DE3435432A1

DE3435432A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer entladungslampe

Info

Publication number: DE3435432A1
Application number: DE19843435432
Authority: DE
Inventors: Reinhold 3538 Marsberg Jütte; Manfred Ing.(grad.) 4750 Unna Scharfenberg
Original assignee: Ceag Licht- und Stromversorgungstechnik 4770 Soest GmbH; CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Current assignee: CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3435432C2; FR2570918A1; FR2570918B1

Description

CEAG Licht- und

Stromversorgungstechnik GmbH

Soest 24. Sept. 1984

Mp.-Nr. 634/84 ZPT/P3-Pn/Bt

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe ist aus dem BBC-Fachbuch CH. Sturm. "Vorschaltgeräte und Schaltungen für Niederspannungs-Entladungslampen", Girardet-Verlag, Essen, 1974, Seite 336

. ,

bekannt.

Im bekannten Fall dient ein Wechselrichter mit zwei Transistoren im Gegentaktberieb als Vorschaltgerät. Der Transformator ist als Streufeldtransformator ausgebil-

det, dessen dritte Wicklung zur Spannungsversorgung des Steuerkreises des Wechselrichters dient. Bei dieser bekannten Schaltung' ist vorteilhaft, daß der Wechselrichter sowohl im Netz- als auch im Batteriebetrieb zur

Speisung der Leuchtstofflampe dient. Ein Nachteil be-35

steht jedoch darin, daß die Spannung der nachladbaren

Batterie an die Netzwechselspannung angepaßt sein muß. Ferner wird der Wechselrichter im Ladebetrieb gesperrt.

Eine weitere Schaltungsanordnung um Betrieb einer Entladungslampe ist aus der DE-OS 31 37 940 bekannt. Das elektronische Vorschaltgerät weist dort einen Reihenschwingkreis auf, dessen Kondensator der Entladungslampe parallel geschaltet ist. Die Stromzufuhr zu dem Reihenschwingkreis erfolgt über eine Spule unter Steuerung durch ein einziges elektronisches Schaltelement, das in Abhängigkeit von dem Schwingkreisstrom geöffnet und gesperrt wird.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist es jedoch nicht vorgesehen, die Entladungslampe im Notbetrieb aus einer Batterie zu speisen. Folglich fehlt auch jede Angabe darüber, wie eine derartige Batterie während des normalen Betriebes aufzuladen ist.

Aus der DE-OS 31 49 993 ist in diesem Zusammenhang eine 20

Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe bekannt, bei der die Lampe im Notbetrieb über einen Wechselrichter aus einer Batterie speisbar ist. Dieser Wechselrichter wird nur im Notbetrieb angesteuert. Der Einsatz eines elektronischen Vorschaltgerätes oder eines Wechsel-

richters bei Netzbetrieb ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe der eingangs genannten Art anzugeben, die

einen Notbetrieb durch Speisung der Lampe aus einer Batterie gestattet, wobei möglichst viele Komponenten der Schaltung sowohl im Notbetrieb als auch im Netzbetrieb betreibbar^ eine Ladung der Batterie während der Speisung

der Lampe aus dem Netz möglich und die Spannung der Bat-35

terie unabhängig von der Netzwechselspannung sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß der Bauelementeaufwand infolge dop-5

pelter Ausnutzung einzelner Komponenten im Netz- wie im Notbetrieb erheblich reduziert ist. Durch den Einsatz des Transformators mit mindestens drei Wicklungen müssen keine weiteren strombegrenzenden Einrichtungen, wie Induktivitäten oder verlustleistungsintensive Widerstände eingesetzt werden.

Die gesamte Verlustleistung in der Leuchte, die sich zusammensetzt aus den einzelnen Verlustleistungen in der Entladungslampe selbst, im Vorschaltgerät und im Batte-

rie-Ladegerät, beträgt bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung nur etwa die Hälfte der bei Schaltungen mit konventionellen (Drossel-)Vorschaltgeräten entstehenden Verlustleistung und nur etwa 2/3 der bei Schaltungen mit Wechselrichter entstehenden Verlustleistung.

Ferner kann die vorgeschlagene Schaltungsanordnung einfach an beliebige Batteriespannungen angepaßt werden. Weitere Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeich-

nungen dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Variante einer Schaltungsanordnung

zum Betrieb einer Entladungslampe mit einem

Vier-Wicklungs-Transformator,

Fig. 2 eine zweite Variante einer Schaltungsanordnung 5

zum Betrieb einer Entladungslampe mit einem

Drei-Wicklungs-Transformator.

In Fig. 1 ist eine erste Variante einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe dargestellt. Die mit einem Filter 1 verbundenen Netzanschlußklemmen der Schaltung sind mit L und N bezeichnet. An den Ausgang des Filters 1 ist ein Vollwellen-Gleichrichter 2 über seine beiden Wechselspannungsklemmen angeschlossen. Die

positive Klemme des Gleichrichters 2 ist über eine Diode 15

3 mit der ersten Klemme einer ersten Wicklung 4 eines Transformators 5 verbunden. Die zweite Klemme dieser Wicklung 4 liegt über der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 6 an der negativen Anschlußklemme des

Gleichrichters 2.
20

Die Basis des Transistors 6 ist an einen ersten Pulsgeber 7 angeschlossen, dessen Gleichspannungsanschlüsse mit den beiden Gleichspannungsklemmen des Gleichrichters 2 beschaltet sind. Zwischen diesen Gleichspannungsklem-

men ist desweiteren ein Glättungskondensator 8 angeordnet.

Der Transformator 5 besitzt eine zweite Wicklung 9, deren erste Klemme über einen Kondensator 10 mit der er-30

sten Elektrode 11 einer Entladungslampe 12 verbunden

ist. Die zweite Elektrode 13 der Lampe 12 ist an die zweite Klemme der Wicklung 9 angeschlossen. Zwischen beiden Elektroden 11, 13 ist ein Kondensator 14 angeordnet.
35

Der Transformator 5 weist eine dritte Wicklung 15 auf, deren erste Klemme über eine Diode 16 und einen Kondensator 17 mit der zweiten Klemme 18 der gleichen Wicklung verbunden ist. An die Klemme 18 sind ferner der Emitter

eines Transistors 19, der negative Gleichspannungsan-5

schluß eines zweiten Pulsgebers 20, ein erster Spannungsteilerwiderstand 21 sowie die negative Klemme einer Batterie 22 angeschlossen.

Die erste Klemme 23 einer vierten Wicklung 24 des Trans-10

formators 5 ist mit der positiven Klemme der Batterie 22, mit einem Strombegrenzungswiderstand 25, einem zweiten Spannungsteilerwiderstand 26 und dem Emitter eines Transistors 27 verbunden. Der Kollektor des Transistors 27 liegt am positiven Gleichspannungsanschluß des zwei-

ten Pulsgebers 20. Die Basis des Transistors 27 ist an den gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Spannungsteilerwiderstände 21 und 26 angeschlossen. An diesem Verbindungspunkt liegt ferner ein Widerstand 28, der

andererseits mit dem Strombegrenzungswiderstand 25, der 20

Diode 16 und dem Kondensator 17 verbunden ist.

Die vier Wicklungen 4, 9, 15 und 24 des Transformators 5 besitzen einen gemeinsamen Eisenkern.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 beschrieben. Im Netzbetrieb wird die an den Netzanschlußklemmen L₁ N anliegende Netzwechselspannung mit Hilfe des Gleichrichters 2 gleichgerichtet. Der

Pulsgeber 7 wird mit der vom Glättungskondensator 8 ge-30

stützten, gleichgerichteten Netzspannung am Ausgang des Gleichrichters beaufschlagt und steuert den Transistor 6 periodisch im Pulsbetrieb an. Hierduroh ergibt sich ein hochfrequenter primärer Wechselstrom über den Gleioh-

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richter 2, die Diode 3» die erste Wicklung 4 und den Transistor 6.

Die der Wicklung 4 zugeführte Energie wird transformatorisch auf die Wicklungen 9 und 15 übertragen. Es ergibt sich ein sekundärer Wechselstrom über die zweite Wicklung 9t den Kondensator 10 und die Entladungslampe 12. Der Kondensator 14 dient zum Vorheizen der Elektroden 11, 13_vbeim Start der Lampe 12.

Es ergibt sich desweiteren ein gleichgerichteter Sekundärstrom über die dritte Wicklung 15, die Diode 16, den Strombegrenzungswiderstand 25 und die Batterie 22, wodurch die Batterie 22 gleichzeitig während des Betriebes der Entladungslampe 12 geladen wird. Der Kondensator 17 dient zur Glättung des Ladestromes.

Da durch den Widerstand 28 das Potential an dem aus den Widerständen 21, 26 bestehenden Basis-Spannungsteiler

des Transistors 27 zu positiven Werten hin verschoben 20

wird, bleibt der Transistor 27 bei vorhandener Netzspannung gesperrt. Infolgedessen wird der Pulsgeber 20 nicht mit Steuerspannung versorgt und der Transistor 19 bleibt ebenfalls gesperrt.

Bei Ausfall der Netzspannung liegt die Spannung der Batterie 22 am Spannungsteiler 21, 26 an. Der Transistor wird leitend und legt damit den Pulsgeber 20 an die Spannung der Batterie 22. Infolgedessen steuert der

Pulsgeber 20 den Transistor 19 während des Notbetriebes 30

periodisch im Pulsbetrieb an, wodurch sich ein primärer Wechselstrom von der Batterie 22 über die vierte Wicklung 24 und den Transistor 19 ergibt.

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Die der Wicklung 24 zugeführte Energie wird transformatorisch auf die Wicklung 9 übertragen. Es ergibt sich ein sekundärer Wechselstrom durch die Wicklung 9, den Kondensator 10 und die Entladungslampe 12, d.h. die Entladungslampe 12 wird im Notbetrieb bei ausgefallener 5

Netzspannung aus der Batterie 22 gespeist. Das Windungszahlverhältnis bzw. der Wicklungssinn der Wicklungen und 24 ist so ausgelegt, daß beim Betrieb des Pulsgebers 20 kein Strom durch die Diode 16 fließt. Die Ansteuerung des Pulsgebers 7 wird beim Betrieb des Pulsgebers 20 durch die Diode 3 verhindert, d.h. der Transistor 6 bleibt gesperrt.

In Fig. 2 ist eine zweite Variante einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe dargestellt. 15

Es sind wiederum das Filter 1 mit den Netzanschlußklemmen L, N und der am Filter 1 liegende Gleichrichter 2 vorgesehen. Zwischen der positiven Klemme des Gleichrichters 2 und der Diode 3 ist ein erster Relaiskontakt 29 eines Relais 30 angeordnet. Die Steuerwicklungsan-

Schlüsse des Relais 30 sind mit den Gleichspannungsanschlüssen des Gleichrichters 2 verbunden. Die Diode 3 ist an die erste Klemme einer ersten Wicklung 31 eines Transformators 32 angeschlossen. Die zweite Klemme der Wicklung 31 liegt über der Kollektor-Emitter-Strecke des

Transistors 6 an der negativen Klemme des Gleichrichters 2.

Mit der negativen Klemme des Gleichrichters 2 sind ferner die negative Klemme der Batterie 22, der Kondensator

8 und der negative Gleichspannungsanschluß des Pulsgebers 7 angeschlossen.

Die Wicklung 31 besitzt eine Anzapfung 33, die die Wicklung in zwei Teilwicklungen 31a, 31b aufteilt und die über einen zweiten Relaiskontakt 34 des Relais 30 mit der positiven Klemme der Batterie 22 und mit einem Strombegrenzungswiderstand 35 verbunden ist. Der Strombegrenzungswiderstand 35 ist andererseits an einen spannungsabhängigen Widerstand 36, an die Kathode einer Diode 37 und an den negativen Gleichspannungsanschluß des Pulsgebers 7 angeschlossen.

Der spannungsabhängige Widerstand 36 und der Kondensator

8 liegen andererseits am gemeinsamen Verbindungspunkt von Diode 3 und erstem Relaiskontakt 29. Die Basis des Transistors 6 ist wiederum mit dem Pulsgeber 7 verbunden.
15

Der Transformator 32 besitzt eine zweite Wicklung 38 und eine dritte Wicklung 39, wobei die Wicklungen 31 und 38 sowie 31 und 39 jeweils einen gemeinsamen Eisenkern aufweisen. Die erste Klemme der dritten Wicklung 39 ist mit 20

der Anode der Diode 37 verbunden, während die zweite Klemme der gleichen Wicklung an die negative Klemme der Batterie 22 angeschlossen ist. Die zweite Wicklung 38 des Transformators 32 ist, wie unter Fig. 1 beschrieben, mit dem Kondensator 10, der Entladungslampe 12 und dem

Kondensator 14 beschaltet.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 beschrieben. Im Netzbetrieb wird die an

die Netzanschlußklemmen L, N anliegende Netzwechselspan-30

nung mit Hilfe des Gleichrichters 2 gleichgerichtet. Die Steuerwicklung des Relais 30 wird mit Spannung versorgt und zieht an. Hierdurch werden der Relaiskontakt 29 geschlossen und der Relaiskontakt 34 geöffnet. Folglich

wird der Pulsgeber 7 über den Widerstand 36 an Spannung gelegt und steuert den Transistor 6 periodisch im Pulsbetrieb an, wobei der Widerstand 36 zum Start des Wandlers 6_r 7, 32 bei tief entladener Batterie 22 dient« Es ergibt sich ein hochfrequenter primärer Wechselstrom über den Gleichrichter 2, den Relaiskontakt 29, die Diode 3, die Wicklung 31 und den Transistor 6.

Die der Wicklung 31 zugeführte Energie wird transformatorisch auf die Wicklungen 38 und 39 übertragen. Es ergibt sich ein sekundärer Wechselstrom über die Wicklung 38, den Kondensator 10 und die Entladungslampe 12. Der Kondensator 14 dient wiederum zum Vorheizen der Elektroden 11, 13 beim Start der Lampe 12.

Es ergibt sich desweiteren ein gleichgerichteter Sekundärstrora über die Wicklung 39, die Diode 37, den Strombegrenzungswiderstand 35 und die Batterie 22, wodurch die Batterie 22 gleichzeitig während des Betriebes der

Entladungslampe 12 geladen wird.
20

Bei Ausfall der Netzspannung fällt das Relais 30 ab, wodurch der Relaiskontakt 29 geöffnet und der Relaiskontakt 34 geschlossen werden. Gleichzeitig liegt die Spannung der Batterie 22 über dem Widerstand 35 am Pulsgeber

7 an. Infolgedessen steuert der Pulsgeber 7 den Transistor 6 während des Notbetriebes periodisch im Pulsbetrieb an, wodurch sich ein primärer, hochfrequenter Wechselstrom von der Batterie 22 über die Teilwicklung

31b und den Transistor 6 ergibt. Während im Netzbetrieb 30

also die gesamte Wicklung 3 als Primärwicklung wirksam

ist, ist im Notbetrieb bei Batteriespeisung der Entladungslampe 12 zur Anpassung an die Batteriespannung nur die Teilwicklung 31b des Transformators 32 als Primärwicklung des Wandlers wirksam.
35

Die der Teilwicklung 31b zugeführte Energie wird transformatorisch auf die Wicklung 38 übertragen. Es ergibt sich ein sekundärer Wechselstrom durch die Wicklung 38, den Kondensator 10 und die Entladungslampe 12, d.h. die

Entladungslampe 12 wird im Notbetrieb bei ausgefallener 5

Netzspannung aus der Batterie 22 gespeist.

Beide Schaltungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 reduzieren insbesondere bei Notleuchten mit Leuchtstofflampen kleiner Leistung die Verlustleistung in der Notleuchte, da die Verlustleistung konventioneller Vorschaltgeräte hier in etwa gleich der Nennleistung der Lampen beträgt.

Elektronische Vorschaltgeräte oder Wechselrichter hingegen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von ca. 90%.

Durch die Reduzierung der Verlustleistung in der Notleuchte wird die thermische Belastung der empfindlichen Batterien und elektronischen Bauelemente erheblich reduziert.

Claims

Ansprüche 5

(J/. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe, wobei ein Transistor-Vorschaltgerät zur Speisung der Lampe aus einem Wechselspannungsnetz bzw. aus einer aufladbaren Batterie bei Notbetrieb dient, und ein Transformator mit mindestens drei Wicklungen vorgesehen ist, dessen erste Wicklung mit dem vom Transistor-Vorschaltgerät erzeugten hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagbar und dessen zweite Wicklung mit der

Entladungslampe beschältet ist, dadurch gekennzeichnet, 15

daß die dritte Wicklung (15,39) des Transformators (5,32) über eine Diode (16,37) mit der aufladbaren Batterie (22) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch 20

gekennzeichnet, daß eine die erste Wicklung (3D in zwei Teilwicklungen (31a,31b) aufteilende Anzapfung (33) mit der Batterie (22) verbunden ist.
3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die erste Klemme der ersten Wicklung

(31) über einen bei Netzbetrieb geschlossenen ersten Relaiskontakt (29) mit der gleichgerichteten Netzspannung und die Anzapfung (33) über einen bei Notbetrieb

geschlossenen zweiten Relaiskontakt (34) mit der Batte-30

riespannung beaufschlagbar sind und daß die zweite Klemme der ersten Wicklung mit dem Transistor-Vorschaltgerät (7,6) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungsanschlüsse des die Relaiskontakte (29,34) betätigenden Relais (30) an den Gleichspannungsklemmen des Gleichrichters (2) liegen.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Transistor-Vorschaltgerät (7,6) über einen spannungsabhängigen Widerstand (36) mit dem Gleichrichter (2) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Transformator (5) eine vierte Wicklung (24) aufweist, die während des Notbetriebes mit dem von einem zweiten, mit der Batterie (22) verbundenen

Transistor-Vorschaltgerät (20,19) erzeugten hochfrequen-15

ten Wechselstrom beaufschlagbar ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Transistor-Vorschaltgerät (20,19) über einen Transistor (27) mit der Batterie (22)

. , . .
verbunden xst.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß des Transistors

(27) mit einem zwischen den Klemmen der Batterie (22)

angeordneten Spannungsteiler (21,26) verbunden ist, der über einen Widerstand (28) am Strombegrenzungswiderstand (25) liegt.
9- Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1

bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (22) über einen Strombegrenzungswiderstand (25,35) mit der dritten Wicklung (15,39) verbunden ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (2) über eine Diode (3) mit der ersten Wicklung (4,31) verbunden ist.