DE3441992A1 - Schaltungsanordnung zur zuendung einer niederdruckentladungslampe - Google Patents
Schaltungsanordnung zur zuendung einer niederdruckentladungslampeInfo
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Description
Patent-Treuhand-Gesell schaft
für elektrische Glühlampen mbH., München
Schaltungsanordnung zur Zündung einer Niederdruckentladungslampe
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Zündung einer Niederdruckentladungslampe, die im
Betriebsstromkreis mindestens eine Induktivität und einen dazu in Reihe geschalteten Kondensator aufweist
und die im Zündstromkreis parallel zur Lampe und in Reihe zu deren Heizelektroden eine Reihenschaltung
eines zweiten Kondensators und eines temperaturabhängigen Widerstandes enthält.
Bekannte Schaltungsanordnungen für Niederdruckentladungslampen weisen zur Vorheizung der Lampenelektroden
im Zündstromkreis einen Glimmzünder auf. Nachteilig hierbei ist, daß die Lampen normalerweise beim
Einschalten erst einmal durchzünden, bis der Glimmzünder schließt und der Vorheizvorgang anfängt. Hierdurch
entsteht der Eindruck des Flackerns.
Bei den neueren Niederdruckentladungslampen mit kleiner Leistungsaufnahme, den sogenannten Kompaktleuchtstofflampen,
ist die Vorschalt- und/oder die Zündvorrichtung bereits in den Sockel der Lampe integriert.
Die Lampe wird dabei häufig mit Hochfrequenz betrieben. Um das störende Flackern der Lampe während des
Zündvorganges zu vermeiden, ist im Zündstromkreis ein Resonanzkondensator angeordnet ("Elektronikschaltungen"
von Walter Hirschmann, Berlin/München, SIEMENS Aktiengesellschaft, 1982, Seite 148). Durch geeignete
Wahl des Resonanzkondensators kann die Höhe
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der Leerlaufspannung an der Lampe in bestimmten Grenzen
eingestellt werden. Bei Kompakt lampen ist es jedoch erwünscht, die Spannung am Resonanzkondensator
und damit an den Lampenelektroden beim Einschalten so niedrig zu halten, daß die sonst auftretende störende
Glimmentladung nicht auftritt. Andererseits soll die Spannung nach ausreichender Vorheizung so hoch sein,
daß eine Lampenzündung auch bei tieferen Umgebungstemperaturen sichergestellt ist..
10
Aus der US-PS 2 231 999 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der im Zündstromkreis der Lampe eine
Reihenschaltung eines Resonanzkondensators und eines temperaturabhängigen Widerstandes angeordnet ist. Der
Widerstand des hier verwendeten Heißleiters (NTC-Widerstand) ist im Moment des Einschaltens hoch und
verringert sich entsprechend seiner Charakteristik bis zur Zündung der Lampe. Hierdurch bedingt fließt
anfangs nur ein kleiner Vorheizstrom. Das führt zu langen Vorheizzeiten und damit auch zu langen Zündzeiten
für die Lampe. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen reicht die dann an der Lampe liegende niedrige
Spannung zur Zündung nicht mehr aus. Nach der Lampenzündung fließt ein relativ hoher Strom durch
den Zündstromkreis. Das reduziert wiederum die Systemausbeute, da die Dauerheizung der Elektroden
eine Verlustleistung bedeutet. Eine Überheizung der Elektroden führt darüber hinaus zu einem erhöhten
Emitterverbrauch und damit zu einer reduzierten Lebensdauer der Lampe.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Leuchtstofflampe eine für Nieder- und Hochfrequenz geeignete
starterlose Zündschaltung zu schaffen, die eine sichere Zündung der Lampe in einem großen Temperaturbe-
reich ermöglicht und die bei größtmöglicher Schonung
der Lampe während jedes Betriebszustandes eine verlängerte Lebensdauer bewirkt. Gleichzeitig soll bei
schneller und flackerfreier Zündung der Lampe die störende Glimmentladung unterdrückt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur
Zündung einer Niederdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen
dadurch gelöst, daß der temperaturabhängige Widerstand einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist
und diesem ein dritter Kondensator parallelgeschaltet ist. Das Verhältnis der dann im Zündstromkreis
der Lampe in Reihe liegenden Kapazitäten des zweiten Kondensators zum dritten Kondensator liegt
erfindungsgemäß im Bereich 1 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise beträgt deren Kapazitätsverhältnis 2:1. Der
den dritten Kondensator überbrückende Kaltleiter (PTC-Widerstand) hat einen niedrigen Anfangswiderstand
und bewirkt, daß schon vom ersten Augenblick an ein hoher Vorheizstrom durch die Heizelektroden der
Lampe fließt und diese schnell erwärmt. Nachdem sich der Kaltleiter erwärmt und einen hohen Widerstand
angenommen hat, fließt weiterhin ein hoher Strom durch die jetzt wirksam gewordene Reihenschaltung des
zweiten und dritten Kondensators, wobei gleichzeitig die Spannung an der Lampe durch Resonanz bis zur
Zündung ansteigt. Nach der Zündung liegt nur die übliche Brennspannung der Lampe an der Reihenschaltung
beider Kondensatoren; durch den Zündstromkreis fließt deshalb nur ein kleiner Reststrom. Die
Funktion der Zündschaltung wird in der Figurenbeschreibung genauer erläutert. Die Betriebsfrequenz
für die Lampe liegt im Bereich zwischen 20 kHz und 500 kHz. Hierdurch wird es ermöglicht, daß die Schal-
tungsbauteile kleine geometrische Abmessungen aufweisen
und das gesamte Vorschaltgerät einschließlich der Bauteile für den Zündkreis in den Sockel der
Niederdruckentladungslampe integriert werden kann. 5
Mit der Zündschaltung wird eine sehr kurze Zündzeit von nur etwa 0,5 Sekunden erreicht. Die Lampe brennt
quasi "sofort" nach dem Einschalten. Das sonst übliche störende Einschaltflackern der Leuchtstofflampe
sowie die die Lebensdauer verkürzende Glimmentladung treten nicht auf. Gleichzeitig wird eine Kaltzündung
der Lampe vermieden, wodurch die Lampe geschont und somit deren Lebensdauer erhöht wird..
Durch die Spannungsregelung ist die Schaltung zur Zündung von Leuchtstofflampen bei den unterschiedlichsten
Umgebungstemperaturen geeignet.
Die Schaltungsanordnung zur Zündung für eine Niederdruckentladungslampe
wird nachstehend an Hand der vier Figuren eingehend erläutert:
Figur 1 zeigt die wesentlichen Bauteile der Schaltungsanordnung
Figur 2 zeigt ein Oszillogramm des Heizstromes Figur 3 zeigt ein Oszillogramm der Lampenspannung
Figur 4 zeigt ein Oszillogramm des Lampenstromes 30
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird eine kompakte
Leuchtstofflampe 1 mit 15 W Leistungsaufnahme mit einer Frequenz von ca. 45 kHz betrieben. Für die Versorgung
der Lampe 1 wird die an den Anschlußklemmen 2, 3 anliegende Netzspannung Un anfangs über ein
Filterglied 4 geleitet. Die gefilterte Wechselspannung wird dann mittels eines Gleichrichters 5 und
eines Glättungskondensators 6 in eine gesiebte Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird
auf einen Wechselrichter gegeben, der aus den Transistoren 7, 8 mit den entsprechenden Emitterwiderständen
9, 10 sowie der zugehörigen Ansteuerung 11 besteht. Die Steuerspannung wird einem Ringkerntransformator
12 entnommen, dessen nur wenige Windungen aufweisende Primärwicklung 13 im Betriebsstromkreis
der Lampe 1 liegt. Alle diese Schaltglieder sind konventionell, so daß zur Vereinfachung der Schaltung
auf eine Blockdarstellung zurückgegriffen wurde. Die
-vom Wechselrichter erzeugte rechteckförmige Spannung
wird im Betriebsstromkreis über eine Induktivität 14 und einen den Gleichstrom sperrenden Trennkondensator
15 der Lampe 1 zugeführt. Die Induktivität 14 beträgt ca. 3 mH und der Trennkondensator 15 hat eine
Kapazität von ca. 47 nF.
Parallel zur Lampe 1 und in Reihe zu deren Heizelektroden 16, 17 liegt der Zündstromkreis, der aus einer
Reihenschaltung zweier Resonanzkondensatoren 18, 19 gebildet wird, wobei der Resonanzkondensator 18 von
einem Kaltleiter (PTC-Widerstand) 20 überbrückt ist. Die Kapazität des Resonanzkondensators 18 beträgt im
Ausführungsbeispiel 3,3 nF und die des Resonanzkondensators
19 6,8 nF. Die Reihenschaltung der Kondensatoren 18 und 19 bildet den Resonanzkondensator
cR. Der Kaltleiter 20 ist vom Typ C 890 (SIEMENS).
Die Figuren 2 bis 4 zeigen den Verlauf des Heizstromes I„, der Lampenspannung UQ bzw. U. sowie den
Lampenstrom IL. Zum Zeitpunkt des Einschaltens 21
ist nur der Kondensator 19 wirksam. Der in der Kapa-
zität kleinere und für die Höhe der Lampenversorgungsspannung maßgebende Kondensator 18 ist durch den
niederohmigen Kaltleiter 20 überbrückt. Durch die Elektroden 16, 17 der Lampe 1 fließt ein hoher Heizstrom
I,, (Fig. 2). An der Lampe 1 stellt sich eine bestimmte Leerlaufspannung UQ ein (Fig. 3), deren
Höhe aufgrund des überbrückten Kondensators 18 und der geringeren Spannung am Kondensator 19 nicht zur
Lampenzündung ausreicht. Ebenso ist der Strom IL
durch die Lampe 1 vernachlässigbar klein (Fig. 4). Mit sich zunehmend erwärmenden Lampenelektroden 16,
17 verringert sich der Heizstrom I^ geringfügig. Nach dem Aufheizen des Kaltleiters 20 wird dieser
hochohmig und die Reihenschaltung der beiden Kondensatoren 18, 19 wird wirksam. Hierdurch verringert
sich deren Gesamtkapazität. Die Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 18, 19 sind so bestimmt, daß
sich die erwünschte hohe Lampenversorgungsspannung einstellt und beide Kondensatoren 18, 19 trotz ihrer
unterschiedlichen Kapazitäten mit etwa der gleichen Spannung belastet werden. Zusammen mit der Induktivität
14 und dem Trennkondensator 15 stellt sich jetzt die notwendige Resonanzspannung 22 ein. Mit der
steigenden Resonanzspannung 22' steigt auch wieder der
Heizstrom I„ auf etwa seinen ursprünglichen Wert
an. Der Strom I. durch die Lampe 1 ist von diesen Vorgängen nicht betroffen. Die resonante Leerlaufspannung
U0 an den Kondensatoren 18, 19 steigt
jetzt bis zum Durchzünden 23 der Lampe 1 an. Zwischen den Zeitpunkten des Einschaltens 19 und der Zündung
23 sind nur ca. 0,5 Sekunden vergangen. Nach erfolgter Lampenzündung 23 stellt sich automatisch die der
Lampe 1 charakteristische Brennspannung U, ein. Ebenso plötzlich steigt der Lampenstrom I. auf
seinen Betriebswert an. Der Vorheizstrom I^ geht
aufgrund der jetzt verringerten Spannung und der in Reihe liegenden Kondensatoren 18, 19 auf einen
niedrigen Wert zurück.
Claims (4)
- PatentansprücheSchaltungsanordnung zur Zündung einer Niederdruckentladungslampe, die im Betriebsstromkreis mindestens eine Induktivität (13, 14) und einen dazu in Reihe geschalteten Kondensator (15) aufweist und die im Zündstromkreis parallel zur Lampe (1) und in Reihe zu deren Heizelektroden (16, 17) eine Reihenschaltung eines zweiten Kondensators (19) und eines temperaturabhängigen Widerstandes (20) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (20) einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und diesem ein dritter Kondensator (18) parallelgeschaltet ist.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kapazitäten des zweiten Kondensators (19) zum dritten Kondensator (18) im Bereich 1 : 1 bis 5 : 1 liegt.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kapazitäten des zweiten Kondensators (19) zum dritten Kondensator (18) ca. 2 : 1 beträgt.
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckentladungslampe(1) mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und 500 kHz betrieben wird.
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