EP1189487B1 - Elektronische Schaltung zur Detektion des Wendelbruchs bei Gasentladungslampen - Google Patents

Elektronische Schaltung zur Detektion des Wendelbruchs bei Gasentladungslampen Download PDF

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EP1189487B1
EP1189487B1 EP01118281A EP01118281A EP1189487B1 EP 1189487 B1 EP1189487 B1 EP 1189487B1 EP 01118281 A EP01118281 A EP 01118281A EP 01118281 A EP01118281 A EP 01118281A EP 1189487 B1 EP1189487 B1 EP 1189487B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
operating device
capacitor
circuit part
input
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01118281A
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English (en)
French (fr)
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EP1189487A3 (de
EP1189487A2 (de
Inventor
Klaus Schadhauser
Harald Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • 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
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2981—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2985—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions
    • 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 invention relates to a circuit arrangement for operating one or more low-pressure discharge lamps according to the preamble of claim 1. It is in particular a circuit which detects the breakage of a filament of a lamp and puts the circuit arrangement in a safe mode.
  • the life of a helical low-pressure discharge lamp is determined primarily by the life of the helices. If the coils are used up, the lamp voltage initially increases, accompanied by an undesired increase in temperature in the filament region of the lamp. Also, the lamp usually has a rectifying effect at this stage. Finally, the coil breaks, which can lead to the destruction of the lamp operating device and dangerous overheating of the lamp ends. For safe operation of the lamp and for the protection of the operating device, some cut-off devices are known:
  • the lamp voltage is used to obtain a criterion for the shutdown of the operating device (eg EP 0809923 ).
  • the lamp voltage is subject to strong fluctuations even in normal operation, so that in many cases no clear threshold can be specified at which a shutdown should be made.
  • the operating device a so-called coupling capacitor, which receives the DC component of the output voltage of the AC generator contained in the operating device.
  • the voltage at the coupling capacitor is used to detect the above-mentioned rectifying effect of the lamp.
  • a quantitative statement about the value of this voltage must be made and compared with a threshold.
  • the value of the voltage to be measured in normal operation is subject to strong fluctuations and therefore often no clear threshold can be specified. A reliable shutdown is therefore not possible or technically very expensive in many cases.
  • control gear for gas discharge lamps include an AC generator, which outputs at its output a voltage which has a DC component.
  • a half-bridge circuit may be used which contains two series-connected controlled switches.
  • these operating devices usually operate lamps that are not allowed to carry direct current. Therefore, in addition to other components, the lamp is usually connected to the AC voltage generator via a so-called coupling capacitor.
  • the coupling capacitor absorbs the DC component of the AC voltage source. For the purpose of switching off the operating device according to the invention, this DC voltage component can be filtered out via an averaging device.
  • a simple embodiment of the averaging is a first order low pass, which in the simplest case consists of only one resistor and one capacitor.
  • the DC voltage component of the coupling capacitor is now supplied to a circuit part responsible for the shutdown (hereinafter referred to as SD), which has a threshold characteristic at its input. It is important that this feed happens via a helix. In the case of a spiral break, the DC component of the coupling capacitor is missing at the input of the circuit part SD.
  • the threshold characteristic at the input of the circuit part SD only needs the DC voltage component of the coupling capacitor to be able to detect. This can be realized quite reliably without much effort. It should be noted, however, that apart from the DC component of the coupling capacitor, no further DC component is supplied to the input of the circuit part SD.
  • the threshold characteristic can be realized by a transistor. If a voltage is present at its input, it prevents the charging of a capacitor (referred to below as C7), which lies above its output terminals, for example. If the input voltage remains at Wendelbruch, the capacitor C7 charges up and triggers a shutdown of the operating device. The capacitor C7 is discharged during commissioning of the operating device. It thus prevents unwanted shutdown when starting the lamp.
  • the value of the capacitance of the capacitor C7 must be chosen so large that a shutdown can only be triggered after the DC component has stabilized on the coupling capacitor with an intact lamp. If the DC voltage component sets in, this is also an indication that the lamp has ignited properly. The DC voltage component on the coupling capacitor can thus also be used as "lamp burning" detection.
  • the shutdown of the operating device can be done by another controlled switch. If the other switch is activated, the above-mentioned AC voltage generator is put out of operation. This can be done in different ways. Usually an auxiliary voltage is required to generate drive signals in the AC generator. With the help of said further switch, the auxiliary voltage of the AC voltage generator can be suppressed and thus a shutdown of the operating device can be achieved. Some AC generators have a separate input to which a signal must be applied in order to enable the output signal of the AC generator (enabling signal).
  • this enable signal can be suppressed with said other switch for the purpose of shutdown.
  • the above-described circuit arrangement according to the invention for detecting a helix fracture is primarily suitable for only one helix, or for helices of a plurality of lamps connected in parallel, which are all at the same potential. If, in addition, coils are to be monitored which are at a different potential, this can be done in a different way, even with methods such as are already known from the prior art. In order to ensure a completely safe operation of a lamp, all filaments must be monitored, since it is not foreseeable which filament breaks first. Since the filaments belonging to a lamp are at very different potentials, especially during ignition, cost-effective implementations of the filament monitoring can generally not be applied simultaneously to both filaments.
  • the spiral monitoring according to the invention makes it possible in this context to combine it with other monitoring methods.
  • coils that are not monitored according to the invention by detecting the DC voltage component on the coupling capacitor can be monitored by another type. If the AC voltage generator requires an auxiliary voltage, it can be routed through the previously unmonitored coils. If these coils break, the auxiliary voltage supply is interrupted and the AC generator is switched off.
  • Another possibility for monitoring hitherto unmonitored helices is the detection of the AC voltage component at a lamp terminal.
  • the supply of the current for the gas discharge of the lamp takes place only at one end of the coil to be detected.
  • the applied AC voltage is coupled via a capacitor.
  • the amplitude of the decoupled AC voltage is substantially reduced. This can be exploited according to the invention to allow charging of the capacitor C7 to a value which, as described above, leads to a shutdown of the operating device. This is preferably done in that the discharge of the capacitor C7 is disturbed by another controlled switch.
  • the following requirement for the shutdown of a control gear is provided: If the lamp is changed after the shutdown, it should reset the shutdown and operation of the new lamp will be possible. According to the invention, we accomplish this by passing the charging current of the capacitor C7 over one or more coils. If the lamp is removed, the capacitor C7 discharges. If the voltage across the capacitor C7 falls below a predetermined value, the shutdown is reset.
  • Self-excited operating devices do not have a separate oscillator.
  • the drive signal for the circuit breaker is obtained from the load circuit.
  • the possibility of oscillator shutdown by means of auxiliary voltage interruption at Wendelbruch there is therefore not.
  • the shutdown in case of spiral breakage of the helix, which is not monitored by the DC voltage level at the coupling capacitor, by means of the above-explained detection of the AC voltage component. Then, however, this coil must not alone carry the charging current of the capacitor C7. Although the breakage of the helix would be detected, the subsequent charging of the capacitor C7 would be interrupted, so that no shutdown would come about. Therefore, according to the invention, both lamp filaments are used to provide the charging current for the capacitor C7.
  • capacitors are designated by the letter C, resistors by R, inductors by L, transistors by T and diodes by D, each followed by a number.
  • the operating device in FIG. 1 is designed for operation on an AC voltage network.
  • the mains voltage of, for example, 230Veff is connected.
  • D1, D2, D3, and D4 form a full-wave rectifier, which provides at its outputs P (plus) and M (ground) a DC voltage, hereinafter referred to as supply voltage available.
  • the capacitor C1 is connected between P and M.
  • An AC generator G draws its energy via P and M.
  • At the output O sets the AC generator G an alternating voltage with DC component for the operation of a gas discharge lamp ready.
  • the AC voltage generator G requires an auxiliary voltage H. Only for startup, the auxiliary voltage H is derived directly from the supply voltage via R1.
  • the auxiliary voltage H is generated via C3, which is connected to the terminal J2 of the coil W1.
  • D5, D6 and C2 serve to rectify and stabilize the AC voltage fed in via C3.
  • the lamp inductor L1 connects the output O of the AC generator G with the lamp filament W1 at the terminal J1.
  • the circuit for the gas discharge current through the lamp Lp is closed by the coil W2 at the terminal J3 via the coupling capacitor C5 to the mass M.
  • the resonance capacitor C4 is connected to the coil W1 at the terminal J2 and to the coil W2 at the terminal J4.
  • a circuit part SD contains the following components: T3, R2, D7, T4, C7, R5 and R6.
  • EDC of SD is the base of T4.
  • the emitter of T4 lies on the mass M. Between emitter and collector of T4 lies C7.
  • the voltage at the collector of T4 is supplied via a Zener diode D7 to the gate of T3.
  • D7 shows with the cathode on T4.
  • T3 is connected to the source on ground M.
  • the gate of T3 is connected to ground M via R2.
  • the drain of T3 is connected to the auxiliary voltage terminal H of the AC generator G.
  • R5 and R6 form a voltage divider. At the end of R6, the voltage divider is connected to ground M.
  • the collector of T4 is connected and thus also C7.
  • the charging current for C7 is fed. This is done via the helix W1 and R7 from the positive pole P of the supply voltage.
  • the potential at the input EDC of SD is so large (> 0.7V) that T4 is in the conducting state. C7 is therefore discharged and the potential at the collector of T4 is so low that the zener diode is not reverse-biased passes. If the potential of EDC drops so far ( ⁇ 0.7V) that T4 goes into the blocking state, then C7 is charged via R7, the filaments W1 and R5.
  • T3 is triggered and goes into the conductive state.
  • the auxiliary voltage H of the AC voltage generator G is short-circuited and thus switched off the operating device.
  • the input EDC of SD is driven from the junction of R3 and R4.
  • the other end of R4 is at ground M, the other end of R3 is at end J4 of filament W2.
  • C6 is switched parallel to R4.
  • the circuit consisting of R3, R4 and C6 acts as a low pass.
  • the DC component of the voltage applied to C5 via the coil W2 to the input EDC of SD is passed.
  • the potential at input EDC is so high in normal operation that the operating device is not switched off. If the coil W2 breaks, DC voltage is no longer present at terminal J4 of coil W2, the potential at input EDC drops below the threshold at which T4 is still in the conductive state and the operating unit is switched off.
  • the charging current of C7 is interrupted because of the missing coil W1.
  • the potential at the collector of T4 drops, T3 blocks and the AC voltage generator is supplied with the necessary auxiliary voltage (H) for a restart.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the disconnection according to the invention by means of spiral break detection in an operating device with a self-excited AC voltage generator G.
  • the device is supplied with a DC voltage via the connections DC + and DC-. This corresponds to the supply voltage from Figure 1.
  • DC + and DC- is the series circuit of two semiconductor switches T6 and T7, which are designed here as a MOSFET.
  • the junction between the transistors forms the output O of the half-bridge realized by the semiconductor switches T6 and T7.
  • the discharged at the output O load current is detected by a feedback device FB and each supplied to a drive circuit DR1 and DR2 for the semiconductor switches T6 and T7.
  • the drive circuits DR1 and DR2 are respectively between the gate and source of the semiconductor switches T6 and T7 and cause an alternating switching on and off of these semiconductor switches, whereby at the output O of the half-bridge applied with respect to DC-afflicted with a DC voltage component AC voltage.
  • the series circuit of R20 and D20 is connected between DC + and the half-bridge output O.
  • the other end of the Diac D21 is applied to the gate of the upper half-bridge transistor T6.
  • C20 is charged via R20 when the device is started up. If the voltage at C20 exceeds the triggering voltage of diac D21, the upper half-bridge transistor T6 is triggered and the oscillation of the half-bridge is initiated. D20 is used to discharge C20 during operation.
  • T3 is designed as a bipolar transistor in comparison to FIG.
  • the collector of T3 is connected through diode D26 to the gate of the lower half-bridge transistor (T7). If T3 is activated, a current flows through D26, which prevents the activation of T7.
  • the resistor R5 is not connected directly to the terminal J2 of the coil W1 as in FIG. Rather, it is connected to a series circuit of a resistor and a diode (R21, D22, R22, D23) both with J2 and to the terminal J4 of the coil W2.
  • the AC input EAC of the circuit part SD is connected via C21.
  • C21 only passes the AC voltage component of the potential to J2 on EAC.
  • a voltage divider comprising the resistors R25 and R26 between EAC and DC.
  • the anode of D25 and the cathode of D24 are connected.
  • the anode of D24 is at the low potential of the supply voltage (DC-) and is needed to evaluate the negative part of the AC voltage at EAC.
  • the cathode of D25 is connected to the capacitor C22.
  • the other terminal of C22 is at the low potential of the supply voltage (DC-).
  • C22 is designed to integrate the D24 and D25 rectified AC voltage applied to EAC.
  • the voltage applied to C22 is supplied to a voltage divider formed by the resistors R27 and R28.
  • the junction of R27 and R28 is connected to the base of transistor T5.
  • the emitter of transistor T4 is not directly connected to the low potential of the supply voltage (DC-) via the collector-emitter path of T5. If no AC voltage is present at EAC, T5 and therefore also T4 are no longer activated, which means that C7 can be charged and triggers a shutdown.
  • FIG. 3 shows a variant of the circuit diagram from FIG.
  • the signal from the coupling capacitor C5 is sometimes subject to considerable interference.
  • the cause of these disturbances is often the sporadic contact which a spiral, which is already broken, is constantly being restored.
  • These disturbances counteract the extension in Figure 3 with respect to Figure 1.
  • the connection between the averaging capacitor C6 and the base of T4 is no longer direct, but via the series connection of R31 and the emitter-collector path of the transistor T31.
  • the collector of T31 is connected to the base of T4 and connected to ground (M) for further interference suppression via the parallel connection of R34 and C31.
  • the base of T31 is over R33 with the mass (M) and over R32 and R35 with the positive pole (P) connected.
  • FIG. 3 Another variation in Figure 3 with respect to Figure 1 is the connection of R5. He is not connected as in Figure 1 at the terminal J2 of the coil W1, but connected via R35 to the positive pole (P). Thus, the shutdown when replacing the lamp is not reset, but only at a power failure.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Spinning Or Twisting Of Yarns (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer oder mehrerer Niederdruckentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Schaltung, die den Bruch einer Wendel einer Lampe detektiert und die Schaltungsanordnung in einen sicheren Modus versetzt.
    • Stand der Technik
  • Die Lebensdauer einer mit Wendeln ausgestatteten Niederdruck-Entladungslampe ist in erster Linie durch die Lebensdauer der Wendeln bestimmt. Sind die Wendeln aufgebraucht, kommt es zunächst zu einer Erhöhung der Lampenspannung einhergehend mit einer unerwünschten Temperaturerhöhung im Wendelbereich der Lampe. Auch zeigt die Lampe meist eine gleichrichtende Wirkung in diesem Stadium. Schließlich bricht die Wendel, was zur Zerstörung des Lampenbetriebsgeräts und zu einer gefährlichen Überhitzung der Lampenenden führen kann. Zum sicheren Betrieb der Lampe und zum Schutz des Betriebsgeräts sind einige Abschaltvorrichtungen bekannt:
  • Oft wird die Lampenspannung herangezogen, um ein Kriterium für die Abschaltung des Betriebsgeräts zu erhalten (z.B. EP 0809923 ). Die Lampenspannung ist jedoch auch im Normalbetrieb starken Schwankungen unterworfen, so dass in vielen Fällen keine eindeutige Schwelle angegeben werden kann, bei der eine Abschaltung vorgenommen werden soll. Meist enthält das Betriebsgerät einen sog. Koppelkondensator, der den Gleichanteil der Ausgangsspannung des im Betriebsgerät enthaltenen Wechselspannungsgenerators aufnimmt. In US5493181 wird die Spannung am Koppelkondensator benutzt, die oben erwähnte Gleichrichtwirkung der Lampe zu detektieren. Dabei muss eine quantitative Aussage über den Wert dieser Spannung getroffen und mit einer Schwelle verglichen werden. Auch hier gilt, dass der Wert der zu messenden Spannung im Normalbetrieb starken Schwankungen unterworfen ist und deshalb oft keine eindeutige Schwelle angegeben werden kann. Eine zuverlässige Abschaltung ist deshalb in vielen Fällen nicht möglich oder technisch sehr aufwendig.
  • Es hat sich auch gezeigt, dass eine Überwachung der Wendeln im Hinblick auf einen Bruch genügt, um einen sicheren Betrieb das Systems Lampe-Betriebsgerät gewährleisten zu können. In bekannten Lösungen, wird detektiert, ob ein DC-Teststrom durch die zu überprüfenden Wendeln fließen kann ( DE 3805510 ). Nachteil dieser Methode ist, dass der Teststrom zusätzlich zum für den Normalbetrieb nötigen Strom fließt und somit eine Zusatzbelastung für die Wendeln darstellt.
  • Insbesondere im Dimmbetrieb werden die Wendeln zusätzlich zum Strom für die Gasentladung mit einem Zusatzheizstrom beaufschlagt. Es gibt nun Lösungen zur Wendelbruchdetektion, die das Vorhandensein des Zusatzheizstroms kontrollieren ( EP 0422594 ). Oft ist aber der Zusatzheizstrom gegenüber dem Strom für die Gasentladung sehr klein, weshalb eine Detektion aufwendig und unsicher ist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abschaltvorrichtung für ein Betriebsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das mit geringem Aufwand eine zuverlässige Abschaltung des Betriebsgeräts beim Bruch einer Wendel bewerkstelligt.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung 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.
  • Viele Betriebsgeräte für Gasentladungslampen beinhalten einen Wechselspannungsgenerator, der an seinem Ausgang eine Spannung ausgibt, die einen Gleichanteil besitzt. Zur Realisierung des Wechselspannungsgenerators kann eine Halbbrückenschaltung verwendet werden, die zwei in Serie geschaltete gesteuerte Schalter enthält. Meist werden mit diesen Betriebsgeräten jedoch Lampen betrieben, die keinen Gleichstrom führen dürfen. Deshalb wird die Lampe neben anderen Bauelementen in der Regel über einen sog. Koppelkondensator an den Wechselspannungsgenerator angeschlossen. Für die erfindungsgemäße Abschaltung des Betriebsgeräts ist es wichtig, dass der Strom für die Gasentladung der Lampe an nur an einem Ende einer Wendel eingespeist wird. Der Koppelkondensator nimmt den Gleichspannungsanteil der Wechselspannungsquelle auf. Zum Zweck der erfindungsgemäßen Abschaltung des Betriebsgeräts kann dieser Gleichspannungsanteil über einen Mittelwertbildner herausgefiltert werden. Eine einfache Ausführung des Mittelwertbildners ist ein Tiefpass ersten Grades, der im einfachsten Fall nur aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht. Der Gleichspannungsanteil des Koppelkondensators wird nun einem für die Abschaltung verantwortlichen Schaltungsteil (im folgenden mit SD bezeichnet) zugeführt, der eine Schwellencharakteristik an seinem Eingang aufweist. Wichtig ist, dass diese Zuführung über eine Wendel geschieht. Bei einem Wendelbruch fehlt am Eingang des Schaltungsteils SD der Gleichspannungsanteil des Koppelkondensators. Die Schwellencharakteristik am Eingang des Schaltungsteils SD braucht lediglich den Gleichspannungsanteil des Koppelkondensators detektieren zu können. Dies ist ohne großen Aufwand recht zuverlässig zu realisieren. Zu beachten ist jedoch, dass außer dem Gleichanteil des Koppelkondensators kein weiterer Gleichspannungsanteil dem Eingang des Schaltungsteils SD zugeführt wird.
  • Die Schwellencharakteristik kann durch einen Transistor realisiert werden. Liegt an seinem Eingang eine Spannung an, so verhindert er das Aufladen eines Kondensators (im folgenden mit C7 bezeichnet), der beispielsweise über seinen Ausgangsklemmen liegt. Bleibt bei Wendelbruch die Eingangsspannung aus, so lädt sich der Kondensator C7 auf und löst eine Abschaltung des Betriebsgeräts aus. Der Kondensator C7 ist bei der Inbetriebnahme des Betriebsgeräts entladen. Er verhindert somit eine unerwünschte Abschaltung beim Startvorgang der Lampe. Der Wert der Kapazität des Kondensators C7 muss so groß gewählt werden, dass eine Abschaltung erst ausgelöst werden kann, nachdem sich bei intakter Lampe der Gleichspannungsanteil am Koppelkondensator stabilisiert hat. Stellt sich der Gleichspannungsanteil ein, so ist dies auch ein Indiz dafür, dass die Lampe ordnungsgemäß gezündet hat. Der Gleichspannungsanteil am Koppelkondensator kann somit auch als "Lampe brennt" Erkennung herangezogen werden.
  • Die Abschaltung des Betriebsgeräts kann durch einen weiteren gesteuerten Schalter erfolgen. Wird der weitere Schalter angesteuert so wird der o.g. Wechselspannungsgenerator außer Betrieb gesetzt. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Meist wird zur Erzeugung von Ansteuersignalen im Wechselspannungsgenerator eine Hilfsspannung benötigt. Mit Hilfe des besagten weiteren Schalters kann die Hilfsspannung des Wechselspannungsgenerators unterdrückt und damit eine Abschaltung des Betriebsgeräts erreicht werden. Manche Wechselspannungsgeneratoren verfügen über einen separaten Eingang, an dem ein Signal anliegen muss, um das Ausgangssignal des Wechselspannungsgenerators frei zu schalten (Freischaltesignal).
  • Auch dieses Freischaltesignal kann mit besagtem weiteren Schalter zum Zwecke der Abschaltung unterdrückt werden.
  • Die oben beschriebene erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Detektion eines Wendelbruchs eignet sich vorrangig für nur eine Wendel, oder für Wendeln von mehreren parallel geschalteten Lampen, die alle auf dem gleichen Potenzial liegen. Sollen zusätzlich Wendeln überwacht werden, die auf einem anderen Potenzial liegen, so kann dies auf eine andere Art geschehen, auch mit Methoden wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Um einen absolut sicheren Betrieb einer Lampe gewährleisten zu können müssen alle Wendeln überwacht werden, da nicht vorhersehbar ist, welche Wendel zuerst bricht. Da die zu einer Lampe gehörenden Wendeln insbesondere bei der Zündung auf sehr unterschiedlichen Potenzialen liegen, können kostengünstige Realisierungen der Wendelüberwachung in der Regel nicht auf beide Wendeln gleichzeitig angewendet werden. Die erfindungsgemäße Wendelüberwachung ermöglicht in diesem Zusammenhang die Kombination mit anderen Überwachungsmethoden. So können beispielsweise Wendeln, die nicht erfindungsgemäß durch Detektion des Gleichspannungsanteils am Koppelkondensators überwacht werden, durch eine andere Art überwacht werden. Falls der Wechselspannungsgenerator eine Hilfsspannung benötigt, so kann diese über die bislang nicht überwachten Wendeln geführt werden. Beim Bruch dieser Wendeln wird die Hilfsspannungszufuhr unterbrochen und der Wechselspannungsgenerator abgeschaltet.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung von bislang nicht überwachten Wendeln besteht in der Detektion des Wechselspannungsanteils an einem Lampenanschluss. Wie bei der Detektion des Gleichspannungsanteils erfolgt die Einspeisung des Stroms für die Gasentladung der Lampe nur an einem Ende der zu detektierenden Wendel. Am anderen Ende dieser Wendel wird über einen Kondensator die anliegende Wechselspannung ausgekoppelt.
  • Bricht die Wendel so wird die Amplitude der ausgekoppelten Wechselspannung wesentlich reduziert. Dies kann erfindungsgemäß ausgenutzt werden, um ein Laden des Kondensators C7 auf einen Wert zu ermöglichen, der, wie oben beschrieben, zu einer Abschaltung des Betriebsgeräts führt. Bevorzugt geschieht dies dadurch, dass die Entladung des Kondensators C7 durch einen weiteren gesteuerten Schalter gestört wird.
  • Oft wird zusätzlich die folgende Forderung an die Abschaltung eines Betriebsgeräts gestellt: Wird nach erfolgter Abschaltung die Lampe gewechselt, so soll dadurch die Abschaltung rückgesetzt und ein Betrieb der neuen Lampe ermöglicht werden. Erfindungsgemäß wir dies dadurch bewerkstelligt, dass der Ladestrom des Kondensators C7 über eine oder mehrere Wendeln geführt wird. Wird die Lampe entfernt, so entlädt sich der Kondensator C7. Unterschreitet die Spannung am Kondensator C7 einen vorgegebenen Wert, wird die Abschaltung zurückgesetzt.
  • Zur Ausführung dieses erfinderischen Gedankens muss unterschieden werden zwischen Wechselspannungsgeneratoren, die fremderregt und solchen die selbsterregt sind. Fremderregte Wechselspannungsgeneratoren besitzen zur Ansteuerung der Leistungsschalter einen Oszillator, der eine Hilfsspannung benötigt. Zur Wendelbruchdetektion einer Wendel, die nicht über die Gleichspannungsdetektion am Koppelkondensator erfolgt, kann, wie oben beschrieben, besagte Hilfsspannung über die zu überprüfende Wendel geführt werden. Über die gleiche Wendel kann auch die Ladung des Kondensators C7 erfolgen, dessen Spannung für die Abschaltung herangezogen wird. Zum einen wird nun bei einem Bruch dieser Wendel der Oszillator außer Betrieb gesetzt und somit das Betriebsgerät abgeschaltet; zum anderen wird bei einem Lampenwechsel das Aufladen des Kondensators C7 unterbrochen und somit die Abschaltung rückgesetzt.
  • Selbsterregte Betriebsgeräte besitzen keinen separaten Oszillator. Das Ansteuersignal für die Leistungsschalter wird aus dem Lastkreis gewonnen. Die Möglichkeit zur Oszillatorabschaltung mittels Hilfsspannungsunterbrechung bei Wendelbruch gibt es demnach nicht. Erfindungsgemäß kann in diesem Fall die Abschaltung bei Wendelbruch der Wendel, die nicht durch den Gleichspannungspegel am Koppelkondensator überwacht wird, mittels der oben erläuterten Detektion des Wechselspannungsanteils erfolgen. Dann darf allerdings diese Wendel nicht alleine den Ladestrom des Kondensators C7 tragen. Der Bruch der Wendel würde zwar detektiert werden, aber das darauffolgende Laden des Kondensators C7 wäre unterbrochen, weshalb keine Abschaltung zustande käme. Erfindungsgemäß werden deshalb beide Lampenwendeln benutzt um den Ladestrom für den Kondensator C7 bereitzustellen. Unabhängig davon, welche Wendel bricht, ist dadurch gewährleistet, dass ein Ladestrom für C7 bereitgestellt wird, der zur Abschaltung führt. Diese UND-Verknüpfung der Wendelströme wird dadurch erreicht, dass die Lampenanschlüsse, die nicht vom Wechselspannungsgenerator gespeist werden, über jeweils eine Diode mit dem Kondensator C7 verbunden werden.
  • In diesem Zusammenhang muss noch ein Aspekt des Betriebsgeräts mit selbsterregtem Wechselspannungsgenerator erwähnt werden. Insbesondere beim Wechselspannungsgenerator mit Halbbrücke ist es wichtig welchen Ladezustand die Kondensatoren beim ersten Einschalten eines Leistungsschalters besitzen. Die Kondensatoren müssen so geladen sein, dass dieses erste Einschalten eines Leistungsschalters einen Stromfluss bewirkt, der die Selbsterregung des Wechselspannungsgenerators in Gang bringt. Durch die beiden besagten Dioden zur UND-Verknüpfung können die Ladungsverhältnisse der Kondensatoren vor der Inbetriebnahme des Wechselspannungsgenerators verschoben werden. Gegebenenfalls muss eine Startschaltung, deren Aufgabe es ist einen der beiden Halbbrückenschalter einmalig einzuschalten, modifiziert werden. Diese Modifikation kann so aussehen, dass nicht mehr der untere Halbrückenschalter zuerst, sondern der obere Halbbrückenschalter zuerst eingeschaltet wird.
    • Beschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit erfindungsgemäßer Abschaltung beim Bruch einer der beiden Wendeln, mit einem fremderregten Wechselspannungsgenerator.
    • Figur 2 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit erfindungsgemäßer Abschaltung beim Bruch einer der beiden Wendeln, mit einem selbsterregten Wechselspannungsgenerator.
    • Figur 3 ein Schaltbild eines Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit erfindungsgemäßer Abschaltung beim Bruch einer der beiden Wendeln, mit einem fremderregten Wechselspannungsgenerator und erhöhter Störsicherheit.
  • Im folgenden sind Kondensatoren durch den Buchstaben C, Widerstände durch R, Induktivitäten durch L, Transistoren durch T und Dioden durch D, jeweils gefolgt von einer Zahl, bezeichnet.
  • Das Betriebsgerät in Figur 1 ist für den Betrieb an einem Wechselspannungsnetz ausgelegt. An den Anschlüssen AC1 und AC2 wird die Netzspannung von beispielsweise 230Veff angeschlossen. D1, D2, D3, und D4 bilden einen Vollweggleichrichter, der an seinen Ausgängen P (Plus) und M (Masse) eine Gleichspannung, im folgenden Versorgungsspannung genannt, zur Verfügung stellt. Zur Glättung der Versorgungsspannung ist zwischen P und M der Kondensator C1 geschaltet. Ein Wechselspannungsgenerator G bezieht seine Energie über P und M. Am Ausgang O stellt der Wechselspannungsgenerator G eine Wechselspannung mit Gleichanteil zum Betrieb einer Gasentladungslampe bereit. Der Wechselspannungsgenerator G benötigt eine Hilfsspannung H. Nur zur Inbetriebnahme wird die Hilfsspannung H direkt von der Versorgungsspannung über R1 abgeleitet. Für den Betrieb wird die Hilfsspannung H über C3 erzeugt, der am Anschluss J2 der Wendel W1 angeschlossen ist. D5, D6 und C2 dienen zur Gleichrichtung und Stabilisierung der über C3 eingespeisten Wechselspannung. Die Lampendrossel L1 verbindet den Ausgang O des Wechselspannungsgenerators G mit der Lampenwendel W1 am Anschluss J1. Der Stromkreis für den Gasentladungsstrom durch die Lampe Lp wird von der Wendel W2 am Anschluss J3 über den Koppelkondensator C5 auf die Masse M geschlossen. Auf der nicht mit dem Wechselspannungsgenerator G verbundenen Seite der Lampe ist der Resonanzkondensator C4 mit der Wendel W1 am Anschluss J2 und mit der Wendel W2 am Anschluss J4 verbunden.
  • Zur Abschaltung dient ein Schaltungsteil SD der folgende Bauteile enthält: T3, R2, D7, T4, C7, R5 und R6. Am Eingang EDC von SD liegt die Basis von T4. Der Emitter von T4 liegt auf der Masse M. Zwischen Emitter und Kollektor von T4 liegt C7. Die Spannung am Kollektor von T4 wird über eine Zenerdiode D7 dem Gate von T3 zugeführt. D7 zeigt mit der Kathode auf T4. T3 liegt mit der Source auf der Masse M. Das Gate von T3 ist über R2 mit der Masse M verbunden. Das Drain von T3 ist mit dem Hilfsspannungsanschluss H des Wechselspannungsgenerators G verbunden. R5 und R6 bilden einen Spannungsteiler. Am Ende von R6 ist der Spannungsteiler mit der Masse M verbunden. An der Verbindungsstelle von R5 und R6 ist der Kollektor von T4 angeschlossen und damit auch C7. Am Ende von R5 des Spannungsteilers wird der Ladestrom für C7 eingespeist. Dies geschieht über die Wendel W1 und R7 vom Pluspol P der Versorgungsspannung. Im Normalbetrieb ist das Potenzial am Eingang EDC von SD so groß (> 0,7V), dass T4 sich im leitenden Zustand befindet. C7 bleibt demnach entladen und das Potenzial am Kollektor von T4 ist so gering, dass die Zenerdiode nicht in Sperrrichtung leitet. Fällt das Potenzial von EDC soweit ab (< 0,7V), dass T4 in den sperrenden Zustand übergeht, dann wird C7 über R7, die Wendel W1 und R5 geladen. Sobald die Spannung an C7 so hoch ist, dass D7 in Sperrrichtung zu leiten beginnt, wird T3 angesteuert und geht in den leitenden Zustand über. Dadurch wird die Hilfsspannung H des Wechselspannungsgenerators G kurzgeschlossen und damit das Betriebsgerät abgeschaltet.
  • Der Eingang EDC von SD wird aus der Verbindungsstelle von R3 und R4 angesteuert. Der andere Anschluss von R4 liegt auf Masse M, der andere Anschluss von R3 liegt am Anschluss J4 der Wendel W2. Parallel zu R4 ist C6 geschaltet. Die Schaltungsanordnung bestehend aus R3, R4 und C6 wirkt als Tiefpass. Damit wird der Gleichspannungsanteil der an C5 anliegenden Spannung über die Wendel W2 zum Eingang EDC von SD geleitet. Dadurch ist im Normalbetrieb das Potenzial am Eingang EDC so hoch, dass keine Abschaltung des Betriebsgeräts erfolgt. Bricht die Wendel W2, so liegt keine Gleichspannung mehr am Anschluss J4 der Wendel W2 an, das Potenzial am Eingang EDC sinkt unter die Schwelle bei der T4 noch im leitenden Zustand ist und das Betriebsgerät wird abgeschaltet. Beim Lampenwechsel wird wegen der fehlenden Wendel W1 der Ladestrom von C7 unterbrochen. Das Potenzial am Kollektor von T4 sinkt, T3 sperrt und der Wechselspannungsgenerator wird für einen Neustart wieder mit der nötigen Hilfsspannung (H) versorgt.
  • Bei einem Bruch der Wendel W1 wird die für den Betrieb des Wechselspannungsgenerators G nötige, über C3 zugeführte Hilfsspannung H unterbrochen und somit das Betriebsgerät abgeschaltet.
  • Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abschaltung mittels Wendelbruchdetektion bei einem Betriebsgerät mit selbsterregtem Wechselspannungsgenerator G. Das Gerät wird über die Anschlüsse DC+ und DC- mit einer Gleichspannung versorgt. Diese entspricht der Versorgungsspannung aus Figur 1. Zwischen DC+ und DC- liegt die Serienschaltung aus zwei Halbleiterschaltern T6 und T7, die hier als MOSFET ausgeführt sind. Die Verbindungsstelle zwischen den Transistoren bildet den Ausgang O der durch die Halbleiterschalter T6 und T7 realisierten Halbbrücke. Der am Ausgang O abgeführte Laststrom wird durch eine Rückkoppelanordnung FB erfasst und je einer Ansteuerschaltung DR1 und DR2 für die Halbleiterschalter T6 und T7 zugeführt. Die Ansteuerschaltungen DR1 und DR2 liegen jeweils zwischen Gate und Source der Halbleiterschalter T6 und T7 und bewirken ein abwechselndes Ein- und Ausschalten dieser Halbleiterschalter, wodurch am Ausgang O der Halbbrücke eine bezüglich DC- mit einem Gleichspannungsanteil behaftete Wechselspannung anliegt. Zum erstmaligen Start der Halbbrückenschwingung dienen die Schaltungselemente R20, D20, D21, und C20. Die Serienschaltung aus R20 und D20 ist zwischen DC+ und den Halbbrückenausgang O geschaltet. An der Verbindungsstelle ist der Diac D21 angeschlossen. Das andere Ende des Diac D21 liegt am Gate des oberen Halbbrückentransistors T6 an. C20 wird bei der Inbetriebnahme des Geräts über R20 geladen. Überschreitet die Spannung an C20 die Triggerspannung des Diacs D21 wird der obere Halbbrückentransistor T6 angesteuert und die Schwingung der Halbbrücke in Gang gesetzt. Über D20 ist für eine Entladung von C20 während des Betriebs gesorgt.
  • Die Schaltungselemente L1, C4, C5, C6, C7, J1, J2, R2, R3, R4, R6 und D7 sind identisch verschaltet wie in Figur 1. T3 ist im Vergleich zu Figur 1 als Bipolartransistor ausgeführt. Der Kollektor von T3 ist über die Diode D26 mit dem Gate des unteren Halbbrückentransistors (T7) verbunden. Wird T3 angesteuert, fließt über D26 ein Strom, der die Ansteuerung von T7 unterbindet. Der Widerstand R5 ist nicht wie in Figur 1 direkt mit dem Anschluss J2 der Wendel W1 verbunden. Vielmehr ist er mit jeweils einer Reihenschaltung eines Widerstands und einer Diode (R21, D22, R22, D23) sowohl mit J2 als auch mit dem Anschluss J4 der Wendel W2 verbunden. Dadurch wird die oben beschriebene UND-Verknüpfung des Ladestroms von C7 realisiert.
  • An J2 ist über C21 auch der Wechselspannungs-Eingang EAC des Schaltungsteils SD angeschlossen. C21 leitet nur den Wechselspannungsanteil des Potenzials an J2 auf EAC. Es folgt ein Spannungsteiler aus den Widerständen R25 und R26 zwischen EAC und DC-. An die Verbindungsstelle von R25 und R26 ist die Anode von D25 und die Kathode von D24 angeschlossen. Die Anode von D24 liegt auf dem niedrigen Potenzial der Versorgungsspannung (DC-) und wird benötigt, um den negativen Anteil der Wechselspannung an EAC auszuwerten. Die Kathode von D25 ist mit dem Kondensator C22 verbunden. Der andere Anschluss von C22 liegt auf dem niedrigen Potenzial der Versorgungsspannung (DC-). C22 dient der Integration der durch D24 und D25 gleichgerichteten, an EAC anliegenden Wechselspannung. Die an C22 anliegende Spannung wird einem Spannungsteiler, gebildet aus den Wiederständen R27 und R28, zugeführt. Die Verbindungsstelle von R27 und R28 ist mit der Basis des Transistors T5 verbunden. Anders als in Figur 1 ist in Figur 2 der Emitter von Transistor T4 nicht direkt, sondern über die Kollektor- Emitterstrecke von T5 mit dem niedrigen Potenzial der Versorgungsspannung (DC-) verbunden. Beim Ausbleiben einer Wechselspannung an EAC wird T5 und damit auch T4 nicht mehr angesteuert, wodurch C7 aufgeladen werden kann und eine Abschaltung auslöst.
  • In Figur 3 ist eine Variante des Schaltbilds aus Figur 1 abgebildet. Das Signal vom Koppelkondensator C5 ist mitunter erheblichen Störungen unterworfen. Ursache dieser Störungen ist oft der sporadische Kontakt, den eine an sich schon gebrochene Wendel immer wieder herstellt. Diesen Störungen wirkt die Erweiterung in Figur 3 bezüglich Figur 1 entgegen. Die Verbindung zwischen dem Kondensator zur Mittelwertsbildung C6 und der Basis von T4 ist nicht mehr direkt, sondern über die Serienschaltung von R31 und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T31. Der Kollektor von T31 ist mit der Basis von T4 verbunden und zur weitern Störunterdrückung über die Parallelschaltung von R34 und C31 mit der Masse (M) verbunden. Die Basis von T31 ist über R33 mit der Masse (M) und über R32 und R35 mit dem Pluspol (P) verbunden. Mit dieser Schaltung werden nur Signale am Koppelkondensator C5 ausgewertet, die bezüglich der Spannung am Pluspol (P) einen, durch die Widerstandswerte R3, R4, R5, R6, R32, R33, R35 eingestellten Wert überschreiten. Wird keine Abhängigkeit der ausgewerteten Signale von der Spannung am Pluspol (P) gewünscht, so genügt anstatt des Transistors T31 auch eine Zenerdiode zwischen C6 und der Basis von T4.
  • Eine weitere Variation in Figur 3 bezüglich Figur 1 ist der Anschluss von R5. Er ist nicht wie in Figur 1 am Anschluss J2 der Wendel W1 angeschlossen, sondern über R35 mit dem Pluspol (P) verbunden. Damit wird die Abschaltung beim Austausch der Lampe nicht rückgesetzt, sondern erst bei einer Netzunterbrechung.

Claims (10)

  1. Elektronisches Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Gasentladungslampen, die Wendeln enthalten, wobei das Betriebsgerät folgende Merkmale aufweist:
    - einen ersten Schaltungsteil (SD), der ein Signal an seinem Eingang (EDC) dahingehend auswertet, dass bei Über- oder Unterschreitung vorgegebener Schwellen über einen vorgegebenen Zeitraum das Betriebsgerät in einen sicheren Zustand versetzt wird, der eine Überlastung des Betriebsgeräts und/oder eine Überhitzung der Lampen und/oder eine Gefährdung von Menschen durch elektrischen Schlag verhindern soll,
    - einen Wechselspannungsgenerator (G), der an seinem Ausgang (O) eine Wechselspannung abgibt, welche einen Gleichspannungsanteil besitzt,
    - einen Lastkreis, der mindestens einen Kondensator (C5) enthält, welcher zumindest teilweise besagten Gleichspannungsanteil aufnimmt
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung über besagtem Kondensator (C5) besagtem Eingang (EDC) des ersten Schaltungsteils (SD) zugeführt wird und zwar über mindestens eine Wendel und über einen zweiten Schaltungsteil (AV) der ein Signal liefert, das zumindest näherungsweise dem Mittelwert der Spannung an besagtem Kondensator (C5) entspricht, wobei besagter Eingang (EDC) des ersten Schaltungsteils (SD) außer über die Lampe keine galvanische Verbindung zum Ausgang (O) des Wechselspannungsgenerators (G) besitzt.
  2. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsgenerator eine Halbbrückenschaltung mit zwei in Serie geschalteten gesteuerten Schaltern (T6, T7) enthält.
  3. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaltungsteil (AV) zur Mittelwertbildung einen RC Tiefpass ersten Grades enthält.
  4. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass besagter erster Schaltungsteil (SD) einen gesteuerten Schalter (T4) enthält, der bei Unterschreitung einer Spannungsschwelle an seiner Steuerelektrode das Aufladen eines Kondensators (C7) zulässt und bei Überschreitung der Spannung an diesem Kondensator (C7) über einen vorgegebenen Wert das Betriebsgerät in einen sicheren Zustand gemäß Anspruch 1 versetzt wird.
  5. Betriebsgerät gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsgenerator (G) eine Hilfsspannung (H) und/oder ein Freischaltesignal benötigt und der sichere Zustand des Betriebsgeräts dadurch erreicht wird, das die Hilfsspannung (H) und/oder das Freischaltesignal mittels eines gesteuerten Schalters deaktiviert wird/werden.
  6. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsgenerator eine Hilfsspannung (H) und/oder ein Freischaltesignal benötigt und Hilfsspannung (H) und/oder Freischaltesignal über mindestens eine Wendel geführt wird/werden, die sich von den Wendeln im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 unterscheidet.
  7. Betriebsgerät gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsteil (SD) einen zweiten Eingang (EAC) besitzt und dass der Wechselspannungsanteil der vom Wechselspannungsgenerator (G) gelieferten Spannung über mindestens eine Wendel (W1), die sich von den Wendeln des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 unterscheidet, dem zweiten Eingang (EAC) des ersten Schaltungsteils (SD) zugeführt wird, wobei bei Unterschreiten des Wechselspannungspegels am zweiten Eingang (EAC) des ersten Schaltungsteils (SD) unter einen vorgegebenen Wert das Betriebsgerät in einen sicheren Zustand gemäß Anspruch 1 versetzt wird.
  8. Betriebsgerät gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen des in Anspruch 4 besagten Kondensators (C7) gleichzeitig über mehrere Wendeln (W1, W2) erfolgen kann, die an unterschiedlichen Enden einer Lampe sind, wobei in jeder Zuleitung des besagten Kondensators (C7) zu den Wendeln jeweils eine Diode (D22, D23) liegt, die so gepolt sind, dass sie ein Aufladen des besagten Kondensators (C7) zulassen.
  9. Betriebsgerät gemäß Anspruch 4 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zum gesteuerten Schalter aus Anspruch 4 (T4) ein weiterer Schalter (T5) geschaltet ist, der bei Unterschreiten des Wechselspannungspegels am zweiten Eingang (EAC) des ersten Schaltungsteils (SD) unter einen vorgegebenen Wert öffnet.
  10. Betriebsgerät gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass nur Spannungen am Eingang (EDC) des ersten Schaltungsteils (SD) ausgewertet werden, die über einen vorgegebenen Bruchteil der Versorgungsspannung des Wechselspannungsgenerators (G) hinausgehen.
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