EP0845927B1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle Download PDF

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EP0845927B1
EP0845927B1 EP97115534A EP97115534A EP0845927B1 EP 0845927 B1 EP0845927 B1 EP 0845927B1 EP 97115534 A EP97115534 A EP 97115534A EP 97115534 A EP97115534 A EP 97115534A EP 0845927 B1 EP0845927 B1 EP 0845927B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transistor
lamp
terminal
secondary winding
low
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97115534A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0845927A2 (de
EP0845927A3 (de
Inventor
Walter Hirschmann
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
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP0845927A2 publication Critical patent/EP0845927A2/de
Publication of EP0845927A3 publication Critical patent/EP0845927A3/de
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Publication of EP0845927B1 publication Critical patent/EP0845927B1/de
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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 a low-pressure discharge lamp to a low-voltage voltage source according to the preamble of the claim 1, 2 or 3.
  • Such a circuit arrangement is for example in the European patent application EP 0 655 880.
  • the circuit arrangement described here is designed as a single-ended flyback converter with a switching transistor and a transformer.
  • the transformer has two secondary windings, the first of which is used for Control of the control electrode of the switching transistor and the second for generation serves the ignition and operating voltage for the low-pressure discharge lamp.
  • the primary winding of the transformer is in series with the switching path of the transistor connected.
  • this circuit arrangement is a connection of the first secondary winding connected to a first lamp electrode via a first diode, while the other connection of the first secondary winding with the primary winding and also connected to the second heatable lamp electrode via a second diode is.
  • This circuit arrangement enables the operation of a low-pressure discharge lamp on a 5 volt power source.
  • the patent US 4,973,885 discloses a circuit arrangement for operation a low-pressure discharge lamp on a low-voltage voltage source by means of a Flyback converter and a transformer.
  • the US 5,237,243 describes a circuit arrangement for dimming a fluorescent lamp by means of a transformer and one of the transformer controlled switching transistor, whose switching frequency for dimming the lamp is adjustable between 7 KHz and 25 KHz. Using another switching transistor a protective device is implemented.
  • the object of the invention is a circuit arrangement for operation a low-pressure discharge lamp on a low-voltage voltage source To provide, which makes it possible to turn on the low-pressure discharge lamp a voltage source with an extremely low supply voltage, in particular operate on a supply voltage of only 2.5 V.
  • the circuit arrangement according to the invention is a single-ended flyback converter, a switching transistor and a transformer with a primary winding and has two secondary windings.
  • the primary winding of the transformer is connected in series to the switching path of the transistor.
  • the first secondary winding is used to control the control electrode of the switching transistor while using the second secondary winding of the transformer, the ignition and operating voltage for the low-pressure discharge lamp is produced.
  • the first connection is the primary winding with the second connection of the first secondary winding connected.
  • the first embodiment is according to the invention the second connection of the primary winding via the second, with a Preheating voltage applied lamp electrode of the low pressure discharge lamp and via a second diode to the first terminal of the first Secondary winding connected.
  • a second embodiment of the invention is according to the invention the first connection of the first secondary winding via a diode and a preheatable electrode coil of the low-pressure discharge lamp connected to the second terminal of the first secondary winding.
  • the first secondary winding serves here the first secondary winding not only to generate the control signal for the control electrode of the switching transistor, but also for generation the heating voltage for preheating the second electrode coil the low pressure discharge lamp.
  • the number of turns of the first secondary winding is larger than the number of turns in this embodiment the primary winding. Because of the correspondingly higher Induction voltage, the first secondary winding a higher heating voltage provide for the preheatable electrode coil as it is the primary winding in the circuit arrangement according to the European patent application EP 0 655 880.
  • the second connection is the first Secondary winding with a first pole of the low-voltage voltage source connected.
  • the first connection of the first secondary winding is according to the invention via a diode and a preheatable lamp electrode the low-pressure discharge lamp with a second pole of the low-voltage voltage source connected.
  • the induction voltage add up during the electrode preheating phase the first secondary winding and the supply voltage of the Voltage source, so that from the diode and the preheatable lamp electrode coil existing series connection the sum of these two Partial voltages as heating voltage for preheating the electrode coil is available.
  • the available heating voltage is therefore greater than the supply voltage the voltage source.
  • the electrode preheating phase takes place here in this embodiment, in contrast to the first two Embodiments, during the pass phase of the switching transistor of the single-ended flyback converter instead.
  • the circuit arrangement according to the invention advantageously a connection for an auxiliary ignition electrode of the lamp.
  • This connection is, advantageously via a capacitor, to the second secondary winding connected.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the circuit diagram of the first preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • This circuit arrangement is for operating a hand lamp, which is equipped with a U-shaped miniature fluorescent lamp. It works on the principle of the single-ended flyback converter and contains main components include a transistor T and a transformer TR a primary winding N1 and two secondary windings N2, N3 and Ferrite core.
  • a battery or an accumulator serves as the voltage source, for example two Mignon cells, which have a supply voltage of approx. Deliver 2.5 V.
  • An electrolytic capacitor C1 is connected in parallel with the voltage source switched with a comparatively high capacity. This input capacitor C1 charges up to the battery voltage and prevents it from the internal resistance increasing with the discharge of the battery is unfavorable affects lamp operation, i.e. the lamp brightness increases with increasing Battery discharge drops too much.
  • the positive pole of capacitor C1 or the voltage source is on the one hand with the winding start of the primary winding N1 and on the other hand with the winding end of the first secondary winding N3 of the transformer TR and connected to the first terminal of the capacitor C4.
  • the other connection of the capacitor C4 is to the two, one below the other short-circuited connections of the first electrode filament E1 of the low-pressure discharge lamp L connected.
  • the first electrode coil is E1 further connected to the cathode of a first diode D1.
  • the anode of the Diode D1 is on the one hand at the winding end of the second secondary winding N2 and on the other hand to a first connection of an auxiliary ignition capacitor C6 connected.
  • auxiliary ignition capacitor C6 The other terminal of the auxiliary ignition capacitor C6 is connected to an auxiliary ignition electrode Z of the low-pressure discharge lamp L.
  • This auxiliary ignition electrode Z is either on the outside of the lamp bulb attached or is a reflector body partially surrounding the lamp, which either consists of an electrically conductive material or else is provided with an electrically conductive coating.
  • the winding end of the primary winding N1 is to the collector connection of the Switching transistor T performed while the emitter terminal of the transistor T to the negative pole of the input capacitor C1 or the voltage source connected.
  • the base connection of the transistor T is via a low pass R1, C2 and via an adjustable ohmic resistor R2 at the start of the winding the first secondary winding N3 of the transformer.
  • a capacitor C3 is connected in parallel with the adjustable resistor R2.
  • the low-pass capacitor C2 is parallel to the base-emitter path of the Transistor T.
  • Parallel to the collector-emitter path of transistor T is a Capacitor C5 arranged, which reduces the power loss that occurs.
  • the winding end of the primary winding is N1 at the beginning of the winding the second secondary winding N2 and with the first connection the second electrode filament E2 of the low-pressure discharge lamp L connected.
  • the second connection of the second electrode coil E2 is on the anode of a second diode D2 connected.
  • the second cathode Diode D2 is at the beginning of the winding of the first secondary winding N3 connected.
  • the reference symbol S denotes the switch for turning on or Switch off the circuit arrangement.
  • This circuit arrangement works on the principle of operation of the single-ended flyback converter.
  • the Transformer TR primary energy, which he in the blocking phase over the Outputs secondary winding N2 to the lamp L.
  • the switching transistor T is by means of the first secondary winding fed back to the primary winding N1 N3 and controlled by means of components R2 and C3.
  • second secondary winding N2 When transistor T is turned off, second secondary winding N2 also caused an induction voltage that the for the lamp L required ignition or operating voltage generated.
  • the diode D1 and the Prevent low resistance of the still cold lamp electrode filament E2 an immediate ignition of the lamp L.
  • the electrode preheating phase in the blocking phase of the switching transistor T lies on the second electrode coil E2, that is, over the two connections of the electrode coil E2, which is about the voltage drop on the diode D2 reduced sum on the primary winding N1 and on of the feedback winding N3 dropping partial voltages.
  • the lamp L After the lamp L has been ignited, only the much smaller one is left with it Operating voltage of approx. 110 volts. Since the flyback converter Lamp L is only supplied during the blocking phase of the transistor T, the Lamp L supposedly operated with unipolar direct current pulses.
  • the Diode D1 has a certain blocking delay, which is a short-term Current flow also allowed in the reverse direction, so that through the lamp L. high-frequency alternating current flows.
  • a sufficiently high heating current through the second electrode filament E2 of the lamp L flows only during the Blocking phase of the transistor T and only before the lamp is ignited.
  • the Capacitor C4 serves to smooth the ignition voltage and allows a better one Ignite the fluorescent lamp.
  • the base control of the switching transistor T includes the feedback winding N3 of the transformer has an adjustable ohmic resistance R2 with a capacitor C3 connected in parallel and one Low pass filter, which consists of the ohmic resistor R1 and the capacitor C2.
  • the low pass filters high-frequency components from the basic input signal of the transistor T out. With the help of the basic series resistor R2 and the capacitance C3 connected in parallel with this, with suitable dimensioning the switching frequency of the transistor can be set to a desired value. Table 1 shows a suitable dimensioning of the first Components used are removed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a second exemplary embodiment of the Invention shown schematically.
  • This circuit arrangement is also for Operation of a hand lamp using a U-shaped miniature fluorescent lamp is provided. It also works on the principle of the single-ended flyback converter and contains a transistor as the main components T 'and a transformer TR' with a primary winding N4 and two secondary windings N5, N6 and with ferrite core.
  • a voltage source serves a battery or an accumulator, for example two mignon cells, which provide a supply voltage of approximately 2.5 V.
  • Parallel to the voltage source is an electrolytic capacitor C7 with a comparatively high Capacity switched. This input capacitor C7 charges on the Battery voltage and prevents that with the discharge of the Battery increasing internal resistance unfavorable to lamp operation affects, i.e. that the lamp brightness with increasing discharge of the Battery drops too much.
  • the positive pole of the capacitor C7 or the voltage source is on the one hand with the winding start of the primary winding N4 and on the other hand with the winding end of the first secondary winding N6 of the transformer TR 'and connected to the first terminal of the capacitor C10.
  • the other connection of the capacitor C10 is to the two, one below the other short-circuited connections of the first electrode filament E1 'of the low-pressure discharge lamp L 'connected.
  • the first electrode coil is E1 ' further connected to the cathode of a first diode D3.
  • the anode of the Diode D3 is on the one hand at the winding end of the second secondary winding N5 and on the other hand to a first connection of an auxiliary ignition capacitor C12 connected.
  • auxiliary ignition capacitor C12 The other terminal of the auxiliary ignition capacitor C12 is connected to an auxiliary ignition electrode Z 'of the low-pressure discharge lamp L' connected.
  • This auxiliary ignition electrode Z ' is either on the outside of the lamp bulb attached or is a reflector body partially surrounding the lamp, which either consists of an electrically conductive material or but is provided with an electrically conductive coating.
  • the winding end of the primary winding N4 is to the collector connection of the Switching transistor T 'performed while the emitter terminal of transistor T' to the negative pole of the input capacitor C7 or the voltage source connected.
  • the base connection of transistor T ' is via a low pass R3, C8 and via an adjustable ohmic resistor R4 to Start of winding of the first secondary winding N6 of the transformer.
  • a capacitor C9 is connected in parallel with the adjustable resistor R4.
  • the low-pass capacitor C8 is parallel to the base-emitter path of the transistor T '. Parallel to the collector-emitter path of the transistor T ' a capacitor C11 is arranged, the power loss that occurs reduced.
  • the winding end of the primary winding is N4 at the beginning of the winding connected to the second secondary winding N5.
  • the winding start the first secondary winding N6 is connected to the cathode of the second Diode D4 connected.
  • the anode of the second diode D4 is on a first Connection of the second electrode filament E2 'of the low-pressure discharge lamp L 'connected.
  • the other connection of this electrode coil E2 ' is with a connection of the capacitor C10, with the start of the winding the primary winding N4 and with the winding end of the first secondary winding N6 connected.
  • the reference symbol S in FIG. 2 denotes the Switch for switching the circuit arrangement on and off.
  • This circuit arrangement also works on the principle of operation the single-ended flyback converter.
  • the switching transistor T ' is by means of the first secondary winding fed back to the primary winding N4 N6 controlled.
  • N5 When transistor T 'is turned off, N5 also induced an induction voltage that the for the lamp L ' required ignition or operating voltage generated.
  • the electrode preheating phase in the blocking phase of the switching transistor T 'is due to the second electrode coil E2 ', that is, over the two connections of the Electrode coil E2 ', which reduced the voltage drop across the diode D4 Reverse voltage of the feedback winding N6.
  • the lamp L ' After the lamp L 'has been ignited, only the much smaller one is left with it Operating voltage of approx. 110 volts. Since the flyback converter Lamp L 'is only supplied during the blocking phase of transistor T' Lamp L 'supposedly operated with unipolar direct current pulses.
  • the Diode D3 has a certain blocking delay, which is a short-term Current flow also allowed in the reverse direction, so that through the lamp L ' high-frequency alternating current flows.
  • a sufficiently high heating current through the second electrode filament E2 'of the lamp L' only flows during the Blocking phase of the transistor T 'and only before the lamp is ignited.
  • the capacitor C10 serves to smooth the ignition voltage and allows one better ignition of the fluorescent lamp.
  • the base control of the switching transistor T 'in includes in addition to the feedback winding N6 of the transformer has an adjustable ohmic resistance R4 with a capacitor C9 connected in parallel and one Low pass filter, which consists of the ohmic resistor R3 and the capacitance C8.
  • the low pass filters high-frequency components from the basic input signal of the transistor T 'out. With the help of the basic series resistor R4 and capacitance C9 connected in parallel with this, with suitable dimensioning the switching frequency of the transistor can be set to a desired value.
  • the functioning of the second embodiment is therefore perfect analogous to that of the first embodiment.
  • the heating voltage for preheating the second electrode filament E2 'of the low-pressure discharge lamp L 'essentially solely by the kickback voltage of the feedback winding N6 is determined and not by the sum of the partial voltages on the primary and feedback winding, as with first embodiment.
  • the first secondary winding that is, the feedback winding N6 of the transformer TR 'a significantly larger number of turns than the primary winding N4.
  • Appropriate dimensioning of the components used in the second embodiment can be found in Table 2 become.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment the invention.
  • This circuit arrangement is also for the operation of a Hand lamp equipped with a U-shaped miniature fluorescent lamp is provided. It also works on the principle of the single-ended flyback converter and contains as main components a transistor T "and a transformer TR "with a primary winding N7 and two secondary windings N8, N9 and with ferrite core.
  • A serves as the voltage source Battery or an accumulator, for example two mignon cells, one Supply voltage of approx. 2.5 V.
  • This input capacitor C13 charges to the battery voltage and prevents the increasing with the discharge of the battery Internal resistance adversely affects lamp operation, i.e. the lamp brightness increases with increasing discharge of the battery very low.
  • the positive pole of the capacitor C13 or the voltage source is on the one hand with the winding start of the primary winding N7 and on the other hand with the winding end of the first secondary winding N9 of the transformer TR "and connected to the first terminal of the capacitor C16 other connection of the capacitor C16 is to the two, one below the other short-circuited connections of the first electrode filament E3 of the low-pressure discharge lamp L "is connected.
  • the first electrode coil E3 is further connected to the cathode of a first diode D5.
  • the anode of the Diode D5 is on the one hand at the winding end of the second secondary winding N8 and on the other hand to a first connection of an auxiliary ignition capacitor C18 connected.
  • auxiliary ignition capacitor C18 is connected to an auxiliary ignition electrode Z "of the low-pressure discharge lamp L" connected.
  • This auxiliary ignition electrode Z " is either on the outside of the lamp bulb attached or is a reflector body partially surrounding the lamp, which either consists of an electrically conductive material or is provided with an electrically conductive coating.
  • the winding end of the primary winding N7 is to the collector connection of the Switching transistor T "performed during the emitter connection of the transistor T "to the negative pole of the input capacitor C13 or the voltage source connected.
  • the base connection of the transistor T " is via a Low pass R5, C14 and an adjustable ohmic resistor R6 to Start of winding of the first secondary winding N9 of the transformer.
  • a capacitor C15 is connected in parallel with the adjustable resistor R6.
  • the low-pass capacitor C14 is parallel to the base-emitter path of the transistor T ". Parallel to the collector-emitter path of the transistor T" a capacitor C17 is arranged, the power loss that occurs reduced.
  • the winding end of the primary winding is N7 at the beginning of the winding connected to the second secondary winding N8.
  • the winding start the first secondary winding N9 is connected to the anode of the second diode D6 connected.
  • the cathode of the second diode D6 is on a first Connection of the second electrode filament E4 of the low-pressure discharge lamp L ".
  • the other connection of this electrode coil E4 is with the negative pole of the voltage source or with the negative connection of the electrolytic capacitor C13.
  • the reference symbol S in Figure 3 denotes the switch for switching the circuit arrangement on and off.
  • This circuit arrangement also works on the principle of operation of the Flyback converter.
  • the conducting phase of the transistor T “saves the transformer TR "primary energy, which it in the blocking phase over outputs the secondary winding N8 to the lamp L ".
  • the switching transistor T" is by means of the first secondary winding fed back to the primary winding N7 N9 and controlled by components R6 and C15.
  • the electrode heating phase extends over several Switching cycles of the transistor T 'and takes about 0.25 sec.
  • the switching frequency of the transistor T ' is above 20 KHz.
  • the low-pressure discharge lamp then ignites L "through, that is, between the two electrode coils E3, E4 forms a gas discharge.
  • the lamp L After the lamp L "has been ignited, only the light is clearly on it lower operating voltage of approx. 110 volts. Since the flyback converter Lamp L "supplied only during the blocking phase of the transistor T", the Lamp L "supposedly operated with unipolar direct current pulses Diode D5 has a certain blocking delay, which is a short time Current flow also allowed in the reverse direction, so that through the lamp L " high-frequency alternating current flows.
  • the capacitor C16 is used for smoothing the ignition voltage and allows the fluorescent lamp to ignite better.
  • the base control of the switching transistor T "includes in addition to the feedback winding N9 of the transformer has an adjustable ohmic resistance R6 with a capacitor C15 connected in parallel and one Low pass, which consists of the ohmic resistor R5 and the capacitance C14 consists.
  • the low pass filters high-frequency components from the basic input signal of the transistor T ".
  • the invention is not limited to the two exemplary embodiments described in more detail above.
  • a dimming potentiometer can be connected in series with the variable resistor R2 or R4 or R6, which enables the low-pressure discharge lamp to be dimmed or to be operated economically.
  • Economy mode means that the lamp is operated with a power that is less than its nominal power.
  • Ferrite transformer EF16 N1, N3 25 turns N2 420 turns R1 47 ⁇ R2 1 K ⁇ C1 100 ⁇ C2, C5 10 nF C3 22 nF C4 100 pF T D882-Y D1, D2 1N4937
  • Ferrite transformer EF16 N4 25 turns N6 50 turns N5 420 turns R3 47 ⁇ R4 1 K ⁇ C7 100 ⁇ C8, C11 10 nF C9 22 nF C10 100 pF T ' D882-Y D3, D4 1N4937
  • Ferrite transformer EF16 N7, N9 25 turns N8 420 turns R5 47 ⁇ R6 1 K ⁇ C13 100 ⁇ C14, C17 10 nF C15 22 nF C16 100 pF T " D882-Y D5, D6 1N4937

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, 2 oder 3.
Stand der Technik
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 655 880 offenbart. Die hier beschriebene Schaltungsanordnung ist als Eintakt-Sperrwandler mit einem Schalttransistor und einem Transformator ausgebildet. Der Transformator besitzt zwei Sekundärwicklungen, von denen die erste zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Schalttransistors und die zweite zur Erzeugung der Zünd- und Betriebsspannung für die Niederdruckentladungslampe dient. Die Primärwicklung des Transformators ist in Reihe zur Schaltstrecke des Transistors geschaltet. Bei dieser Schaltungsanordnung ist ein Anschluß der ersten Sekundärwicklung über eine erste Diode mit einer ersten Lampenelektrode verbunden, während der andere Anschluß der ersten Sekundärwicklung mit der Primärwicklung und außerdem über eine zweite Diode mit der zweiten, heizbaren Lampenelektrode verbunden ist. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht den Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer 5-Volt-Spannungsquelle.
Die Patentschrift US 4,973,885 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle mittels eines Sperrwandlers und eines Transformators.
Die Patentschrift US 5,237,243 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Dimmen einer Leuchtstofflampe mittels eines Transformators und eines von dem Transformator gesteuerten Schalttransistors, dessen Schaltfrequenz zum Dimmen der Lampe zwischen 7 KHz und 25 KHz einstellbar ist. Mittels eines weiteren Schalttransistors ist eine Schutzvorrichtung realisiert.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle bereitzustellen, die es ermöglicht, die Niederdruckentladungslampe auch an einer Spannungsquelle mit extrem niedriger Versorgungsspannung, insbesondere an einer Versorgungsspannung von nur 2,5 V zu betreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1, 2 oder 3 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist als Eintakt-Sperrwandler, der einen Schalttransistor und einen Transformator mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen aufweist, ausgebildet. Die Primärwicklung des Transformators ist in Reihe zur Schaltstrecke des Transistors geschaltet. Die erste Sekundärwicklung dient zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Schalttransistors, während mit Hilfe der zweiten Sekundärwicklung des Transformators die Zünd- und Betriebsspannung für die Niederdruckentladungslampe erzeugt wird.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Anschluß der Primärwicklung mit dem zweiten Anschluß der ersten Sekundärwicklung verbunden. Außerdem ist beim ersten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß der zweite Anschluß der Primärwicklung über die zweite, mit einer Vorheizspannung beaufschlagbaren Lampenelektrode der Niederdruckentladungslampe und über eine zweite Diode mit dem ersten Anschluß der ersten Sekundärwicklung verbunden. Dadurch ist gewährleistet, daß die zweite Lampenelektrode während ihrer Vorheizung mit einer ausreichend hohen Heizspannung beaufschlagt wird, da durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Transformatorwicklungen an der aus der zweiten Lampenelektrodenwendel und der zweiten Diode bestehenden Reihenschaltung die Summe der Spannungen der Primärwicklung und der ersten Sekundärwicklung anliegt. Das heißt, daß die Heizspannung zum Vorheizen der Lampenelektrode im wesentlichen durch die Rückschlagspannung an der Primärwicklung und die dazu addierte Induktionsspannung der ersten Sekundärwicklung bestimmt ist.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist erfindungsgemäß der erste Anschluß der ersten Sekundärwicklung über eine Diode und über eine vorheizbare Elektrodenwendel der Niederdruckentladungslampe mit dem zweiten Anschluß der ersten Sekundärwicklung verbunden. Hier dient die erste Sekundärwicklung nicht nur zur Erzeugung des Ansteuerungssignals für die Steuerelektrode des Schalttransistors, sondern auch zur Erzeugung der Heizspannung zum Vorheizen der zweiten Elektrodenwendel der Niederdruckentladungslampe. Die Windungszahl der ersten Sekundärwicklung ist bei diesem Ausführungsbeispiel größer als die Windungszahl der Primärwicklung. Dadurch kann, aufgrund der entsprechend höheren Induktionsspannung, die erste Sekundärwicklung eine höhere Heizspannung für die vorheizbare Elektrodenwendel bereitstellen als es die Primärwicklung in der Schaltungsanordnung gemäß der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 655 880 vermag.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel ist der zweite Anschluß der ersten Sekundärwicklung mit einem ersten Pol der Niedervolt-Spannungsquelle verbunden. Ferner ist erfindungsgemäß der erste Anschluß der ersten Sekundärwicklung über eine Diode und über eine vorheizbare Lampenelektrode der Niederdruckentladungslampe mit einem zweiten Pol der Niedervolt-Spannungsquelle verbunden. Durch diese erfindungsgemäße Verschaltung addieren sich während der Elektrodenvorheizphase die Induktionsspannung der ersten Sekundärwicklung und die Versorgungsspannung der Spannungsquelle, so daß an der aus der Diode und der vorheizbaren Lampenelektrodewendel bestehenden Reihenschaltung die Summe dieser beiden Teilspannungen als Heizspannung zum Vorheizen der Elektrodenwendel verfügbar ist. Die verfügbare Heizspannung ist also größer als die Versorgungsspannung der Spannungsquelle. Die Elektrodenvorheizphase findet hier bei diesem Ausführungsbeispiel, im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen, während der Durchlaßphase des Schalttransistors des Eintakt-Sperrwandlers statt.
Um eine sichere Zündung der Niederdruckentladungslampe zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhafterweise einen Anschluß für eine Zündhilfselektrode der Lampe auf. Dieser Anschluß ist, vorteilhafterweise über einen Kondensator, an die zweite Sekundärwicklung angeschlossen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Schaltskizze gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
Figur 2
eine Schaltskizze gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
Figur 3
eine Schaltskizze gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Schaltskizze des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Diese Schaltungsanordnung ist zum Betrieb einer Handleuchte, die mit einer U-förmigen Miniatur-Leuchtstofflampe ausgestattet ist, vorgesehen. Sie arbeitet nach dem Prinzip des Eintakt-Sperrwandlers und enthält als Hauptbestandteile einen Transistor T sowie einen Transformator TR mit einer Primärwicklung N1 und zwei Sekundärwicklungen N2, N3 und mit Ferritkern. Als Spannungsquelle dient eine Batterie oder ein Akkumulator, beispielsweise zwei Mignon-Zellen, die eine Versorgungsspannung von ca. 2,5 V liefern. Parallel zur Spannungsquelle ist ein Elektrolytkondensator C1 mit einer vergleichsweise hohen Kapazität geschaltet. Dieser Eingangskondensator C1 lädt sich auf die Batteriespannung auf und verhindert, daß sich der mit der Entladung der Batterie zunehmende Innenwiderstand ungünstig auf den Lampenbetrieb auswirkt, d.h., daß die Lampenhelligkeit mit zunehmender Entladung der Batterie zu sehr absinkt.
Der Pluspol des Kondensators C1 bzw. der Spannungsquelle ist einerseits mit dem Wicklungsanfang der Primärwicklung N1 und andererseits mit dem Wicklungsende der ersten Sekundärwicklung N3 des Transformators TR sowie mit dem ersten Anschluß des Kondensators C4 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C4 ist an die beiden, untereinander kurzgeschlossenen Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E1 der Niederdruckentladungslampe L angeschlossen. Die erste Elektrodenwendel E1 ist ferner mit der Kathode einer ersten Diode D1 verbunden. Die Anode der Diode D1 ist einerseits an das Wicklungsende der zweiten Sekundärwicklung N2 und andererseits an einen ersten Anschluß eines Zündhilfskondensators C6 angeschlossen. Der andere Anschluß des Zündhilfskondensators C6 ist an eine Zündhilfselektrode Z der Niederdruckentladungslampe L angeschlossen. Diese Zündhilfselektrode Z ist entweder außen am Lampenkolben angebracht oder ist ein die Lampe teilweise umgebender Reflektorkörper, der entweder aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht oder aber mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen ist.
Das Wicklungsende der Primärwicklung N1 ist zum Kollektoranschluß des Schalttransistors T geführt, während der Emitteranschluß des Transistors T an den Minuspol des Eingangskondensators C1 bzw. der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Basisanschluß des Transistors T ist über einen Tiefpaß R1, C2 und über einen einstellbaren ohmschen Widerstand R2 zum Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N3 des Transformators geführt. Parallel zum einstellbaren Widerstand R2 ist eine Kapazität C3 geschaltet. Der Tiefpaßkondensator C2 liegt parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T ist ein Kondensator C5 angeordnet, der die auftretende Verlustleistung verringert.
Außerdem ist das Wicklungsende der Primärwicklung N1 mit dem Wicklungsanfang der zweiten Sekundärwicklung N2 und mit dem ersten Anschluß der zweiten Elektrodenwendel E2 der Niederdruckentladungslampe L verbunden. Der zweite Anschluß der zweiten Elektrodenwendel E2 ist an die Anode einer zweiten Diode D2 angeschlossen. Die Kathode der zweiten Diode D2 ist mit dem Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N3 verbunden. Das Bezugszeichen S bezeichnet den Schalter zum Ein- bzw. Ausschalten der Schaltungsanordnung.
Diese Schaltungsanordnung arbeitet nach dem Funktionsprinzip des Eintakt-Sperrwandlers. Während der Leitphase des Transistors T speichert der Transformator TR primärseitig Energie, die er in der Sperrphase über die Sekundärwicklung N2 an die Lampe L abgibt. Der Schalttransistor T wird mittels der ersten, zur Primärwicklung N1 rückgekoppelten Sekundärwicklung N3 und mittels der Bauteile R2 und C3 gesteuert.
Nach dem Einschalten des Schalters S fließt durch die Rückkopplungswicklung N3 des Transformators TR ein Strom, der zum Durchschalten des Transistors T führt und einen anwachsenden Strom durch die Primärwicklung N1 sowie über die nun leitfähige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T verursacht. Hat der Stromfluß durch die Primärwicklung N1 seinen Maximalwert erreicht, dann wird in der Rückkopplungswicklung N3 eine gegensinnig gepolte Spannung, Rückschlagspannung genannt, induziert, die den Transistor T sperrt. Nach dem Abklingen des Induktionvorganges wird der Transistor T mittels der Rückkopplung zwischen der Primär- N1 und der Rückkopplungswicklung N3 wieder eingeschaltet. Es beginnt ein neuer Schaltzyklus.
Beim Sperren des Transistors T wird in der zweiten Sekundärwicklung N2 ebenfalls eine Induktionsspannung hervorgerufen, die die für die Lampe L erforderliche Zünd- bzw. Betriebsspannung erzeugt. Die Diode D1 und der geringe Widerstand der noch kalten Lampenelektrodenwendel E2 verhindern ein sofortiges Durchzünden der Lampe L. Zunächst fließt durch die zweite Elektrodenwendel E2 der Lampe L und die Diode D2 ein von der Primärwicklung N1 und der Rückkopplungswicklung N3 gespeister Heizstrom. Während der Elektrodenvorheizphase, in der Sperrphase des Schalttransistors T liegt an der zweiten Elektrodenwendel E2, das heißt, über den beiden Anschlüssen der Elektrodenwendel E2, die um den Spannungsabfall an der Diode D2 verminderte Summe der an der Primärwicklung N1 und an der Rückkopplungswicklung N3 abfallenden Teilspannungen an. Das heißt, daß während der Vorheizphase der Elektrodenwendel E2 die Rückschlagspannung der ersten Sekundärwicklung N3 und die durch Selbstinduktion in der Primärwicklung N1 erzeugte Teilspannung so gepolt sind, daß sie additiv zur Heizspannung an der Elektrodenwendel E2 beitragen. Mit wachsender Aufheizung der Elektrodenwendel E2 nimmt ihr ohmscher Widerstand zu, wodurch auch die in der Sekundärwicklung N2 induzierte Spannung ansteigt, bis zwischen den Lampenelektroden E1, E2 die Zündspannung von ca. 700 Volt erreicht wird und die Lampe L durchzündet, so daß die Entladungsstrecke elektrisch leitfähig wird. Die Elektrodenheizphase erstreckt sich über mehrere Schaltzyklen des Transistors T und dauert ca. 0,25 sec. Die Schaltfrequenz des Transistors T liegt oberhalb von 20 KHz.
Da die beiden Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E1 untereinander kurzgeschlossen sind, das heißt, miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wird diese Elektrodenwendel E1 vor dem Zünden der Niederdruckentladungslampe L nicht vorgeheizt.
Nach dem Durchzünden der Lampe L liegt an ihr nur noch die deutlich geringere Betriebsspannung von ca. 110 Volt an. Da der Sperrwandler die Lampe L nur während der Sperrphase des Transistors T versorgt, wird die Lampe L vermeintlich mit unipolaren Gleichstromimpulsen betrieben. Die Diode D1 besitzt nämlich eine gewisse Sperrverzögerung, die einen kurzzeitigen Stromfluß auch in Sperrichtung erlaubt, sodaß durch die Lampe L ein hochfrequenter Wechselstrom fließt. Ein ausreichend hoher Heizstrom durch die zweite Elektrodenwendel E2 der Lampe L fließt nur während der Sperrphase des Transistors T und auch nur vor dem Zünden der Lampe. Der Kondensator C4 dient zur Glättung der Zündspannung und erlaubt ein besseres Durchzünden der Leuchtstofflampe.
Die Basisansteuerung des Schalttransistors T umfaßt neben der Rückkopplungswicklung N3 des Transformators einen einstellbaren ohmschen Widerstand R2 mit einem parallel dazu geschalteten Kondensator C3 und einen Tiefpaß, der aus dem ohmschen Widerstand R1 und der Kapazität C2 besteht. Der Tiefpaß filtert hochfrequente Anteile aus dem Basiseingangssignal des Transistors T heraus. Mit Hilfe des Basisvorwiderstandes R2 und der dazu parallel geschalteten Kapazität C3 kann, bei geeigneter Dimensionierung die Schaltfrequenz des Transistors auf einen Sollwert eingestellt werden. Der Tabelle 1 kann eine geeignete Dimensionierung der beim ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Bauteile entnommen werden.
In der Figur 2 ist eine Schaltskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch abgebildet. Auch diese Schaltungsanordnung ist zum Betrieb einer Handleuchte, die mit einer U-förmigen Miniatur-Leuchtstofflampe ausgestattet ist, vorgesehen. Sie arbeitet ebenfalls nach dem Prinzip des Eintakt-Sperrwandlers und enthält als Hauptbestandteile einen Transistor T' sowie einen Transformator TR' mit einer Primärwicklung N4 und zwei Sekundärwicklungen N5, N6 und mit Ferritkern. Als Spannungsquelle dient eine Batterie oder ein Akkumulator, beispielsweise zwei Mignon-Zellen, die eine Versorgungsspannung von ca. 2,5 V liefern. Parallel zur Spannungsquelle ist ein Elektrolytkondensator C7 mit einer vergleichsweise hohen Kapazität geschaltet. Dieser Eingangskondensator C7 lädt sich auf die Batteriespannung auf und verhindert, daß sich der mit der Entladung der Batterie zunehmende Innenwiderstand ungünstig auf den Lampenbetrieb auswirkt, d.h., daß die Lampenhelligkeit mit zunehmender Entladung der Batterie zu sehr absinkt.
Der Pluspol des Kondensators C7 bzw. der Spannungsquelle ist einerseits mit dem Wicklungsanfang der Primärwicklung N4 und andererseits mit dem Wicklungsende der ersten Sekundärwicklung N6 des Transformators TR' sowie mit dem ersten Anschluß des Kondensators C10 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C10 ist an die beiden, untereinander kurzgeschlossenen Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E1' der Niederdruckentladungslampe L' angeschlossen. Die erste Elektrodenwendel E1' ist ferner mit der Kathode einer ersten Diode D3 verbunden. Die Anode der Diode D3 ist einerseits an das Wicklungsende der zweiten Sekundärwicklung N5 und andererseits an einen ersten Anschluß eines Zündhilfskondensators C12 angeschlossen. Der andere Anschluß des Zündhilfskondensators C12 ist an eine Zündhilfselektrode Z' der Niederdruckentladungslampe L' angeschlossen. Diese Zündhilfselektrode Z' ist entweder außen am Lampenkolben angebracht oder ist ein die Lampe teilweise umgebender Reflektorkörper, der entweder aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht oder aber mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist.
Das Wicklungsende der Primärwicklung N4 ist zum Kollektoranschluß des Schalttransistors T' geführt, während der Emitteranschluß des Transistors T' an den Minuspol des Eingangskondensators C7 bzw. der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Basisanschluß des Transistors T' ist über einen Tiefpaß R3, C8 und über einen einstellbaren ohmschen Widerstand R4 zum Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N6 des Transformators geführt. Parallel zum einstellbaren Widerstand R4 ist eine Kapazität C9 geschaltet. Der Tiefpaßkondensator C8 liegt parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T'. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T' ist ein Kondensator C11 angeordnet, der die auftretende Verlustleistung verringert.
Außerdem ist das Wicklungsende der Primärwicklung N4 mit dem Wicklungsanfang der zweiten Sekundärwicklung N5 verbunden. Der Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N6 ist mit der Kathode der zweiten Diode D4 verbunden. Die Anode der zweiten Diode D4 ist an einen ersten Anschluß der zweiten Elektrodenwendel E2' der Niederdruckentladungslampe L' angeschlossen. Der andere Anschluß dieser Elektrodenwendel E2' ist mit einem Anschluß des Kondensators C10, mit dem Wicklungsanfang der Primärwicklung N4 und mit dem Wicklungsende der ersten Sekundärwicklung N6 verbunden. Das Bezugszeichen S in Figur 2 bezeichnet den Schalter zum Ein- bzw. Ausschalten der Schaltungsanordnung.
Diese Schaltungsanordnung arbeitet ebenfalls nach dem Funktionsprinzip des Eintakt-Sperrwandlers. Während der Leitphase des Transistors T' speichert der Transformator TR' primärseitig Energie, die er in der Sperrphase über die Sekundärwicklung N5 an die Lampe L' abgibt. Der Schalttransistor T' wird mittels der ersten, zur Primärwicklung N4 rückgekoppelten Sekundärwicklung N6 gesteuert.
Nach dem Einschalten des Schalters S fließt durch die Rückkopplungswicklung N6 des Transformators TR' ein Strom, der zum Durchschalten des Transistors T' führt und einen anwachsenden Strom durch die Primärwicklung N4 sowie über die nun leitfähige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T' verursacht. Hat der Stromfluß durch die Primärwicklung N4 seinen Maximalwert erreicht, dann wird in der Rückkopplungswicklung N6 eine gegensinnig gepolte Spannung, Rückschlagspannung genannt, induziert, die den Transistor T' sperrt. Nach dem Abklingen des Induktionvorganges wird der Transistor T' mittels der Rückkopplung zwischen der Primär- N4 und der Rückkopplungswicklung N6 wieder eingeschaltet. Es beginnt ein neuer Schaltzyklus.
Beim Sperren des Transistors T' wird in der zweiten Sekundärwicklung N5 ebenfalls eine Induktionsspannung hervorgerufen, die die für die Lampe L' erforderliche Zünd- bzw. Betriebsspannung erzeugt. Die Diode D3 und der geringe Widerstand der noch kalten Lampenelektrodenwendel E2' verhindern ein sofortiges Durchzünden der Lampe L'. Zunächst fließt durch die Diode D4 und die zweite Elektrodenwendel E2' der Lampe L' ein von der Rückkopplungswicklung N6 gespeister Heizstrom. Während der Elektrodenvorheizphase, in der Sperrphase des Schalttransistors T' liegt an der zweiten Elektrodenwendel E2', das heißt, über den beiden Anschlüssen der Elektrodenwendel E2', die um den Spannungsabfall an der Diode D4 verminderte Rückschlagspannung der Rückkopplungswicklung N6 an. Mit wachsender Aufheizung der Elektrodenwendel E2' nimmt ihr ohmscher Widerstand zu, wodurch auch die in der Sekundärwicklung N5 induzierte Spannung ansteigt, bis zwischen den Lampenelektroden E1', E2' die Zündspannung von ca. 700 Volt erreicht wird und die Lampe L' durchzündet, so daß die Entladungsstrecke elektrisch leitfähig wird. Die Elektrodenheizphase erstreckt sich über mehrere Schaltzyklen des Transistors T' und dauert ca. 0,25 sec. Die Schaltfrequenz des Transistors T' liegt oberhalb von 20 KHz.
Da die beiden Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E1' untereinander kurzgeschlossen sind, das heißt, miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wird diese Elektrodenwendel E1' vor dem Zünden der Niederdrukkentladungslampe L' nicht vorgeheizt.
Nach dem Durchzünden der Lampe L' liegt an ihr nur noch die deutlich geringere Betriebsspannung von ca. 110 Volt an. Da der Sperrwandler die Lampe L' nur während der Sperrphase des Transistors T' versorgt, wird die Lampe L' vermeintlich mit unipolaren Gleichstromimpulsen betrieben. Die Diode D3 besitzt nämlich eine gewisse Sperrverzögerung, die einen kurzzeitigen Stromfluß auch in Sperrichtung erlaubt, sodaß durch die Lampe L' ein hochfrequenter Wechselstrom fließt. Ein ausreichend hoher Heizstrom durch die zweite Elektrodenwendel E2' der Lampe L' fließt nur während der Sperrphase des Transistors T' und auch nur vor dem Zünden der Lampe. Der Kondensator C10 dient zur Glättung der Zündspannung und erlaubt ein besseres Durchzünden der Leuchtstofflampe.
Die Basisansteuerung des Schalttransistors T' umfaßt neben der Rückkopplungswicklung N6 des Transformators einen einstellbaren ohmschen Widerstand R4 mit einem parallel dazu geschalteten Kondensator C9 und einen Tiefpaß, der aus dem ohmschen Widerstand R3 und der Kapazität C8 besteht. Der Tiefpaß filtert hochfrequente Anteile aus dem Basiseingangssignal des Transistors T' heraus. Mit Hilfe des Basisvorwiderstandes R4 und der dazu parallel geschalteten Kapazität C9 kann, bei geeigneter Dimensionierung die Schaltfrequenz des Transistors auf einen Sollwert eingestellt werden.
Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist also vollkommen analog zu der des ersten Ausführungsbeispiels. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß beim zweiten Ausführungsbeispiel die Heizspannung zum Vorheizen der zweiten Elektrodenwendel E2' der Niederdruckentladungslampe L' im wesentlichen allein durch die Rückschlagspannung an der Rückkopplungswicklung N6 bestimmt wird und nicht durch die Summe der Teilspannungen an der Primär- und Rückkopplungswicklung, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund besitzt beim zweiten Ausführungsbeispiel die erste Sekundärwicklung, das heißt, die Rückkopplungswicklung N6 des Transformators TR' eine deutlich größere Windungszahl als die Primärwicklung N4. Eine geeignete Dimensionierung der beim zweiten Ausführungsbeipsiel verwendeten Bauteile kann der Tabelle 2 entnommen werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Schaltskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Auch diese Schaltungsanordnung ist zum Betrieb einer Handleuchte, die mit einer U-förmigen Miniatur-Leuchtstofflampe ausgestattet ist, vorgesehen. Sie arbeitet ebenfalls nach dem Prinzip des Eintakt-Sperrwandlers und enthält als Hauptbestandteile einen Transistor T" sowie einen Transformator TR" mit einer Primärwicklung N7 und zwei Sekundärwicklungen N8, N9 und mit Ferritkern. Als Spannungsquelle dient eine Batterie oder ein Akkumulator, beispielsweise zwei Mignon-Zellen, die eine Versorgungsspannung von ca. 2,5 V liefern. Parallel zur Spannungsquelle ist ein Elektrolytkondensator C13 mit einer vergleichsweise hohen Kapazität geschaltet. Dieser Eingangskondensator C13 lädt sich auf die Batteriespannung auf und verhindert, daß sich der mit der Entladung der Batterie zunehmende Innenwiderstand ungünstig auf den Lampenbetrieb auswirkt, d.h., daß die Lampenhelligkeit mit zunehmender Entladung der Batterie zu sehr absinkt.
Der Pluspol des Kondensators C13 bzw. der Spannungsquelle ist einerseits mit dem Wicklungsanfang der Primärwicklung N7 und andererseits mit dem Wicklungsende der ersten Sekundärwicklung N9 des Transformators TR" sowie mit dem ersten Anschluß des Kondensators C16 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C16 ist an die beiden, untereinander kurzgeschlossenen Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E3 der Niederdruckentladungslampe L" angeschlossen. Die erste Elektrodenwendel E3 ist ferner mit der Kathode einer ersten Diode D5 verbunden. Die Anode der Diode D5 ist einerseits an das Wicklungsende der zweiten Sekundärwicklung N8 und andererseits an einen ersten Anschluß eines Zündhilfskondensators C18 angeschlossen. Der andere Anschluß des Zündhilfskondensators C18 ist an eine Zündhilfselektrode Z" der Niederdruckentladungslampe L" angeschlossen. Diese Zündhilfselektrode Z" ist entweder außen am Lampenkolben angebracht oder ist ein die Lampe teilweise umgebender Reflektorkörper, der entweder aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht oder aber mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist.
Das Wicklungsende der Primärwicklung N7 ist zum Kollektoranschluß des Schalttransistors T" geführt, während der Emitteranschluß des Transistors T" an den Minuspol des Eingangskondensators C13 bzw. der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Basisanschluß des Transistors T" ist über einen Tiefpaß R5, C14 und über einen einstellbaren ohmschen Widerstand R6 zum Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N9 des Transformators geführt. Parallel zum einstellbaren Widerstand R6 ist eine Kapazität C15 geschaltet. Der Tiefpaßkondensator C14 liegt parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T". Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T" ist ein Kondensator C17 angeordnet, der die auftretende Verlustleistung verringert.
Außerdem ist das Wicklungsende der Primärwicklung N7 mit dem Wicklungsanfang der zweiten Sekundärwicklung N8 verbunden. Der Wicklungsanfang der ersten Sekundärwicklung N9 ist mit der Anode der zweiten Diode D6 verbunden. Die Kathode der zweiten Diode D6 ist an einen ersten Anschluß der zweiten Elektrodenwendel E4 der Niederdruckentladungslampe L" angeschlossen. Der andere Anschluß dieser Elektrodenwendel E4 ist mit dem Minuspol der Spannungsquelle bzw. mit dem negativen Anschluß des Elektrolytkondensators C13 verbunden. Das Bezugszeichen S in Figur 3 bezeichnet den Schalter zum Ein- bzw. Ausschalten der Schaltungsanordnung.
Auch diese Schaltungsanordnung arbeitet nach dem Funktionsprinzip des Eintakt-Sperrwandlers. Während der Leitphase des Transistors T" speichert der Transformator TR" primärseitig Energie, die er in der Sperrphase über die Sekundärwicklung N8 an die Lampe L" abgibt. Der Schalttransistor T" wird mittels der ersten, zur Primärwicklung N7 rückgekoppelten Sekundärwicklung N9 und mittels der Bauteile R6 und C15 gesteuert.
Nach dem Einschalten des Schalters S fließt durch die Rückkopplungswicklung N9 des Transformators TR" ein Strom, der zum Durchschalten des Transistors T" führt und einen anwachsenden Strom durch die Primärwicklung N7 sowie über die nun leitfähige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T" verursacht. Hat der Stromfluß durch die Primärwicklung N7 seinen Maximalwert erreicht, dann wird in der Rückkopplungswicklung N9 eine gegensinnig gepolte Spannung induziert, die den Transistor T" sperrt. Nach dem Abklingen des Induktionvorganges wird der Transistor T" mittels der Rückkopplung zwischen der Primär- N7 und der Rückkopplungswicklung N9 wieder eingeschaltet. Es beginnt ein neuer Schaltzyklus.
Beim Sperren des Transistors T" wird in der zweiten Sekundärwicklung N8 ebenfalls eine Induktionsspannung hervorgerufen, die die für die Lampe L" erforderliche Zünd- bzw. Betriebsspannung erzeugt. Die Diode D5 und der geringe Widerstand der noch kalten Lampenelektrodenwendel E4 verhindern ein sofortiges Durchzünden der Lampe L". Zunächst fließt während der Durchlaßphase des Transistors T" durch die Diode D6 und durch die zweite Elektrodenwendel E4 ein von der Induktionsspannung in der ersten Sekundärwicklung und von der Batteriespannung gespeister Heizstrom, der die Lampenelektrode E4 vor dem Zünden der Niederdruckentladungslampe L" erhitzt. Während der Durchlaßphase des Schalttransistors T" ist die Induktionsspannung der ersten Sekundärwicklung N9 nämlich so gepolt, daß sie und die Batteriespannung additiv zur Heizspannung an der Elektrodenwendel E4 beitragen. Die Elektrodenheizphase erstreckt sich über mehrere Schaltzyklen des Transistors T' und dauert ca. 0,25 sec. Die Schaltfrequenz des Transistors T' liegt oberhalb von 20 KHz. Danach zündet die Niederdruckentladungslampc L" durch, das heißt, zwischen den beiden Elektrodenwendeln E3, E4 bildet sich eine Gasentladung aus.
Da die beiden Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E3 untereinander kurzgeschlossen sind, das heißt, miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wird diese Elektrodenwendel E3 vor dem Zünden der Niederdruckentladungslampe L" nicht vorgeheizt.
Nach dem Durchzünden der Lampe L" liegt an ihr nur noch die deutlich geringere Betriebsspannung von ca. 110 Volt an. Da der Sperrwandler die Lampe L" nur während der Sperrphase des Transistors T" versorgt, wird die Lampe L" vermeintlich mit unipolaren Gleichstromimpulsen betrieben. Die Diode D5 besitzt nämlich eine gewisse Sperrverzögerung, die einen kurzzeitigen Stromfluß auch in Sperrichtung erlaubt, sodaß durch die Lampe L" ein hochfrequenter Wechselstrom fließt. Der Kondensator C16 dient zur Glättung der Zündspannung und erlaubt ein besseres Durchzünden der Leuchtstofflampe.
Die Basisansteuerung des Schalttransistors T" umfaßt neben der Rückkopplungswicklung N9 des Transformators einen einstellbaren ohmschen Widerstand R6 mit einem parallel dazu geschalteten Kondensator C15 und einen Tiefpaß, der aus dem ohmschen Widerstand R5 und der Kapazität C14 besteht. Der Tiefpaß filtert hochfrequente Anteile aus dem Basiseingangssignal des Transistors T" heraus. Mit Hilfe des Basisvorwiderstandes R6 und der dazu parallel geschalteten Kapazität C15 kann, bei geeigneter Dimensionierung die Schaltfrequenz des Transistors auf einen Sollwert eingestellt werden.
Eine geeignete Dimensionierung der beim zweiten Ausführungsbeipsiel verwendeten Bauteile kann der Tabelle 3 entnommen werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beiden oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele. Beispielsweise ist es auch möglich, beide Elektrodenwendeln der Niederdruckentladungslampe vor dem Zünden der Lampe vorzuheizen, indem auf ein Kurzschließen der beiden Anschlüsse der ersten Elektrodenwendel E1 bzw. E1' bzw. E3 verzichtet wird. Außerdem kann in Reihe zum variablen Widerstand R2 bzw. R4 bzw. R6 ein Dimmpotentiometer geschaltet werden, das ein Dimmen oder einen Sparbetrieb der Niederdruckentladungslampe ermöglicht. Sparbetrieb bedeutet, daß die Lampe mit einer Leistung betrieben wird, die kleiner als ihre Nennleistung ist.
Dimensionierung der Schaltungsanordnung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
Ferrit-Transformator EF16
N1, N3 25 Windungen
N2 420 Windungen
R1 47 Ω
R2 1 KΩ
C1 100 µ
C2, C5 10 nF
C3 22 nF
C4 100 pF
T D882-Y
D1, D2 1N4937
Dimensionierung der Schaltungsanordnung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels
Ferrit-Transformator EF16
N4 25 Windungen
N6 50 Windungen
N5 420 Windungen
R3 47 Ω
R4 1 KΩ
C7 100 µ
C8,C11 10 nF
C9 22 nF
C10 100 pF
T' D882-Y
D3, D4 1N4937
Dimensionierung der Schaltungsanordnung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels
Ferrit-Transformator EF16
N7, N9 25 Windungen
N8 420 Windungen
R5 47 Ω
R6 1 KΩ
C13 100 µ
C14,C17 10 nF
C15 22 nF
C16 100 pF
T" D882-Y
D5, D6 1N4937

Claims (5)

  1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
    die Schaltungsanordnung als Eintakt-Sperrwandler ausgebildet ist, der einen Transistor (T) und einen Transformator (TR) besitzt,
    die Primärwicklung (N1) des Transformators (TR) in Reihe zur Schaltstrecke des Transistors (T) geschaltet ist und einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzt,
    der Transformator (TR) eine erste (N3) und eine zweite Sekundärwicklung (N2) aufweist, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzen,
    die erste Sekundärwicklung (N3) zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Transistors (T) dient,
    der erste Anschluß der Primärwicklung (N1) mit dem zweiten Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N3) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschluß der Primärwicklung (N1) über eine zweite, mit einer Vorheizspannung beaufschlagbaren Lampenelektrode (E2) der Niederdruckentladungslampe (L) und über eine zweite Diode (D2) mit dem ersten Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N3) verbunden ist.
  2. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
    die Schaltungsanordnung als Eintakt-Sperrwandler ausgebildet ist, der einen Transistor (T') und einen Transformator (TR') besitzt,
    die Primärwicklung (N4) des Transformators (TR') in Reihe zur Schaltstrecke des Transistors (T') geschaltet ist und einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzt,
    der Transformator (TR') eine erste (N6) und eine zweite Sekundärwicklung (N5) aufweist, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzen,
    die erste Sekundärwicklung (N6) zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Transistors (T') dient,
    dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N6) über eine Diode (D4) und über eine vorheizbare Lampenelektrode (E2') der Niederdruckentladungslampe (L') mit dem zweiten Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N6) verbunden ist.
  3. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
    die Schaltungsanordnung als Eintakt-Sperrwandler ausgebildet ist, der einen Transistor (T") und einen Transformator (TR") besitzt,
    die Primärwicklung (N7) des Transformators (TR") in Reihe zur Schaltstrecke des Transistors (T") geschaltet ist und einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzt,
    der Transformator (TR") eine erste (N9) und eine zweite Sekundärwicklung (N8) aufweist, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzen,
    die erste Sekundärwicklung (N9) zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Transistors (T") dient,
    der zweite Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N9) mit einem ersten Pol der Niedervolt-Spannungsquelle verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß der ersten Sekundärwicklung (N9) in Gleichstromvorwärtsrichtung über eine Diode (D6) und über eine vorheizbare Lampenelektrode (E4) der Niederdruckentladungslampe (L") mit einem zweiten Pol der Niedervolt-Spannungsquelle verbunden ist, so dass während der Durchlassphase des Transistors (T") die Induktionsspannung der ersten Sekundärwicklung (N9) und die Spannung der Niedervolt-Spannungsquelle additiv zur Heizspannung an der vorheizbaren Lampenelektrode (E4) beitragen.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung einen Anschluß für eine Zündhilfselektrode (Z; Z'; Z") der Niederdruckentladungslampe (L; L'; L") aufweist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sekundärwicklung (N2; N5; N8) an einen ersten Anschluß eines Kondensators (C6; C12; C18) angeschlossen ist, dessen zweiter Anschluß mit dem Anschluß für die Zündhilfselektrode (Z; Z'; Z") der Niederdruckentladungslampe (L; L'; L") verbunden ist.
EP97115534A 1996-11-27 1997-09-08 Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle Expired - Lifetime EP0845927B1 (de)

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DE19649170A DE19649170A1 (de) 1996-11-27 1996-11-27 Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe an einer Niedervolt-Spannungsquelle

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