EP0616752B1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer oder mehrerer niederdruckentladungslampen - Google Patents

Schaltungsanordnung zum betrieb einer oder mehrerer niederdruckentladungslampen Download PDF

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EP0616752B1
EP0616752B1 EP92924561A EP92924561A EP0616752B1 EP 0616752 B1 EP0616752 B1 EP 0616752B1 EP 92924561 A EP92924561 A EP 92924561A EP 92924561 A EP92924561 A EP 92924561A EP 0616752 B1 EP0616752 B1 EP 0616752B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
low
pressure discharge
heating
relay
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92924561A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0616752A1 (de
Inventor
Bernd Rudolph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP0616752A1 publication Critical patent/EP0616752A1/de
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Publication of EP0616752B1 publication Critical patent/EP0616752B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating one or several low pressure discharge lamps according to the preamble of the claim 1.
  • circuits are part of so-called electronic ballasts for low pressure discharge lamps and enable one gentle warm start - i.e. an ignition of the lamp with preheated Electrodes - the low-pressure discharge lamps, increasing their lifespan is extended.
  • Such a circuit arrangement is for example in EP-PS 93 469 disclosed.
  • This circuit can be controlled by controlling the frequency and the duty cycle of the half-bridge inverter and set ignition conditions for the low-pressure discharge lamps.
  • the large tolerance dependence of the have a disadvantage Heating, ignition and operating parameters of the components used and the high switching effort.
  • EP-PS 185 179 is a circuit arrangement known that the load circuit of the half-bridge inverter between Preheating the electrodes and igniting the lamp switches. This will a PTC thermistor is used, which after the Heating time the resonance capacity of the series resonance circuit toggles.
  • the use of a PTC thermistor has the disadvantage that this component in the firing mode the low pressure discharge lamp a power loss from approx. 0.5 W to 1 W per lamp. Also needed the PTC thermistor has a cooling time of a few 10 seconds to minutes is enough for one gentle warm start of the lamps when switched on again to ensure.
  • DE-A-39 01 111 is a circuit arrangement with a heating circuit for the electrodes of the Low pressure discharge lamps disclosed, being in the heating circuit in addition to a resonance capacity, a PTC thermistor and a relay are integrated.
  • the PTC thermistor serves here as a timer for controlling the relay and in turn, after sufficient preheating the lamp electrodes, through the relay contact of the Circuit disconnected so that after ignition the low pressure discharge lamps no longer through the PTC thermistor flows.
  • This circuit arrangement has compared to the circuit disclosed in EP-PS 185 179 the advantage that in the PTC thermistor during Burning operation of the lamps no power loss implemented becomes.
  • the PTC thermistor also has here which is particularly annoying with short switching cycles Cooling time, so that no gentle lamp start can be done.
  • This circuit configuration also requires a precise coordination of the components, if a cold start of the lamp avoided, on the other hand that Relay should turn off the PTC thermistor safely.
  • DE-A-3 901 111 is based on the preamble of claim 1.
  • the circuit arrangement according to the invention enables a controlled Preheat the lamp electrodes, matched to each one Electrode type adapted voltage value.
  • the preheating phase of the electrodes largely independent of the tolerances of the mains voltage and the component parameters, since the voltage drop is direct used over the electrode coils to evaluate the electrode heating becomes.
  • the heating voltage across the electrodes is so low (maximum a few tens of volts) that none in the low-pressure discharge lamp glow discharge can damage the lamp.
  • the relay contacts when Transition from the preheating phase to the ignition phase of the lamps, the heating circuits interrupted, so that in the burning operation of the low-pressure discharge lamps no current flows through the heating circuit. With that the power losses converted in the electrodes are reduced.
  • With circuits with several low-pressure discharge lamps connected in parallel is the use of a relay with multiple relay contacts particularly inexpensive.
  • Figure 1 illustrates the principle of the circuit arrangement according to the invention for operating a low-pressure discharge lamp LP.
  • An essential part of the circuit is a push-pull frequency generator, consisting of two bipolar transistors T1, T2, which act as half-bridge inverters are connected, with a schematically shown in Figure 1 Control device A and a DC voltage supply.
  • the Control device A is, for example, in the book “Electronics Circuits” by W. Hirschmann (Siemens AG), on pages 147-148 and should therefore not be explained in more detail here. It also contains one Starting device for the circuit according to the invention.
  • the push-pull frequency generator supplies a series resonance circuit, which on Center tap M1 is connected between the transistors T1, T2 and from a coupling capacitor C3, a resonance inductor LD and a resonance capacitance C1 and a low-pressure discharge lamp LP exists with a high frequency (greater than 20 kHz) AC voltage.
  • a connection the resonance capacitance C1 is here to the negative pole (Ground) of the DC voltage supply.
  • the low pressure discharge lamp LP is at the connection point M connecting, parallel to the resonance capacity C1 switched. It has two with emitter material slurry electrode coils E1, E2, the together with a relay contact K1 in a heating circuit are integrated, with a connection of the electrode E2 with the negative pole (ground) of the DC voltage supply connected is.
  • a tap M2 in the series resonance circuit is also a rectifier via a current limiting capacitor C5 GL connected with its input 2.
  • Input 1 of the rectifier GL is to the negative pole (Ground) of the DC power supply.
  • Parallel to the DC output of the rectifier GL a smoothing capacitor C4.
  • From the rectifier GL becomes a controllable electronic switch S, the controls the relay coil RL belonging to the relay contact K, supplied with DC voltage.
  • the rectifier GL with its inputs 1, 2 is connected in parallel to the lamp LP, during the preheating phase on him also the high frequency Heating voltage of the electrode coils E1, E2.
  • This high-frequency voltage is from the rectifier GL in a pulsating DC voltage transforms and from Smoothing capacitor C4, which is parallel to the DC output of the rectifier GL is switched, smoothed so that the controllable electronic Switch S the rectified and smoothed heating voltage of the electrode coils E1, E2.
  • Opening the relay contact K causes an interruption of the heating circuit, so that any further current flow prevented by the electrode coils E1, E2 becomes. It also increases the quality of the series resonance circuit on, since the resonance capacitance C1 is no longer bridged by the heating circuit and an attenuation of the series resonance circuit by the Resistance of the electrode coils E1, E2 is eliminated. Consequently can the ignition voltage at the resonance capacitance C1 provided for the low pressure discharge lamp LP will. After ignition of the lamp LP flows only the quiescent or holding current through the relay coil RL, which is required to switch the relay contact K keep open. Only after switching off the lamp LP or the circuit arrangement becomes the relay contact K closed again so that when it is again Switching on the lamp LP the preheating phase for the Electrodes E1, E2 starts again.
  • the controllable electronic switch S can be used as Threshold or be designed as a timer.
  • the controllable electronic switch S is designed as a threshold switch.
  • the electronic switch S here consists of a Zener diode DZ, a voltage divider with the resistors R17, R18 and a thyristor Th, which is connected in series with the relay coil RL and whose gate is controlled by the Zener diode DZ.
  • the zener diode DZ and the thyristor Th block, so that no current flow takes place through the relay coil RL.
  • the voltage drop at the electrode filaments E1, E2 and at the Zener diode DZ increases.
  • the Zener diode DZ When the breakdown voltage of the Zener diode DZ is exceeded, it becomes conductive and also controls the switching path of the thyristor Th into the conductivity via the voltage drop across the resistor R18. This results in a current flow through the relay coil RL and an opening of the relay contact K. Since the ignition and the operating voltage of the low-pressure discharge lamp LP are greater than the heating voltage at the electrode filaments E1, E2, the switching path of the thyristor Th remains in the conductive state, so that after the lamp LP has been ignited, the holding current flows through the relay coil RL, which is required is to keep the relay contact K open.
  • the freewheeling diode D1 parallel to the relay coil, is used only to protect the thyristor Th from the induction voltage the relay coil RL.
  • the 2b shows, according to the second exemplary embodiment, the controllable electronic switch S as Time switch trained.
  • the electronic switch S consists of an RC element with the resistor R20 and the capacitor C20 and a thyristor Thl, which is connected in series to the relay coil RL1.
  • the capacitor C20 is opened via the resistor R20 charged the threshold voltage that is required by the switching distance of the thyristor Thl over the Control gate connection in conductivity, which a current flow through the relay coil RL1, similar to in the first embodiment in FIG. 2a becomes.
  • the rectifier GL2, the smoothing capacitor C7 as well as the thyristor Th1 and the relay coil RL1 the freewheeling diode D2 have the same function as that corresponding components of the first embodiment according to Figure 2a.
  • the duration of the preheating phase Electrode coils E1, E2 is here by the time constant of the RC element and through the resistor R21 determined, which in turn of course for each type of electrode can be optimized (see FIG. 2b).
  • Figure 3 shows a detailed circuit diagram of an inventive Circuit arrangement for the operation of two low-pressure discharge lamps connected in parallel LP1, LP2 according to a particularly preferred embodiment.
  • the circuit contains a push-pull frequency generator, consisting of two bipolar transistors T3, T4 arranged in a half-bridge with a control device A 'shown only schematically here and a DC voltage supply G, to whose output a backup capacitor C8 is connected in parallel.
  • a control device A ' can be found, for example, in the book "Electronics Circuits" by W. Hirschmann (Siemens AG), on pages 147-148 and in EP-OS 276 460.
  • Parallel to the switching paths of the alternating switching transistors T3, A first smoothing capacitor C6 is connected to T4.
  • the transistors T3, T4 also each have an emitter resistor R5 or R6 and a flyback diode D3 or D4 to protect their switching path.
  • the first series resonance circuit consists of the resonance inductance LD1, the resonance capacitance C91 and the low-pressure discharge lamp LP1, the lamp LP1 and the resonance capacitance C91 being connected in parallel with one another in terms of alternating current.
  • the second series resonance circuit C92 and the low-pressure discharge lamp LP2, the lamp LP2 and the resonance capacitance C92 also being connected in parallel with one another in terms of alternating current.
  • Both lamps LP1, LP2 have a heating circuit that each of the electrode coils E10, E20 and the electrode coils E11, E21 of the corresponding Lamps LP1 and LP2 and a relay contact K1 or K2 is formed.
  • the two relay contacts K1, K2 are switched simultaneously by the relay coil RL '.
  • the relay coil RL ' is from the switching path of the in Series to thyristors Th 'arranged to it, the gate of thyristor Th 'in turn from the Zener diode DZ 'and the voltage divider controlled from the resistors R17 ', R18' becomes.
  • the Zener diode DZ 'and the voltage divider R17 ', R18' is that of the second smoothing capacitor C4 'smoothed output voltage of the rectifier GL' on.
  • the connection 1 of the rectifier GL ' is on the tap M3 to the positive pole of the first smoothing capacitor C6 performed while connection 2 of the rectifier GL 'via a first current limiting capacitor C17 with a tap M4 in the first series resonance circuit and via a second current limiting capacitor C18 with a tap M5 in the second series resonance circuit connected is.
  • the tap M3 is also a connection of the Electrode coils E20 and E11 to the positive pole of the first Smoothing capacitor C6 performed, so that the AC input 1, 2 of the rectifier GL 'parallel to both lamps LP1 and LP2 is switched.
  • the circuit arrangement also has an active one Harmonic filter, which is a sinusoidal mains current draw enables.
  • This harmonic filter consists of the diodes D13, D14, D15, D16 and the capacitors C13, C81, C82 and the two resonance capacities C91, C92.
  • a detailed functional description of a such harmonic filters can be found in the US-PS 4 808 887 and should therefore not be reproduced here will.
  • Component R8 which, like the primary winding RKla of the toroidal transformer to the control device A 'heard and therefore not explained here shall be.
  • the two lamps LP1, LP2 are Fluorescent lamps with a power consumption of approx. 9 W and with similar electrode coils E10, E20 and E11, E21.
  • the relay coil RL is still supplied with the holding or quiescent current which is sufficient to hold the relay contacts K1, K2 in the open position. Only when the lamps LP1, LP2 are switched off are the relay contacts K1, K2 closed again.
  • the functional principle is therefore completely analogous to that of the first exemplary embodiment according to FIG. 2a.
  • Table I indicates a suitable dimensioning of the components for the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can also be used, for example, to operate several in parallel switched low-pressure discharge lamps can be used. It is natural also possible in the circuit arrangement according to the invention Figure 3 shows the control of the relay coil RL 'by means of a timer to execute according to Figure 2b.
  • the circuit arrangement according to the invention is also suitable for several Series of switched low pressure discharge lamps.
  • they would be Electrode filaments of all lamps integrated in a single heating circuit, and the relay had as many relay contacts as there were lamps would be, these relay contacts also integrated in the heating circuit would be and would switch simultaneously (controlled by the same relay coil).
  • the relay contacts would then be at the end of the preheating phase Interrupt the heating circuit so that the electrical connection between the electrode filaments belonging to the same lamp would be interrupted.
  • a so-called electronic relays are used that come from an optocoupler and an electronic switch, e.g. a thyristor.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdruckentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Diese Schaltungen sind Bestandteil von sogenannten elektronischen Vorschaltgeräten für Niederdruckentladungslampen und ermöglichen einen schonenden Warmstart - d.h. eine Zündung der Lampe mit vorgeheizten Elektroden - der Niederdruckentladungslampen, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der EP-PS 93 469 offenbart. Bei dieser Schaltung lassen sich durch Steuerung der Frequenz und des Tastverhältnisses des Halbbrückenwechselrichters definierte Heiz- und Zündbedingungen für die Niederdruckentladungslampen einstellen. Nachteilig wirken sich hier allerdings die große Toleranzabhängigkeit der Heiz-, Zünd- und Betriebsparameter von den eingesetzten Bauelementen und der hohe Schaltungsaufwand aus.
Außerdem ist beispielsweise aus der EP-PS 185 179 eine Schaltungsanordnung bekannt, die den Lastkreis des Halbbrückenwechselrichters zwischen Vorheizen der Elektroden und Zünden der Lampe umschaltet. Dazu wird ein Kaltleiter (PTC) verwendet, der nach Ablauf der Heizzeit die Resonanzkapazität des Serienresonanzkreises umschaltet.
Die Verwendung eines Kaltleiters (PTC) hat allerdings den Nachteil, daß dieses Bauelement im Brennbetrieb der Niederdruckentladungslampe eine Verlustleistung von ca. 0,5 W bis 1 W pro Lampe umsetzt. Außerdem benötigt der Kaltleiter (PTC) eine Abkühlzeit von einigen 10 Sekunden bis Minuten, um einen hinreichend schonenden Warmstart der Lampen bei erneutem Einschalten zu gewährleisten.
Ferner ist in der DE-A-39 01 111 eine Schaltungsanordnung mit einem Heizkreis für die Elektroden der Niederdruckentladungslampen offenbart, wobei im Heizkreis neben einer Resonanzkapazität auch ein Kaltleiter und ein Relais integriert sind. Der Kaltleiter dient hier als Zeitglied für die Steuerung des Relais und wird seinerseits, nach ausreichender Vorheizung der Lampenelektroden, durch den Relaiskontakt von der Schaltung abgetrennt, so daß nach erfolgter Zündung der Niederdruckentladungslampen kein Strom mehr durch den Kaltleiter fließt. Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber der in der EP-PS 185 179 offenbarten Schaltung den Vorteil, daß im Kaltleiter während des Brennbetriebes der Lampen keine Verlustleistung umgesetzt wird. Allerdings besitzt auch hier der Kaltleiter die insbesondere bei kurzen Schaltzyklen störende Abkühlzeit, so daß dann kein schonender Lampenstart erfolgen kann. Weiterhin verlangt diese Schaltungsfiguration eine genaue Abstimmung der Bauelemente, wenn ein Kaltstart der Lampe vermieden, andererseits das Relais den Kaltleiter sicher abschalten soll.
DE-A-3 901 111 liegt dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdruckentladungslampen bereitzustellen, die mit einem geringen Schaltungsaufwand eine ausreichende Vorheizung der Elektroden der Niederdruckentladungslampen ermöglicht, und so einen schonenden Warmstart der Lampen sowie geringe Verlustleistungen im Heizkreis gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Als weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können angeführt werden:
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht ein kontrolliertes Vorheizen der Lampenelektroden, abgestimmt auf einen dem jeweiligen Elektrodentyp angepaßten Spannungswert. Insbesondere ist die Vorheizphase der Elektroden weitgehend unabhängig von Toleranzen der Netzspannung und den Bauelementparametern, da direkt der Spannungsabfall über den Elektrodenwendeln zur Bewertung der Elektrodenaufheizung herangezogen wird. Die Heizspannung über den Elektroden ist so gering (maximal einige zehn Volt), daß in der Niederdruckentladungslampe keine die Lampe schädigende Glimmentladung auftreten kann. Außerdem werden bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen durch die Relaiskontakte, beim Übergang von der Vorheiz- in die Zündphase der Lampen, die Heizkreise unterbrochen, so daß im Brennbetrieb der Niederdruckentladungslampen kein Strom durch den Heizkreis fließt. Damit werden die in den Elektroden umgesetzten Verlustleistungen reduziert. Bei Schaltungen mit mehreren parallel zu-einander geschalteten Niederdruckentladungslampen ist die Verwendung eines Relais mit mehreren Relaiskontakten besonders kostengünstig.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Aus-führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Niederdruckentladungslampe,
Figur 2a
ein genaues Schaltbild des in Figur 1 mit gestrichelten Linien umrahmten Schaltungsteils, insbesondere die Relaisansteuerung S, gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
Figur 2b
ein detailliertes Schaltbild des in Figur 1 mit gestrichelten Linien umrahmten Schaltungsteils, insbesondere die Relaisansteuerung S, gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Figur 3
das vollständige Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb zweier parallel geschalteter Niederdruckentladungslampen,
Die Figur 1 verdeutlicht das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Nieder-druckentladungslampe LP.
Ein wesentlicher Bestandteil der Schaltung ist ein Gegentaktfrequenzgenerator, bestehend aus zwei Bipo-lartransistoren T1, T2, die als Halbbrückenwechselrichter verschaltet sind, mit einer in Figur 1 schematisch dargestellten Ansteuerungsvorrichtung A und einer Gleichspannungsversorgung. Die Ansteuerungsvorrichtung A ist beispielsweise im Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (Siemens AG), auf den Seiten 147-148 beschrieben und soll daher hier nicht näher ausgeführt werden. Sie enthält auch eine Startvorrichtung für die erfindungsgemäße Schaltung.
Der Gegentaktfrequenzgenerator versorgt einen Serienresonanzkreis, der am Mittenabgriff M1 zwischen den Transistoren T1, T2 angeschlossen ist und aus einem Kopplungskondensator C3, einer Resonanzinduktivität LD und einer Resonanzkapazität C1 sowie einer Nieder-druckentladungslampe LP besteht, mit einer hochfrequenten (größer als 20 kHz) Wechselspannung. Ein Anschluß der Resonanzkapazität C1 ist hier zum Minuspol (Masse) der Gleichspannungsversorgung zurückgeführt. Die Niederdruckentladungslampe LP ist am Verbindungspunkt M anknüpfend, parallel zur Resonanzkapazität C1 geschaltet. Sie besitzt zwei mit Emittermaterial beschlämmte Elektrodenwendeln E1, E2, die zusammen mit einem Relaiskontakt K1 in einen Heizkreis integriert sind, wobei ein Anschluß der Elektrode E2 mit dem Minuspol (Masse) der Gleichspannungsversorgung verbunden ist.
An einem Abgriff M2 im Serienresonanzkreis ist ferner über einen Strombegrenzungskondensator C5 ein Gleichrichter GL mit seinem Eingang 2 angeschlossen. Der Eingang 1 des Gleichrichters GL ist zum Minuspol (Masse) der Gleichstromversorgung geführt. Parallel zum Gleichstromausgang des Gleichrichters GL liegt ein Glättungskondensator C4. Vom Gleichrichter GL wird ein steuerbarer elektronischer Schalter S, der die zum Relaiskontakt K gehörende Relaisspule RL ansteuert, mit Gleichspannung versorgt.
Das Funktionsprinzip dieser Schaltung läßt sich folgendermaßen verstehen:
Beim Einschalten des Halbbrückenwechselrichters bzw. der Schaltungsanordnung ist der Relaiskontakt K zunächst geschlossen, so daß durch die Elektrodenwendel E1, den Relaiskontakt K und die Elektrodenwendel E2 über den stark gedämpften Serienresonanzkreis ein hochfrequenter Heizstrom fließt, der die Elektroden E1 und E2 aufheizt. Der Spannungsabfall an der Lampe beträgt während dieser Vorheizphase gerade die Summe aus dem Spannungsabfall an der Elektrodenwendel E1 und an der Elektrodenwendel E2, also bei gleichartigen Elektroden E1, E2 gleich der doppelten Heizspannung einer Elektrodenwendel.
Da der Gleichrichter GL mit seinen Eingängen 1, 2 parallel zur Lampe LP geschaltet ist, liegt während der Vorheizphase an ihm ebenfalls die hochfrequente Heizspannung der Elektrodenwendeln E1, E2 an. Diese hochfrequente Spannung wird vom Gleichrichter GL in eine pulsierende Gleichspannung verwandelt und vom Glättungskondensator C4, der parallel zum Gleichstromausgang des Gleichrichters GL geschaltet ist, geglättet, so daß am steuerbaren elektronischen Schalter S die gleichgerichtete und geglättete Heizspannung der Elektrodenwendeln E1, E2 anliegt.
Mit zunehmender Aufheizung der Elektrodenwendeln E1, E2 wächst auch ihr ohmscher Widerstand und damit die Heizspannung, d.h. der Spannungsabfall an den Elektroden E1, E2 sowie der Spannungsabfall am elektronischen Schalter S. Beim Überschreiten eines kritischen Spannungswertes öffnet der elektronische Schalter S über die Relaisspule RL den Relaiskontakt K.
Das Öffnen des Relaiskontaktes K bewirkt eine Unterbrechung des Heizkreises, so daß jeder weitere Stromfluß durch die Elektrodenwendeln E1, E2 verhindert wird. Außerdem steigt dadurch die Güte des Serienresonanzkreises an, da nun die Resonanzkapazität C1 nicht länger durch den Heizkreis überbrückt wird und eine Bedämpfung des Serienresonanzkreises durch den Widerstand der Elektrodenwendeln E1, E2 entfällt. Somit kann an der Resonanzkapazität C1 die Zündspannung für die Niederdruckentladungslampe LP bereitgestellt werden. Nach erfolgter Zündung der Lampe LP fließt durch die Relaisspule RL nur noch der Ruhe- oder Haltestrom, der erforderlich ist, um den Relaiskontakt K geöffnet zu halten. Erst nach dem Abschalten der Lampe LP bzw. der Schaltungsanordnung wird der Relaiskontakt K wieder geschlossen, so daß bei erneutem Einschalten der Lampe LP die Vorheizphase für die Elektroden E1, E2 erneut beginnt.
Der steuerbare elektronische Schalter S kann als Schwellwert- oder als Zeitschalter ausgebildet sein.
In Figur 2a ist, gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, der steuerbare elektronische Schalter S als Schwellwertschalter ausgeführt.
Der elektronische Schalter S besteht hier aus einer Zenerdiode DZ, einem Spannungsteiler mit den Widerständen R17, R18 und einem Thyristor Th, der in Serie zur Relaisspule RL geschaltet ist und dessen Gate von der Zenerdiode DZ gesteuert wird.
Während der Vorheizphase, also bei geschlossenem Relaiskontakt K, sperren die Zenerdiode DZ und der Thyristor Th, so daß durch die Relaisspule RL kein Stromfluß stattfindet. Mit wachsender Aufheizung der Elektrodenwendeln E1, E2 steigt der Spannungsabfall an den Elektrodenwendeln E1, E2 und an der Zenerdiode DZ an. Beim Überschreiten der Durchbruchspannung der Zenerdiode DZ wird diese leitend und steuert über den Spannungsabfall am Widerstand R18 die Schaltstrecke des Thyristors Th ebenfalls in die Leitfähigkeit. Dieses hat einen Stromfluß durch die Relaisspule RL und ein Öffnen des Relaiskontaktes K zur Folge. Da die Zünd- und die Brennspannung der Niederdruckentladungslampe LP größer als die Heizspannung an den Elektrodenwendeln E1, E2 sind, bleibt die Schaltstrecke des Thyristors Th im leitfähigen Zustand, so daß nach erfolgter Zündung der Lampe LP durch die Relaisspule RL der Haltestrom fließt, der erforderlich ist, um den Relaiskontakt K geöffnet zu halten.
Die Freilaufdiode D1, parallel zur Relaisspule, dient lediglich zum Schutz des Thyristors Th vor der Induktionsspannung der Relaisspule RL.
Durch geeignete Dimensionierung der Bauelemente, insbesondere C4, DZ, R17 und R18 kann die Dauer der Vorheizphase für jeden Elektrodentyp optimal eingestellt werden.
In Figur 2b ist, gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels, der steuerbare elektronische Schalter S als Zeitschalter ausgebildet. Der elektronische Schalter S besteht hier aus einem RC-Glied mit dem Widerstand R20 und dem Kondensator C20 sowie einem Thyristor Thl, der in Serie zur Relaisspule RL1 geschaltet ist. Parallel zum Kondensator C20 ist ein ohmscher Widerstand R21 angeordnet. Er dient zur Entladung des Kondensators C20 nach dem Abschalten der Schaltungsanordnung und zur Einstellung einer definierten Vorheizzeit beim Neustart.
Der Kondensator C20 wird über den Widerstand R20 auf die Schwellspannung aufgeladen, die erforderlich ist, um die Schaltstrecke des Thyristors Thl über dessen Gateanschluß in die Leitfähigkeit zu steuern, wodurch ein Stromfluß durch die Relaisspule RL1, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Figur 2a, ermöglicht wird.
Der Gleichrichter GL2, der Glättungskondensator C7 sowie der Thyristor Th1 und die Relaisspule RL1 mit der Freilaufdiode D2 haben dieselbe Funktion wie die entsprechenden Bauelemente des ersten Ausführungsbeispiels nach Figur 2a. Die Dauer der Vorheizphase der Elektrodenwendeln E1, E2 ist hier durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes und durch den Widerstand R21 bestimmt, die ihrerseits natürlich für jeden Elektrodentyp optimiert werden können (vgl. Figur 2b).
Figur 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb von zwei parallel geschalteten Niederdruckentladungslampen LP1, LP2 gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Als wesentliches Bestandteil enthält die Schaltung einen Gegentaktfrequenzgenerator, bestehend aus zwei in einer Halbbrücke angeordneten Bipolartransistoren T3, T4 mit einer hier nur schematisch dargestellten Ansteuerungsvorrichtung A' und einer Gleichspannungsversorgung G, zu deren Ausgang ein Stützkondensator C8 parallel geschaltet ist. Eine genaue Beschreibung einer solchen Ansteuerungsvorrichtung A' findet sich beispielsweise im Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (Siemens AG), auf den Seiten 147 - 148 und in der EP-OS 276 460. Parallel zu den Schaltstrecken der alternierend schaltenden Transistoren T3, T4 ist ein erster Glättungskondensator C6 geschaltet. Die Transistoren T3, T4 besitzen außerdem jeweils einen Emitterwiderstand R5 bzw. R6 und eine Rücklaufdiode D3 bzw. D4 zum Schutz ihrer Schaltstrecke. An dem Mittenabgriff M1' zwischen den beiden Bipolartransisotren T3, T4 sind über den Kopplungskondensator C10 und die Primärwicklung RKla eines Ringkerntransformators zwei parallel zueinander liegende Serienreonanzkreise angeschlossen.
Der erste Serienresonanzkreis besteht aus der Resonanzinduktivität LD1, der Resonanzkapazität C91 und der Niederdruckentladungslampe LP1, wobei die Lampe LP1 und die Resonanzkapazität C91 wechselstrommäßig parallel zueinander geschaltet sind. Analog dazu enthält der zweite Serienresonanzkreis C92 und die Niederdruckentladungslampe LP2, wobei auch hier die Lampe LP2 und die Resonanzkapazität C92 wechselstrommässig parallel zueinander geschaltet sind.
Beide Lampen LP1, LP2 weisen einen Heizkreis auf, der jeweils von den Elektrodenwendeln E10, E20 bzw. von den Elektrodenwendeln E11, E21 der entsprechenden Lampe LP1 und LP2 und einem Relaiskontakt K1 bzw. K2 gebildet wird. Die beiden Relaiskontakte K1, K2 werden von der Relaisspule RL' simultan geschaltet.
Die Relaisspule RL' wird von der Schaltstrecke des in Serie zu ihr angeordneten Thyristors Th' kontrolliert, wobei das Gate des Thyristors Th' seinerseits von der Zenerdiode DZ' und dem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R17', R18', angesteuert wird. An der Zenerdiode DZ' und dem Spannungsteiler R17', R18' liegt die vom zweiten Glättungskondensator C4' geglättete Ausgangsspannung des Gleichrichter GL' an. Der Gleichspannungsausgang des Gleichrichters GL', der Glättungskondensator C4', die Zenerdiode DZ', der Spannungsteiler R17', R18', die Relaisspule RL', die Freilaufdiode D1' und der Thyristor Th' sind vollkommen analog zum ersten Ausführungsbeispiel, das in Figur 2a dargestellt ist, verschaltet. Der Anschluß 1 des Gleichrichters GL' ist über den Abgriff M3 zum Pluspol des ersten Glättungskondensators C6 geführt, während der Anschluß 2 des Gleichrichters GL' über einen ersten Strombegrenzungskondensator C17 mit einem Abgriff M4 im ersten Serienresonanzkreis und über einen zweiten Strombegrenzungskondensator C18 mit einem Abgriff M5 im zweiten Serienresonanzkreis verbunden ist.
Über den Abgriff M3 ist auch jeweils ein Anschluß der Elektrodenwendeln E20 und E11 zum Pluspol des ersten Glättungskondensators C6 geführt, so daß der Wechselstromeingang 1, 2 des Gleichrichters GL' parallel zu beiden Lampen LP1 und LP2 geschaltet ist.
Die Schaltungsanordnung besitzt außerdem ein aktives Oberwellenfilter, das eine sinusförmige Netzstromentnahme ermöglicht. Dieses Oberwellenfilter besteht aus dem Dioden D13, D14, D15, D16 und den Kondensatoren C13, C81, C82 und den beiden Resonanzkapazitäten C91, C92. Eine ausführliche Funktionsbeschreibung eines derartigen Oberwellenfilters findet man in der US-PS 4 808 887 und soll daher hier nicht wiedergegeben werden.
Noch nicht erwähnt wurde das in Figur 3 abgebildete Bauelement R8, das ebenso wie die Primärwicklung RKla des Ringkerntransformators zur Ansteuerungsvorrichtung A' gehört und hier deshalb nicht näher erläutert werden soll.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach Figur 3 läßt sich folgendermaßen beschreiben:
Nach dem Einschalten und Anlaufen des Gegentaktfrequenzgenerators fließt vom Mittenabgriff M1' über den Kopplungskondensator ein hochfrequenter (größer als 20 kHz) Wechselstrom, der sich am Abgriff M2' in die beiden Serienresonanzkreise verzweigt, so daß über die Resonanzinduktivität LD1 und dem Abgriff M4 ein Heizstrom durch den Heizkreis der Niederdruckentladungslampe LP1, bestehend aus den Elektrodenwendeln E10, E20 und dem geschlossenen Relaiskontakt K1, zum Abgriff M3 fließt, wo er sich mit dem Heizstrom, der durch den Heizkreis der zweiten Niederdruckentladungslampe LP2, bestehend aus den Elektrodenwendeln E11, E21 und dem geschlossenen Relaiskontakt K2, fließt, vereinigt.
Bei den beiden Lampen LP1, LP2 handelt es sich um Leuchtstofflampen mit einer Leistungsaufnahme von ca. 9 W und mit gleichartigen Elektrodenwendeln E10, E20 und E11, E21.
Während der Vorheizphase beträgt der Spannungsabfall über jeder Lampe LP1, LP2 gerade die doppelte Heizspannung einer Elektrodenwendel E10, E20, E11, E21.
Da der Gleichrichter GL' parallel zu den Leuchtstofflampen LP1 und LP2 geschaltet ist, liegt zwischen den Abgriffen M6 und M7 annähernd der Spitzenwert der gleichgerichteten und durch den zweiten Glättungskondensator C4' geglätteten doppelten Elektrodenwendelspannung an.
Mit wachsender Aufheizung der Elektrodenwendeln E10, E20, E11, E21 nimmt auch deren ohmscher Widerstand und damit der Spannungsabfall über den Lampen LP1, LP2 und auch der Spannungsabfall zwischen den Abgriffen M6, M7 zu.
Überschreitet der Spannungsabfall an den Elektrodenwendeln E10, E20, E11, E21 einen kritischen Wert, so wird die Zenerdiode DZ' leitend und steuert auch die Schaltstrecke des Thyristors Th' über dessen Gate und den Spannungsabfall an Widerstand R18' in die Leitfähigkeit. Als Folge fließt durch die Relaisspule RL' ein Strom und die Relaiskontakte K1, K2 werden geöffnet, so daß beide Heizkreise unterbrochen sind.
Damit endet die Vorheizphase für die Elektroden E10, E20, E11, E21. Die Resonanzkapazitäten C91, C92 werden nun durch die Heizkreise nicht länger überbrückt, so daß aufgrund der höheren Güte der Serienresonanzkreise an den Resonanzkapazitäten C91, C92 die Zündspannung für die Leuchtstofflampen LP1, LP2 bereitgestellt werden kann.
Nach erfolgter Zündung der Lampen LP1, LP2 wird die Relaisspule RL' noch mit dem Halte- oder Ruhestrom versorgt, der ausreicht, um die Relaiskontakte K1, K2 in geöffneter Stellung zu halten. Erst beim Ausschalten der Lampen LP1, LP2 werden die Relaiskontakte K1, K2 wieder geschlossen.
Das Funktionsprinzip ist also vollkommen analog zu dem des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2a.
Die Tabelle I gibt eine geeignete Dimensionierung der Bauelemente für das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 an.
C81, C82 2,2 nF
C91, C92 4,7 nF
C13 6,8 nF
C17, C18 470 pF
DZ' BZX55/C24
LD1, LD2 3,1 mH
R5, R6 0,47 W
R17', R18' 1,8 kW
C4' 10 mF
Th' 2N5061
D1' 1N4148
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern kann beispielsweise auch für den Betrieb mehrerer parallel geschalteter Niederdruckentladungslampen angewendet werden. Es ist natürlich auch möglich, in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 die Ansteuerung der Relaisspule RL' mittels eines Zeitschalters entsprechend Figur 2b auszuführen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich auch für mehrere in Reihe geschaltete Niederdruckentladungslampen. In diesem Fall wären die Elektrodenwendeln aller Lampen in einem einzigen Heizkreis integriert, und das Relais besäße ebenso viele Relaiskontakte wie Lampen vorhanden wären, wobei diese Relaiskontakte ebenfalls in dem Heizkreis integriert wären und simultan schalten würden (von derselben Relaisspule angesteuert). Die Relaiskontakte würden dann am Ende der Vorheizphase den Heizkreis derart unterbrechen, daß die elektrische Verbindung zwischen den zur gleichen Lampe gehörenden Elektrodenwendeln unterbrochen wäre.
Außerdem kann anstatt eines elektromechanischen Relais auch ein sogenanntes elektronisches Relais verwendet werden, das aus einem Optokoppler und einem elektronischen Schalter, z.B. einem Thyristor, besteht.

Claims (6)

  1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdrukkentladungslampen, bestehend aus
    einem Gegentaktfrequenzgenerator mit einer Ansteuerungsvorrichtung (A, A') und einer Gleichspannungsversorgung (G),
    mindestens einem Serienresonanzkreis, der vom Gegentaktfrequenzgenerator mit einem Hochfrequenzsignal beaufschlagt wird und der zumindest eine Resonanzinduktivität (LD, LD1, LD2) sowie eine Resonanzkapazität (C1, C91, C92) enthält,
    Anschlüsse für mindestens eine Niederdruckentladungslampe (LP, LP1, LP2) mit Elektrodenwendeln (E1, E2, E10, E20, E11, E21), wobei jede Elektrodenwendel (E1, E2, E10, E20, E11, E21) zwei Anschlüsse aufweist,
    mindestens einem Heizkreis zum Vorheizen der Elektrodenwendeln (E1, E2, E10, E20, E11, E21) der Niederdruckentladungslampe (LP) bzw. der Niederdruckentladungslampen (LP1, LP2), mit Schaltmitteln (K, K1, K2) zum Schließen und Öffnen des Heizkreises bzw. der Heizkreise, wobei durch diese Schaltmittel (K, K1, K2) der Heizkreis bzw. die Heizkreise zwischen einem niederohmigen und einem hochohmigen Zustand geschaltet werden und die Güte des Serienresonanzkreises bzw. der Serienresonanzkreise gegenüber der Vorheizphase erhöht wird, so daß am Ende dieser Elektrodenvorheizphase an der Resonanzkapazität bzw. an den Resonanzkapazitäten (C1, C91, C92) die Zündspannung für die Niederdruckentladungslampe (LP) bzw. die Niederdruckentladungslampen (LP1, LP2) bereitgestellt werden kann,
    einem Gleichrichter (GL, GL', GL1),
    einem als Schwellwert- oder Zeitschalter ausgebildeten steuerbaren elektronischen Schalter (S, S'), der an den Gleichspannungsausgang des Gleichrichters (GL, GL', GL1) angeschlossen ist und der die Schaltmittel (K, K1, K2) in Abhängigkeit des mit der Aufheizung zunehmenden ohmschen Widerstandes der Elektrodenwendeln (E1, E2, E10, E20, E11, E21) betätigt,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem elektronischen Schalter (S, S') eine durch den Gleichrichter (GL, GL', GL1) gleichgerichtete Heizspannung, die während der Vorheizphase zwischen den beiden Anschlüssen zumindest einer Elektrodenwendel (E1, E2, E10, E20, E11, E21) abfällt, zugeführt wird.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mindestens zwei parallel zueinander geschaltete Niederdruckentladungslampen (LP1, LP2) enthält, die jeweils einen Heizkreis zum Vorheizen ihrer Elektroden (E10, E20, E11, E21) besitzen, und die Schaltmittel als Relais ausgebildet sind, dessen Relaiskontakte (K1, K2) jeweils in einen Heizkreis integriert sind.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mindestens zwei in Reihe geschaltete Niederdruckentladungslampen enthält, wobei die Elektrodenwendeln dieser Lampen in einem gemeinsamen Heizkreis zum Vorheizen der Elektrodenwendeln integriert sind.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel als Relais ausgebildet sind und der steuerbare elektronische Schalter (S) einen Thyristor (Th, Th') sowie eine Zenerdiode (DZ, DZ') aufweist, wobei die Zenerdiode (DZ, DZ') an das Gate des Thyristors (Th, Th') angeschlossen ist und der Thyristor (Th, Th') in Serie zur Relaisspule (RL, RL') des Relais geschaltet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel als Relais ausgebildet sind und der steuerbare elektronische Schalter (S) einen Thyristor (Th1) sowie ein RC-Glied (R20, C20) aufweist, wobei das RC-Glied (R20, C20) mit dem Gate des Thyristors (Th1) verbunden ist und der Thyristor (Th1) in Serie zur Relaisspule (RL1) des Relais geschaltet ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mindestens einen Strombegrenzungskondensator (C5, C17, C18) aufweist, der mit dem Wechselstromeingang des Gleichrichters (GL, GL', GL1) verbunden ist.
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