DE4120269C2 - Wechselrichter zum Zünden und Betreiben einer Entladungslampe mit heizbaren Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter zur Spei­ sung wenigstens eines Lastkreises mit wenigstens zwei abwech­ selnd periodisch schaltenden Schaltern, die in Reihe an einer Zwischenkreisspannung liegen und von denen der eine zwischen dem Lastkreis und der Zwischenkreisspannung und der andere parallel zum Lastkreis angeordnet ist, bei dem der Lastkreis einen Serienresonanzkreis und eine Entladungslampe mit heiz­ baren Elektroden aufweist und der Schwingkreiskondensator des Serienresonanzkreises der Entladungslampe parallel angeschal­ tet ist und bei dem an den Lastkreis eine bistabile Schaltein­ richtung mit einem Betriebs- und einem Abschaltzustand ange­ koppelt und so bemessen ist, daß sie bei nichtzündender Ent­ ladungslampe in den Abschaltzustand übergeht und dabei den Zündvorgang der Entladungslampe unterbricht.

Wechselrichter mit bistabiler Schalteinrichtung dieser Art sind beispielsweise durch die Literaturstelle EP 0 146 683 B1 bekannt. Die bistabile Schalteinrichtung besteht außer einem Triggertransistor und einem Stop-Thyristor aus mehreren Wider­ ständen wie Dioden und eine Abschaltwicklung, also aus einer ganzen Reihe von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen, die in nicht unerheblicher Weise in die Herstellungskosten eines solchen Wechselrichters eingehen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß ein solcher Wechselrichter ein Massenpro­ dukt ist, bei dem die Einsparung auch nur eines Bauteiles bereits ins Gewicht fällt.

Darüber hinaus ist aus US-A-4,598,232 ein Vorschaltgerät zum Betreiben von Entladungslampen bekannt, bei dem ein mit dem die hochfrequente Stromversorgung liefernden Wechselrichter induktiv gekoppelter Lampenlastkreis vorgesehen ist. Dieser Lampenlastkreis weist, in Serie zueinander liegend, eine Pri­ märwicklung eines Übertragers, einen Leistungsschalter und einen Kondensator auf, wobei letzterem die eigentliche Last, die Entladungslampe, parallel geschaltet ist. Außerdem sind die Wendeln der Entladungslampe jeweils an eine von zwei Se­ kundärwicklungen des Übertragers angeschlossen. Der im Haupt­ strompfad des Lampenlastkreises liegende Leistungsschalter ist als ein thermisch ansprechender Schalter ausgebildet, der bei Überstrom diesen Strompfad unterbricht. Er dient damit dazu, die Entladungslampe von ihrer hochfrequenten Stromver­ sorgung abzutrennen, sofern ein für den normalen Lampenbe­ trieb zu hoher Strom länger als eine vorgegebene Zeitspanne, z. B. länger als zwei Sekunden fließt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist damit der thermisch ausgelöste Lei­ stungsschalter als einfacher Trennschalter ausgebildet.

Schließlich ist aus DE-A1-25 16 638 eine Starterfassung für Leuchtstofflampen bekannt. In dieser ist als eine auswechsel­ bare Baueinheit eine Abschalteinrichtung angeordnet, die ei­ nen Bimetallschalter sowie, mit diesem jeweils in wärmelei­ tender Verbindung stehend, einen Heizwiderstand und einen NTC-Widerstand umfaßt. Bei dieser bekannten Lösung wird der Bimetallschalter thermisch durch die vom Heizwiderstand bei zu lang andauernden Zündversuchen der Leuchtstofflampe abge­ gebene Wärme ausgelöst. Sobald der Bimetallschalter öffnet, fließt nun über den ihm parallel liegend angeordneten NTC-Wi­ derstand ein Strom, dessen entwickelte Wärme ausreicht, den Bimetallschalter weiterhin offenzuhalten, solange der Fehler­ zustand nicht behoben ist bzw. die Netzspannung nicht abge­ schaltet wird. Diese bekannte Lösung stellt ein Beispiel für eine Mehrzahl konventioneller Starteranordnungen für Leucht­ stofflampen dar, an deren Stelle nun elektronische Vorschalt­ geräte mit Wechselrichteranordnungen getreten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Wechsel­ richter der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung für eine bistabile Schalteinrichtung anzugeben, die mit einem Minimum an elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen auskommt und die Herstellungskosten merklich herabsetzt.

Bei einem Wechselrichter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die bistabile Schalteinrichtung, die ja lediglich die Funktion hat, in einem Störfall anzusprechen, keine elektronische Schaltung sein muß, sondern vielmehr auch mittels einer elektromechanischen Schalteinrichtung verwirklicht werden kann, die lediglich für eine begrenzte Zahl von Schaltvorgängen ausgelegt ist.

Wie weitere Überlegungen gezeigt haben, läßt sich eine solche bistabile Schalteinrichtung in außerordentlich vorteilhafter Weise durch ein einziges elektromechanisches Bauelement in Form eines Bimetallumschalters verwirklichen, der hierbei zugleich auch einen automatischen Neustart bei Austausch der zündunwilligen Entladungslampe durch eine neue Entladungslampe ermöglicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Anspruch 1 sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Wechselrichters mit einem Lastkreis in Verbindung mit einer ersten Ausfüh­ rung einer bistabilen Schalteinrichtung in Form eines Bimetallumschalters,

Fig. 2 der Lastkreis bei einem Wechselrichter nach Fig. 1 mit einer ersten Bimetallumschaltervariante und

Fig. 3 der Lastkreis des Wechselrichters nach Fig. 1 mit einer zweiten Bimetallumschaltervariante.

Im Schaltbild nach Fig. 1 ist der eigentliche Wechselrichter mit WR bezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus zwei an der Zwischenkreisspannung Uzw in Reihe angeschalteten Schaltern S1 und S2, die wechselweise periodisch geschaltet werden. Die am Ladekondensator Co anliegende Zwischenkreisspannung Uzw wird dem Wechselrichter WR eingangsseitig von der Ausgangsseite einer Gleichrichteranordnung CA zugeführt, an der eingangssei­ tig die Netzwechselspannung Un über ein Oberwellenfilter OW anliegt.

Der Wechselrichter WR ist ausgangsseitig mit dem Lastkreis LK verbunden. Hierbei ist der eine der beiden Schalter, nämlich der Schalter S1, im Verbindungsweg zwischen dem Lastkreis LK und der die Zwischenkreisspannung Uzw darstellenden Gleich­ spannungsquelle angeordnet. Der andere Schalter, nämlich der Schalter S2, liegt der Last parallel. Die Gleichstromentkopp­ lung zwischen dem Ausgang des Wechselrichters WR und der Last des Lastkreises LK erfolgt über einen Koppelkondensator Cn.

Der Lastkreis LK besteht aus dem Serienresonanzkreis Lx/Cx mit der Schwingkreisinduktivität Lx und dem Schwingkreiskondensa­ tor Cx sowie der Entladungslampe LL, die mit ihren heizbaren Elektroden HW dem Schwingkreiskondensator Cx parallel geschaltet ist. Der Lastkreis LK weist ferner den Bimetallumschalter BMU auf, dessen Schaltkontakt SK in Normalstellung mit dem Ruhekontakt RK verbunden ist. Der Bimetallumschalter BMU liegt mit seinem Ruhekontakt RK im Stromkreis des Serienresonanz­ kreises Lx/Cx, der vom Zündstrom iF durchflossen wird. Der Schaltkontakt SK, der hierbei zugleich den Bimetallstreifen darstellt, ist zusätzlich von einer ersten Widerstandswicklung W1 umgeben, die ebenfalls vom Zündstrom iF durchflossen wird und neben der direkten Erwärmung durch den den Schaltkontakt SK durchfließenden Zündstroms iF zusätzlich durch diese erste Widerstandswicklung W1 erwärmt wird.

Die Ansprechverzögerung des Bimetallumschalters BMU ist in Verbindung mit der Bemessung der Widerstandswicklung W1 so festgelegt, daß er bei ausbleibender Zündung der Entladungs­ lampe LL in einem Zeitraum weniger als 5 sec von seiner Ruhe­ kontaktstellung in seine Arbeitskontaktstellung übergeht.

Sobald der Schaltkontakt SK mit dem Arbeitskontakt AK Kontakt macht, wird der Haltestromkreis geschlossen, in dem der Halte­ strom iH fließt. Der Haltestrom iH durchfließt seinerseits eine den Schaltkontakt SK, der den Bimetallstreifen darstellt, umgebende zweite Widerstandswicklung W2, deren Wärmeabgabe an den Schaltkontakt SK dafür sorgt, daß dieser in der Arbeits­ kontaktstellung verbleibt. Der Haltstrom iH fließt dabei wie vorher der Zündstrom iF über die rechte heizbare Elektrode HW der Entladungslampe LL zum Wechselrichter WR zurück. Hierdurch wird für den Haltestrom iH der Stromkreis zum Ladekondensator Co des Wechselrichters WR geschlossen, an dem die Zwischen­ kreisspannung Uzw anliegt.

Das Ansprechen des Bimetallumschalters BMU unterbricht den Zündstrom iF und damit den Zündvorgang der Entladungslampe LL. Falls der Wechselrichter WR, wie das vielfach vorgesehen ist, ein über den Laststrom selbsterregter Oszillator ist, dessen hochfrequente Ausgangsspannung die Schalter S1 und S2 steuert, wird mit der Unterbrechung des Zündstroms iF nicht nur die Zündspannung, sondern darüber hinaus auch der Wechselrichter WR abgeschaltet. Grundsätzlich genügt es jedoch, durch Unter­ brechung des Zündstromes iF die Zündspannung an der Entla­ dungslampe LL abzuschalten.

Der Bimetallumschalter BMU nach Fig. 2 unterscheidet sich vom Bimetallumschalter BMU1 nach Fig. 1 dadurch, daß hier der Zündstrom iF lediglich den den Bimetallstreifen darstellenden Schaltkontakt SK erwärmt. Es fehlt also hier die zusätzliche Erwärmung durch die erste Widerstandswicklung W1. Die erste Widerstandswicklung W1 nach Fig. 1 ist nur dann nicht erfor­ derlich, wenn die Ansprechverzögerung des Bimetallumschalters so kurz ist, daß auf eine zusätzliche Erwärmung in der ange­ gebenen Weise verzichtet werden kann.

Der Bimetallumschalter BMU2 nach Fig. 3 ist innerhalb einer in Fig. 3 nicht dargestellten Schutzgasatmosphäre angeordnet und weist wie der Bimetallumschalter BMU nach Fig. 1 im Strom­ kreis des Zündstroms iF eine erste Widerstandswicklung W1 auf. Weiterhin ist hier dem Ruhekontakt RK eine Glimmlampe GL pa­ rallel geschaltet, die in Ruhekontaktstellung des Bimetall­ umschalters BMU2 deaktiviert ist. Sobald im Störungsfalle der Bimetallumschalter BMU2 von seiner Ruhekontaktstellung in seine Arbeitskontaktstellung übergeht, wird die Glimmlampe GL gezündet und überbrückt den nunmehr offenen Ruhekontakt RK, wodurch wiederum der Haltestromkreis für den Haltestrom iH über die rechte heizbare Elektrode HW der Entladungslampe LL zum Wechselrichter hin geschlossen wird. Der nunmehr durch die Glimmlampe GL fließende und durch den Vorwiderstand Rg im Haltestromkreis begrenzte Glimmlampenstrom reicht beim Durch­ fließen des den Bimetallstreifen darstellenden Schaltkontaktes SK aus, den Bimetallumschalter BMU2 in der Arbeitskontaktstel­ lung zu halten.

Spricht im Störungsfalle der Bimetallumschalter BMU, BMU1, BMU2 nach den Fig. 1, 2 oder 3 an, so bleibt er in der Arbeitskontaktstellung stehen, solange der Haltestrom iH fließt. Wird die defekte Entladungslampe LL ausgewechselt und damit kurzfristig der Haltestrom iH unterbrochen, dann kehrt der Bimetallumschalter in seine Ruhekontaktstellung zurück und bleibt auch in dieser Ruhekontaktstellung, wenn der nunmehr wieder einsetzende Zündstrom iF in einer Zeit, die kleiner ist als die Ansprechzeit des Bimetallumschalters, die neue Entladungslampe LL zündet. Während des normalen Betriebes der Entladungslampe LL fließt ein Teil des Lastkreisstromes auch über den Bimetallumschalter BMU, BMU1, BMU2. Dieser Strom reicht jedoch nicht aus, um diesen zum Ansprechen zu bringen. Um möglichst geringe Verluste im normalen Lampenbetrieb zu gewährleisten, soll deshalb der Bimetallumschalter BMU, BMU1, BMU2 so bemessen sein, daß sein im Lastkreis liegender Wider­ stand die Verluste möglichst klein hält. Zweckmäßig ist die­ ser Widerstand für eine Größenordnung von etwa 1 Ohm zu be­ messen.

Claims (4)

1. Wechselrichter zur Speisung wenigstens eines Lastkreises mit wenigstens zwei abwechselnd periodisch schaltenden Schaltern, die in Reihe an einer Zwischenkreisspannung liegen und von denen der eine zwischen dem Lastkreis und der Zwischenkreisspannung und der andere parallel zum Lastkreis angeordnet ist, bei dem der Lastkreis einen Serienresonanz­ kreis und eine Entladungslampe mit heizbaren Elektroden aufweist und der Schwingkreiskondensator des Serienresonanz­ kreises der Entladungslampe parallel an geschaltet ist und bei dem an den Lastkreis eine bistabile Schalteinrichtung mit einem Betriebs- und einem Abschaltzustand angekoppelt und so bemessen ist, daß sie bei nichtzündender Entladungslampe in den Abschaltzustand übergeht und dabei den Zündvorgang der Entladungslampe unterbricht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bistabile Schalteinrichtung ein Bimetallumschalter (BMU, BMU1, BMU2) mit einem Schaltkontakt (SK), einem Ruhe­ kontakt (RK) und einem Arbeitskontakt (AK) ist, dessen Ruhe­ kontakt (RK) im Stromkreis des Serienresonanzkreises (Lx/Cx) liegt und dessen das Bimetall darstellender Schaltkontakt (SK) einer Erwärmung während des Zündvorgangs der Entladungs­ lampe (LL) ausgesetzt ist und im Falle der Nichtzündung von seiner Ruhekontaktstellung in seine Arbeitskontaktstellung übergeht,
daß der Arbeitskontakt (AK) in Reihe mit einer heizbaren Elek­ trode (HW) der Entladungslampe (LL) in einem den Bimetallum­ schalter (BMU, BMU1, BMU2) in seiner Arbeitskontaktstellung festhaltenden Haltestromkreis angeordnet ist.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Bimetallumschalters (BMU, BMU1, BMU2) in dessen Ruhekontaktstellung im Stromkreis des Serienreso­ nanzkreises (Lx/Cx) in der Größenordnung von einem Ohm ist.

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechverzögerung des Bimetallumschalters (BMU, BMU1, BMU2 weniger als 5 Sekunden beträgt.

4. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallumschalter (BMU, BMU1, BMU2) in einer Schutzgas­ atmosphäre angeordnet ist und zwischen seinem Schaltkontakt (SK) und seinem Ruhekontakt (RK) eine Glimmlampe (GL) angeordnet ist, die in Arbeitskontaktstellung des Bimetallumschalters (BMU, BMU1, BMU2) zündet und den Haltestromkreis schließt.