DE9421540U1

DE9421540U1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen

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Publication number: DE9421540U1
Application number: DE9421540U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-05
Filing date: 1994-11-05
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2004-11-06

Description

Lippert, Stachow, Schmidt S-Hu/sz

& Partner 7. Dezember 1995

Patentanwälte
Kölner Straße 8

D-42651 Solingen

Jürgen M. Rensch 42653 Solingen

Schaltungsanordnung zum Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen mittels eines elektronischen Vorschaltgerätes.

Derartige Miniatur-Leuchtstofflampen verbinden den Vorteil äußerst kompakter Abmessungen, insbesondere eines sehr geringen Rohrdurchmessers, mit einer hohen Lichtleistung. Problematisch ist bei diesen Miniatur-Leuchtstofflampen allerdings, daß zur Sicherung einer hohen Lebensdauer und der Vermeidung einer Brandgefahr infolge von Störungen innerhalb der Leuchtstofflampen, oder des Betriebes bei zu hohen Spannungen bei deren Nutzung, eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen sind.

Beispielsweise liegt der Rohrdurchmesser des Glaskolbens bei 7 mm oder weniger, so daß die für den Warmstart der Miniatur-Leuchtstofflampen erforderlichen Heizwendel innerhalb der Sockel ebenfalls besonders geringe Abmessungen aufweisen müssen. Da dadurch zwangsläufig der Abstand der Heizwendel zur Kolbenwand ebenfalls sehr gering ist, muß beim Starten der Miniatur-Leuchtstofflampe mit einer starken Aufheizung des Kolbens gerechnet werden.

Da der Abstand zwischen der jeweiligen Katode und der Kolbenwand ebenfalls sehr gering ist, kann es während des Betriebes der Miniatur-Leuchtstofflampe zu einem erhöhten Leistungsum-

• · · &igr;

satz kommen. Dieser erhöhte Leistungsumsatz entsteht durch einen verstärkten Katodenfall, der zu einem Brennspannungsanstieg führt, so daß lokale Aufschmelzungen bei Temperaturen um 1200 ⁰C oder Glasbruch im Bereich der Sockel auftreten können. Derartige Aufschmelzungen können auch durch einen zu hohen Stiftstrom verursacht werden. Die Folge sind Sicherheitsrisiken, die durch heiße Glasteile oder austretendes Quecksilber entstehen können. Weitere Gefahren entstehen auch durch infolge der lokalen Aufschmelzungen möglicherweise offengelegte spannungsführende Teile und der daraus resultierenden Kurzschlußgefahr.

Darüberhinaus muß damit gerechnet werden, daß die Heizwendel nach einer längeren Betriebszeit beim Warmstart zusammenschmelzen kann, so daß ein Kurzschluß entstehen kann, der ebenfalls zu einer Überhitzung des Glaskolbens führen würde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen zu realisieren, mit der die nötigen Parameter überwacht und das Auftreten von Störungen sicher erkannt werden kann, so daß die Miniatur-Leuchtstofflampen im Störungsfall selbsttätig abgeschaltet werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch eine Schaltungsanordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Eingang eines ersten Komparators und ein erster Eingang eines zweiten Komparators jeweils mit einer stabilisierten Referenzspannungsquelle verbunden ist, daß der zweite Eingang des ersten Komparators über eine R/C-Kombination mit der Betriebsspannungsquelle gekoppelt ist, daß der zweite Eingang des zweiten Komparators sowohl indirekt mit der Betriebsspannungsquelle, als auch mit der Sekundärseite eines zur Spannungsversorgung der Miniatur-Leuchtstofflampe dienenden Transformators verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Komparators an einem Steuereingang eines mit dem Transformator verbundenen Frequenzgenerators angeschlossen ist und daß der Ausgang des zweiten Komparators einen

Schalteingang des Frequenzgenerators ansteuert

Mit dieser Schaltungsanordnung läßt sich der Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen sehr einfach und mit einem hohen Wirkungsgrad realisieren, da die Steuerung des Verfahrensablaufes lediglich durch zwei Komparatoren und einem Frequenzgenerator möglich ist, die lediglich mit den erforderlichen Eingangswerten zu versorgen sind. Der erste Komparator dient dabei in Verbindung der R/C-Kombination der Steuerung der Kaltstartphase und der zweite Komparator der Überwachung der Miniatur-Leuchtstofflampe während des normalen Betriebes.

Die Dauer der Kaltstartphase wird durch die R/C-Kombination bestimmt, d.h. das Durchschalten des ersten Komparators erfolgt, wenn an seinem zweiten Eingang die am ersten Eingang anliegende Referenzspannung erreicht wird. Das daraufhin folgende Signal am Ausgang des ersten Komparators wird an den Steuereingang des Frequenzgenerators weitergeleitet, so daß dieser wieder auf die vorgesehene Betriebsfrequenz zurückschaltet. Die Frequenzänderung des Frequenzgenerators erfolgt somit lediglich durch eine Spannungsänderung an seinem Steuereingang. Auf diese Weise ist es auch möglich, während der Kaltstartphase die Frequenzanhebung in Abhängigkeit von der anliegenden Betriebsspannung zu regeln.

Mit Hilfe des zweiten Komparators wird der normale Betrieb der Miniatur-Leuchtstofflampe überwacht, indem die auf der Sekundärseite über der Miniatur-Leuchtstofflampe abfallende Spannung überwacht wird. Überschreitet diese Spannung oder die Betriebsspannung einen am ersten Eingang des zweiten Komparators vorgegebenen Sollwert, so wird die Miniatur-Leuchtstofflampe abgeschaltet, indem der Frequenzgenerator über dessen Schalteingang durch den zweiten Komparator abgeschaltet wird. Ebenso erfolgt eine sofortige Abschaltung des Frequenzgenerators wenn an der Sekundärseite des Tranformators keine Miniatur-Leuchtstofflampe angeschlossen ist, da sich in diesem Fall auf der Sekundärseite des Transformators eine Leerlaufspannung einstellt, die über der höchst zulässigen Betriebs-

spannung der Miniatur-Leuchtstofflampe liegt, so daß die am ersten Eingang des zweiten Komparators vorgegebene Referenzspannung überschritten wird.

Die Referenzspannungsquelle besteht zweckmäßigerweise aus einer zwischen der Betriebsspannungsquelle und Masse geschalteten Zenerdiode. Damit läßt sich die Referenzspannungsquelle einfach realisieren und eine zusätzliche Spannungsquelle wird überflüssig.

In einer Fortbildung der Erfindung ist der zweite Eingang des zweiten Komparators über eine Gleichrichterschaltung mit der Sekundärseite des Transformators verbunden, so daß am zweiten Eingang des zweiten Komparators eine Gleichspannung zur Verfügung steht.

Zur zusätzlichen Überwachung der Betriebsspannung ist der zweite Eingang des zweiten Komparators über eine Zenerdiode mit der Betriebsspannungsquelle verbunden.

Um eine ausreichende Leistung zum Betrieb der Miniatur-Leuchtstofflampe zur Verfügung zu haben, ist es zweckmäßig, wenn der Ausgang des Frequenzgenerators über einen Verstärker, vorzugsweise aus einem MOS-Leistungstransistor bestehend, an die Primärseite des Transformators angeschlossen ist.

Der mit der Miniatur-Leuchtstofflampe verbundene Sekundärseite des Transformators ist als Resonanzkreis ausgebildet und enthält wenigstens einen zur Miniatur-Leuchtstofflampe parallelgeschalteten Kondensator.

Um das Schaltverhalten des MOS-Leistungstransistors besonders gut ausnutzen zu können, ist der Frequenzgenerator als Rechteckgenerator ausgebildet.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

t» ·

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild der Schaltungsanordnung. 5

Aus Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Schaltungsanordnung ersichtlich, bei der zwischen dieser und der Betriebsspannungsquelle 1 ein Filter 2 zur Glättung von kurzzeitigen Spannungs impulsen und zur Unterdrückung von EMV ins Netz zwischengeschaltet ist. Die Betriebsspannung wird der Primärseite eines Transformators 3 über Verstärker 4 in Form eines MOS-Leistungstransistors zugeführt. Die Sekundärseite des Transformators 3 ist mit den Sockeln einer Miniatur-Leuchtstofflampe 5 verbunden, wobei dieser zur Bildung eines Resonanzkreises 6 ein Kondensator 7 parallelgeschaltet ist.

Das Gate des Verstärkers 4 ist mit dem Ausgang eines Frequenzgenerators 9 verbunden, der vorzugsweise als Rechteckgenerator ausgebildet ist.

Zur Steuerung der Betriebszustände der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 ist der Schalteingang 10 des Frequenzgenerators 9 mit einer Überwachungsschaltung 11 zur Überwachung der Brennspannung der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 und der Betriebsspannung der Betriebsspannungsquelle 1 verbunden. Die Überwachung der Brennspannung erfolgt durch eine Verbindung der Überwachungsschaltung 1 mit der Sekundärseite des Transformators 3.

Für den normalen Betrieb der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 liefert der Frequenzgenerator 9 eine Frequenz von ca. 7 0 kHz entsprechend der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 6. Da zum Starten der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 zunächst eine Aufheizphase erforderlich ist, wird durch den Frequenzgenerator 9 für diesen Zeitraum eine Frequenz erzeugt, die oberhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 6 liegt, so daß die an der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 anliegende Spannung unterhalb der Zündspannung liegt. Die vom Frequenzgenerator 9

erzeugte Frequenz sollte bei dieser Betriebsart ca. 92 kHz betragen.

Die Umschaltung des Frequenzgenerators 9 erfolgt durch eine mit diesem verbundene Anordnung 12 zur Erfassung der Betriebsspannung, die gleichzeitig über einen Timer 13 die Zeitdauer der Anheizphase der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 vorgibt. Die Anordnung 12 enthält weiterhin eine Umschaltvorrichtung für die Frequenz 14 während der Anheizphase und die Betriebsfrequenz 15 für den Dauerbetrieb, die mit einem Steuereingang 16 des Frequenzgenerators 9 verbunden ist.

Mit dieser Schaltungsanordnung kann der Warmstart während eines vorgegebenen Zeitintervalles, welches ca. 1,1s betragen sollte, gesteuert werden, indem der Transformator 3 während dieses Zeitintervalles mit Impulsen höherer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 6 beaufschlagt wird, so daß die an der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 anliegende Spannung unterhalb der Zündspannung liegt. Nach Ablauf dieses Zeitintervalles wird die Frequenz auf die Resonanzfrequenz reduziert, so daß die vorgesehene Zündspannung erreicht wird. Dadurch wird ein sicheres Starten der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 erreicht.

Um bei einem Warmstart nach einem kurzzeitigen Abschalten der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 ein erneutes Anheizen zu vermeiden, ist eine Kontrollschaltung 17 vorgesehen, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalles die Frequenzanhebung des Frequenzgenerators 9 über einen zusätzlichen Steuereingang 18 unterdrückt und diesen veranlaßt, sofort die Betriebsfrequenz zu erzeugen.

Während des normalen Betriebes wird die über der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 abfallende Spannung durch die Überwachungsschaltung 11 mit einem Sollwert verglichen, wobei bei Überschreiten des Sollwertes eine Abschaltung der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 erfolgt. Gleichzeitig wird die Betriebsspannung überwacht, so daß bei Überschreiten einer maximalen und bei

Unterschreiten einer minimalen Spannung der Frequenzgenerator 9 über dessen Schalteingang 10 abgeschaltet wird, wobei die Betriebsspannung mindestens 10,5 V und maximal 15 V betragen sollte.
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Eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist aus Fig. 2 ersichtlich, wobei es sich hier um eine etwas vereinfachte Schaltung handelt, aus der das Grundprinzip des elektronischen Vorschaltgerätes hervorgeht. Zum besseren Verständnis sind hier die Baugruppen die denen in Fig. 1 entsprechen mit gleichen Bezugs zeichen versehen worden.

Bei dieser Schaltung ist parallel zur Betriebsspannungsquelle 1 ein Kondensator 18 geschaltet, der die Funktion des in Fig.

1 dargestellten Filters 2 erfüllt und somit Störimpulse die der Betriebsspannung überlagert sein können, ausfiltert. Weiterhin ist der Betriebsspannungsquelle 1 eine Anordnung zur Spannungsstabilisierung, bestehend aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 19 und einer Zenerdiode 20 parallelgeschaltet. Durch die Zenerdiode 20 wird eine stabilisierte Versorgungsspannung als Referenzspannung über einen Spannungsteiler, bestehend aus in Reihe geschalteten Widerständen 21, 22 für einen ersten Eingang 23 eines ersten Komparators 24 und einen ersten Eingang 25 eines zweiten Koraparators 2 6 zur Verfügung gestellt. Da die Betriebsspannung beispielsweise bei einem mobilen Einsatz der Schaltungsanordnung zwischen 10,5 und ca. 15 V schwanken kann, stabilisiert die Zenerdiode die Versorgungsspannung auf 7,5 V, wobei über die Widerstände 21, 22 eine Spannungsteilung im Verhältnis 1:2 erfolgt, so daß am ersten Eingang 23 des ersten Komparators 24 und am ersten Eingang 25 des zweiten Komparators 26 eine stabilisierte Referenzspannung von 5 V anliegt.

Der zweite Eingang 27 des ersten Komparators 24 ist über eine R/C-Kombination, bestehend aus einem Widerstand 28 und einem Kondensator 29 mit der Betriebsspannungsquelle 1 verbunden. Die Zeitkonstante dieser R/C-Kombination sollte dabei so gewählt werden, daß die am ersten Eingang 2 3 anliegende Refe-

renzspannung von 5 V an zweiten Eingang 27 des ersten Komparators 24 nach der vorgesehenen Anheizzeit von ca. 1,1 s der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 erreicht wird.

Da der Ausgang 30 des ersten Komparators 24 mit dem Steuereingang 10 des Frequenzgenerators 9 verbunden ist, kann dieser durch die Ausgangsspannung des ersten Komparators 24 so gesteuert werden, daß während der Anheizzeit der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 eine höhere Frequenz, vorzugsweise ca, 92 kHz, und nach Ablauf der Anheizzeit die vorgesehenen Betriebsfrequenz von ca. 70 kHz erzeugt wird. Die jeweilige Frequenz wird über den Ausgang 8 des Frequenzgenerators 9 an den Verstärker 4 angelegt, der mit dem Transformator 3 verbunden ist. Da der mit der Sekundärseite des Tranformators 3 gekoppelte Resonanzkreis 6 eine Resonanzfrequenz von 70 kHz aufweist, wird die für den Betrieb der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 erforderliche Zündpannung nur im Resonanzfall erreicht. Folglich liegt die an der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 anliegende Spannung bei einer Frequenzerhöhung auf ca. 92 kHz unterhalb der Zündspannung, ist aber ausreichend, um ein Vorheizen zu ermöglichen.

Der zweite Eingang 31 des zweiten Komparators 26 ist über eine Gleichrichterschaltung 32 mit der Sekundärseite des Transformators 3 verbunden. Damit besteht in Verbindung mit der am ersten Eingang 25 anliegenden Referenzspannung die Möglichkeit, die über der Miniatur-Leuchtstofflampe 5 abfallende Spannung zu überwachen. Da der Ausgang des zweiten Komparators

2 6 mit dem Schalteingang 16 des Frequenzgenerators 9 verbunden ist, wird dieser bei Überschreiten einer vorgegebenen Spannung am zweiten Eingang 31 des zweiten Komparators 26 abgeschaltet. Dieser Fall würde auch dann eintreten, wenn der Transformator

3 im Leerlauf, also ohne Miniatur-Leuchtstofflampe 5 betrieben wird.

Zur zusätzlichen Überwachung der Betriebsspannung ist der zweite Eingang 31 des zweiten Komparators 2 6 über eine Zenerdiode 33 mit der Betriebsspannungsquelle 1 verbunden. Da die

Zenerdiode 33 bei Überschreiten der Zenerspannung auf Durchgang schaltet, wird in diesem Fall Referenzspannung des zweiten !Comparators 26 überschritten, so daß dieser den Frequenzgenerator 9 sofort abschaltet.

Mit dieser Schaltungsanordnung können Miniatur-Leuchtstofflampen 5 ohne zusätzliche Verluste äußerst betriebssicher betrieben werden, wobei sämtliche erforderlichen Parameter mit geringem Aufwand überwacht werden können.

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Lippert, Stachow, Schmidt S-Hu/sz

& Partner 7. Dezember 1995

Patentanwälte Köher Sfraße 8

D-42651 Solingen

Jürgen M. Rensch 42053 Solingen

Bezugszeichenliste

1 Betriebsspannungsquelle

2 Filter

3 Transformator

4 Verstärker

5 Miniatur-Leuchtstofflampe

6 Resonanzkreis

7 Kondensator

8 Ausgang

9 Frequenzgenerator 10 Schalteingang

11 Überwachungsschaltung

12 Anordnung

13 Timer

14 Frequenz

15 Betriebsfrequenz

16 Steuereingang 16' Steuereingang

17 Kontrollschaltung

18 Kondensator 19 Widerstand

20 Zenerdiode

21 Widerstand

22 Widerstand

2 3 erster Eingang

2 4 erster Komparator

2 5 erster Eingang

2 6 zweiter Komparator

27 zweiter Eingang

28 Widerstand

29 Kondensator

30 Ausgang

31 zweiter Eingang

32 Gleichrichterschaltung

33 Zenerdiode

Claims

Lippert, Stachow, Schmidt S-Hu/sz & Partner 7, Dezember 1995 Patentanwälte Kölner StraBe 8 D-42651 Solingen Jürgen M. Rensch 42053 Solingen Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von Miniatur-Leuchtstofflampen mittels eines elektronischen Vorschaltgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingang (23) eines ersten Komparators (24) und ein erster Eingang (25) eines zweiten Komparators (26) jeweils mit einer stabilisierten Referenzspannungsquelle verbunden ist, daß der zweite Eingang (27) des ersten Komparators (24) über eine R/C-Kombination mit der Betriebsspannungsquelle (1) gekoppelt ist, daß der zweite Eingang (31) des zweiten Komparators (26) sowohl indirekt mit der Betriebsspannungsquelle (1), als auch mit der Sekundärseite eines zur Spannungsversorgung der Miniatur-Leuchtstofflampe (5) dienenden Transformators (3) verbunden ist, daß der Ausgang (30) des ersten Komparators (24) an einem Steuereingang (10) eines mit dem Transformator (3) verbundenen Frequenzgenerators (9) angeschlossen ist und daß der Ausgang des zweiten Komparators (26) einen Schalteingang (10) des Frequenzgenerators (9) ansteuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Referenzspannungsquelle aus einer zwischen der Betriebsspannungsquelle (1) und Masse geschalteten Zenerdiode (20) besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Eingang (31) des zweiten Komparators (26) über eine Gleichrichterschaltung (32) mit der Sekundärseite des Transformators (3)

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verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang (31) des zweiten !Comparators (26) über eine Zenerdiode (33) mit der Betriebsspannungsquelle (1) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß der Ausgang

(8) des Frequenzgenerators (9) über einen Verstärker (4) an die Primärseite des Transformators (3) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (4) aus einem MOS-Leistungtransistor besteht.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß die mit der Miniatur-Leuchtstofflampe (5) verbundene Sekundärseite des Transformators (3) als Resonanzkreis (6) ausgebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Miniatur-Leuchtstofflampe (5) wenigstens ein Kondensator (7) parallelgeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (9) als Rechteckgenerator ausgebildet ist.