DE3709004C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der EP 93 469 A2 ist eine ähnliche Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein Wechselrichter mit zwei Transistoren und einem Kondensator über die Primärwicklung eines Rückkopplungstransformators eine Leuchtstofflampe speist. Es ist eine Steuervorrichtung für die Transistoren vorgesehen, die einen Zeitschaltkreis mit veränderlicher Zeitkonstante aufweist. Der Zeitschaltkreis ist an die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators angeschlossen und enthält spannungsabhängige Schaltkreiselemente, die zusammen mit dem Rückkopplungstransformator die Frequenz des Wechselrichters auf einen höheren Wert beim Starten der Leuchtstofflampe und auf einen niedrige­ ren Wert beim Betrieb derselben einstellen. Dadurch wird das Zünden der Leuchtstofflampe mit kalten Elektroden verhindert. Um die Helligkeit der Leuchtstofflampe einzustellen, kann in den Zeitschaltkreis ein verstellbarer Widerstand vorgesehen werden. Diese Schaltungsanordnung hat die Nachteile, daß das Zünden ausschließlich von der Lampe selbst abhängig ist und aufgrund der unter anderem vorliegenden Strombegrenzung die Zündung nicht definiert erfolgt.

Eine Weiterentwicklung der vorstehend angesprochenen Schaltungsanordnung, jedoch mit sämtlichen Merkmalen der eingangs genannten Schaltungsanordnung, ist aus der EP 01 89 221 A1 bekannt. Mit dieser bekannten Anordnung soll der Leistungsbedarf der Lampe reguliert werden, und zwar im Sinne einer Einstellung der Leuchtintensität der Lampe.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß die Lampenleistung auf einem Wert im Bereich von 95% bis 105% einstellbar und auf diesem Wert konstant zu halten ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile sind des weiteren darin zu sehen, daß die jeweilige Frequenz zum Vorheizen, Zünden und Brennen der Leuchtstofflampe vorgesehen werden kann und daß bei der Leuchststofflampe über einen weiten Netzspannungsbereich eine konstante Helligkeit erreicht wird.

Um den Lampenstrom nach dem Zünden der Leuchtstofflampe herabsetzen zu können, ist die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Anspruchs 2 versehen.

Um zur Steuerung der Helligkeit der Lampe den Ist-Wert des Lampenstromes auf einen Sollwert auszuregeln, ist es vorteilhaft, die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Anspruchs 3 auszubilden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Schaltschema eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und

Fig. 3 ein ausführliches Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters S 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen Gleichrichterschaltkreis (Netzgleichrichter) 1, einen Last­ schaltkreis 2, einen gesteuerten Wechselrichter 3 und einen Steuerschaltkreis 4 für den Wechselrichter.

Der Gleichrichterschaltkreis 1 wird mit Netz­ spannung gespeist und gibt an seinen Ausgängen eine Gleich­ spannung ab, die als Zwischenkreisspannung UZ bezeichnet wird. Über die Ausgänge des Gleichrichterschaltkreises ist ein Kondensator C 1 geschaltet.

Der Lastschaltkreis 2 umfaßt eine Leuchtstoff­ lampe 6, über deren Elektroden ein Kondensator C 6 geschal­ tet ist, der Primärwicklung TR 1.0 eines Rückkopplungstrans­ formators und eine mit dieser in Serie geschalteten Strom­ begrenzungsdrossel Dr.

Der gesteuerte Wechselrichter 3 besteht im wesent­ lichen aus zwei Transistoren T 2 und T 4 sowie einem Konden­ sator C 5.

Zur Steuerung des Wechselrichters 3 sind zwei Schaltkreise 7, 7′ und eine Spannungsquelle 8 vorgesehen, die den Steuerschaltkreis 4 bilden. Da die Schaltkreise 7 und 7′ identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend nur einer beschrieben, wobei die Elemente für den anderen durch ein Apostroph gekennzeichnet sind. Die Sekundärwicklung TR 1.1 des Rückkopplungstransformators ist über eine Diode D 1 und einen Widerstand R 1 mit der Basis des Transistors T 2 verbunden und über eine Diode D 2 und einen Widerstand R 2 mit der Basis eines weiteren Transistors T 1 verbunden. Der Kollektor des Transistors T 1 ist zwischen der Diode D 1 und dem Widerstand R 1 angeschlossen. Zum Emitter des Transistors T 1 ist ein Kondensator C 2 parallel geschaltet, der zwischen der Diode D 2 und dem Widerstand R 2 angeschlos­ sen ist. Die vereinfacht dargestellte Spannungsquelle ent­ hält einen Schaltkreis, der als zeitabhängig gesteuerter Schalter S 1 arbeitet, einen Widerstand R 5, der parallel zum Schalter S 1 geschaltet ist, und einen Kondensator C 7, der parallel zum Widerstand R 5 geschaltet ist. Diese Span­ nungsquelle 8 ist über den Widerstand R 3 mit dem einen Schaltkreis 7 und über eine Serienschaltung aus einer Dio­ de D 4 und einem Widerstand R 4 sowie einem Kondensator C 3 mit dem anderen Schaltkreis 7′ verbunden. Die Fig. 3 zeigt eine ausführliche Darstellung des Schalters S 1.

Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung funktioniert wie folgt. Die Anordnung wird mit 220 V, 50 Hz gespeist. Durch den Gleichrichterschaltkreis 1 wird eine Gleichspannung erzeugt, die nachfolgend als Zwischenkreis­ spannung UZ bezeichnet wird. Es fließt ein Strom durch den Kondensator C 5, den Kondensator C 6, die Primärwicklung Tr 1.0 des Rückkopplungstransformators und die Strombegren­ zungsdrossel DR. Ferner fließt ein Strom durch einen nicht gezeigten Anlaufschaltkreis, der dafür besorgt ist, daß der Transistor T 2 zum ersten Mal leitend gemacht wird. Durch den durch die Primär­ wickelung Tr 1.0 fließenden Entladestrom wird in den Sekun­ därwicklungen Tr 1.1 und Tr 1.2 des Rückkopplungstransforma­ tors eine Spannung induziert. Die in der Sekundärwicklung Tr 1.1 induzierte Spannung bewirkt, daß der Transistor T 2 im leitenden Zustand bleibt. Durch die Spannung UQ wird der Transistor T 1 leitend gemacht, wodurch der Transistor 2 nicht leitend wird. Dadurch wird unter anderem der Strom des Lastschaltkreises 2 über eine Diode D 5 und dem Kon­ densator C 1 zum Kondensator C 5 zurückfließen und dabei laufend abnehmen. Erreicht der Strom einen Wert im Bereich seines Nulldurchgangs, wird der Transistor T 4 über die Sekundärwicklung Tr 1.2 und die Diode D 1′ leitend. Analog wie bei der Schaltung des Transistors T 2 wird die Spannung UQ aus der Spannungsquelle 8 über den Serienschaltkreis aus Diode D 4 und Widerstand R 4 an die Basis des Transistors T 3 angelegt und dieser leitend gemacht, was nach Ablauf einer Zeit, die durch den Kondensator C 2′ bestimmt wird, zur Sperrung des Transistors T 4 führt. Damit ist der Wech­ selrichter 3 in Funktion gesetzt und die Transistoren T 2 und T 4 werden abwechselnd leitend gemacht.

Um das Zünden der Leuchtstofflampe mit kalten Elek­ troden zu verhindern, ist eine Vorheizung der Leuchtstoff­ lampe vorgesehen. Diese Vorheizung erfolgt durch die Span­ nungsquelle 8, durch die während eines bestimmten Zeitraumes ein höherer Strom fließt. Dieser Strom setzt sich aus dem über den Schalter S 1 und dem durch den Widerstand R 5 flie­ ßenden Strom zusammen. Der Strom fließt über den Wider­ stand R 3 bzw. die Diode D 4 und den Widerstand R 4 zu den Schaltkreisen 7, 7′ und bestimmt somit die Frequenz des Wechselrichters 5 im Sinne einer höheren Frequenz. Dies hat einen höheren Strom im Lastschaltkreis 2 zur Folge, der das Vorheizen der Elektroden der Leuchtstofflampe 6 bewirkt. Nach Ablauf der Vorheizperiode wird der Schalter S 1 ge­ öffnet, so daß ein tieferer Strom fließt, d. h. der durch den Widerstand R 5 fließt. Dieser tiefere Strom ist so be­ stimmt, daß damit die Betriebsfrequenz des Wechselrich­ ters 3 vorgegeben wird.

Durch das Widerstandsnetzwerk, gebildet durch die Widerstände R 5 und R 3 bzw. R 5 und R 4 ist die Spannungs­ quelle 8 in Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung UZ steuer­ bar, so daß die Helligkeit des Lichtstromes der Leucht­ stofflampe 6 auf den vom Lampenhersteller genannten Normal­ wert gehalten werden kann, wobei der hierfür erforderliche Lampenstrom 100% beträgt.

Mit dieser Schaltung kann in vorteilhafter Weise die aufgenommene Leistung konstant gehalten werden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schaltungsanordnung, in der gegen­ über der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung die Spannungsquelle in Abhängigkeit des durch die Leuchtstoff­ lampe fließenden Stromes gesteuert wird. Aus diesem Grunde sind die gleichen Elemente in beiden Ausführungsbeispielen mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Unter­ schiede.

Wie Fig. 2 zeigt, unterscheidet sich diese Schal­ tungsanordnung im wesentlichen durch die Ausbildung der Spannungsquelle.

Die Spannungsquelle 10 hat einen Differenzstrom­ transformator, dessen Primärwicklungen Tr 2.1 in den Lampen­ kreis geschaltet sind, einen zweiten Gleichrichterschalt­ kreis 11, der mit der Sekundärwicklung Tr 2.2 des Differenz­ stromtransformators verbunden ist und an dessen Ausgänge ein Kondensator C 11 geschaltet ist. Die Spannungsquelle hat ferner einen Transformator Tr 3, der primärseitig an einen Leitdraht angeschlossen ist, und einen dritten Gleichrichterschaltkreis 12, der mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr 3 verbunden ist und über dessen Aus­ gänge ein Kondensator C 12 geschaltet ist. Die positiven Ausgänge des zweiten und dritten Gleichrichterschaltkrei­ ses 11, 12 sind an einem Summierpunkt Σ miteinander ver­ bunden, um die Ströme aus den beiden Transformatoren zu summieren. Die Spannungsquelle 10 weist weiterhin einen Transistor T 5 auf, dessen Kollektor mit dem ersten Gleich­ richterschaltkreis 1 verbunden ist und somit mit der Zwi­ schenkreisspannung UZ versorgt wird, und dessen Emitter an einen Serienschaltkreis aus einem Widerstand R 7 angeschlos­ sen ist. Die Spannungsquelle 10 enthält außerdem den zeit­ abhängig gesteuerten Schalter S 1, der parallel zum Serien­ schaltkreis aus Widerstand R 7 und Transistor T 5 geschaltet ist, und den zum Schalter S 1 parallel geschalteten Wider­ stand R 5 und einen Kondensator C 9, der in Serie zum vor­ stehenden Schaltkreis geschaltet ist.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltungsan­ ordnung nach Fig. 2 beschrieben. Wird die Spannungsquelle 10 ausgenommen, so funktioniert die Schaltungsanordnung im wesentlichen gleich wie die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, so daß auf die Beschreibung verzichtet werden kann.

Analog der Spannungsquelle gemäß Fig. 1 erfolgt die Vorheizung der Leuchtstofflampe 6 mittels des während eines bestimmten Zeitraumes zu den Schaltkrei­ sen 7, 7′ fließenden höheren Stromes, der sich aus dem über den Schalter S 1 fließenden Strom und dem durch den Widerstand R 5 fließenden Strom zusammensetzt. Nach Ablauf der Vorheizperiode fließt ein niedrigerer Strom, der dafür besorgt ist, daß der Wechselrichter zum Zün­ den exakt auf der Resonanzfrequenz schwingt. Zusätzlich hierzu wird durch den Differenzstromtransformator Tr 2.1, Tr 2.2 der Ist-Wert des durch die Leuchtstofflampe flie­ ßenden Stromes gemessen und ein diesem entsprechender Gleichstrom dem Summierpunkt Σ zugeleitet und durch den Transformator Tr 3 die Leitspannung auf einen bestimmten Wert eingestellt und ein dieser entsprechender Gleich­ strom dem Summierpunkt Σ zugeleitet. Der sich aus die­ sen Einzelströmen ergebende Strom wird der Basis des Transistors T 5 zugeleitet. Dadurch wird der Transistor T 5 leitend gemacht und somit fließt ein Strom zu den Schaltkreisen 7, 7′. Die Leitspannung kann einen Wert von Null bis zur vollen Netzspannung aufweisen. Durch die Änderung der Leitspannung wird die Helligkeit der Leuchtstofflampe gesteuert, weil man den Lampenstrom der Leitspannung folgen läßt. Bei der vorstehend be­ schriebenen Schaltung wirkt der Transistor T 5 als P-Regler. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß durch Anwendung zum Beispiel eines Operations­ verstärkers in dieser Schaltung ein PI-Regelverhalten realisierbar ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters S 1, der als Transistorschaltkreis ausgebildet ist. Dieser Schalt­ kreis enthält einen Serienschaltkreis aus einem Wider­ stand R 8 und einem Kondensator C 8, die ein Zeitglied bilden, einen Transistor 7, dessen Basis zwischen dem Widerstand R 8 und dem Kondensator C 8 und dessen Emitter über eine Zenerdiode D 8 an die Masse angeschlossen ist, einen Widerstand R 7 der einerseits an den die Zwischen­ kreisspannung UZ führenden Leiter und andererseits an den Kollektor des Transistors T 7 angeschlossen ist, eine Ze­ nerdiode D 7, die in Serie mit dem Widerstand R 7 und pa­ rallel zum Transistor T 7 und Zenerdiode D 8 geschaltet ist, und einen zweiten Serienschaltkreis aus einem Transistor T 6, einem Widerstand R 6 und einer Diode D 6, wobei der Transistor T 6 mit seinem Kollektor an den die Zwischen­ kreisspannung UZ führenden Leiter, mit seiner Basis zwi­ schen dem Widerstand R 7 und der Zenerdiode D 7 und mit dem Emitter an die eine Seite des Widerstandes R 6 ange­ schlossen ist.

Der vorstehend beschriebene Schaltkreis funktio­ niert folgendermaßen. Beim Einschalten der Leuchtstoff­ lampe wird der Gleichrichterschaltkreis 1 die Zwischen­ kreisspannung UZ abgeben, die an den Widerstand R 8 und den Widerstand R 7 anliegt. Dadurch fließt über den Widerstand R 7 ein Strom zur Basis des Transistors T 6, der dadurch leitend wird, so daß der Strom zu den Schalt­ kreisen 7, 7′ fließen kann und über den Widerstand R 8 zum Kondensator C 8, um diesen aufzuladen, und an die Basis des Transistors T 7, wobei dieser Strom für das Durchschal­ ten des Transistors T 7 zu niedrig ist. Die zum Aufladen des Kondensators C 8 benötigte Zeit, die nicht kürzer als 0,5 Sekunden sein soll, hat der zur Basis des Transistors T 7 fließende Strom einen Wert erreicht, der den Transi­ stor T 7 leitend macht. Dadurch wird der Transistor T 6 ge­ sperrt, weil der Strom nun über den Transistor T 7 und die Zenerdiode D 8 fließt. Dieser Zustand wird bis zum näch­ sten Einschalten der Leuchtstofflampe 6 aufrechterhalten.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Speisung einer Leuchtstofflampe, mit

• - einem Netzgleichrichter (1),
• - einem an den Ausgang des Netzgleichrichters angeschlossenen Wechselrichter (3) mit zwei in Reihe geschalteten Wechselrichtertransistoren (T2, T4),
• - einer an den Verbindungspunkt der Wechselrichtertransistoren (T2, T4) angeschlossenen Reihenschaltung aus einer Strombegrenzungsdrossel (Dr), der Primärwicklung (TR1.0) eines Rückkopplungstransformators und der Leuchtstofflampe (6), zu deren Elektroden ein Kondensator (C6) parallel geschaltet ist,
• - zwei Steuerschaltkreisen (7, 7′) zur Steuerung der Wechselrichtertransistoren (T2, T4) mit jeweils einer Sekundärwicklung (TR1.1, TR1.2) des Rückkopplungstransformators, die in Reihe mit einer ersten Diode (D1, D1′) zwischen Emitter und Basis eines der Wechselrichtertransistoren angeordnet und in Reihe mit einer zweiten Diode (D2, D2′) an Basis und Emitter eines zweiten Transistors (T1, T3), dessen Kollektor mit der Basis des zugehörigen Wechselrichtertransistors verbunden ist, angeschlossen ist, wobei zwischen der Basis und dem Emitter des weiteren Transistors (T1, T3) ein Kondensator (C2, C2′), liegt, und
• - einer Anordnung, die der Basis des weiteren Transistors (T1, T3) eine Spannung zur Änderung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters zuführt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Änderung der Betriebsfrequenz einen Widerstand (R5) aufweist, der einerseits mit der einen Ausgangsleitung des Netzgleichrichters (1) und andererseits über je einen Widerstand (R3, R4) mit der Basis je eines der weiteren Transistoren (T1, T3) der Steuerschaltkreise (7, 7′) verbunden ist, wobei zu dem einen dieser Widerstände (R4) eine Diode (D4) in Reihe liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Widerstand (R5) ein Schalter (S1) parallel liegt, der während der Vorheizperiode der Leuchtstofflampe (6) geschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Helligkeit im Lampenstromkreis die Primärwicklungen (Tr2.1) eines Differenzstromtransformators angeordnet sind, daß die gleichgerichtete Sekundärspannung dieses Transformators, die zum Lampenstrom proportional ist, und eine Sollspannung an einem Summierpunkt (Σ) verglichen werden und daß der aus dem Vergleich sich ergebende Strom der Basis eines Transistors (T5) zugeführt wird, der parallel zu dem an die Ausgangsleistung des Netzgleichrichters angeschlossenen Widerstand (R5) geschaltet ist (Fig. 2).