DE3742921A1 - Vorschaltgeraet fuer eine entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einem solchen, aus der DE-PS 31 52 951 bekannten Vor­ schaltgerät wird mit Hilfe eines Sättigungstransformators, dessen Primärwicklung im Last­ kreis des Wandlers liegt, die Betriebsfrequenz des Wand­ lers während der Vorheizdauer der heizbaren Elektroden der Entladungslampe auf einen so hohen Wert gesteuert, daß die Spannung an der Entladungslampe auch bei hoher Umgebungstemperatur nicht zu ihrer Zündung ausreicht. Der Sättigungstransformator hat dabei eine zusätzliche Sekun­ därwicklung, die während der Vorheizdauer kurzgeschlossen wird. Wenn nach dem Verstreichen der Vorheizdauer dieser Kurzschluß aufgehoben wird und damit die Betriebsfrequenz des Wandlers auf ihren normalen Wert zurückkehrt, tritt am Reihenresonanzkreis eine für die sichere Zündung der Entladungslampe ausreichende Spannung auf. Nach der Zün­ dung der Entladungslampe wirkt diese als Dämpfungswider­ stand für den Reihenresonanzkreis, so daß die dann an der Entladungslampe anliegende Brennspannung sehr viel geringer als die Zündspannung ist.

Diese mit einem Reihenresonanzkreis zum Erzeugen der er­ forderlichen Zündspannung arbeitenden bekannten Vor­ schaltgeräte haben gegenüber anderen Vorschaltgeräten, die mit einer in der Nähe der Entladungslampe angeordne­ ten kapazitiven Zündhilfe arbeiten, den Vorteil, daß die durch die kapazitive Zündhilfe verstärkte Lampenschwär­ zung verringert wird.

Werden derartige Vorschaltgeräte in Verbindung mit Anla­ gen benutzt, bei denen die kapazitiven Belastungen im Lastkreis z.B. durch die zu den Entladungslampen führen­ den Ausgangsleitungen unterschiedlich sind, ist es schwierig, eine ausreichende Zündspannung den Entladungs­ lampen zur Verfügung zu stellen, da infolge der unter­ schiedlichen kapazitiven Belastungen sich die Resonanz­ frequenz des Reihenresonanzkreises verlagert. Schwankt außerdem bei herkömmlichen Vorschaltgeräten die Speise­ spannung für den Wandler, so ändert sich dessen Betriebs­ frequenz, was nicht nur die Zündzuverlässigkeit der Ent­ ladungslampe nachteilig beeinflußt, sondern auch zu Lichtstärkenschwankungen bei brennender Entladungslampe führt. Um diese Nachteile zu vermeiden, sehen bekannte Vorschaltgeräte aufwendige elektronische Stabilisierungsschaltungen vor, um den Wandler mit einer stabilisierten Speisespannung zu versorgen. Dieses ist insbesondere in Fahrzeugen, wie z.B. Eisenbahnwaggons, der Fall.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so wei­ terzubilden, daß der jeweiligen Entladungslampe auch dann eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung gestellt wird, wenn die kapazitiven Belastungen im Lastkreis des Wandlers unterschiedlich sind und die Speisespannung stark schwankt.

Bei einem Vorschaltgerät der genannten Art ist diese Auf­ gabe durch das im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

Mit Hilfe des Wobblers wird die Betriebsfrequenz des Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlers so geändert, daß die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises entwe­ der durch die Grundwelle der Betriebsfrequenz oder aber eine ihrer Harmonischen auch dann erreicht wird, wenn die Resonanzfrequenz aufgrund unterschiedlicher kapazitiver Belastungen des Reihenresonanzkreises verstimmt ist. Wird die jeweilige Resonanzfrequenz erreicht, erhält die Ent­ ladungslampe eine ausreichend hohe Zündspannung, wodurch diese sicher zündet. Unmittelbar nach dem Zünden der Ent­ ladungslampe wird der Wobbler abgeschaltet, so daß dann die Betriebsfrequenz des Wandlers im wesentlichen gleich bleibt.

Vorzugsweise kann die Betriebsfrequenz des Wandlers aber auch bei brennender Entladungslampe geändert werden, um die Brennspannung für die Entladungslampe, also die Aus­ gangsspannung des Wandlers, und damit den Lampenstrom zu stabilisieren, wenn z.B. die Speisespannung der Gleich­ spannungsquelle des Gleichspannungs-Wechselspannungs- Wandlers schwankt, wie dieses bei Bordnetzen von Fahr­ zeugen oftmals der Fall ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Zeit­ schaltung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, das anstelle der Zeitschaltung einen Kaltleiter aufweist, und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, das anstelle der Zeitschaltung einen Heißleiter aufweist.

Das in Fig. 1 dargestellte Vorschaltgerät umfaßt einen von einer hier nicht gezeigten Gleichspannungsquelle ge­ speisten Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler 1 än­ derbarer Frequenz, der, wie angedeutet, ein Rechtecksig­ nal an einen eine Induktivität 3 a und einen Kondensator 3 b umfassenden Reihenresonanzkreis 3 abgibt. Dem Konden­ sator 3 b sind die Elektroden einer Entladungslampe 4 pa­ rallel geschaltet, die in bekannter Weise eine kapazitive Zündhilfe 4 a umfassen kann, die jedoch kein sich von Erd­ potential unterscheidendes Potential erhält. Die Elektro­ den der Entladungslampe 4 sind als heizbare Elektroden ausgebildet und erhalten über gesonderte Leitungen Heiz­ strom von dem Wandler 1. Mit dem Wandler 1 ist ein Wobb­ ler 2 verbunden, dessen Ausgangssignal die Betriebsfre­ quenz des Wandlers 1 steuert. Der Wobbler 2 arbeitet da­ bei relativ langsam, z.B. mit einer Frequenz von 2 Hz. In einer den Lampenstrom führenden Verbindungsleitung ist ein Stromwandler 5 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über eine Gleichrichterdiode an einen Kondensator 8 gegeben wird, dessen Ausgangsspannung als Steuersignal zum Ab­ schalten des Wobblers 2 und zum Steuern der Betriebsfre­ quenz des Wandlers 1 benutzbar ist, um die Ausgangsspan­ nung des Wandlers 1 und damit den Lampenstrom für die Entladungslampe 4 über die Betriebsfrequenz zu stabili­ sieren, wenn die Speisespannung der den Wandler 1 spei­ senden Gleichspannungsquelle schwankt.

Zum Beispiel im Wandler 1 selbst ist eine Zeitschaltung 6 vorgesehen, die beim Einschalten des Wandlers 1 gestartet wird. Diese Zeitschaltung 6 hält die Betriebsfrequenz des Wandlers 1, vorzugsweise bei noch abgeschaltetem Wobbler 2, oder aber unabhängig von ihm, auf einem Wert, bei dem der Reihenresonanzkreis 3 weder durch die Grundwelle noch durch eine ihrer Harmonischen in Resonanz gelangen kann, um ein Zünden der Entladungslampe 4 selbst bei hohen Um­ gebungstemperaturen sicher zu verhindern. Die Zeitschal­ tung überwacht eine ausreichende Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe 4, um ein Zünden der Entladungslampe 4 erst dann zu veranlassen, wenn ihre Elektroden ausreichend vorgeheizt sind. Vorzeitige Zünd­ versuche der Entladungslampe 4 würden eine unerwünschte Lampenschwärzung fördern.

Nach Ablauf der Vorheizdauer gibt die Zeitschaltung 6 die änderbare Betriebsfrequenz des Wandlers 1 frei bzw. schaltet den Wobbler 2 ein, so daß mit diesem periodisch ein bestimmter Frequenzbereich der Betriebsfrequenz durchfahren wird, der so gewählt ist, daß die Resonanz­ frequenz des Reihenresonanzkreises 3 selbst dann erreicht wird, wenn diese aufgrund von kapazitiven Belastungen des Reihenresonanzkreises 3 erheblich verstimmt ist. Diese Resonanzfrequenz kann dabei durch die Grundwelle des Aus­ gangssignals des Wandlers 1 oder aber einer ihrer Harmo­ nischen erreicht werden.

In den Fig. 2 und 3 sind zweite und dritte Ausführungs­ beispiele des Vorschaltgerätes gezeigt, wobei das zweite Ausführungsbeispiel anstelle der in Fig. 1 gezeigten Zeitschaltung 6 einen Kaltleiter 9 a aufweist, der einen stark positiven Temperaturkoeffizienten hat. Wird das Vorschaltgerät eingeschaltet, so kann während der Vor­ heizdauer für die Elektroden der Entladungslampe 4 am Reihenresonanzkreis 3 keine ausreichende Zündspannung auftreten, da dieser durch den bei Raumtemperatur stark leitenden Widerstand 9 a kurzgeschlossen bzw. stark be­ dämpft ist. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer heizt sich der Widerstand 9 a auf, wodurch dieser aufgrund seines stark positiven Temperaturkoeffizienten einen ho­ hen Widerstandswert erreicht, der als Dämpfungswiderstand für den Reihenresonanzkreis 3 dann keine Rolle mehr spielt, so daß dieser für die Entladungslampe 4 beim Er­ reichen der Resonanzfrequenz eine ausreichende Zündspan­ nung zur Verfügung stellen kann.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist anstelle des den Elektroden der Entladungslampe 4 pa­ rallel geschalteten Kaltleiters 9 a im Reihenresonanzkreis 3 der Induktivität 3 a ein Heißleiter 9 b in Reihe geschal­ tet, der bei Raumtemperatur den Reihenresonanzkreis 3 durch einen hohen Widerstandswert so stark bedämpft, daß keine ausreichende Zündspannung selbst bei vorliegender Resonanzfrequenz an die Entladungslampe gegeben werden kann. Nach Verstreichen einer ausreichenden Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe heizt sich der Heißleiter 9 b so weit auf, daß sein Widerstand vernachlässigbar klein wird, so daß der Reihenresonanz­ kreis 3 beim Erreichen der Resonanzfrequenz eine ausrei­ chende Zündspannung an die Entladungslampe 4 geben kann.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Zeitschaltung 6 sowie der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Kalt- bzw. Heißleiter kann auch der Wobbler 2 so ausgebildet sein, daß beim Einschalten des Wandlers 1 die niederfrequente Wobbel­ spannung eine solche Größe hat, daß die mit ihr gesteuer­ te Betriebsfrequenz des Wandlers 1 einen Wert hat, der ausreichend weit von der Resonanzfrequenz des Reihenreso­ nanzkreises 3 entfernt liegt. Wenn die Wobbelfrequenz des Wobblers 2 ausreichend niedrig ist, kann allein aufgrund dieser eine ausreichende Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe 4 sichergestellt werden, indem die Betriebsfrequenz des Wandlers 1 erst dann in den Resonanzbereich des Reihenresonanzkreises 3 gelangt, nachdem die Vorheizdauer verstrichen ist.

Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz auf die dritte Harmonische der Grundwelle der Ausgangsspannung des Wand­ lers 1 abgestimmt, wodurch der Wirkungsgrad des Vor­ schaltgerätes verbessert ist.

Durchläuft die mit Hilfe des Wobblers 2 gewobbelte Be­ triebsfrequenz des Wandlers 1 bzw. ihre dritte Harmoni­ sche die jeweilige Resonanzfrequenz des Reihenresonanz­ kreises 3, so gibt dieser aufgrund der Resonanz eine aus­ reichend große Zündspannung an die Elektroden der Entla­ dungslampe 4, wodurch diese sicher zündet. Nach dem Zün­ den der Entladungslampe fließt durch diese und den Strom­ wandler 5 der Lampenstrom, wodurch der Stromwandler 5 ein diesem proportionales Ausgangssignal über die Gleichrich­ terdiode 7 und den Kondensator 8 an den Wobbler 2 gibt, um diesen abzuschalten. Nach dem Abschalten des Wobblers 2 bleibt die Betriebsfrequenz des Wandlers 1 im wesentli­ chen unverändert. Andererseits gelangt das dem Lampen­ strom proportionale Ausgangssignal des Stromwandlers 5 auch an den Steuereingang für die Betriebsfrequenz des Wandlers 1, um die Betriebsfrequenz innerhalb eines be­ stimmten Bereiches zum Erhöhen oder Erniedrigen der Aus­ gangsspannung des Wandlers 1 zu ändern. Dadurch kann der Lampenstrom stabilisiert werden, so daß die Entladungs­ lampe 4 eine konstante Beleuchtungsstärke hat. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z.B. bei Bordnetzen von Fahrzeugen die Speisespannung der den Wandler 1 spei­ senden Gleichspannungsquelle schwankt.

Der Reihenresonanzkreis 3 ist so ausgelegt, daß er auch im durch kapazitive Belastungen im Lastkreis verstimmten Zustand noch eine ausreichende Zündspannung von etwa 1 KV abgibt.

Claims (8)

1. Vorschaltgerät für eine Entladungslampe, die zusammen mit einem Reihenresonanzkreis den Lastkreis eines von einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle gespeisten Gleich- oder Wechselspannungs-Wechselspannungs-Wandlers änderbarer Betriebsfrequenz bildet, wobei der Kondensator des Reihenresonanzkreises zwischen den Elektroden der Entladungslampe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wandler (1) ein Wobbler (2) verbunden ist, der eine die Betriebsfrequenz des Wandlers (1) unabhängig von der Speisespannung steuernde Steuerspannung erzeugt.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der den Lampenstrom führenden Verbindungslei­ tung zwischen Wandler (1) und Entladungslampe (4) ein Stromwandler (5) liegt, dessen Ausgangssignal als Steuer­ signal zum Abschalten des Wobblers (2) und zum Ändern der Betriebsfrequenz des Wandlers (1) dient, um den von ihm abgegebenen Lampenstrom bei Schwanken der Speisespannung zu stabilisieren.

3. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Ent­ ladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitschaltung (6) vorgesehen ist, die nach der Einschaltung des Wandlers (1) dessen Betriebsfrequenz während der Vorheizdauer auf einem bezüglich der Resonanzfrequenz des Reihenresonanz­ kreises (3) ausreichend unterschiedlichen Wert hält, um ein Zünden der Entladungslampe (4) selbst bei hohen Umge­ bungstemperaturen zu verhindern.

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zeitschaltung (6) nach Ablauf der Vorheiz­ dauer den Wobbler (2) einschaltet.

5. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Ent­ ladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroden der Entla­ dungslampe (4) ein Widerstand (9 a) mit stark positiven Temperaturkoeffizienten parallel geschaltet ist.

6. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Ent­ ladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reihenreso­ nanzkreises (3) zwischen der Induktivität (3 a) und dem Kondendator (3 b) ein Widerstand (9 b) mit stark negativen Temperaturkoeffizienten geschaltet ist.

7. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Rei­ henresonanzkreises (3) auf die dritte Harmonische der Be­ triebsfrequenz des Wandlers (1) abgestimmt ist.

8. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle die Bordspeisequelle eines Fahrzeuges ist.