EP1886541A2 - Circuit arrangement for operating a discharge lamp having temperature compensation - Google Patents

Circuit arrangement for operating a discharge lamp having temperature compensation

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EP1886541A2
EP1886541A2 EP06761647A EP06761647A EP1886541A2 EP 1886541 A2 EP1886541 A2 EP 1886541A2 EP 06761647 A EP06761647 A EP 06761647A EP 06761647 A EP06761647 A EP 06761647A EP 1886541 A2 EP1886541 A2 EP 1886541A2
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EP
European Patent Office
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temperature
circuit
discharge lamp
dependent
circuit arrangement
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EP06761647A
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German (de)
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EP1886541B1 (en
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Klaus Fischer
Josef Kreittmayr
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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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
    • H05B41/285—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2851—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2856—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against internal abnormal circuit conditions

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a discharge lamp.
  • the conventional electronic ballast with a circuit arrangement for operating a low-pressure discharge lamp is dispensed with an active control of the lamp power regardless of the input voltage.
  • the lamp in the case of mains undervoltage, the lamp has a lower power consumption and a lower luminous flux, but in the case of mains overvoltage a higher power consumption and a higher luminous flux than when operating with rated mains voltage. Since the power consumption of the lamp is not regulated, changes in the above-mentioned thermally induced change in the burning voltage of Output current of the electric ballast. An increased output current in turn leads to a rise in temperature of the lamp and thus to a further decrease in the operating voltage. This positive feedback amplifies the effect of the decrease in internal combustion voltage with increasing ambient temperature.
  • An increasing ambient temperature thus causes an increase in the currents in the lamp or in the circuit arrangement, which has increased losses and thus a further heating of the components of the electrical ballast result. It can lead to thermal overloads of the system or individual components.
  • inexpensive components should be usable.
  • power-determining components of the circuit arrangement are designed to be temperature-dependent that the power consumption of the lamp is limited with increasing temperature.
  • chokes for example, the use of a ferrite material with a low Curie temperature can be used to achieve the desired effect; for ceramic capacitances, a ceramic material with a temperature-dependent dielectric constant can be used.
  • power-determining components may be those components which have an influence on the operating frequency with which the lamp is operated, whereby the current which is applied to the lamp is influenced.
  • the circuit according to EP 0 781 077 B1 is a circuit arrangement for operating a discharge lamp, in particular a
  • Low-pressure discharge lamp with a load circuit having at least one current-limiting Resonanzindukt technically and at least one capacitor, and with a free-running inverter, which is designed as a half or full bridge circuit with at least two switching elements.
  • the circuit arrangement further has a drive circuit for driving the switching elements, which has an LC parallel resonant circuit which consists of a capacitance and an inductance discharging this capacitance.
  • the LC parallel resonant circuit is parallel to a branch which forms the switching path between the control and reference electrodes of a switching element, wherein the current-limiting Resonanzindukt technically the load circuit carries an auxiliary winding which is galvanically connected to the LC parallel resonant circuit via a resistor.
  • Both the capacitance and the inductance of the LC parallel resonant circuit can now be temperature-dependent.
  • Either a temperature-dependent capacitor can be used for the capacitance or for the inductance a temperature-dependent throttle or both.
  • the full capacity or inductance is not designed to be temperature-dependent.
  • the capacitance may consist of two capacitors, of which one capacitor is temperature-independent and the second is temperature-dependent.
  • the same is possible with the throttle, it can be provided for realizing the inductance two throttles, one of which is temperature-independent and the other is temperature-dependent.
  • the components are each in series with each other.
  • the frequency of the LC parallel resonant circuit changes depending on the temperature. Accordingly, the driving of the entire circuit is temperature-dependent, and the operating frequency of the circuit increases with temperature, and the currents in the components of the circuit become smaller, the current in the lamp is smaller and the thermal load of the system is limited.
  • the circuit arrangement according to EP 0 530 603 B1 is a circuit arrangement for operating a discharge lamp, in particular a low-pressure discharge lamp, with a load circuit having at least one current-limiting resonance inductance and at least one capacitor, and with a free-running inverter, which is designed as a half-bridge circuit with at least two switching elements , And with a drive circuit for driving the switching elements, wherein the drive circuit has an RC element.
  • the resistance of the RC element is in this case the one which is galvanically connected to an auxiliary winding carried by the current-limiting resonance inductance of the load circuit.
  • the RC element also influences the operating frequency with its low-pass behavior, so that the capacitance can also be temperature-dependent. Again, it is possible to provide two capacitors in series, one of which is temperature-independent and the other is temperature-dependent.
  • FIG. 2 shows a first modification of the circuit arrangement according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second modification of the circuit arrangement according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows the temperature behavior of a capacitor which consists of two series-connected capacitors, one of which is approximately linearly temperature-dependent, and Figure 5 shows the behavior of the operating frequency, which is determined by the capacity of Figure 4.
  • FIG. 1 The circuit arrangement shown in FIG. 1 for operating a low-pressure discharge lamp EL is known from EP 0 781 077 B1.
  • This is a half-bridge arrangement with two transistors T1 and T2, which are controlled by a common drive circuit AS.
  • This drive circuit consists of a secondary winding HW1 on a current limiting the lamp current inductor L1, which via a resistor R2 a parallel resonant circuit C2a, L2a excites.
  • the alternating voltage which is applied by this parallel resonant circuit to the control inputs of the complementary half-bridge transistors, leads to an alternating switching on of the two transistors T1 and T2, whereby the voltage applied to the capacitor C1 DC voltage in a known manner in a high-frequency AC voltage to supply the load circuit (consisting of C5 , C6, C7, C8, KL, EL, R3 and L1) is transformed.
  • the LC parallel resonant circuit of C2a and L2a is thus galvanically connected to the energy input from the load circuit to the auxiliary winding HW1 via the resistor R2.
  • TS The element designated here with TS need not be described in detail. It is a start-up circuit used to start the self-oscillating oscillation.
  • the operating frequency at which the resonant circuit is fed is strongly dependent on the natural resonant frequency of the resonant circuit consisting of C2a and L2a.
  • the components C2a and L2a are thus power-determining components, because the natural resonance frequency over the Operating frequency of the circuit affects the current with which the lamp EL is applied.
  • the capacitance C2a or the inductance L2a is now temperature-dependent.
  • the capacitance or the inductance should decrease and thus the natural resonance frequency of the parallel resonant circuit increase.
  • the operating frequency of the circuit arrangement and thus the AC resistance of the lamp inductor L1 increases with increasing temperature.
  • the currents in the components of the circuit arrangement and in the lamp thereby become smaller, and the thermal load of the system is limited.
  • the capacitance consists of two capacitors C2 and C3, of which the capacitor C2 has a temperature-independent value which corresponds approximately to the maximum value of the capacity desired at minimum temperature.
  • the second capacitor C3 should have a significantly greater value than the capacitor C2 at lower temperature, so that the total capacitance of the series circuit of C2 and C3 is defined essentially by the size of C2. As the temperature rises, the capacitance of C3 should be much smaller, which reduces the total capacity of the series circuit. At maximum temperature, the capacity should reach a minimum value.
  • FIG. 5 shows the dependence of the natural resonant frequency of the parallel resonant circuit of the above-mentioned type on the temperature of the capacitor C3.
  • the temperature only has a noticeable influence on the resonance frequency from about 50 ° to 60 ° Celsius.
  • the change in the resonant frequency is particularly clear.
  • the inductance L2a may also be formed such that it consists of two inductors L2 and L3 in series, as well this is shown in FIG.
  • One of the chokes, L2 has a temperature independent value approximately equal to the minimum value desired at maximum temperature.
  • the second throttle L3 should have such a value at low temperature, with which the
  • both the capacitance C2a and the inductance L2a each consist of temperature-dependent elements in series with temperature-independent elements.
  • the use of the circuit of EP 0 781 077 B1 is only an example and serves to explain what is meant by power-determining component.
  • the circuit arrangement according to EP 0 530 603 B1 is identical in essential parts with the circuit arrangement from EP 0 781 077 B1 shown here with reference to the circuit arrangement shown in FIG. 1, wherein the choke L2a is to be omitted in the drive circuit.
  • the invention also provides for this circuit, the capacity of the drive circuit form temperature-dependent. This can be done in particular on the basis of two capacitors, which are connected in series, one of which is highly temperature-dependent and the other is independent of temperature.
  • power-determining component in the sense of the invention does not mean every component which has a marginal effect on the power, but components which are suitable for noticeably influencing the power consumption of the lamp in the case of a temperature-dependent design, thus affecting a visible effect to cause the temperature control.

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement which is used to operate a low pressure discharge lamp (EL), wherein the discharge lamp receives power. Said circuit arrangement is embodied in such a manner that power-determination components (C2a, L2a) of the circuit arrangement are embodied in a temperature-dependent manner such that the power consumption of the lamp is limited when the temperature rises. Capacitors (C2a) and throttles (L2a) can be embodied in a temperature-dependent manner in a control circuit (AS) of the circuit arrangement.

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe mit TemperaturausgleichCircuit arrangement for operating a discharge lamp with temperature compensation
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe.The invention relates to a circuit arrangement for operating a discharge lamp.
Bei Niederdruckentladungslampen gibt es einen optimalen Betriebspunkt, der annähernd durch den für die Gasentladung optimalen Dampfdruck in der Entladungslampe definiert ist. Dieser optimale Dampfdruck stellt sich bei einer bestimmten Umgebungstemperatur der Lampe und einem bestimmten Lampenstrom ein. Die Brennspannung erreicht dann ihr Maximum. Bei größeren (und kleineren) Umgebungstemperaturen fällt die Brennspannung ab, wenn der Lampenstrom konstant gehalten wird.In low-pressure discharge lamps, there is an optimum operating point, which is approximately defined by the optimal for the gas discharge vapor pressure in the discharge lamp. This optimum vapor pressure is set at a certain ambient temperature of the lamp and a certain lamp current. The burning voltage then reaches its maximum. For larger (and smaller) ambient temperatures, the burning voltage drops when the lamp current is kept constant.
Stand der TechnikState of the art
Beim üblichen elektronischen Vorschaltgerät mit einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe wird auf eine aktive Regelung der Lampenleistung unabhängig von der Eingangsspannung verzichtet. Insbesondere weist die Lampe bei Netz-Unterspannung eine geringere Leistungsaufnahme und einen geringeren Lichtstrom, bei Netz- Überspannung jedoch eine höhere Leistungsaufnahme und einen höheren Lichtstrom auf als beim Betrieb mit Netz-Nennspannung. Da die Leistungsaufnahme der Lampe nicht geregelt wird, ändert sich bei der oben genannten thermisch bedingten Änderung der Brennspannung der Ausgangsstrom des elektrischen Vorschaltgeräts. Ein erhöhter Ausgangsstrom führt wiederum zu einem Temperaturanstieg der Lampe und damit zu einer weiteren Abnahme der Brennspannung. Diese Mitkopplung verstärkt den Effekt der Brennspannungsabnahme bei steigender Umgebungstemperatur.In the conventional electronic ballast with a circuit arrangement for operating a low-pressure discharge lamp is dispensed with an active control of the lamp power regardless of the input voltage. In particular, in the case of mains undervoltage, the lamp has a lower power consumption and a lower luminous flux, but in the case of mains overvoltage a higher power consumption and a higher luminous flux than when operating with rated mains voltage. Since the power consumption of the lamp is not regulated, changes in the above-mentioned thermally induced change in the burning voltage of Output current of the electric ballast. An increased output current in turn leads to a rise in temperature of the lamp and thus to a further decrease in the operating voltage. This positive feedback amplifies the effect of the decrease in internal combustion voltage with increasing ambient temperature.
Eine ansteigende Umgebungstemperatur bedingt also eine Zunahme der Ströme in der Lampe oder in der Schaltungsanordnung, was erhöhte Verluste und damit ein weiteres Erhitzen der Bauteile des elektrischen Vorschaltgeräts zur Folge hat. Es kann zu thermischen Überlastungen des Systems oder einzelner Bauteile kommen.An increasing ambient temperature thus causes an increase in the currents in the lamp or in the circuit arrangement, which has increased losses and thus a further heating of the components of the electrical ballast result. It can lead to thermal overloads of the system or individual components.
Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik müssten für die Schaltungsanordnung Bauteile verwendet werden, die auch im schlimmsten Falle („worst case"), beispielsweise bei einem Betrieb an Überspannung oder einer hohen Umgebungstemperatur, der thermischen Belastung standhalten. Vor allem bei Transistoren und Kondensatoren entstehen dadurch höhere Bauteilkosten.According to the current state of the art, it would be necessary to use components which can withstand the thermal load even in the worst case, for example in the case of operation at overvoltage or a high ambient temperature, in particular in the case of transistors and capacitors higher component costs.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe der oben genannten Art derart zu verbessern, dass mit ausreichender Zuverlässigkeit thermische Überlastungen der Bauteile der Lampe verhindert werden. Es sollen insbesondere kostengünstige Bauteile verwendbar sein.It is an object of the present invention to improve a circuit arrangement for operating a low-pressure discharge lamp of the abovementioned type such that thermal overloading of the components of the lamp is prevented with sufficient reliability. In particular, inexpensive components should be usable.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1.
Demnach werden leistungsbestimmende Bauteile der Schaltungsanordnung so temperaturabhängig ausgeführt, dass bei steigender Temperatur die Leistungsaufnahme der Lampe begrenzt wird. Für Drosseln bietet sich zur Erreichung des gewünschten Effekts beispielsweise die Verwendung eines Ferritmaterials mit niedriger Curie- Temperatur an, für keramische Kapazitäten kann ein Keramikmaterial mit temperaturabhängiger Dielektrizitätskonstante verwendet werden.Accordingly, power-determining components of the circuit arrangement are designed to be temperature-dependent that the power consumption of the lamp is limited with increasing temperature. For chokes, for example, the use of a ferrite material with a low Curie temperature can be used to achieve the desired effect; for ceramic capacitances, a ceramic material with a temperature-dependent dielectric constant can be used.
Leistungsbestimmende Bauteile können insbesondere solche Bauteile sein, die einen Einfluss auf die Betriebsfrequenz haben, mit der die Lampe betrieben wird, wodurch der Strom, mit dem die Lampe beaufschlagt wird, beeinflusst wird.In particular, power-determining components may be those components which have an influence on the operating frequency with which the lamp is operated, whereby the current which is applied to the lamp is influenced.
Beispielhaft seien hierzu eine Schaltung nach der EP 0 781 077 B1 oder auch nach der EP 0 530 603 B1 genannt.By way of example, a circuit according to EP 0 781 077 B1 or also according to EP 0 530 603 B1 may be mentioned for this purpose.
Die Schaltung nach der EP 0 781 077 B1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe, insbesondere einerThe circuit according to EP 0 781 077 B1 is a circuit arrangement for operating a discharge lamp, in particular a
Niederdruckentladungslampe, mit einem Lastkreis, der mindestens eine strombegrenzende Resonanzinduktivität und mindestens einen Kondensator aufweist, sowie mit einem freischwingenden Inverter, der als Halb- oder Vollbrückenschaltung mit mindestens zwei Schaltelementen ausgebildet ist. Die Schaltungsanordnung weist ferner eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Schaltelemente auf, welche einen LC-Parallelschwingkreis aufweist, der aus einer Kapazität und einer diese Kapazität entladenden Induktivität besteht.Low-pressure discharge lamp, with a load circuit having at least one current-limiting Resonanzinduktivität and at least one capacitor, and with a free-running inverter, which is designed as a half or full bridge circuit with at least two switching elements. The circuit arrangement further has a drive circuit for driving the switching elements, which has an LC parallel resonant circuit which consists of a capacitance and an inductance discharging this capacitance.
Bevorzugt steht der LC-Parallelschwingkreis parallel zu einem Zweig, der die Schaltstrecke zwischen Steuer- und Referenzelektroden eines Schaltelements bildet, wobei die strombegrenzende Resonanzinduktivität des Lastkreises eine Hilfswicklung trägt, die mit dem LC-Parallelschwingkreis über einen Widerstand galvanisch verbunden ist.Preferably, the LC parallel resonant circuit is parallel to a branch which forms the switching path between the control and reference electrodes of a switching element, wherein the current-limiting Resonanzinduktivität the load circuit carries an auxiliary winding which is galvanically connected to the LC parallel resonant circuit via a resistor.
Es kann nun sowohl die Kapazität als auch die Induktivität des LC- Parallelschwingkreises temperaturabhängig ausgeführt werden. Entweder kann für die Kapazität ein temperaturabhängiger Kondensator verwendet werden oder für die Induktivität eine temperaturabhängige Drossel oder beides.Both the capacitance and the inductance of the LC parallel resonant circuit can now be temperature-dependent. Either a temperature-dependent capacitor can be used for the capacitance or for the inductance a temperature-dependent throttle or both.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist nicht die vollständige Kapazität oder Induktivität temperaturabhäήgig ausgeführt. Die Kapazität kann aus zwei Kondensatoren bestehen, von denen der eine Kondensator temperaturunabhängig ausgeführt ist und der zweite temperaturabhängig ausgeführt ist. Dasselbe ist bei der Drossel möglich, es können zur Verwirklichung der Induktivität zwei Drosseln vorgesehen sein, von denen die eine temperaturunabhängig und die andere temperaturabhängig ausgeführt ist.In a preferred embodiment, the full capacity or inductance is not designed to be temperature-dependent. The capacitance may consist of two capacitors, of which one capacitor is temperature-independent and the second is temperature-dependent. The same is possible with the throttle, it can be provided for realizing the inductance two throttles, one of which is temperature-independent and the other is temperature-dependent.
Die Bauelemente stehen jeweils in Serie miteinander.The components are each in series with each other.
Durch die temperaturabhängige Kapazität bzw. Induktivität ändert sich die Frequenz des LC-Parallelschwingkreises temperaturabhängig. Entsprechend ist die Ansteuerung der gesamten Schaltung temperaturabhängig, und es steigt die Betriebsfrequenz der Schaltungsanordnung mit der Temperatur, und die Ströme in den Bauteilen der Schaltungsanordnung werden kleiner, der Strom in der Lampe wird kleiner und die thermische Belastung des Systems wird begrenzt.Due to the temperature-dependent capacitance or inductance, the frequency of the LC parallel resonant circuit changes depending on the temperature. Accordingly, the driving of the entire circuit is temperature-dependent, and the operating frequency of the circuit increases with temperature, and the currents in the components of the circuit become smaller, the current in the lamp is smaller and the thermal load of the system is limited.
Die Schaltungsanordnung nach EP 0 530 603 B1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, mit einem Lastkreis, der mindestens eine strombegrenzende Resonanzinduktivität und mindestens einen Kondensator aufweist, sowie mit einem freischwingenden Inverter, der als Halbbrückenschaltung mit mindestens zwei Schaltelementen ausgebildet ist, und mit einer Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der Schaltelemente, wobei die Ansteuerschaltung ein RC-Glied aufweist. Der Widerstand des RC-Glieds ist hierbei derjenige, der mit einer von der strombegrenzenden Resonanzinduktivität des Lastkreises getragenen Hilfswicklung galvanisch verbunden ist. Das RC-Glied beeinflusst hierbei mit seinem Tiefpassverhalten ebenfalls die Betriebsfrequenz, so dass auch hier die Kapazität temperaturabhängig ausgeführt sein kann. Abermals ist es möglich, zwei Kondensatoren in Serie vorzusehen, von denen der eine temperatur-unabhängig und der andere temperaturabhängig ausgeführt ist.The circuit arrangement according to EP 0 530 603 B1 is a circuit arrangement for operating a discharge lamp, in particular a low-pressure discharge lamp, with a load circuit having at least one current-limiting resonance inductance and at least one capacitor, and with a free-running inverter, which is designed as a half-bridge circuit with at least two switching elements , And with a drive circuit for driving the switching elements, wherein the drive circuit has an RC element. The resistance of the RC element is in this case the one which is galvanically connected to an auxiliary winding carried by the current-limiting resonance inductance of the load circuit. The RC element also influences the operating frequency with its low-pass behavior, so that the capacitance can also be temperature-dependent. Again, it is possible to provide two capacitors in series, one of which is temperature-independent and the other is temperature-dependent.
Das oben Gesagte gilt nicht nur für diejenigen Ausführungsformen aus der EP 0 781 077 B1 und der EP 0 530 603 B1 mit jeweils einem LC- Parallelschwingkreis oder einem RC-Glied, sondern auch für diejenigen Ausführungsformen, die in diesen Schriften offenbart sind, bei denen zwei getrennte Ansteuerschaltungen für die Halbbrückentransistoren realisiert sind. Es können dann die Elemente in beiden Ansteuerschaitungen temperaturabhängig ausgeführt sein. Allerdings ist auf ein ausreichend synchrones Temperaturverhalten beider Ansteuerkreise zu achten um ein gleichzeitiges Einschalten beider Halbbrückentransistoren zu verhindern.The above applies not only to those embodiments of EP 0 781 077 B1 and EP 0 530 603 B1 each having a LC parallel resonant circuit or an RC element, but also for those embodiments disclosed in these documents, in which two separate drive circuits for the half-bridge transistors are realized. It can then be carried out temperature-dependent elements in both Ansteuerschaitungen. However, attention must be paid to a sufficiently synchronous temperature behavior of the two control circuits in order to prevent a simultaneous switching on of both half-bridge transistors.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. Show it:
Figur 1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer1 shows a circuit arrangement for operating a
Niederdruckentladungslampe gemäß der EP 0 781 077 B1 , bei der die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann,Low-pressure discharge lamp according to EP 0 781 077 B1, in which the present invention can be realized,
Figur 2 eine erste Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ,FIG. 2 shows a first modification of the circuit arrangement according to FIG. 1,
Figur 3 eine zweite Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ,FIG. 3 shows a second modification of the circuit arrangement according to FIG. 1,
Figur 4 das Temperaturverhalten einer Kapazität, die aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren besteht, von denen der eine näherungsweise linear temperaturabhängig ist, und Figur 5 das Verhalten der Betriebsfrequenz, die von der Kapazität gemäß Figur 4 bestimmt ist.FIG. 4 shows the temperature behavior of a capacitor which consists of two series-connected capacitors, one of which is approximately linearly temperature-dependent, and Figure 5 shows the behavior of the operating frequency, which is determined by the capacity of Figure 4.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe EL ist aus der EP 0 781 077 B1 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Halbbrückenanordnung mit zwei Transistoren T1 und T2, die von einer gemeinsamen Ansteuerschaltung AS gesteuert werden. Diese Ansteuerschaltung besteht aus einer Sekundärwicklung HW1 auf einer den Lampenstrom strombegrenzenden Drossel L1, die über einen Widerstand R2 einen Parallelschwingkreis C2a, L2a anregt. Die Wechselspannung, die von diesem Parallelschwingkreis an die Steuereingänge der komplementären Halbbrückentransistoren gelegt wird, führt zu einem alternierenden Einschalten der beiden Transistoren T1 und T2, wodurch die am Kondensator C1 anliegende Gleichspannung in bekannter Weise in eine hochfrequente Wechselspannung zur Versorgung des Lastkreises (bestehend aus C5, C6, C7, C8, KL, EL, R3 und L1) umgeformt wird.The circuit arrangement shown in FIG. 1 for operating a low-pressure discharge lamp EL is known from EP 0 781 077 B1. This is a half-bridge arrangement with two transistors T1 and T2, which are controlled by a common drive circuit AS. This drive circuit consists of a secondary winding HW1 on a current limiting the lamp current inductor L1, which via a resistor R2 a parallel resonant circuit C2a, L2a excites. The alternating voltage, which is applied by this parallel resonant circuit to the control inputs of the complementary half-bridge transistors, leads to an alternating switching on of the two transistors T1 and T2, whereby the voltage applied to the capacitor C1 DC voltage in a known manner in a high-frequency AC voltage to supply the load circuit (consisting of C5 , C6, C7, C8, KL, EL, R3 and L1) is transformed.
Der LC-Parallelschwingkreis aus C2a und L2a ist also zur Energieeinkopplung aus dem Lastkreis mit der Hilfswicklung HW1 über den Widerstand R2 galvanisch verbunden.The LC parallel resonant circuit of C2a and L2a is thus galvanically connected to the energy input from the load circuit to the auxiliary winding HW1 via the resistor R2.
Das hier mit TS bezeichnete Element muss nicht näher beschrieben werden. Es ist eine Anlaufschaltung, die zum Start der selbstschwingenden Oszillation verwendet wird.The element designated here with TS need not be described in detail. It is a start-up circuit used to start the self-oscillating oscillation.
Die Betriebsfrequenz, mit der der Resonanzkreis gespeist wird, ist stark von der Eigenresonanzfrequenz des aus C2a und L2a bestehenden Schwingkreises abhängig. Die Bauteile C2a und L2a sind also leistungsbestimmende Bauteile, weil die Eigenresonanzfrequenz über die Betriebsfrequenz der Schaltungsanordnung den Strom beeinflusst, mit dem die Lampe EL beaufschlagt wird.The operating frequency at which the resonant circuit is fed is strongly dependent on the natural resonant frequency of the resonant circuit consisting of C2a and L2a. The components C2a and L2a are thus power-determining components, because the natural resonance frequency over the Operating frequency of the circuit affects the current with which the lamp EL is applied.
Erfindungsgemäß ist nun die Kapazität C2a oder die Induktivität L2a temperaturabhängig ausgeführt. Bei steigender Temperatur soll hierbei die Kapazität bzw. die Induktivität abnehmen und so die Eigenresonanzfrequenz des Parallelschwingkreises ansteigen. Dadurch erhöht sich die Betriebsfrequenz der Schaltungsanordnung und damit der Wechselstromwiderstand der Lampendrossel L1 mit steigender Temperatur. Die Ströme in den Bauteilen der Schaltungsanordnung sowie in der Lampe werden dadurch kleiner, und die thermische Belastung des Systems wird begrenzt.According to the invention, the capacitance C2a or the inductance L2a is now temperature-dependent. When the temperature rises, the capacitance or the inductance should decrease and thus the natural resonance frequency of the parallel resonant circuit increase. As a result, the operating frequency of the circuit arrangement and thus the AC resistance of the lamp inductor L1 increases with increasing temperature. The currents in the components of the circuit arrangement and in the lamp thereby become smaller, and the thermal load of the system is limited.
Bei handelsüblichen Bauelementen kann die Variation der Kapazität bzw. der Induktivität im zulässigen Temperaturbereich eventuell zu groß sein. Um eine einwandfreie Funktionsweise der Schaltungsanordnung zu gewährleisten, und dies bei allen Temperaturwerten, wird eine Ausführungsform gemäß der Figur 2 vorgeschlagen. Hierbei ist nur die Kapazität temperaturabhängig ausgeführt. Die Kapazität besteht aus zwei Kondensatoren C2 und C3, von denen der Kondensator C2 einen temperaturunabhängigen Wert aufweist, der näherungsweise dem bei minimaler Temperatur gewünschten maximalen Wert der Kapazität entspricht. Der zweite Kondensator C3 soll bei niedrigerer Temperatur einen deutlich größeren Wert als der Kondensator C2 aufweisen, so dass die Gesamtkapazität der Serienschaltung aus C2 und C3 im Wesentlichen durch die Größe von C2 definiert wird. Bei steigender Temperatur soll die Kapazität von C3 deutlich kleiner werden, wodurch die Gesamtkapazität der Serienschaltung abnimmt. Bei maximaler Temperatur soll die Kapazität einen minimalen Wert erreichen.With commercially available components, the variation of the capacitance or the inductance in the allowable temperature range may be too large. In order to ensure a perfect functioning of the circuit arrangement, and this at all temperature values, an embodiment according to FIG. 2 is proposed. Only the capacity is temperature-dependent. The capacitance consists of two capacitors C2 and C3, of which the capacitor C2 has a temperature-independent value which corresponds approximately to the maximum value of the capacity desired at minimum temperature. The second capacitor C3 should have a significantly greater value than the capacitor C2 at lower temperature, so that the total capacitance of the series circuit of C2 and C3 is defined essentially by the size of C2. As the temperature rises, the capacitance of C3 should be much smaller, which reduces the total capacity of the series circuit. At maximum temperature, the capacity should reach a minimum value.
Das Verhalten der Kapazität der Serienschaltung aus C2 und C3 ist in FigurThe behavior of the capacitance of the series circuit of C2 and C3 is shown in FIG
4 dargestellt. Gezeigt ist beispielhaft die Gesamtkapazität eines4 shown. Shown is the example of the total capacity of a
Parallelschwingkreises nach Figur 2, bei dem C2 = 3,3 nF und C3 = 100 nF bei 10° Celsius. Die Kapazität des Kondensators C3 ist als linear abnehmend angenommen und nimmt bis ca. 100° Celsius (im Modell sind dies nur Näherungen) einen Wert von ebenfalls 3,3 nF an. Bei 100° Celsius sinkt daher die Gesamtkapazität auf fast die Hälfte des Werts bei 10° Celsius.Parallel resonant circuit according to Figure 2, wherein the C2 = 3.3 nF and C3 = 100 nF at 10 ° Celsius. The capacitance of the capacitor C3 is decreasing linearly assuming a value of 3.3 nF up to about 100 ° Celsius (in the model these are only approximations). At 100 ° Celsius, therefore, the total capacity drops to almost half of the value at 10 ° Celsius.
In Figur 5 ist die Abhängigkeit der Eigenresonanzfrequenz des parallelen Schwingkreises der oben genannten Art von der Temperatur des Kondensators C3 dargestellt.FIG. 5 shows the dependence of the natural resonant frequency of the parallel resonant circuit of the above-mentioned type on the temperature of the capacitor C3.
In Figur 5 ist insbesondere deutlich zu erkennen, dass die Temperatur erst ab ca. 50° bis 60° Celsius einen merklichen Einfluss auf die Resonanzfrequenz hat. Bei Näherung an 100° Celsius, wo es besonders kritisch wird, ist die Änderung der Resonanzfrequenz besonders deutlich.In particular, it can be clearly seen in FIG. 5 that the temperature only has a noticeable influence on the resonance frequency from about 50 ° to 60 ° Celsius. When approaching 100 ° Celsius, where it becomes particularly critical, the change in the resonant frequency is particularly clear.
Zwischen 50° und 100° Celsius wird daher der Strom in der Entladungslampe stark reduziert, so dass es nicht zu weiteren Erhitzungen von Bauteilen kommen kann.Between 50 ° and 100 ° Celsius, therefore, the current in the discharge lamp is greatly reduced, so that it can not come to further heating of components.
Alternativ zu der in Figur 2 dargestellten Maßnahme, dass zwei Kondensatoren zur Verwirklichung der Kapazität C2a bereitgestellt sind, von denen der eine temperaturabhängig ist, kann auch die Induktivität L2a so gebildet sein, dass sie aus zwei Induktivitäten L2 und L3 in Serie besteht, so wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Eine der Drosseln, L2, weist einen temperaturunabhängigen Wert auf, der näherungsweise dem bei maximaler Temperatur gewünschten minimalen Wert entspricht. Die zweite Drossel L3 soll bei niedriger Temperatur einen solchen Wert aufweisen, mit dem dieAs an alternative to the measure shown in FIG. 2, that two capacitors are provided for realizing the capacitance C2a, one of which is temperature-dependent, the inductance L2a may also be formed such that it consists of two inductors L2 and L3 in series, as well this is shown in FIG. One of the chokes, L2, has a temperature independent value approximately equal to the minimum value desired at maximum temperature. The second throttle L3 should have such a value at low temperature, with which the
Gesamtinduktivität der Serienschaltung aus L2 und L3 dem für normaleTotal inductance of the series connection of L2 and L3 that for normal
Temperaturen erforderlichen Wert entspricht. Bei steigender Temperatur soll die Induktivität von L3 deutlich kleiner werden, bis sie bei maximaler Temperatur einen minimalen Wert erreicht.Temperatures required value corresponds. As the temperature rises, the inductance of L3 should become significantly smaller until it reaches a minimum value at maximum temperature.
Die Ausführungsformen gemäß Figur 2 und Figur 3 sind auch miteinander kombinierbar, d.h., es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl die Kapazität C2a als auch die Induktivität L2a jeweils aus temperaturabhängigen Elementen in Serie mit temperaturunabhängigen Elementen bestehen. Die Verwendung der Schaltung aus der EP O 781 077 B1 ist nur beispielhaft und dient der Erläuterung dessen, was unter leistungsbestimmendem Bauteil zu verstehen ist. Die Schaltungsanordnung nach EP 0 530 603 B1 ist in wesentlichen Teilen mit der hier unter Bezug auf die in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung aus der EP 0 781 077 B1 identisch, wobei in der Ansteuerschaltung die Drossel L2a wegzulassen ist. Anstelle eines LC- Parallelschwingkreises ergibt sich ein RC-Glied, dessen Tiefpasseigenschaften in ähnlicher Weise Einfluss auf die Betriebsfrequenz haben. Entsprechend sieht es die Erfindung bei dieser Schaltung auch vor, die Kapazität aus dem Ansteuerschaltkreis temperaturabhängig auszubilden. Dies kann insbesondere auch anhand von zwei Kondensatoren geschehen, die in Serie geschaltet sind, von denen einer stark temperaturabhängig ist und der andere temperaturunabhängig ist.The embodiments according to FIG. 2 and FIG. 3 can also be combined with one another, ie it can also be provided that both the capacitance C2a and the inductance L2a each consist of temperature-dependent elements in series with temperature-independent elements. The use of the circuit of EP 0 781 077 B1 is only an example and serves to explain what is meant by power-determining component. The circuit arrangement according to EP 0 530 603 B1 is identical in essential parts with the circuit arrangement from EP 0 781 077 B1 shown here with reference to the circuit arrangement shown in FIG. 1, wherein the choke L2a is to be omitted in the drive circuit. Instead of an LC parallel resonant circuit results in an RC element whose low-pass characteristics have a similar influence on the operating frequency. Accordingly, the invention also provides for this circuit, the capacity of the drive circuit form temperature-dependent. This can be done in particular on the basis of two capacitors, which are connected in series, one of which is highly temperature-dependent and the other is independent of temperature.
Unter leistungsbestimmendem Bauteil im Sinne der Erfindung ist nicht jedes Bauteil zu verstehen, das in marginaler Art und Weise Einfiuss auf die Leistung hat, sondern Bauteile, die geeignet sind, bei temperaturabhängiger Ausführung die Leistungsaufnahme der Lampe merklich zu beeinflussen, um so einen sichtbaren Effekt betreffend die Temperatursteuerung hervorzurufen. The term "power-determining component" in the sense of the invention does not mean every component which has a marginal effect on the power, but components which are suitable for noticeably influencing the power consumption of the lamp in the case of a temperature-dependent design, thus affecting a visible effect to cause the temperature control.

Claims

Ansprüche claims
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe (EL), insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, bei der die Entladungslampe eine Leistung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass leistungsbestimmende Bauteile der Schaltungsanordnung derart temperaturabhängig ausgeführt sind, dass bei steigender Temperatur die Leistungsaufnahme der Lampe begrenzt wird.1. Circuit arrangement for operating a discharge lamp (EL), in particular a low-pressure discharge lamp, in which the discharge lamp receives a power, characterized in that power-determining components of the circuit are designed so temperature-dependent that with increasing temperature, the power consumption of the lamp is limited.
2. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe nach Anspruch 1 , mit einem Lastkreis, der mindestens eine strombegrenzende Resonanzinduktivität (L1) und mindestens einen Kondensator (C5, C6, C7, C8) aufweist sowie mit einem freischwingenden Inverter, der als Halb- oder Vollbrückenschaltung mit mindestens zwei Schaltelementen (T1 , T2) ausgebildet ist, und mit einer Ansteuerschaltung (AS) zur Ansteuerung der Schaltelemente (TI 1 T2), welche einen LC-Parallelschwingkreis (L2a, C2a; L2, C2, C3; L2, L3, C2), bestehend aus einer Kapazität (C2a; C2, C3) und einer diese2. A circuit arrangement for operating a discharge lamp according to claim 1, comprising a load circuit having at least one current-limiting Resonanzinduktivität (L1) and at least one capacitor (C5, C6, C7, C8) and with a free-running inverter, which as a half or full bridge circuit with at least two switching elements (T1, T2) is formed, and with a drive circuit (AS) for driving the switching elements (TI 1 T2), which a LC parallel resonant circuit (L2a, C2a, L2, C2, C3, L2, L3, C2) consisting of a capacitance (C2a, C2, C3) and one of these
Kapazität entladenden Induktivität (L2a; L2, L3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität und/oder die Induktivität des Parallelschwingkreises temperaturabhängig ausgeführt ist.Capacitance-discharging inductance (L2a, L2, L3), characterized in that the capacitance and / or the inductance of the parallel resonant circuit is designed to be temperature-dependent.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Kapazität des LC-Parallelschwingkreises aus zwei3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a) the capacitance of the LC parallel resonant circuit of two
Kondensatoren (C2, C3) gebildet ist, welche in Serie geschaltet sind, wobei der erste Kondensator (C2) temperaturunabhängig ausgeführt ist und der zweite Kondensator (C3) temperaturabhängig ausgeführt ist und/oder b) die Induktivität des LC-Parallelschwingkreises aus zwei in Serie geschalteten Drosseln (L2, L3) gebildet ist, von denen die erste Drossel (L2) temperaturunabhängig ausgeführt ist und die zweite Drossel (L3) temperaturabhängig ausgeführt ist. Capacitors (C2, C3) is formed, which are connected in series, wherein the first capacitor (C2) is designed to be independent of temperature and the second capacitor (C3) is temperature-dependent and / or b) the inductance of the LC parallel resonant circuit of two in series switched reactors (L2, L3) is formed, of which the first throttle (L2) is designed to be independent of temperature and the second throttle (L3) is designed to be temperature-dependent.
4. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe nach Anspruch 1 , mit einem Lastkreis, der mindestens eine strombegrenzende Resonanzinduktivität und mindestens einen Kondensator aufweist, sowie mit einem freischwingenden Inverter, der als Halbbrückenschaltung mit mindestens zwei Schaltelementen ausgebildet ist, und mit einer Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der Schaltelemente, wobei die Ansteuerschaltung ein RC-Glied umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des RC-Glieds temperaturabhängig ausgeführt ist.4. A circuit arrangement for operating a discharge lamp according to claim 1, comprising a load circuit having at least one current-limiting Resonanzinduktivität and at least one capacitor, and with a free-running inverter, which is designed as a half-bridge circuit with at least two switching elements, and with a drive circuit for driving the switching elements , wherein the drive circuit comprises an RC element, characterized in that the capacitance of the RC element is designed to be temperature-dependent.
5. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des RC- Glieds aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren gebildet ist, von denen der erste Kondensator temperaturunabhängig ausgeführt ist und der zweite Kondensator temperaturabhängig ausgeführt ist. 5. A circuit arrangement for operating a discharge lamp according to claim 4, characterized in that the capacitance of the RC element is formed of two series-connected capacitors, of which the first capacitor is designed to be independent of temperature and the second capacitor is designed to be temperature-dependent.
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