DE3609582A1 - Vorschaltgeraet fuer entladungslampen - Google Patents

Description

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

Bei einem bekannten Vorschaltgerät, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht (DE-OS 29 04 393), ist eine Schalterbrücke aus zwei parallelen Schaltungszweigen vorgesehen, von denen jeder eine der Elektroden einer Zweistift-Entladungslampe speist. Die Schalterbrücke hat die Funktion der Kommutierung des Lampenstromes mit einer Frequenz, die größer ist als die Netzfrequenz. Der Lampenstrom wird durch einen Stromfühler erfaßt und dem Schaltregler zugeführt, der das Schaltglied derart steuert, daß dieses Impulses mit einem vom Stromwert abhängigen Tastverhältnis erzeugt. Dem Regler wird als Führungsgröße ein Referenzwert zugeführt, der veränderbar ist, um das Einstellen der Helligkeit zu gestatten. Die Induktivität, die mit dem Stromfühler und dem Schaltglied in Reihe geschaltet ist, dient als Glättungsdrossel. Bei dem bekannten Vorschaltgerät ist ein Vorheizen der Lampenelektroden nicht möglich. Zum Zünden der Lampe wird ein mit der Lampe in Reihe geschalteter Starter benutzt, der Hochspannungsimpulse erzeugt. Ein derartiges Vorschaltgerät ist ausschließlich für Bogenentladungslampen anwendbar, bei denen keine Vorheizung erforderlich ist.

Nach einer älteren Patentanmeldung, die gemäß § 3, Abs. 2 PatG als Stand der Technik gilt (P 35 17 297.5-33), ist die Entladungslampe eine Leuchtstofflampe, deren heizbare Elektroden jeweils zwischen die elektronischen Schalter eines Schaltungszweiges der Schalterbrücke geschaltet sind. Zum Aufheizen der Elektroden werden alle vier elektronischen Schalter in den leitenden Zustand gesteuert und nach einer definierten Vorheizzeit werden zwei diagonal gegenüberliegende elektronische Schalter gesperrt. Hierbei sind die Schaltungszweige der Schalterbrücke in Reihe mit der Reihenschaltung des Schaltgliedes des Stromfühlers und der Induktivität geschaltet.

Bei Vorschaltgeräten der erwähnten Art ist die Entladungslampe Bestandteil der Schalterbrücke, die mit der die Zündspannung erzeugenden Induktivität in Reihe geschaltet ist. Die Schalter der Schalterbrücke müssen daher imstande sein, hohe Spannungen von etwa 800 V zu schalten. Solche Transistorschalter sind teuer. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, daß es schwierig ist, mit einem Vorschaltgerät mehrere Entladungslampen, die z. B. in einer gemeinsamen Leuchte enthalten sind, gleichzeitig zu betreiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Anzahl derjenigen Schalter, die hohe Spannungen schalten müssen, verringert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Nach der Erfindung ist die Induktivität mit der Leuchtstofflampe in Reihe in den Querzweig der Schalterbrücke geschaltet. Die parallelen Schaltungszweige der Schalterbrücke sind somit auf der Niederspannungsseite angeordnet, während Hochspannung nur im Querzweig der Schalterbrücke auftritt. Die Elektroden der Leuchtstofflampe sind mit dem zweiten Schalter in Reihe geschaltet, so daß dieser Schalter parallel zur Leuchtstofflampe angeordnet ist. Der Schalter wird zum Vorheizen der Elektroden in den leitenden Zustand gesteuert und er ist beim Betrieb der gezündeten Leuchtstofflampe gesperrt. Dieser zweite Schalter kann auch zum Zünden benutzt werden, indem er während des Fließens des Vorheizstromes in den Sperrzustand gesteuert wird.

Der zweite Schalter, der mit den Elektroden der Leuchtstofflampe verbunden ist, wird während des Betriebs zusammen mit den Elektroden umgepolt (kommutiert). Daher muß dieser zweite Schalter ein potentialfreier Schalter sein. Die Ansteuerung eines solchen potentialfreien Schalters ist schwierig, wenn der Schalter ein Transistor ist. Wenn der Schalter ein mechanischer Schalter ist, besteht die Gefahr, daß Schaltlichtbögen entstehen; außerdem kann ein mechanischer Schalter nicht genügend schnell umgeschaltet werden, um eine Reihe hochfrequenter Zündimpulse zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zur Überwindung dieser Schwierigkeiten vorgesehen, daß an den Verbindungspunkt der Induktivität mit der einen Elektrode ein dritter Schalter angeschlossen ist, der in einer Zündphase die Reihenschaltung aus der Leuchtstofflampe und einem leitenden ersten Schalter überbrückt und zum Zünden der Leuchtstofflampe in den Sperrzustand gesteuert wird. Der dritte Schalter übernimmt die Funktion der Erzeugung der Zündimpulse. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Schalter der Schalterbrücke und/oder den zweiten Schalter als mechanische Schalter auszubilden, zumal in der Regel von diesen Schaltern keine schnellen oder hochfrequenten Schaltvorgänge gefordert werden.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät bietet den Vorteil, daß es sich dazu eignet, an eine einzige Schalterbrücke mehrere Leuchtstofflampen anzuschließen, die gleichzeitig gezündet bzw. gesteuert (gedimmt) werden können. Hierzu ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Querzweig der Schalterbrücke mehrere parallele Reihenschaltungen aus je einer Induktivität und einer Leuchtstofflampe mit zur Leuchtstofflampe parallelem zweiten Schalter enthält, daß jede dieser Reihenschaltungen einen Stromdetektor enthält und daß die Ausgangssignale der Stromdetektoren den Schaltregler derart steuern, daß die Stärke des durch die Schalterbrücke fließenden Stroms der Anzahl der stromleitenden Leuchtstofflampen bzw. zweiten Schalter entspricht. Hierbei wird durch die Stromdetektoren der Strom bzw. der Vorheizstrom einer jeden Lampe separat ermittelt, so daß eine Information darüber erhalten wird, ob die Lampe sich in ihrer Fassung befindet und funktionsfähig ist. Wenn eine funktionsfähige Lampe sich in ihrer Fassung befindet, wird dies dem Steuerwerk von dem Stromdetektor mitgeteilt und der Schaltregler steuert das Schaltglied in der Weise, daß der der Schalterbrücke zugeführte Strom der Summe der benötigten Lampenströme bzw. Vorheizströme entspricht. Wird während des Betriebes eine Lampe aus ihrer Fassung herausgedreht, dann wird der Gesamt-Lampenstrom entsprechend verringert, so daß jede Lampe mit dem für ihren Betrieb erforderlichen Strom versorgt wird.

Der zweite Schalter einer jeden Leuchtstofflampe wird von dem Steuerwerk im leitenden Zustand gehalten, solange der Meßfühler bzw. der dieser Leuchtstofflampe zugeordnete Stromdetektor keinen Strom feststellt. Dadurch wird erreicht, daß beim Auswechseln einer Lampe sofort ein Vorheizstrom fließt, wenn die neue Lampe eingesetzt worden ist. Das Steuerwerk läßt ein Programm ablaufen, nach welchem nach Ablauf der Vorheizzeit für die neue Lampe die Zündung aller Lampen neu eingeleitet wird, so daß diejenigen Lampen, die bisher schon geleuchtet haben, kurzzeitig (Bruchteile einer Sekunde) erlöschen und anschließend sämtliche Lampen neu gezündet werden.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Vorschaltgerätes mit einer Leuchtstofflampe,

Fig. 2 die Zustände der Schalter bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in den verschiedenen Phasen des Betriebsablaufs und

Fig. 3 ein Schaltbild eines Vorschaltgerätes zur gleichzeitigen Versorgung mehrerer paralleler Leuchtstofflampen.

Das Vorschaltgerät nach Fig. 1 wird mit einer Gleichspannung von z. B. 300 V versorgt. Der eine Pol (Minuspol) der Versorgungsspannung ist über die Reihenschaltung eines elektronischen Schaltgliedes T _S , z. B. eines Schalttransistors, und eines Meßfühlers MF in Form eines Widerstandes mit dem einen Ende der Schalterbrücke SB verbunden. Der andere Pol der Versorgungsspannung ist mit dem anderen Ende der Schalterbrücke SB verbunden. Von der Verbindung des Schaltgliedes TS mit dem Meßfühler MF führt eine in Sperrichtung geschaltete Diode D zu dem anderen Pol (Pluspol) der Versorgungsspannung.

Die Schalterbrücke SB besteht aus zwei parallelen Schaltungszweigen, von denen einer die Reihenschaltung der Schalter T ₁ und T ₃ und der andere die Reihenschaltung der Schalter T ₂ und T ₄ enthält. Diese ersten Schalter sind vorzugsweise elektronische Schalter, können aber auch als mechanische Schalter (Relaisschalter) ausgebildet sein. Die Steuerung der ersten Schalter T ₁ bis T ₄ erfolgt durch das Steuerwerk SW über Steuerleitungen S ₁ bis S ₄ in der Weise, daß generell zwei diagonale Schalter T ₁, T ₄ oder T ₂, T ₃ leitend sind, während die beiden anderen diagonalen Schalter gesperrt sind. Die Verhältnisse in den Umschaltzeiten werden später anhand von Fig. 2 erläutert.

Der Querzweig der Schalterbrücke SB enthält die Reihenschaltung der Induktivität L und der Leuchtstofflampe LL. Das eine Ende der Induktivität L ist mit der Verbindung der Schalter T ₁ und T ₃ verbunden, während das andere Ende an einen Pol der Elektrode E ₁ der Leuchtstofflampe LL angeschlossen ist. Die Verbindung der Schalter T ₂ und T ₄ ist direkt mit dem einen Pol der Elektrode E ₂ verbunden. Die beiden anderen Pole der Elektroden E ₁ und E ₂ sind durch den zweiten Schalter T _VH miteinander verbunden. Dieser zweite Schalter ist mit den Elektroden E ₁ und E ₂ in Reihe geschaltet und bildet eine Parallelschaltung zur Leuchtstofflampe LL.

Der Spannungsabfall am Meßfühler MF wird abgegriffen und einem Schaltregler K zugeführt. Der Schaltregler ist ein Komparator, der das Schaltglied T _S derart steuert, daß der der Schalterbrücke SB zugeführte Strom einen im wesentlichen konstanten Wert einnimmt, der durch die dem Schaltregler K zugeführte Referenzspannung U _ref bestimmt wird. Wenn der Strom im Meßfühler MF so groß wird, daß der Spannungsabfall einen durch U _ref vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, wird das Schaltglied T _S gesperrt. Andererseits wird das Schaltglied leitend gesteuert, wenn der Spannungsabfall an MF den genannten Schwellenwert (oder einen anderen Schwellenwert) unterschreitet. Auf diese Weise führt der Schaltregler K in Abhängigkeit von dem Signal U _ref eine Stromregelung in der Weise durch, daß der Strom sich sägezahnförmig um den Sollwert herum verändert. Der Sollwert wird durch U _ref bestimmt. Die für diese Art der Stromkonstanthaltung erforderliche zeitliche Verzögerung wird durch die Induktivität L erzeugt.

Die Induktivität L, z. B. eine Drosselspule, erzeugt auch die zum Zünden der Leuchtstofflampe LL erforderliche hohe Spannung von etwa 800 V. Die Verbindung zwischen der Spule L und der Elektrode E ₁ ist über den dritten Schalter T _Z mit dem einen Ende der Schalterbrücke SB verbunden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 erläutert. In Fig. 2 sind die zeitlichen Verläufe der verschiedenen Schalterzustände dargestellt, wobei die Verhältnisse auf der Zeitachse nicht maßstäblich aufgetragen sind. Die Darstellung dient lediglich der zeitlichen Zuordnung der einzelnen Schalterzustände zueinander.

Nach dem Einschalten der Spannungsversorgung wird zunächst eine Vorheizphase durchgeführt, um die Elektroden E ₁ und E ₂ vorzuheizen. Hierzu werden die beiden diagonalen Schalter T ₁ und T ₄ eingeschaltet (leitend), während die anderen diagonalen Schalter T ₂ und T ₃ ausgeschaltet (gesperrt) sind. Der zweite Schalter T _VH ist leitend, während der dritte Schalter T _Z gesperrt ist. In der Vorheizphase VHP fließt ein Strom über T ₁, L, E ₁, T _VH , E ₂, T ₄, MF und T _S . Dieser Strom wird durch die beschriebene Regelung durch den Schaltregler K auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Am Ende der Vorheizphase wird T _Z vom dem Steuerwerk SW über die Steuerleitung S _Z leitend gesteuert, so daß die Reihenschaltung aus T _VH und T ₄ kurzgeschlossen wird. In diesem Zustand wird T _VH vom Steuerwerk SW über Leitung S _VH gesperrt. Das Steuern von T _VH in den Sperrzustand erfolgt also im stromlosen Zustand. Anschließend wird T _Z in der Zündphase ZP mehrere Male kurz hintereinander gesperrt und wieder leitend gesteuert, so daß eine vorbestimmte Anzahl von Zündimpulsen ZI entsteht. Jedesmal wenn T _Z gesperrt wird, wird der Strom durch die Induktivität L unterbrochen. Die Induktivität versucht den Stromfluß aufrechtzuerhalten und erzeugt eine hohe Spannung, die sich über die Leuchtstofflampe LL entlädt. Bei einem der Zündimpulse zündet die Leuchtstofflampe. Die nachfolgenden Zündimpulse haben keine Funktion mehr; sie werden jedoch solange erzeugt, bis die Zündphase ZP, deren Dauer vorbestimmt ist, abgelaufen ist.

Nach Beendigung der Zündphase ZP sind T _VH und T _Z im Sperrzustand und der Lampenstrom fließt über T ₁ und T ₄. In regelmäßigen Zeitabständen wird die Schalterbrücke SB umgeschaltet (kommutiert), um die Leuchtstofflampe LL zur Vermeidung von Kataphorese abwechselnd mit unterschiedlichen Polaritäten zu betreiben. Hierzu werden die Schalter T ₁ und T ₄ gesperrt und mit einer geringen Verzögerung werden die Schalter T ₂ und T ₃ leitend. Die Verzögerung ist wichtig, damit durch die Schalterbrücke kein Kurzschluß der Vorsorgungsspannung erfolgt. Die Kommutierung wird mit einer Frequenz durchgeführt, die unterhalb von 1 Hz und vorzugsweise unterhalb von 1 mHz liegt.

Wenn die Leuchtstofflampe LL aus ihrer Fassung herausgedreht ist und eine neue Leuchtstofflampe eingesetzt wird, soll die neue Leuchtstofflampe (bei eingeschalteter Versorgungsspannung) sogleich vorgeheizt und gezündet werden. Zu diesem Zweck ist der Schaltregler K so ausgebildet, daß er feststellen kann, ob durch den Meßfühler MF Strom fließt. Wenn kein Strom fließt (oder der Strom unter einem bestimmten Mindestwert liegt), gibt der Schaltregler K über die Steuerleitung EL ein Signal an das Steuerwerk SW, das daraufhin den zweiten Schalter T _VH in den leitenden Zustand steuert. Wird eine neue Lampe eingesetzt, dann fließt sogleich ein Vorheizstrom durch die Elektroden E ₁ und E ₂. Dieser Vorheizstrom wird am Meßfühler MF erkannt. Das Steuerwerk SW steuert dann die Vorheizphase VHP und nachfolgend die Zündphase ZP, so daß die neue Lampe unverzüglich leuchtet.

Dem Steuerwerk SW kann ein externes Dimmersignal DI zugeführt werden, das beispielsweise durch manuelle Verstellung eines Dimmerschalters oder durch einen Lichtregler erzeugt wird. Das Signal DI bestimmt die Höhe des Signals U _ref , das seinerseits den Sollwert des Lampenstroms angibt. Außerdem bewirkt das Steuerwerk, daß U _ref in der Vorheizphase höher ist als in den nachfolgenden Betriebsphasen, so daß der Vorheizstrom stärker ist als der Betriebsstrom.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 gleicht weitgehend demjenigen von Fig. 1, so daß die nachfolgende Beschreibung sich auf die Erläuterung der zusätzlichen Komponenten beschränkt. Gemäß Fig. 3 sind zwei Leuchtstofflampen LL 1, LL 2 vorgesehen, von denen die Leuchtstofflampe LL 1 der Leuchtstofflampe LL des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. In der Fig. 2 dargestellten Weise kann das Vorschaltgerät für beliebig viele Leuchtstofflampen ausgebildet sein.

Jede Lampe LL 1 und LL 2 liegt mit einer zugehörigen Induktivität L 1 bzw. L 2 in Reihe im Querzweig der Schalterbrücke SB, so daß die Reihenschaltungen aus jeweils einer Lampe mit zugehöriger Induktivität zueinander parallel geschaltet sind. Jede Lampe LL 1 und LL 2 weist einen eigenen zweiten Schalter T _VH1 bzw. T _VH2 auf. Diese Schalter werden über separate Steuerleitungen S _VH1 bzw. S _VH2 vom Steuerwerk SW gesteuert. Jede dieser Reihenschaltungen enthält außerdem einen Stromdetektor SD 1 bzw. SD 2. Der Stromdetektor besteht aus einer mit der zugehörigen Induktivität L 1 bzw. L 2 gekoppelten Sekundärspule. Die Ausgänge M 1, M 2 der Stromdetektoren sind mit dem Steuerwerk SW verbunden. Die Stromdetektoren enthalten (nicht dargestellte) Begrenzungsglieder. Sie sollen lediglich das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Strom in der zugehörigen Induktivität erkennen, brauchen aber nicht die Stärke des Stroms anzugeben.

Jede Leuchtstofflampe LL 1 und LL 2 hat ferner ihren eigenen dritten Schalter T _Z1 bzw. T _Z2. Beide dritte Schalter werden von dem Signal derselben Steuerleitung S _Z vom Steuerwerk gesteuert.

Die Funktion der Schaltung nach Fig. 3 gleicht im Prinzip derjenigen nach Fig. 1. Alle Lampen LL 1, LL 2 werden gleichzeitig vorgeheizt und gezündet, wobei die Schalter T _VH1 und T _VH2 synchron geschaltet werden und die Schalter T _Z1 und T _Z2 ebenfalls synchron geschaltet werden, ähnlich wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn eine der Leuchtstofflampen aus ihrer Fassung gedreht ist, wird dies von dem zugehörigen Stromdetektor SD 1 bzw. SD 2 erkannt und dem Steuerwerk mitgeteilt. Das Steuerwerk steuert daraufhin den zugehörigen zweiten Schalter leitend und verringert gleichzeitig U _ref derart, daß der der Schalterbrücke SB zugeführte Strom um denjenigen Anteil verringert wird, den die herausgedrehte Lampe am Gesamtstrom hatte. Die gleichen Funktionen werden auch durchgeführt, wenn an einer Lampe ein Drahtbruch auftritt. Wenn eine neue Lampe eingesetzt wird, fließt sogleich der Strom. Das Fließen des Stroms wird von dem zugehörigen Stromdetektor erkannt und das Steuerwerk bewirkt die Durchführung einer neuen Vorheizphase und Zündphase für alle Lampen gemeinsam, indem die dritten Schalter T _Z1, T _Z2 zur Erzeugung von Zündimpulsen ZI betätigt werden.

Claims (7)

1. Vorschaltgerät für Entladungslampen, mit

• - einer an einem Pol einer Versorgungsgleichspannung angeschlossenen Reihenschaltung aus einem Schaltglied (T _S ) und einem Stromfühler (MF), sowie einer zwischen der Ausgangsseite des Schaltgliedes (T _S ) und dem anderen Pol der Versorgungsgleichspannung angeordneten Diode (D),
• - einem Schaltregler (K), der das Schaltglied (T _S ) so steuert, daß der vom Stromfühler (MF) festgestellte Strom im wesentlichen konstant ist,
• - einer Schalterbrücke (SB) aus zwei parallelen Schaltungszweigen, die zwischen dem Ausgang der Reihenschaltung und dem anderen Pol der Versorgungsgleichspannung angeordnet sind und je ein Schalterpaar aus in Reihe geschalteten ersten Schaltern (T ₁, T ₃; T ₂, T ₄) aufweisen,
• - und einem Steuerwerk (SW) zum Betrieb der elektronischen Schalter (T ₁ bis T ₄) in der Weise, daß bei gezündeter Entladungslampe jeweils zwei diagonal gegenüberliegende elektronische Schalter geöffnet und die beiden anderen elektronischen Schalter gesperrt sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Entladungslampe eine Leuchtstofflampe (LL) ist, deren heizbare Elektroden (E ₁, E ₂) in Reihe mit der Induktivität (L) und einem die Leuchtstofflampe überbrückenden zweiten Schalter (T _VH ) im Querzweig der Schalterbrücke (SB) angeordnet sind.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungspunkt der Induktivität (L) mit der einen Elektrode (E ₁) ein dritter Schalter (T _Z ) angeschlossen ist, der in einer Zündphase (ZP) die Reihenschaltung aus der Leuchtstofflampe (LL) und einem leitenden ersten Schalter (T ₄) überbrückt und zum Zünden der Leuchtstofflampe in den Sperrzustand gesteuert wird.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (T _VH ) zu Beginn der Zündphase (ZP) erst nichtleitend gesteuert wird, nachdem der dritte Schalter (T _Z ) leitend ist.

4. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden der Leuchtstofflampe (LL) der Strom durch eine vom Steuerwerk (SW) dem Schaltregler (K) zugeführte Steuerspannung (U _ref ) verändert wird.

5. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querzweig der Schalterbrücke (SB) mehrere parallele Reihenschaltungen aus je einer Induktivität (L 1, L 2) und einer Leuchtstofflampe (LL 1, LL 2) mit zur Leuchtstofflampe parallelem zweiten Schalter (T _VH1, T _VH2) enthält, daß jede dieser Reihenschaltungen einen Stromdetektor (SD 1, SD 2) enthält und daß die Ausgangssignale der Stromdetektoren den Schaltregler (K) derart steuern, daß die Stärke des durch die Schalterbrücke (SB) fließenden Stroms der Anzahl der stromleitenden Leuchtstofflampen bzw. zweiten Schalter entspricht.

6. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schalter (T _VH ) einer jeden Leuchtstofflampe (LL) von dem Steuerwerk (SW) im leitenden Zustand gehalten wird, solange der Meßfühler (MF) bzw. der dieser Leuchtstofflampe zugeordnete Stromdetektor (SD 1, SD 2) keinen Strom feststellt.