DE3517297C1 - Vorschaltgerät für Entladungslampen - Google Patents

Vorschaltgerät für Entladungslampen

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DE3517297C1
DE3517297C1 DE19853517297 DE3517297A DE3517297C1 DE 3517297 C1 DE3517297 C1 DE 3517297C1 DE 19853517297 DE19853517297 DE 19853517297 DE 3517297 A DE3517297 A DE 3517297A DE 3517297 C1 DE3517297 C1 DE 3517297C1
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Germany
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DE19853517297
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Fred Dr.-Ing. 5760 Arnsberg Hasemann
Ferdinand Dipl.-Ing. Mertens
Norbert Dipl.-Ing. Wittig
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Trilux GmbH and Co KG
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Trilux Lenze GmbH and Co KG
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit 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
    • H05B41/295Circuit 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
    • H05B41/298Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2988Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

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Description

3 4
lung ist zur Verhinderung von Kataphorese in der Steuerwerk 15 gesteuert, bei dem es sich beispielsweise Leuchtstofflampe erforderlich. Kataphorese entsteht, um einen Mikroprozessor handeln kann, wenn die Lampe längere Zeit mit gleicher Polarität be- Es sei angenommen, daß die Schalter T\ bis T4 im
trieben wird. Es handelt sich um eine Quecksilberverla- leitenden Zustand sind oder daß auf andere Weise über gerung zur Kathode hin, die durch Umpolen der Lampe 5 die von den Schaltungszweigen 12,13 und der Lampe 14 rückgebaut werden kann. Das Umpolen kann in relativ gebildete Brückenschaltung ein Strom fließen kann, kurzen Zeitabständen von z. B. einer Stunde erfolgen. Wenn dann das Schaltglied Ts leitend wird, fließt ein Dies würde einer Umpolfrequenz von ca. 0,3 mHz ent- Strom durch den Stromfühler /, die Induktivität L und sprechen. Während die üblichen Vorschaltgeräte mit ei- die Brückenschaltung. Dieser Strom i'i, der in Fig. 2 ner oberhalb des Hörbereichs liegenden hohen Fre- 10 dargestellt ist, baut sich infolge der Induktivität L langquenz arbeiten, wird die Umpolfrequenz der Lampe sam auf, wobei der Anstieg als linear angenommen werniedriggemacht. Der Lampenstrom wird in jeder Halb- den kann. Der Ausgang des Stromfühlers / ist mit dem periode konstantgehalten, die Umschaltung erfolgt nur B-Eingang eines Komparators 16 mit Hysterese verbunvon Zeit zu Zeit, um Kataphorese zu vermeiden. den, dessen Ausgang das Schaltglied T5 steuert. Der A-
Bei den relativ langen Halbperioden der Umpolung 15 Eingang des Komparators empfängt von dem Steuerkann es vorkommen, daß der Lampenstrom in der zwei- werk 15 eine Steuerspannung. Der Komparator 16 erten Halbperiode sich von demjenigen der ersten Halb- zeugt aus der Steuerspannung zwei Referenzspannunperiode unterscheidet, z. B. jvenn der Lampenstrom gen, von denen die eine einem maximalen Lampenstrom durch Dimmen verändert worden ist. Damit die Lampe ijjnax. und die andere einem minimalen Lampenstrom in beiden Halbperioden gleichermaßen beansprucht 20 iunin. entspricht. Wenn der Lampenstrom den maximawird, wird gemäß Patentanspruch 4 in jeder der Halbpe- len Referenzwert iijnax. erreicht, sperrt der Kompararioden das Zeitintegral über den Strom gebildet; wenn tor 16 das Schaltglied Ts, d. h. der Reihenstromkreis die Integrale der positiven und der negativen Halbpe- wird unterbrochen. Die Induktivität L versucht nun, den riode einander gleich sind, wird die Periode beendet. Die Strom, der zuvor geflossen ist, aufrechtzuerhalten, so Integralbildung erfolgt insbesondere bei langen Halb- 25 daß der Spulenstrom k langsam abfällt. Wenn dieser Perioden vorzugsweise dadurch, daß die Stromwerte in Strom den unteren Grenzwert iunin. erreicht, schaltet digitale Form umgesetzt und kommulativ aufaddiert der Komparator 16 das Schaltglied Ts wieder in den werden. leitenden Zustand, wodurch der Lampenstrom it im Rei-
Die Patentansprüche 5 und 6 beziehen sich auf alter- henstromkreis wieder ansteigt. In F i g. 2 ist der zeitliche native Ausführungsformen zur Festlegung der Dauer 30 Verlauf des Spannungsabfalls Ul an der Induktivität L der ersten Halbperiode bei Verwendung einer Integra- und der zeitliche Verlauf des Stromes it dargestellt. Man tionseinrichtung. erkennt, daß der Strom sich innerhalb der Grenzwerte
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeich- iunax. und iunin., die relativ nahe beieinander liegen, nungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher zeitlich verändert, und nahezu konstant bleibt. Die Höerläutert. Es zeigt 35 he des Bandes zwischen iunax. und iunin. kann durch
F i g. 1 ein schematisches Schaltbild des Vorschaltge- die vom Steuerwerk 15 dem Komparator 16 zugeführte räts, Steuerspannung verändert werden.
F i g. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Erzeu- Der zeitliche Verlauf des Stromes i, der dem Gleich-
gung des Lampenstromes, und richter 10 entnommen wird, ist in F i g. 1 dargestellt.
F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Umpolung 40 Dieser Strom ist sägezahnförmig, wobei die einzelnen
des Lampenstromes. Sägezähne durch Lücken voneinander getrennt sind.
Das in F i g. 1 dargestellte Vorschaltgerät weist eine Damit bei gesperrtem Schaltglied Ts der Lampenstrom Gleichrichterschaltung 10 auf, die über einen Tiefpaß 11 fließen kann, ist die Ausgangsseite dieses Schaltgliedes zur Eliminierung von Störspannungen aus dem oder in über eine Freilauf diode 17 mit dem negativen Pol der das Versorgungsnetz mit einer Wechselspannung ge- 45 Gleichrichterschaltung 10 verbunden. An diesen negatispeist wird. Die Gleichrichterschaltung 10 erzeugt eine ven Pol ist die Anode der Freilaufdiode 17 angeschlos-Gleichspannung, die nicht geregelt sein muß, und deren sen.
Höhe von der angelegten Netzspannung abhängig sein Vor dem Starten der Lampe 14 werden die Elektro-
kann. den 14i und 142 zunächst aufgeheizt. Hierzu werden alle
An den Pluspol der Versorgungsspannung ist das 50 vier Schalter T\ bis Ti in den leitenden Zustand gesteu-Schaltglied T5 angeschlossen, bei dem es sich um einen ert. Nach einer definierten Vorheizzeit werden zwei ein-Schalttransistor handelt. Aus Gründen des einfacheren ander diagonal gegenüberliegende Schalter, beispiels-Verständnisses sind das Schaltglied Ts und die nachfol- weise die Schalter T\ und Ti gesperrt. Gleichzeitig kann gend noch zu beschreibenden elektronischen Schalter in durch entsprechende Steuerung des Komparators 16 der Zeichnung als mechanische Schalter dargestellt. Das 55 der Strom it verändert werden. Der Strom fließt nun-Schaltglied Ts ist mit dem Stromfühler /und der Indukti- mehr über die leitenden Schalter T2 und T3 und die davität L in Reihe geschaltet. An diese Reihenschaltung ist zwischenliegende Leuchtstofflampe 14. Die Induktivität die Parallelschaltung der beiden Schaltungszweige 12 L erzeugt infolge der Stromänderung den für das Zün- und 13 angeschlossen. Das andere Ende dieser Parallel- den der Lampe 14 erforderlichen Spannungsanstieg. Die schaltung ist mit dem Minuspol des Gleichrichters 10 60 Lampe wird nun über längere Zeit, z. B. über eine Stunverbunden. de, über die Schalter T2 und T3 betrieben, wobei die
Der Schaltungszweig 12 enthält die elektronischen Elektrode 142 positives Potential und die Elektrode 14i Schalter Ti und T3, zwischen die die eine Elektrode 14t negatives Potential hat. In F i g. 3 ist der Lampenstrom der Leuchtstofflampe 14 geschaltet ist. Der andere il über die Zeit f dargestellt, wobei jedoch der Zeitmaß-Schaltungszweig 13 enthält die Reihenschaltung der 65 stab viel größer ist als derjenige von F i g. 2. Während Transistoren T2 und Ti, zwischen die die zweite Elektro- der ersten Halbperiode 1 HP, in der diese Polung aufde 142 der Leuchtstofflampe 14 geschaltet ist. rechterhalten wird, wird das Ausgangssignal des Strom-
Die Schalter T\ bis Ti werden von dem logischen fühlers/von dem Integrator 18 integriert. AusFig. 3 ist
35 YJ 297
ersichtlich, daß das Integral [ii<it mit der Zeit linear ansteigt. Dieses Integral wird vom Integrator 18 dem Steuerwerk 15 zugeführt. Wenn das Integral einen vorgegebenen Maximalwert erreicht hat, bewirkt das Steuerwerk 15, daß die Schalter Ti und 75 gesperrt und die Schalter 71 und Ti leitend werden. Der Strom fließt dann über 71, die Lampe 14 und Ti, so daß die Lampe 14 umgepolt wird. Gleichzeitig mit der Umpolung wird der Integrator 18 umgesteuert, so daß er nunmehr abwärts integriert. Die Aufwärts- und Abwärtsintegration wird über die Leitungen 19 vom logischen Steuerwerk 15 gesteuert. Wenn das Integral den Wert 0 erreicht hat, wird die zweite Halbperiode 2 HP beendet und die Schalter Ti und T3 werden wieder leitend, während die Schalter 71 und Ti gesperrt werden. Durch den Integrator 18 wird also erreicht, daß das Stromintegral in der ersten Halbperiode gleich dem Stromintegral in der zweiten Halbperiode ist. Auf diese Weise werden unterschiedliche Stromstärken, die zwischenzeitlich durch den Komparator 16 verursacht sein können, berücksichtigt, und es wird erreicht, daß die Strombeaufschlagung der Lampe 14 in beiden Richtungen gleich ist.
Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Umpolung auch so gesteuert werden, daß eine Halbperiode stets eine vorbestimmte konstante Dauer hat und nicht durch das Erreichen eines vorgegebenen Maximalwertes des Integrals beendet wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
35
40
45
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65

Claims (6)

35 Yl 297 1 2 Bei einem bekannten Vorschaltgerät, von dem der Patentansprüche: Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht (DE-OS 29 04 393), sind zwei parallele Schaltungszweige vorge-
1. Vorschaltgerät für Entladungslampen, mit sehen, von denen jeder eine der Elektroden einer Zweieiner an einen Pol einer Versorgungsgleichspannung 5 stift-Entladungslampe speist. Die in den Schaltungsangeschlossenen Reihenschaltung aus einem Schalt- zweigen enthaltenen Sehalter werden von einem Steuglied (Ts), einem Stromfühler (I) und einer Induktivi- erwerk gesteuert. Die Schaltungszweige haben hierbei tat (L) sowie einer zwischen der Ausgangsseite des ausschließlich die Funktion der Kommutierung des Schaltgliedes (Ts) und dem anderen Pol der Versor- Lampenstromes mit einer Frequenz, die größer ist als gungsgleichspannung angeordneten Diode (17), io die Netzfrequenz. Der Lampenstrom wird durch einen
zwei parallelen Schaltungszweigen (12,13), die zwi- Stromfühler erfaßt und dem Regler zugeführt, der das sehen dem Ausgang der Reihenschaltung und dem Schaltglied derart steuert, daß dieses Impulse mit einem anderen Pol der Versorgungsgleichspannung ange- vom Stromwert abhängigen Tastverhältnis erzeugt, ordnetsind und je zwei in Reihe geschaltete, elektro- Dem Regler wird als Führungsgröße ein Referenzwert nische Schalter (Tu Ts; Ti, T4) aufweisen, zwischen 15 zugeführt, der veränderbar ist, um das Einstellen der denen jeweils eine Elektrode der Entladungslampe Helligkeit zu gestatten. Die in der Reihenschaltung ent-(14) angeschlossen ist, haltene Induktivität dient lediglich als Glättungsdrossel.
einem Regler (16), der das Schaltglied (T5) so steuert, Bei dem bekannten Vorschaltgerät ist ein Vorheizen
daß der vom Stromfühler (I) festgestellte Strom im der Lampenelektroden nicht möglich. Zum Zünden der wesentlichen konstant ist, und 20 Lampe wird ein mit der Lampe in Reihe geschalteter
einem Steuerwerk (15) zum Betrieb der elektroni- Starter benutzt, der Hochspannungsimpulse erzeugt, sehen Schalter 71 bis 7i) in der Weise, daß bei gezün- Die Funktionen Starten, Kommutieren und Stromregedeter Entladungslampe jeweils zwei diagonal gegen- lung sind voneinander getrennt und beeinflussen sich überliegende elektronische Schalter geöffnet und gegenseitig nicht. Ein derartiges Vorschaltgerät ist ausdie beiden anderen elektronischen Schalter gesperrt 25 schließlich für Bogenentladungslampen anwendbar, bei sind, denen keine Vorheizung erforderlich ist
dadurchgeken η zeichnet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vor-
daß die Entladungslampe (14) eine Leuchstofflampe schaltgerät nach dem Oberbegriff des Patentanist, deren heizbare Elektroden (14i, 142) jeweils zwi- Spruchs 1 zu schaffen, das mit einfachen Mitteln einen sehen die elektronischen Schalter (T\, % bzw. T2, 7i) 30 definierten Betrieb und eine sichere Zündung der eines Schaltungszweiges (12 bzw. 13) geschaltet sind, Leuchtstofflampe ermöglicht
und Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
daß beim Aufheizen der Elektroden (14i, 142) alle mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Pavier elektronische Schalter (Ti bis 7i) in den leiten- tentanspruchs 1.
den Zustand gesteuert werden und daß nach einer 35 Nach der Erfindung wird in einer Vorheizphase den definierten Vorheizzeit zwei diagonal gegenüberlie- heizbaren Elektroden, die in Reihe in den beiden Schalgende elektronische Schalter gesperrt werden. tungszweigen liegen, jeweils ein Vorheizstrom zuge-
2. Vorschaltgerät für Entladungslampen nach An- führt, wobei alle vier elektronische Schalter leitend sind, spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der de- . Nach einer definierten Vorheizzeit werden zwei diagofinierten Vorheizzeit der Strom durch eine vom 40 nal gegenüberliegende elektronische Schalter gesperrt, Steuerwerk (15) dem Regler (16) zugeführte Steuer- wodurch die Heizströme unterbrochen werden und zwispannung verändert wird. sehen den Elektroden der Leuchtstofflampe ein Span-
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, da- nungsabfall entsteht, ohne daß zunächst ein Lampendurch gekennzeichnet daß die Steuerung der elek- strom fließt Durch die Stromunterbrechung in den beitronischen Schalter (Tt bis T4) derart erfolgt, daß die 45 den Schaltungszweigen wird auch der Strom in der Rei-Leuchtstofflampe (14) mit einer unterhalb von 1 Hz henschaltung unterbrochen. Die Induktivität versucht und vorzugsweise unterhalb von 1 mHz liegenden diesen Strom aufrechtzuerhalten und erzeugt dadurch Frequenz umgepolt wird. an der Leuchtstofflampe eine ansteigende Spannung,
4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch ge- die schließlich zum Zünden der Leuchtstofflampe führt kennzeichnet, daß eine Integrationsemrichtung (18) 50 Es wird also kein zusätzlicher Zünder benötigt sondern vorgesehen ist, die während jeder Periode des durch die Zündspannung wird durch die in der Reihenschaldie Leuchtstofflampe (14) fließenden Stromes das tung enthaltene Induktivität dadurch erzeugt, daß zwei Zeitintegral dieses Stromes bildet und die nächste diagonale elektronische Schalter gesperrt werden, wo-Periode einleitet, wenn dieses Integral Null gewor- durch der Strom der Reihenschaltung unterbrochen den ist 55 wird. Im Anschluß an das Zünden kann die Lampe mit
5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch ge- Gleichstrom weiterbetrieben werden, ohne daß der kennzeichnet daß die erste Halbperiode (1 HP) der Schaltzustand der vier elektronischen Schalter verän-Periode nach einer vorgegebenen Zeit beendet wird, dert wird. In bestimmten Zeitabständen sollte eine
6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch ge- Kommutierung erfolgen, um Kataphorese an der kennzeichnet daß die erste Halbperiode (IHP) der 60 Leuchtstofflampe zu vermeiden.
Periode beendet wird, wenn das Integral einen vor- Mit dem Merkmal des Patentanspruchs 2 wird ergegebenen Maximalwert erreicht reicht daß der in der Reihenschaltung fließende Strom
in der Vorheizphase einen anderen Wert annimmt als in
. " der Betriebsphase. Normalerweise ist der Heizstrom
65 größer als der Betriebsstrom.
Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruchs wird
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät nach dem die Leuchtstofflampe wegen der niedrigen Umpolfre-Oberbegriff des Patentanspruchs I. " quenz praktisch mit Gleichstrom betrieben. Die Umpo-
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