EP0941636A1 - Pumpstützdrossel - Google Patents

Pumpstützdrossel

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EP0941636A1
EP0941636A1 EP98933520A EP98933520A EP0941636A1 EP 0941636 A1 EP0941636 A1 EP 0941636A1 EP 98933520 A EP98933520 A EP 98933520A EP 98933520 A EP98933520 A EP 98933520A EP 0941636 A1 EP0941636 A1 EP 0941636A1
Authority
EP
European Patent Office
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pump
capacitor
branch
circuit
load
Prior art date
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Application number
EP98933520A
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English (en)
French (fr)
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EP0941636B1 (de
Inventor
Klaus Fischer
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP0941636B1 publication Critical patent/EP0941636B1/de
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    • 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
    • H05B41/282—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
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/07—Starting and control circuits for gas discharge lamp using transistors

Definitions

  • the present invention relates to a circuit for operating a load, in particular an operating circuit for a low-pressure discharge lamp. It relates above all to an operating circuit in which a rectified AC supply voltage is used to operate a half-bridge oscillator as a frequency generator for lamp operation. The invention is nevertheless not restricted to a lamp as a load or to a half-bridge oscillator.
  • the invention is based on a circuit for operating a load, in particular a low-pressure discharge lamp, with a frequency generator structure for alternating current supply to the load and a pump branch for improving the electromagnetic compatibility of the circuit, which structure connects the load circuit to a power supply side of the frequency generator .
  • the circuit shown in FIG. 1 of EP 0 244 644 B1 is thus supplemented according to the invention by inserting a pump support choke on the rectified power supply side of the frequency generator structure, specifically on the power supply side before the connection point (M2) of the Pump branch.
  • the formulation of the claim is to be understood in such a way that the pump support choke is discharged to very small coil current values in every area of a supply voltage or current period, ie also in the area of the maxima, in comparison to the coil current maximum.
  • the current curve is a curve that oscillates back to zero or a very small value (with load circuit frequency), the amplitude being modulated with the time curve of the rectified (pulsating) power supply voltage.
  • These current injection or charging processes of the pump support choke ensure optimal support of the pumping action of the pump branch in favor of improved electromagnetic compatibility. In particular, this also results in the advantage that the pump branch can be dimensioned smaller with regard to its impedance and thus can save costs.
  • the position of the pump support choke in a “direct current range” means a position on the rectified side (pulsating direct current) of a rectifier structure in the case of mains or alternating current power supply, in contrast to pure smoothing chokes on the alternating current side.
  • a significant further advantage for the operating properties of the circuit is based on the frequency dependence of the pumping action of the pump branch due to the increased number of pump cycles as the operating frequency increases. Conventionally, this increases the pumping action, which leads to difficulties for the operation of the circuit. In particular, an excessive pumping action can lead to excessive voltage increases on a storage element interacting with the pump branch, in general and also in the description below on a storage electrolytic capacitor (electrolytic capacitor). Such frequency increases occur, for example, when the load circuit is regulated via the frequency of the frequency generator, or as a result of other external influences. However, there is generally no increased consumption in the load circuit, which could counteract the voltage increase mentioned. Above all, in the frequency-increased preheating mode of a frequency-controlled discharge lamp load circuit or with another active power reduction in dimming mode, mains overvoltages, etc., the increased pumping action is even opposed to a reduced power consumption.
  • the pumping action of the pump support throttle which decreases with increasing frequency and increases with decreasing frequency, counteracts the above effect and also supports the pumping action of the pump branch when the frequency drops, at which e.g. when approaching a resonance of the load circuit (frequency-controlled discharge lamp) the demand for power can increase.
  • a preferred application is a half-bridge oscillator with two switching elements, such as field effect or bipolar transistors, which oscillate the potential of a center tap between two branches of a rectified power supply.
  • the details of starting devices and frequency controls of such half-bridge oscillators are known in the art and are known to the person skilled in the art. You will the not described.
  • the load circuit frequency-controlled half-bridge oscillators represent application circuits in which the invention can be used particularly effectively.
  • the pump branch can be connected on the power supply side between two diodes in a power supply branch. These diodes are polarized in the forward direction in the sense of the current flow of the power supply and thus fulfill the function of a valve for the pump branch, so to speak. That they connect the pump branch to charge it with the power supply and to discharge it with the frequency generator or a storage element thereof.
  • This valve function can, at least in part, also be implemented in a different way than with the diodes described.
  • the diode on the power supply side can be replaced by the action of a rectifier, for example a diode bridge.
  • the diodes described represent an advantageous embodiment in many cases. Due to the fact that a diode lies between the pump support choke and the frequency generator and the pump branch is connected between the pump support choke and the diode, the invention can be further improved in that the pump branch is connected to a connection on the other side of this diode via a bypass capacitor, that is to say the diode is bypassed by the bypass capacitor.
  • a trapezoidal capacitor is used in the prior art to dampen the potential jumps in the potential generated by the frequency generator, that is to say, for example, the center tap potential of a half-bridge oscillator.
  • the pump branch is only connected to the load circuit via a capacitor.
  • a lamp coil (resonance choke) is generally provided in the load circuit.
  • the pump branch can be connected in different ways relative to this coil.
  • two or more pump branches can also be present, each of which can act differently on the load circuit.
  • a damping effect for current peaks from the pump branch results if, instead of a connection on the load side with respect to the lamp coil, an intermediate tap of the lamp coil is used, so that part of the lamp coil acts as a damping choke for high-frequency current components. This naturally also applies to two or more connection points of the branch or branches on the load circuit.
  • the pump branch can be connected to the load circuit via two parallel capacitors, one of which is located at the intermediate tap mentioned and the other on the frequency generator side of the coil.
  • the current peak damping described makes particular sense if the alternating current in the load circuit is detected for technical signal utilization, for example via a resistor.
  • bypass capacitor already mentioned can be connected, for example, to two diodes and a further capacitor in such a way that the latter capacitor is charged by the charging or discharging current of the bypass capacitor.
  • a control device for the frequency generator for example an integrated control circuit for the half-bridge oscillator, can then be supplied from the latter capacitor.
  • FIGS. 1 to 5 each show their own exemplary embodiments which differ from one another with regard to the arrangement and structure of the pump branch.
  • the dashed lines serve to illustrate advantages according to the invention, but are not part of the exemplary embodiments.
  • the basic function of the half-bridge oscillator is that the potential of the center tap M1 is shifted back and forth between that of the positive supply branch and that of the negative supply branch by alternating switching actuation of switches S1 and S2. This results, so to speak, in a “chopper oscillation”, which is used for AC operation of the load circuit with the low-pressure discharge lamp E and, via the operating frequency of the half-bridge oscillator, for regulating the operating state of the low-pressure discharge lamp E.
  • This basic circuit is generally known, so that further details can be found in the cited state the technology and the references to be found there.
  • the pump branch connects the high-frequency alternating voltage from the load circuit supplied via the capacitors C2 and C3 depending on the difference between the supply input voltage U N (t) and the voltage at the electrolytic capacitor alternating half-wave (with regard to the load circuit frequency) with one or the other of the two voltages mentioned on the power supply side of the half-bridge oscillator.
  • the charge shift through the pump branch in particular reduces the sharpness of the charge absorption by the electrolytic capacitor, which would otherwise suddenly start or stop if the electrolytic voltage is equal to the current supply voltage.
  • strong, lower harmonic harmonics of the mains frequency would result, which, for example, can practically not be filtered out with smoothing chokes on the AC side.
  • the diode D2 is also bridged with the bypass capacitor Cl, so that with increasing frequency due to the decreasing AC resistance of the capacitor Cl more and more pumping back and forth of charge between the electrolytic capacitor and the load circuit in place of an additional charge absorption from the power supply occurs.
  • bypass capacitor Cl acts in series with the
  • FIG. 5 shows a possibility of giving the bypass capacitor Cl according to the invention a further advantageous function. It is connected to a capacitor C6 via two diodes D5 and D6. The circuit consisting of the diodes and the capacitor C6 replaces the connection point of the bypass capacitor C1 on the branch of the power supply - cf. Fig. 2.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

Einer Halbbrückenoszillatorschaltung für eine Niederdruckentladungslampe (E) mit einem kapazitiven Pumpzweig wird eine Pumpstützdrossel (L1) hinzugefügt, die die Pumpwirkung des Pumpzweiges und sein Frequenzverhalten verbessert. Ferner wird zwischen den Pumpzweig und den mit ihm verbundenen Zweig der Leistungsversorgung ein zusätzlicher Kondensator (C1) geschaltet, der in Verbindung mit dem Pumpzweig als Trapezkondensator wirkt und das Frequenzverhalten des Pumpzweiges weiter verbessert.

Description

Pumpstützdrossel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere eine Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe. Sie bezieht sich dabei vor allem auf eine Betriebsschaltung, bei der eine gleichgerichtete Versorgungswechselspannung zum Betrieb eines Halbbrük- kenoszillators als Frequenzgenerator für den Lampenbetrieb verwendet wird. Die Erfindung ist gleichwohl weder auf eine Lampe als Last, noch auf einen Halbbrückenoszillator eingeschränkt.
Ein wesentliches Kriterium für die praktische Anwendung solcher Schaltun- gen ist die elektromagnetische Verträglichkeit im Hinblick auf Einstreuungen ins Netz bzw. den Oberwellengehalt der Versorgungsstromentnahme. Eine dahingehend sehr wirksame Weiterentwicklung einer solchen Schaltung besteht in der Einführung zumindest eines Pumpzweiges zwischen der Lastkreisseite und der Leistungsversorgungsseite der Frequenzgenerator- Struktur. Die Pumpzweige enthalten als Impedanzen im allgemeinen Kondensatoren - jedoch nicht zwangsläufig oder zwangsläufig ausschließlich. Zum Stand der Technik wird verwiesen auf die europäischen Patente 0244644 Bl, 0253 224 Bl sowie 0372303 Bl. Solche Pumpzweige dienen zur Ladungsverschiebung innerhalb der Schaltung mit dem Ziel der Verbes- serung der Oberwellenstruktur der Versorgungsstromaufnahme. Hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit wird im Rahmen dieser Erfindimg insbesondere die Norm IEC 61000/3/2, Klasse C und Klasse D, in Betracht gezogen. Die Beschreibung geht der Übersichtlichkeit halber von einer relativ einfachen Pumpzweigstruktur aus, die Fig. 1 in der EP 0 244644 Bl entspricht. Der genannte Stand der Technik zeigt darüber hinaus verschiedene, auch kompliziertere Pumpzweigstrukturen. Diese und auch weitere denkbare Va- riationen sind im Gegenstand des Hauptanspruchs enthalten.
Dementsprechend geht die Erfindung aus von einer Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, mit einer Frequenzgeneratorstruktur zur Wechselstromversorgung der Last und ei- nem Pumpzweig zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit der Schaltung, der den Lastkreis mit einer Leistungsversorgungsseite der Frequenzgenera tors truk tur verbind et.
Der Erfindung liegt dabei das Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltung in einfacher Weise in ihren Betriebseigenschaften zu verbessern.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß auf der Leistungsversorgungsseite der Frequenzgeneratorstruktur in einem Gleichstrombereich vor dem Anschlußpunkt des Pumpzweiges in Serie zu dem Pumpzweig und zu einem Zweig der Leistungsversorgung eine Pumpstützdrossel liegt, die dazu ausgelegt ist, in jedem Wechselstromzyklus der Last geladen und im wesentlichen voll entladen zu werden.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprü- ehe.
Die in Fig. 1 der EP 0 244 644 Bl gezeigte Schaltung wird erfindungsgemäß also dadurch ergänzt, daß auf der gleichgerichteten Leistungsversorgungsseite der Frequenzgeneratorstruktur eine Pumpstützdrossel eingefügt wird, und zwar leistungsversorgungsseitig vor dem Anschlußpunkt (M2) des Pumpzweigs. Die Anspruchsformulierung ist dabei so zu verstehen, daß die Pumpstützdrossel in jedem Bereich einer Versorgungsspannungs- oder Stromperiode, d.h. auch im Bereich der Maxima, auf sehr kleine Spulen- stromwerte entladen wird im Vergleich zum Spulenstrommaximum. D.h. die Stromverlaufskurve ist eine immer wieder auf Null oder einen sehr kleinen Wert (mit Lastkreisfrequenz) zurückoszillierende Kurve, wobei die Amplitude mit dem Zeitverlauf der gleichgerichteten (pulsierenden) Lei- stungsversorgungsspannung moduliert ist. Diese Stromeinprägungs- bzw. Ladevorgänge der Pumpstützdrossel sorgen für eine optimale Unterstüt- zung der Pumpwirkung des Pumpzweiges zugunsten einer verbesserten elektromagnetischen Verträglichkeit. Insbesondere ergibt sich daraus auch der Vorteil, den Pumpzweig hinsichtlich seiner Impedanz kleiner dimensionieren und damit Kosten einsparen zu können.
Die Lage der Pumpstützdrossel in einem „Gleichstrombereich" bedeutet bei Netz- bzw. Wechselstromleistungsversorgung eine Lage auf der gleichgerichteten Seite (pulsierender Gleichstrom) einer Gleichrichterstruktur im Unterschied zu reinen Glättungsdrosseln auf der Wechselstromseite.
Ein wesentlicher weiterer Vorteil für die Betriebseigenschaften der Schaltung beruht auf der Frequenzabhängigkeit der Pumpwirkung des Pumpzweiges durch die bei steigender Arbeitsfrequenz erhöhte Pumpzykluszahl. Konventionell wird die Pumpwirkung dadurch nämlich verstärkt, was für den Betrieb der Schaltung zu Schwierigkeiten führt. Insbesondere kann es durch eine überhöhte Pumpwirkung zu übermäßigen Spannungserhöhungen an einem mit dem Pumpzweig zusammenwirkenden Speicherelement kommen, im allgemeinen und auch in der folgenden Beschreibung an einem Speicher-Elektrolytkondensator (Elko). Solche Frequenzerhöhungen treten z.B. auf, wenn der Lastkreis über die Frequenz des Frequenzgenerators geregelt wird, oder infolge anderer äußerer Einflüsse. Es kommt dabei aber im allgemeinen nicht zu einem erhöhten Verbrauch im Lastkreis, der der genannten Spannungserhöhung entgegenwirken könnte. Vor allem im frequenzerhöhten Vorheizbetrieb eines frequenzgeregelten Entladungslampenlastkreises oder bei einer anderweitigen Wirkleistungsreduktion bei Dimmbetrieb, Netzüberspannungen usw. steht der verstärkten Pumpwirkung im Gegenteil sogar ein erniedrigter Leistungsverbrauch gegenüber.
Die mit zunehmender Frequenz abnehmende und mit abnehmender Frequenz zunehmende Pumpwirkung der Pumpstützdrossel wirkt dem obigen Effekt entgegen und stützt darüber hinaus die Pumpwirkung des Pumpzweiges bei abfallender Frequenz, bei der z.B. bei Annäherung an eine Reso- nanz des Lastkreises (frequenzgeregelte Entladungslampe) die Leistungsnachfrage steigen kann.
Die obigen Zusammenhänge gelten erst recht für zumindest in der Gesamtimpedanz kapazitive Pumpzweige wegen der Frequenzabhängigkeit ihrer Impedanz. Zudem können die Kapazitäten wegen der Unterstützung durch die Pumpwirkung der Pumpstützdrossel von vornherein klein ausgelegt werden. Dies verstärkt die beschriebene Beeinflussung des Frequenzgangs des Pumpzweiges zusätzlich.
Ein bevorzugter Anwendungsfall ist ein Halbbrückenoszillator mit zwei Schaltelementen, etwa Feldeffekt- oder Bipolartransistoren, die das Potential eines Mittenabgriffs zwischen zwei Zweigen einer gleichgerichteten Leistungsversorgung hin und her oszillieren lassen. Die Einzelheiten zu Startvorrichtungen und Frequenzregelungen solcher Halbbrückenoszillatoren sind Stand der Technik und dem Fachmann bekannt. Sie werden im folgen- den nicht beschrieben. Wie oben bereits erläutert, stellen dabei die lastkreis- frequenzgeregelten Halbbrückenoszillatoren Anwendungsschaltungen dar, bei denen die Erfindung besonders wirksam eingesetzt werden kann.
Im oben zitierten Stand der Technik ist zu sehen, daß der Pumpzweig leistungsversorgungsseitig zwischen zwei Dioden in einem Leistungsversor- gungszweig angeschlossen sein kann. Diese Dioden sind dabei in Durchlaßrichtung im Sinn des Stromflusses der Leistungsversorgung gepolt und erfüllen somit sozusagen die Funktion eines Ventils für den Pumpzweig. D.h. sie verbinden den Pumpzweig zu seiner Aufladung mit der Leistungsversorgung und zu seiner Entladung mit dem Frequenzgenerator bzw. einem Speicherelement desselben.
Diese Ventilfunktion kann, zumindest teilweise, auch in anderer Art als mit den beschriebenen Dioden realisiert werden. Beispielsweise kann die lei- stungsversorgungsseitige Diode durch die Wirkung eines Gleichrichters, etwa einer Diodenbrücke, ersetzt sein. Die beschriebenen Dioden stellen jedoch in vielen Fällen eine vorteilhafte Ausführungsform dar. Aufgrund der Tatsache, daß eine Diode zwischen der Pumpstützdrossel und dem Fre- quenzgenerator liegt und der Pumpzweig zwischen der Pumpstützdrossel und der Diode angeschlossen ist, kann die Erfindung dadurch weiter verbessert werden, daß der Pumpzweig mit einem Anschluß auf der anderen Seite dieser Diode über einen Überbrückungskondensator verbunden wird, die Diode also mit dem Überbrückungskondensator überbrückt wird.
Daraus ergibt sich ein erster Vorteil im Hinblick auf das bereits erwähnte „Überpumpen" des Speicherelements, namentlich des Elkos. Durch die Frequenzabhängigkeit der Impedanz des hinzugefügten Überbrückungskon- densators kommt es mit steigender Frequenz zu einem zunehmenden Kurz- schließen der genannten Diode. Dadurch wird die bei niedrigerer Frequenz und höherem Wechselstromwiderstand des Überbrückungskondensators dem Netz entnommene Ladungsmenge für das Pumpen des Pumpzweiges nun zwischen dem Pumpzweig, z.B. seinen Pumpkondensatoren, und dem Speicherelement, etwa dem Elko, hin und her gepumpt. Dadurch wird die Zunahme der dem Netz entnommenen Ladungsmenge und damit das Überpumpen des Elkos eingeschränkt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß dieser zusätzliche Überbrük- kungskondensator zwischen Pumpzweig und Versorgungszweig zusammen mit kapazitiven Elementen des Pumpzweiges als Schaltentlastungskonden- sator bzw. als sog. „Trapezkondensator" für den Frequenzgenerator, insbesondere für ein Schaltelement eines Halbbrücken- oder Brückenoszillators, wirken kann. Ein solcher Trapezkondensator wird im Stand der Technik zur Dämpfung der Potentialsprünge des vom Frequenzgenerator erzeugten Po- tentials verwendet, also beispielsweise des Mittenabgriffpotentials eines Halbbrückenoszillators. Dies ergibt sich anschaulich gesagt daraus, daß das genannte oszillierende Potential nach einem Schaltpunkt nicht im wesentlichen „ungebremst" steigen oder fallen kann, sondern durch den notwendigen Umladevorgang des Trapezkondensators gebremst wird. Damit wird die Flankensteilheit eines angenäherten Rechteckpotentials verringert und ein trapezförmiger Potentialverlauf erreicht, was der elektromagnetischen Verträglichkeit der Gesamtschaltung zugute kommt.
Die Nachteile eines solchen Trapezkondensators lassen sich beispielhaft an der EP 0 244 644 Bl verdeutlichen. Wenn dort (in Fig. 1) einem der beiden Schalter ein Trapezkondensator parallelgeschaltet würde (zwischen Mittenabgriff und Versorgungszweig), so würde dieser mit der am Mittenabgriff angeschlossenen Pumpkapazität des Pumpzweiges parallelgeschaltet wirken. D.h. er würde je nach Lage parallel zum pumpzweigseitigen oder zum anderen Schalter entweder mit auf- bzw. entladen oder gegenläufig bei Auf- ladung des Pumpkondensators entladen und bei Entladung der Pumpkondensatoren aufgeladen werden. Die resultierende effektive Kapazität führt zu technischen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der begrenzten Blindleistungsspeicherung im Leistungskreis. Dies gilt vor allem für den Be- reich des Maximums einer Netzversorgungsspannung, in dem durch die frühe Aufladung der Pumpkapazität die frequenzgeneratorseitige Ventildiode bereits früh leitend wird .
Auch kommt es bei im Vergleich zur Speicherelementspannung (Elko-Span- nung) geringer Aufladung der Pumpkapazität zu einem entsprechenden schärferen Potentialsprung des Ausgangspotentials des Frequenzgenerators (Mittenabgriffpotential des Halbbrückenoszillators), bis die genannte Diode leitend wird.
Durch die Reihenschaltungswirkung des zusätzlichen Überbrückungskon- densators mit den Kapazitäten des Pumpzweiges, insbesondere der am Mittenabgriff angeschlossenen, ergibt sich eine die obigen Schwierigkeiten vermeidende und einen weiteren Trapezkondensator erübrigende Gesamtfunktion, und zwar unabhängig vom Leitungszustand der genannten Diode.
In einer einfachen, aber dennoch wirkungsvollen Ausführungsvariante ist der Pumpzweig nur über einen Kondensator mit dem Lastkreis verbunden.
Vor allem bei Lampenbetriebsschaltungen ist im allgemeinen im Lastkreis eine Lampenspule (Resonanzdrossel) vorgesehen. Der Pumpzweig kann relativ zu dieser Spule auf unterschiedliche Art angeschlossen sein. Es ist im übrigen, auch für den Gesamtzusammenhang der Erfindung, festzustellen, daß natürlich auch zwei oder mehrere Pumpzweige vorhanden sein können, die jeweils unterschiedlich am Lastkreis angreifen können. Eine für Stromspitzen aus dem Pumpzweig dämpfende Wirkung ergibt sich dabei, wenn statt eines bezüglich der Lampenspule lastseitigen Anschlusses ein Zwischenabgriff der Lampenspule verwendet wird, so daß ein Teil der Lampenspule als Dämpfungsdrossel für hochfrequente Stromkomponenten wirkt. Dies gilt natürlich auch bei zwei oder mehr Anschlußpunkten des oder der Zweige am Lastkreis. Insbesondere kann der Pumpzweig über zwei parallele Kondensatoren am Lastkreis angeschlossen sein, von denen einer an dem genannten Zwischenabgriff liegt und der andere frequenzgenerator- seitig an der Spule. Die beschriebene Stromspitzendämpfung macht vor al- lem Sinn, wenn der Wechselstrom im Lastkreis zu einer Signal technischen Verwertung erfaßt wird, etwa über einen Widerstand.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein - wie im zitierten Stand der Technik - bei zwei parallelen Kondensatoren des Pumpzweiges je eine lastseitige und eine frequenzgeneratorseitige Verbindung bezüglich der Spule mit dem Lastkreis zu wählen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der bereits angesprochene Überbrückungskondensator beispielsweise mit zwei Dioden und einem weiteren Kondensator so verschaltet werden, daß der letztere Kondensator von dem Lade- oder Entladestrom des Überbrük- kungskondensators geladen wird. Aus dem letzteren Kondensator kann dann eine Steuereinrichtung für den Frequenzgenerator, etwa eine integrierte Steuerschaltung für den Halbbrückenoszillator, versorgt werden.
Im folgenden werden konkrete Ausführungsbeispiele für die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert. Dabei beschriebene Merkmale und Einzelheiten können natürlich auch für sich oder in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die Fig. 1 bis 5 zeigen jeweils eigene Ausführungsbeispiele, die sich voneinander bezüglich der Anordnung und dem Aufbau des Pumpzweigs unterscheiden. Die gestrichelt eingezeichneten Linien dienen der Veranschaulichung erfindungsgemäßer Vorteile, sind aber nicht Bestandteil der Ausfüh- rungsbeispiele.
In Fig. 1 liegt an den links gezeichneten Anschlußpunkten mit UN(t) eine gleichgerichtete Netzspannung (pulsierende Gleichspannung) an, wobei zu weiteren Einzelheiten auf den zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Von diesen Anschlußpunkten führen zwei Versorgungszweige zu einem da- zwischenges ehalte ten Elektrolytkondensator (Elko) als Speicherelement und einer parallel zum Elko zwischen den Versorgungszweigen liegenden Oszillatorhalbbrücke mit zwei Schaltern Sl und S2. Vom Mittenabgriff Ml ausgehend liegt jeweils eine Freilaufdiode D3 bzw. D4 zu jedem der Schalter parallel.
Der Mittenabgriff Ml ist ferner über zunächst eine Lampenspule L2 und dann eine Parallelschaltung aus einer Niederdruckentladungslampe E und einem Resonanzkondensator C4 sowie einen Gleichstromtrennkondensator C5 und einen Meßwiderstand Rl für den Lastkreisstrom mit dem unteren negativen Versorgungszweig verbunden.
Im oberen Bereich des Schaltdiagramms ist ein über zwei parallele Kondensatoren C2 und C3 jeweils mit einem Anschlußpunkt unmittelbar vor bzw. unmittelbar hinter der mittenabgriffseitigen Lampenspule L2 verbundener Pumpzweig eingezeichnet, der am positiven Versorgungszweig leistungsversorgungsseitig, also links, vom Elko angeschlossen ist. Dieser letztere Anschlußpunkt liegt zwischen zwei in Durchlaßrichtung für den Stromfluß der Leistungsversorgung gepolten Dioden Dl und D2, die ebenfalls leistungs- versorgungsseitig vor dem Elko angeordnet sind. Der Pumpzweig besteht also aus zwei Pumpkondensatoren C2 und C3 mit den Anschlußleitungen zum Lastkreis und zum Versorgungszweig.
Zwischen dem genannten Anschlußpunkt des Pumpzweiges und der lei- stungsversorgungsseitigen Diode Dl liegt eine erfindungsgemäße Pumpstützdrossel Ll, und zwischen dem Anschlußpunkt des Elkos am positiven Versorgungszweig und dem Pumpzweig liegt ein erfindungsgemäßer Überbrückungskondensator Cl zur Überbrückung der Diode D2.
Die prinzipielle Funktion des Halbbrückenoszillators besteht darin, daß durch alternierende Schaltbetätigung der Schalter Sl und S2 das Potential des Mittenabgriffs Ml zwischen dem des positiven Versorgungszweiges und dem des negativen Versorgungszweiges hin- und hergeschoben wird. Damit ergibt sich sozusagen eine „Zerhackeroszillation", die zum Wechselstrombe- trieb des Lastkreises mit der Niederdruckentladungslampe E und über die Betriebsfrequenz des Halbbrückenoszillators zur Regelung des Betriebszustandes der Niederdruckentladungslampe E dient. Diese Grundschaltung ist allgemein bekannt, so daß zu weiteren Einzelheiten auf den zitierten Stand der Technik und die dort zu findenden Literaturhinweise verwiesen werden kann.
Der Pumpzweig verbindet die über die Kondensatoren C2 und C3 gelieferte hochfrequente Wechselspannung aus dem Lastkreis je nach der Differenz zwischen der Versorgungseingangsspannung UN(t) und der Spannung am Elko halbwellenalternierend (bezüglich der Lastkreisfrequenz) mit der einen bzw. der anderen der beiden genannten Spannungen auf der Leistungsversorgungsseite des Halbbrückenoszillators. Die Ladungsverschiebung durch den Pumpzweig verringert insbesondere die Schärfe der Ladungsaufnahme durch den Elko, die sonst bei Gleichheit der Elko-Spannung mit der momen- tanen Versorgungsspannung plötzlich ein- bzw. aussetzen würde. Daraus würden vor allem auch starke niedere harmonische Oberwellen der Netzfrequenz resultieren, die z.B. mit Glättungsdrosseln auf der Wechselstromseite praktisch nicht ausgefiltert werden können. Mit dem Pumpzweig strebt man im Gegensatz dazu eine ständige Nachladung des Elkos an - moduliert mit der Lastkreisfrequenz. Diese lastkreisfrequente Störung ist gut ausfilterbar, wie im Stand der Technik bekannt, so daß sich insgesamt eine deutliche Verbesserung des Oberwellengehalts der Netzstromentnahme ergibt. Zu weiteren Einzelheiten hierzu und zu auch im Rahmen der Erfindung denkbaren komplizierteren Pumpzweigaufbauten wird auf den zitierten Stand der Technik verwiesen.
Wie eingangs bereits erläutert, dient die erfindungsgemäße Pumpstützdrossel Ll einerseits zur Unterstützung der Pumpwirkung, so daß die Kondensatoren C2 und C3 kleiner ausgelegt sein können. Andererseits beeinflußt sie die Frequenzabhängigkeit der geschilderten Pumpwirkung und verhindert damit Überspannungen am Elko. Diese können - wie eingangs erläutert - durch die mit zunehmender Frequenz steigende Pumpleistung des kapazitiven Pumpzweiges bei gleichzeitig verminderter Leistungsaufnahme durch die zunehmende Phasenverschiebung im Lastkreis entstehen.
Erfindungs gemäß wird ferner die Diode D2 mit dem Überbrückungskondensator Cl überbrückt, so daß bei steigender Frequenz durch den sinkenden Wechselstromwiderstand des Kondensators Cl mehr und mehr ein Hin- und Herpumpen von Ladung zwischen dem Elko und dem Lastkreis an die Stelle einer zusätzlichen Ladungsaufnahme von der Leistungsversorgung tritt.
Ferner wirkt der Überbrückungskondensator Cl in Serienschaltung mit dem
Kondensator C2 als Trapezkondensator für den Schalter Sl, weil die Serien- Schaltung diesem parallel liegt. Daher erübrigt sich ein eigener Trapezkon- densator CT, wie er gestrichelt für den Schalter S2 gezeichnet ist, genauso aber auch parallel zu Sl liegen könnte. Man erkennt in Fig. 1, daß der gestrichelt gezeichnete Trapezkondensator CT bei einer Potentialverschiebung am Mittenabgriff Ml mit dem Kondensator C2 und gegenläufig zu diesem gela- den werden muß, d.h. bei Aufladung von C2 entladen und bei Entladung von C2 aufgeladen werden muß. Damit wirken die Kondensatoren CT und C2 effektiv parallelgeschaltet. Eine entsprechende Wirkung ergäbe sich bei gleichsinniger Auf- und Entladung, wenn der Trapezkondensator CT parallel zu dem Schalter Sl läge.
Durch das Weglassen des Trapezkondensators CT werden Schwierigkeiten mit der Entladung des Kondensators C2 und der Aufladung des Trapezkondensators CT nach dem Ausschalten des Schalters S2 vermieden, die vor allem in der zeitlichen Umgebung des Netzspannungsmaximums mit entspre- chend früher Aufladung des Pumpkondensators C2 auf die Elko-Spannung und entsprechendem Übergang der Diode D2 in den leitenden Zustand auftreten würden. Ferner ist die Serienschaltung der Kondensatoren Cl und C2 dazu geeignet, „ungebremste" Potentialsprünge am Mittenabgriff Ml abzufangen, die die elektromagnetische Verträglichkeit verschlechtern würden. Wenn die Diode D2 leitend wird, kann sich C2 seiner Funktion als Pumpkondensator entsprechend und ungestört von dem Kondensator Cl direkt in den Elko entladen. Entsprechendes gilt für das Ausschalten des anderen Schalters Sl.
Daraus ergibt sich, daß die Pumpe insgesamt so ausgelegt sein muß, daß die Ladungsentnahme aus dem Elko durch das Aufladen des Kondensators Cl beim Einschalten des Schalters S2 nicht zu groß wird und die Pumpstützdrossel Ll so geladen werden kann (Stromeinprägung), daß sich eine ausreichend hohe Elko-Spannung ergibt. Die geschilderten Funktionen finden sich analog in den Schaltungsbeispielen in den Fig. 2 und 3. In Fig. 2 ist der Pumpzweig lediglich zur negativen Seite der Leistungsversorgung gelegt, verbindet also den entsprechenden Anschlußpunkt des negativen Versorgungszweiges mit dem Lastkreis, und zwar mittenabgriff sei tig von der Niederdruckentladungslampe E. Der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Trapezkondensator CT entspricht der im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderten Situation einer Parallelschaltung des Trapezkondensators CT zum Schalter Sl.
Fig. 3 wiederum zeigt ein Schaltungsbeispiel, das dem aus Fig. 1 bis auf den lastkreisseitigen Anschluß des Pumpzweiges über den Pumpkondensator C3 entspricht. Dieser ist an einem Mittenabgriff der Lampenspule L2 angeschlossen, so daß sich der zwischen dem Mittenabgriff und der Niederdruk- kentladungslampe E verbleibende Teil der Spule als Dämpfungsdrossel für Stromspitzen aus dem Pumpzweig ergibt. Im Beispiel aus Fig. 1 gehen diese Stromspitzen ungefiltert in den Strom durch die Niederdruckentladungslampe E und den Resonanzkondensator C4 ein und werden somit bei einer Messung über den Widerstand Rl mit erfaßt. Dadurch kann es zu erheblichen Störungen in der signaltechnischen Verarbeitung kommen. Der Wider- stand Rl kann natürlich auch zwischen dem Gleichstromtrennkondensator C5 und der Niederdruckentladungslampe E oder zwischen dieser und der Lampenspule L2 liegen. Selbstverständlich ist auch in dem Schaltungsbeispiel nach Fig. 2 ein Anschluß des Pumpkondensators C3 an einem Mittenabgriff der Lampenspule L2 denkbar.
Fig. 4 zeigt ein Schaltungsbeispiel, das sich von dem aus Fig. 3 nur dadurch unterscheidet, daß der Pumpkondensator C2 weggelassen worden ist. Die Pumpleistung des Pumpzweiges wird dabei durch die genaue Lage des Mittenabgriffs an der Lampenspule eingestellt. Die gezeigte Vereinfachung wird jedoch durch den Nachteil erkauft, daß die Serienschaltung der Kon- densatoren Cl und C3 nicht mehr direkt parallel zum Schalter S2 liegt bzw. nicht mehr direkt am Mittenabgriff Ml der Halbbrücke angeschlossen ist. Um diesen Nachteil zu beheben, müßte anstatt des eingesparten Kondensators ein zusätzlicher Trapezkondensator CT hinzugeführt werden (gestrichelt eingezeichnet). Dessen Nachteile sind oben bereits erläutert worden.
Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, dem erfindungs gemäßen Überbrückungskondensator Cl eine weitere vorteilhafte Funktion zu geben. Er ist über zwei Dioden D5 und D6 mit einem Kondensator C6 verbunden. Dabei ersetzt die Schaltung aus den Dioden und dem Kondensator C6 den Anschlußpunkt des Überbrückungskondensators Cl am Zweig der Leistungsversorgung - vgl. Fig. 2.
Die Dioden D5 und D6 sind mit den Kondensatoren Cl und C6 so verschaltet, daß der Strom aus dem Kondensator Cl durch die Diode D6 den Kondensator C6 auflädt, der umgekehrte Strom aber über die Diode D5 und nicht aus dem Kondensator C6 gezogen wird. Dadurch kann dieser als Energiequelle für eine andere Einrichtung verwendet werden, z.B. für eine inte- grierte Steuer Schaltung für die Schalter Sl und S2 der Halbbrücke. Damit entfällt die Notwendigkeit einer unabhängigen Leistungsversorgung hierfür.
Durch die Wahl einer Zenerdiode D5 kann die Spannung am Kondensator C6 eingestellt werden, so daß z.B. Überspannungen an einem Steuerungs- chip vermieden werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zum Betreiben einer Last, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe (E), mit einer Frequenzgeneratorstruktur zur Wechselstromversorgung der Last und einem Pumpzweig zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit der Schaltung, der den Last- kreis mit einer Leistungsversorgungsseite der Frequenzgeneratorstruktur verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Leistungsversorgungsseite der Frequenzgeneratorstruktur in einem Gleichstrombereich vor dem Anschlußpunkt des Pump- zweiges in Serie zu dem Pumpzweig und zu einem Zweig der Leistungsversorgung eine Pumpstützdrossel (Ll) liegt, die dazu ausgelegt ist, in jedem Wechselstromzyklus der Last geladen und im wesentlichen voll entladen zu werden,
- der Anschlußpunkt des Pumpzweiges zwischen der Pumpstützdrossel (Ll) und einer in Durchlaßrichtung für die Leistungs Versorgung gepolten Diode (D2) liegt und
die Diode (D2) mit einem Überbrückungskondensator (Cl) über- brückt ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzgeneratorstruktur ein Halbbrückenoszillator mit zwei Schaltelementen (Sl, S2) ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszustand der Last über die Wechselstromfrequenz des Lastkreises geregelt wird.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Leistungsversorgungsseite seriell vor der Pumpstützdrossel (Ll) eine in Durchlaßrichtung für die Leistungsversorgung gepolte Diode (Dl) liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzweig nur über einen Kondensator (C3) mit dem Lastkreis verbunden ist.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzweig an einem Zwischenabgriff einer Lampenspule (L2) angeschlossen ist, insbesondere wenn der Wechselstrom im Lastkreis über einen Widerstand (Rl) zur signal technischen Verwertung erfaßt wird.
7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpzweig über zwei parallele Kondensatoren (C2, C3) mit dem Lastkreis verbunden ist, wobei die eine Verbindung frequenzgeneratorseitig von der Lampenspule (L2) und die andere Verbindung lastseitig von der Lampenspule (L2) oder an dem Zwischenabgriff der Lampenspule (L2) angreift.
8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade- und/oder Entladestrom des Überbrückungskondensators (Cl) zum Laden eines Energiespeichers, etwa eines Kondensators (C6), zur Versorgung einer Steuereinrichtung für den Frequenzgenerator verwendet wird.
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