DE3835121A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer niederdruckentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2.

In dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (Siemens AG.), Seite 148, ist eine solche Schaltungsanordnung beschrieben. Anstelle einer Niederdruckentladungslampe können mit der Schaltungsanordnung auch mehrere Lampen hintereinander oder parallel - wobei jeder Niederdruckentladungslampe ein eigener Resonanzkreis zugeordnet ist - betrieben werden.

Die Emitterwiderstände in der Größenordnung von 0,5 bis 5 Ω bei den beiden Schalttransistoren dienen dazu Exemplarstreuungen auszugleichen, das thermische Verhalten der Transistoren zu stabilisieren und in manchen Fällen auch um die Brennleistung einzustellen. Eine solche lokale Stromgegenkopplung setzt aber die Stromverstärkung herab und begrenzt bei gegebener Ansteuerung den maximalen Generatorstrom und damit auch die mittels Resonanzüberhöhung erzeugbare Spannung. Bei bestimmten Lampentypen ist es so nicht möglich, eine ausreichend hohe Generatorspannung zur sicheren Lampenzündung ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand zu erreichen. Insbesondere ergeben sich solche Schwierigkeiten bei Betrieb an Mittelvoltnetzen von 110 und 120 V, weil hier generell die Spannungsüberhöhung zur Zündung größer sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mittels kostengünstiger Schaltungslemente die Schaltungsanordnung so zu ändern, daß bei stabilem Dauerbetrieb wesentlich höhere Zündspannungen erzeugt werden können, ohne daß dabei auf die Emitterwiderstände bzw. auf die durch die Emitterwiderstände erreichten Schaltungsvorteile verzichtet werden muß.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Durch die Parallelschaltung der Dioden zu den Emitterwiderständen lassen sich wesentlich höhere Ausgangsspitzenströme erzielen, ohne daß die oben aufgeführten Vorteile der Stromgegenkopplung geopfert werden müssen. Bei Dauerbetrieb, d. h. bei Brennbetrieb der Lampe, liegt der Spannungsabfall am jeweiligen Emitterwiderstand unterhalb der Durchlaßspannung im Knickpunkt der Durchlaßkennlinie bei der dazugehörigen Diode; es fließt somit durch die Diode kaum Strom und die Wirkung des Widerstands bleibt unbeeinträchtigt. Steigt jedoch durch erhöhte Stromentnahme beim Zünden der Lampe die Spannung am Emitterwiderstand, so wird die Diode schließlich niederohmig und hebt die Stromgegenkopplung zunehmend auf, so daß wesentlich höhere Ausgangsströme möglich werden.

In manchen Fällen ist es bei entsprechender Dimensionierung der Schaltungselemente möglich, die Emitterwiderstände der beiden Schalttransistoren durch geeignet ausgewählte Dioden in Durchlaßrichtung zu ersetzen. Diese erfüllen sowohl die Aufgabe der Dioden als auch die der Emitterwiderstände. Im Brennbetrieb wird hierbei ein flacherer Teil der Diodenkennlinie durchfahren als bei der Zündung, wodurch bei der Zündung ein niedrigerer dynamischer Widerstand wirkt.

Auch bei Verwendung von lediglich einer Diode parallel zu einem Emitterwiderstand bzw. Ersatz lediglich eines Emitterwiderstands durch eine Diode wird eine Erhöhung der Aussgangsspitzenströme erreicht. Gleichzeitig erniedrigen sich die Herstellungskosten, da für die Schaltungsanordnung eine Diode weniger benötigt wird.

Aus der US-PS 45 53 070 ist es bereits bekannt, in Reihe zu den Emittern der Schalttransistoren bei einem Gegentaktflußwandler Dioden zu schalten. Diese Dioden haben dort aber eine andere Aufgabe, nämlich die Ansteuerspannungsschwelle der Transistoren zu erhöhen. Dadurch wird die Tastlücke bei der Ansteuerung der beiden Transistoren vergrößert und Querströme werden verhindert. Dies ist dort erforderlich, da für die Ansteuerung der Transistoren kein in der Sättigung betriebener Ringkerntransformator verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind durch die Verwendung eines Ringkerntransformators, der jeweils in die Sättigung gefahren wird, diese Probleme ausgeschlossen.

Für den Fall, daß Durchlaßspannungen kleiner 0,7 V erforderlich sind, sind als Dioden vorteilhaft Schottky-Dioden zu verwenden. Bei größeren Durchlaßspannungen werden vorteilhaft mehrere Silizium-Dioden hintereinander geschaltet.

Die Schaltungsanordnung ist anhand der nachfolgenden Schaltungsbeispiele näher veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe;

Fig. 2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für den mit gestrichelten Linien umgebenen Teil der Schaltungsanordnung aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist das genaue Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe dargestellt. Parallel zum Netzeingang ist ein Filterkondensator C 1 sowie anschließend in jede Zuleitung ein Block einer nicht stromkompensierten Filterdrossel FD geschaltet. Diesem Hochfrequenzfilter folgt ein Gleichrichter GL sowie parallel zum Gleichstromausgang ein Stützkondensator C 2. Der selbststeuernde Gegentaktfrequenzgenerator besteht aus den beiden gleichsinnig gepolten Transistoren T 1, T 2 mit den Rückstromdioden D 2, D 3, den Basiswiderständen R 2, R 3, den Emitterwiderständen R 4, R 5, dem Steuerübertrager und dem Anlaufgenerator mit den Widerständen R 1, R 6, den Kondensatoren C 3 und C 4, der Diode D 1 sowie dem Diac DC. Der Steuerübertrager arbeitet nach dem Sättigungsprinzip und setzt sich aus der Primärwicklung TR 1 sowie aus den beiden Sekundärwicklungen TR 2 und TR 3 zusammen, wobei sämtliche Wicklungen auf einem Ringkern angebracht sind.

Die Niederdruckentladungslampe LL ist mit dem netzseitigen Anschluß der ersten Elektrode mit dem Pluspol des Netzgleichrichters GL und mit dem netzseitigen Anschluß der zweiten Elektrode über einen Kopplungskondensator C 6, eine Resonanzdrossel RD und die Primärwicklung TR 1 des Steuerübertragers mit dem Mittenabgriff M zwischen den beiden Transistoren T 1, T 2 verbunden. Die zum Serienresonanzkreis gehörende Kapazität besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren C 7, C 8, die in den Heizkreis der Lampe gelegt sind, wobei dem Kondensator C 8 ein Kaltleiter KL parallelgeschaltet ist. Außerdem ist parallel zu den netzseitigen Eingängen der Lampe LL zwischen der Primärwicklung TR 1 und der Resonanzinduktivität RD ein Kondensator C 5 geschaltet.

Die Funktionsweise der Halbbrückenschaltung und des Serienresonanzkreises zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe kann dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann auf Seite 147 ff. entnommen werden und soll hier nicht näher ausgeführt werden. Die genaue Funktion der Zündschaltung, die sich aus den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren C 7, C 8 und dem Kaltleiter KL zusammensetzt, ist in der EP-A-1 85 179 näher beschrieben. Durch den Kondensator C 5 wird im Zusammenwirken mit der Resonanzdrossel RD ein zusätzlicher Serienresonanzkreis gebildet, der für eine Erhöhung der Lampenversorgungsspannung sorgt. Genauere Einzelheiten können der DE-OS 37 11 814 entnommen werden.

In der nachfolgenden Liste sind die verwendeten Schaltungselemente für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betrieb einer kompakten Niederdruckentladungslampe LL mit 20 W Leistungsaufnahme an einer Netzspannung von 120 V wiedergegeben:

C 1|47 nF
FD	Funkentstördrossel 2×28 mH
GL	B 250, C 800
C 2	Elektrolytkondensator 47 µF/200 V
R 1, R 6	330 kΩ
C 3	100 nF/100 V
D 1	1N4004
DC	Diac, Kippspannung 33 V
TR 1, TR 2, TR 3	Ringkernstromwandler R 10×6×4 (n 1 = 5 Windungen, n 2 = n 3 = 4 Windungen)
R 2, R 3	12Ω
D 2, D 3	BA 157
R 4, R 5	1,5Ω
D 4, D 5	RGP 10
T 1, T 2	BUW 41
C 4	1 nF
C 5, C 8	4,7 nF
RD	EF 16, 1,5 mH
C 6	22 nF
C 7	6,8 nF
KL	Kaltleiter C 890

Durch die Einführung der beiden Dioden D 4, D 5 parallel zu den Widerständen R 4, R 5 kann die Generatorspannung der Halbbrückenschaltung im Resonanzbetrieb um mehr als 50% erhöht werden.

Fig. 2 zeigt eine Variante für den mit gestrichelten Linien umgebenen Teil der Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Anstelle der Parallelschaltung von Emitterwiderstand und Diode bei den beiden Schalttransistoren T 1 und T 2 sind hier die Emitterwiderstände durch Dioden D 6, D 7 ersetzt. In weiteren Varianten, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, kann aber auch lediglich ein Emitterwiderstand durch eine Diode ersetzt sein. In Fig. 3 ist der Emitterwiderstand des Schalttransistors T 1 durch eine Diode D 8 ersetzt, während der Emitterwiderstand R 5 für den Transistor T 2 verbleibt. In Fig. 4 ist dagegen der Emitterwiderstand des Schalttransistors T 2 durch eine Diode D 9 ersetzt und der Emitterwiderstand R 4 des Transistors T 1 verbleibt. Die Anschlußpunkte A 1 und A 2 und der Mittenanschluß M entsprechen den Anschlußpunkten in der Fig. 1.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe (LL), wobei die Schaltung folgende Merkmale aufweist:

• - einen Netzgleichrichter (GL)
• - eine mittels einem in der Sättigung betriebenen Ringkentransformator (TR 1, TR 2, TR 3) selbsterregte Halbbrückenschaltung, bestehend aus zwei Leistungsschalttransistoren (T 1, T 2) mit Emitter- (R 4, R 5) und Basiswiderständen (R 2, R 3) sowie einer Ansteuerschaltung
• - einen Serienresonanzkreis (RD, C 6, C 7, C 8),

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines erhöhten Zündstroms zumindest einem der Emitterwiderstände (R 4, R 5) der beiden Schalttransistoren (T 1, T 2) eine oder mehrere in Durchlaßrichtung betriebene Dioden (D 4, D 5) parallelgeschaltet sind.

2. Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe (LL), wobei die Schaltung folgende Merkmale aufweist:

• - einen Netzgleichrichter (GL)
• - eine mittels einem in der Sättigung betriebenen Ringkentransformator (TR 1, TR 2, TR 3) selbsterregte Halbbrückenschaltung, bestehend aus zwei Leistungsschalttransistoren (T 1, T 2) mit Emitter- (R 4, R 5) und Basiswiderständen (R 2, R 3) sowie einer Ansteuerschaltung
• - einen Serienresonanzkreis (RD, C 6, C 7, C 8),

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines erhöhten Zündstroms zumindest einer der Emitterwiderstände (R 4, R 5) der beiden Schalttransistoren (T 1, T 2) durch eine oder mehrere in Durchlaßrichtung betriebene Dioden (D 6, D 7; D 8, D 9) ersetzt sind.