DE60108315T2 - Elektronisches vorschaltgerät - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Speisen einer Lampe mit einem hochfrequenten Lampenstrom mit einer Frequenz f, welche Schaltanordnung versehen ist mit
• – einem ersten Schaltungsteil zum Erzeugen einer periodischen, nahezu recheckigförmigen Spannung mit einer Frequenz f, welcher erste Schaltungsteil mit Ausgangsklemmen versehen ist,
• – einem Lastzweig, der Folgendes umfasst
• –– einen ersten Zweig, der die Ausgangsklemmen miteinander verbindet, und der eine erste Reihenschaltung aus einem ersten induktiven Element und einem ersten kapazitiven Element umfast,
• –– einen zweiten Zweig, der das erste kapazitive Element überbrückt und der eine Reihenschaltung aus einem zweiten induktiven Element und einem zweiten kapazitiven Element umfasst, und
• ––– einen dritten Zweig, der Lampenklemmen umfasst und der das zweite kapazitive Element beim Betrieb der Lampe überbrückt.
• Eine derartige Schaltanordnung wird in US 5.426.350 offenbart. Unter einem hochfrequenten Strom soll ein Strom mit einer Frequenz oberhalb von 10 kHz gemeint sein. Bei der bekannten Schaltanordnung sind beide kapazitiven Elemente und beide induktiven Elemente so dimensioniert, dass im stationären Lampenbetrieb ein nahezu sinusförmiger Strom mit einer Frequenz f durch die Lampe fließt. Trotz der Tatsache, dass die bekannte Schaltanordnung keinen Transformator enthält, hat dieser sinusförmiger Strom im Vergleich zur Amplitude der nahezu rechteckförmigen Spannung eine verhältnismäßig hohe Amplitude. Dadurch ist es möglich, die bekannte Schaltanordnung zu verwenden, um an eine Entladungslampe eine verhältnismäßig hohe Brennspannung anzulegen.
• Ein Nachteil der bekannten Schaltanordnung ist jedoch, dass die Lichtausbeute der Lampe, mit anderen Worten das Verhältnis zwischen dem Lichtstrom der Lampe und der von der Lampe aufgenommenen Leistung, verhältnismäßig klein ist.
• Daher liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung zum Speisen einer Lampe zu verschaffen, die Leistung an die Lampe in solcher Weise überträgt, dass die Lichtausbeute der Lampe verhältnismäßig hoch ist.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schaltanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zweig und der zweite Zweig so dimensioniert sind, dass während des Lampenbetriebs die folgende Beziehung erfüllt ist 0,14 < ΣA(n)/A(1) < 0,42,wobei A(1) die Amplitude der ersten harmonischen Komponente des hochfrequenten Lampenstroms andeutet und ΣA(n) die Summe aus den Amplituden der höheren harmonischen Komponenten des Lampenstroms ist.
• Statt nahezu sinusförmig zu sein, hat der hochfrequente Lampenstrom, der im Lampenbetrieb von einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung generiert wird, eine Form, die zwischen der einer Sinuswelle und der einer Rechteckwelle liegt. Es ist beispielsweise aus WO 96/19095 bekannt, dass ein nahezu rechteckförmiger Lampenstrom es möglich macht, eine sehr hohe Lichtausbeute zu erhalten. Ein Nachteil eines solchen nahezu rechteckförmigen Lampenstroms ist die verhältnismäßig große Menge an Funkstörung (RFI), die von der Lampe erzeugt wird. Da der von einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung erzeugte Strom nicht nahezu rechteckförmig ist, sondern eher eine Form zwischen einer Sinus- und einer Rechteckwelle hat, ist die von der Lampe erzeugte Menge an RFI verhältnismäßig klein, während die Ausbeute wesentlich höher ist als im Falle eines nahezu sinusförmigen Lampenstroms. Außerdem hat eine erfindungsgemäße Schaltanordnung eine verhältnismäßig einfache Struktur und ist daher verhältnismäßig preiswert.
• Sehr gute Ergebnisse sind mit Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung erhalten worden, bei der der erste Zweig und der zweite Zweig so dimensioniert sind, dass die folgende Beziehung erfüllt ist 0,21 < ΣA(n)/A(1) < 0,35.
• Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den ersten Schaltungsteil zu versehen mit
• – Eingangsklemmen, die an eine Gleichspannungsquelle anzuschließen sind,
• – einem vierten Zweig, der eine Reihenschaltung aus zwei Schaltelementen umfasst,
• – einer mit Steuerelektroden der Schaltelemente gekoppelten Steuerschaltung, um die Schaltelemente abwechselnd leitend und nicht leitend zu machen.
• Auf diese Weise wird der erste Schaltungsteil in einer verhältnismäßig einfachen und zuverlässigen Weise erhalten.
• Um eine solche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung für das Speisen mit einer Wechselspannung geeignet zu machen, kann der erste Schaltungsteil zusätzlich versehen sein mit
• – Netz-Eingangsklemmen, die an eine Speisespannungsquelle anzuschließen sind, die einen Wechselspannung abgibt,
• – Gleichrichtermitteln, die mit den Netz-Speiseklemmen und mit den Eingangsklemmen verbunden sind, welche Gleichrichtermittel zum Gleichrichten der Wechselspannung verwendet werden.
• Um zu verhindern, dass verhältnismäßig viel Leistung in den zwei Schaltelementen verloren geht, wird die Frequenz f beim Betrieb der Lampe im Allgemeinen höher als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges gewählt.
• Diese und andere Aspekte der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
• Es zeigt:
• 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung.
• In 1 sind K1 und K2 Netz-Eingangsklemmen, die an eine Speisespannungsquelle angeschlossen werden sollen, die eine Wechselspannung liefert. Die Netz-Eingangsklemmen sind mit jeweiligen Eingängen von Gleichrichtermitteln GM verbunden, die in diesem Beispiel durch eine Diodenbrücke gebildet werden. Ein erster Ausgang der Gleichrichtermittel GM ist mit einem zweiten Ausgang mit Hilfe eines Pufferkondensators C verbunden. Jeweilige Seiten des Pufferkondensators C sind mit der Eingangsklemme K3 und der Eingangsklemme K4 verbunden. Die Eingangsklemmen K3 und K4 sind miteinander mittels einer Reihenschaltung aus dem Schaltelement S1 und dem Schaltelement S2 verbunden, die in diesem Beispiel einen vierten Zweig bildet. Eine Steuerelektrode des Schaltelementes S1 ist mit einem ersten Ausgang der Steuerschaltung Sc1 verbunden. Eine Steuerelektrode des Schaltelements S2 ist mit einem zweiten Ausgang der Steuerschaltung Sc1 verbunden. Die Steuerschaltung Sc1 ist in diesem Beispiel eine Steuerschaltung, um die Schaltelemente S1 und S2 abwechselnd leitend und nicht leitend zu machen. Die Schaltelemente S1 und S2 und die Steuerschaltung Sc1 bilden zusammen einen ersten Schaltungsteil, um eine periodische, nahezu rechteckförmige Spannung mit einer Frequenz f zu erzeugen. In diesem Beispiel bildet ein Knotenpunkt der zwei Schaltelemente S1 und S2 eine erste Ausgangsklemme K5 des ersten Schaltungsteils. Eine zweite Ausgangsklemme des ersten Schaltungsteils wird von der Eingangsklemme K4 gebildet. Das Schaltelement S2 wird durch eine Reihenschaltung aus dem Kondensator C3, der Spule L1 und dem Kondensator C1 gebildet. Die Spule L1 bildet ein erstes induktives Element und der Kondensator C1 bildet ein erste kapazitives Element. Der Kondensator C3 bildet einen gleichstromsperrenden Kondensator, der verwendet wird, um zu verhindern, dass die Lampe beim Betrieb der Lampe einen Gleichstrom führt. Der Kondensator C1 wird von einer Reihenschaltung aus der Spule L2 und dem Kondensator C2 überbrückt. Die Spule L2 bildet in diesem Beispiel ein zweites induktives Element. Der Kondensator C2 bildet in diesem Beispiel ein zweites kapazitives Element. Der Kondensator C3 hat im Vergleich zur Kapazität des Kondensators C3 und Kondensators C2 eine verhältnismäßig große Kapazität.
• Der erste Zweig und der zweite Zweig sind so dimensioniert, dass während des Lampenbetriebs die folgende Beziehung erfüllt ist 0,14 < ΣA(n)/A(1) < 0,42,wobei A(1) die Amplitude der ersten harmonischen Komponente des hochfrequenten Lampenstroms andeutet und ΣA(n) die Summe aus den Amplituden der höheren harmonischen Komponenten des Lampenstroms ist. Der Kondensator C2 wird durch die Entladungslampe LA überbrückt.
• Die Funktionsweise des in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels wird im Folgenden beschrieben.
• Wenn die Netz-Eingangsklemmen K1 und K2 mit einer eine Wechselspannung liefernden Speisespannungsquelle verbunden werden, dann richten die Gleichrichtermittel GM diese Wechselspannung in eine Gleichspannung gleich, die an dem Pufferkondensator C anliegt. Die Steuerschaltung Sc1 macht die Schaltelemente S1 und S2 abwechselnd mit einer Frequenz f leitend und nicht leitend. Daher liegt zwischen den Ausgangsklemmen K4 und K5 eine symmetrische, nahezu rechteckförmige Spannung mit einer Frequenz f an. Infolge der Dimensionierung des ersten und des zweiten Zweiges hat der durch die Lampe LA fließende Strom eine Form zwischen einer Rechteckwellenform und einer Sinusform. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Ausbeute der in 1 gezeigten Schaltanordnung verhältnismäßig hoch ist, während die von der Lampe LA erzeugte Menge an RFI verhältnismäßig klein ist.
• Bei einer praktischen Ausführungsform des in 1 gezeigten Beispiels ist die Frequenz f zu 50 kHz gewählt worden. Die Induktion der Spule L1 beträgt 1,15 mH und die Induktion der Spule L2 beträgt 0,8 mH. Die Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 und C3 sind 3,3 nF, 3,9 nF bzw. 100 nF. Die mittels der Schaltanordnung gespeiste Lampe ist eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe vom Typ T5 (Philips) mit einer Nennleistung von 39 W. Es hat sich gezeigt, dass die Ausbeute der Lampe um 2,4% höher ist als die bei Verwendung eines sinusförmigen Lampenstroms erreichte Ausbeute. Die von der Lampe erzeugte Menge an RFI ist kaum höher als die im Falle eines sinusförmigen Lampenstroms erzeugte Menge.

Claims (5)

1. Schaltanordnung zum Speisen einer Lampe mit einem hochfrequenten Lampenstrom mit einer Frequenz f, welche Schaltanordnung versehen ist mit – einem ersten Schaltungsteil zum Erzeugen einer periodischen, nahezu recheckigförmigen Spannung mit einer Frequenz f, welcher erste Schaltungsteil mit Ausgangsklemmen versehen ist, – einem Lastzweig, der Folgendes umfasst –– einen ersten Zweig, der die Ausgangsklemmen miteinander verbindet, und der eine erste Reihenschaltung aus einem ersten induktiven Element und einem ersten kapazitiven Element umfast, –– einen zweiten Zweig, der das erste kapazitive Element überbrückt und der eine Reihenschaltung aus einem zweiten induktiven Element und einem zweiten kapazitiven Element umfasst, und –– einen dritten Zweig, der Lampenklemmen umfasst und der das zweite kapazitive Element beim Betrieb der Lampe überbrückt. dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zweig und der zweite Zweig so dimensioniert sind, dass während des Lampenbetriebs die folgende Beziehung erfüllt ist 0,14 < ΣA(n)/A(1) < 0,42,wobei A(1) die Amplitude der ersten harmonischen Komponente des hochfrequenten Lampenstroms andeutet und ΣA(n) die Summe aus den Amplituden der höheren harmonischen Komponenten des Lampenstroms ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, bei der der erste Zweig und der zweite Zweig so dimensioniert sind, dass die folgende Beziehung erfüllt ist 0,21 < ΣA(n)/A(1) < 0,35.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste Schaltungsteil versehen ist mit – Eingangsklemmen, die an eine Gleichspannungsquelle anzuschließen sind, – einem vierten Zweig, der eine Reihenschaltung aus zwei Schaltelementen umfasst, – einer mit Steuerelektroden der Schaltelemente gekoppelten Steuerschaltung, um die Schaltelemente abwechselnd leitend und nicht leitend zu machen.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, bei der der erste Schaltungsteil versehen ist mit – Netz-Eingangsklemmen, die an eine Speisespannungsquelle anzuschließen sind, die einen Wechselspannung abgibt, – Gleichrichtermitteln, die mit den Netz-Speiseklemmen und mit den Eingangsklemmen verbunden sind, welche Gleichrichtermittel zum Gleichrichten der Wechselspannung verwendet werden.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der beim Betrieb der Lampe die Frequenz f höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges.