DE4121009A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer entladungslampe - Google Patents

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.

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.