DE69116081T2

DE69116081T2 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE69116081T2
Application number: DE69116081T
Authority: DE
Inventors: Jozef Hubert Reijnaerts; Meurs Johannes Maria Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2011-10-18
Also published as: US5198726A; FI914970A0; HU913330D0; EP0482705A3; EP0482705B1; HUT59524A; EP0482705A2; HU212521B; KR920008893A; DE69116081D1; FI914970A; JPH04264397A; ATE132686T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe, mit:
einem Belastungskreis B mit Lampenanschlußklemmen,
- einem DC-AC-Wandler mit einem Kreis A, der mit dem Belastungskreis B gekoppelt ist und mit mindestens einem Schaltungselement zum Erzeugen eines Stromes mit wechselnder Polarität durch den Belastungskreis B dadurch, daß dieses Element mit der Frequenz f abwechselnd leitend und gesperrt ist,
- einer Steuerschaltung E, mit der das Schaltungselement mit der Frequenz f abwechselnd in den leitenden bzw. gesperrten Zustand gebracht wird,
- einer Regelschaltung C, die mit der Steuerschaltung und der Entladungslampe gekoppelt ist zum Erzeugen eines lampenstromabhängigen Regelsignals zur Beeinflussung der Frequenz.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0351012 beschrieben.
Die darin beschriebene Schaltungsanordnung regelt die Amplitude des Lampenstromes und einer mit Hilfe der Schaltungsanordnung betriebenen Entladungslampe auf einen nahezu konstanten Pegel.
Falls das Regelsignal zugleich von der Lampenspannung abhängig ist, ist es für verschiedene Typen von Entladungslampen möglich, einen mittleren Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung (dieser Mittelwert wird weiterhin als Lampenleistung bezeichnet) auf einen nahezu konstanten Wert zu regeln und von Faktoren wie Netzspannungsschwankungen oder Umgebungstemperaturschwankungen unabhängig zu machen. Wenn das Regelsignal von einem gewünschten Mittelwert der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung abhängig ist, gibt es die Möglichkeit, die Entladungslampe durch Einstellung der gewünschten Mittelwertes der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung abzublenden. Bei einer Änderung der Einstellung des gewünschten Mittelwertes der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung wird der Wert der Frequenz f derart angepaßt, daß die Lampenleistung dem gewünschten Wert nahezu entspricht. Diese Einstellbarkeit der Lampenleistung gilt jedoch ausschließlich für einen Bereich der Lampenleistung, in dem es einen unzweideutigen Zusammenhang zwischen der Lampenleistung und der Frequenz f gibt. Jeder Wert der Frequenz f entspricht in dem Fall nur einem Wert der Lampenleistung. Da der Belastungskreis B oft mit der Lampe in Reihe geschaltete induktive Mittel aufweist, nimmt die Lampenleistung bei einer Zunahme der Frequenz f ab. Einen derartigen Zusammenhang gibt es in der Praxis für viele Entladungslampen verschiedenen Typs und mit Nennleistung über einen relativ großen Bereich der Lampenleistung. Dieser Zusammenhang ermöglicht es, die Lampenleistung über einen gewünschten Bereich mit Hilfe der Frequenz f einzustellen.
Für einige Entladungslampen ist jedoch der Zusammenhang zwischen der Frequenz f und der Lampenleistung über einen Teil eines erwünschten Einstellbereiches der Lampenleistung nicht unzweideutig. Dadurch ist über diesen Teil des erwünschten Einstellbereiches der Lampenleistung auch der Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Lampenleistung nicht unzweideutig. Für bestimmte gedrängte Leuchtstofflampen wird beispielsweise gefunden, daß über einen bestimmten Bereich der Lampenleistung diese bei einem zunehmenden Wert der Frequenz f zunimmt, wobei für Werte der Lampenleistung außerhalb dieses Bereiches die Lampenleistung bei zunehmender Frequenz f abnimmt. Dies bedeutet, daß innerhalb eines bestimmten Bereiches der Frequenz f jeder Wert der Frequenz f zwei oder mehreren verschiedenen Werten der Lampenleistung entspricht. Diese Werte der Lampenleistung zeigen auch keinen unzweideutigen Zusammenhang mit dem Regelsignal. Werte der Lampenleistung innerhalb des Bereiches, über den die Lampenleistung als Funktion der Frequenz zunimmt, sind nicht einstellbar: es stellt sich heraus, daß eine Schwankung der Lampenleistung zwischen dem erwünschten Wert und dem zweiten Wert der zu dem betreffenden Wert der Frequenz f gehörenden Lampenleistung auftritt. Außer einem nicht unzweideutigen Zusammenhang zwischen der lampenleistung und der Frequenz f innerhalb eines bestimmten Bereiches der Lampenleistung, wird für derartige Lampen zugleich ein nicht unzweideutiger Zusammenhang zwischen dem mittleren Lampenstrom und der Frequenz f innerhalb eines bestimmten Bereiches des mittleren Lampenstromes gefunden. Dadurch sind einige Werte des mittleren lampenstromes nicht einstellbar und es stellt sich heraus, daß bei einigen Einstellungen Amplitudenschwankungen des Lampenstromes auftreten.
Die Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der die Lampenleistung einer mit Hilfe der Schaltungsanordnung betriebenen Entladungslampe über den gewünschten Einstellbereich dadurch einstellbar ist, daß es, ungeachtet des Lampentyps der Entladungslampe, über diesen ganzen Bereich einen unzweideutigen Zusammenhang zwischen der Lampenleistung und dem regelsignal gibt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch erfüllt, daß das Regelsignal weiterhin von einem Signal S abhängig ist, das ein Maß für relativ schnelle Schwankungen der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung ist.
Es hat sich herausgestellt, daß ein unzweideutiger Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Lampenleistung dadurch möglich ist, daß das Regelsignal auch von relativ schnellen Schwankungen der Lampenleistung abhängig ist.
Das Signal S läßt sich von dem Lampenstrom herleiten, auch aber von anderen Parametern, wie der Lampenspannung oder dem Phasenunterschied zwischen der Spannung an dem und dem Strom durch den Belastungskreis.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird das Signal S dadurch erzeugt, daß eine Signalspannung proportional zu dem Istwert des Lampenstroms gleichgerichtet wird und daß danach mit Hilfe von Filtern der DC-Anteil und HF-Anteile nahezu entfernt werden. Das auf diese Weise erhaltene Signal S ist eine Wechselspannung. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung dieses Signals S die Lampenleistung, auch bei einer niedrigen Umgebungstemperatur, über einen großen Bereich einstellbar macht. Bei einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Regelkreis mit Mitteln versehen zum Überlagern zweier Signale. Das Erzeugen eines Regelsignals, das von dem Lampenstrom sowie von dem Signal S abhängig ist, läßt sich auf einfache Weise dadurch verwirklichen, daß das Signal S mit einem Signal überlagert wird, das vom Lampenstrom abhängig ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 eine nähere Detaillierung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine weitere nähere Detaillierung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, und
Fig. 4 eine Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsteils zum Erzeugen eines Signals S aus dem Lampenstrom, sowie die Gestalt einer Spannung an einem Eingang und die Gestalt einer Spannung an einem Ausgang des Schaltungsteils.
In Fig. 1 sind die Kopplungen zwischen den jeweiligen Teilen der Schaltungsanordnung gestrichelt angegeben.
B ist ein Belastungskreis mit Lampenanschlußklemmen K1 und K2. An die Lampenanschlußklemmen K1 und K2 kann eine Lampe La angeschlossen sein. D ist ein DC-AC-Wandler mit Eingangsklemmen 1 und 2 und einem Kreis A, der mindestens ein Schaltungselement zum Erzeugen eines Stromes wechselnder Polarität durch den Belastungskreis B enthält, wozu dieses Element mit der Frequenz f abwechselnd leitend und gesperrt ist. Der Kreis A ist dazu mit dem Belastungskreis B gekoppelt. E ist ein Steuerkreis, der mit dem Kreis A gekoppelt ist um das Schaltungselement in dem Kreis A mit der Frequenz f abwechselnd in den leitenden und den gesperrten Zustand zu bringen. C ist ein Regelkreis zum Erzeugen eines Regelsignals zur Beeinflussung der Frequenz f, wobei dieses Signal von dem Lampenstrom sowie von einem Signal S abhängig ist, das ein Maß für relativ schnelle Schwankungen in der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung ist. Der Regelkreis C ist dazu mit dem Belastungskreis B und dem Steuerkreis E gekoppelt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt. Wenn die Eingangsklemmen 1 und 2 mit polen einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, bringt der Steuerkreis E das Schaltungselement in dem Kreis A mit der Frequenz f abwechselnd in den leitenden und gesperrten Zustand. Dadurch fließt durch den Belastungskreis B ein Strom, dessen Polarität mit der Frequenz f wechselt. Der Regelkreis erzeugt ein Regelsignal zur Beeinflussung der Frequenz f, wobei dieses Signal von dem Lampenstrom sowie von einem Signal S abhängig ist, das ein Maß für relativ schnelle Schwankungen der von der Entladungslampe aufgenommenen Leistung ist. Dadurch daß das Regelsignal auch von dem Signal S abhängig ist, gibt es zwischen dem Regelsignal und der Lampenleistung über nahezu den ganzen Bereich dieser Lampenleistung einen unzweideutigen Zusammenhang, ungeachtet des Lampentyps und der Nennleistung der Entladungslampe La. Dies ermöglicht es, die Lampenleistung auf jeden gewünschten Wert einzustellen.
In Fig. 2 bildet eine Reihenschaltung aus Schaltungselementen T1 und T2 den Kreis A. Der Kreis A bildet zusammen mit den Eingangsklemmen 1 und 2 und dem Kondensator C4 einen DC-AC-Wandler. Die Spule L, die Kondensatoren C2 und C3, die Lampenanschlußklemmen K1 und K2 sowie der Sensorwiderstand Rs bilden den Belastungskreis B. An die Lampenanschlußklemmen kann eine Entladungslampe La angeschlossen sein. Die Vergleichselemente I und II und das Vergleichselement III bilden den Steuersignalgenerator E. Der Regelkreis C besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus der Stromquelle S1, dem Kondensator C1 und dem Schaltungselement IV.
Die Schaltungsanordnung ist wie folgt aufgebaut.
Ein erstes Ende des Kreises A ist mit der Eingangsklemme 1 verbunden und ein weiteres Ende des Kreises A ist mit der Eingangsklemme 2 verbunden. Die Eingangsklemme 2 ist zugleich geerdet. Die Eingangsklemmen 1 und 2 sind über den Kondensator C4 verbunden. Das Schaltungselement T2 des Kreises A ist durch eine Reihenschaltung aus der Spule L und dem Kondensator C3 überbrückt. Der Kondensator C3 ist durch eine Reihenschaltung aus dem Kondensator C2, der Lampenanschlußklemme K1, der Lampenanschlußklemme K2 und dem Sensorwiderstand Rs überbrückt. Das Schaltungselement IV ist auf eine in der Figur nicht dargestellte Art und Weise mit der Lampe gekoppelt. Falls die Eingangsklemmen 1 und 2 mit den Polen einer Gleichspannungsquelle verbunden sind und die Schaltungsanordnung sich in dem stationären Betriebszustand befindet, sind durch die Kopplung mit der Lampe an unterschiedlichen Eingängen des Schaltungsteils IV verschiedene Signale vorhanden, die je ein Maß für den Lampenstrom bzw. die Lampenspannung sind. An einem weiteren Eingang ist eine Spannung Vref vorhanden&sub1; die ein Maß für einen Sollwert der Lampenleistung ist. Ein Ausgang eines Schaltungsteils IV ist mit der Stromquelle S1 verbunden. Ein an diesem Ausgang vorhandenes Signal R ist von der Lampenleistung sowie von der Soll-Lampenleistung abhängig. Die Größe eines von der Stromquelle gelieferten Stromes ist von dem Signal R abhängig. Die Stromquelle ist mit einer ersten Seite des Kondensators C1 verbunden, der abwechselnd von der Stromquelle aufgeladen bzw. endaden wird. Eine weitere Seite des Kondensators C1 ist mit einer von der Eingangsklemme 2 abgewandten Seite des Sensorwiderstandes Rs verbunden. Dadurch, daß der Lampenstrom durch Rs fließt, ist die Spannung an Rs zu dem Ist-Wert des Lampenstromes proportional: die Spannung an Rs bildet in diesem Ausführungsbeispiel das Signal S. Das Potential an der ersten Seite des Kondensators C1 entspricht der Summe der Spannung am Widerstand Rs und der Spannung am Kondensator C1 und ist in diesem Ausführungsbeispiel als Regelsignal wirksam. Die erste Seite des Kondensators C1 ist mit einem Eingang eines ersten Vergleichselementes sowie mit dem Eingang eines weiteren Vergleichselementes verbunden. An einem weiteren Eingang des ersten Vergleichselementes ist eine nahezu konstante Spannung V1 vorhanden. An einem weiteren Eingang des weiteren Vergleichselementes ist eine nahezu konstante Spannung V2 vorhanden. Die Spannung V2 ist höher als die Spannung V1. Ein Ausgang des ersten Vergleichselementes ist mit einem Eingang des Schaltungselementes III verbunden. Ein Ausgang des weiteren Vergleichselementes ist mit einem weiteren Eingang des Schaltungselementes III verbunden. Ein erster Ausgang des Schaltungselementes III ist mit einem Eingang der Stromquelle verbunden. Dadurch ist verwirklicht, daß der von der Stromquelle erzeugte Strom seine Richtung umkehrt, wenn das Regelsignal das Potential VI unterschreitet oder das Potential V2 überschreitet. Dadurch ist das Regelsignal eine nahezu dreieckige Spannung. Der erste Ausgang des Schaltungselementes III ist zugleich mit dem Schaltungselement T1 gekoppelt. Ein weiterer Ausgang des Schaltungselementes III ist mit dem Schaltungselement T2 gekoppelt. In einem stationären Betriebszustand bringt der Steuerkreis E die Schaltungselemente mit der Frequenz f wechselweise in den leitenden Zustand. Dadurch gibt es zwischen den Enden des Belastungskreises eine nahezu blockförmige Spannung mit der Frequenz f und es fließt durch den Belastungskreis ein Strom, dessen Polarität mit der Frequenz f wechselt. Die Frequenz f entspricht der Frequenz des Regelsignals nahezu.
Die Frequenz des Regelsignals ist von dem Potential Vref abhängig, das ein Maß für die Soll-Lampenleistung und die Ist-Lampenleistung ist. Wenn das Regelsignal ausschließlich von der Soll- und der Ist-Lampenleistung abhängig wäre, würde für einige Lampen, beispielsweise gedrängte Leuchtstofflampen, der Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Lampenleistung über einen bestimmten Bereich der Lampenleistung nicht unzweideutig. Dadurch tritt bei einigen Einstellungen der Soll-Lampenleistung mit Hilfe eines derartigen Regelsignals eine Schwankung der Ist-Lampenleistung auf. Durch den beitrag der Spannung an Rs ist jedoch das Regelsignal zugleich von relativ schnellen Schwankungen der Lampenleistung abhängig, wodurch der Zusammenhang zwischen dem Regelsignal und der Lampenleistung über den ganzen gewünschten Regelbereich der Lampenleistung unzweideutig ist und nahezu alle Soll-Lampenleistungen ohne Schwankungen verwirklicht werden können, ungeachtet des Lampentyps. Da in diesem Ausführungsbeispiel nur der Widerstand Rs zum Erzeugen des Signals S erforderlich ist, sind die Mittel zum Erzeugen des Signals S in diesem Ausführungsbeispiel einfach und preisgünstig.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht zu einem wesentlichen Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. In der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ist jedoch die weitere Seite des Kondensators C1 geerdet, und außerdem ist zwischen dem Ausgang des Schaltungselementes IV und der Stromquelle S1 eine Addierschaltung vorgesehen zum Steigern des Signale R um ein Signal S, das ein Maß für relativ schnelle Schwankungen der Lampenleistung ist. Das Regelsignal ist in diesem Ausführungsbei spiel die nahezu dreieckige Spannung am Kondensator C1 und die Frequenz f entspricht der Frequenz des Regelsignals nahezu. Da die Größe des von der Stromquelle gelieferten Stromes auch von dem Signal S abhängig ist, ist auch das Regelsignal von dem Signal S abhängig. Auch für diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird über den ganzen Soll-Einstellbereich der Lampenleistung ein unzweideutiger Zusammenhang zwischen dem regelsignal und der Lampenleistung gefunden, ungeachtet des Typs der verwendeten Entladungslampe.
In Fig. 4a für der Widerstand Rs im Betriebszustand des Schaltungsteils den Lampenstrom und ein Ende des Widerstandes Rs ist geerdet. Dadurch ist an der Eingangsklemme 3, die mit einem weiteren Ende des Widerstandes Rs verbunden ist, eine Spannung U3 vorhanden, die zu dem Ist-Wert des Lampenstroms proportional ist. Diese Spannung ist als Funktion der Zeit in Fig. 4b dargestellt. Die Eingangsklemme 3 ist mit einem Eingang eines Verstärkers V verbunden zur Verstärkung dieser Spannung. Ein Ausgang dieses Verstärkers ist mit einem Eingang von Gleichrichtermitteln verbunden zum Gleichrichten der verstärkten Spannung. Ein Ausgang der Gleichrichtermittel ist mit einem Eingang eines Tiefpaßfilters VII verbunden. An einem Ausgang des Tiefpaßfilters VII ist ein Signal vorhanden, das zu der Amplitude des Lampenstroms proportional ist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters VII ist mit einem Eingang des Hochpaßfilters VIII verbunden. An einem Ausgang 4 des Hochpaßfilters VIII ist ein Signal U4 vorhanden, das dem AC-Anteil des Signals an dem Ausgang des Tiefpaßfilters VII nahezu entspricht. Dieses Signal U4 eignet sich durchaus als Signal S in dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wie diese in Fig. 3 dargestellt ist. Das Signal U4 ist als Funktion der Zeit in Fig. 4c dargestellt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Gestalt des Signals S bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist, daß die Leistung der Lampe La auch bei relativ niedriger Umgebungstemperatur über einen großen Bereich einstellbar ist, ungeachtet des Typs der Entladungslampe.
Es stellte sich heraus, daß es für eine gedrängte Leuchtstofflampe mit einer Nennleistung von 24 Watt nicht möglich war, mit Hilfe eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art, wobei das Regelsignal nicht auch von relativ schnellen Schwankungen des von der Lampe aufgenommenen Leistung abhängig ist, die Lampenleistung auf Werte einzustellen, die zwischen etwa 10% und 25% der Nennleistung liegen. Mit hilfe einer praktischen Ausführungsform des in Fig. 2 oder in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels stellte es sich jedoch heraus, daß es möglich ist, Lampenleistungen auch in diesem Bereich einzustellen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe, mit:

- einem Belastungskreis (B) mit Lampenanschlußklemmen,

- einem DC-AC-Wandler mit einem Kreis (A), der mit dem Belastungskreis B gekoppelt ist und mit mindestens einem Schaltungselement zum Erzeugen eines Stromes mit wechselnder Polarität durch den Belastungskreis (B) dadurch, daß dieses Element mit einer Frequenz (f) abwechselnd leitend und gesperrt ist,

- einer Steuerschaltung (E), mit der das Schaltungselement mit der Frequenz (f) abwechselnd in den leitenden bzw. gesperrten Zustand gebracht 10 wird,

- einer Regeischaltung (C), die mit der Steuerschaltung und der Entladungslampe gekoppelt ist zum Erzeugen eines lampenstromabhängigen Regelsignals zur Beeinflussung der Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal außerdem von einem Signal (S) abhängig ist, das ein Maß für relativ schnelle Schwankungen der von der Entladungslampe (La) aufgenommenen Leistung ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (S) durch Detektion des Ist-Lampenstromes erzeugt werden kann.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Gleichrichtermittel (VI) und Filter (VII) aufweist zum Erzeugen des Signals (S).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (C) mit Mitteln versehen zum Überlagern des Signals (S) mit einem weiteren Signal (U4), das vom Lampenstrom abhängig ist.