DE2948287C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der US-PS 41 27 795 bekannten Schaltungsanordnung wird von der am Wechselrichter-Ausgang abgenommenen Wechselspannung mit Hilfe der an der Induktivität angeschlossenen Gleichrich­ terschaltung der Reihenkondensator aufgeladen, aus dem dann während der Zeitdauer, während der die durch Netz­ gleichrichtung gewonnene pulsierende Gleichspannung nied­ rig ist, der Wechselrichter gespeist wird. Mit dieser be­ kannten Schaltungsanordnung sollen Leuchtstofflampen ge­ speist werden. Infolge der Aufladung des Reihenkondensa­ tors wäre eine solche Schaltungsanordnung wohl auch zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen mit den bekann­ ten kurzen Entionisierungszeiten geeignet.

Aus der US-PS 40 42 856 ist ein Schaltregler für den Be­ trieb von Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt, der an einem Netzgleichrichter angeschlossen ist und dem ein Wechselrichter nachgeschaltet ist, mit dessen Ausgangs­ wechselspannung die Gasentladungslampe betrieben wird. Auch bei dieser Schaltungsanordnung sind Maßnahmen vorge­ sehen, damit während der Zeiten, in denen die Wechsel­ spannung und die daraus erzeugte pulsierende Gleichspan­ nung sehr klein ist, der Wechselrichter und daher auch die Gasentladungslampe mit Strom versorgt werden, so daß diese trotz ihrer kurzen Entionisierungszeit nicht er­ lischt.

Aus der US-PS 40 60 751 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe bekannt, die einen Netz­ gleichrichter, einen Filterkondensator und einen Wechsel­ richter aufweist, der einen Lastkreis speist, in dem die Gasentladungslampe parallel zu einem Kondensator angeord­ net ist, der seinerseits mit Induktivitäten in Reihe ge­ schaltet ist. Zum Starten der Gasentladungslampe wird der Lastkreis in der Nähe seiner Resonanzfrequenz betrieben, wodurch eine hohe Startspannung erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß sie zum Betrieb und insbesondere zum Starten von Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist.

Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch eine verbesserte Startfähigkeit für die Hochdruck-Gasentladungslampe aus, wobei die Lampenstartschaltung wieder außer Be­ trieb gesetzt wird, sobald die Hochdruck-Gasentladungslampe gezündet ist. Die Lampenstartschaltung bewirkt ein kurzzeitiges Erhöhen der Speisespannung für die Hochdruck-Gasentladungslampe, um diese sicher zu zünden. Sobald die Gasentladungslampe gezündet ist, wird die Lampenstartschaltung wieder außer Betrieb gesetzt. Dieses wird mit Hilfe der Sperrschaltung erreicht.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung und

Fig. 2 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Gemäß dem Blockschaltbild Fig. 1 ist eine Wechselspan­ nungsquelle 3 über ein Störschutzfilter 5 mit einem Netz­ gleichrichter 7 verbunden. Der Netzgleichrichter 7 ist mit einem Hochfrequenz-Wechselrichter 9 verbunden, der seinerseits mit einem Lastkreis 11 verbunden ist. Der Lastkreis 11 ist mit einer Wechselrichter-Treiberschaltung 13 gekoppelt, um lastab­ hängige Treiberspannungen für den Wechselrichter 9 zu erhalten. Eine Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 sorgt für relativ konstante Gleichspannung an einer Ladungsspeicher-Schaltung 17, die den Netzgleichrichter 7 überbrückt.

Eine Startschaltung 19 für den Wechselrichter 9 ist mit diesem, mit dem Netzgleichrichter 7 sowie der Ladungsspeicher-Schaltung 17 verbunden. Ferner ist eine Lampenstartschaltung 21 mit der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15, mit der Ladungsspeicher-Schaltung 17 sowie mit einem Bezugspegel bzw. Erde verbunden. Darüber hinaus ist eine Sperrschal­ tung 23 für die Lampenstartschaltung 21 mit dem Lastkreis 11 verbunden, um die Lampenstartschaltung 21 nach dem Start der Hochdruck-Gasentladungslampe außer Betrieb zu setzen.

Fig. 2 zeigt den Stromlaufplan einer speziellen Ausfüh­ rungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, wobei die Bezugszeichen der Fig. 1 auch in Fig. 2 angegeben sind. Das Störschutzfilter 5 weist hier einen Überlastungs­ schalter 25 auf, der mit einem Anschluß einer Wechsel­ spannungsquelle 3 und einem Anschluß einer ersten Drossel 27 verbunden ist. Der andere Anschluß der Wechselspan­ nungsquelle 3 ist mit einem Anschluß einer zweiten Dros­ sel 29 verbunden. Beide Drosseln 25 und 27 sind vorzugs­ weise am gleichen Kern befestigt, um die gegenseitige In­ duktivität zwischen diesen Drosseln zu maximieren, und die jeweils anderen Anschlüsse sind mit einem Kondensator 31 verbunden.

Der Netzgleichrichter 7 ist als Graetz-Schaltung aufge­ baut. Er weist zwei Dioden 33 und 35 auf, die mit einem Anschluß des Störfilters 5 verbunden sind, und zwei Dio­ den 37 und 39, die mit dem anderen Anschluß des Stör­ schutzfilters verbunden sind. Ein Filterkondensator 41 und eine Zener-Diode 43 liegen jeweils parallel zur Rei­ henschaltung der Dioden 33 und 35 und der Reihenschaltung der Dioden 37 und 39.

An den Netzgleichrichter ist der Wechselrichter 9 ange­ schlossen. Der Wechselrichter 9 weist zwei in Reihe ge­ schaltete Transistoren 45 und 47 auf, die den Netzgleich­ richter 7 überbrücken. Der Verbindungspunkt 49 der Rei­ henschaltung der Transistoren 45 und 47 ist mit einem Reihenresonanzkreis verbunden, der einen in Reihe ge­ schalteten Kondensator 51, eine Primärwicklung 53 eines zweiten Transformators 55 und eine Sekundärwicklung 57 eines dritten Transformators 59 der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 enthält.

An den Wechselrichter 9 ist die Treiberschaltung 13 ange­ schlossen. Basis und Emitter der beiden in Reihe liegenden Transistoren 45 und 47 ist mit Sekundärwicklungen 61 bzw. 63 eines ersten Transformators 65 verbunden, wobei Dämpfungswiderstände 67 bzw. 69 die Sekundärwicklungen 61 und 63 jeweils über­ brücken. Die Treiberschaltung 13 weist eine Primär­ wicklung 71 des ersten Transformators 65 auf, so daß die Sekundärwicklungen 61 und 63 und die Transistoren 45 und 47 erregt werden. Die Erregung des Wechselrichters 9 hängt also vom Stromfluß durch die Treiberschaltung 13 ab, die ihrerseits mit dem Lastkreis 11 verbunden und vom Stromfluß in dieser abhängig ist.

Der Lastkreis 11 enthält eine Sekundärwicklung 73 des zweiten Transformators 55 in Reihe mit der Primärwicklung 75 des dritten Transformators 59 der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15, einen Kondensa­ tor 77 und eine hier nicht dargestellte Hochdruck-Gasentladungslampe. Darüber hinaus ist auch die Sekundärwicklung 73 mit der Primärwicklung 71 der Trei­ berschaltung 13 in Reihe geschaltet.

Wie oben erwähnt, weist die Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 in Form eines Spannungsverdopplers die Sekundärwicklung 57 des dritten Transformators 59 auf. Diese Sekundärwicklung 57 ist über einen Kondensator 79 mit dem Verbindungspunkt von zwei in Reihe geschalteten Dioden 81 und 83 verbunden, so daß eine Spannungsverdopplerschaltung entsteht. Eine der in Reihe geschalteten Dioden 83 ist mit dem Verbindungspunkt eines Kondensators 85, der von einem Widerstand 87 überbrückt und an eine Trenndiode 89 der Ladungsspeicher-Schaltung 17 angeschlossen ist, verbunden.

Die Startschaltung 19 für den Wechselrichter 9 weist einen Widerstand 91 und einen Diac 93 auf, die in Reihe mit dem Netzgleichrichter 7 und dem Verbindungspunkt von Kondensator 85 und Diode 89 der Ladungsspeicher-Schaltung 17 geschaltet sind. Der Verbindungspunkt von Widerstand 91 und Diac 93 ist über einen Widerstand 95 und Kondensa­ tor 97 mit der Basis des Transistors 47 verbunden.

Die Lampenstartschaltung 21 weist in Form eines Relaxa­ tionsoszillators einen Diac 99 auf, der mit dem Verbin­ dungspunkt des Kondensators 85 und der Diode 89 der Ladungsspeicher-Schaltung 17 und den Diac 93 der Start­ schaltung 19 verbunden ist. Der Diac 99 ist über einen ersten Widerstand 101, einen Kondensator 103 und einen zweiten Widerstand 105 mit Erde verbunden. Der Verbin­ dungspunkt von Kondensator 103 und zweitem Widerstand 105 ist mit der Basis eines ersten Transistors 107 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 109 mit Erde und direkt mit der Basis eines zweiten Transistors 111 mit geerdetem Emitter verbunden ist. Der Kollektor des ersten Transistors 107 ist mit dem Kollektor des zweiten Tran­ sistors 111 verbunden und über eine Diode 113 mit der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15. Der Verbindungs­ punkt des ersten Widerstandes 101 und des Kondensators 103 ist ferner mit einem Widerstand 114 verbunden, der mit dem Anschluß eines Widerstandes 115 verbunden ist, der mit dem Diac 99 und einem Transistor 117 verbunden ist, der seinerseits mit Erde verbunden ist. Der Kollek­ tor eines weiteren Transistors 119 ist mit der Basis des Transistors 117 verbunden und über einen Widerstand 121 mit dem Diac 99. Der Emitter des Transistors 119 ist mit einem Spannungsbezugspegel verbunden, beispielsweise Er­ de.

Die Sperrschaltung 23 für die Lampenstartschaltung 21 weist einen vierten Transformator 123 auf, der eine Pri­ märwicklung 125 hat, die mit dem Kondensator 77 und der nicht dargestellten Entladungslampe des Lastkreises 11 verbunden ist. Die Sekundärwicklung 127 des vierten Transformators 123 hat eine Mittelanzapfung, die mit einem Bezugspotential verbunden ist, und entgegengesetzte Anschlüsse, die jeweils mit einer Diode 129 bzw. 131 ver­ bunden sind. Die Dioden 129 und 131 sind gemeinsam mit einem Widerstand 133 verbunden und über einen Filterkon­ densator 135 mit dem Potentialbezugspegel. Der Widerstand 133 ist mit der Basis des Transistors 119 und über einen Widerstand mit dem Potentialbezugspegel verbunden.

Im Betrieb wird eine Spannung von der Wechselspannungs­ quelle 3 über das Störschutzfilter 5 gefiltert, das so­ wohl kurze Spannungsstöße als auch Hochfrequenzstörungen beseitigt. Das gefilterte Wechselstromsignal, das von un­ erwünschten vorübergehenden Spitzen und Hochfrequenzsig­ nalen frei ist, wird an die Graetz-Gleichrichterschaltung 7 angelegt. Die Gleichrichterschaltung 7 liefert eine pulsierende Gleichspannung mit einer Frequenz von etwa 120 Hz. Darüber hinaus wird diese pulsierende Gleichspan­ nung geändert, wie es noch näher erläutert wird, um eine relativ konstante Gleichspannung zu erhalten, die an den Wechselrichter 9 gelegt wird.

Der Wechselrichter 9 hat die Form eines Zerhackers mit zwei gleichen Transistoren 45 und 47, die im Gegentaktbe­ trieb arbeiten. Der Wechselrichter 9 hat einen Reihenresonanz-Ausgangskreis, der den Kondensator 51 und die Primärwicklung 53 des zweiten Transformators 55 ent­ hält. Dieser Reihenresonanzkreis hat eine Resonanzfre­ quenz von etwa 20 kHz, die gut über dem Hörbereich liegt. Dieser Reihenresonanz-Ausgangskreis bildet einen Weg niedriger Impedanz für den durchfließenden Strom und je­ der Anstieg im Stromfluß wird von einem erhöhten Strom­ fluß in den Sekundärwicklungen 73 des zweiten Transforma­ tors 55 sowie von höherem Stromfluß in der Primärwicklung 71 des ersten Transformators 65, der Primärwicklung 75 des dritten Transformators 59 und der Primarwicklung 125 des vierten Transformators 123 begleitet.

Es ist wichtig, daß erhöhter Stromfluß in der Sekundär­ wicklung 73 des zweiten Transformators 55, oder dem Last­ kreis 11, von höherem Stromfluß in der Primärwicklung 71 des Transformators 65 oder der Treiberschaltung 13 be­ gleitet wird. Der Wechselrichter 9 leitet also die Trei­ berspannung nicht nur von dem Reihenresonanzkreis mit Kondensator 51 und Primärwicklung 53 ab, sondern auch entsprechend der Größe des Stromes, der in dem Lastkreis 11 fließt.

Ein erhöhter Stromfluß im Resonanzkreis mit der Primär­ wicklung 53 des zweiten Transformators 55 wird auch be­ gleitet von einem höheren Stromfluß in den induktiven Primär- bzw. Sekundärwicklungen 75 und 57 des dritten Transformators 59. Dieser höhere Stromfluß wird durch die Spannungsverdopplerschaltung mit den Dioden 81 und 83 gleichgerichtet und an den Ladungsspeicherkondensator 85 gegeben. Der Ladungsspeicherkondensator 85 speichert die­ se empfangene Energie so lange, wie die pulsierende Gleichspannung des Netzgleichrichters 7 über einem gege­ benen Bezugspegel bleibt. Wenn die pulsierende Gleich­ spannung jedoch unter den gegebenen Bezugspegel fällt, liefert der Kondensator Energie über die Trenndiode 89. Es liegt also eine relativ konstante Gleichspannung an dem Wechselrichter 9.

Weiter wurde festgestellt, daß die Schaltmöglichkeit der Transistoren eines Wechselrichters verbessert wird, wenn diese direkt von einem Transformator getrieben werden statt durch eine komplexe Basis-Vorspannungsanordnung. Es wurde jedoch auch festgestellt, daß der Wechselrichter 9 nicht von selbst startet. Es ist ferner klar, daß eine Minimierung der Bauelementeanzahl der Startschaltung die Kosten reduziert, die Montage erleichtert und die Zuver­ lässigkeit der Schaltung erhöht.

Hinsichtlich des Betriebs der Startschaltung 19 für den Wechselrichter 9 ist zu beachten, daß anfänglich keine Energiekopplung zum Ladungsspeicherkondensator 85 vorhanden ist, bevor der Wechselrichter 9 arbeitet. Die Energie von der Wechselspannungsquelle 3 sorgt jedoch für die Entwicklung eines relativ hohen Potentials am Konden­ sator 41, das seinerseits die Entwicklung eines relativ hohen Potentials am Kondensator 97 der Startschaltung 19 über die Widerstände 91 und 95 sowie die Sekundärwicklung 63 des ersten Transformators 65 bewirkt. Dabei ist der Wechselrichter 9 noch nicht in Betrieb.

Wenn die am Kondensator 97 erscheinende Ladung die Durch­ bruchspannung des Diac 93 übersteigt, entlädt sich der Kondensator 97 über den Diac 93, den Kondensator 85 und die Sekundärwicklung 63 des ersten Transformators 65. Die Sekundärwicklung 63 überträgt den Entladungsstrom an die Emitter-Basis-Sperrschicht des Transistors 47 des Wech­ selrichters 9, so daß der Transistor in den leitenden Zu­ stand geschaltet und der Wechselrichter 9 gestartet wird. Nach dem Starten lädt der Wechselrichter 9 den Speicher­ kondensator 85. Diese Ladung im Speicherkondensator 85 reicht aus, um die Spannung über der Trenndiode 89 daran zu hindern, einen Wert zu erreichen, der ausreicht, einen Durchbruch des Diac 99 zu bewirken. Dadurch wird die Startschaltung 19 außer Betrieb gesetzt, wenn sie den Wechselrichter 9 gestartet hat.

Hochdruck-Gasentladungslampen benötigen eine Startspan­ nung, die größer ist als die Spannung, die zum Aufrecht­ erhalten des Lampenbetriebes benötigt wird. Es ist des­ halb notwendig, eine Lampenstartspannung zu erzeugen, die Werte von etwa 2,5 kV erreichen kann, wenn Hochdruck-Gas­ entladungslampen verwendet werden.

Zu diesem Zweck sorgt ein Anstieg der Spannung über dem Speicherkondensator 85 für einen Durchbruch des Diac 99, woraufhin eine Impulsspannung am Kondensator 103 an die Basis des Transistors 107 gelegt wird, so daß dieser lei­ tend wird. Der Transistor 107 sorgt seinerseits für das Leitendschalten des Transistors 111 und der Diode 113, woraufhin die Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 praktisch kurzgeschlossen wird und der Wechselrichter 9 stärker arbeitet. Dadurch steigt der Stromfluß im Last­ kreis 11 und der Sekundärwicklung 73 des zweiten Trans­ formators 55, der Primärwicklung 75 des dritten Transfor­ mators 59 und dem Kondensator 77, die einen Reihenreso­ nanzkreis bilden. Dadurch wird am Kondensator 77 eine La­ dung ausreichender Höhe gebildet, um die Gasentladungs­ lampe im Lastkreis 11 "zu zünden".

Weiter bewirkt ein Zünden der Gasentladungslampe einen höheren Stromfluß durch die Primärwicklung 125 des vier­ ten Transformators 123 . Dieser höhere Stromfluß wird über die Sekundärwicklung 127 an die Dioden 129 und 131 gege­ ben, um eine gleichgerichtete Spannung zu erhalten, die gefiltert wird und an den Transistor 119 gelegt wird und diesen leitend macht. Der Transistor 117 seinerseits wird nichtleitend, so daß die Lampenstartschaltung 21 außer Betrieb gesetzt wird. Die Lampenstartschaltung 21 bewirkt also ein "Zünden" der Gasentladungslampe und wird dann wirkungsmäßig von der Schaltung abgetrennt, sobald die Gasentladungslampe ihren leitenden Zustand erreicht.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zum Starten und zum Betrieb einer Hochdruck-Gasentladungslampe, mit einem Netzgleichrichter (7), einem Filterkondensator (41), einem an den Filter­ kondensator (41) angeschlossenen Wechselrichter (9), der zwei in Reihe geschaltete Transistoren (45, 47) aufweist, die von Sekundärwicklungen (61, 63) eines ersten Trans­ formators (65), dessen Primärwicklung (71) im Lastkreis des Wechselrichters (9) liegt, gesteuert werden und an deren Verbindungspunkt ein Resonanzkreis aus einem Kon­ densator (51), der Primärwicklung (53 ) eines zweiten Transformators (55), dessen Sekundärwicklung (73) die Spannung für den Lastkreis liefert, und einer Induktivi­ tät (57) angeschlossen ist, und mit einer an die Indukti­ vität (57) angeschlossenen Gleichrichterschaltung (79, 81, 83), die einen Reihenkondensator (85) auflädt, der über eine Diode (89) dem Filterkondensator (41) parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Indukti­ vität (57) als Sekundärwicklung eines dritten Transforma­ tors (59) dient, dessen Primärwicklung (75) in Reihe mit der Sekundärwicklung (73) des zweiten Transformators (55), der Primärwicklung (71) des ersten Transformators (65) und einem Kondensator (77), dem die Hochdruck-Gasentladungslampe parallel geschaltet ist, den Lastkreis des Wechselrichters bildet, daß eine Lampen­ startschaltung (21) vorgesehen ist, die einen parallel zur Sekundärwicklung (57) des dritten Transformators (59) liegenden Transistor (111) aufweist, der beim Durchbruch eines Diac (99), der in Reihe mit Widerständen parallel zum Reihenkondensator (85) angeordnet ist, leitend ge­ steuert wird und diese Sekundärwicklung (57) kurz­ schließt, und daß eine Sperrschaltung (23) die Lampen­ startschaltung (21) bei gezündeter Hochdruck-Gasentladungslampe außer Betrieb setzt, indem ein vierter Transformator (123), dessen Primärwicklung (125) mit der Hochdruck-Gasentladungslampe in Reihe liegt, an seiner Sekundärwicklung (127) eine Spannung liefert, die gleichgerichtet wird und einen Transistor (117) steuert, der den Diac (99) so vorspannt, daß dessen Durchbruchspannung unterschritten ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Startschaltung (19) für den Wechselrichter (9), die eine der Diode (89) parallelgeschaltete Reihen­ schaltung aus einem Widerstand (91) und einem weiteren Diac (93) aufweist, deren Verbindungspunkt über eine Rei­ henschaltung aus einem Widerstand (95) und einem Konden­ sator (97) mit der Basis des einen Transistors (47) des Wechselrichters (9) verbunden ist.