DE4121009A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer entladungslampe - Google Patents
Schaltungsanordnung zum betrieb einer entladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Be
trieb einer Entladungslampe nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Unter dem Betrieb einer Entladungslampe werden alle Zustän
de einer Entladungslampe vom Zünden bis zum stationären
Brennen verstanden.
Niederdruckentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflam
pen, werden in großem Umfang zur elektrischen Lichterzeu
gung eingesetzt. Im Vergleich zu Glühlampen zeichnen sie
sich durch eine höhere Lichtausbeute, größeren Wirkungsgrad
sowie eine längere Lebensdauer aus.
Niederdruckentladungslampen bestehen im wesentlichen aus
einem Entladungsgefäß, welches bei Leuchtstofflampen an
seinen Innenseiten mit Leuchtstoff beschichtet ist, aus
Elektroden, einer Gasfüllung sowie einem Lampensockel mit
Kontaktstiften. Die Lichterzeugung bei Entladungslampen
erfolgt über den Prozeß einer Gasentladung im Entladungsge
fäß.
Wegen ihres negativen inneren Widerstandes ist es nicht mög
lich, Niederdruckentladungslampen direkt an ein Versorgungs
netz anzuschließen. Vielmehr ist es notwendig, daß zwischen
Versorgungsnetz und Niederdruckentladungslampe ein Vor
schaltgerät geschaltet wird, welches die Zündung und den
Betrieb der Lampe regelt.
Es gibt verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für Vor
schaltgeräte, die sich im wesentlichen in der Art unter
scheiden, in der die Zündung der Lampe erfolgt. Am verbrei
testen sind Vorschaltgeräte, bei denen die Elektroden vor
dem Zünden der Gasentladung vorgeheizt werden.
Das Zünden der Gasentladung erfolgt bei derartigen Vor
schaltgeräten durch einen Spannungsimpuls. Die herkömmli
chen Vorschaltgeräte verwenden zur Erzeugung von Spannungs
impulsen einen Glimmstarter. Heute realisiert man das Vor
schaltgerät vorzugsweise mit rein elektronischen Bauteilen.
Dies trifft insbesondere für Kompaktlampen zu, bei denen
das Vorschaltgerät möglichst platzsparend in den Lampen
sockel integriert wird. Kompaktlampen zeichnen sich im Ge
gensatz zu den herkömmlichen stabförmigen Leuchtstofflampen
durch kleine Abmessungen aus.
Elektronische Vorschaltgeräte sind bekannt. Sie bestehen im
wesentlichen aus einem Tiefpaßfilter, einem Funkentstörfil
ter, einem Gleichrichter sowie einem Wechsel- oder Umrich
ter. Der Wechsel- oder Umrichter erzeugt eine hochfrequente
Wechselspannung von etwa 25 bis 50 kHz, die an den Elektro
den der Entladungslampe anliegt. Bei Betrieb einer Nieder
druckentladungslampe mit einer hochfrequenten Wechselspan
nung wird eine höhere Lichtausbeute der Lampen als bei nie
derfrequentem Betrieb erzielt. Auch ist das erzeugte Licht
bei dieser Betriebsart flackerfrei.
Im Lastkreis des Wechsel- oder Umrichters befindet sich
neben der Entladungslampe im wesentlichen eine in Reihe zur
Entladungslampe geschaltete strombegrenzende Induktivität
sowie eine parallel zur Entladungslampe und in Reihe zu den
Elektroden der Entladungslampe geschaltete Kapazität.
Des weiteren sind üblicherweise in einem Vorheizkreis
parallel zu mindestens einem Kondensator ein Kaltleiter
sowie weitere Schaltungselemente angeordnet, die im Zusam
menwirken mit den anderen Elementen des Lastkreises den Vor
wärmstrom zum Vorheizen der Elektroden sowie das Zünden und
den Betrieb der Entladungslampe regeln.
Bei den nach der obenbeschriebenen Art aufgebauten, bekann
ten Schaltungsanordnungen zum Zünden und zum Betrieb einer
Niederdruckentladungslampe fließt mit Nachteil auch nach
dem Zünden der Entladungslampe ein Strom durch den Vorheiz
kreis. Dies geschieht, um den Kaltleiter während des Bren
nens der Entladungslampe hochohmig zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache
Schaltungsanordnung zum schonenden Betrieb einer Entladungs
lampe zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in
einer Schaltungsanordnung, die einen hochfrequenten Wech
sel- oder Umrichter, eine in Reihe zur Entladungslampe
geschaltete Induktivität und eine parallel zur Entladungs
lampe angeordnete Kapazität aufweist, parallel zur Indukti
vität und/oder Kapazität die Reihenschaltung eines Kaltlei
ters mit einem bidirektionalen Durchbruchspannungs-Bauele
ment angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine einfache Schal
tungsanordnung zum schonenden Betrieb einer Entladungslam
pe, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, indem
eine Spannungsbegrenzung in der Vorheizphase der Lampe
bewirkt und somit ein spontanes Zünden der Entladungslampe
durch Resonanzüberhöhung des Lastkreises verhindert wird.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt folgende Erkenntnis
zugrunde:
Die Induktivität L1 und der als Kapazität vorgesehene Kondensator C1 bilden einen Serienschwingkreis. In der Vorheizphase fließen durch den Kaltleiter V1 und das bidi rektionale Durchbruchspannungs-Bauelement V2 Strom, so daß diese sich erwärmen.
Die Induktivität L1 und der als Kapazität vorgesehene Kondensator C1 bilden einen Serienschwingkreis. In der Vorheizphase fließen durch den Kaltleiter V1 und das bidi rektionale Durchbruchspannungs-Bauelement V2 Strom, so daß diese sich erwärmen.
Mit zunehmender Erwärmung des Kaltleiters V1 erhöht sich
dessen Widerstand, so daß zunehmend Spannung über den Kalt
leiter V1 abfällt, wobei das bidirektionale Durchbruchspan
nungs-Bauelement V2 spannungsbegrenzend wirkt. Weiter
steigt mit zunehmender Erwärmung des Kaltleiters V1 die
Resonanzüberhöhung im Serienschwingkreis aus Induktivität
L1 und Kondensator C1 bis zur Zündung der Entladungslampe
H1 an.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Kaltleiter V1
und das bidirektionale Durchbruchspannungs-Bauelement V2
thermisch miteinander gekoppelt. Eine thermische Kopplung
dieser beiden Elemente bewirkt eine zusätzliche Erwärmung
des Kaltleiters V1 durch die Verlustwärme des bidirektional
wirkenden Durchbruchspannungs-Bauelements V2, so daß die
Zündung der Entladungslampe beschleunigt herbeigeführt
wird.
Eine thermische Kopplung des Kaltleiters V1 und des bidirek
tionalen Durchbruchspannungs-Bauelements V2 wird mit Vor
teil durch ein verbindendes Medium gezielt eingestellt.
Dies dient der gezielten Einstellung der Vorwärmzeit der
Entladungslampe: Der Kaltleiter V1 erwärmt sich in Abhän
gigkeit von der thermischen Kopplung zwischen Kaltleiter V1
und bidirektionalem Durchbruchspannungs-Bauelement V2, was
entsprechend dem Grad der thermischen Kopplung früher oder
später zur Resonanzüberhöhung im Serienschwingkreis und zur
Zündung der Lampe führt. Als verbindendes Medium eignen
sich beispielsweise Kleber oder Lack.
Als bidirektionales Durchbruchspannungs-Bauelement V2 wird
beispielsweise eine Transildiode oder ein Varistor verwen
det. Auch eignen sich zwei gegensinnig gepolte und in Reihe
liegende Z-Dioden zur Realisierung des bidirektional wirken
den Durchbruchspannungs-Bauelementes V2.
Die Durchbruchspannung des bidirektionalen Durchbruchspan
nungs-Bauelements V2 wird mit Vorteil so gewählt, daß sie
unterhalb der Zündspannung und oberhalb der Brennspannung
der Entladungslampe liegt. Dadurch wird einerseits
erreicht, daß in der Vorheizphase der Lampe durch den aus
dem Kaltleiter V1 und dem bidirektionalen Durchbruchspan
nungs-Bauelement V2 bestehenden Vorheizkreis Strom fließt
und damit die Elektroden vorgeheizt werden, während die
Gasentladung noch nicht zündet.
Andererseits wird erreicht, daß nach dem Zünden der Gasent
ladung, also während der Brennphase der Lampe, im Vorheiz
kreis kein Strom mehr fließt. Dann liegt die Spitzenspan
nung unterhalb der Durchbruchspannung. Das bidirektionale
Durchbruchspannungs-Bauelement V2 sperrt und der Vorheiz
kreis stellt keine zusätzliche Belastung dar.
Vorzugsweise werden der Kaltleiter V1 und das bidirektio
nale Durchbruchspannungs-Bauelement V2 in einem Bauelement
integriert.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Figur der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches
Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Dargestellt ist ein Gleichrichter 1 mit Glättungseinrich
tung, ein Wechselrichter 2 und ein Lastkreis 3. Der Last
kreis 3 enthält die Induktivität L1, die in Reihe zur
Parallelschaltung der Entladungslampe H1 mit mindestens
einem Kondensator C1 als Kapazität geschaltet ist. Eben
falls parallel zum Kondensator C1 ist die Reihenschaltung
aus einem Kaltleiter V1 und einer Transildiode V2 angeord
net.
Der Kaltleiter V1 und die Transildiode V2 sind vorzugsweise
über einen Lack thermisch miteinander gekoppelt, was durch
die gestrichelte Verbindung der beiden Bauteile angedeutet
ist. Die Kondensatoren C2 und C3 dienen sowohl zur Wechsel
stromankopplung als auch zum Glätten der Versorgungsspan
nung.
Der Wechselrichter 2 liefert eine Rechteckspannung von ca.
310 Vss. Beim Start des Wechselrichters 2 fließt der Strom
im Lastkreis 3 durch die Induktivität L1, die Heizwendeln
der Lampenelektroden sowie den Kondensator C1, den
Kaltleiter V1 und die Transildiode V2.
Die Durchbruchspannung der Transildiode V2 ist so bemessen,
daß die Entladungslampe H1 nicht spontan zündet, die Hei
zung der Elektroden jedoch sichergestellt ist. Aufgrund der
thermischen Kopplung zwischen Kaltleiter V1 und Transildi
ode V2 wird der Kaltleiter V1 durch die Verlustwärme der
Transildiode V2 zusätzlich aufgewärmt. Mit der Erwärmung
des Kaltleiters V1 vergrößert sich dessen Widerstand und
damit die Resonanzüberhöhung an der Entladungslampe H1 bis
zu deren Zündung.
Beim Brennen der Entladungslampe H1 liegt die Spitzenspan
nung der Entladungslampe H1 unterhalb der Durchbruchspan
nung der Transildiode V2. Der Vorheizkreis ist gesperrt und
stellt damit keine zusätzliche Belastung dar.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe,
vorzugsweise einer Niederdruckentladungslampe, mit einem
hochfrequenten Wechsel- oder Umrichter, einer in Reihe zur
Entladungslampe geschalteten Induktivität und einer paral
lel zur Entladungslampe angeordneten Kapazität,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zur Induktivität (L1) und/oder der Kapazität
(C1) die Reihenschaltung eines Kaltleiters (V1) mit einem
bidirektionalen Durchbruchspannungs-Bauelement (V2) angeord
net ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kaltleiter (V1) und das bidirektionale
Durchbruchspannungs-Bauelement (V2) thermisch miteinander
gekoppelt sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die thermische Kopplung durch ein verbinden
des Medium gezielt einstellbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das bidirektionale Durchbruch
spannungs-Bauelement (V2) aus einer Transildiode besteht.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das bidirektionale Durchbruch
spannungs-Bauelement (V2) aus zwei in entgegengesetzter
Durchlaßrichtung gepolten Z-Dioden besteht.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das bidirektionale Durchbruch
spannungs-Bauelement (V2) aus einem Varistor besteht.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung des
bidirektionalen Durchbruchspannungs-Bauelementes (V2)
oberhalb der Brennspannung der Entladungslampe (H1) liegt.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung des
bidirektionalen Durchbruchspannungs-Bauelementes (V2)
unterhalb der Zündspannung der Entladungslampe (H1) liegt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (V1) und das bi
direktionale Durchbruchspannungs-Bauelement (V2) in einem
Bauelement integriert sind.
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