EP1176854A2 - Reduzierung der Klemmenspannung von Betriebsgeräten für Gasentladungslampen - Google Patents

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EP1176854A2
EP1176854A2 EP01116059A EP01116059A EP1176854A2 EP 1176854 A2 EP1176854 A2 EP 1176854A2 EP 01116059 A EP01116059 A EP 01116059A EP 01116059 A EP01116059 A EP 01116059A EP 1176854 A2 EP1176854 A2 EP 1176854A2
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Felix Dr. Franck
Markus Heckmann
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Definitions

  • the invention relates to an electronic operating device for gas discharge lamps according to the preamble of claim 1. It is in particular circuit topologies that identify the potential of at least one output terminal (2,3) reduce compared to the earth potential.
  • the terminals are under output terminals of an operating device to which lamps are connected. Become If no details are given on the reference to a potential, the potentials in in relation to the earth potential.
  • the potential of the output terminals of an electronic control gear for gas discharge lamps should be kept as small as possible for the following reasons: Firstly, if the potential of an output terminal is too high, an insulation problem arises. Leakage currents to earth potential can no longer be tolerated; the touch safety of the devices can U. can no longer be guaranteed. There the level of the potential of an output terminal is also a safety-relevant variable their effective value is limited by the IEC standard 60928.
  • the object of the present invention is an operating device according to the preamble of claim 1, in which the maximum of the potentials of the output terminals is as low as possible.
  • An electronic control gear for gas discharge lamps usually has one AC voltage generator (G), which provides an AC voltage, which has a frequency that is significantly higher than the frequency of the mains voltage.
  • the AC voltage is usually unipolar at a generator output (1) with respect to a reference potential (E) that is close to the earth potential.
  • a value that is suitable for operating the lamp is the AC voltage in a reactance network (Z) is fed.
  • This provides a first output terminal (2) ready, to which one or more lamps connected in series are connected.
  • the second output terminal (3) leads to the via the coupling capacitor (CB) Reference potential (E).
  • the coupling capacitor carries the DC voltage component AC voltage source, so that the lamp with DC voltage-free AC voltage is operated. It is often necessary to use the coupling capacitor (CB) is connected to the reference potential (E) so that the one connected to it Voltage from other components of the control gear can be better used.
  • the potential must be reduced by at least one output terminal (2,3).
  • the first output terminal (2) has the higher potential, which is why this is primarily must be reduced.
  • this takes place in that in the connection between the second output terminal (3) and the reference potential (E)
  • An electrical component (VC) is inserted in series as a voltage source acts.
  • the reduction voltage (UVC) formed there must have a voltage profile have, which is suitable, the potential of the first output terminal (2) reduce.
  • This condition can e.g. B. are adhered to by the fact that electrical component is a controlled voltage source.
  • the control is then so choose that the frequency of the reduction voltage (UVC) equals the frequency is the AC voltage generated by the AC voltage generator (G).
  • Said controlled voltage source can be cost-effectively coupled Realize coils.
  • the potential of the second output terminal (3) may be taken by the above measures naturally do not become greater than the potential of the first output terminal (2). Ideally, the potentials of the output terminals (2,3) are the same.
  • Figure 1 shows the series connection of an alternating voltage generator (G), one Reactance network (Z), a lamp (LP), one acting as a voltage source electrical component (VC) and a coupling capacitor (CB).
  • the AC voltage generator (G) feeds its voltage between the generator output (1) and the reference potential (E).
  • the reactance network (Z) is essentially connected between the generator output (1) and the first output terminal (2). As indicated by dashed lines, the reactance network (Z) can also have connections to the Have reference potential (E) and to the second output terminal (3).
  • the lamp (LP) lies between the first (2) and the second output terminal (3). Instead of One lamp (LP) can also operate several lamps in series. Between the second output terminal (3) and the reference potential (E) Series connection of the coupling capacitor (CB) and an electrical one Component (VC) that acts as a voltage source.
  • the reactance network (Z) now consists of a lamp choke (L1) and a resonance capacitor (CR1).
  • the lamp choke (L1) is between the generator output (1) of the AC voltage generator (G) and the first output terminal (2).
  • the resonance capacitor (CR1) is parallel to the lamp (LP).
  • the electrical Component (VC) is designed as a coupled inductance (L11).
  • the coupling with the lamp choke (L1) is indicated by the common core (4).
  • the coupled one Inductance (L11) acts like one of the voltage across the lamp choke (L1) controlled voltage source.
  • the coupling between the lamp choke (L1) and the coupled inductance (L11) is designed so that the potential of the first Output terminal (2) is reduced.
  • the value of the inductance of the lamp choke (L1) and the coupled inductance (L11) is selected so that a a desired voltage determined by the alternating voltage generator (G) Lamp current.

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Abstract

Offenbart ist ein Elektronisches Betriebsgerät für Entladungslampen, bei dem eine Ausgangsklemme über einen Koppelkondensator (CB) einem Bezugspotenzial zugeführt (E) wird. Zur Reduktion des Potenzials einer Ausgangsklemme wird seriell zum Koppelkondensator (CB) ein elektrisches Bauelement (VC) eingefügt, das als Spannungsquelle wirkt. In einer Ausführungsform besteht das elektrische Bauelement (VC) aus einer Induktivität, die mit der Lampendrossel gekoppelt ist. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Betriebsgerät für Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Schaltungstopologien, die das Potenzial zumindest einer Ausgangsklemme (2,3) gegenüber dem Erdpotenzial reduzieren. Unter Ausgangsklemmen sind die Klemmen eines Betriebsgeräts zu verstehen, an denen Lampen angeschlossen werden. Werden keine näheren Angaben zum Bezug eines Potenzials gemacht, so gelten Potenziale in bezug auf das Erdpotenzial.
Stand der Technik
Die Potenziale der Ausgangsklemmen eines elektronischen Betriebsgeräts für Gasentladungslampen sollten aus folgenden Gründen möglichst klein gehalten werden: Erstens entsteht bei einem zu hohen Potenzial einer Ausgangsklemme ein Isolationsproblem. Es können nicht mehr tolerierbare Ableitströme zum Erdpotenzial hin entstehen; die Berührsicherheit der Geräte kann u. U. nicht mehr gewährleistet sein. Da die Höhe des Potenzials einer Ausgangsklemme auch eine sicherheitsrelevante Größe ist, ist ihr Effektivwert durch die IEC-Norm 60928 begrenzt.
Zweitens bewirkt ein hohes Potenzial einer Ausgangsklemme bei hohen Frequenzen starke leitungsgebundene Gleichtaktstörungen auf den Netzzuleitungen. Je geringer dieses Potenzial ist, desto weniger Aufwand muss für die Funkentstörung getrieben werden.
Es wird davon ausgegangen, dass die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten durch eine Effektivwertmessung der Spannung zwischen den Punkten bestimmt wird. Bei den folgenden Betrachtungen ist es erlaubt von zwei Lampenanschlüssen auszugehen, die mit den Ausgangsklemmen (2,3) des Betriebsgeräts verbunden sind. Von den für Lampen mit beheizten Wendeln üblichen vier Anschlüssen liegen jeweils zwei, die durch eine Wendel verbunden sind, auf näherungsweise gleichem Potenzial. Zwischen den beiden wesentlichen Lampenanschlüssen liegt die für die zu betreibende Lampe nötige Lampenbrennspannung an. Kritisch in Bezug auf die oben beschriebene Problematik ist das höhere Potenzial der beiden Ausgangsklemmen (2,3). Das Problem wird mit steigender Lampenbrennspannung verschärft. Insbesondere moderne Niederdruck-Entladungslampen mit 16mm Durchmesser besitzen gegenüber herkömmlichen Lampen mit 26mm eine erhöhte Lampenbrennspannung. Bei Betriebsgeräten für zwei Lampen war bisher die Serienschaltung besagter 16mm Lampen nicht möglich, da durch die verdoppelte Lampenbrennspannung bei der Serienschaltung das Potenzial mindestens einer Ausgangsklemme gegenüber dem Erdpotenzial erlaubte Grenzwerte überschritt. Deshalb ist der Stand der Technik zur Lösung dieser Problematik in der Parallelschaltung der Lampen zu sehen. Bei der Parallelschaltung der Lampen muss jedoch für jede Lampe ein Lampenkreis vorgesehen werden, wodurch die Kosten, das Gewicht und der Platzbedarf des Geräts ansteigt.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei dem das Maximum der Potenziale der Ausgangsklemmen möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Betriebgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein elektronisches Betriebsgerät für Gasentladungslampen besitzt in der Regel einen Wechselspannungsgenerator (G), der eine Wechselspannung zur Verfügung stellt, die eine Frequenz aufweist, die wesentlich höher liegt als die Frequenz der Netzspannung. Die Wechselspannung liegt meist unipolar an einem Generatorausgang (1) bezüglich eines Bezugspotenzials (E) an, das nahe dem Erdpotenzial liegt. Zur Transformation des Quellwiderstandes des Wechselspannungsgenerators (G) auf einen Wert, der zum Betrieb der Lampe geeignet ist, wird die Wechselspannung in ein Reaktanznetzwerk (Z) eingespeist. Dieses stellt eine erste Ausgangsklemme (2) bereit, an dem eine oder mehrere, in Serie geschaltete Lampen angeschlossen werden. Die zweite Ausgangsklemme (3) führt über den Koppelkondensator (CB) zum Bezugspotenzial (E). Der Koppelkondensator trägt den Gleichspannungsanteil der Wechselspannungsquelle, damit die Lampe mit gleichspannungsfreier Wechselspannung betrieben wird. Es ist oft erforderlich, dass der Koppelkondensator (CB) mit einem Anschluss auf dem Bezugspotenzial (E) liegt, damit die an ihm anliegende Spannung von anderen Komponenten des Betriebsgeräts besser genutzt werden kann.
Entsprechend der oben formulierten Aufgabe der Erfindung muss also das Potenzial von mindestens einer Ausgangsklemme (2,3) reduziert werden. In der Regel besitzt die erste Ausgangsklemme (2) das höhere Potenzial, weshalb dieses in erster Linie reduziert werden muss. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass in die Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme (3) und dem Bezugspotenzial (E) seriell ein elektrisches Bauelement (VC) eingefügt wird, das als Spannungsquelle wirkt. Die daran ausgebildete Reduktionsspannung (UVC) muss einen Spannungsverlauf aufweisen, welcher geeignet ist, das Potenzial der ersten Ausgangsklemme (2) zu reduzieren. Diese Bedingung kann z. B. dadurch eingehalten werden, dass das elektrische Bauelement eine gesteuerte Spannungsquelle ist. Die Steuerung ist dann so zu wählen, dass die Frequenz der Reduktionsspannung (UVC) gleich der Frequenz der vom Wechselspannungsgenerator (G) erzeugten Wechselspannung ist. Besonders kostengünstig lässt sich besagte gesteuerte Spannungsquelle durch gekoppelte Spulen realisieren.
Das Potenzial der zweiten Ausgangsklemme (3) darf durch oben genannte Maßnahmen natürlich nicht größer werden als das Potenzial der ersten Ausgangsklemme (2). Im Idealfall sind die Potenziale der Ausgangsklemmen (2,3) gleich groß.
Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
  • Figur 1: einen allgemein gehaltenen Schaltplan zur erfindungsgemäßen Realisierung eines Betriebsgeräts für Entladungslampen mit niedrigem Potenzial der Ausgangsklemmen (2,3)
  • Figur 2,3,4: spezielle Ausführungsbeispiele des allgemeinen Lösungsansatzes aus Figur 1.
    • Figur 1 zeigt die Serienschaltung eines Wechselspannungsgenerators (G), eines Reaktanznetzwerks (Z), einer Lampe (LP), eines als Spannungsquelle wirkenden elektrischen Bauelements (VC) und eines Koppelkondensators (CB). Der Wechselspannungsgenerator (G) speist seine Spannung zwischen dem Generatorausgang (1) und dem Bezugspotenzial (E) ein. Das Reaktanznetzwerk (Z) ist im wesentlichen zwischen den Generatorausgang (1) und die erste Ausgangsklemme (2) geschaltet. Wie gestrichelt angedeutet, kann das Reaktanznetzwerk (Z) auch Anschlüsse zum Bezugspotenzial (E) und zur zweiten Ausgangsklemme (3) aufweisen. Die Lampe (LP) liegt zwischen der ersten (2) und der zweiten Ausgangsklemme (3). Anstatt einer Lampe (LP) können auch mehrere Lampen in Serie betrieben werden. Zwischen der zweiten Ausgangsklemme (3) und dem Bezugspotenzial (E) liegt die Serienschaltung aus dem Koppelkondensator (CB) und einem elektrischen Bauelement (VC), das als Spannungsquelle wirkt.
    In Figur 2 sind die allgemein gehaltenen Komponenten aus Figur 1 näher ausgeführt. Das Reaktanznetzwerk (Z) besteht nun aus einer Lampendrossel (L1) und einem Resonanzkondensator (CR1). Die Lampendrossel (L1) liegt zwischen dem Generatorausgang (1) des Wechselspannungsgenerators (G) und der ersten Ausgangsklemme (2). Der Resonanzkondensator (CR1) liegt parallel zur Lampe (LP). Das elektrische Bauelement (VC) ist als gekoppelte Induktivität (L11) ausgeführt. Die Kopplung mit der Lampendrossel (L1) ist durch den gemeinsamen Kern (4) angedeutet. Die gekoppelte Induktivität (L11) wirkt wie eine von der Spannung über der Lampendrossel (L1) gesteuerte Spannungsquelle. Die Kopplung zwischen der Lampendrossel (L1) und der gekoppelten Induktivität (L11) ist so ausgeführt, dass das Potenzial der ersten Ausgangsklemme (2) reduziert wird. Der Wert der Induktivität der Lampendrossel (L1) und der gekoppelten Induktivität (L11) ist so gewählt, dass sich bei einer bestimmten vom Wechselspannungsgenerator (G) abgegebenen Spannung ein gewünschter Lampenstrom einstellt.
    In Figur 3 ist das Reaktanznetzwerk (Z) modifiziert gegenüber Figur 2. Der Resonanzkondensator (CR2) liegt nun zwischen der ersten Ausgangsklemme (2) und dem Bezugspotenzial (E). Damit ergeben sich u. U. bessere Potenzialverhältnisse bezüglich der Zündung der Lampe. Die restliche Topologie ist identisch mit der in Figur 2. Auch die Anmerkungen zu Figur 2 gelten entsprechend.
    In Figur 4 ist im Vergleich zu Figur 2 die Serienschaltung aus einer Induktivität (L2) und einem Kondensator (C1) parallel zum Wechselspannungsgenerator (G) hinzugefügt. Die gekoppelte Induktivität (L21) ist nicht mehr, wie in Figur 2 (L11), mit der Lampendrossel (L1) gekoppelt, sondern mit der neu hinzugekommenen Induktivität (L2) gekoppelt. Der Kondensator (C1) blockt eventuelle Gleichspannungsanteile der Wechselspannungsquelle (G) ab. Der erhöhte Aufwand bringt einen Freiheitsgrad: Die Lampendrossel (L1) kann nun unabhängig von der Potenzialreduzierung einer Ausgangsklemme (2,3) dimensioniert werden. Die Anmerkungen zum Funktionsprinzip aus der Beschreibung zu Figur 1 und 2 gelten entsprechend. Eine weitere Modifikationsmöglichkeit der Ausführungsformen besteht darin, dass in Figur 4 analog zu Figur 3 der Resonanzkondensator (CR1) anstatt mit der zweiten Ausgangsklemme (3) mit dem Bezugspotenzial (E) verbunden ist.

    Claims (3)

    1. Elektronisches Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das folgende Merkmale aufweist:
      einen Wechselspannungsgenerator (G), der eine Wechselspannung zwischen einem Generatorausgang (1) und einem Bezugspotenzial (E) zur Verfügung stellt,
      ein Reaktanznetzwerk (Z), das am Generatorausgang (1) ist angeschlossen ist und das eine erste Ausgangsklemme (2) bereit stellt, an der eine oder mehrere, in Serie geschaltete Entladungslampen (LP) angeschlossen sind,
      eine Serienschaltung eines Koppelkondensators (CB) und eines elektrischen Bauelements (VC) über die der Lampenstromkreis von einer zweiten Ausgangsklemme (3) zum Bezugspotenzial (E) geschlossen wird
      eine Reduktionsspannung (UVC), die sich an den zwei Polen des elektrischen Bauelements (VC) ausbildet,
      wobei der Spannungsverlauf der Reduktionsspannung (UVC) dadurch gekennzeichnet ist, dass er den Effektivwert der Spannung zwischen mindestens einer Ausgangsklemme (2, 3) und dem Bezugspotenzial (E) reduziert.
    2. Elektronisches Betriebsgerät für Gasentladungslampen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktanznetzwerk (Z) eine Lampendrossel (L1) enthält, die zwischen dem Generatorausgang (1) und der ersten Ausgangsklemme (2) geschaltet ist und das elektrische Bauelement (VC) in Serie zum Koppelkondensator (CB) eine gekoppelte Induktivität (L11) enthält, die mit der Lampendrossel (L1) derart gekoppelt ist, dass der Effektivwert der Spannung zwischen der ersten Ausgangsklemme (2) und dem Bezugspotenzial (E) reduziert wird.
    3. Elektronisches Betriebsgerät für Gasentladungslampen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Generatorausgang (1) und dem Bezugspotenzial (E) eine Primärspule (L2) geschaltet ist, das elektrische Bauelement (VC) in Serie zum Koppelkondensator (CB) eine Sekundärspule (L21) enthält und eine induktive Kopplung zwischen der Primärspule (L2) und der Sekundärspule (L22) derart besteht, dass der Effektivwert der Spannung zwischen der ersten Ausgangsklemme (2) und dem Bezugspotenzial (E) reduziert wird.
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    Publications (2)

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    EP (1) EP1176854A3 (de)
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