DE4233861A1 - Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsentladungslampen sowie ein Verfahren hierfür - Google Patents
Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsentladungslampen sowie ein Verfahren hierfürInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung von
Hochspannungsentladungslampen, insbesondere mit nicht-ge
heizten Elektroden, mit einem Steuergerät zur Steuerung
einer Wechselspannungsversorgung variabler Frequenz, insbe
sondere 10 kHz bis 20 kHz, und mit einem Transformator zur
Anpassung der Spannungshöhe. Weiterhin betrifft die Erfin
dung ein Verfahren zur Ansteuerung von Hochspannungsent
ladungslampen.
Unter den Begriff der Hochspannungsentladungslampen fallen
auch Hochspannungsleuchtröhren oder -leuchtstoffröhren.
Diese sind zum Teil aus dem Bereich der Werbung als selbst
leuchtende Reklameschriften bekannt. Zu einem anderen Teil
wird der Lampentyp zur farbigen Ausleuchtung größerer Räume
verwendet. Umgangssprachlich ist auch der Begriff
"Neon-Lampen" gebräuchlich. Nicht zu verwechseln sind diese
Lampen mit den in Büroräumen und anderen Arbeitsplätzen
gebräuchlichen Niederdruckleuchtstofflampen, die mit einer
niedrigeren Spannung und höheren Strömen arbeiten und die
fälschlicherweise oft als "Neon-Lampen" bezeichnet werden.
Zur Ansteuerung der Entladungslampen allgemein wird ein Vor
schaltgerät verwendet. Wesentliches Bauteil des Vorschalt
gerätes ist eine Drossel zur Bereitstellung einer hohen
Zündspannung im Zusammenwirken mit weiteren Bauteilen und
einer Strombegrenzung nach der Zündung der Lampe. Eine
Änderung der Helligkeit ist grundsätzlich möglich durch
Variation der Frequenz der an der Lampe anliegenden
Spannung. Der Wechselstromwiderstand der Drossel nimmt mit
zunehmender Frequenz zu, so daß sich der Strom entsprechend
verringert.
Bei Anwendung dieses Prinzips für die Helligkeitsregelung
von Hochspannungsentladungslampen ist für ein Herabsetzen
des Lampenstroms auf ein Zehntel des vollen Lampenstroms
eine Verzehnfachung der Frequenz erforderlich. Ein wirk
sames und über einen breiten Bereich gehendes Dimmen von
derartigen Lampen erfordert demnach hohe Frequenzen, die
bis in den 100 kHz-Bereich hineingehen können. Insbesondere
dicht nebeneinanderliegende Hochspannungsentladungslampen
können sich dadurch in einer Weise beeinflussen, die eine
Dimmbarkeit unmöglich macht.
Aus dem Bereich der Niederdruckleuchtstofflampen ist es be
kannt, die Lampe über einen Resonanzkreis mit einer Induk
tivität und einer Kapazität anzusteuern, Phillips "High-
Frequency Electronic Lighting System", 1984, Abs. 6.10. Die
Lampe ist parallel zur Kapazität geschaltet. Die einzelnen
Bauteile sind so ausgewählt bzw. eingestellt, daß die
Frequenz für den vollen Lampenstrom nahe der Resonanz
frequenz des Resonanzkreises liegt. Dadurch ist eine
Variation des Lampenstroms in einem weiten Bereich bei
relativ geringer Änderung der Frequenz möglich. Zusätzlich
kann zwischen dem Steuergerät und dem Resonanzkreis ein
Transformator zur Anpassung der Spannung vorgesehen sein.
Für den Bereich der Hochspannungsentladungslampen ist es
bekannt, diesen bei einer ungedimmten Anwendung und Nieder
frequenzbetrieb einen Streufeldtransformator vorzuschalten.
Letzterer wirkt als Drossel zur Strombegrenzung nach dem
Zünden der Lampe, vgl. Hausgeräte-, Beleuchtungs- und Klima
technik/Enno Volkerts, Horst Friedrichs - 6. Auflage - Würz
burg, Vogelverlag, 1990, Seite 141.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung
bzw. ein Verfahren zu schaffen, mit der bzw. mit dem ein
Dimmen von Hochspannungsentladungslampen einfach möglich
ist. Insbesondere sollen Beeinflussungen benachbarter Bau
teile oder Lampen durch elektromagnetische Wechselwirkungen
vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung ent
sprechend dem Patentanspruch 1 gelöst. Danach ist auf der
Sekundärseite des zur Anpassung der Spannungshöhe vorge
sehenen Transformators ein Resonanzkreis aus einer Induk
tivität und einer Kapazität gebildet. Die Lampe ist
parallel zur Kapazität geschaltet und die Frequenz ist nahe
der Resonanzfrequenz variierbar. Mit nicht-geheizten Elek
troden arbeitende Hochspannungsentladungslampen bewirken
nur eine geringe Dämpfung des Resonanzkreises. Eine
Änderung des Lampenstroms ist deshalb bei einer Frequenz
nahe der Resonanzfrequenz innerhalb eines nur geringen
Frequenzbandes möglich. Die einzelnen Bauteile sind so
aufeinander abgestimmt, daß im Bereich einer Frequenz von
10 kHz bis 20 kHz der volle Lampenstrom fließt. Auch bei
sehr starkem Dimmen bis unter 10% des vollen Lampenstroms
werden keine 30 kHz bis 40 kHz, insbesondere keine 100 kHz,
erreicht.
Vorteilhafterweise ist der Transformator als Streufeldtrans
formator ausgebildet. Dabei ist die Induktivität des
Resonanzkreises zumindest Teil der Induktivität des Streu
feldtransformators. Die sonst im Resonanzkreis vorgesehene
Induktivität kann demnach wesentlich kleiner ausfallen oder
gar ganz durch den Streufeldtransformator ersetzt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Regel
einrichtung vorgesehen, zur Regelung des Lampenstroms, mit
einem Meßwert-Aufnehmer zur Erfassung des Lampenstroms, ins
besondere einem Stromwandler, einem Regler zum Vergleich
des Lampenstroms (Ist-Wert) mit einem eingestellten Soll
wert und einem Reglerausgang zur Ansteuerung des Steuer
geräts. Es liegt somit ein geschlossener Regelkreis vor.
Geregelt wird der unmittelbar die Helligkeit beeinflussende
Lampenstrom durch Anpassung der Frequenz am Ausgang des
Steuergeräts. Etwaige Schwankungen des Lampenstroms in Ab
hängigkeit von der Lampentemperatur werden eliminiert.
In Verbindung mit dem Streufeldtransformator und/oder der
Regeleinrichtung (dem Regelkreis) ist die Erfindung auch
vorteilhaft für die Ansteuerung von Entladungslampen all
gemein anwendbar, etwa für Niederdruckleuchtstofflampen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung sowie
den übrigen Ansprüchen entnehmbar.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im
folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild für eine Einrich
tung zur Ansteuerung von Hochspannungsent
ladungslampen,
Fig. 2 eine Schaltung gemäß Fig. 1, mit zusätzlicher
Regeleinrichtung,
Fig. 3 eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine real ausgeführte Schaltung ähnlich der in
Fig. 3,
Fig. 5a und 5b einen Streufeldtransformator in der Seiten
ansicht und im Schnitt entlang der Linie V-V.
Fig. 1 zeigt eine erste Anwendung einer erfindungsgemäßen
Einrichtung. Über ein Steuergerät 10 wird eine Wechsel
spannung variabler Frequenz, insbesondere eine Rechteck
spannung, an den Punkten 11, 12 zur Verfügung gestellt.
Eine entsprechende Spannungsversorgung mit einer Gleichrich
tung und gegebenenfalls Transformierung der Netzspannung
ist nicht extra eingezeichnet. An den mit + und - gekenn
zeichneten Eingängen liegt bereits eine Gleichspannung an,
die mittels des Steuergerätes 10 entsprechend der gewünsch
ten Frequenz geschaltet wird. Die hierfür vorgesehenen
Schalter sind in den Figuren als Transistoren 13, 14 ge
zeichnet und können auch durch andere geeignete Bauelemente
realisiert werden.
Die zwischen den Punkten 11, 12 abgegriffene hochfrequente
Wechselspannung liegt an der Primärseite eines Transforma
tors 15 an. Hier findet eine Umwandlung auf die für eine
Hochspannungsentladungslampe erforderliche Spannung von
500 V bis 5000 V statt. Dem Transformator 15 ist noch ein
Kondensator 16 vorgeordnet, der eine Gleichstrommagneti
sierung verhindert.
An die Sekundärseite des Transformators 15 ist ein Resonanz
kreis aus einer Induktivität 17 und einem Kondensator 18 an
geschlossen. Parallel zum Kondensator 18 ist eine Hoch
spannungsentladungslampe 19 geschaltet.
Über das Steuergerät 10 wird der Resonanzkreis mit einer
Frequenz betrieben, die nahe der Resonanzfrequenz liegt.
Die Bauteile sind so ausgelegt, daß die Hochspannungsent
ladungslampe 19 bei dieser Frequenz zündet und danach ihre
volle Lichtstärke abgibt. Die Steuerung der Lichtstärke,
das Dimmen, erfolgt durch eine Frequenzerhöhung. Durch den
Betrieb nahe dem Resonanzpunkt ändert sich die Impedanz des
Resonanzkreises bereits bei kleinen Frequenzänderungen sehr
stark. Durch die charakteristisch hohen Spannungen und
niedrigen Ströme der Hochspannungsentladungslampe 19 wird
der Resonanzkreis nur schwach bedämpft. Es sind deshalb
keine großen Frequenzänderungen zur Helligkeitssteuerung
erforderlich. Ausgehend von 10 kHz bis 20 kHz für volle
Helligkeit ist eine Verstellung der Frequenz nur um wenige
Kilohertz nach oben zur Erzielung einer minimalen
Helligkeit erforderlich. Die bei der Helligkeitsverstellung
auftretenden maximalen Frequenzen liegen demnach deutlich
unter 100 kHz. Eine gegenseitige kapazitive Beeinflussung
dicht beieinander liegender Lampen ist bei diesen geringen
Frequenzen unerheblich. Zur Erzielung verschiedenfarbiger
Effekte können einzelne Lampen dicht nebeneinander
angeordnet werden, sogar mit einem Abstand von nur einem
Lampendurchmesser.
Fig. 2 zeigt eine Ergänzung des zuvor beschriebenen
Prinzips. Es wird hier der Lampenstrom durch einen Strom
wandler 20 gemessen und als Ist-Wert IIST über eine
Meßeinrichtung 21 einem Regler 22 zugeführt. In diesem
findet ein Vergleich mit einem Soll-Wert ISOLL des Stroms
statt. Eine entsprechende Steuergröße wird vom Regler 22
dem Steuergerät 10 zur Einstellung einer entsprechenden
Frequenz übermittelt. Somit liegt ein geschlossener
Regelkreis vor. Eine einmal eingestellte Helligkeit bzw.
ein Lampenstrom wird durch die Regelung auf einem
konstanten Wert gehalten. Helligkeitsschwankungen finden
nicht statt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung. Dort ist der Transfor
mator 15 durch einen Streufeldtransformator 23 ersetzt.
Zugleich ist im Resonanzkreis keine Induktivität mehr vorge
sehen, sondern nur noch der Kondensator 18. Aus Verein
fachungsgründen sind die Elemente links jenseits der
Anschlußpunkte 11, 12 nicht eigens eingezeichnet, ebenso
wie weitere Teile des Regelkreises, etwa die Meßeinrichtung
21 oder der Regler 22.
Der Streufeldtransformator 23 ersetzt mit seiner Induktivi
tät die in den Fig. 1 und 2 vorgesehene Induktivität 17 des
Resonanzkreises. Ein Bauteil wird demnach eingespart. Der
Platzbedarf wird insgesamt geringer.
In einer nicht gezeichneten Ausführungsform ist der Trans
formator 15 in den Fig. 1 und 2 ebenfalls durch einen Streu
feldtransformator ersetzt. Letzterer ist jedoch so ausge
legt, daß die Induktivität 17 nicht wegfällt, sondern
anders dimensioniert ist. Gleichwohl ist eine Kosten- und
Platzersparnis gegeben.
Die Fig. 4 - bestehend aus den Teilfig.
4/I und 4/II -
zeigt ein Schaltbild eines realisierten elektronischen Vor
schaltgerätes, in diesem Fall für Hochspannungsentladungs
lampen von 1×80 cm Länge bis 2×2 m Länge in Reihenschal
tung mit einer Netzspannung von 230 V und einer maximalen
Leerlauf-Ausgangsspannung von 5 kV. Ein Verbindungspunkt
zwischen den beiden Teilfig.
ist jeweils als VP bezeich
net.
Über F1, L1, V1, C2 wird auf übliche Weise zunächst aus der
Netzspannung eine interne Gleichspannung von ca. 300 V
erzeugt.
Mit T1, V2, C3, C4, N3 wird auf übliche Weise eine interne
Versorgungsgleichspannung von 12 V für die Steuer- und
Regeleinrichtung erzeugt.
Für die Erfindung von besonderer Bedeutung sind das Netz
werk mit T2 (T2.1, T2.2, T2.3), V3, V4, der Streufeldtrans
formator T3 mit C7 bis C10 und R5 bis R10, der Stromwandler
T4 mit V6 bis R41 und das Netzwerk mit und um N2.
Die Transistoren V3, V4 bilden eine Halbbrückenstufe, die
den Streufeldtransformator T3 über C7 mit einer rechteck
förmigen Wechselspannung versorgt. Die Kondensatoren C8 bis
C10 mit den sehr hochohmigen Symmetrierwiderständen R5 bis
R10 stellen den kapazitiven Teil des Resonanzkreises dar,
die Streuinduktivität von T3 den induktiven Teil. Parallel
zum Resonanzkreis sind die Hochspannungsentladungslampen
LP1, LP2 angeschlossen.
Als Stromwandler dient der Transformator T4. Über seine
Sekundärwicklung und das Netzwerk mit V6 bis R41 wird eine
Gleichspannung erzeugt, die ein Maß für den Lampenstrom
(IIST) ist.
Der Ist-Wert IIST wird dem in diesem Falle als PI-Regler
beschalteten Operationsverstärker N1.2 zugeführt. Punkt 6
dieses Verstärkers ist als Knotenpunkt ausgebildet, dem
über R24 auch der aus UDimm mit dem Netzwerk von V7 bis
N1.3 gewonnene Soll-Wert ISOLL zugeführt wird. N1.2 erzeugt
an seinem Ausgang 7 eine Stellspannung, die dem
integrierten Schaltkreis N2 zugeführt wird.
N2 ist im wesentlichen ein spannungsgesteuerter Oszillator
mit Gegentaktausgangsstufe, der in der Lage ist, am Ausgang
14 die Primärwicklung T2.2 des Transformators T2 mit einer
rechteckförmigen Steuerspannung zu schalten, deren Frequenz
umgekehrt proportional zur Stellspannung am Punkt 6 ist.
Die genannte Steuerspannung ist die Spannung, die über T2.1
und T2.3 die Gegentaktstufe aus V3 und V4 betreibt. Damit
ist der in den Fig. 2 und 3 beschriebene Regelkreis ge
schlossen.
Bei zwei je 2 m langen Lampen LP1, LP2 und einer Netzspan
nung von 230 V/50 Hz ergibt sich eine Wirkleistungsaufnahme
von 76 W bzw. 23 W für Vollicht bzw. 15% Licht, eine
Arbeitsfrequenz von 12,15 kHz bzw. 12,66 kHz und ein Lampen
strom von 50 mA bzw. 7,5 mA.
Die Fig. 5a, 5b zeigen den schematischen Aufbau des Streu
feldtransformators T3.
Der Kern des Trafos ist ein handelsüblicher Ferritkern der
Bauform E42/15. Die Wicklungen W1 und W2 befinden sich auf
je einem Spulenkörper, der etwas schmaler ist, als der Kern
E42/15 eigentlich zulassen würde. Dadurch bleibt zwischen
den Spulenkörpern Platz, um auf jeder Seite ein Ferritstück
S einzusetzen. Dieser magnetische Nebenschluß erlaubt dem
magnetischen Fluß, bei Belastung der Sekundärseite nicht
mehr vollständig über die Außenschenkel und den Mittel
schenkel durch die Sekundärseite zu fließen, sondern teil
weise an der Sekundärseite vorbei. Dadurch verhält sich der
Streufeldtransformator wie die Kombination eines
"normalen", starren Trafos und einer in Reihe geschalteten
Induktivität.
Die in den Figuren beschriebenen Schaltungen (mit Ausnahme
der Lampen) können in der Praxis als Teile von sogenannten
elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) verwirklicht sein,
etwa zusammen mit Einrichtungen zum Umformen elektrischer
Leistung sowie weiteren, hier nicht gezeigten Bauelementen.
Bezugszeichenliste
10 Steuergerät
11 Punkt
12 Punkt
13 Transistoren
14 Transistoren
15 Transformator
16 Kondensator
17 Induktivität
18 Kondensator
19 Hochspannungsentladungslampe
20 Stromwandler
21 Meßeinrichtung
22 Regler
23 Streufeldtransformator
11 Punkt
12 Punkt
13 Transistoren
14 Transistoren
15 Transformator
16 Kondensator
17 Induktivität
18 Kondensator
19 Hochspannungsentladungslampe
20 Stromwandler
21 Meßeinrichtung
22 Regler
23 Streufeldtransformator
Claims (5)
1. Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsent
ladungslampen, insbesondere mit nicht-geheizten Elektroden,
mit einem Steuergerät (10) zur Steuerung einer Wechsel
spannungsversorgung variabler Frequenz, insbesondere 10 kHz
bis 20 kHz, einem Transformator (15) zur Anpassung der
Spannungshöhe und einem Resonanzkreis aus Induktivität (17)
und Kapazität (Kondensator (18) auf der Sekundärseite des
Transformators, dabei ist die Lampe (19) parallel zur
Kapazität geschaltet und die Frequenz ist nahe der Resonanz
frequenz variierbar.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Transformator als Streufeldtransformator (23) ausge
bildet ist und die Induktivität des Resonanzkreises zumin
dest Teil der Induktivität des Streufeldtransformators ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch eine Regeleinrichtung zur Regelung des Lampenstroms,
mit einem Meßwertaufnehmer (21) zur Erfassung des Lampen
stroms, insbesondere einem Stromwandler (20), einem Regler
(22) zum Vergleich des Lampenstroms (Ist-Wert IIST) mit
einem eingestellten Soll-Wert (ISOLL) und einem Regleraus
gang zur Ansteuerung des Steuergerätes (10).
4. Verfahren zur Ansteuerung von Hochspannungsent
ladungslampen, insbesondere mit nicht- geheizten Elektro
den, mit folgenden Merkmalen:
- - ein Steuergerät (10) stellt eine Wechselspannung variab ler Frequenz zur Verfügung,
- - die Spannung wird über einen Transformator (15, 23) auf eine bestimmte für die Lampe geeignete Spannung trans formiert,
- - auf der Sekundärseite des Transformators (15, 23) ist ein Resonanzkreis vorgesehen mit einer Induktivität (17, 23) und einer Kapazität (Kondensator (18), dabei ist die Lampe parallel zur Kapazität geschaltet und die Frequenz der Wechselspannung wird zur Steuerung des Lampenstroms nahe der Resonanzfrequenz des Resonanz kreises variiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz für vollen Lampenstrom und damit für volle
Lampenhelligkeit zwischen 10 kHz und 20 kHz liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924233861 DE4233861A1 (de) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsentladungslampen sowie ein Verfahren hierfür |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924233861 DE4233861A1 (de) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsentladungslampen sowie ein Verfahren hierfür |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4233861A1 true DE4233861A1 (de) | 1994-04-14 |
Family
ID=6469940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924233861 Withdrawn DE4233861A1 (de) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Einrichtung zur Ansteuerung von Hochspannungsentladungslampen sowie ein Verfahren hierfür |
Country Status (1)
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