DE3835121C2

DE3835121C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE3835121C2
Application number: DE3835121A
Authority: DE
Inventors: Roland Kastl; Ulrich Dr Roll
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1987-12-02
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2008-10-15
Also published as: KR970001423B1; DE3835121A1; KR890011497A

Description

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

In dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (Siemens AG., 1982) Seite 147-148, ist eine solche Schaltungs anordnung beschrieben. Anstelle einer Niederdruck entladungslampe 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 Schaltungs aufwand zu erreichen. Insbesondere ergeben sich solche Schwierigkeiten bei Betrieb an Mittelvoltnetzen von 110 und 120 V, weil hier generell die Spannungsüber höhung zur Zündung größer sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mittels kosten günstiger Schaltungselemente die Schaltungsanordnung so zu ändern, daß bei stabilem Dauerbetrieb wesent lich höhere Zündspannungen erzeugt werden können, ohne daß dabei auf die Emitterwiderstände bzw. auf die durch die Emitterwiderstände erreichten Schaltungs vorteile verzichtet werden muß.

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

Durch die Parallelschaltung der Dioden zu den Emitter widerständen lassen sich wesentlich höhere Ausgangs spitzenströme 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 Emit terwiderstand unterhalb der Durchlaßspannung im Knick punkt 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 Strom gegenkopplung zunehmend auf, so daß wesentlich höhere Ausgangsströme möglich werden.

In manchen Fällen ist es bei entsprechender Dimensio nierung der Schaltungselemente möglich, die Emitter widerstände 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 Ausgangsspitzenströme erreicht. Gleichzeitig er niedrigen sich die Herstellungskosten, da für die Schaltungsanordnung eine Diode weniger benötigt wird.

Aus der US-PS 4 553 070 ist es bereits bekannt, in Reihe zu den Emittern der Schalttransistoren einer selbsterregten Halbrückenschaltung 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 Durchlaß spannungen 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 erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Nieder druckentladungslampe dargestellt. Parallel zum Netzeingang ist ein Filterkondensator C1 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 C2. Der selbststeuernde Gegentaktfrequenzgenerator besteht aus den beiden gleichsinnig gepolten Transi storen T1, T2 mit den Rückstromdioden D2, D3, den Basiswiderständen R2, R3, den Emitterwiderständen R4, R5, dem Steuerübertrager und dem Anlaufgenerator mit den Widerständen R1, R6, den Kondensatoren C3 und C4, der Diode D1 sowie dem Diac DC. Der Steuerübertrager arbeitet nach dem Sättigungsprinzip und setzt sich aus der Primärwicklung TR1 sowie aus den beiden Sekundär wicklungen TR2 und TR3 zusammen, wobei sämtliche Wicklungen auf einem Ringkern angebracht sind.

Die Niederdruckentladungslampe LL ist mit dem netz seitigen Anschluß der ersten Elektrode mit dem Pluspol des Netzgleichrichters GL und mit dem netzseitigen Anschluß der zweiten Elektrode über einen Kopplungs kondensator C6, eine Resonanzdrossel PD und die Primärwicklung TR1 des Steuerübertragers mit dem Mittenabgriff M zwischen den beiden Transistoren T1, T2 verbunden. Die zum Serienresonanzkreis gehörende Kapazität besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren C7, C8, die in den Heizkreis der Lampe gelegt sind, wobei dem Kondensator C8 ein Kaltleiter KL parallelgeschaltet ist. Außerdem ist parallel zu den netzseitigen Eingängen der Lampe LL zwischen der Primärwicklung TR1 und der Resonanzinduktivität PD ein Kondensator C5 geschaltet.

Die Funktionsweise der Halbbrückenschaltung und des Serienresonanzkreises zum Betreiben einer Niederdruck entladungslampe kann dem oben genannten Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann auf Seite 147-148 entnommen werden und soll hier nicht näher ausgeführt werden. Die genaue Funktion der Zündschaltung, die sich aus den beiden in Reihe liegenden Kondensatoren C7, C8 und dem Kaltleiter KL zusammensetzt, ist in der EP 185 179 41 A1 näher beschrieben. Durch den Kondensator C5 wird im Zusammenwirken mit der Resonanzdrossel RD ein zusätz licher Serienresonanzkreis gebildet, der für eine Erhöhung der Lampenversorgungsspannung sorgt. Genauere Einzelheiten können der DE 37 11 814 A1 entnommen werden.

In der nachfolgenden Liste sind die verwendeten Schal tungselemente für eine erfindungsgemäße Schaltungs anordnung zum Betrieb einer kompakten Niederdruck entladungslampe LL mit 20 W Leistungsaufnahme an einer Netzspannung von 120 V wiedergegeben:

C1: 47 nF
FD: Funkentstördrossel 2 × 28 mH
GL: B 250, C 800
C2: Elektrolytkondensator 47 µF/200 V
R1, R6: 330 kΩ
C3: 100 nF/100 V
D1: 1N4004
DC: Diac, Kippspannung 33 V
TR1, TR2, TR3: Ringkernstromwandler R 10 × 6 × 4; n1 = 5 Windungen, n2 = n3 = 4 Windungen
R2, R3: 12 Ω
D2, D3: BA 157
R4, R5: 1,5 Ω
D4, D5: RGP 10
T1, T2: BUW 41
C4: 1 nF
C5, C8: 4,7 nF
RD: EF 16, 1,5 mH
C6: 22 nF
C7: 6,8 nF
KL: Kaltleiter C 890.

Durch die Einführung der beiden Dioden D4, D5 parallel zu den Widerständen R4, R5 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 Parallel schaltung von Emitterwiderstand und Diode bei den beiden Schalttransistoren T1 und T2 sind hier die Emitterwiderstände durch Dioden D6, D7 ersetzt. In weiteren Varianten, wie sie in Fig. 3 und 4 darge stellt sind, kann aber auch lediglich ein Emitter widerstand durch eine Diode ersetzt sein. In Fig. 3 ist der Emitterwiderstand des Schalttransistors T1 durch eine Diode D8 ersetzt, während der Emitterwider stand R5 für den Transistor T2 verbleibt. In Fig. 4 ist dagegen der Emitterwiderstand des Schalttran sistors T2 durch eine Diode D9 ersetzt und der Emit terwiderstand R4 des Transistors T1 verbleibt. Die Anschlußpunkte A1 und A2 und der Mittenanschluß M ent sprechen den Anschlußpunkten in der Fig. 1.

Claims

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

- einen Netzgleichrichter (GL)
- eine mittels eines in der Sättigung betriebenen Ringkerntransformator (TR1, TR2, TR3) selbsterregte Halbbrückenschaltung, bestehend aus zwei Leistungs schalttransistoren (T1, T2) mit Emitter- (R4, R5) und Basiswiderständen (R2, R3) sowie einer Ansteuer schaltung
- einen Serienresonanzkreis (RD, C6, C7, C8),
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines erhöh ten Zündstroms zumindest einem der Emitterwiderstände R4, R5) der beiden Schalttransistoren (T1, T2) eine oder mehrere in Durchlaßrichtung betriebene Dioden (D4, D5) parallelgeschaltet sind.

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

- einen Netzgleichrichter (GL)
- eine mittels eines in der Sättigung betriebenen Ringkerntransformator (TR1, TR2, TR3) selbsterregte Halbbrückenschaltung, bestehend aus zwei Leistungs schalttransistoren (T1, T2) mit Emitter- (R4, R5) und Basiswiderständen (R2, R3) sowie einer Ansteu erschaltung
- einen Serienresonanzkreis (PD, C6, C7, C8), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines erhöh ten Zündstroms zumindest einer der Emitterwiderstände (R4, R5) der beiden Schalttransistoren (T1, T2) durch eine oder mehrere in Durchlaßrichtung betriebene Dioden (D6, D7; D8, D9) ersetzt ist.