EP0707438B1 - Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe - Google Patents

Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe Download PDF

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EP0707438B1
EP0707438B1 EP95116198A EP95116198A EP0707438B1 EP 0707438 B1 EP0707438 B1 EP 0707438B1 EP 95116198 A EP95116198 A EP 95116198A EP 95116198 A EP95116198 A EP 95116198A EP 0707438 B1 EP0707438 B1 EP 0707438B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
lamp
switch
inverter
circuit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95116198A
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English (en)
French (fr)
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EP0707438A2 (de
EP0707438A3 (de
Inventor
Siegfried Luger
Thomas Marinelli
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Tridonic Bauelemente GmbH
Original Assignee
Tridonic Bauelemente GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE19501695A external-priority patent/DE19501695B4/de
Application filed by Tridonic Bauelemente GmbH filed Critical Tridonic Bauelemente GmbH
Publication of EP0707438A2 publication Critical patent/EP0707438A2/de
Publication of EP0707438A3 publication Critical patent/EP0707438A3/de
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    • H05B41/2981—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2985—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a ballast for at least one gas discharge lamp according to the preamble of claim 1, and a method for operating a Gas discharge lamp with such a ballast.
  • ballasts are usually used for Gas discharge lamps preheated the lamp electrodes before the ignition voltage between them. It has been shown that the measure Lamp life is significantly extended.
  • the gas discharge lamp in the Usually operated on a series resonant circuit the resonant circuit capacitor in generally lies parallel to the discharge path of the gas discharge lamp.
  • the electrodes the lamp are designed as heating coils through which the current of the resonant circuit flows when the lamp is not lit.
  • the frequency is compared to Resonance frequency of the resonance circuit changed so that the above Resonance capacitor and thus no voltage above the gas discharge lamp Ignition of the gas discharge lamp causes. In this way an im flows substantially more constant current through the helixes Lamp electrodes so that they are preheated.
  • the frequency is set close to the resonance frequency of the resonance circuit, whereby the voltage across the resonance capacitor increases so that the Gas discharge lamp ignites.
  • EP 0 589 081 A1 a suitable circuit arrangement described.
  • This points in Resonance circuit on the primary winding of a heating transformer the Secondary windings are connected in parallel to the connections of the heating coils. In this way it is possible to use the heating coils even in ignited mode To supply energy.
  • is parallel to the primary winding Heating transformer provided a controllable switch, which, if necessary, the Bridges the primary winding and thus simultaneously heats the heating coils prevents.
  • a further circuit arrangement is known from WO 93 12631 A, which a Describes electronic ballast according to the preamble of claim 1.
  • a lamp is connected to a coil and a series resonant circuit Capacitor ignited.
  • the series resonance circuit is between a center tap two alternating switches of an inverter are connected. With a The lamp filament is coupled to a switch which can be controlled via a relay and which is in closed condition shorts the lamp electrodes.
  • the lamp contact is closed the relay contact, so that over the coil of the Series resonance circuit as well as the electrode coils and the switch high-frequency heating current flows, which heats the electrodes of the lamp.
  • the electrode coils heat up, it grows their ohmic resistance, so that accordingly the voltage drop to the Electrodes and at the switch rises.
  • Threshold the switch is opened using the relay, causing the heating circuit interrupted and a current flow through the electrode coils is prevented. Since the Capacity of the resonant circuit is no longer bridged by the heating circuit damping the series resonant circuit, and the lamp can be ignited. There even with this arrangement, the series resonance circuit is temporarily dampened also the problems described above.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a ballast for at least one gas discharge lamp and a method for operating a To create gas discharge lamp with such a ballast, so that always a reliable, the lamp-sparing operation is guaranteed.
  • the further switch is switched so that the lamp only with Heating current is supplied if these are heated due to their operating state got to. This means that only as much energy as is absolutely necessary for heating the Lamp consumed.
  • the claims 24 relate advantageously to embodiments of the invention Ballast.
  • the gas discharge lamp is operated within the permissible operating range for the heating output guaranteed.
  • FIG. 1 the essential parts of an embodiment are Ballast shown for a gas discharge lamp.
  • This first has one Inverter consisting of the controllable switches S1 and S2, which by means of an inverter control circuit 1 can be driven in push-pull. Thus in Switch one switch on and the other off.
  • the two Inverter switches S1 and S2 are connected in series between a positive one Supply voltage and ground switched.
  • the load circuit is connected.
  • This consists of one Series resonance circuit, which consists of a resonance circuit coil L1 and a Resonant circuit capacitor C3 is composed.
  • the resonant circuit capacitor is C3 with its one terminal connected to ground.
  • connection node between the resonance circuit capacitor C3 and the resonance circuit coil L1 is one Connection of a coupling capacitor C2 connected.
  • the other connection of the Coupling capacitor C2 is with one of two cathodes, a gas discharge lamp LA connected.
  • the two cathodes of the gas discharge lamp LA each have two Connections, between each of which a heating coil for heating the respective cathode is provided.
  • the not connected to the coupling capacitor C2 Electrode of the gas discharge lamp LA has a connection K3 to ground connected.
  • a heating transformer T is also provided, which has two windings on the primary side T1 and T3 and two secondary windings T2 and T4.
  • the one primary winding T1 is with its one connection to the connection node of the two inverter switches S1 and S2 connected and with their second Connection connected to the second primary winding T3.
  • This is again connected to a connection of a further controllable switch S3.
  • the second Connection of the further controllable switch S3 is in turn with a resistor R1 connected, which on the other hand is connected to ground. This results in a Series connection from the two primary-side windings of the heating transformer, the further controllable switch S3 and resistor R1, which are parallel to Inverter switch S2 are switched.
  • the further controllable switch S3 is in turn assigned to it by one Switching control 2 operated.
  • the two secondary windings T2 and T4 of the heating transformer T are over Series connections with respective diodes D3 and D4 each with one of the two Electrodes of the gas discharge lamp LA connected.
  • the winding T2 is over the Diode D3 with the heating coil connections K3 and K4 of one electrode and Winding T4 via the diode D4 with the heating coil connections K1 and K2 second electrode connected.
  • the cathode is connected to the positive supply voltage.
  • a diode D2 switched, the anode connection to ground connected is. This diode can be omitted when using FET transistors, if the transistors used have already integrated a diode circuit.
  • control signals for the inverter switch S1 are shown in curve I, which periodically switch between levels L and H.
  • the period length is PO, the signal being at level H for the duration tO.
  • the inverter switch S1 is closed as long as it is at level H is controlled.
  • the second inverter switch S2 switches, as before already explained, alternating with switch S1.
  • the resonance circuit is dimmed, i.e. the stronger the period PO deviates from the resonance frequency of the series resonance circuit, the stronger the Lamp dimmed, i.e. the darker it is.
  • Such an operation alone would have, like previously mentioned, with the result that the lamp would age to an increased extent.
  • control circuit 2 of the further controlled switch S3 to couple a coupling 3 to the inverter control circuit 1.
  • Curves I and II are identical, so that switches S1 and S3 are in common mode switch and are switched on or off at the same time. It follows that then when the switch S1 is turned on, a primary-side current at the same time through the windings T1 and T3 of the heating transformer T over the closed further controllable switch S3 and the resistor R1 from the positive Supply voltage connection flows to ground. Since it is according to curve II in FIG. 3 an interrupted current, i.e. no direct current, is acting according to the Laws of magnetic induction on the secondary side of the Heating transformer, i.e.
  • the inverter can be dimmed the gas discharge lamp LA.
  • the heating power of the Adapt electrode heating can be done according to curves II to VII in FIG. 2 in that not every time the inverter switch S1 is switched on further controlled switch S3 is also turned on. Rather, longer ones Clock periods P1 to P5 can be provided, for example, the period lengths P1 to P5 are an integer multiple of the cycle period of the inverter switch S1.
  • heating output to set is to switch the switching time in which the switch S3 is turned on change. While in curves II to VII the switch S3 is just as long is switched on like switch S1, and only the time during which switch S3 is switched off, is varied, switch S3 is significantly shorter according to curve VIII switched on. At the same time, this reduces the achievable heating current through the Heating coil.
  • curves 1 and 3 are the maximum and Minimum heating current in recommended by the manufacturer of a gas discharge lamp Dependence on the degree of dimming is shown. With curve 2 is the one with the previous one circuit and control method achievable heating current shown. From figure 4 it is thus clear that a heating current for the gas discharge lamp is easily adjustable, which is just above the minimum required heating current.
  • FIG. 5 shows a representation which shows the adjustable heating current as a function on the number of switch-on pulses omitted with respect to switch S1, i.e. which represents a correspondingly extended period. If the number of omitted switch-on pulses is 0 - as in II of Figure 2 - is a maximum Heating current achievable. This value can be reduced almost continuously.
  • FIG. 3 a circuit variant of the heating transformer T is shown. Here are not two windings connected in series on the primary side but one over a core wound winding T1 'is provided which is the secondary windings Operate T2 and T4.
  • the circuit arrangements described above are initially one pure control, in which the dependency between the switching frequency PO of the Inverter and the switching frequency of the further controllable switch S3 is specified. Nevertheless, regulation is of course also conceivable.
  • the lamp current is measured in a manner known per se and the Control circuits 1 and 2 supplied (not shown).
  • Heating current proportional voltage across resistor R1 can be measured and the value of the heating current via a heating current detector 4 as the signal Inverter control circuits are supplied. In this way the heating current directly adjustable depending on the lamp current by means of control.
  • This arrangement also has the advantage that it can also be detected when a There is a broken coil, i.e. the lamp is defective and if the lamp is out of Arrangement was removed.
  • a reinstallation of the lamp LA is detected, so that the Inverter can be operated so that the lamp LA automatically after insertion ignites.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, und ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe mit einem derartigen Vorschaltgerät.
Üblicherweise werden heutzutage bei hochwertigen Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen die Lampenelektroden vorgeheizt, bevor die Zündspannung zwischen diesen angelegt wird. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Lampenlebensdauer in erheblichem Maße verlängert wird.
Wie z.B. in der EP 0 594 880 A1 beschrieben, wird die Gasentladungslampe in der Regel an einem Serienschwingkreis betrieben, wobei der Schwingkreiskondensator in der Regel parallel zur Entladungsstrecke der Gasentladungslampe liegt. Die Elektroden der Lampe sind als Heizwendeln ausgebildet, durch die der Strom des Schwingkreises bei nicht gezündeter Lampe fließt. Im Vorheizbetrieb wird die Frequenz gegenüber der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises so verändert, daß die über dem Resonanzkondensator und damit über der Gasentladungslampe liegende Spannung keine Zündung der Gasentladungslampe verursacht. Auf diese Weise fließt ein im wesentlichen konstanterer Strom durch die als Wendeln ausgeführten Lampenelektroden, so daß diese vorgeheizt werden. Nach Ablauf der Vorheizphase wird die Frequenz in die Nähe der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises eingestellt, wodurch die Spannung über dem Resonanzkondensator sich so erhöht, daß die Gasentladungslampe zündet.
Bei hochwertigen Vorschaltgeräten ist es heutzutage üblich, auch einen Dimmbetrieb für die Gasentladungslampe vorzusehen. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß bei starker Dimmung ein vorzeitiges Altern der Gasentladungslampe einsetzt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich eine Anordnung vorzusehen, bei der die Elektroden der Gasentladungslampe auch im gezündeten Betrieb beheizbar sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Beheizung der Elektroden in Abhängigkeit vom Dimmgrad einzustellen, d.h. je stärker die Lampe gedimmt ist - also umso dunkler sie ist - desto stärker muß sie beheizt werden.
Hierfür ist aus der EP 0 589 081 A1 eine geeignete Schaltungsanordnung beschrieben. Diese weist im Resonanzkreis die Primärwicklung eines Heiztransformators auf, dessen Sekundärwicklungen parallel zu den Anschlüssen der Heizwendeln angeschlossen sind. Auf diese Weise ist es möglich auch im gezündeten Betrieb die Heizwendeln mit Energie zu versorgen. Des weiteren ist parallel zur Primärwicklung des Heiztransformators ein steuerbarer Schalter vorgesehen, der bei Bedarf die Primärwicklung überbrückt und somit gleichzeitig das Beheizen der Heizwendeln unterbindet.
Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß durch das Vorsehen der Primärwicklung des Heiztransformators im Serienresonanzkreis dieser zumindest solange wie ein Beheizen der Wendeln erforderlich ist, d.h. der zur Primärwicklung parallel geschaltete Schalter geöffnet ist, den Resonanzkreis bedämpft. Dies führt zu einer Verstimmmung des Resonanzkreises, so daß ein sicheres Zünden und somit ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr uneingeschränkt gewährleistet ist.
Eine weitere Schaltungsanordnung ist aus der WO 93 12631 A bekannt, die ein elektronisches Vorschaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschreibt. Dabei wird eine Lampe über einen Serienresonanzkreis mit einer Spule und einem Kondensator gezündet. Der Serienresonanzkreis ist an einen Mittelabgriff zwischen zwei alternierend geschalteten Schaltern eines Wechselrichters angeschlossen. Mit einer Lampenwendel ist ein über ein Relais ansteuerbarer Schalter gekoppelt, der in geschlossenem Zustand die Lampenelektroden kurzschließt. Zum Vorheizen der Lampenwendeln wird der Relaiskontakt geschlossen, so daß über die Spule des Serienresonanzkreises sowie die Elektrodenwendeln und den Schalter ein hochfrequenter Heizstrom fließt, der die Elektroden der Lampe aufheizt. Im Vorheizbetrieb ist der Kondensator des Serienresonanzkreises durch die kurzgeschlossenen Lampenelektroden der Lampe überbrückt und der Serienresonanzkreis ist stark gedämpft. Mit Aufheizung der Elektrodenwendeln wächst deren ohmscher Widerstand, so daß entsprechend der Spannungsabfall an den Elektroden sowie am Schalter ansteigt. Beim Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes wird der Schalter mit Hilfe des Relais geöffnet, wodurch der Heizkreis unterbrochen und ein Stromfluß über die Elektrodenwendeln verhindert wird. Da die Kapazität des Resonanzkreises nicht mehr durch den Heizkreis überbrückt wird, entfällt die Bedämpfung des Serienresonanzkreises, und die Lampe kann gezündet werden. Da auch bei dieser Anordnung zeitweise der Serienresonanzkreis bedämpft wird, treten ebenfalls die oben beschriebenen Probleme auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe mit einem derartigen Vorschaltgerät zu schaffen, so daß stets ein zuverlässiger, die Lampe schonender Betrieb gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 14 oder 15 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist gewährleistet, daß der Serienresonanzkreis unbeeinflußt und somit ungedämpft arbeiten kann. Weiterhin ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, in Abhängigkeit vom über den Wechselrichter bestimmten Dimmgrad der Gasentladungslampe die jeweils notwendige Heizspannung einzustellen. Zusätzlich ist es bei der Verwendung unterschiedlicher Lampen an ein und demselben Vorschaltgerät möglich, die für die jeweils gewählte Lampe notwendige Heizleistung zur Verfügung zu stellen, ohne dabei die Betriebsbedingungen der Lampe zu beeinflussen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
So ist es insbesondere für die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts vorteilhaft, daß der weitere Schalter so geschaltet ist, daß die Lampe nur dann mit Heizstrom versorgt wird, wenn diese aufgrund ihres Betriebszustandes beheizt werden muß. Somit wird nur soviel Energie wie unbedingt notwendig für das Beheizen der Lampe verbraucht.
Die Ansprüche 24 betreffen vorteilhaft Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
Gemäß der Unteransprüche 5-8, sind Ausgestaltungen vorgesehen, die sicherstellen, daß die Steuerung des zusätzlichen Schalters unter Berücksichtigung der Ansteuerung des Wechselrichters möglichst einfach gehalten ist und gleichzeitig variabel bleibt, um die notwendige Heizleistung möglichst genau einstellen zu können.
Gemäß der Unteransprüche 9-13 sind Ausgestaltungen des Heizkreises angegeben, die den vorteilhaften Einsatz eines Heiztransformators verwenden und ebenfalls einen möglichst einfachen und sicheren Schaltungsaufbau gewährleisten.
Gemäß Unteranspruch 16 ist ein Betreiben der Gasentladungslampe innerhalb des zulässigen Betriebsbereiches für die Heizleistung gewährleistet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen näher erläutert.
Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Vorschaltgerätes,
  • Fig. 2 Steuersignale der Schalter S1 und S3 gemäß Fig. 1,
  • Fig. 3 eine Variante des in Fig. 1 vorgesehenen Heiztransformators,
  • Fig. 4 ein Beispiel eines einstellbaren Heizstromes in Abhängigkeit vom Dimmgrad,
  • Fig. 5 eine Darstellung des effektiven Heizstroms in Abhängigkeit von der Pulsanzahl und
  • Fig. 6 eine Darstellung der effektiven Heizspannung bzw. Heizleistung in Abhängigkeit von der Pulsanzahl.
    • In Figur 1 sind die wesentlichen Teile eines Ausführungsbeispiels eines Vorschaltgerätes für eine Gasentladungslampe dargestellt. Dieses weist zunächst einen Wechselrichter auf, der aus den steuerbaren Schaltern S1 und S2 besteht, die mittels einer Wechselrichtersteuerschaltung 1 im Gegentakt angesteuert werden. Somit sind im Wechsel jeweils ein Schalter ein und der andere ausgeschaltet. Die beiden Wechselrichterschalter S1 und S2 sind in Serienschaltung zwischen einer positiven Versorgungsspannung und Masse geschaltet. Am gemeinsamen Knotenpunkt der beiden Wechselrichterschalter S1, S2 ist der Lastkreis angeschlossen. Dieser besteht aus einem Serienresonanzkreis, der sich aus einer Resonanzkreis-Spule L1 und einem Resonanzkreis-Kondensator C3 zusammensetzt. Der Resonanzkreis-Kondensator C3 ist mit seinem einen Anschluß mit Masse verbunden. An dem Verbindungsknoten zwischen dem Resonanzkreis-Kondensator C3 und der Resonanzkreis-Spule L1 ist der eine Anschluß eines Koppelkondensators C2 angeschlossen. Der andere Anschluß des Koppelkondensators C2 ist mit einer von zwei Kathoden, einer Gasentladungslampe LA verbunden. Die beiden Kathoden der Gasentladungslampe LA weisen jeweils zwei Anschlüsse auf, zwischen denen jeweils eine Heizwendel für das Beheizen der jeweiligen Kathode vorgesehen ist. Die nicht am Koppelkondensator C2 angeschlossene Elektrode der Gasentladungslampe LA ist mit einem Anschluß K3 mit Masse verbunden.
    Weiterhin ist ein Heiztransformator T vorgesehen, der zwei primärseitige Wicklungen T1 und T3 sowie zwei sekundärseitige Wicklungen T2 und T4 aufweist. Die eine primärseitige Wicklung T1 ist mit ihrem einem Anschluß an dem Verbindungsknoten der beiden Wechselrichterschalter S1 und S2 angeschlossen und mit ihrem zweiten Anschluß mit der zweiten primärseitigen Wicklung T3 verbunden. Diese ist wiederum mit einem Anschluß eines weiteren steuerbaren Schalters S3 verbunden. Der zweite Anschluß des weiteren steuerbaren Schalters S3 ist wiederum mit einem Widerstand R1 verbunden, der andererseits an Masse angeschlossen ist. Somit ergibt sich eine Serienschaltung aus den beiden primärseitigen Wicklungen des Heiztransformators, dem weiteren steuerbaren Schalter S3 und dem Widerstand R1, die parallel zum Wechselrichterschalter S2 geschaltet sind.
    Der weitere steuerbare Schalter S3 wird wiederum von einer ihm zugeordneten Schaltsteuerung 2 betrieben.
    Die beiden sekundärseitigen Wicklungen T2 und T4 des Heiztransformators T sind über Serienschaltungen mit jeweiligen Dioden D3 und D4 jeweils mit einer der beiden Elektroden der Gasentladungslampe LA verbunden. Somit ist die Wicklung T2 über die Diode D3 mit den Heizwendelanschlüsssen K3 und K4 der einen Elektrode und die Wicklung T4 über die Diode D4 mit den Heizwendelanschlüssen K1 und K2 der zweiten Elektrode verbunden.
    Schließlich ist an dem Verbindungsknoten zwischen dem weiteren Schalter S3 und der Sekundärwicklung T3 eine Diode D1 mit ihrer Anode angeschlossen, deren Kathode mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist. Schließlich ist parallel zum Wechselrichterschalter S2 eine Diode D2 geschaltet, deren Anodenanschluß mit Masse verbunden ist. Diese Diode kann bei Verwendung von FET-Transistoren entfallen, sofern die verwendeten Transistoren eine Diodenschaltung bereits integriert haben.
    Nachfolgend wird ein vorteilhafter Betrieb der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben.
    In Figur 2 sind in Kurve I Steuersignale für den Wechselrichterschalter S1 dargestellt, die periodisch zwischen Pegeln L und H wechseln. Die Periodenlänge beträgt PO, wobei das Signal über die Dauer tO auf dem Pegel H liegt. Nunmehr sei angenommen, daß der Wechselrichterschalter S1 geschlossen ist, solange er mit dem Pegel H angesteuert wird. Gleichzeitig schaltet der zweite Wechselrichterschalter S2, wie zuvor bereits erläutert, im Wechsel zum Schalter S1.
    Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß sich in dem angeschlossenen Serienresonanzkreis eine Schwingung der Periodendauer der Steuersignale an den Wechselrichterschaltern ausbildet, wobei dann, wenn die Periodendauer PO in der Nähe der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises liegt, die Gasentladungslampe LA zündet.
    Durch ein Erhöhen der Schaltfrequenz des Wechselrichters über die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises erfolgt ein Dimmen der Lampe, d.h. umso stärker die Periode PO von der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises abweicht, desto stärker ist die Lampe gedimmt, d.h. umso dunkler ist sie. Ein derartiger Betrieb allein hätte, wie bereits zuvor erwähnt, zur Folge, daß die Lampe in erhöhtem Maße altern würde.
    Daher ist vorgesehen, die Steuerschaltung 2 des weiteren gesteuerten Schalters S3 über eine Kopplung 3 mit der Wechselrichtersteuerschaltung 1 zu koppeln. Dies erfolgt gemäß Figur 3 in der Form, daß der weitere steuerbare Schalter S3 nur eingeschaltet ist, wenn auch der Wechselrichterschalter S1 eingeschaltet. ist. Dies entspricht der Synchronisation der Steuersignale gemäß der Kurve I und der Steuersignale für den Schalter S3 gemäß der Kurven II bis VIII.
    Die Kurven I und II sind identisch, so daß die Schalter S1 und S3 im Gleichtakt schalten und dabei gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet sind. Hieraus ergibt sich, daß dann, wenn der Schalter S1 eingeschaltet ist, gleichzeitig ein primärseitiger Strom durch die Wicklungen T1 und T3 des Heiztransformators T über den geschlossenen weiteren steuerbaren Schalter S3 und den Widerstand R1 vom positiven Versorgungsspannungsanschluß nach Masse fließt. Da es sich gemäß Kurve II in Fig. 3 um einen unterbrochenen Strom, d.h. kein Gleichstrom, handelt, wird gemäß der Gesetzmäßigkeiten der magnetischen Induktion auf die Sekundärseite des Heiztransformators, d.h. in die Wicklungen T2 und T4, mit dem gleichen Takt eine Spannung induziert, die einen Strom zur Folge hat, der wie beschrieben, die daran angeschlossenen Heizwicklungen durchfließt und somit zu einem Beheizen der Elektroden der Gasentladungslampe LA führt. Sobald der weitere steuerbare Schalter S3 geöffnet wird, wird der Stromfluß durch die Wicklungen T1 und T3 unterbrochen, so daß sich aufgrund der bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten ein abrupter Spannungsanstieg am Verbindungsknoten zwischen dem Schalter S3 und der Wicklung T3 ergibt. Dieser Spannungsanstieg wird durch die Diode D1 auf den Wert der positiven Versorgungsspannung begrenzt. In den Schaltphasen, in denen der Schalter S3 geöffnet ist, ergibt sich somit durch das Entladen der in dem Heiztransformator gespeicherten Energie eine Entmagnetisierung. Auch die Dioden D3 und D4 sind zur Entmagnetisierung des Heiztransformators T notwendig.
    Wie bereits zuvor erwähnt, kann durch Veränderung der Taktfrequenz des Wechselrichters letztendlich die Gasentladungslampe LA gedimmt werden. Um die Lebensdauer einer Gasentladungslampe jedoch nicht unnötig zu vermindern, ist es hierbei notwendig, entsprechend dem Dimmgrad, die Heizleistung der Elektrodenheizung anzupassen. Dies kann gemäß der Kurven II bis VII in Fig. 2 dadurch erfolgen, daß nicht bei jedem Einschalten des Wechselrichterschalters S1 der weitere gesteuerte Schalter S3 ebenfalls eingeschaltet ist. Vielmehr können längere Taktperioden P1 bis P5 beispielsweise vorgesehen sein, wobei die Periodendauern P1 bis P5 ein ganzzahliges Vielfaches der Taktperiode des Wechselrichterschalters S1 sind.
    Mit anderen Worten, bei ungedimmten bzw. schwachgedimmtem Betrieb der Lampe ist keine, bzw. nur eine geringe Heizleistung notwendig, so daß beispielsweise für den weiteren gesteuerten Schalter S3 eine Schaltperiode P5 gemäß Kurve VII vorgesehen sein könnte. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, daß im ungedimmten Betrieb die Wärmeentwicklung der Elektroden so groß ist, daß kein zusätzliches Beheizen der Elektroden notwendig ist. In diesem Fall bleibt der weitere steuerbare Schalter S3 geöffnet, so daß keine Energie für zusätzliche Heizleistung verbraucht wird, wodurch die Anordnung mit dem größt möglichen Wirkungsgrad arbeitet. Es ist somit ein aufbringen von Heizleistung erst dann notwendig, wenn durch das Dimmen die eigene Wärmeerzeugung nicht ausreichend ist.
    Einhergehend mit einer stärkeren Dimmung der Gasentladungslampe LA muß zum Vorsehen einer höheren Heizleistung, d.h. eines häufiger wiederkehrenden Heizstroms, die Taktperiode am weiteren Schalter S3 vermindert werden, bis sie beim höchsten Dimmgrad zu einer maximalen Heizleistung gelangt. Diese entspricht der Kurve II, bei der, wie bereits oben erwähnt, die Schalter S3 und S1 im Gleichtakt arbeiten.
    Eine weitere alternativ und auch zusätzlich anwendbare Möglichkeit die Heizleistung einzustellen, besteht darin, die Schaltdauer in der der Schalter S3 eingeschaltet ist, zu verändern. Während in den Kurven II bis VII der Schalter S3 genauso lang eingeschaltet ist wie der Schalter S1, und nur die Zeit in der der Schalter S3 ausgeschaltet ist, variiert wird, ist gemäß Kurve VIII der Schalter S3 deutlich kürzer eingeschaltet. Dies verringert gleichzeitig den erzielbaren Heizstrom durch die Heizwendel.
    In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist mit den Kurven 1 und 3 der maximale und minimale vom Hersteller einer Gasentladungslampe empfohlene Heizstrom in Abhängigkeit vom Dimmgrad dargestellt. Mit der Kurve 2 ist der mit der zuvor beschriebenen Schaltung und Ansteuerweise erzielbare Heizstrom dargestellt. Aus Figur 4 wird somit deutlich, daß ein Heizstrom für die Gasentladungslampe gut einstellbar ist, der knapp oberhalb des minimal notwendigen Heizstromes liegt.
    In Figur 5 ist eine Darstellung gezeigt, die den einstellbaren Heizstrom in Abhängigkeit von der Anzahl der gegenüber dem Schalter S1 ausgelassenen Einschaltimpulse, d.h. der entsprechend ganzzahlig verlängerten Periodendauer darstellt. Wenn die Anzahl der ausgelassenen Einschaltimpulse gleich 0 ist - wie in II der Figur 2 - ist ein maximaler Heizstrom erzielbar. Dieser Wert ist nahezu kontinuierlich absenkbar.
    Weiterhin ergibt sich gemäß Figur 6 eine maximale Heizspannung, wobei mit dieser Spannung, wie ebenfalls in Figur 6 dargestellt ist, eine maximale Heizleistung erzielbar ist. Entsprechend der kontinuierlichen Veränderbarkeit von Heizstrom und Heizspannung ist folglich, wie dargestellt, ein kontinuierliches Verändern der Heizleistung einstellbar.
    Dies zeigt, daß mit einfachen Mitteln im wesentlichen unabhängig vom Betrieb der Gasentladungslampe die Heizleistung einstellbar ist. Dies führt dazu, daß die zuvor erläuterte Schaltung nicht allein zum Anpassen des Dimmgrades sondern für die Anpassung der Heizleistung beim Einsatz unterschiedlicher Lampen an deren Erfordernisse sowohl beim Vorheizen als auch im Dimmbetrieb verwendbar ist.
    Gemäß Figur 3 ist eine Schaltungsvariante des Heiztransformators T dargestellt. Hierbei sind primärseitig nicht zwei in Serie geschaltete Wicklungen sondern eine einzige über einen Kern gewickelte Wicklung T1' vorgesehen, die die sekundärseitigen Wicklungen T2 und T4 betreiben.
    Bei den zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen handelt es sich zunächst um eine reine Steuerung, bei der die Abhängigkeit zwischen der Schaltfrequenz PO des Wechselrichters und der Schaltfrequenz des weiteren steuerbaren Schalters S3 vorgegeben ist. Gleichwohl ist selbstverständlich auch eine Regelung denkbar. In einem solchen Fall wird der Lampenstrom in an sich bekannter Weise gemessen und den Steuerschaltungen 1 und 2 zugeführt (nicht dargestellt). Zusätzlich kann eine dem Heizstrom proportionale Spannung am Widerstand R1 gemessen werden und der Wert des Heizstromes über einen Heizstromdetektor 4 als Signal den Wechselrichtersteuerschaltungen zugeführt werden. Auf diese Weise ist der Heizstrom direkt in Abhängigkeit des Lampenstroms mittels Regelung einstellbar.
    Diese Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß zusätzlich erfaßbar wird, wenn ein Wendelbruch vorliegt, also die Lampe defekt ist und wenn die Lampe aus der Anordnung entfernt wurde. Durch dieses Erfassen über den Heizstromdetektor 4 und das Weiterleiten der Infromation an die Wechselrichtersteuerschaltung 1 kann dem sogleich die Lampenspannung mittels Verändern der Wechselrichterfrequenz vermindert werden. Gleichfalls wird ein Wiedereinsetzen der Lampe LA erfaßt, so daß der Wechselrichter so betreibbar ist, daß die Lampe LA nach dem Einsetzen automatisch zündet.

    Claims (16)

    1. Vorschaltgerät für mindestens eine Gasentladungslampe,
      mit einem Wechselrichter, der zwei in Serie liegende, an eine Gleichspannungsquelle angeschlossene und im Gegentakt geschaltete Schalter (S1, S2) aufweist,
      mit einem an den Wechselrichter angeschlossenen Lastkreis, der einen Serienresonanzkreis (L1, C1) und die Gasentladungslampe (LA) enthält,
      mit einem ebenfalls an den Wechselrichter angeschlossenen Heizkreis (T, S3, R1) zur Stromversorgung von Lampenwendeln der Gasentadungslampe (LA), wobei der Heizkreis parallel zu einem der beiden Schalter des Wechselrichters geschaltet ist und einen weiteren steuerbaren Schalter (S3) zur Steuerung des Heizstroms enthält,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Heizkreis einen Heiztransformator (T) aufweist, der primärseitig zu dem einen Schalter (S1, S2) des Wechselrichters parallel geschaltet und sekundärseitig mit den Lampenwendeln der Gasentladungslampe (LA) verbunden ist.
    2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der weitere steuerbare Schalter (S3) so geschaltet ist, daß die Lampe (LA) nur dann mit Heizstrom versorgt wird, wenn der Wechselrichter-Schalter (S2), zu dem der Lastkreis parallel geschaltet liegt, geöffnet ist.
    3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lastkreis parallel zu einem Schalter des Wechselrichters liegt,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Heizkreis (T, S3, R1) parallel zu dem Schalter des Wechselrichters geschaltet ist, zu dem auch der Lastkreis (L1, C1, LA) parallel liegt.
    4. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Heizkreis (T, S3, R1) parallel zu dem Schalter (S1) geschaltet ist, der mit dem Schalter (S2) des Wechselrichters, zu dem der Lastkreis (L1, C1, LA) parallel liegt, in Serie geschaltet ist.
    5. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schaltperiode des weiteren steuerbaren Schalters (S3) um ein ganzzahlig Vielfaches der Taktperiode des Wechselrichters veränderbar ist.
    6. Vorschaltgerät nach einem Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Zeitabschnitt in dem der weitere steuerbare Schalter (S3) die Heizvorrichtung mit Heizstrom versorgt, kürzer ist, als der Zeitabschnitt in dem der Wechselrichterschalter (S2), zu dem der Lastkreis parallel liegt, geöffnet ist.
    7. Vorschaltgerät nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Zeitabschnitt, in dem der weitere steuerbare Schalter (S3) den Heizkreis mit Strom versorgt, einstellbar ist.
    8. Vorschaltgerät nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Einstellung des Zeitraumes und/oder der Schaltperiode in Abhängigkeit des Stromes im Lastkreis (L1, C1, LA) erfolgt.
    9. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Heiztransformator (T) für jede Lampenwendel eine eigene sekundärseitige Wicklung (T2,T4) aufweist und primärseitig eine gemeinsame Wicklung (T1') oder den sekundärseitigen Wicklungen (T2,T4) entsprechende Wicklungen (T1,T3) aufweist, die in Serienschaltung miteinander verbunden sind.
    10. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der weitere steuerbare Schalter (S3) mit der Primärseite des Heiztransformators (T) in Serienschaltung verbunden ist.
    11. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß in Serie mit dem weiteren steuerbaren Schalter (S3) eine Impedanz, vorzugsweise ein ohmscher Widerstand liegt, wobei der Spannungsabfall über dieser Impedanz als Detektionssignal für einen fließenden Heizstrom und damit für einen Heizwendelbruch bzw. das Fehlen bzw. einem Gasdefekt der Lampe (LA) verwendet ist.
    12. Vorschaltgerät nach Anspruch 11,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Spannungsabfall über diese Impedanz als Detektionssignal für das Wiedereinsetzen einer Lampe verwendet ist.
    13. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß eine Schaltungsanordnung zum Entmagnetisieren des Heiztransformators (T) vorgesehen ist, die den Heiztransformator (T) entmagnetisiert, wenn dieser keinen Heizstrom den Lampenwendeln zuführt.
    14. Verfahren zum Betreiben eines Vorschaltgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß mit dem weiteren steuerbaren Schalter nach Zünden der Lampe die Heizung bis auf weiteres abgeschaltet wird.
    15. Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe mit einem Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
      bei dem beim Vorheizen der Lampenelektroden, die Schalter (S1, S2) des Wechselrichters mit maximaler Taktfrequenz betrieben werden und
      bei dem zum Zünden der Gasentladungslampe (LA) die Taktfrequenz bis in die Nähe der Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises (L1, C3) abgesenkt wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß beim Vorheizen der weitere steuerbare Schalter (S3) mit einer Taktfrequenz betrieben wird, die das Heizen mit maximal zulässiger Heizleistung ermöglicht.
    16. Verfahren nach Anspruch 15,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß nach dem Zünden der Gasentladungslampe (LA) die Taktfrequenz des weiteren steuerbaren Schalters (S3) in Abhängigkeit von einem Dimmzustand der Gasentladungslampe (LA) eingestellt wird, so daß die Heizleistung zwischen der für die Gasentladungslampe (LA) maximal zulässigen und der minimal notwendigen Heizleistung liegt.
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