DE4303595A1

DE4303595A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe

Info

Publication number: DE4303595A1
Application number: DE4303595A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Reiser
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1994-08-11
Also published as: JPH06243984A; CA2115122A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Elektroden aufweisenden Leuchtstofflampe, beispielsweise einer Kompaktleuchtstofflampe, mit einem Resonanzkreis und einem Umrichter.

Bei elektronischen Vorschaltgeräten, speziell für (Kompakt-)Leuchtstofflampen, ist es notwendig, den Resonanzkreis aus Lampendrossel und lampenparallelen Kondensatoren zur Erzeugung hoher Zündspannung in Resonanz zu betreiben. Ist die Lampenbrennspannung im Vergleich zur Generator-Rechteckspannung des elektro nischen Umrichters hoch, so muß auch während des Be triebs die Resonanzüberhöhung ausgenutzt werden, um die hohe Betriebsspannung zu generieren. Zur Aufrechter haltung einer ausreichenden Resonanzüberhöhung muß im L-C-Resonanzkreis eine entsprechende Blindleistung erzeugt werden (bezogen auf die zu entnehmende Wirk leistung durch die brennende Lampe), was entsprechend groß dimensionierte Kondensatoren parallel zur Lampe voraussetzt. Die Ströme der Kondensatoren im Vorheiz kreis werden prinzipbedingt auch über die Elektroden der Leuchtstofflampe geführt. Daher müssen die Konden satoren entsprechend ausgelegt sein, damit der Strom ein bestimmtes Maß nicht übersteigt, um Elektroden überheizung bzw. Wirkungsgradeinbußen und starke Be dämpfung des Resonanzkreises (auch im Zündfall) zu ver meiden. Dies bedeutet eine starke Einschränkung der Be triebsparameter der (Kompakt-) Leuchtstofflampe.

Zur Umgehung dieser Problematik wurde im deutschen Pa tent 37 11 814 vorgeschlagen, parallel zur Leuchtstoff lampe auf der Seite des elektronischen Vorschaltgeräts einen zusätzlichen Kondensator zu schalten. Ebenso ist es bekannt, parallel zur Elektrode eine Diode zu schalten, die dann die Heizleistung und damit auch die Verlustleistung durch den Resonanzstrom in der Elek trode halbiert.

Alle diese Maßnahmen haben den Nachteil, daß sie nicht gleichzeitig für alle drei Betriebsphasen einer Leucht stofflampe angepaßt werden können. Man muß bei der Dimensionierung der Bauteile entsprechende Kompromisse eingehen, um wenigstens in einer der drei Phasen, Heiz phase, Zündphase oder Betriebsphase, ein optimales Be triebsverhalten zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zur Ver fügung zu stellen, die allen unterschiedlichen Be triebsphasen und den differierenden Betriebsmodi ver schiedener Leuchtstofflampen angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils parallel zu den Elektroden ein Blindwider stand geschaltet ist.

Damit läßt sich der Anteil des Heizstroms aus dem Resonanzstrom in weiten Grenzen einstellen. Falls die Elektroden oder Wendeln gebrochen sind, aber noch aus reichend Emittermaterial vorhanden ist, läßt sich die Lampe zwar nicht mehr vorheizen, sie ist jedoch nach einem Kaltstart bis zum vollständigen Aufbrauchen des Emitters weiter betreibbar.

Die Ausführung des Blindwiderstands als Kondensator (Bypass-C) oder als Induktivität (Bypass-L) bietet den Vorteil einer guten Anpaßbarkeit des Blindwiderstands an die Frequenzcharakteristik des Leuchtstofflampenvor schaltgerätes über die verschiedenen Betriebsphasen. Während der Blindwiderstand des Kondensators umgekehrt proportional zur Frequenz verläuft, ist der Blindwider stand einer Induktivität proportional zur Frequenz.

Wenn die Vorheizfrequenz stark unterschiedlich zur Be triebsfrequenz ist, ist es besonders vorteilhaft für eine Anpassung, den Blindwiderstand aus einer Kombina tion von Kondensator und Induktivität zu bilden. Für den Betriebsfall wird ein geringerer Spannungsabfall über die Elektrode erreicht, während in der Vorheiz phase ausreichend Elektrodenheizspannung anliegt.

Die Kombination aus Kondensator/Induktivität ist ent weder als Bypass-Saugkreis (Reihenschaltung) oder als Bypass-Sperrkreis (Parallelschaltung) ausgeführt. Die jeweils unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken von Bypass-Saugkreis bzw. Bypass-Sperrkreis lassen eine noch individuellere Anpassung an die Betriebsparameter zu.

Vorzugsweise sind die Induktivitäten als Spule oder Drossel ausgeführt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drossel während der Zünd- und Betriebsphase sättigt.

Geeigneterweise bestehen die Elektroden aus Emitter material tragenden Wendeln, die eine genügend große Oberfläche für den Betrieb bieten.

Vorzugsweise besteht der Resonanzkreis aus einer Lampendrossel und einem lampenparallele Kondensatoren umfassenden Vorheizkreis. Der Umrichter ist dabei ein elektronischer Umrichter. Dies gibt einen entsprechend einfachen und kostengünstigen Aufbau, der außerdem ent sprechend hohe Frequenzen erlaubt.

Für eine Kompaktleuchtstofflampe mit einer Betriebs spannung von 120 V, einer Betriebsleistung von 23 W und einer Betriebsfrequenz von 45 kHz sowie einer Resonanz kapazität im Vorheizkreis von 13 nF und einem Kalt widerstand der Wendeln von 12 Ω ergeben sich die Kenn daten einer Kapazität (Bypass-C) als 470 nF und 63 V. Der Kennwert einer Induktivität (Bypass-L) einer der artigen Anordnung ergibt sich zu 27 µH.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Aus führungsformen sowie aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Resonanz kreis und einem Umrichter sowie eine Leucht stofflampe, bei der parallel zu den Wendeln jeweils eine Kapazität geschaltet ist (Bypass-C);

Fig. 2 eine Leuchtstofflampe gemäß Fig. 1 mit je weils parallel zu den Wendeln geschalteten Induktivitäten (Bypass-L);

Fig. 3 eine Leuchtstofflampe gemäß Fig. 1 mit je weils parallel zu den Wendeln geschalteten Parallelschaltungen aus Kapazität und Induk tivität (Bypass-Sperrkreis) und

Fig. 4 eine Leuchtstofflampe gemäß Fig. 1 mit je weils parallel zu den Wendeln geschalteten Serienschaltungen aus Kapazität und Induk tivität (Bypass-Saugkreis).

Im folgenden werden für übereinstimmende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 mit einem elektronischen Vorschaltgerät 11 und mit einem Vorheiz kreis 17 aus lampenparallelen Kondensatoren 24 und einem Kaltleiter 25. Das elektronische Vorschaltgerät 11 enthält einen Gleichrichter- und Siebkreis 12, einen Umrichter 13 sowie einen Drosselkreis 14. An Kontakten 22 ist das elektronische Vorschaltgerät 11 mit einer Leuchtstofflampe 15 verbunden. Über Elektroden bzw. Wendeln 16 besteht elektrischer Kontakt zu Anschluß stellen 23 einer Leuchtstofflampe 15 mit den lampen parallelen Kondensatoren 24.

Bei Betrieb des Resonanzkreises 14, 17, 24 in Resonanz fließen die Kondensatorströme der Kondensatoren im Vor heizkreis 17 über die Wendeln 16. Da der gesamte Strom der Kondensatoren des Vorheizkreises 17 über die Wendeln 16 fließt, muß mit einer entsprechenden Dimensionierung der lampenparallelen Kondensatoren 24 sichergestellt werden, daß dieser Gesamtstrom ein bestimmtes Maß nicht übersteigt, da sonst die Wendeln 16 überheizt werden oder Wirkungsgradeinbußen auf treten. Außerdem würde eine starke Dämpfung des Resonanzkreises (auch im Zündfall) verursacht werden.

Um dies zu vermeiden, ist nun, wie in Fig. 1 darge stellt, parallel zu jeder Wendel 16 ein Kondensator 18 parallelgeschaltet. Je nach Dimensionierung des Konden sators 18 und der Vorheizfrequenz fließt nun mehr oder weniger Strom über den Kondensator 18 und entlastet so mit die Wendel 16. Bestimmend für den Grad der Ab zweigung ist der Blindwiderstand der Kondensatoren 18. Dieser verändert sich mit der Frequenz, so daß sich eine aus den Kondensatoren 18 bestehende Bypass-Vor richtung (Bypass-C) entsprechend der momentanen Frequenz anpassen kann.

In Fig. 2 ist die Leuchtstofflampe 15 mit Elektroden 16, wie in Fig. 1, dargestellt. An den Kontakten 22 befindet sich wieder das elektronische Vorschaltgerät 11 (nicht dargestellt) und an den Anschlußpunkten 23 befindet sich der Vorheizkreis 17 (nicht dargestellt). An Stelle des Kondensators 18 ist hier eine Induktivi tät 19 jeder Wendel 16 parallelgeschaltet. Auch eine Induktivität 19 besitzt einen frequenzabhängigen Blind widerstand. Somit ergibt sich auch hier die Stromab leitung von der Wendel 16 über die Induktivität 19 als frequenzabhängige Möglichkeit der Entlastung der Wendel 16.

Während bei dem Kondensator 18 der Blindwiderstand mit zunehmender Frequenz abnimmt und damit mit zunehmender Frequenz mehr Strom von der Wendel 16 abgeleitet wird, ergibt sich dies bei der Induktivität 19 genau umge kehrt. Hier nimmt der Blindwiderstand mit zunehmender Frequenz zu, so daß bei zunehmender Frequenz die Strom ableitung von der Wendel 16 zurückgeht. Diese Merkmale ergeben sich aus den Formeln für die Blindwiderstände von Kapazität und Induktivität:

Blindwiderstand/Kondensator: |X_c| = 1/2πfC (I)

Blindwiderstand/Induktivität: |X_L| = 2πfL (II).

Ist die Vorheizfrequenz deutlich höher als die Be triebsfrequenz, so ist auch die Bypass-L-Ausführung (Fig. 2) verlustärmer als die Bypass-C-Ausführung (Fig. 1), da der Blindwiderstand und damit der Spannungsabfall über Wendel und Drossel bei der niedrigeren Betriebsfrequenz sinken. Gleichzeitig sind jedoch die Eigenverluste einer Drossel bzw. Induktivi tät 19 in der Regel höher als die eines Kondensators 18. Wird die Leuchtstofflampe 15 in einer kritischen Umgebung bzgl. EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) betrieben, so könnte es durch die Streufelder der Spule zu Funkstörproblemen kommen. Hier ist dann die An ordnung aus Fig. 1 (Bypass-C) zu bevorzugen. Im Allge meinen erweist sich der Aufbau nach Fig. 2 mit einer Drossel 19 als teurer gegenüber dem Einsatz eines Kon densators 18.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Schaltungsbeispiele für die Beschaltung der Wendeln 16 einer Leuchtstofflampe 15 mit einer Kombination von Kapazität und Induktivität. Fig. 3 zeigt dabei eine Parallelschaltung von Kapazi tät und Induktivität zu einem Bypass-Sperrkreis 20.

Fig. 4 zeigt eine Parallelschaltung einer Reihen schaltung aus Induktivität und Kapazität zu einem Bypass-Saugkreis 21 zu Wendeln 16.

Die Ausführung des Blindwiderstands als Schwingkreis (Saug- 21 oder Sperrkreis 20) ist dann vorteilhaft, wenn die Vorheizfrequenz stark unterschiedlich zur Betriebsfrequenz ist. Der Blindwiderstand von Reihen- bzw. Parallelschaltung gibt sich aus folgenden Gleichungen:

Aus den Gleichungen III und IV ergibt sich somit im Resonanzfall des Schwingkreises für die Reihenschaltung ein Blindwiderstand von 0 und für die Parallelschaltung ein Blindwiderstand von ∞. Ist zum Beispiel die Vor heizfrequenz niedrig und die Betriebsfrequenz sehr viel höher, so verwendet man vorzugsweise eine Reihenschal tung von Kapazität und Induktivität, bei der die Resonanzfrequenz in der Nähe der Betriebsfrequenz liegt. In der Vorheizphase ist die Frequenz niedrig und somit weitab von der Resonanzbedingung, bei der nach Gleichung III der Blindwiderstand gegen 0 geht. Das heißt, in der Vorheizphase ist der Blindwiderstand des Bypass-Saugkreises 21 hoch, was während der Vorheiz phase eine ausreichende Wendelheizspannung garantiert. Beim Übergang in die Betriebsphase mit einer ent sprechend höheren Betriebsfrequenz soll nun die Resonanzfrequenz des Bypass-Saugkreises 21 in der Nähe der Betriebsfrequenz liegen. Die Resonanzbedingung ist erfüllt, und somit, entsprechend Gleichung III, der Blindwiderstand gering, was zu einem ebenfalls geringen Spannungsabfall über die Wendel 16 führt.

Entsprechendes ergibt sich für andere geforderte Be dingung zum Beispiel gleiche Forderungen bzgl. des Spannungsabfalls über die Wendel 16 in der Betriebs- und Vorheizphase, bei hoher Vorheizfrequenz und niedriger Betriebsfrequenz. Je nach dem wird die Aus führungsform mit Bypass-Sperrkreis 20 oder Bypass- Saugkreis verwendet, die bzgl. ihrer Resonanzfrequenz entsprechend an die Betriebsbedingungen angepaßt sind. Die Möglichkeit der Anpassung an Betriebsparameter ist somit nahezu unbegrenzt.

Claims

1. Schaltungsanordnung (10) zum Betrieb einer Elek troden (16) aufweisenden Leuchtstofflampe (15), beispielsweise einer Kompaktleuchtstofflampe, mit

- einem Resonanzkreis (14, 17) und
- einem Umrichter (13),

dadurch gekennzeichnet, daß jeweils parallel zu den Elektroden (16) ein Blindwiderstand (18; 19; 20; 21) geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand ein Kondensator (18) (Bypass-C) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand eine Induktivität (19) (Bypass-L) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blindwiderstand eine Kombination aus Kondensator und Induktivität ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator und die Induktivität als Bypass-Sperrkreis (20) parallel geschaltet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator und die Induktivität als Bypass-Saugkreis (21) in Reihe geschaltet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Spule ausgeführt ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Drossel ausgeführt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruche 8, gekennzeichnet durch eine Drossel, die erst während der Zünd- und Betriebsphase sättigt.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Emittermaterial tragende Wendeln (16) sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis aus einer Lampendrossel (14) und einem lampenparallele Kondensatoren (24) umfassenden Vorheizkreis (17) besteht.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter ein elektronischer Umrichter (13) ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Leuchtstofflampe eine Kompaktleuchtstofflampe (15) ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Kompaktleuchtstofflampe (15) 120 V Betriebsspannung, 23 W Betriebsleistung und 45 kHz Betriebsfrequenz hat,
- die Resonanzkapazität im Vorheizkreis (17) 13 nF beträgt,
- die Wendeln (16) einen Kaltwiderstand von 12 Ohm haben, und
- die Kapazität (18) (Bypass-C) Kenndaten von 470 nF und 63 V aufweist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Leuchtstofflampe eine Kompaktleuchtstofflampe (15) ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Kompaktleuchtstofflampe (15) 120 V Betriebsspannung, 23 W Betriebsleistung und 45 kHz Betriebsfrequenz hat,
- die Resonanzkapazität im Vorheizkreis (17) 13 nF beträgt,
- die Wendeln (16) einen Kaltwiderstand von 12 Ohm haben, und
- die Induktivität (19) (Bypass-L) einen Kennwert von 27 µH aufweist.