder die niedrigere Batteriespannung anliegt. So kann auf sehr einfache Weise durch Änderung der Spannungshöhe (die niedrigere Spannung kann natürlich ebenso wie die höhere auch eine Wechselspannung sein) die Anzahl der leuchtenden Brennstellen zwischen zwei Werten umgeschaltet werden. So können kurzfristig große Beleuchtungsanlagen, wie sie in Kaufhäusern, Krankenhäusern, Bahnhöfen usw. vorhanden sind, ohne zusätzlichen Installationsaufwand auf Notstrom aus einer

•j 24 V oder auch aus einer 60 V Batterie oder auf Sparbetrieb umgestellt werden. Erfolgt der Sparbetrieb aus einer Batterie und ist relativ häufig, dann sollte die Batterie durch eine geeignet bemessene Ladeeinrichtung mit einer Dauerladecharakteristik stets auf voller Ladung gehalten werden. Wie bereits erwähnt, kann aber bei geeigneter Bemessung des Glättungskondensators 4 das Vorschaltgerät auch an einer Wechselspannung von beispielsweise 24 V und 50 Hz statt einer Batterie betrieben werden.

Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Vorschaltgerät zur Absenkung der Helligkeit der Leuchtstofflampen. Dies kann man dadurch erreichen, daß man die Ausgangsspannung des Hilfswechselrichters 10a entsprechend niedriger wählt oder mit der Umschaltung von der einen Eingangsspannung auf die andere gleichzeitig eine kleine Kapazität oder Induktivität in den Lampenstromkreis schaltet.

Wie erwähnt, geht das anhand von Fig. 1 beschriebene Ausführungsbeispiel davon aus, daß der Lampenwechselrichter 8 auf die höhere der möglichen Eingangsspannungen ausgelegt ist. Wie ebenfalls schon erwähnt, könnte der Lampenwechselrichter 8 aber grundsätzlich auf die niedrigere Eingangsspannung ausgelegt werden. In diesem Fall müßte der Umschalter bei Anliegen der höheren Eingangsspannung an den Eingangsklemmen 1 die Leitung 7a oder die Leitung 7b unterbrechen. Zu diesem Zweck könnte man den Längstransistor 11, statt im Eingangskreis des Hilfswechselrichters 10a, beispielsweise in die Leitung 7a schalten. Die Diode 22 könnte dann entfallen. Der Hilfswechselrichter 10a wäre dabei ständig mit dem Ausgang des Brückengleichrichters 3 verbunden, er würde aber erst zu arbeiten beginnen, wenn die Eingangsspannung so hoch ist, daß der Umschalter 6 die direkte Verbindung zwischen dem Ausgang des Brückengleichrichters 3 und dem Eingang des Lampenwechselrichters 8 unterbricht.

Wenn voranstehend von einer höheren Eingangsspannung und einer niedrigeren Eingangsspannung die Rede ist/ dann bedeutet dies selbstverständlich nicht/ daß das Vorschaltgerät nur mit zwei Eingangsspannungswerten arbeitete Tatsächlich arbeitet der Lampenwechselrichter, solange sich seine Eingangsspannung innerhalb eines Bereichs von beispielsweise 250 bis 350 V bewegt. Entsprechend ist unter "höherer Eingangsspannung" bzw. "niedrigerer Eingangsspannung" jeweils ein Spannungsbereich zu verstehen. Diese Spannungsbereiche dürfen sich nicht überschneiden, damit für den spannungsabhängig betätigten Umschalter ein eindeutiges Schaltkriterium besteht.

Gegenüber herkömmlichen Anlagen mit Notversorgung bei Netzausfall/ wie sie eingangs angesprochen wurden, bietet die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil, daß die Leuchtstofflampen in jedem Fall, also sowohl bei Netzbetrieb als auch bei Batteriebetrieb, über den Lampenwechselrichter, vorzugsweise einen Transistorwechselrichter betrieben werden, der mit einer relativ hohen Frequenz oberhalb der Hörbarkeitsgrenze arbeitet, bei der der Wirkungsgrad der Leuchtstofflampen beträchtlich höher als bei der normalen Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Kondensator 17 soll sicherstellen, daß der Hilfswechselrichter 10a beim Einschalten des Geräts abgeschaltet bleibt und erst eingeschaltet wird, wenn nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die im wesentlichen durch den Kondensator 17 und den Widerstand 13 bestimmt wird, immer noch eine Spannung unterhalb des Schwellenwerts des Schwellenwertschalters ansteht.

Leerseite -

Claims (5)

1. Patentansprüche

   einen Gleichrichter (10b) und

   einen diesem nachgeschalteten Lampenwechselrichter

   (8) zur Erzeugung der Lampenbetriebsspannung und der erforderlichen Zündspannung,
   dadurch gekennzeichnet , daß

   ein Hilfswechselrichter (TOa) dem Gleichrichter (10b) vorgeschaltet ist und

   ein Umschalter (6), abhängig von der Höhe der Eingangsspannung des Geräts (3) dessen Eingangsklemmen direkt oder über den Hilfswechselrichter (10a) und den Gleichrichter (10b) mit dem Eingang des Lampenwechselrichters (8) verbindet.

   15
2. 2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an die Eingangsklemmen des Geräts ein zweiter Gleichrichter (3) angeschlossen ist und der Umschalter (6) abhängig von der Höhe der Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters (3) dessen Ausaänge direkt oder über.den Hilfsweehselrichter (10a) und den ersten Gleichrichter (10b) mit dem Eingang des Lampenwech-

   ' RadedcestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 5212313 Telegramme Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsult Telefax (CCITT 2) München und Wiesbaden (OS?) 8344618 Attention Patentconsult

   selrichters (8) verbindet.
3. 3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Umschalter (6) einen zwischen den Ausgang des zweiten Gleichrichters (3) und den Eingang des Hilfswechselrichters (10a) geschalteten Längstransistor (11) umfaßt, der von einem Schwellenwertschalter (12 bis 21) eingeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung des zweiten Gleichrichters (3) unter dem Schwellenwert liegt.
4. 4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Eingang des Lampenwechselrichters an den Ausgang des zweiten Gleichrichters (3) über eine Diode (22) angeschlossen ist, die so gepolt ist, daß ein Stromfluß von dem Ausgang des ersten Gleichrichters (10b) zum Eingang des Hilfswechselrichters (10a) unterbunden wird.
5. 5. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Beleuchtungsanlage, bei der mehrere Leuchtstofflampen parallel an ein Leitungspaar (24) angeschlossen sind, an das eine Wechselspannung einer ersten Höhe oder eine Gleichspannung einer zweiten Höhe anlegbar ist, wobei wenigstens eine (9.1) der Leuchtstofflampen über ein nur auf eine dieser Spannungen ansprechendes Vorschaltgerät (25a, 25b) und wenigstens eine andere (9.2) der Leuchtstofflampen über ein Vorschaltgerät (26) nach einem

   3Q der vorhergehenden Ansprüche angeschlossen ist.