DE3445817C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord­ nung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe (z. B. Halo­ gen-Metalldampflampe, Natriumdampf-Hochdrucklampe) an einer Niedervolt-Gleichspannungsquelle (z. B. Fahrzeug-Bordnetz, Batterie). Die Schaltung enthält als wesentliche Bestandtei­ le einen im Hochfrequenzgebiet arbeitenden Transistor-Wech­ selrichter, eine hochfrequenzseitige Vorschalteinrichtung zur Lampenstrombegrenzung und einen anschließenden HF/NF- Rückumformer, bestehend aus Gleichrichter mit nachfolgendem Transistor-Rechteckwechselrichter in Vollbrückenschaltung zur Speisung der Lampe mit niederfrequenter Rechteckspannung.

Mit einer derartigen Schaltungsanordnung kann eine handels­ übliche Hochdruck-Entladungslampe, wie sie für den Betrieb am Wechselstromnetz (i. a. 220 V 50 Hz) unter Verwendung eines Vorschalt- und ggf. eines zusätzlichen Zündgerätes vorgesehen ist, auch netzunabhängig aus einer Akkubatterie oder einem Fahrzeugbordnetz gespeist werden, um hiermit eine mobile oder portable Flutlichtquelle hoher Lichtlei­ stung bei geringem Energiebedarf zu realisieren.

Entladungslampen sind moderne und sehr wirtschaftliche Lichtquellen mit hoher Lichtausbeute zwischen etwa 50 und 200 lm/W; während mit (Halogen-)Glühlampen bestenfalls rund 25 lm/W erreicht werden können. Demgegenüber besitzen sie allerdings den Nachteil, daß sie - bedingt durch das zugrun­ deliegende physikalische Prinzip der Gasentladung - relativ hohe Spannungen für Zündung und Brennbetrieb erfordern und demzufolge nicht für den Betrieb an kleinen Versorgungsspan­ nungen gebaut werden können. Eine weitere Besonderheit ist die zwingende Notwendigkeit eines Vorschaltgliedes zur Be­ grenzung und Stabilisierung des Entladungsstromes, da die Gasentladung aufgrund ihrer fallenden Kennliniencharakteri­ stik nicht imstande ist, für sich alleine stabile Betriebs­ bedingungen aufrechtzuerhalten.

Grundsätzlich unterscheidet man nach dem Betriebsdruck Nieder- und Hochdruck-Entladungslampen. Die erste Gruppe, deren bekannteste Vertreterin die Leuchtstofflampe ist, besitzt relativ lange und großvolumige Entladungsrohre, in denen die Entladung unter niedriger Energiedichte mit kleinem Spanungsgradienten (etwa 1 V/cm Entladungssäule) brennt. Bei der zweiten Gruppe findet der Entladungsprozeß aufgrund des höheren Betriebsdrucks mit erheblich größerem Spannungsgradienten (ca. 10 . . . 100 V/cm) und demzufolge weitaus größerer Leistungsdichte in einem entsprechend kurzen und kleinvolumigen Brennergefäß statt.

Es leuchtet ein, daß für die Anwendung in Scheinwerfern, d. h. zur Erzeugung hoher Lumenpakete bei kleinem Raumbe­ darf, vorwiegend Hochdrucklampen in Betracht kommen.

Wie bereits angedeutet, ist der direkte Betrieb einer solchen Lampe an einem Akku oder Fahrzeugbordnetz niedriger Spannung (z. B. 12 oder 24 V=) nicht möglich. Darüber hinaus sind fast alle auf dem Markt befindlichen Entladungslampen, entsprechend der Anlehnung an die übliche Netzversorgung, für den Betrieb mit Wechselstrom konzipiert.

Es ist also ein Umformer notwendig, der die vorhandene Niedervolt-Gleichspannung in die erforderliche hohe Betriebs­ wechselspannung (Größenordnung 200 . . . 300 V) umwandelt. Dieser Wechselrichter muß darüber hinaus noch über geeignete schaltungstechnische Maßnahmen zur Strombegrenzung verfügen; d. h. er darf keine starre Ausgangsspannung liefern, sondern muß sich vielmehr selbsttätig an den jeweiligen Brennspan­ nungsbedarf der Lampe anpassen, so daß sich stabile Betriebs­ bedingungen einstellen können.

Es sind verschiedene Schaltungsanordnungen bekannt, die auf diese Weise den Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Batterie ermöglichen. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Wechselrichter (Transistor-Zerhacker mit Transfor­ mator), der mit einer netzähnlichen Frequenz von etwa 50 Hz arbeitet und die für die Lampe erforderliche Betriebswechsel­ spannung erzeugt; nebst schaltungstechnischen Maßnahmen für die notwendige Strombegrenzung (z. B. DE-OS 32 02 458, DE-OS 32 29 425). Der Nachteil dieser Schaltungsanordnungen liegt vor allem darin, daß infolge der niedrigen Übertragungsfre­ quenz hierbei massige und schwere induktive Bauelemente mit großen Eisenquerschnitten benötigt werden (Transformator, Vorschaltdrossel) bzw. andere großvolumige Bauteile wie MP- Kondensatoren mit großen Kapazitäten. Die Versorgungsgeräte werden hierdurch verhältnismäßig unhandlich und schwer, was einer möglichst universellen, mobilen und leicht transpor­ tablen Anwendung in der Praxis mitunter im Wege steht und die Einsatzmöglichkeiten einschränken kann. Hinzu kommt, daß die Eigenverluste dieser Trafos bzw. Drosseln aufgrund der großen Eisen- und Kupfermasse relativ hoch sind und so­ mit in aller Regel einen nur mäßigen Wirkungsgrad zulassen.

Aus der Leuchtstofflampentechnik sind zahllose Schaltun­ gen bekannt, die zur Vermeidung dieser Nachteile die Lampen mit Wechselstrom hoher Frequenz (ca. 15 . . 80 kHz) betrei­ ben. Hierdurch lassen sich nicht nur sehr kleine und leichte Betriebsgeräte mit hohem Wirkungsgrad aufbauen; sondern es hat sich darüber hinaus auch gezeigt, daß der hochfrequente Betrieb eine Steigerung der Lichtausbeute von bis zu 15% mit sich bringt.

Leider lassen sich diese vorteilhaften Erkenntnisse je­ doch nicht ohne weiteres auf den Betrieb von Hochdrucklampen übertragen. Es zeigte sich bei entsprechenden Versuchen, daß dieses Verfahren bei den meisten Hochdruck-Entladungslampen zu großen Schwierigkeiten durch sogen. akustische Resonanz­ erscheinungen führt. Es kommt zu mehr oder minder ausgepräg­ ter Bogenunruhe mit Flackererscheinungen, die Lampen werden instabil in ihrem Brennverhalten. Teilweise führte dies zum Verlöschen der Lampen; in einigen Fällen kam sogar eine Zerstörung des Brennergefäßes durch die Turbulenzen des Lichtbogens vor.

Weiterhin existieren Schaltungsanordnungen mit einer zwei- oder mehrfachen Energieumwandlung zwischen der zu treibenden Lampe und der versorgenden Spannungsquelle.

So wird in DE-PS 26 48 332 eine Schaltung beschrieben, mit der eine Gasentladungslampe, die normalerweise konventionell über ein Vorschaltgerät am Wechselstromnetz betrieben wird, bei Netzausfall aus einer Batterie gespeist werden kann. Hierzu wird der Batteriestrom mittels eines Transistorzer­ hackers, der vorzugsweise mit hoher Frequenz arbeitet, auf die erforderliche Spannungshöhe transformiert; wobei im Aus­ gangskreis dieses Wechselrichters eine Vorrichtung zur Lam­ penstromstabilisierung sich befindet. Anschließend erfolgt mittels eines Gleichrichters die Umformung des transformier­ ten und stromstabilisierten Wechselstroms in Gleichstrom, mit dem die Lampe im Notbetrieb gespeist wird.

Dieses Verfahren ist für den Betrieb von Leuchstofflampen sicherlich brauchbar; nicht dagegen im Falle von Hochdruck- Entladungslampen, bei denen in den allermeisten Fällen eine Speisung durch Gleichstrom unzulässig ist (Schädigung der Elektroden durch ungleichförmige Belastung; elektrolytische Zersetzungsprozesse der Füllsubstanzen bei Halogen-Metall­ dampflampen).

Ebenfalls für den Notbetrieb von ansonsten netzgespei­ sten Beleuchtungsanlagen ist eine weitere bekannte Schal­ tungsanordnung gedacht (DE-OS 32 14 669). Hierbei wird der Batteriestrom zunächst mittels eines im Hochfrequenzgebiet arbeitenden Transistorwechselrichters zerhackt und hoch­ transformiert, anschließend gleichgerichtet und über einen weiteren Transistorzerhacker in netzfrequenten Rechteck- Wechselstrom umgeformt, mit dem dann über das weiterhin benutzte induktive Vorschaltgerät die Entladungslampe be­ trieben wird. Mittels einer zusätzlich vorhandenen Regel­ einrichtung läßt sich über die Frequenz des NF-Zerhackers die Leistung der induktiv strombegrenzten Lampe steuern. Das für den Netzbetrieb gebrauchte induktive Vorschaltgerät ist also auch bei Batteriespeisung weiterhin erforderlich, was im Falle stationärer Beleuchtungsanlagen mit Notlicht­ funktion zwar vorteilhaft sein kann; für andere Anwendungs­ gebiete - insbesondere mobile und portable Anlagen - dagegen einen gewichtigen Nachteil darstellt. Insbesondere bei grö­ ßeren Leistungseinheiten bedingt dies ein unerwünscht hohes Gewicht der Geräte und eine erhöhte Verlustleistung, wodurch die Vorteile der hochfrequenten Transformation zum großen Teil wieder verloren gehen.

Ebenfalls zum Stand der Technik gehört eine Schaltungs­ anordnung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen (britische OS GB 20 30 388), in welcher eine Hochdruck-Entladungslampe unmittelbar aus einem Transi­ storzerhacker mit niederfrequenten Rechteckspannungsblöcken gespeist wird, der wiederum über einen geregelten, mit Hoch­ frequenz arbeitenden Gleichspannungswandler aus der gleich­ gerichteten Netzwechselspannung versorgt wird. Der primäre Gleichspannungswandler ist hierbei als geregelter Eintakt­ wandler (z. B. Sperrwandler) ausgeführt, wobei über Regelung des Tastverhältnisses (Einschalt- zu Pausenzeit) der Lei­ stungsumsatz der Entladungslampe gesteuert und somit die erforderliche Lampenstromstabilisierung bewerkstelligt wird.

Der Hauptgrund für dieses aufwendige Verfahren zum Betrieb einer netzgespeisten Hochdruck-Entladungslampe liegt in der beabsichtigten Anwendung für den Einsatz in Spezialleuchten für Filmkameras und -projektoren. Würde man diese wie gewöhn­ lich mit sinusförmigem Netzstrom speisen, so hätte dies eine entsprechende Modulation des Lichtstromes mit der doppelten Netzfrequenz zur Folge; was sich durch Flimmererscheinungen, Interferenzen mit der Verschlußzeit, Schwebungen und andere störende Effekte bemerkbar machen würde. Beim Betrieb der Lampe mit Rechteckspannung dagegen kann aufgrund der gleich­ mäßigen Stromamplitude sowie der sehr kurzen Umschaltzeiten praktisch keine störende Lichtmodulation mit Helligkeits­ schwankungen mehr auftreten.

Ein analoger Betrieb an Niedervolt-Gleichspannung an­ stelle gleichgerichteter Netzspannung ist in der britischen Offenlegungsschrift zwar erwähnt; er müßte aber mit der angegebenen Schaltungsanordnung in der Praxis zu erheblichen Schwierigkeiten führen. Dies hat seinen Grund darin, daß bei der bekannten Anordnung der Transistorwechselrichter als Eintaktwandler ausgebildet ist, dessen Tastverhältnis zur Begrenzung des Lampenstromes geregelt wird. Wenn mit einem solchen Eintaktwandler höhere Ausgangsleistungen erreicht werden sollen, wie sie z. B. für den Betrieb einer Hochdruck- Entladungslampe in einem Flutlichtscheinwerfer hoher Licht­ leistung erforderlich sind, als Versorgungsspannung jedoch nur eine niedrige Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt zur Verfügung steht, so ergeben sich hieraus zwangsläufig sehr große zu schaltende Ströme, die nur mit einem großen schaltungstechnischen Aufwand beherrscht werden können. Eine prinzipiell denkbare Umdimensionierung der angegebenen Schal­ tungsanordnung zum Betrieb an Niedervoltspannung durch ent­ sprechende Änderung des Trafo-Übersetzungsverhältnisses würde also in der Praxis auf große Probleme stoßen. Die alternativ angegebene Einschaltung eines weiteren Gleichspannungswand­ lers zwischen der Niedervolt-Gleichspannungsquelle und dem leistungssteuernden Eintaktwechselrichter würde ebenfalls einen beträchtlichen schaltungstechnischen Mehraufwand er­ fordern und überdies den Wirkungsgrad der gesamten Schal­ tungsanordnung merklich verschlechtern.

Diese Problematik wurde durch die vorliegende Erfindung nun dahingehend gelöst, indem hiermit eine einfache, preis­ günstige, leichte und kompakte Möglichkeit geschaffen wurde, Hochdruck-Entladungslampen auch größerer Leistung aus Batte­ rien oder anderen Niedervolt-Gleichspannungsquellen mit hoher Effektivität speisen zu können.

Mit der nun vorliegenden erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung wird auch die Lösung einer weiteren Problematik erreicht, die sich daraus ergibt, daß einerseits die meisten Hochdruck-Entladungslampen gegenüber Spannungsschwankungen sehr empfindlich sind und hierauf mit zum Teil erheblichen Leistungsabweichungen reagieren; während andererseits spezi­ ell zahlreiche Niedervolt-Gleichspannungsquellen - insbeson­ dere generatorgespeiste Fahrzeugbordnetze - häufig recht große Nennspannungsabweichungen, besonders nach oben hin, aufweisen. Hieraus ergibt sich die Forderung, daß deren negativer Einfluß auf die Betriebssicherheit von der Schal­ tungsanordnung wenigstens teilweise ausgeregelt werden muß.

Diese Aufgabe wurde in der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung dadurch gelöst, daß vor den Eingang des nach dem Gegentaktprinzip aufgebauten Transistorwechselrichters ein Speiespannungs-Vorregler angeordnet wurde. Diesem kommt die Aufgabe zu, bei eingangsseitigen Überspannungen die Betriebs­ spannung für den Transistorwechselrichter auf einen einstell­ baren Höchstwert zu begrenzen, damit auch bei einer in weiten Grenzen schwankenden Versorgungsspannung die Lampenbetriebs­ daten innerhalb einer vertretbaren Schwankungsbreite bleiben und so eine zuverlässige Arbeitsweise ohne die Gefahr von Überlastungen von Lampe oder Gerät sichergestellt ist.

Die Transformation der Niedervolt-Eingangsspannung auf den für die Lampe erforderlichen Versorgungswert erfolgt mittels eines im Hochfrequenzgebiet arbeitenden Gegentakt- Transistorwechselrichters. Im Ausgangskreis dieses primären Umformers befindet sich ein entsprechend bemessenes HF-Reak­ tanzglied, mit dessen Hilfe die notwendige Strombegrenzung für die Entladungslampe erreicht wird. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters wird hiermit kurzschlußfest und an die geforderte Lampencharakteristik angepaßt. Diese wird darauf in einem Zwischenkreis gleichgerichtet, geglättet und nach­ folgend schließlich mittels eines zweiten Wechselrichters in eine niederfrequente Rechteckspannung zerhackt, welche unmittelbar oder ggf. über ein zusätzlich erforderliches Zündgerät die Hochdruck-Entladungslampe speist.

In weiterer Ausgestaltung beinhaltet die erfindungsge­ mäße Schaltungsanordnung noch eine Überwachungselektronik, welche eine Lampenbetriebskontrolle, einen bilateral wirk­ samen Speisespannungswächter sowie einen Verpolungsschutz umfaßt. Sobald abnorme bzw. unzulässige Betriebsumstände vorliegen, sorgt die Überwachungselektronik dafür, daß die Lampenbetriebsschaltung stillgesetzt wird bzw. überhaupt nicht erst in Betrieb gehen kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei bedeutet

- Fig. 1 das vollständige Übersichtsschaltbild (Blockschaltbild),

- Fig. 2 das schematische Schaltbild des Hoch­ frequenz-Wechselrichters einschließlich des Speisespannungs-Vorreglers und der Vorschalteinrichtung für die Lampe,

- Fig. 3 das schematische Schaltbild des HF/NF- Rückumformers mit Gleichrichterteil und Transistor-Rechteckwechselrichter sowie den Lampenanschluß.

Laut Blockschaltbild gemäß Fig. 1 wird die positive Ein­ gangsgleichspannung von der Plus-Anschlußklemme 14 über die Hauptsicherung 11 und das Lastrelais 12 zunächst dem Speise­ spannungs-Vorregler 1 zugeführt. Diesem kommt die Aufgabe zu, die Betriebsspannung für den nachfolgenden Transistor- Hochfrequenzwechselrichter 2 bei eingangsseitigen Überspan­ nungen auf einen definierten, vorwählbaren Maximalwert zu begrenzen. Wie zuvor bereits erwähnt, ist dies sehr wichtig, da einerseits zahlreiche Niedervolt-Gleichspannungsquellen (insbesondere generatorgespeiste Fahrzeugbordnetze) zum Teil erhebliche Spannungsschwankungen aufweisen, die 20% und mehr vom Nennwert abweichen können. Andererseits sind die meisten Hochdruck-Entladungslampen, besonders die modernen Halogen-Metalldampflampen und Natriumdampf-Hochdrucklampen, gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung sehr empfind­ lich und reagieren hierauf mit zumeist erheblichen Leistungs­ abweichungen; so daß von den Herstellern in aller Regel nur Spannungstoleranzen von maximal etwa ±5% als zulässig er­ achtet werden.

Ohne den Speisespannuns-Vorregler würde der nach dem Gegentakt­ prinzip arbeitende HF-Transistorwechselrichter 2 die Ein­ gangsspannungsschwankungen proportional an die Sekundärseite weitergeben; wonach bereits bei mäßiger Überspannung Gefahr bestünde, Lampe und auch Versorgungsgerät in unzulässiger Weise zu überlasten.

Der Speisespannungs-Vorregler 1 sorgt jedoch in der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung dafür, daß auch bei einem Betrieb an einer in weiten Grenzen schwankenden Versorgungs­ spannung die Lampenbetriebswerte und damit zusammenhängend auch die Leistungsaufnahme des Speisegerätes stets im Rahmen einer vertretbaren Schwankungsbreite gehalten werden.

Der nachfolgende Gegentakt-Transistorwechselrichter 2 setzt die auf diese Weise nun vorgeregelte Eingangsgleich­ spannung anschließend in eine hochfrequente Wechselspannung von etwa 200 . . . 250 V mit ca. 25 kHz Frequenz um. Am Aus­ gang dieses Wandlers befinden sich zwei Kondensatoren 5 und 6, wobei der Kondensator 5 als hochfrequenzseitiges Reaktanz- Vorschaltglied für die nach dem folgenden HF/NF-Rückumformer anzuschließende Hochdruck-Entladungslampe 10 fungiert.

Der Kondensator 6 bildet zusammen mit der Vorschaltkapazität 5 und der (hier nicht eingezeichneten) Sekundärwicklung des im Transistorwechselrichter 2 enthaltenen Wandlertrafos einen Schwingkreis. Dieser ist um so wirksamer, je kleiner dessen Dämpfung, d. h. je geringer die Laststromentnahme aus dem Wandler ist (insbesondere also im Leerlauf).

Hierdurch ergibt sich eine weitgehend sinusförmige Ausgangs­ spannung des HF-Wechselrichters 2, und das Entstehen von schädlichen Spannungsspitzen und Überschwingern wird wirk­ sam verhindert.

Der hiernach anschließende HF/NF-Rückumformer setzt sich zusammen aus dem HF-Vollweggleichrichter 3, einem Glättungs­ glied 7 und dem aus diesem Gleichstrom-Zwischenkreis gespei­ sten NF-Rechteckwechselrichter 4. Letzterer enthält im we­ sentlichen vier steuerbare Halbleiterventile (vorzugsweise Hochvolt-Schalttransistoren) in Vollbrückenschaltung, die von einem externen NF-Rechteckgenerator 15 angesteuert wer­ den und auf diese Weise die Gleichspannung aus dem Zwischen­ kreis in eine symmetrische Niederfrequenz-Rechteckspannung umformen. Mit dieser Spannung wird nun unmittelbar - über das für viele Lampentypen erforderliche Zündgerät 8 und den zur Lampenstromerfassung dienenden Shunt-Widerstand 9 - die Hochdruck-Entladungslampe 10 gespeist.

Zur Überwachung des Leistungsteils dient die Steuerelek­ tronik 16 in Verbindung mit dem Lastrelais 12. Sie umfaßt zum einen die Lampenüberwachung 17, die dafür sorgt, daß der Wandlerteil bei einer Unterbrechung im Lampenkreis oder im Falle einer defekten, nicht mehr startfähigen Lampe umgehend stillgesetzt wird. Die Information hierzu wird über den im Lampenstromkreis liegenden Shuntwiderstand 9 bezogen.

Zum anderen enthält die Überwachungselektronik 16 einen bi­ lateral wirksamen Speisespannungswächter 18, der die Ein­ gangsspannung daraufhin überprüft, ob sie sich innerhalb eines vorgegebenen , zulässigen Bereiches bewegt. Sowohl bei zu kleiner Versorgungsspannung (Tiefentladeschutz für die Batterie) als auch bei zu großen, nicht mehr durch den Spei­ sespannungs-Vorregler 1 abgedeckten Eingangsspannungen (z. B. Anschluß eines 12 V-Gerätes an eine 24 V-Batterie) bewirkt der Speisespannungswächter 18 ein sofortiges Abschalten bzw. läßt das Schaltrelais 12 erst gar nicht anziehen.

Beide Kontrollfunktionen - Lampenüberwachung 17 und Span­ nungswächter 18 - wirken über ein Verknüpfungsglied auf das Lastrelais 12 ein und verhindern eine Inbetriebnahme bzw. einen Weiterbetrieb, sobald auch nur ein abnormer Umstand vorliegt. Dasselbe gilt für den Fall der Falschpolung, wofür die im Steuer- und Relaiskreis liegende Diode 19 vorgesehen ist und ein Einschalten des Leistungsteils nur bei richtiger Anschlußpolarität zuläßt.

In der Schaltung gemäß Fig. 2 wird der Plus­ pol der Versorgungsspannung von der Anschlußklemme 14 über die Hauptsicherung 11 und das Schaltrelais 12 dem Kollektor des hier in bipolarer Schaltungstechnik aufgebauten Längs­ reglers 22 zugeführt. Der Minuspol (Klemme 13) liegt an der Schaltungsmasse. Zur Entkopplung und Pufferung der Eingangs­ spannung sind die Kondensatoren 20 und 21 vorgesehen. Den Basisstrom des Regeltransistors 22 liefert der Treiber 23.

Unterhalb des festgelegten Betriebsspannungs-Limits für den Wechselrichter 2 soll der Vorregler-Transistor 22 möglichst ideal durchgeschaltet sein, d. h. nur einen minimalen Rest­ spannungsabfall verursachen. Wegen des Steuerspannungsbedarfs für den Längsregler 22 sowie - bei bipolaren Konzepten - für einen zumeist erforderlichen Treibertransistor 23 und ggf. zusätzlichen Schutzwiderstand 27 ist diese Forderung aber nicht hinreichend zu erfüllen, wenn nur eine gemeinsame Spannungsquelle zur Verfügung steht.

Aus diesem Grunde wurde der Hilfs-Gleichspannungswandler 24 vorgesehen, der eine gegenüber der jeweiligen Eingangsspan­ nung um mehrere Volt erhöhte Hilfsspannung zur Ansteuerung des Längsreglers 22 zur Verfügung stellt. Dessen maximale Ausgangsspannung wird durch die Z-Diode oder den geregelten Spannungskonstanter 26 festgelegt, welche über den Vorwider­ stand 25 ebenfalls aus dem Hilfsspannungswandler 24 gespeist werden.

Über die Schwingdrosselspule 29 wird die so vorgeregelte Eingangsspannung nach Entkopplung durch den Kondensator 28 der Mittelanzapfung der beiden symmetrischen Primärwicklungs­ hälften 31 und 31′ des HF-Wechselrichtertrafos 30 zugeführt. Der Wechselrichter arbeitet als freischwingender, selbstge­ führter Gegentaktwandler; wobei zwei Transistorventile 34 und 35 (jedes Ventil kann auch aus mehreren parallelgeschal­ teten Einzeltransistoren bestehen) die Primärwicklungszweige abwechselnd gegen Masse (Minuspol) schalten. Die Selbst­ steuerung des Wechselrichters erfolgt mit Hilfe der Steuer­ wicklung 32 und dem hier nicht näher bezeichneten Ansteuer­ netzwerk 36, das auch die Eigenfrequenz des Wandlers mitbe­ stimmt. Die Sekundärwicklung 33 des Trafos 30 bildet mit den Kondensatoren 5 und 6 einen Schwingkreis, dessen Einfluß auf den Wechselrichter mit abnehmender Belastung (Dämpfung) steigt und daher dessen Leerlauffrequenz bestimmt.

Wie bereits erwähnt, kommt dem Kondensator 5 darüber hinaus noch die sehr wichtige Aufgabe zu, den Ausgangsstrom des Wechselrichters durch seinen kapazitiven Blindwiderstand zu begrenzen und damit kurzschlußfest zu machen sowie an die fallende Gasentladungscharakteristik anzupassen; eine für den Betrieb von Entladungslampen unabdingbare Voraussetzung. Im Kurzschlußfall bildet der Kondensator 5 mit der Sekundär­ wicklung 33 wiederum einen Schwingkreis, welcher die Frequenz des Wechselrichters im Kurzschlußfall bestimmt.

Über die Verbindungsklemmen 37 und 38 wird die auf diese Weise hochtransformierte und strombegrenzte Hochfrequenzspan­ nung dem nachfolgenden HF/NF-Rückumformer zugeführt, von dem ein Ausführungsbeispiel in Fig. 3 zu sehen ist.

Die HF-Wechselspannung gelangt zunächst auf die Vollweg­ gleichrichterbrücke 3, die aus vier schnellen Gleichrichter­ dioden 39 . . . 42 aufgebaut ist. Mit Hilfe der Ladekapazität 7 wird die so erhaltene Zwischenkreis-Gleichspannung von HF- Resten befreit und geglättet und anschließend dem NF-Recht­ eckwechselrichter 4 zugeleitet.

Dieser besteht im wesentlichen aus vier Hochvolt-Schalt­ transistoren 43 . . . 46 in Vollbrückenschaltung, die von einem externen Treibergenerator 15 mit symmetrischen Recht­ eckspannungsimpulsen phasenrichtig angesteuert werden.

Parallel zu jedem der Transistoren befinden sich die Dioden 47 . . . 50 zur Übernahme von Inversstromanteilen bei Blind­ lastentnahme. Die ebenfalls parallelgeschalteten Widerstände 51 . . . 54 sorgen für ein gleichmäßiges Aufteilen der Tran­ sistor-Sperrspannungen in den Brückenzweigen.

Mittels der Transistorbrücke wird die anliegende Zwi­ schenkreis-Gleichspannung in niederfrequente, symmetrische Rechteck-Wechselspannungsblöcke von ca. 50 . . . 100 Hz zer­ hackt, die an den Diagonalzweigklemmen 55 und 56 abgegriffen und über das Überlagerungszündgerät 8 sowie den Lampenstrom­ kontrollwiderstand 9 unmittelbar der Hochdruck-Entladungs­ lampe 10 zugeführt werden.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von Hochdruck-Ent­ ladungslampen an einer Niedervolt-Gleichspannungsquelle, enthaltend einen von der Niedervolt-Gleichspannungsquel­ le gespeisten, im Hochfrequenzgebiet arbeitenden Transi­ storwechselrichter (2), einen nachgeschalteten Gleich­ richter (3) mit Glättungsglied (7) und einen hierauf folgenden, den Betriebsstrom für die Hochdruck-Entla­ dungslampe (10) liefernden NF-Rechteckwechselrichter (4), dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistorwechselrichter (2) ein Speisespannungs-Vorregler (1) vorgeschaltet ist, der bei eingangsseitiger Überspannung die Betriebsspan­ nung des Transistorwechselrichters (2) auf einen vorge­ gebenen Höchstwert begrenzt, daß der Transistorwechsel­ richter (2) als Gegentaktwandler ausgebildet ist und daß zur Lampenstrombegrenzung ein Reaktanzglied (5) zwischen dem Ausgang des Transistorswechselrichters (2) und dem Gleichrichter (3) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speisespannungs-Vorregler (1) mindes­ tens einen Längstransistor (22) als Spannungsregler enthält, wobei die maximale Ausgangsspannung des Längs­ transistors durch eine Z-Diode (26) oder einen anderen Spannungskonstanter bestimmt wird, welche(r) die Steuer­ elektrode(n) des Längstransistors (22) ansteuert und aus einem Hochsetz-Spannungswandler (24) gespeist wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorwechselrichter (2) als Gegentaktwandler mit einem oder mehreren parallelgeschal­ teten Transistoren (34, 35) pro Primärzweig (31, 31′) des Wandlertransformators (30) ausgebildet ist, daß die Ausgangswicklung (33) dieses Trafos mit zwei in Serie geschalteten Kondensatoren (5, 6) verbunden ist und mit diesen zusammen einen vorwiegend im Leerlauf wirksamen Schwingkreis bildet, und daß die Eingangsspannung für den nachgeschalteten Gleichrichter (3) parallel zu dem einen Kondensator (6) abgegriffen wird, während der in Reihe hierzu liegende andere Kondensator (5) die hoch­ frequenzseitig wirksame Vorschaltreaktanz für die Hochdruck-Entladungslampe (10) darstellt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (3) ein Vollweggleichrichter (Brückengleichrichter) bestehend aus vier schnellen Dioden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der NF-Rechteckwechselrichter (4) als wesentliche Bestandteile vier in Vollbrücken­ schaltung angeordnete steuerbare Halbleiterbauelemente enthält, vorzugsweise Transistoren (43 . . . 46), mit de­ nen die anliegende Zwischenkreis-Gleichspannung in eine rechteckförmige NF-Wechselspannung zerhackt wird, die am Diagonalzweig der Transistorbrücke abgenommen wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brückentransistoren (43 . . . 46) des NF-Rechteckwechselrichters (4) von einem externen Steu­ ergenerator (15) mit rechteckförmigen Spannungsimpulsen angesteuert werden.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorwechselrichter (2) mit einer Frequenz oberhalb 10 kHz und der die Lampe (10) speisende NF-Rechteckwechselrichter (4) mit einer Frequenz zwischen etwa 40 und 100 Hz arbeitet.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungs­ elektronik (16) vorgesehen ist, die eine Lampenüberwa­ chung (17), einen bilateralen Speisespannungswächter (18) sowie einen Verpolungsschutz (19) umfaßt und auf ein Lastrelais (12) wirkt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lampenüberwachung (17) ihre Informa­ tion über den Spannungsabfall an einem im Lampenstrom­ kreis liegenden Widerstand (9) erhält.