DE4005850A1

DE4005850A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer entladungslampe

Info

Publication number: DE4005850A1
Application number: DE4005850A
Authority: DE
Inventors: Walter Hirschmann
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-08-29
Also published as: US5122712A

Description

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

Aus der DE-OS 34 41 992 ist eine solche Schaltungs anordnung bekannt. Die Schaltung besitzt im Heiz kreis eine Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren, wobei parallel zu einem Kondensator ein Kaltleiter geschaltet ist. Der Aufbau des Heizkreises sorgt für eine gute Vorheizung der Elektroden und eine schnelle und flackerfreie Zündung der Lampe. Nach teilig bei dieser Schaltung ist jedoch, daß nach der Zündung der Lampe der Kaltleiter während der gesamten Brenndauer der Lampe geheizt wird und Leistung verbraucht. Außerdem stellt die Dauerhei zung des Kaltleiters eine thermische Zusatzbela stung der Schaltungsanordnung dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanord nung zu schaffen, die eine schnelle Zündung mit einer guten Vorheizung der Elektroden bietet, wobei nach der Zündung der Niederdruckentladungslampe keine Verlustleistung am Kaltleiter auftritt. Die Realisation dieser Aufgabe sollte mit möglichst wenigen Bauelementen zu bewerkstelligen sein, so daß die Schaltungsanordnung auch in kleinen Gehäu sen problemlos integrierbar ist.

Die Aufgabe wird durch das Funktionsprinzip, wie es in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 aufgeführt ist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen der Schaltungsanordnung sind den Unteransprü chen zu entnehmen.

Entsprechend dem Funktionsprinzip wird zuerst - nach Anschluß der Schaltungsanordnung an das Strom netz - die Spannung an den Lampenelektroden so niedrig gehalten, daß diese für eine Zündung nicht ausreicht. Eine Kaltzündung der Lampe ist damit ausgeschlossen. Während dieses Zeitabschnitts werden die Elektroden vorgeheizt. Durch Übergang des Kaltleiters in einen hochohmigen Zustand steigt mit Hilfe des Resonanzkreises die Spannung an den Elektroden und sorgt so für eine verstärkte Vorhei zung der Elektroden. Schließlich übersteigt die Spannung den für eine Zündung erforderlichen Wert und zündet die Niederdruckentladungslampe. Nach der Zündung der Lampe bleibt der Kaltleiter stromlos, da die jetzt an den Elektroden anliegende Brenn spannung kleiner als die Versorgungsspannung ist. Der Kaltleiter kühlt sich somit sofort wieder ab. Aus diesem Grund ist beim Abschalten der Schal tungsanordnung innerhalb weniger Minuten und sofortigem Wiedereinschalten erneut eine gute Vorheizung mit optimaler Zündung der Lampe gewähr leistet. Die Schaltungsanordnung eignet sich so auch für den Einsatz in Kurzzeit-Betriebsanwendun gen.

In den Unteransprüchen sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Schaltungsanordnung, bei der das oben aufgeführte Funktionsprinzip erfüllt ist, aufgeführt.

Bei niedrigen Netzspannungen von z. B. 100 bis 120 V ist es notwendig, die Resonanzkapazität im Heizkreis in zwei gleich große und in Reihe ge schaltete Kondensatoren aufzuteilen, damit die Brennspannungsspitzenwerte unter der Versorgungs spannung bleiben. Der Abgriff zwischen diesen beiden Kondensatoren ist über den Kaltleiter mit dem Mittenabgriff zwischen zwei in Reihe geschalte te Klemmdioden verbunden. Beide Klemmdioden sind in Gleichstromsperrichtung geschaltet und verbinden Plus- und Minuspol des Netzgleichrichters miteinan der. Diese Verschaltung des Kaltleiters eignet sich auch für Schaltungsanordnungen zum Betrieb von Leuchtstofflampen höherer Leistungsaufnahme am 220 V-Wechselstromnetz.

Im Fall des Betriebes von Leuchtstofflampen kleiner Leistung, wie z. B. den Kompaktleuchtstofflampen am 220 V-Wechselstromnetz, kann eine einfachere Ver schaltung gewählt werden, bei der der Kaltleiter mit seinem einen Anschluß mit einem Abgriff zwi schen der Resonanzinduktivität und dem Kopplungs kondensator verbunden ist. Der andere Abschluß des Kaltleiters ist über eine in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltete Klemmdiode mit dem Plus- oder Minuspol des Netzstromgieichrichters verbunden. Bei gewissen Lampentypen und/oder einer bestimmten Wahl der Schaltungselemente ist es vorteilhaft, einen Abgriff zwischen dem Kaltleiter und der Klemmdiode über eine weitere Klemmdiode in Gleichstromsperrichtung mit dem anderen Pol, mit dem der Kaltleiter bisher nicht verbunden ist, zu verbinden. Außerdem kann zusätzlich zwischen die Resonanzinduktivität und die Kaltleiterabzweigung ein weiterer Kondensator geschaltet werden. Dadurch wird eine Vormagnetisierung der Resonanzinduktivi tät in der Anlaufphase, solange der Kaltleiter noch kalt und niederohmig ist, unterbunden.

Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht.

In den Fig. 1 bis 3 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung dargestellt, wobei die grundlegende Halbbrückenschaltung bei allen drei Beispielen gleich aufgebaut ist. Sie besteht aus einem Filter glied 1, das mit der Netzspannung U_N verbunden ist, und einem Netzstromgleichrichter 2, dessen Gleich stromausgang ein Glättungskondensator C1 parallel geschaltet ist. Anschließend folgt die selbststeu ernde Halbbrückenschaltung mit den beiden Transi storen T1 und T2, den Emitterwiderständen R1 und R2 und der Ansteuerschaltung 3. Als Steuerübertrager dient ein Rückkopplungstransformator RK, dessen Primärwicklung zwischen den Mittenabgriff M1 zwi schen den beiden Transistoren T1, T2 und die Elek trode E1 der Niederdruckentladungslampe LP geschal tet ist. Die Sekundärwicklungen des Rückkopplungs transformators RK sind über die Ansteuerschaltung 3 mit den Basen der Transistoren T1, T2 verschaltet. Die zweite Elektrode E2 der Lampe LP ist mit dem Pluspol des Netzstromgleichrichters 2 verbunden. Die Schaltungsanordnung weist außerdem einen Se rienresonanzkreis aus Resonanzinduktivität L, Kopplungskondensator C2 und Resonanzkapazität auf, wobei die Resonanzinduktivität L und der Kopplungs kondensator C2 in Reihe zwischen die Primärwicklung des Rückkopplungstransformators RK und die Elektro de E1 und die Resonanzkapazität in den Heizkreis der Lampe LP geschaltet ist. Die Halbbrückenschal tung beinhaltet außerdem Rückstromdioden für die beiden Transistoren T1, T2, die in den Zeichnungen nicht extra aufgeführt sind, da sie normalerweise in den Transistoren integriert sind. Über dem Aufbau des Filterglieds 1, des Netzstromgleichrich ters 2 und der Ansteuerschaltung 3 sind keine genaueren Angaben gemacht, da die Ausführung dieser Teile für die Erfindung ohne Bedeutung und daher frei wählbar ist. Die Funktionsweise einer solchen Halbbrückenschaltung zum Betrieb einer Niederdruck entladungslampe kann dem Buch "Elektronikschaltun gen von W. Hirschmann (Siemens AG)", 1982, Seite 148, entnommen werden und soll hier nicht näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe LP an einem Strom netz von 110 V. Erfindungsgemäß besteht hier die Resonanzkapazität aus zwei in Reihe liegenden Kondensatoren C4 und C5 im Heizkreis der Lampe LP. Der Mittenabgriff M2 zwischen den beiden Konden satoren C4, C5 ist über einen Kaltleiter KL mit einem Mittenabgriff M3 zwischen zwei in Reihe geschaltete Dioden D1, D2 verbunden. Die Dioden D1, D2 sind in Gleichstromsperrichtung geschaltet und verbinden Plus- und Minuspol des Netzstromgleich richters 2.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe LP kleiner Lei stung an 220 V-Wechselstrom. Die Schaltungsanord nung besitzt lediglich einen Resonanzkondensator C3 im Heizkreis. Erfindungsgemäß weist diese Schal tungsanordnung einen Kaltleiter KL auf, der mit seinem einen Anschluß mit einem Abgriff M4 zwischen der Resonanzinduktivität L und dem Kopplungskon densator C2 verbunden ist. Sein anderer Anschluß ist über eine in Reihe und in Gleichstromsperrich tung geschaltete Diode D3 mit dem Pluspol des Netzstromgleichrichters 2 verbunden.

Entsprechend Fig. 3 kann es bei bestimmten Lampen typen oder einer bestimmten Wahl der Schaltungsele mente von Vorteil sein, zusätzlich in der Schal tungsanordnung, wie sie in Fig. 2 aufgeführt ist, zwischen den Minuspol des Netzstromgleichrichters 2 und einen Abgriff M5 zwischen dem Kaltleiter KL und der Diode D3 eine weitere Diode D4 in Gleichstrom sperrichtung zu schalten. Außerdem kann zwischen die Resonanzinduktivität L und den Abgriff M4 ein weiterer Kondensator C6 geschaltet sein.

In der nachfolgenden Bestückungsliste sind die verwendeten Schaltungselemente für eine erfindungs gemäße Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 3 zum Betrieb einer 18 W-Kompaktleuchtstofflampe an 220 V Wechselspannung zusammengestellt:

C1:\|47 nF
T1, T2:	BUV 93
R1, R2:	1Ω
RK:	Ringkern (13×7×5) primär 10 Windungen, sekundär je 1 Windung
C6:	0,1 µF
KL:	Kaltleiter 250 Ω
D3, D4:	1 N 4937
C2:	47 nF
C3:	4,7 nF
L:	1,35 mH

Entsprechend dem Funktionsprinzip kann sich bei Netzanschluß - aufgrund der Dämpfung durch den kalten Kaltleiter - am Kreishochpunkt bzw. am geteilten Kreishochpunkt, der in Fig. 1 dem Ab griff M2 und in Fig. 2 und 3 dem Abgriff M4 ent spricht, nur die über die Dioden D1, D2 bzw. D3 und eventuell D4 geklemmte Spannung als Spitzenspannung ausbilden. Diese Spannung reicht für eine Zündung nicht aus. Es erfolgt jedoch eine Vorheizung der Elektroden E1 und E2 mit Hilfe des sich über den Kopplungskondensator C2 ausbildenden Stroms, wobei dieser Vorheizstrom umso höher ausfällt, je kleiner die Lampenbrennspannung ist. Der Vorheizstrom verstärkt sich mit Hilfe des Resonanzkreises, wenn der Kaltleiter warm wird, bis es zu einer Zündung kommt. Nach der Zündung liegt der Spitzenwert der Brennspannung unter der Versorgungsspannung, so daß kein Strom mehr über den Kaltleiter fließt und dieser sich abkühlen kann.

Bei Verwendung von lediglich einer Diode - wie in Fig. 2 aufgeführt - wird die hochfrequente Span nung nur einseitig an die Versorgungsspannung geklemmt, d. h. es wird mit Hilfe des Kaltleiters KL und Diode D3 jeweils nur eine Halbwelle ge dämpft. Da jedoch jeder Einschwingvorgang beim Schwingkreis gedämpft ist, steigt auch die Amplitu de der anderen Halbwelle nur langsam an. Als Dioden kommen für diese Aufgabe sowohl schnelle aus auch langsame Schaltelemente - je nach Ausführung der Schaltungsanordnung - in Frage.

Claims

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

- einen Netzstromgleichrichter (2) mit einem Glät tungskondensator (C1);
- eine mit dem Gleichstromausgang des Netzstrom gleichrichters (2) verbundene Halbbrückenschal tung mit zwei alternierend schaltenden Transisto ren (T1, T2), wobei ein Mittenabgriff (M1) zwi schen den beiden Transistoren vorgesehen ist, und einer Ansteuerschaltung (3);
- Anschlußleitungen für die Niederdruckentladungs lampe (LP), wobei eine Leitung die erste Elektro de (E1) der Lampe (LP) mit dem Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) und eine weitere Leitung die zweite Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- und/oder Minuspol des Netzstromgleichrichters (2) verbindet;
- einen Serienresonanzkreis, bestehend aus Reso nanzinduktivität (L), Kopplungskondensator (C2) und Resonanzkapazität (C3), wobei die Resonanzin duktivität (L) und der Kopplungskondensator (C2) in Reihe zwischen den Mittenabgriff (M1) und die erste Elektrode (E1) der Lampe (LP) und die Resonanzkapazität (C3, C4, C5) in den Heizkreis parallel zur Lampe (LP) geschaltet ist;
- sowie einen Kaltleiter (KL), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung außerdem eine oder zwei Dioden (D1, D2; D3, D4) aufweist, die mit dem Kaltleiter (KL) und der restlichen Schaltungsanordnung so verbunden sind, daß bei Anschluß an das Stromnetz
- zuerst die Spannung zwischen den Lampenelektroden zum Zweck der Vorheizung so niedrig gehalten wird, daß eine Zündung der Lampe nicht möglich ist,
- sodann durch Übergang des Kaltleiters in einen hochohmigen Zustand die Spannung zwischen den Lampenelektroden so weit hochgefahren wird, daß nach einer verstärkten Vorheizung die Lampe zündet,
- und anschließend nach erfolgter Zündung der Kaltleiter zur Unterbindung einer Verlustleistung stromlos gemacht wird, indem der Spitzenwert der Lampenbrennspannung unter den Spitzenwert der Versorgungsspannung abgesenkt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkapazität aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren (C4, C5) be steht und der Mittenabgriff (M2) zwischen den beiden Kondensatoren (C4, C5) über den Kaltleiter (KL) mit einem Mittenabgriff (M3) zwischen zwei in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschalteten Klemmdioden (D1, D2) verbunden ist, wobei die Reihenschaltung der beiden Klemmdioden (D1, D2) den Minuspol des Netzstromgleichrichters (2) mit seinem Pluspol verbindet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff (M4) zwischen der Resonanzinduktivität (L) und dem Kopplungskonden sator (C2) über eine Reihenschaltung aus dem Kalt leiter (KL) und einer Klemmdiode (D3) in Gleich stromsperrichtung mit dem Plus- oder Minuspol des Netzstromgleichrichters (2) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Abgriff (M5) zwischen den Kaltleiter (KL) und der Klemmdiode (D3) über eine weitere Klemmdiode (D4) in Gleich stromsperrichtung mit dem anderen Pol des Netz stromgleichrichters (2) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Resonanzindukti vität (L) und den Abgriff (M4), der zwischen Reso nanzinduktivität (L) und Kopplungskondensator (C2) liegt, ein weiterer Kondensator (C6) geschaltet ist.