DE4425890A1 - Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe - Google Patents
Schaltungsanordnung für den Betrieb einer EntladungslampeInfo
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
- H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
- H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den
Betrieb einer Entladungslampe, bestehend aus mindestens
zwei über einen Oszillator gesteuerte alternierend schal
tende Transistoren, an deren Mittelpunkt ein Lastkreis
mit mindestens einer Entladungslampe angeschlossen ist.
Im allgemeinen werden Wechselrichterschaltungen über
Stromtransformatoren gesteuert, die durch ihr Sättigungs
verhalten eine gute Konstanz der Lastkreisparameter ge
währleisten und ein sicheres Schalten der Schaltelemente
garantieren. In Abhängigkeit von den Bauelementetoleran
zen, der Eingangsspannung und der Temperatur unterliegen
die Lastkreisparameter jedoch Änderungen, die sich ungün
stig auf die Lebensdauer und die Eigenschaften der Entla
dungslampe auswirken können.
So kann die Eingangsleistung bis zu einer Toleranz von
+/- 15% und die Lichtausbeute der Lampe bis zu einer
Toleranz von +/- 10% vom Nennwert abweichen.
Mit Hilfe von elektronischen Oberschwingungsfiltern kann
die Eingangsspannung konstant eingestellt werden, womit
gleichzeitig eine zufriedenstellende Einstellung der
Parameter für die Lampe erreicht werden kann. Hierzu be
dient man sich Überwachungsschaltungen für die Spannung
am Speicherkondensator oder auch für die Lampenspannung
(C. H. Sturm/E. Klein "Betriebsgeräte und Schaltungen für
elektrische Lampen", 1992).
Konstante Lampenparameter lassen sich nur über eine
Regelung des Arbeits- oder Betriebsstromes erreichen. Die
Schaltungsanordnung nach DE 34 20 469 regelt den Betriebs
strom derart, daß die selbständige Änderung der Last
kreisparameter durch eine Impulsbreitenmodulation er
folgt, die die sich ändernde Phase des Betriebsstromes
durch eine Phasenverschiebung der abgestimmten Last
kompensiert. Diese Schaltung arbeitet mit einer konstanten
Frequenz, bei einem hohen schaltungstechnischen Aufwand.
In der Schaltungsanordnung nach DE 32 08 607 wird über
die Ausnutzung einer Frequenzumschaltung bzw. einer kon
tinuierlich durchstimmbaren Stufe das Heizen, Zünden und
der Betrieb der Entladungslampe realisiert. Es erfolgt
keine Regelung der entsprechend der angeschlossenen Ent
ladungslampe einzustellenden Parameter während der drei
Betriebszustände.
Dies ist nachteilig für die Reproduzierbarkeit des Start
haltens der angeschlossenen Entladungslampe und gewähr
leistet keine kontinuierliche Lichtausbeute während des
stationären Betriebes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal
tungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe
anzugeben, die in Abhängigkeit vom Lastkreisstrom einen
sicheren Betrieb unter allen Betriebsbedingungen ermög
licht und eine Integration der angegebenen Schaltungsan
ordnung gestattet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Schaltungsanordnung, die aus mindestens zwei alter
nierend schaltenden Transistoren besteht, über einen
Oszillator gesteuert wird und das an dem frequenzbe
stimmenden Widerstand des Oszillators eine Regelschaltung
angeschlossen ist.
Die Regelschaltung besteht aus einer Kombination mehre
rer Schwellwertschalter, mit denen die Pegel für die
verschiedenen Betriebsregime der Entladungslampe einge
stellt werden können und Zählern für die Einstellung der
Heiz- und Zündzeit der Entladungslampe, die durch logi
sche Verknüpfungen miteinander verbunden sind und
somit den sicheren Betrieb des Halb- oder Vollbrücken
wechselrichters gewährleisten und die Regelung des Last
kreisstromes gemäß der eingestellten Parameter garantiert.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das Regeleingangs
signal aus einer Strommessung im Leistungspfad mindestens
eines schaltenden Transistors des Wechselrichters gewon
nen wird.
Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß eine Rege
lung während des Heizens, Zündens und während des Be
triebes der Entladungslampe über eine Auswertung ver
schiedener, an die jeweilige Betriebsbedingung angepaß
ter, Pegel im Lastkreis erfolgt.
Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß die Auswer
tung der Pegelsignale über Operationsverstärker erfolgt,
an denen eine Logikschaltung angeschlossen ist, die ge
koppelt mit Zeitgliedern einen auf die jeweilige Entla
dungslampe abgestimmten zeitlichen Verlauf des Heiz-,
Zünd- und Betriebsregimes garantiert.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß das siche
re Schalten der Transistoren während des Heizens, des
Zündens und des Betriebes der Entladungslampe dadurch
sichergestellt wird, daß die Phasenlage des Betriebs
stromes ausgewertet und dementsprechend die Frequenz
eingestellt wird, mit der der Lastkreisstrom ausgeregelt
wird und einen sicheren Betrieb der Entladungslampe ge
währleistet, indem der Lastkreis immer induktiv bleibt.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß durch
die Logikschaltung ein Stop des Zählers bei der untersten
und obersten Frequenz erfolgt, so daß ein Sprung von der
untersten zur obersten Frequenz bzw. von der obersten
zur untersten Frequenz verhindert wird.
Die Schaltungsanordnung ist so aufgebaut, daß die Rege
lung mittels Zähler digital erfolgt und daß der Zähler
stand in eine analoge Steuergröße umgewandelt wird.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden.
Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ohne
Regelteil;
Fig. 3 den Regelteil der Schaltungsanordnung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen das Schaltbild einer erfin
dungsgemäßen Schaltungsanordnung, die, in Abhängigkeit
vom sicheren Betrieb des aus den Transistoren V13 und V14
bestehenden Halbbrückenwechselrichters, den zeitli
chen Verlauf des Heizens und Zündens sowie die Regelung
des Lastkreisstromes während des Heizens, Zündens und des
stationären Betriebes der Entladungslampe garantiert.
Die Gleichspannung mit dem Pluspol 1 und dem Minuspol 2
zur Speisung des Halbbrückenwechselrichters wird in be
kannter Weise durch Gleichrichtung und Glättung aus dem
230 V/50 Hz-Netz gewonnen.
Mit dem Anliegen dieser Spannung steigt die Hilfsspan
nungsversorgung 3 für den Oszillator IC1 und die Regelung
langsam an. Solange diese nicht die Anschwingspannung des
Oszillators IC1 erreicht, liegt an den Zählern
IC3, IC10 und IC11 und dem Abschalt-Flip-Flop IC9
ein Reset-Signal an. Die Stromversorgung für die Digi
talschaltung muß vor dem Erreichen der Anschwingspannung
gesichert sein. Wird die Anschwingspannung erreicht,
können die Ausgänge 11 und 14 des Oszillators IC1
arbeiten. Die Frequenz, auf der der Halbbrückenwechsel
richter schwingt, wird durch den Kondensator C6, den
Widerständen R16 (absolute Totzeit) und R15 (Einschalt
zeit) sowie der Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers
IC14 bestimmt. Das Tastverhältnis wird durch
den Widerstand R17 eingestellt.
Mit dem ersten Impuls am Ausgang 11 des Pulsweitenmodula
tors IC1 wird eine Thyristornachbildung, bestehend aus
V11 und V12 mit geringem Haltestrom eingeschaltet,
wodurch das Reset-Signal aufgehoben wird. Somit sind beim
Start der Schaltung alle Zähler auf 0 einschließlich der
Zähler der Regelschaltung. Die Schaltung startet immer
mit ihrer höchsten Frequenz, weil die Ausgangsspannung
des Digital-Analog-Wandlers IC14 bei Zählerstand 0 eine
Ausgangsspannung von 0 V erzeugt. Der Zähler IC3 zählt
die Einschaltungen des Halbbrückentransistors V14. Über
die Einstellung des Teilungsfaktors wird die notwendige
Heizzeit für die Entladungslampe E eingestellt. Wird der
Ausgang von IC3 High, wird auch der eine Eingang des
Zählers High und blockiert damit weitere Zählimpulse des
anderen Eingangs.
Der Zähler IC10 zählt ebenfalls die Einschaltungen des
Halbbrückentransistors V14, aber erst dann, wenn der 1.
Zähler IC3 die Zählung der Heizzeit beendet hat, da er
von diesem während der Heizzeit auf Reset gehalten wird.
Der Zähler IC10 zählt somit die Zündzeit, die entspre
chend dem eingestellten Teilungsfaktor vorgegeben ist.
Während dieser Zeit muß die Lampe zünden, da sonst die
Abschaltung über das Flip-Flop IC9 aktiv wird und den
Halbbrückenwechselrichter abschaltet.
Die Regelung des Lastkreisstromes erfolgt durch die Er
zeugung einer Gegenspannung am frequenzbestimmenden
Widerstand R15. Diese Gegenspannung wird durch einen
8-Bit Digital-Analog-Wandler IC14 erzeugt. Bei einem
Zählerstand von "0" ist die Ausgangsspannung gleich 0 V,
und bei einem Zählerstand von "255" ist die Ausgangsspan
nung auf 2,88 V eingestellt. Dies ergibt einen Regelbe
reich der Frequenz von ca. 50 kHz. Der Digitalwert wird
von zwei kaskadierten Auf-/Abwärtszählern IC12 und IC13
gebildet. Die Zählrichtung dieser Zähler wird während der
Einschaltzeit von Transistor V14 eingestellt. Der Zähl
vorgang wird erst durch das Einschaltsignal für den
Transistor V13, vom Ausgang 14 des Pulsweitenmodulators
IC1, ausgelöst. Die Zähler erhöhen bzw. erniedrigen den
Zählerstand jeweils um den Wert 1. Der Zählvorgang wird
bei einem Zählerstand von "0" oder "255" gesperrt, so daß
kein Frequenzsprung von der unteren zur oberen Frequenz
oder umgekehrt stattfinden kann. Der Zähler bleibt dann
bei dem Zählerstand "0" oder "255" stehen und kann dann
nur bei "0" aufwärts und bei "255" abwärtszählen.
Dies ist durch die Gatter G15 bis G20 realisiert.
Wenn das Signal am Anschluß 11 des Oszillators IC1 High
wird und somit den Transistor V14 einschaltet, wird das
Flip-Flop IC11 durch die Flanke des Signals auf den Wert
Q = High geschaltet. Dies wäre für die Zähler IC12 und
IC13 das Signal, daß sie abwärtszählen.
Fließt nun während der Einschaltzeit des Transistors V
14 ein negativer Strom durch den Widerstand R20, ent
steht ein Low-Signal am Ausgang des Operationsverstärkers
IC8. Dieses Signal führt dazu, daß das Flip-Flop IC11
ein Reset durchführt und der Ausgang Q den Wert Low an
nimmt. Daraus folgt, daß die Zähler nun aufwärtszählen.
Entsteht kein Low-Signal am Ausgang des Operationsver
stärkers IC8, so bleibt das Flip-Flop IC11 weiterhin
gesetzt und die Zähler bleiben auf Abwärtszählen ge
schaltet. Sind die Zähler durch das Flip-Flop IC11
auf Abwärtszählen geschaltet, beeinflußt die weitere Aus
wertung des Stromes durch den Widerstand R20 die Zähl
richtung der Zähler nicht, und es bleibt beim Abwärtszäh
len. Somit ist sichergestellt, daß der Schwingkreis L1,
C3, E immer induktiv ist und die Transistoren sicher
und nur mit sehr geringen Verlusten schalten.
Die Operationsverstärker IC5, IC6 und IC7 werten den
positiven Spitzenstrom durch den Widerstand R20 aus.
Wird die jeweilige Schwellspannung erreicht, entsteht am
Ausgang des Operationsverstärkers ein Low-Signal. Dieses
bewirkt am Flip-Flop IC11 ein Setzen des Ausganges Q
auf High. Das bedeutet dann für die Zähler, daß sie
abwärts zählen. Die Frequenz wird erhöht und der Strom
durch den Schwingkreis C3, L1, E und damit durch den
Widerstand R20 wird kleiner. Wird die Schwellspannung
nicht mehr erreicht, wird kein Low-Signal des
Operationsverstärkers geliefert. Die Ausgänge des Flip-Flop
werden nicht gesetzt, und die Zähler zählen aufwärts.
Voraussetzung dafür ist jedoch, daß die Negativkontrolle
vorher das Flip-Flop rückgesetzt hat. Die Frequenz wird
verringert und der Strom wird größer.
Welcher Operationsverstärker, ob IC5, IC6 oder IC7
jeweils das Signal an das Flip-Flop IC11 liefert, wird
durch die Auswahllogik der Gatter G6 bis G11 fest
gelegt. Der Operationsverstärker IC5 zum Regeln des
Heizstromes ist solange gewählt, wie ein Low-Signal am
Ausgang des Heizzeitzählers IC3 anliegt. Der Opera
tionsverstärker IC6 zum Regeln des Zündstromes und damit
der Zündspannung ist dann ausgewählt, wenn ein
High-Signal am Ausgang des Heizzeitzählers IC3 anliegt und
ein Low-Signal am Ausgang des Zündzeitzählers IC10.
Der Operationsverstärker IC7 zum Regeln des Betriebs
stromes ist ausgewählt, wenn der Zündzeitzähler IC10 auf
High umgeschaltet hat.
Durch die Schaltung gemäß der Erfindung ist das Tastver
hältnis fest eingestellt. Durch die Auswertung des Betra
ges des Stromes im Leistungspfad eines der schaltenden
Transistoren wird die Frequenz geregelt, wobei dabei stets
eine Kontrolle der Phasenlage des Betriebsstromes er
folgt, so daß sichergestellt wird, daß der Lastkreis
immer induktiv ist.
Durch diese Regelung, die gleichzeitig eine Regelung des
Betriebs- bzw. Lastkreisstromes bedeutet, werden konstan
te Entladungsparameter erreicht. Die Einhaltung dieser
Bedingungen gilt für die drei Betriebsfälle Heizen, Zün
den und den stationären Betrieb der Entladungslampe.
Es wird eine sehr hohe Lichtstromkonstanz unabhängig von
den Eingangsparametern und den Bauelementetoleranzen er
reicht. Damit wird eine Erhöhung der derzeitig üblichen
Lebensdauerwerte geschaffen.
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungs
lampe, bestehend aus mindestens zwei über einen Oszilla
tor gesteuerte alternierend schaltende Transistoren, an
deren Mittelpunkt ein Lastkreis mit mindestens einer
Entladungslampe angeschlossen ist, dadurch gekennzeich
net, daß an einem frequenzbestimmenden Widerstand des
Oszillators eine Regelschaltung angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Regelsignal aus einer Strommessung im
Leistungspfad der schaltenden Transistoren gewonnen wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Regelung während des Heizens,
Zündens und während des Betriebes der Entladungslampe über
eine Auswertung verschiedener, an die jeweilige Betriebs
bedingung angepaßter, Pegel im Lastkreis erfolgt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Heizzeit vorgegeben wird und daß die
Pegel für die Amplitude des Heizstromes, der Zündspan
nung und des Betriebsstromes, je nach Art der angeschlos
senen Entladungslampe, eingestellt werden können.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswertung der Pegelsignale über
Operationsverstärker erfolgt, an denen eine Logikschal
tung angeschlossen ist, die, gekoppelt mit Zeitglie
dern, einen auf die jeweilige Entladungslampe abge
stimmten zeitlichen Verlauf des Heiz-, Zünd- und Be
triebsregimes garantiert.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das sichere Schalten der
Transistoren während des Heizens, des Zündens und des
Betriebes der Entladungslampe dadurch sichergestellt
wird, daß die Phasenlage des Betriebsstromes ausgewertet
und dementsprechend die Frequenz eingestellt wird, die
einen sicheren Betrieb der Entladungslampe gewährleistet.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Regelung mittels Zählglieder
digital erfolgt und daß der Zählerstand in eine analoge
Steuergröße umgewandelt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944425890 DE4425890A1 (de) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944425890 DE4425890A1 (de) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4425890A1 true DE4425890A1 (de) | 1996-01-18 |
Family
ID=6523819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944425890 Withdrawn DE4425890A1 (de) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4425890A1 (de) |
Cited By (1)
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1994
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Legal Events
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