DE9114204U1

DE9114204U1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE9114204U1
Application number: DE9114204U
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1992-01-09
Anticipated expiration: 2001-11-15

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft

für elektrische Glühlampen mbH., München

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe entsprechend dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 .

Eine derartige Schaltungsanordnung ist in der EP-OS 276 460 offenbart. Diese Schaltung weist als wesentliches Merkmal eine Abschaltvorrichtung auf, die den Glättungskondensator bei defekter Lampe vor übermässiges Aufladen durch die "Pumpwirkung" des aktiven Oberwellenfilters schützt und die Schaltungsanordnung beim Überschreiten einer Schwellenspannung von ca. 450 V am Glättungskondensator abschaltet.

Die Hauptbestandteile der Abschaltvorrichtung sind ein Spannungsteiler, mindestens eine Zenerdiode, die parallel zu einem Widerstand des Spannungsteilers gegeschaltet ist und ein Thyristor, dessen Gate von der Zenerdiode gesteuert wird und dessen Schaltstrecke die Basis eines Transistors des Gegentaktfrequenzgenerators mit dem Minuspol des Netzgleichrichters verbindet. Erreicht die Spannung am Glättungskondensator einen kritischen Wert von ca. 450 V, so erfolgt an der Zenerdiode ein Lawinendurchbruch und die Schaltstrecke des Thyristors wird elektrisch leitend, so daß das Steuersignal für die Basis eines Transistors des Gegentaktfrequenzgenerators zum Minuspol des Ntzgleichrichters abgeführt und die Schwingung des Gegentaktfrequenzgenerators unterbrochen wird.

Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Abschaltvorrichtung eine zuverlässige Abschaltung der Schaltungsanordnung bei defekter Lampe nicht gewährleisten kann. Da die Schaltungsanordnung auch bei defekter Lampe noch funktioniert, ist eine Sicherheitsabschaltung nur dann gewährleistet, wenn das aktive Oberwellenfilter genügend Energie vom Serienresonanzkreis in den Glättungskondensator zurückpumpt, so daß dieser auf die Schwellenspannung aufgeladen wird, die den Durchbruch der Zenerdiode verursacht. Versuche haben gezeigt, daß, insbesondere bei Netzunterspannung, die "Pumpwirkung" des aktiven Oberwellenfilters nicht ausreicht, um den Glättungskondensator so weit aufzuladen, daß die Abschaltvorrichtung wirksam wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe bereitzustellen, die eine zuverlässige Sicherheitsabschaltung bei nicht zündfähiger Lampe gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie eine Abschaltvorrichtung aufweist, die zusätzlich zur Spannung am Glättungskondensator auch die Zündspannung an der Lampe überwacht.

Bei nicht zündwilliger Lampe erreicht der Spannungsabfall über der Lampe durch Resonanzerhöhung einen

kritischen Schwellenwert, der oberhalb der Zündspannung einer einwandfrei funktionierenden Lampe liegt und innerhalb einiger Millisekunden zur Auslösung der Abschaltvorrichtung führt.
5

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

Figur 2 das vollständige Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entsprechend des beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Das Blockschaltbild in Figur 1 gibt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Niederdruckentladungslampe wieder. Die Schaltungsanordnung besitzt eine Gleichspannungsversorgung 1, einen Glättungskondensator C6, sowie einen Gegentaktfrequenzgenerator 3 mit Ansteuerschaltung und Abschaltvorrichtung 4. Zwischen dem Mittenabgriff MI der Transistoren des Gegentaktfrequenzgenerators und dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 1 ist über einen Serienresonanzkreis 5 eine Niederdruckentladungslampe LP geschaltet.

Außerdem enthält die Schaltungsanordnung ein aktives Oberwellenfilter 6, das einerseits mit dem Pluspol des Netzgleichrichters 2 und andererseits mit dem Mittenabgriff Ml verbunden ist. Ferner weist die Schaltungsanordnung eine Diode D7 und ein Widerstandsglied R auf, das zusammen mit den Widerstän-

den R15 und R16, die Bestandteil der Abschaltvorrichtung 4 sind, einen Spannungsteiler bildet. Dieses kann mit dem Verbindungspunkt M5 zwischen der Resonanzinduktivität LD und dem Kopplungskondensator C10 verbunden sein oder unmittelbar mit der Lampe.

Bei nicht zündender Lampe LP besteht zwischen dem Spannungsabfall über dem Widerstandsglied R und dem Spannungsabfall über der Lampe LP ein linearer Zusammenhang. Außerdem bildet das Widerstandsglied R mit den Widerständen der Abschaltvorrichtung 4 einen Spannungsteiler. Erreicht die Zündspannung an der Lampe einen kritischen Wert (von ca. 900 V), so wird die Abschaltvorrichtung 4 über das Widerstandsglied R ausgelöst. Die Diode D7 dient zur Entkopplung des über das Widerstandsglied R in die Abschaltvorrichtung 4 eingespeisten Signals vom Glättungskondensator C6.

Figur 2 zeigt das vollständige Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Leuchtstofflampe gemäß der ersten beiden Ausführungsbeispiele.

Die Tabellen 1 und 2 geben die Dimensionierung der elektrischen Bauteile aus Figur 1 für eine Niederdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 18 W bzw. 26 W wieder.

Hauptbestandteil der Schaltungsanordnung sind der Gegentaktfrequenzgenerator 3 und der Serienresonanzkreis 5, die von einer Gleichspannungsquelle 1 versorgt werden. Der Gegentaktfrequenzgenerator 3 besteht aus zwei alternierend schaltenden Bipolartransisto-

ren T1 und T2, die eine Halbbrücke bilden und mit
einer Ansteuerschaltung sowie Vorwiderständen R3 bis R6 und den Rücklaufdioden D3, D4 versehen sind. Die Ansteuerung der Transistoren T1, T2 erfolgt über
einen Ringkerntransformator RK1, dessen Primärwicklung RK1a im Serienresonanzkreis 5 integriert ist und dessen Sekundärwicklungen RK1b und RK1c die Basis
jeweils eines Transistors T1, T2 ansteuern. Für den Ablauf des Gegentaktfrequenzgenerator 3 und die Zündung der Lampe LP sorgen ein Startkondensator C7,
ein Diac DK und die Widerstände R2, R7, R8.

Parallel zur Basis-Emitter-Strecke der Transistoren T1, T2 ist jeweils ein ohmscher Widerstand R13 bzw. R14 geschaltet, die beim Umschalten der Transistoren T1, T2 für ein schnelleres Ausräumen der Ladungsträger aus der Raumladungszone sorgen.

Der Serienresonanzkreis 5 besteht aus der Resonanzinduktivität LD, dem Kopplungskondensator C10, dem
Resonanzkondensator C12 und der Primärwicklung RK1a des Ringkerntransformators RK1, wobei die Resonanzinduktivität LD, der Kopplungskondensator C10 und
die Primärwicklung RKIa zwischen den Mittenabgriff
M1 der Transistoren T1, T2 und die Elektrode E1 der Leuchtstofflampe LP und der Resonanzkondensator C12 in den Elektrodenheizkreis der Lampe LP gelegt ist.

Der Elektrodenheizkreis enthält außer den Elektroden- ^O wendeln E1, E2 der Lampe LP und dem Resonanzkondensator C12 noch eine Diode D1 und einen Kaltleiter R12, der den Heizkreis bei ausreichend vorgeheizten Elektroden E1, E2 unterbricht. Eine Elektrode E2 der Lampe LP ist mit dem Pluspol des Glättungskondensators

C6 verbunden, der parallel zu den Schaltstrecken der Transistoren T1, T2 liegt, während die andere Elektrode E1 mit dem Kopplungskondensator C10 verbunden ist.

Das aktive Oberwellenfilter 6 besteht aus zwei in Reihe geschalteten und in Gleichstromvorwärtsrichtung am parallel zum Gleichstromausgang der Gleichspannungsquelle 1 liegenden Stützkondensator C5 angeschlossenen Dioden D11, D13 und zwei Kondensatoren C8, C9, wobei der Mittenabgriff M3 zwischen den Dioden D11, D13 über den Kondensator C8 zum Mittenabgriff M1 und über den Kondensator C9 zu einem Abgriff M4 zwischen Kopplungskondensator C10 und Elektrode E1 geführt ist.

Die Abschaltvorrichtung 4 besteht aus dem Spannungsteiler R15, R16, der parallel zum Glättungskondensator C6 liegt, aus den Widerständen R1, R10, der Zenerdiode D6 und dem Thyristor Th, wobei der Widerstand R10 und die Zenerdiode D6 parallel zum Widerstand R16 geschaltet sind und der Widerstand R1 die Anode des Thyristors Th mit dem Pluspol des Glättungskondensators C6 verbindet. Zusätzlich wurde die Abschaltvorrichtung 4 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung um zwei Widerstände R17, R18 und eine Diode D7 erweitert.

Die Kathode der Diode D7 ist an dem Widerstand R15 der Abschaltvorrichtung 4 und ihre Anode ist an dem Pluspol des Glättungskondensators C6 angeschlossen. Die Widerstände R17, R18 sind zueinander in Reihe geschaltet und mit dem Mittenabgriff M5 zwischen dem Kopplungskondensator C10 und der Resonanzinduktivi-

tat LD sowie mit dem Mittenabgriff M6 zwischen der Diode D7 und dem Widerstand R15 verbunden. Die Diode D8 sperrt den Anodenkreis des Thyristors von der Wechselspannung.
5

Die Funktionsweise des Gegentaktfrequenzgenerators mit Ansteuerung und Anlaufvorrichtung in Kombination mit dem Serienresonanzkreis 5 zum Betrieb der Lampe LP kann dem Buch "Elektronikschaltungen¹¹ von W. Hirschmann (Siemens AG), S. 147 - 148, entnommen werden und soll daher hier nicht näher erläutert werden.

Nach dem Zünden der Leuchtstofflampe LP verhindert die Diode D5 ein erneutes Aufladen des Startkondensators C7, so daß der Diac DK während des Lampenbetriebes keine Schaltimpulse auf die Basis des Transistors T2 geben kann.

Die Funktionsweise des aktiven Oberwellenfilters 6 in Kombination mit der Resonanzinduktivität LD und den Kondensatoren C5, C6 ist detailliert in der EP-OS 372 303 beschrieben und soll daher hier nicht näher ausgeführt werden. Das Oberwellenfilter 6 pumpt mit Hilfe der Kondensatoren C8, C9 laufend Energie aus dem Serienresonanzkreis 5 in den Glättungskondensator C6 zurück, so daß eine annähernd sinusförmige Netzstromentnahme möglich wird.

Da die "Pumpwirkung" des Oberwellenfilters 6 auch bei defekter Lampe LP anhält und so der Glättungskondensator C6 überladen werden kann, besitzt die Schaltungsanordnung eine Abschaltvorrichtung 4, die die Spannung am Glättungskondensator C6 überwacht. Erreicht die Spannung am Kondensator C6 einen kri-

tischen Wert, so bricht die Zenerdiode D6 durch und steuert den Thyristor Th in die Leitfähigkeit, wodurch die Basis des Transistors T1 mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle 1 verbunden und ihr so das Steuersignal entzogen wird. Die Schwingung des Gegentaktfrequenzgenerators wird dadurch unterbrochen. Eine ausführliche Beschreibung der Abschaltvorrichtung 4 ohne die Erweiterung durch die Widerstände R17, R18 und die Diode D7 findet sich in der EP-PS 276 460.

Die Funktionsweise der Abschaltvorrichtung 4 mit den zusätzlichen elektronischen Bauelementen D7, R17,

R18 kann wie folgt verstanden werden: 15

Reicht bei defekter Lampe die "Pumpwirkung" des Oberwellenfilters 6 nicht aus, um die Abschaltvorrichtung 4, wie oben beschrieben, auszulösen, so wird die Abschaltvorrichtung 4 durch die überhöhte Spannung an der Lampe LP über die Widerstände R17, R18 betätigt.

Sobald die Spannung am Punkt M5 den Spannungsabfall am Glattungskondensator C6 überschreitet, wird die Diode D7 nichtleitend und der zur Erzeugung des Ab-

²^ schaltimpulses wirksame Spannungsteiler besteht nun aus den Widerständen R17, R18, R15 und R16. Die kritische Spannung am Punkt M5 wird erreicht, wenn die Spannung an der defekten Lampe LP durch Resonanzüberhöhung auf einen Wert (von ca. 900 V) ansteigt, der

■^ deutlich oberhalb der Zündspannung einer einwandfrei funktionierenden Lampe liegt.

Die Schaltungsanordnung enthält außerdem einen Kondensator C14, der an den Mittenabgriff M1 und den

Emitter des Transistors T2 angeschlossen ist. Der
Kondensator C14 trimmt die Rechteckimpulse des Gegentaktfrequenzgenerators 3 auf Trapezform und verringert die beim Ummagnetisieren der Induktivitäten auftretenden Verlustleistungen.

Anstelle der Zenerdiode D6 kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch einen anderen Schwellwertschalter, beispielsweise einen Varistor, enthalten.

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- 10 -

Tabelle 1 (26 W-Lampe)

FD1	C2	2	4	D8	3	2 &khgr;	6	mH	15	nF	OJ
FD2			6	D7		2 &khgr;	60	mH	10	MF	mH; EF25
Cl,	Cl		8			68	nF	00	nF	3&Mgr;
GL1					B250C800GP	10	nF
C5,						50	nF
C6	C9				1,5	nF
C7				68	ktt
C8,				10	1<&OHgr;
C10				8,2	&OHgr;
C14	R8			0,2	2&OHgr;
R1	R4			&ogr;&ogr;&OHgr;
R2,	R6	1		27&OHgr;
R3,		1		20	&kgr;&OHgr;
R5,	R	1		60	&kgr;&OHgr;
R7	R			1,8	&kgr;&OHgr;
R13,	R			10-200
R15,		»		N4007GP
R17,
R10	D5	D1
D6	D4
D1,
D3,			1
D11 ,				RGP1
LD			1	1,2
Diac			N41

		5


	1

	2
	1

	ZGP
	1

20 25

- 11 -

Tabelle 2 (18 W-Lampe)

FD1	C2	2	4	2x6	mH	nF	kQ	RGP1	OJ
FD2			6	2 &khgr; 60	mH	PF	&kgr;&OHgr;	1,8	mH; EF20
C1,	C1		8	68	nF	nF	kQ	N41	3M
GL1				B25OC8OOGP	nF	ZGP10-200
C5,				15	nF	D8 1N4OO7GP
C6				10	nF	D7,
C7				100	nF
C8			3	6,8	1<&OHgr;
C9				10	kQ
C10				200	Q
C14	R8		1,0	&Ogr;.22&OHgr;
R1	R4		68	1&Ogr;&thgr;&OHgr;
R2,	R6	1	510	47&OHgr;
R3,		1	8,2	220
R5,	» &kgr;	1	160
R7	, R		1,8
R13
R15		,
R17
R10	D5	, D1
D6	D4
D1,		Diac
D3,
D11
LD

Claims

Schutzansprüche

. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe (LP), wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:

- einen Netzgleichrichter (2) mit parallel zum

Gleichstromausgang geschalteten Stützkondensator (C5),

- einen mit dem Gleichstromausgang des Netzgleichrichters (2) verbundenen Gegentaktfrequenzgenerator (3) mit alternierend schaltenden Transistoren (T1, T2) und einer Ansteuerschaltung,

- einen Serienresonanzkreis (5), bestehend aus Resonanzinduktivität (LD), Resonanzkapazität (C12) und Kopplungskondensator (C10),

- einen Glättungskondensator (C6) parallel zu den Schaltstrecken der Transistoren (T1, T2) des Gegentaktfrequenzgenerators (3),

- ein aktives Oberwellenfilter (6) mit einem oder mehreren Kondensatoren

- Anschlußleitungen für eine Niederdruckentladungslampe (LP),

- eine Abschaltvorrichtung (4), bestehend aus einem Spannungsteiler (R15, R16), der parallel zum Glättungskondensator (C6) geschaltet ist, sowie aus mindestens einem Schwellwertschalter (D6) und einem Thyristor (Th), wobei der Schwellwertschalter (D6) parallel zum Widerstand (R16) des Spannungsteilers (R15, R16) geschaltet ist, und wobei das Gate des Thyristors (Th) mit dem Schwellwertschalter (D6) verbunden ist, während die Schaltstrecke des Thyristors (Th) die Basis des Transistors (T1), der an den Pluspol der

Gleichspannungsquelle (1) angeschlossen ist, mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle (1) verbindet ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (4) zusätzlich eine Diode (D7) und ein Widerstandsglied (R) enthält, wobei die Diode (D7) zwischen den Pluspol des Glättungskondensators (C6) und den Spannungsteiler (R15, R16) geschaltet ist, und wobei das Widerstandsglied (R) mit einem Abgriff (M5) im Serienresonanzkreis (5) und mit einem Abgriff (M6) zwischen der Diode (D7) und dem Spannungsteiler (R15, R16) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (4) zusätzlich eine Diode (D7) enthält und das Widerstandsglied (R) aus zwei Widerständen (R17, R18) besteht, wobei die Anode der Diode (D7) an den Pluspol des Glättungskondensators (C6) und ihre Kathode an den Widerstand (R15) des Spannungsteilers (R15, R16) angeschlossen ist, und wobei die Widerstände (R17, R18) zueinander in Reihe geschaltet sind und mit einem Abgriff (M6) zwischen der Diode (D7) und dem Widerstand (R15) einer- 2$ seits, sowie andererseits mit einem Abgriff (M5), der zwischen der Resonanzinduktivität (LD) und dem Kopplungskondensator (C6) liegt, verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (D6) aus mindestens einer Zenerdiode besteht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gezeichnet, daß der Schwellwertschalter (D6) aus einem Varistor besteht.