DE69321696T2

DE69321696T2 - Hochfrequenzumrichter für eine Entladungslampe mit vorheizbaren Elektroden

Info

Publication number: DE69321696T2
Application number: DE69321696T
Authority: DE
Inventors: Frans Nl-5656 Aa Eindhoven Slegers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2013-12-10
Also published as: JPH06223992A; DE69321696D1; KR100321881B1; ES2125944T3; JP3465939B2; KR940017963A; US5406174A; SG44783A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für hochfrequenten Betrieb einer Entladungslampe, mit
Eingangsklemmen zum Anschluß an eine Speisespannungsquelle,
- einem Lastzweig, der mit Klemmen zum Aufnehmen der Entladungslampe und mit einem mit einer Primärwicklung und Sekundärwicklungen versehenen Elektrodenheiztransformator versehen ist, wobei jede Sekundärwicklung durch einen Zweig überbrückt wird, der eine Elektrode der Entladungslampe umfaßt,
- zumindest einem Schaltelement zum Erzeugen eines hochfrequenten Stroms durch den Lastzweig aus einer von der Speisespannungsquelle gelieferten Speisespannung,
- einer Steuerschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals, um das Schaltelement mit hoher Frequenz leitend und nichtleitend zu machen,
- einer mit der Steuerschaltung gekoppelten Dimmerschaltung zum Einstellen der Frequenz des Steuersignals.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus dem europäischen Patent EP- A-0 98 285 und dem US-Patent US-A-4 682 020 bekannt. Der Lichtstrom einer mit einer dieser bekannten Schaltungsanordnungen betriebenen Entladungslampe kann dadurch eingestellt werden, daß die Frequenz des Steuersignals eingestellt wird. Eine Änderung der Frequenz des Steuersignals führt zu einer Änderung der Frequenz des hochfrequenten Stroms durch den Lastzweig, so daß die Impedanz des Lastzweiges und die Amplitude des hochfrequenten Stroms auch geändert werden. Somit kann eine Änderung des Lichtstroms der Entladungslampe durch eine Änderung der Frequenz des Steuersignals erreicht werden. Bei der bekannten Schaltungsanordnung werden die Elektroden der Entladungslampe beim Lampenbetrieb sowohl durch den durch die Lampe fließenden hochfrequente Strom als auch einen Elektrodenheizstrom der gleichen Frequenz aufgeheizt, der infolge einer Potentialdifferenz zwischen den Enden der Se kundärwicklungen des Elektrodenheiztransformators während des Lampenbetriebs durch die Elektroden der Entladungslampe fließt. Durch die Dimensionierung der bekannten Schaltungsanordnung wird dafür gesorgt, daß die Temperatur der Lampenelektroden während eines Lampenbetrieb, bei dem die Entladungslampe infolge des Entladungsstroms und des Elektrodenheizstroms den höchsten einstellbaren Lichtstrom annimmt, auf einem geeigneten Wert gehalten wird. Die Lebensdauer der Lampenelektroden ist bei diesem geeigneten Wert der Elektrodentemperatur verhältnismäßig lang. Wenn jedoch der Lichtstrom der Entladungslampe von einem Benutzer mit Hilfe der Dimmerschaltung herabgesetzt wird, nimmt nicht nur der durch die Entladungslampe fließende Entladungsstrom, sondern auch der durch die Elektroden fließende Elektrodenheizstrom ab. Die Temperatur der Elektrode fällt daher in dem Maße, in dem der Lichtstrom der Entladungslampe weiter herabgesetzt wird, weiter unter den geeigneten Wert ab. Daher wird die Lebensdauer der Lampenelektroden durch Dimmen der Entladungslampe in verhältnismäßig starkem Maße verkürzt, während gleichzeitig eine Schwärzung der Enden des Lampengefäßes der Entladungslampe auftritt.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu verschaffen, mit der es möglich ist, eine mit der Schaltungsanordnung betriebene Entladungslampe zu dimmen, ohne daß die Lebensdauer der Entladungslampe dadurch nachteilig beeinflußt wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art hierzu dadurch gekennzeichnet, daß jeder eine Sekundärwicklung des Transformators überbrückende Zweig induktive Mittel und kapazitive Mittel umfaßt und eine Resonanzfrequenz aufweist, die sich von der Resonanzfrequenz des Lastzweiges unterscheidet.
Die Resonanzfrequenzen aller eine Sekundärwicklung des Transformators überbrückenden Zweige werden entweder alle niedriger gewählt als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges oder alle höher als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges. Hierdurch wird erreicht, daß bei Betriebsfrequenzen zwischen der Resonanzfrequenz des Lastzweiges und der Resonanzfrequenz jedes die Enden einer Sekundärwicklung überbrückenden Zweiges eine Änderung der Betriebsfrequenz entweder zu einer Zunahme des Entladungsstroms und einer zugehörigen Abnahme des Elektrodenheizstroms führt oder zu einer Abnahme des Entladungsstroms und einer zugehörigen Zunahme des Elektrodenheizstroms. Das bedeutet, daß, sofern die Schaltungsanordnung geeignet dimensioniert ist, der Lichtstrom der Entladungslampe in einem weiten Bereich eingestellt werden kann, wobei jeder Lichtstromwert der Entladungslampe eine zugehörige Elektrodentemperatur der Entladungslampe mit einem solchen Wert hat, daß die Lebensdauer der Elektrode verhältnismäßig lang ist und außerdem kaum eine Schwärzung der Enden des Lampengefäßes auftritt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lastzweig ein induktives Element umfaßt, daß die Resonanzfrequenz des Lastzweiges einen niedrigeren Wert hat als die Resonanzfrequenzen der die Sekundärwicklungen überbrückenden Zweige und daß die Frequenz des durch den Lastzweig fließenden hochfrequenten Stroms für jeden einstellbaren Wert des Lichtstroms der Lampe höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges und niedriger als die Resonanzfrequenzen der die Sekundärwicklungen des Elektrodenheiztransformators überbrückenden Zweige. Da die Frequenz des hochfrequenten Strom durch den Lastzweig höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges, wirkt der Lastzweig als induktive Impedanz. Je nach dem Entwurf der Schaltungsanordnung ist dies ein wichtiger Vorteil, weil die Lebensdauer der Schaltelemente in der Schaltungsanordnung verhältnismäßig lang ist, wenn der Lastzweig eine induktive Impedanz ist. In dieser vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es günstig, das induktive Element und den Elektrodenheiztransformator zu integrieren, so daß eine einzige Komponente verschiedene Funktionen in der Schaltungsanordnung erfüllt. Wegen der verhältnismäßig geringen Zahl an Komponenten hat die Schaltung einen verhältnismäßig einfachen Aufbau und ist somit einfacher in großem Maßstab zu fertigen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2 einen Elektrodenheizstrom als Funktion eines Entladungsstroms durch eine mit einer Schaltungsanordnung wie in Fig. 1 betriebene Lampe.
In Fig. 1 deuten die Bezugszeichen 1 und 2 Eingangsklemmen zum Anschluß an eine Speisespannungsquelle an. Es ist wünschenswert, daß für die Schaltungsanordnung von Fig. 1 die Speisespannungsquelle eine Gleichspannungsquelle ist, deren Anode mit der Klemme 1 verbunden ist und deren Kathode mit der Klemme 2 verbunden ist. Die Eingangsklemmen 1 und 2 sind über eine Reihenschaltung aus zwei Schaltelementen S1 und S2 miteinander verbunden. Steuerelektroden der Schaltelemente sind mit jeweiligen Ausgängen der Steuerschaltung I verbunden, um ein Steuersignal zu erzeugen, daß die Schaltelemente S1 und S2 abwechselnd mit hoher Frequenz leitend und nichtleitend machen soll. Ein Eingang der Steuerschaltung I ist mit einem Ausgang der Dimmerschaltung II verbunden, die die Frequenz des Steuersignals einstellt. Der Lastzweig in dieser Ausführungsform wird von Kondensatoren C1, C2, C3 und C4, dem Transformator L3, Spulen L1 und L2, Klemmen H1 und H2 zum Aufnehmen einer Entladungslampe und der Entladungslampe La gebildet. Der Transformator L3 hat in dieser Ausführungsform sowohl die Funktion eines Elektrodenheiztransformators als auch die Funktion eines induktiven Elements. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Schaltelemente S1 und S2 ist mit einer ersten Seite des Kondensators C 1 verbunden. Eine weitere Seite des Kondensators C1 ist mit einem ersten Ende der Primärwicklung P des Transformators L3 verbunden. Ein weiteres Ende der Primärwicklung P ist mit einer ersten Seite des Kondensators C4 verbunden. Eine weitere Seite des Kondensators C4 ist mit der Eingangsklemme 2 verbunden. Das weitere Ende der Primärwicklung P ist auch mit einem ersten Ende der Elektrode E11 der Entladungslampe La verbunden. Die Elektrode E11 wird von einer Reihenschaltung aus der Spule L1, dem Kondensator C1 und der Sekundärwicklung Sec1 des Transformators L3 überbrückt. Ein erstes Ende der Elektrode E12 der Entladungslampe La ist mit der Eingangsklemme 2 verbunden. Die Elektrode E12 wird von einer Reihenschaltung aus der Spule L2, dem Kondensator C2 und der Sekundärwicklung Sec2 überbrückt.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung ist folgendermaßen.
Wenn die Eingangsklemmen 1 und 2 mit der Anode bzw. Kathode einer Gleichspannungsquelle verbunden werden, macht die Steuerschaltung I die Schaltelemente S1 und S2 mit hoher Frequenz f leitend und nichtleitend. Daher fließt ein hochfrequenter Strom mit der Frequenz f durch den Lastzweig. Ein hochfrequenter Strom mit der Frequenz f fließt auch durch die beiden Zweige, die die Sekundärwicklungen Sec1 und Sec2 des Transformators L3 überbrücken. Wenn die niedrigste einstellbare Frequenz des Steuersignals mit der Dimmerschaltung II eingestellt worden ist, verbraucht die Entladungslampe La ungefähr ihre Nennleistung, und der Lichtstrom der Entladungslampe La hat den maximalen einstellbaren Wert. Der Lastzweig ist so dimensioniert, daß die Frequenz f einen höheren Wert hat als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges, so daß der Lastzweig eine induktive Impedanz bei der Frequenz f ist. Zudem sind die die Sekundärwicklungen Sec1 und Sec2 des Transformators L3 überbrückenden Zweige so dimensioniert, daß die Resonanzfrequenzen dieser Zweige höher sind als die Frequenz f. Die Impedanzen dieser Zweige sind daher kapazitiv. Wenn jetzt die Frequenz des Steuersignals und damit die Frequenz f des hochfrequenten Stroms in dem Lastzweig durch die Dimmerschaltung II erhöht wird, nimmt die Impedanz des Lastzweiges zu. Daher nimmt der durch den Lastzweig fließende Strom und damit auch der Strom durch die Entladungslampe La ab. Eine Zunahme der Frequenz f führt jedoch auch zu einer Abnahme der Impedanz der die beiden Sekundärwicklungen Sec1 und Sec2 überbrückenden Zweige. Die durch diese beiden Zweige fließenden Elektrodenheizströme werden daher erhöht. Umgekehrt nehmen die Ströme durch die die Sekundärwicklungen Sec1 und Sec2 des Transformators L3 überbrückenden Zweige ab, wenn der Entladungsstrom erhöht wird. Somit wird bei Abnahme des Entladungsstroms durch die Lampe eine solche Zunahme des Elektrodenheizstroms erreicht, daß die Temperaturen der Elektroden E11 und E12 der Entladungslampe bei jedem einstellbaren Lichtstrom der Entladungslampe einen solchen Wert haben, daß die Elektrodenlebensdauer verhältnismäßig lang ist und daß an den Enden des Entladungsgefäßes nahezu keine Schwärzung auftritt.
In Fig. 2 ist der Elektrodenheizstrom auf der vertikalen Achse in mA aufgetragen. Der Entladungsstrom ist auf der horizontalen Achse in mA aufgetragen. Die Entladungslampe, für die die in Fig. 2 gezeigte Beziehung zwischen Entladungsstrom und Elektrodenheizstrom gemessen wurde, war eine Niederdruck-Quecksilber- Entladungslampe vom PL-L-Typ der Marke Philips, mit einer Nennleistung von 55 W. Die Kurve K1 zeigt die gemessene Beziehung zwischen dem Entladungsstrom und dem Elektrodenheizstrom. Die Punkte A und B auf der Kurve K1 markieren die Grenzen des Einstellbereichs des Entladungsstroms: 50 mA bzw. 600 mA. Die Kurven K1 und K3 geben die empirisch bestimmten maximalen bzw. minimalen Werte des Elektrodenheizstroms für jeden Wert des Entladungsstroms an, bei denen die Elektrodenlebensaduer der Entladungslampe verhältnismäßig lang ist. Fig. 2 zeigt, daß der Elektrodenheizstrom im gesamten Einstellbereich des Entladungsstroms zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert liegt.

Claims

1. Schaltungsanordnung für hochfrequenten Betrieb einer Entladungslampe (LA), mit

- Eingangsklemmen (1, 2) zum Anschluß an eine Speisespannungsquelle,

- einem Lastzweig, der mit Klemmen (H&sub1;, H&sub2;) zum Aufnehmen der Entladungslampe (LA) und mit einem mit einer Primärwicklung (P) und Sekundärwicklungen (Sec&sub1;, Sec&sub2;) versehenen Elektrodenheiztransformator (L&sub3;) versehen ist, wobei jede Sekundärwicklung durch einen Zweig überbrückt wird, der eine Elektrode (EL1, EL2) der Entladungslampe (LA) umfaßt,

- zumindest einem Schaltelement (S&sub1;, S&sub2;) zum Erzeugen eines hochfrequenten Stroms durch den Lastzweig aus einer von der Speisespannungsquelle gelieferten Speisespannung,

- einer Steuerschaltung (I) zum Erzeugen eines Steuersignals, um das Schaltelement (S&sub1;, S&sub2;) mit hoher Frequenz leitend und nichtleitend zu machen,

- einer mit der Steuerschaltung gekoppelten Dimmerschaltung (H) zum Einstellen der Frequenz des Steuersignals,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder eine Sekundärwicklung des Transformators (Sec&sub1;, Sec&sub2;) überbrückende Zweig induktive Mittel (L&sub1;, L&sub2;) und kapazitive Mittel (C&sub1;, C&sub2;) umfaßt und eine Resonanzfrequenz aufweist, die sich von der Resonanzfrequenz des Lastzweiges unterscheidet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastzweig ein induktives Element umfaßt, daß die Resonanzfrequenz des Lastzweiges einen niedrigeren Wert hat als die Resonanzfrequenzen der die Sekundärwicklungen überbrückenden Zweige und daß die Frequenz des durch den Lastzweig fließenden hochfrequenten Stroms für jeden einstellbaren Wert des Lichtstroms der Lampe höher ist als die Resonanzfrequenz des Lastzweiges und niedriger als die Resonanzfrequenzen der die Sekundärwicklungen des Elektrodenheiztransformators überbrückenden Zweige.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Element und der Elektrodenheiztransformator in einem einzigen Bauelement integriert sind.