DE3301108A1

DE3301108A1 - Verfahren zum betreiben einer gasentladungslampe

Info

Publication number: DE3301108A1
Application number: DE19833301108
Authority: DE
Inventors: Ali-Ihsan Ing.(grad.) 8000 München Söylemez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-01-14
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1984-07-19
Also published as: DK15284A; FI840122A; ES528867A0; DK15284D0; ES8407286A1; JPS59173995A; FI840122A0; EP0114370A1; AU2324484A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT h^ Unser Zeichen Berlin und München "*- VPA 83 P 10 0 7 DE

Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, indem ein Halbleiterzerhacker aus einer Gleichspannung

eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die in einen

aus einem parallel zur Entladungsstecke der Lampe geschalteten Kondensator und einer Drossel gebildeten Serienresonanzkreis eingespeist wird, welcher Serienresonanzkreis die erforderliche Zündspannung für die ^J Entladungslampe liefert, und bei dem der Lampenstrom im Nennbetrieb durch die Drossel begrenzt wird.

Derartige Verfahren sind bekannt, wobei der Frequenzunterschied zwischen der Nennbetriebsfrequenz für die Entladungslampe und der Resonanzfrequenz des unbe-. lasteten Schwingkreises so klein ist, daß während der Zündphase ein Schwingkreisstrom auftritt, der gegenüber dem Nennbetriebsstrora fünf- bis zehnfach überhöht ist. Das hat zur Folge, daß ein hoher Schwingkreisstrom fließen muß, um die Zündspannung an der Lampe zu erzeugen. Alle Bauelemte, die durch diesen hohen Schwingkreisstrom während der Anlaufphase durchflossen werden, müssen diesem Strom entsprechend dimensioniert sein. Da aber im Nennbetrieb der Schwingkreisstrom nur ein Bruchteil des Stromes beim Zünden beträgt, sind die erforderlichen Bauelemente für den Nennbetrieb überdimensioniert .

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Strombeanspruchung der Bauelemente im Leistungsteil eines elektronischen Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen

Sac 1 Gae / 14.01.1983

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während der Zündphase reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

die Frequenz der Wechselspannung vor dem Zünden der Lampe höher und nach dem Zünden der Lampe im Nennbetrieb niedriger als die Resonanzfrequenz des ungedämpften Schwingkreises gewählt wird und daß der Frequenzabstand so groß gewählt wird, daß der Schwingkreisstrom während der Zündphase höchstens dreimal so hoch wie der Nennbetriebsstrom ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen

angeführt.
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Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung ist ein Schaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen dargestellt.

Mit einer Gleichspannungsquelle Ug, die beispielsweise aus einer gleichgerichteten Netzspannung gespeist wird, wird eine Anlaufschaltung 18 beaufschlagt, welche die hochfrequente Selbstschwingung eines Halbleiterzerhackers, der aus einer Transistor-Halbbrückenschaltung der beiden Leistungs-MOS-FET 4 und 8 besteht, einleitet. An der Mittenanzapfung der Transistor-Halbbrückenschaltung entsteht eine rechteckförmige bzw. eine durch den Kondensator 2 verursachte trapezförmige hochfrequente Wechselspannung mit der Amplitude ± 1/2 U„, deren Schwingung sich durch die Rückkopplung mittels dem Stromübertrager 7 aufrecht erhält. Der über den Stromübertrager 7 an der Mittenanzapfung der Transistor-Halbbrückenschaltung angeschlossene Schwingkreis, bestehend aus der Drossel 12 und dem Kondensator 13, bewirkt an der Entladungslampe

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16 eine Spannungsüberhöhung durch Resonanz, wodurch die Lampe 16 gezündet wird. Nach dem Zünden bricht die Spannung an der Lampe auf die Brennspannung zusammen, wobei der Arbeitspunkt abhängig von der Amplitude und Frequenz der Wechselspannung durch die Drossel 12 bestimmt wird. Der Kondensator 17 verhindert mögliche Gleichstromanteile in der Lampe 16.

Die Anlaufschaltung 18 besteht beispielsweise aus der Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, die parallel zum Kondensator 1 geschaltet sind. Zwischen die Mittenanzapfung dieses RC-Gliedes und das Gate des Transistors 8 ist ein Diac geschaltet. Somit stellt das

¹^ RC-Glied und der Diac einen Sägezahn-Generator dar, dessen Frequenz von der Eingangsspannung abhängig ist. Legt man nun die Eingangsspannung Ug an, wird der Kondensator der Anlaufschaltung über den Widerstand aufgeladen bis die Spannung am Kondensator die Durchbruchsspannung des Diac erreicht, worauf dieser zündet und einen kurzen Stromimpuls in den Gatekreis des Transistors 8 abgibt. Damit wird auch die Gate-Kapazität des Transistors 8 aufgeladen.

Mit jedem Impuls fließt nun ein schmaler irapulsförmiger Strom über den Kreis, der durch den Transistor 8, die Wicklung n^ des Übertragers 7, eine Sicherung 11, die Drossel 12, die eine Heizwendel 14 der Lampe 16, den Kondensator 13/ die zweite Heizwendel 15 der Lampe 16 und den Kondensator 17 gebildet ist. Mit diesen Stromimpulsen über die Wicklung τι* des Übertragers 7 werden in den weiteren Wicklungen n₂ und n, des Übertragers 7 aperiodisch abklingende Spannungen induziert. Durch diese Rückkopplung über die Wicklungen n~ und n, setzt

- f -ψ, VPA 83 P 1 0 07DE

schlagartig eine hochfrequente Eigenschwingung ein, wenn die Gate-Schwellenspannung am Transistor 8 erreicht ist. Dieser Schwingkreis besteht im wesentlichen aus dem Kondensator 13 und der Drossel 12. Nach Einsetzen der Eigenschwingung wird die Anlaufschaltung 18 stillgelegt, was beispielsweise durch eine Schaltung bewerkstelligt werden kann, die einen Spannungsaufbau am Kondensator des RC-Gliedes verhindert, wodurch der Diac nicht die er-

forderliche Zündspannung erhält.

Die Zenerdioden 6 bzw. 9 und die Widerstände 5 bzw. 10 dienen dazu, daß die zulässige Gate-Source-Spannung der Leistungs-MOS-FET 4 bzw. 8 nicht überschritten werden ^XJ kann.

Die internen Gate-Kapazitäten der Transistoren 4 und 8 werden über die Widerstände 5 und 10 jeweils direkt von

den Übertragerwicklungen n, und n~ auf- bzw. entladen. 20

Im Nennbetrieb besteht der Schwingkreisstrom aus dem Lampenstrora und dem Strom über den Kondensator 13/ der auch über die Heizwendel 14 bzw. 15 fließt. Bei defekter Entladungsstrecke hat man die gleichen Verhältnisse wie vor der Zündung, aber es kann keine Zündung stattfinden. . Wegen der 5 bis 10fach höheren Ströme gegenüber dem Nennbetrieb werden die Transistoren 4 und 8 und die Strombegrenzungsdrossel 12 schnell heiß. Um eine Zerstörung dieser Bauelemente zu vermeiden, ist die Sicherung 11, beispielsweise eine Schmelzsicherung, in der Lampenleitung vorgesehen. Bei defekter Entladungsstrecke steigt der Schwingkreisstrora an, die Sicherung schmilzt innerhalb kurzer Zeit, und der Strompfad des Schwingkreises ist somit unterbrochen, ohne daß die Bauelemente zerstört werden.

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Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn bei defekter Gasentladungs-Strecke und somit einer zündunfähigen Lampe 16 ein Halbleiterschalter derart eingreift, daß mindes-

tens eine der Heizwendeln 14 bzw. 15 der Lampe 16 durch einen Überstromstoß zerstört und damit der Serienresonanzkreis zur Erzeugung der Zündspannung stromlos wird.

In beiden Fällen, wo der Stromkreis unterbrochen ist, enthält der Transistor 8 nur Anlaufimpulse, ohne daß ein Schwingkreisstrora fließt.

Bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren zum Betreiben * von Gasentladungslampen ist nun, wie bereits eingangs beschrieben, der Frequenzunterschied zwischen der Nennbetriebsfrequenz und der Resonanzfrequenz des unbelasteten Schwingkreises klein. Deswegen muß ein hoher Schwingkreisstrom fließen, um die Zündspannung an der Lampe zu erzeugen.

Der Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß bei

1 /2 höherem Kennwiderstand des Schwingkreises R,, = (L/C) '

1 /2 bzw. höherer Schwingkreisgüte Q = (1/R) (L/C) ' sich eine bestimmte Spannungsüberhöhung im Serienresonanzkreis bereits bei einem kleineren Schwingkreisstrom erreichen läßt.

Geht man davon aus, daß die Betriebsspannung, die Nennbetriebsfrequenz sowie die Lampenleistung und damit auch die Schwingkreisinduktivität vorgegeben sind, erfolgt die Erhöhung der Schwingkreisgüte Q durch Verkleinerung der Schwingkreiskapazität, was zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz des unbelasteten Schwingkreises führt. 35

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Wählt man die Frequenzänderung der Wechselspannung zwischen der Frequenz im Zündmoment und der Frequenz im Nennbetrieb entsprechend groß, so läßt sich der Strom durch den Schwingkreis bzw. durch die Transistoren im Zündmoraent gezielt begrenzen.

Die Frequenzänderung der Wechselspannung durch Steuerung der Transistor-Halbbrückenschaltung läßt sich beispiels-

weise durch eine analoge oder digitale Steuerlogik realisieren .

Die Frequenzänderung kann aber auch in einer frei schwingenden Anordnung, z.B. mit Hilfe eines Sättigungs-

stromwandlers, realisiert werden, was zu einer besonders einfachen Steuerung des Vorschaltgerätes führt.

Durch den Gegenstand der Erfindung wird die Strombeanspruchung der Bauelemente während der Zündphase redu-

^ ziert, ohne daß die Transistoren im aktiven Kennlinienbereich strombegrenzend arbeiten müssen. Dies führt beispielsweise zu einer erheblichen Verkleinerung der Abmessungen der Schwingkreisdrossel und erlaubt die Verwendung von Transistoren mit geringerer Impulsbelastbarkeit. Weiterhin ergibt sich eine Steigerung des Wirkungsgrades dadurch, daß im Nennbetrieb der Lampe durch die Verkleinerung der Schwingkreiskapazität ein geringerer Strom durch die Heizwendeln fließt. Mit der Erfindung läßt sich somit eine Senkung der Baulementekosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit eines elektronischen Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen erreichen.

10 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

i Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, indem ein Halbleiterzerhacker aus einer Gleichspannung eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die in einen aus einem parallel zur Entladungsstrecke der Lampe geschalteten Kondensator und einer Drossel gebildeten Serienresonanzkreis eingespeist wird, welcher Serienresonanzkreis die erforderliche Zündspannung für die Entladungslampe liefert, und bei dem der Lampenstrom im Nennbetrieb durch die Drossel begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung vor dem Zünden der Lampe (16) höher und nach dem Zünden der Lampe (16) im Nennbetrieb niedriger als die Resonanzfrequenz des ungedämpften Schwingkreises gewählt wird und daß der Frequenzabstand so groß gewählt wird, daß der Schwingkreisstrom während der Zündphase höchstens dreimal so hoch wie der Nennbetriebsstrom ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzunterschied derart groß gewählt wird, daß der Strom durch den Schwingkreis bzw. durch Transistoren (4, 8) des Halbleiterzerhackers im Zündmoment der Entladungslampe (16) begrenzt wird.
3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderung durch eine analoge oder digitale Steuerlogik bewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderung durch eine frei schwingende, mit zeit- und lastabhängigen Elementen versehene und zwischen Ausgangsspannung oder -strom und der Ansteuerung der Transistoren (4, 8) rückgekoppelten Anordnung, vorzugsweise durch einen Sättigungsstromwandler, bewirkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderung zur Steuerung der Larapenleistung benutzt wird.
■* 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5/ dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorheizen der Lampe (16) eine Wechselspannnungsfrequenz verwendet wird, die derart bemessen ist, .daß die zum Zünden der Lampe (16) erforderliche Spannung nicht erreicht wird, und daß der Schwingkreisstrom zunächst über eine Heizwendel (14) der Lampe (16), daran anschließend über den Schwingkreiskondensator (13) und abschließend über die zweite Heizwendel (15) geleitet wird.
7. Verfahren nach einem der /Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strompfad der hochfrequenten Wechselspannung' zur Unterdrückung von Gleichstromanteilen mindestens ein Kondensator (17) geschaltet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsabfall am Kondensator (17) zur Erfassung des Wechselstroms zu Überwachungszwecken oder zu einer durch kapazitive Ladungsverschiebung gewonnenen Stromversorgung für die Steuerlogik verwendet wird.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Q, dadurch gekennzeichnet, daß in
mindestens einem Stromkreis der Heizwendeln (14, 15) ein Halbleiterschalter vorgesehen ist, der bei defekter
Gasentladungsstrecke mindestens eine Heizwendel (14,15) durch einen Überstromstoß zerstört.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in
den Strompfad des Schwingkreises eine Schmelzsicherung (11) geschaltet wird.