DE4436463A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdruckentladungslampen - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer NiederdruckentladungslampenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer
Niederdruckentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere handelt es sich um eine Schaltungsanordnung, die zum Betrieb von
kompakten Leuchtstofflampen, deren Betriebsspannung die vom Inverter generierte
Wechselspannung übersteigt, und die zum Betrieb von Miniaturleuchtstofflampen ge
eignet ist. Bei diesen Schaltungsanordnungen wird das Prinzip der Resonanzüberhö
hung nicht nur zur Erzeugung der für die Niederdruckentladungslampe erforderlichen
Zündspannung, sondern auch zur Bereitstellung der Lampenbetriebsspannung ausge
nutzt.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 43 03 595 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung besitzt einen Wechselrichter
mit einem nachgeschalteten LC-Ausgangskreis bzw. Resonanzkreis, in den eine kom
pakte Leuchtstofflampe integriert ist. Parallel zu den Elektrodenwendeln dieser
Leuchtstofflampe sind Blindwiderstände geschaltet, die einen überhöhten Stromfluß
durch die Elektrodenwendeln und damit eine zu starke Aufheizung der Lampenelek
troden während der Elektrodenvorheizphase sowie eine zu hohe Bedämpfung des
Resonanzkreises in der Zünd- und Betriebsphase verhindern. Die in der obengenann
ten Offenlegungsschrift offenbarte Schaltungsanordnung funktioniert selbst bei defek
ten Lampenelektroden, z. B. bei gebrochenen Elektrodenwendeln, weil der Resonanz
kreis durch die defekten Lampenelektroden nicht unterbrochen wird. Dieser Betriebs
zustand ist aber aus Sicherheitsgründen unerwünscht, da er zur Überhitzung von
Lampenteilen sowie zur Zerstörung des Betriebsgerätes führen kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder
mehrerer Niederdruckentladungslampen bereitzustellen, die im Falle einer defekten
Lampenelektrode nicht anschwingt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthält einen Inverter und eine Ansteue
rungsvorrichtung für den Inverter sowie mindestens einen hochohmigen Gleichstrom
pfad, der die Ansteuerungsvorrichtung des Inverters mit einer elektrischen Span
nungsquelle verbindet und in den die Elektroden der zu betreibenden Niederdruckent
ladungslampe bzw. Niederdruckentladungslampen integriert sind. Unmittelbar nach
dem Einschalten der Versorgungsspannung gewährleistet dieser hochohmige Gleich
strompfad, daß die Ansteuerungsvorrichtung den Inverter erstmalig startet. Die übli
cherweise als Wendeln ausgeführten Lampenelektroden sind derart in den hochohmi
gen Gleichstrompfad integriert, daß dieser im Falle einer defekten Lampenelektrode
unterbrochen wird. Diese Maßnahme verhindert, daß beim erneuten Einschalten der
Versorgungsspannung der Inverter anschwingt, wenn eine der Lampenelektroden
defekt ist. Die Realisierung dieses hochohmigen Gleichstrompfades erfordert nur
wenige zusätzliche Bauteile, so daß die gesamte Schaltungsanordnung sogar im Sockel
einer kompakten Leuchtstofflampe untergebracht werden kann.
Zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen an Netzspannung werden als Inverter
üblicherweise Wechselrichter, insbesondere Halbbrückenwechselrichter, mit einem
oder mehreren parallel geschalteten LC-Ausgangskreisen verwendet, in die die Nie
derdruckentladungslampe bzw. Niederdruckentladungslampen integriert sind. Besitzt
der Wechselrichter nur einen LC-Ausgangskreis, in den nur eine oder aber mehrere in
Reihe geschaltete Niederdruckentladungslampen integriert sind, so weist die Schal
tungsanordnung vorteilhafterweise nur einen hochohmigen Gleichstrompfad auf, der
den Pluspol einer Gleichspannungsquelle mit der Ansteuerungsvorrichtung des Wech
selrichters verbindet und der außerdem die in Reihe geschalteten Elektrodenwendeln
aller Niederdruckentladungslampen enthält. Tritt bei einer der Lampenelektroden ein
Wendelbruch auf, so wird der hochohmige Gleichstrompfad unterbrochen und das
Anschwingen des Wechselrichters beim erneuten Einschalten der Versorgungsspan
nung für die Schaltungsanordnung verhindert.
Sind an den Wechselrichter mehrere parallel geschaltete LC-Ausgangskreise ange
schlossen, die jeweils entweder nur eine Niederdruckentladungslampe oder aber meh
rere in Reihe geschaltete Niederdruckentladungslampen aufweisen, so besitzt die
Schaltungsanordnung vorteilhafterweise ebensoviele Gleichstrompfade wie LC-Aus
gangskreise. Jeder der hochohmigen Gleichstrompfade enthält dabei eine Reihenschal
tung der Lampenelektroden der in den dazugehörenden LC-Ausgangskreis integrier
ten Niederdruckentladungslampe bzw. Niederdruckentladungslampen. Die hochohmi
gen Gleichstrompfade sind hier jeweils, ausgehend vom Pluspol einer Gleichspan
nungsquelle, zum Eingang eines UND-Gatters geführt, dessen Ausgang seinerseits an
die Ansteuerungsvorrichtung des Wechselrichters angeschlossen ist. Auf diese Weise
wird gewährleistet, daß bei Unterbrechung eines der Gleichstrompfade, z. B. verur
sacht durch eine defekte Lampenelektrode, der Wechselrichter beim erneuten Ein
schalten der Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung nicht an schwingt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe gemäß eines ersten
Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung zum Betrieb zweier in Reihe geschalteter Niederdruckentladungslam
pen gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung zum Betrieb zweier parallel geschalteter Niederdruckentladungslam
pen gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe mit vorgeheizten
Lampenelektroden an einem freischwingenden, stromrückgekoppelten
Wechselrichter, der mittels eines Diacs an gestoßen wird, gemäß eines vier
ten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe ohne Lampenelektro
denvorheizung an einem freischwingenden, stromrückgekoppelten Wech
selrichter ohne Diac-Startvorrichtung gemäß eines fünften Ausführungsbei
spiels;
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine kompakte Leucht
stofflampe mit einer Leistungsaufnahme von ca. 23 W zum Betrieb an einer
Netzspannung von ca. 120 V gemäß eines sechsten Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
anhand eines ersten Ausführungsbeispiels. Die Schaltung gemäß Fig. 1 besitzt einen
aus zwei Transistoren T10, T11 bestehenden, von einer Gleichspannungsquelle ge
speisten Halbbrückenwechselrichter mit einer Ansteuerungsvorrichtung ST1. An den
Mittenabgriff M1 des Halbbrückenwechselrichters T10, T11 ist ein als Resonanzkreis
C11, L1 ausgebildeter LC-Ausgangskreis angeschlossen. Der Resonanzkreis enthält
eine mit dem Mittenabgriff M1 verbundene Resonanzinduktivität L1 und einen Reso
nanzkondensator C11, der an die Resonanzinduktivität L1 und an den Pluspol der
Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Außerdem weist die Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 1 einen Kopplungskondensator C10 auf, der einerseits mit dem Minuspol
der Gleichspannungsquelle und andererseits über einen Abgriff A1 und einen ohm
schen Widerstand auch mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die
zu betreibende Niederdruckentladungslampe LP1 ist zwischen dem Abgriff A1 und
dem Abgriff A2, der zwischen der Resonanzinduktivität L1 und dem Resonanzkon
densator C11 liegt, in die Schaltung integriert. Die Elektroden E10, E11 der Nieder
druckentladungslampe LP1 sind als Wendeln mit jeweils zwei elektrischen Anschlüs
sen ausgebildet. Der jeweils erste Anschluß der Elektrodenwendeln E10, E11 ist mit
dem Abgriff A1 bzw. mit dem Abgriff A2 verbunden, während der zweite Anschluß
beider Elektrodenwendeln E10, E11 jeweils zu einem Anschluß des Zündkondensa
tors C12 und des ohmschen Widerstandes R11 geführt sind, so daß sowohl der Zünd
kondensator C12 als auch der Widerstand R11 parallel zur Entladungsstrecke der
Niederdruckentladungslampe LP1 geschaltet sind. Ferner besitzt die Schaltungsan
ordnung einen ohmschen Widerstand R12, der mit der Ansteuerungsvorrichtung ST1
und über einen Abgriff A3 mit der Resonanzinduktivität L1 und dem Mittenabgriff
M1 verbunden ist.
Unmittelbar nach dem Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters T10, T11 wird
am Zündkondensator C12 mittels Resonanzüberhöhung die zur Zündung der Nieder
druckentladungslampe LP1 erforderliche Zündspannung bereitgestellt und die Lampe
ohne Vorheizung der Lampenelektroden durchgezündet. Während des Betriebs fließt
zwischen den Abgriffen M1 und A1 über die Entladungsstrecke der Lampe ein hoch
frequenter Wechselstrom, d. h., mit einer Frequenz im Bereich von ca. 20 KHz bis ca.
200 KHz. Wie Fig. 1 zeigt, stellt der Resonanzkreis L1, C11 auch bei fehlender
Lampe LP1 einen geschlossenen Stromkreis dar, insbesondere sind die Lampenelek
troden nicht in den Resonanzkreis integriert. Der Halbbrückenwechselrichter könnte
also auch bei fehlender oder defekter Lampe LP1 betrieben werden. Um diesen Be
triebszustand zu verhindern, ist die Schaltungsanordnung mit einem Gleichstrompfad
ausgestattet, der vom Widerstand R10, der Elektrodenwendel E11, dem Widerstand
R11, der Elektrodenwendel E10, der Resonanzinduktivität L1 und dem Widerstand
R12 gebildet wird, die gleichstrommäßig alle in Reihe geschaltet sind. Dieser Pfad
stellt eine Gleichstromverbindung zwischen dem Pluspol der Gleichspannungsquelle
und dem Eingang der Ansteuerungsvorrichtung ST1 her. Nach dem Einschalten der
Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung wird die Ansteuerungsvorrich
tung ST1 über den Gleichstrompfad mit elektrischer Spannung versorgt und veranlaßt
das Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters T10, T11. Im Falle einer gebro
chenen Elektrodenwendel E10 oder E11 ist der Gleichstrompfad unterbrochen, so daß
bei einer erneuten Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung keine Spannungsversor
gung der Ansteuerungsvorrichtung stattfindet und somit der Wechselrichter T10, T11
nicht anschwingen kann.
Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf zwei in Reihe geschaltete Nieder
druckentladungslampen LP20, LP21 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Die
in der Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung besitzt einen aus zwei Feldeffekt
transistoren T20, T21 bestehenden, von einer Gleichspannungsquelle gespeisten
Halbbrückenwechselrichter, der von einer Ansteuerungsvorrichtung ST2 getaktet
wird. An den Mittenabgriff M2 des Wechselrichters T20, T21 ist ein LC-Ausgangs
kreis angeschlossen, der über den Kopplungskondensator C20, die Resonanzinduk
tivität L20, die Elektrodenwendel E23 der Niederdruckentladungslampe LP21, den
Resonanzkondensator C21 und die Elektrodenwendel E20 der Niederdruckentla
dungslampe LP20 zum Pluspol der Gleichspannungsquelle geführt ist. Außerdem
weist die Schaltungsanordnung den erfindungsgemäßen Gleichstrompfad auf, der den
Pluspol der Gleichspannungsquelle über die Elektrodenwendel E20 der Nieder
druckentladungslampe LP20, die Widerstände R21 und R22, die Elektrodenwendel
E21 der Niederdruckentladungslampe LP20, die induktiv zur Resonanzinduktivität
L20 gekoppelte Sekundärwicklung L21, die Elektrodenwendel E22 der Nieder
druckentladungslampe LP21, die Widerstände R23 und R24, die Elektrodenwendel
E23 der Niederdruckentladungslampe LP21, die Resonanzinduktivität L20 und über
den Widerstand R20 mit dem Eingang der Ansteuerungsvorrichtung ST2 verbindet.
Ferner besitzt die Schaltungsanordnung einen Kondensator C23, der einerseits mit
dem Minuspol der Gleichspannungsquelle und andererseits mit der Resonanzinduktivi
tät sowie mit einem Anschluß der Elektrodenwendel E23 verbunden ist, und einen
Heizkondensator C22, der zusammen mit den Elektrodenwendeln E21, E22 und der
Sekundärwicklung L21 einen geschlossenen Stromkreis bildet und ein Vorheizen die
ser beiden Lampenelektroden E21, E22 mittels eines hochfrequenten, in der Sekun
därwicklung L21 induzierten Wechselstroms ermöglicht. Falls bei einer der seriell in
den Gleichstrompfad integrierten Lampenelektroden E20, E21, E22, E23 ein Wendel
bruch auftritt, wird die gleichstrommäßige Verbindung der Ansteuerungsvorrichtung
ST2 mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle unterbrochen und dadurch bei einem
erneuten Einschalten der Versorgungsspannung ein Anschwingen des Wechselrichters
T20, T21 verhindert.
Fig. 3 illustriert das Prinzip der Erfindung für zwei parallel geschaltete Nieder
druckentladungslampen LP30, LP31 entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels.
Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung besitzt einen aus zwei Feldeffekt
transistoren T30, T31 bestehenden, von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Halb
brückenwechselrichter, der von einer Ansteuerungsvorrichtung ST3 gesteuert wird.
An den Mittenabgriff M3 des Wechselrichters T30, T31 sind zwei parallel geschaltete
LC-Ausgangskreise für je eine Niederdruckentladungslampe LP30, LP31 ange
schlossen. Der erste LC-Ausgangskreis enthält den Kopplungskondensator C30, die
Resonanzinduktivität L30 und die parallel geschalteten Resonanzkondensatoren C32,
C33. Die Niederdruckentladungslampe LP30 ist parallel zu den Resonanzkonden
satoren C32, C33 angeordnet. Der zweite LC-Ausgangskreis umfaßt den Kopplungs
kondensator C31, die Resonanzinduktivität L31 und die parallel geschalteten Reso
nanzkondensatoren C34, C35. Die zweite Niederdruckentladungslampe LP31 ist pa
rallel zu den Resonanzkondensatoren C34, C35 angeordnet. Außerdem besitzt die in
Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ein UND-Gatter U, dessen Ausgang mit
dem Eingang der Ansteuerungsvorrichtung ST3 verbunden ist sowie zwei hochoh
mige Gleichstrompfade, die vom Pluspol der Gleichspannungsquelle zu jeweils einem
Eingang des UND-Gatters U geführt sind. In den ersten hochohmigen Gleichstrom
pfad sind die Elektrodenwendel E30, die parallel zur Entladungsstrecke der Nie
derdruckentladungslampe LP30 geschalteten Widerstände R34 und R35, die Elektro
denwendel E31, die Resonanzinduktivität L30 und der Widerstand R30, der mit dem
Abgriff A4 zwischen der Resonanzinduktivität L30 und dem Kopplungskondensator
C30 verbunden ist, seriell integriert. In den zweiten hochohmigen Gleichstrompfad
sind die Elektrodenwendel E32, die parallel zur Entladungsstrecke der Niederdruck
entladungslampe LP31 angeordneten Widerstände R36 und R37, die Elektroden
wendel E33, die Resonanzinduktivität L31 und der Widerstand R32, der mit dem
Abgriff AS zwischen der Resonanzinduktivität L31 und dem Kopplungskondensator
C31 verbunden ist, seriell integriert. Ferner weist die Schaltungsanordnung zwei
weitere Widerstände R31, R33 auf, die den zwischen dem Widerstand R30 und dem
UND-Gatter lokalisierten Abgriff A6, bzw. den zwischen dem Widerstand R32 und
dem UND-Gatter angeordneten Abgriff A7 mit dem Minuspol der Gleichspannungs
quelle verbinden.
Unmittelbar nach dem Einschalten der Versorgungsspannung für die in der Fig. 3
abgebildete Schaltungsanordnung stellen die beiden parallel geschalteten Gleichstrom
pfade über das UND-Gatter eine Gleichstromverbindung zwischen dem Pluspol der
Gleichspannungsquelle und der Ansteuerungsvorrichtung ST3 des Wechselrichters
T30, T31 her und ermöglichen dadurch den Start des Wechselrichters T30, T31 und
danach den Lampenbetrieb. Wird aber einer der beiden Gleichstrompfade unterbro
chen, beispielsweise verursacht durch Auftreten eines Wendelbruchs bei einer der in
diesen Gleichstrompfad seriell integrierten Lampenelektroden E30, E31 bzw. E32,
E33, so wird beim erneuten Einschalten der Versorgungsspannung ein Anschwingen
des Wechselrichters T30, T31 verhindert, weil die Gleichstromverbindung zwischen
dem Pluspol der Gleichspannungsquelle und der Ansteuerungsvorrichtung ST3 dann
ebenfalls unterbrochen ist.
Das vierte, in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung, zeigt die
Anwendung der Erfindung auf einen freischwingenden, stromrückgekoppelten Wech
selrichter Q40, Q41 zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe LP4 mit als Wen
deln ausgebildeten, vorgeheizten Lampenelektroden E40, E41. Diese Schal
tungsanordnung besitzt zwei als Halbbrückenwechselrichter verschaltete, von einer
Gleichspannungsquelle gespeiste Bipolartransistoren Q40, Q41. An den Mittenabgriff
M4 des Halbbrückenwechselrichters Q40, Q41 ist ein LC-Ausgangskreis angeschlos
sen, der die Primärwicklung RK4a eines Ringkerntransformators RK4, eine Reso
nanzinduktivität L4 und einen Resonanzkondensator C42, dessen einer Anschluß mit
dem Pluspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, enthält. Die Schaltungsanord
nung gemäß Fig. 4 besitzt ferner zwei in Serie geschaltete Kopplungskondensatoren
C40, C41 mit einem Mittenabgriff A8. Der Kopplungskondensator C40 ist über den
Kollektor des Bipolartransistors Q40 mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle ver
bunden, während der andere Kopplungskondensator C41 über den Emitter des zwei
ten Bipolartransistors Q41 mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden
ist. Die Niederdruckentladungslampe LP4 ist zwischen dem Mittenabgriff A8 und dem
Abgriff A9, der im LC-Ausgangskreis zwischen der Resonanzinduktivität L4 und dem
Resonanzkondensator C42 liegt, in die Schaltungsanordnung integriert. Parallel zur
Entladungsstrecke der Niederdruckentladungslampe LP4 sind in einem ersten Pa
rallelkreis ein Heiz- bzw. Zündkondensator C44, C45 angeordnet und in einem zwei
ten Parallelkreis eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand R43 und
einem Kaltleiter KL4. Die beiden Zündkondensatoren C44, C45 und die Widerstands
elemente R43, KL4 besitzen Mittenabgriffe V1, V2, die miteinander verbunden sind.
Die Ansteuerungsvorrichtung für den Halbbrückenwechselrichter besteht im wesentli
chen aus dem Ringkerntransformator RK4, dessen Primärwicklung RK4a im LC-Aus
gangskreis angeordnet ist, während je eine Sekundärwicklung RK4b bzw. RK4c zu
sammen mit je einem Basisvorwiderstand R40 bzw. R41 in den Basiskreis der Bipo
lartransistoren Q40 bzw. Q41 geschaltet ist. Zusätzlich weist die Ansteuerungsvor
richtung eine Startvorrichtung auf, die im wesentlichen aus einem Diac DC4, einem
Kondensator C43 und einer Diode D4 besteht. Außerdem besitzt die Schaltungs
anordnung des vierten Ausführungsbeispiels einen hochohmigen Gleichstrompfad, der
ein Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters Q40, Q41 im Falle einer defekten
Lampenelektrode E40, E41 verhindert. Dieser Gleichstrompfad enthält, ausgehend
vom Pluspol der Gleichspannungsquelle, einen ohmschen Widerstand R4, den Kon
densator C43, den Mittenabgriff M4, die Primärwicklung RK4a, die Resonanzin
duktivität M, die Elektrodenwendel E40, den ohmschen Widerstand R43, den Kalt
leiter KL4, die Elektrodenwendel E41, den Mittenabgriff A8 und einen ohmschen Wi
derstand R42, der parallel zum Kopplungskondensator C41 angeordnet und mit dem
Minuspol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Alle vorgenannten Bauteile des
hochohmigen Gleichstrompfades sind gleichstrommäßig in Reihe geschaltet.
Nach Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung wird über den Gleichstrompfad der
Kondensator C43 aufgeladen, so daß der Diac DC4 Triggerimpulse auf die Basis des
Bipolartransistors Q40 gibt und dadurch das Anschwingen des Halbbrückenwechsel
richters Q40, Q41 auslöst. Nach dem Anschwingen des Wechselrichters Q40, Q41
wird der Kondensator C43 über die Diode D4 so weit entladen, daß der Diac DC4
keine weiteren Triggerimpulse für die Basis des Transistors Q40 generiert. Der Halb
brückenwechselrichter Q40, Q41 erzeugt im LC-Ausgangskreis und insbesondere
auch zwischen den Mittenabgriffen M4, A8 einen hochfrequenten Wechselstrom (d. h.
mit einer Frequenz zwischen ca. 20 KHz bis 200 KHz), der zunächst als Heizstrom
über die Elektrodenwendeln E40, E41 und den Heizkondensator C44 sowie über den
Kaltleiter KL4 fließt. Am Ende der Elektrodenvorheizphase wird der Kaltleiter KL4
hochohmig, so daß mit Hilfe des nun wirksamen Zündkondensators C45 und des als
Resonanzkreis ausgebildeten LC-Ausgangskreises mittels Resonanzüberhöhung die
für die Niederdruckentladungslampe LP4 erforderliche Zündspannung generiert wer
den kann. Bei defekter Lampe LP4 existiert, ausgehend vom Mittenabgriff M4 über
die Bauteile RK4a, L4, C42 und den Kollektor des Transistors Q40, immer noch ein
geschlossener LC-Ausgangskreis, so daß der Wechselrichter Q40, Q41 selbst in die
sem Falle noch funktionsbereit wäre. Allerdings wird der erfindungsgemäße
hochohmige Gleichstrompfad bei defekter Lampe LP4 unterbrochen. Dadurch wird
beim erneuten Einschalten der Schaltungsanordnung der Kondensator C43 nicht auf
geladen und somit kann der Diac DC4 keine Triggerimpulse für den Transistor Q40
erzeugen, so daß ein Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters Q40, Q41 bei
defekter Lampe LP4 verhindert wird.
Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsan
ordnung. Diese Schaltung besitzt einen freischwingenden, stromrückgekoppelten, von
einer Gleichspannungsquelle gespeisten Halbbrückenwechselrichter Q50, Q51 zum
Betrieb einer kalt startenden, d. h. ohne Vorheizung der Lampenelektroden E50, E51
zündenden Niederdruckentladungslampe LP5. An den Mittenabgriff M5 des von den
Bipolartransistoren Q50, Q51 gebildeten Halbbrückenwechselrichters ist ein LC-Aus
gangskreis angeschlossen, der ausgehend vom Mittenabgriff M4 über die Primärwick
lung RK5a eines Ringkerntransformators, einen Kopplungskondensator C50, eine
Resonanzinduktivität L5 und über einen Resonanzkondensator C51 zum Kollektor
des Transistors Q50 bzw. zum Pluspol der Gleichspannungsquelle geführt ist. Parallel
zum Resonanzkondensator C51 sind, jeweils in einem eigenen Parallelkreis, die Nie
derdruckentladungslampe LP5, ein weiterer Resonanzkondensator C52 und ein ohm
sches Widerstandselement R50 geschaltet. Die Ansteuerungsvorrichtung für den
Halbbrückenwechselrichter Q50, Q51 besteht im wesentlichen aus einem Ringkern
transformator RK5, dessen Primärwicklung RK5a in den LC-Ausgangskreis geschal
tet ist, und dessen Sekundärwicklungen RK5b bzw. RK5c jeweils in einen Basiskreis
der Schalttransistoren Q50 bzw. Q51 integriert sind, sowie aus jeweils einem Konden
sator C53, C54 und einer parallel dazu angeordneten Gleichrichterdiode D50, D51,
die ebenfalls in den Basiskreis jeweils eines der Transistoren Q50, Q51 integriert sind.
Außerdem besitzt die Schaltungsanordnung einen hochohmigen Gleichstrompfad, der
die Basis des Bipolartransistors Q51 gleichstrommäßig mit dem Pluspol der Gleich
spannungsquelle verbindet. Dieser hochohmige Gleichstrompfad umfaßt, ausgehend
vom Pluspol der Gleichspannungsquelle, die als Wendel ausgebildete erste Lampen
elektrode E50, das ohmsche Widerstandselement R50, die zweite als Wendel ausge
bildete Lampenelektrode E51, die Resonanzinduktivität L5 und einen ohmschen Wi
derstand RS1, der mit einem zwischen dem Kopplungskondensator C50 und der Re
sonanzinduktivität L5 gelegenen Verzweigungspunkt im LC-Ausgangskreis sowie mit
der Basis des Transistors Q51 verbunden ist. Die Basis des ersten Transistors Q50 ist
über einen ohmschen Widerstand R52 ebenfalls gleichstrommäßig mit dem Pluspol
der Gleichspannungsquelle verbunden.
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung für die in der Fig. 5 dargestellte
Schaltungsanordnung erfolgt über den Widerstand R52 und über den erfindungsge
mäßen hochohmigen Gleichstrompfad ein sogenannter Rauschanlauf des Halb
brückenwechselrichters Q50, Q51. Das heißt, das Anschwingen des Wechselrichters
Q50, Q51 erfolgt mittels der immer vorhandenen Rausch-Spannung, die bei Erfül
lung des Mitkoppelkriteriums über die Sekundärwicklungen RK5b, RK5c so verstärkt
wird, daß zunächst einer der beiden Bipolartransistoren durchschaltet und so die Os
zillation des Wechselrichters Q50, Q51 einleitet. Ist der hochohmige Gleichstrompfad
unterbrochen, beispielsweise wegen einer defekten Elektrodenwendel E50 oder E51,
so erhält die Basiselektrode des Transistors Q51 beim erneuten Einschalten der Span
nungsversorgung kein Steuersignal, wodurch ein Anschwingen des Wechselrichters
Q50, Q51 verhindert wird.
Die Dimensionierung der in den vorausgehenden Ausführungsbeispielen verwendeten
elektronischen Bauteile hängt von der elektrischen Leistungsaufnahme der zu betrei
benden Niederdruckentladungslampe sowie von der zur Verfügung stehenden elektri
schen Spannungsquelle ab.
Fig. 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsan
ordnung zum Betrieb einer kompakten Leuchtstofflampe mit einer elektrischen Leis
tungsaufnahme von ca. 23 W an einer Netzwechselspannung von 120 V und 60 Hz.
Die Dimensionierung der hierfür verwendeten Bauteile ist in der Tabelle 1 angegeben.
Diese Schaltungsanordnung besitzt einen freischwingenden, stromrückgekoppelten,
von einer Gleichspannungsquelle gespeisten Halbbrückenwechselrichter T60, T61. Als
Gleichspannungsquelle dient ein Elektrolytkondensator C60, der über einen vorge
schalteten Gleichrichter GL, ein Funkentstörfilter F und über eine Sicherung SI mit
einer Netzspannungsquelle verbunden ist. Am Mittenabgriff M6 des von den
MOSFET-Transistoren T60, T61 gebildeten Halbbrückenwechselrichters ist ein LC-
Ausgangskreis angeschlossen, der ausgehend vom Mittenabgriff M6 über die Reso
nanzinduktivität L6a und den Resonanzkondensator C61 zum Drain-Anschluß des
MOSFET-Transistors T60 geführt ist. In einem Parallelkreis zum Resonanzkondensa
tor C61 sind der Kopplungskondensator C64 und die Leuchtstofflampe LP6 angeord
net. Parallel zum Kopplungskondensator C64 ist ein ohmscher Widerstand R61 ge
schaltet. In einem ersten Parallelkreis zur Leuchtstofflampe LP6 sind ein Heiz- bzw.
Zündkondensator C62 bzw. C63 angeordnet. Ein zweiter Parallelkreis zur Leucht
stofflampe LP6 enthält einen hochohmigen ohmschen Widerstand R60 und einen
Kaltleiter KL6. Die Mittenabgriffe V3, V4 zwischen den Kondensatoren C62, C63
und zwischen den Widerstandselementen R60, KL6 sind miteinander verbunden.
Die Ansteuerungsvorrichtung für den Wechselrichter T60, T61 besteht im wesentli
chen aus zwei Sekundärwicklungen L6b und L6c, die induktiv zur Resonanzinduktivi
tät L6a gekoppelt sind und jeweils mit der Gate-Elektrode eines Transistors T60 bzw.
T61 verbunden sind, sowie aus jeweils einem der Gate-Elektrode vorgeschalteten
Tiefpaßfilter R63, C65 bzw. R64, C66. Außerdem weist die Ansteuerungsvorrichtung
eine Startvorrichtung auf, die den Diac DC6, den Kondensator C67 und die Diode D6
umfaßt. Sie entspricht in ihrer Verschaltung und Funktionsweise der Startvorrichtung
des vierten Ausführungsbeispiels. Ferner besitzt die Schaltungsanordnung gemäß des
sechsten Ausführungsbeispiels einen hochohmigen Gleichstrompfad, der, ausgehend
vom Pluspol des Elektrolytkondensators C60, die erste als Wendel ausgebildete Lam
penelektrode E60 der kompakten Leuchtstofflampe LP6, den Widerstand R60, den
Kaltleiter KL6, die zweite als Wendel ausgebildete Lampenelektrode E61, den Wi
derstand R61, die Resonanzinduktivität L6 und einen ohmschen Widerstand R62
enthält, der mit einem ersten Anschluß des Kondensators C67 verbunden ist, während
der andere Anschluß des Kondensators C67 zum Minuspol des Elektrolytkondensa
tors C60 geführt ist.
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung wird der Wechselrichter T60, T61
aus dem Elektrolytkondensator C60 mit der gleichgerichteten Netzspannung gespeist.
Über den oben erwähnten hochohmigen Gleichstrompfad wird der Startkondensator
C67 aufgeladen, so daß der Diac DC6 Triggerimpulse auf das Gate des Transistors
T61 gibt und dadurch das Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters T60, T61
auslöst. Nach dem Anschwingen des Wechselrichters wird der Startkondensator C67
über die Diode D6 so weit entladen, daß vom Diac DC6 keine weiteren Triggerimpul
se erzeugt werden. Der Wechselrichter T60, T61 beaufschlagt den LC-Ausgangskreis
sowie die Leuchtstofflampe LP6 und die Parallelkreise zur Leuchtstofflampe LP6 mit
einer hochfrequenten Wechselspannung (zwischen ca. 20 KHz und 200 KHz). Dabei
fließt zunächst durch die Elektrodenwendeln E60, E61 über den Heizkondensator
C62 und den Kaltleiter KL6 ein hochfrequenter Heizstrom. Am Ende der Elektroden
vorheizphase wird der Kaltleiter KL6 hochohmig, so daß mit Hilfe des nun wirksamen
Zündkondensators C63 und des als Resonanzkreis ausgebildeten LC-Ausgangskreises
mittels Resonanzüberhöhung die für die Niederdruckentladungslampe LP6 erforderli
che Zündspannung generiert werden kann. Nach dem Durchzünden der Lampe LP6
fließt über die Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe LP6 ein hochfrequenter
Wechselstrom und der vom Gleichstrompfad getragene Gleichstrom. Allerdings ist die
Amplitude dieses Gleichstromes um ca. zwei Zehnerpotenzen kleiner als die des vom
Wechselrichter generierten Wechselstromes, so daß keine Störung des Lampenbetrie
bes durch diesen Gleichstrom zu erwarten ist. Im Falle einer defekten Lampenelektro
de E60 oder E61 wird der oben beschriebene hochohmige Gleichstrompfad unterbro
chen, da die Elektrodenwendeln E60, E61 seriell in diesen Gleichstrompfad integriert
sind, so daß beim erneuten Einschalten der Spannungsversorgung der Startkondensa
tor C67 nicht aufgeladen und damit keine Triggerimpulse vom Diac DC6 für das Gate
des Transistors T61 erzeugt werden. Dadurch wird ein Anschwingen des Halb
brückenwechselrichters T60, T61 bei einer defekten Lampenelektrode E60, E61 ver
hindert.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Ausführungs
beispiele. Der erfindungsgemäße Gleichstrompfad kann auch in Schaltungsanordnun
gen mit anderen Invertern, z. B. in Vollbrückenwechselrichter, integriert werden.
Ferner ist es beispielsweise auch möglich, den erfindungsgemäßen Gleichstrompfad in
Eintakt-Sperrwandlern einzusetzen, die vorteilhafterweise zum Betrieb von Nieder
druckentladungslampen an Niedervolt-Spannungsquellen verwendet werden.
Dimensionierung der beim sechsten Ausführungsbeispiel verwendeten elektronischen Bauteile | |
R60, R61|100 KΩ | |
R62 | 220 KΩ |
R63, R64 | 680 Ω |
C60 | 10 µF |
C61, C62 | 10 nF |
C63 | 4,7 nF |
C64 | 47 nF |
C65, C66 | 6,8 nF |
C67 | 100 nF |
T60, T61 | MOSFET: IRFU224 |
L6a | 1,2 mH |
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdruckentladungs
lampen, wobei die Schaltungsanordnung einen Inverter (T10, T11; T20, T21;
T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60, T61) und eine Ansteuerungsvorrichtung
(ST1; ST2; ST3; RK4; RK5; L6) für den Inverter (T10, T11; T20, T21; T30,
T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60, T61) enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mindestens einen
hochohmigen Gleichstrompfad aufweist, der die Ansteuerungsvorrichtung (ST1;
ST2; ST3; RK4; RK5; L6) des Inverters (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40,
Q41; Q50, Q51; T60, T61) mit einer Spannungsquelle verbindet und in den die
Elektroden (E10, E11; E20, E21, E22, E23; E30, E31, E32, E33; E40, E41;
E50, E51; E60, E61) der Niederdruckentladungslampe (LP1; LP4; LP5; LP6)
bzw. der Niederdruckentladungslampen (LP20, LP21; LP30, LP31) integriert
sind, wobei dieser hochohmige Gleichstrompfad bzw. die hochohmigen Gleich
strompfade im Falle einer defekten Lampenelektrode (E10, E11; E20, E21,
E22, E23; E30, E31, E32, E33; E40, E41; E50, E51; E60, E61) unterbrochen
und dadurch dem Inverter (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50,
Q51; T60, T61) beim erneuten Einschalten der Spannungsversorgung das
Steuersignal entzogen wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Inverter (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60, T61) ein Wechselrichter ist,
- - an den Wechselrichter (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60, T61) mindestens ein LC-Ausgangskreis angeschlossen ist, in den die Niederdruckentladungslampe (LP1; LP4; LP5; LP6) bzw. die Nieder druckentladungslampen (LP20, LP21; LP30, LP31) integriert sind,
- - die Elektroden (E10, E11; E20, E21, E22, E23; E30, E31, E32, E33; E40, E41; E50, E51; E60, E61) der Niederdruckentladungslampe (LP1; LP4; LP5; LP6) bzw. der Niederdruckentladungslampen (LP20, LP21; LP30, LP31) als Wendeln ausgebildet sind,
- - die Elektrodenwendeln (E10, E11; E20, E21, E22, E23; E30, E31, E32, E33; E40, E41; E50, E51; E60, E61) seriell in den hochohmigen Gleich strompfad bzw. in die hochohmigen Gleichstrompfade integriert sind,
- - der hochohmige Gleichstrompfad bzw. die hochohmigen Gleichstrompfade die Ansteuerungsvorrichtung (ST1; ST2; ST3; RK4; RK5; L6) des Wechselrichters (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60, T61) mit einer Spannungsquelle verbinden.
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - der Wechselrichter (T20, T21) einen LC-Ausgangskreis mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Niederdruckentladungslampen (LP20, LP21) enthält,
- - die Elektrodenwendeln (E20, E21, E22, E23) der in Reihe geschalteten Nie derdruckentladungslampen (LP20, LP21) seriell in einen hochohmigen Gleichstrompfad integriert sind,
- - der hochohmige Gleichstrompfad die Ansteuerungsvorrichtung (ST2) des Wechselrichters (T20, T21) mit einer Spannungsquelle verbindet.
4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - an den Wechselrichter (T30, T31) mehrere parallel zueinander geschaltete LC-Ausgangskreise angeschlossen sind,
- - jeder LC-Ausgangskreis mindestens eine Niederdruckentladungslampe (LP30, LP31) enthält,
- - für jeden LC-Ausgangskreis ein hochohmiger Gleichstrompfad vorgesehen ist, in den die Elektrodenwendeln (E30, E31, E32, E33) der zu dem entspre chenden LC-Ausgangskreis gehörenden Niederdruckentladungslampe (LP30, LP31) bzw. Niederdruckentladungslampen seriell integriert sind,
- - die hochohmigen Gleichstrompfade mit dem Eingang eines UND-Gatters (U) und mit einer Spannungsquelle verbunden sind,
- - der Ausgang des UND-Gatters (U) mit der Ansteuerungsvorrichtung (ST3) des Wechselrichters (T30, T31) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselrichter (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60,
T61) ein Halbbrückenwechselrichter ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselrichter (T10, T11; T20, T21; T30, T31; Q40, Q41; Q50, Q51; T60,
T61) ein freischwingender, stromrückgekoppelter Wechselrichter ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselrichter (T10, T11; T20, T21; T30, T31) ein fremdgesteuerter Wechsel
richter ist.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |