DE69111547T2

DE69111547T2 - Dimbares Vorschaltgerät für Entladungslampen.

Info

Publication number: DE69111547T2
Application number: DE69111547T
Authority: DE
Inventors: Egbertus Hendricus Maria Smits
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: KR100221901B1; HUT58967A; EP0479352A1; HU912930D0; US5172033A; KR920007502A; JPH04255700A; EP0479352B1; DE69111547D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe mit folgenden Elementen
- einem Wechselrichter mit einem ersten Zweig mit wenigstens einem Schaltelement zum Erzeugen eines Stromes wechselnder Polarität durch abwechselndes Leitendmachen und Sperren mit einer Frequenz f,
- einem zweiten Zweig, der mit dem ersten Zweig gekoppelt und mit Lampenverbindungsklemmen und Induktionsmitteln versehen ist,
- eine Steuerschaltung zum Leitendmachen und Sperren des Schaltelements mit einer Frequenz f, wobei diese Steuerschaltung mit einem vierten Zweig versehen ist, der eine Reihenschaltung weiterer Induktionsmittel und Kapazitätsmittel enthält, und mit einem dritten Zweig, der eine variable Impedanz enthält,
wobei die Steuerschaltung mit dem Induktionsmittel im zweiten Zweig, der vierte Zweig mit dem Schaltelement im ersten Zweig und der dritte Zweig mit dem weiteren Induktionsmittei im vierten Zweig gekoppelt sind.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der niederländischen Patentanmeldung 8701314 (= EP-A-0 294 878) bekannt. In der hier beschriebenen Schaltungsanordnung enthält der erste Zweig zwei Schaltelemente, die abwechselnd leiten und gesperrt werden. Der dritte Zweig bildet einen Nebenschluß des weiteren Induktionsmittels der Steuerschaltung.
Durch Einstellung der variablen Impedanz ist es möglich, die Frequenz f des Stromes abwechselnder Polarität und auf diese Weise die von einer über die Lampenverbindungsklemmen angeschlossenen Lampe verbrauchte Leistung einzustellen. Es wurde jedoch gefunden, daß ein verhältnismäßig kleiner Bereich der Lampenleistung steuerbar ist, wenn der dritte Zweig aus einem variablen Widerstand besteht, der den Vorteil bietet, daß er verhältnismaßig preiswert ist. Dieser kleine Bereich ist ein Nachteil, der dadurch verursacht wird, daß eine Reduktion der von der Lempe verbrauchten Leistung unter etwa 80% der Lampennennleistung eine derartige Reduktion der Widerstandseinstellung erfordert, daß die in dem Widerstand eindissipierte Leistungsmenge so start ansteigt, daß die Steuerschaltung die Schaltelemente eines ersten Zweiges nicht länger leitend machen kann. Das Ergebnis davon ist, daß die Lampe erlischt.
Eine variable Induktivität oder eine variable Kapazität kann ebenfalls zur Bildung der variablen Impedanz gewählt werden. Ein Nachteil dieser Möglichkeiten ist, daß sowohl eine variable Induktivität als auch eine variable Kapazität verhältnismäßig teure Bauteile sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der die von der Lampe aufgenommene Leistung in einem großen Bereich mittels verhältnismäßig preiswerter Bauteile einstellbar ist.
Eine Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art ist erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die variable lmpedanz in dem dritten Zweig ein variabler Widerstand und der dritte Zweig außerdem Induktionsmittel enthält. Da das Induktionsmittel einen Teil des dritten Zweiges bildet, ist die vom variablen Widerstand aufgenommene Leistungsmenge verhältnismäßig gering. Festgestellt wurde, daß es möglich ist, die von der Lampe aufgenommene Leistung in einem verhältnismäßig großen Bereich hierdurch einzustellen.
Ein besonderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Induktionsmittel von einer Primärwicklung eines Transformators nebengeschlossen wird und ein dritter Abzweig eine Sekundärwicklung des Transformators nebenschließt.
Da der variable Widerstand in einem praktischen Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gut zugänglich sein soll, um eine mit den Lampenverbindungsklemmen angeschlossene Lempe abblenden zu können, ist es schwierig, den variablen Widerstand abzuschirmen, wodurch Funkstörungen auftreten. Jedoch wenn das weitere Induktionsmittel und der dritte Zweig mit einem Transformator elektrisch getrennt werden, wird die Funkstörung wirksam unterdrückt, auch wenn der variable Widerstand nur teilweise abgeschirmt wird. Unterdrückung von Funkstörungen auf diese Weise ist besonders wichtig, wenn der erste Zweig zwei Schaltelemente enthält, die mit einer Frequenz f abwechselnd leiten, und der geeignete Enden zum Anschließen an eine Gleichspannungsquelle enthält, während der vierte Zweig mit einem gemeinsamen Punkt der beiden Schaltelemente verbunden ist. Da der vierte Zweig mit einem gemeinsamen Punkt der beiden Schaltelemente des ersten Zweiges verbunden ist, wird die Spannung an dem weiteren Induktionsmittel einer Rechteckspannung mit der Frequenz f und einer Amplitude gleich einer von der Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichspannung überlagert. Wenn der dritte Zweig das weitere Induktionsmittel nebenschließt, wird die Spannung am variablen Widerstand ebenfalls dieser Rechteckspannung überlagert. Wenn jedoch das weitere Induktionsmittel und der dritte Zweig miteinander über einen Transformator gekoppelt werden, werden Funkstörungen durch diese Rechteckspannung wesentlich beseitigt.
Ein weiteres besonderes Ausführungsbeispiel des eben beschriebenen Entwurfs einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Sekundärwicklung des Transformators mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle über einen Zweig verbunden ist, der Kapazitätsmittel enthält. Eine weitere Reduktion der Funkstörungen wird auf diese Weise erhalten. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird mit weiteren Einzelheiten anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die Figur den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
In der Figur sind mit den Bezugsziffern 1 und 2 geeignete Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle bezeichnet. F ist ein Wechselstrom/Gleichstromrichter, von dem eine Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme 12 und von dem eine weitere Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme 13 verbunden sind. Die Reihenschaltung der Eingangsklemme 12, der Schaltelemente 6 und 7 und der Eingangsklemme 13 bilden den ersten Zweig Aj. Der erste Zweig A bildet zusammen mit den Kondensatoren 4 und 11 einen Wechselrichter. Die Reihenschaltung der Spule 5, der Lampenverbindungsklemme K1, des Kondensators 39 und der Lampenverbindungsklemme K2 bildet den zweiten Zweig B. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Spule 5 das Induktionsmittel des zweiten Zweiges B. Eine Lampe La kann an die Lampenverbindungsklemmen angeschlossen werden. Alle weiteren Bauteile der Schaltungsanordnung bilden einen Teil der Steuerschaltung: Die Steuerschaltung besteht aus den Spulen 19 und 45, dem Transformator 41, den Zenerdioden 26, 27, 29, 30 und 43, den Kondensatoren 44 und 20, den Widerständen 23, 24, 25 und 28, dem variablen Widerstand 42, dem Schaltelement 22 und den Dioden 10 und 22a. Der vierte Zweig D in diesem Ausführungsbeispiel wird durch die Reihenschaltung der Spule 19 und des Kondensators 20 gebildet. Die Spule 19 und der Kondensator 20 in diesem Ausführungsbeispiel stellen die weiteren Induktionsmittel bzw. die Kapazitätsmittel des vierten Zweiges D dar. Die Spule 45 und der variable Widerstand 42 bilden zusammen den dritten Zweig C.
Die Steuerschaltung ist wie folgt aufgebaut.
Enden des vierten Zweiges (D) werden über den Anteil 21 der Spule 5 verbunden. Die Spule 19 wird durch eine Primärwicklung des Transformators 41 nebengeschlossen. Eine Sekundärwicklung des Transformators 41 wird durch den dritten Zweig C nebengeschlossen. Ein erstes Ende der Sekundärwicklung des Transformators 41 wird über den Kondensator 44 mit der Eingangsklemme 12 verbunden. Die Spule 19 wird ebenfalls durch eine Reihenschaltung der Zenerdioden 29 und 30 und des Widerstandes 28 zum Begrenzen der Spannung an der Spule 19 nebengeschlossen. Ein erstes Ende des Widerstandes 25 wird mit einer Steuerelektrode des Schaltelements 7 verbunden. Der Kondensator 20 verbindet ein weiteres Ende des Widerstands 25 mit einem gemeinsamen Punkt P des Schaltelements 6 und des Schaltelements 7. Der Punkt P wird mit der Steuerelektrode des Schaltelements 7 über eine Reihenschaltung der Zenerdiode 26 und der Zenerdiode 27 verbunden. Damit wird bezweckt, die Spannung zwischen der Steuerelektrode des Schaltelements 7 und dem Punkt P zu begrenzen. Die Eingangsklemmen 12 und 13 werden durch eine Reihenschaltung des Widerstands 24 und des Schaltelements 22 nebengeschlossen. Ein gemeinsamer Punkt des Widerstandes 24 und des Schaltelements 22 wird an eine Steuerelektrode des Schaltelements 6 angeschlossen. Die Steuerelektrode des Schaltelements 6 wird an die Eingangsklemme 13 über Diode 22a angeschlossen. Die Steuerelektrode des Schaltelements 22 wird an die Eingangsklemme 12 mittels des Widerstands 23 angeschlossen. Die Steuerelektrode des Schaltelements 22 wird an einen gemeinsamen Punkt der Spule 19 und des Kondensators 20 über einen Reihenschaltung der Zenerdiode 43 und der Diode 10 angeschlossen. Der Betrieb der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verläuft wie folgt.
Wenn die Eingangsklemmen 1 und 2 mit den Polen einer Wechselspannungsquelle verbunden werden, liegt eine Gleichspannung zwischen den Eingangsklemmen 12 und 13. In einem statischen Betriebszustand macht die Steuerschaltung die Schaltelemente abwechselnd leitend mit einer Frequenz f. Das Ergebnis davon ist, daß eine im wesentlichen rechteckige Spannung zwischen den Enden des Belastungszweiges mit einer Frequenz f liegt, während ein Strom den Belastungszweig durchfließt, dessen Polarität sich mit der Frequenz f ändert.
Da der Anteil 21 der Spule 5 die Enden des vierten Zweiges D miteinander verbindet, liegt eine periodische Spannung mit der Frequenz f zwischen den Enden des viertes Zweiges D. Periodische Spannungen, deren Polaritäten mit der Frequenz f wechseln, liegen ebenfalls zwischen den Enden der Spule 19 und über den Kondensator 20. Die periodische Spannung am Kondensator 20 macht das Schaltelement 7 abwechslend leitend und gesperrt mit der Frequenz f. Das Schaltelement 6 wird durch die periodische Spannung am Kondensator 20 über die Schaltungselemente 10, 43, 23, 24 und 22 ebenfalls mit der Frequenz f abwechselnd leitend und gesperrt gemacht. Außerdem ist das Schaltelement 7 gesperrt, wenn das Schaltelement 6 leitet und ist das Schaltelement 6 gesperrt, wenn das Schaltelement 7 leitet.
Die Zenerdiode 43 dient zur Bildung der Spannung am Kondensator 20 mit einer mehr sinusoidalen Form. Der Kondensator 44 und der Transformator 41 dienen zu beschränken von Funkstörungen. Wenn der Widerstandswert des variablen Widerstands 42 im dritten Zweig C geändert wird, wird die Frequenz f, mit der der Strom durch den Belastungszweig die Polarität ändert, hierdurch ebenfalls geändert. Da die Lampe im Belastungszweig in Reihe mit der Spule 5 geschaltet ist, sinkt die von der Lampe aufgenommene Leistung mit einer ansteigenden Frequenz f ab. Ein Anstieg der Frequenz f kann dadurch erreicht werden, daß die Einstellung des Widerstandswerts des variablen Widerstands 42 reduziert wird. Umgekehrt entspricht ein Anstieg in der Einstellung des Widerstandswerts einem Abfall der Frequenz f, so daß die von der Lampe aufgenommene Leistung größer wird.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung betrug die Selbstinduktivität der Spule 19 680 uH und die Kapazität des Kondensators 20 10 nF. Die Selbstinduktivität sowohl der Primär- als auch der Sekundärwicklung des Transformators 41 betrug 20 mH und die Selbstinduktivität der Spule 45 betrug 100 uH. Durch die Einstellung des Widerstandswerts des variablen Widerstands 42 zwischen 0 0und 2,2 kΩ, war es möglich, die von einer an die Lampenverbindungsklemmen angeschlossenen Lampe aufgenommene Leistung zwischen 9,2 W und 12,7 W zu ändern. Der Lichtstrom in diesem Bereich änderte sich dabei von etwa 300 Lumen bis 1000 Lumen.

Claims

11. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe (LA) mit

- einem Wechselrichter mit einem ersten Zweig (A) mit wenigstens einem Schaltelement (6, 7) zum Erzeugen eines Stromes wechselnder Polarität durch abwechselndes Leitendmachen und Sperren mit einer Frequenz f,

- einem zweiten Zweig (B), der mit dem ersten Zweig (A) gekoppelt und mit den Lampenverbindungsklemmen (K1, K2) und Induktionsmitteln (5) versehen ist,

- einer Steuerschaltung (E) zum Leitendmachen und Sperren des Schaltelements mit einer Frequenz f, wobei diese Steuerschaltung (E) mit einem vierten Zweig D, der eine Reihenschaltung aus einem weiteren Induktionsmittel (19) und einem Kapazitätsmittel (20) enthält, und mit einem dritten Zweig (C) versehen ist, die eine variable Impedanz (42) enthält, wobei die Steuerschaltung (E) mit dem Induktionsmittel (5) im zweiten Zweig B, der vierte Zweig (D) mit dem Schaltelement (6, 7) im ersten Zweig A und der dritte Zweig (C) mit dem weiteren Induktionsmittel (19) im vierten Zweig (D) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Impedanz (42) im dritten Zweig (C) ein variabler Widerstand ist und der dritte Zweig (C) außerdem das Induktionsmittel (45) enthält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Induktionsmittel (19) durch eine Primärwicklung eines Transformators (41) nebengeschlossen ist und der dritte Zweig (C) einen Nebenschluß einer Sekundärwicklung des Transformators (41) bildet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Sekundärwicklung des Transformators (41) mit einem Pol (12) einer Gleichspannungsquelle über einen Zweig verbunden ist, der das Kapazitätsmittel (44) enthält.