EP0383831A1 - Schaltungsanordnung für die zündung und den betrieb von gasentladungslampen. - Google Patents

Schaltungsanordnung für die zündung und den betrieb von gasentladungslampen.

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EP0383831A1
EP0383831A1 EP89900168A EP89900168A EP0383831A1 EP 0383831 A1 EP0383831 A1 EP 0383831A1 EP 89900168 A EP89900168 A EP 89900168A EP 89900168 A EP89900168 A EP 89900168A EP 0383831 A1 EP0383831 A1 EP 0383831A1
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capacitor
circuit
parallel
gas discharge
series
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STYLUX LICHTELEKTRONIK
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STYLUX-LICHTELEKTRONIK
STYLUX LICHTELEKTRONIK
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
    • H05B41/18—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having a starting switch

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for the ignition and operation of gas discharge lamps, in particular metal vapor lamps.
  • ballasts for gas discharge lamps have been known for a long time.
  • Each of them uses the glow starter arranged parallel to the lamp for ignition and the choke in series with the gas discharge lamp to limit the current during operation.
  • glow starter and choke there is no flicker-free immediate start and the lamp also does not burn stably.
  • the influence of mains voltage fluctuations on the luminous flux of the lamp is also not neglected. Since the glow starter has a mechanical switch, which is a thermal bimetal switch, the risk of its failure is relatively high.
  • the object of the invention is therefore to create an electronic ballast especially for metal vapor lamps which require a high ignition voltage in the range from 2 to 5 kV. i
  • the task is; solved by the invention. This is characterized in that on a rectified 13
  • Voltage preferably the line voltage rectified via a bridge rectifier, a buffer capacitor, preferably an electrolytic capacitor, to which a choke-capacitor series circuit is connected in parallel, the capacitor being an electronic switch, preferably a transistor or thyristor, and a free-wheeling diode belonging to the electronic switch is connected in parallel, and that the gas discharge lamp provided with a parallel capacitor is connected to the parallel circuit of capacitor, electronic switch and free-wheeling diode via a further choke-capacitor series circuit.
  • the ignition circuit and the supply circuit are combined and can be viewed as one unit. A separate ignition circuit is therefore not necessary.
  • the circuit also works independently of the supply voltage.
  • the gas discharge lamp is always supplied with constant power. This also applies if the lamp voltage changes, which increases with the age of the lamp.
  • One embodiment of the invention is that a further choke is provided in series with the capacitor, electronic switch and freewheeling diode in parallel. This allows the size of the two existing chokes to be kept small.
  • the choke of the further choke-capacitor series circuit is arranged in series with the parallel circuit comprising a capacitor, an electronic switch and a freewheeling diode. This measure makes the ballast according to the invention particularly suitable for gas discharge lamps with an ignition voltage below 2 kV. _ 3 _.
  • Fig. 1 shows the basic circuit of the electronic ballast
  • Fig. 2 shows the extended circuit with three chokes
  • Fig. 3 shows the circuit for lamps with an ignition voltage below 2 kV.
  • a direct voltage reaches the terminals 1, 2, which is normally the mains voltage rectified by means of a bridge rectifier.
  • a buffer or smoothing capacitor C4 is connected to this DC voltage.
  • a choke capacitor series circuit L1, Cl is connected in parallel to the buffer capacitor C4 in the circuit in FIG. 1.
  • the capacitor Cl of this series circuit from L1, Cl is an electronic switch. S, which is usually a transistor or thyristor, and a free-wheeling diode D connected in parallel.
  • S which is usually a transistor or thyristor, and a free-wheeling diode D connected in parallel.
  • the capacitor C1 is arranged in parallel with a second inductor-capacitor series circuit L2, L3 with the gas discharge lamp L.
  • the gas discharge lamp L also has a parallel capacitor C2.
  • the circuit in FIG. 2 is basically identical to that in FIG. 1, but a third inductor L3 has also been introduced. This is arranged in series with the capacitor C1.
  • FIG. 3 A further embodiment variant of the electronic ballast according to the invention is shown in FIG. 3. Here the capacitor C3 throttle L2 removed. Only the two chokes L1, L3 are thus provided in this circuit.
  • circuits shown in the three figures are based on a series resonance circuit, one each
  • the main resonant circuit consists of the reactor L1 and the capacitor Cl.
  • this is constructed in FIGS. 2 and 3 with the two chokes L1, L3 and the capacitor C1. 1 and 2 form the choke L2 and the two capacitors C2, C3 and in FIG. 3, since the choke L2 is not present, the choke L3 belongs to the load circuit.
  • the gas discharge lamp L represents the consumer.
  • the electronic switch S must excite the respective series resonance circuit in a defined manner.
  • the smoothing capacitor C4 must be dimensioned such that it always provides the uninterruptible supply voltage that is necessary for the resonance circuit. For a stable vibration behavior of the
  • the throttle L3 takes over the above task of the throttle L2.
  • the additional choke L3 in FIG. 2 is necessary for fine-tuning the series resonant circuit in the case of unstable consumers.
  • the negative potential of the DC voltage was chosen as the common reference point. It could also be called common reference point, the positive potential can be used, the function of the circuit being completely preserved.
  • the gas discharge lamp Before ignition or at the time of ignition, the gas discharge lamp represents a high-impedance load.
  • the circuits operate as up-converters or as high-voltage ignition generators, with several kV high voltages being generated depending on the dimensions.
  • the frequency-determining components in the series resonance circuit at the time of ignition are the capacitances of the capacitors C1, C2, C3 in all three circuits, plus the inductance of the inductor L2 in FIG. 1, the inductance of the inductors L2, L3 in FIG. 2 and FIG. 3 the inductance of the choke L3.
  • Resonance circuits when ignited are many times that of the respective main resonant circuit.
  • a high voltage of several kV is generated on the gas discharge lamp L and on the capacitor C2 itself, as a result of which the gas discharge lamp L ignites.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Schaltungsanordnung für die Zündung und den Betrieb vom Gasentladungslampen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanord-nung für die Zündung und den Betrieb von Gasentladungslampen, insbe¬ sondere Metalldampflampen.
Seit langem sind die verschiedensten Schaltungen für Vorschaltgeräte von Gasentladungslampen bekannt. Jede davon verwendet zum Zünden den parallel zur Lampe angeordneten Glimmstarter und zur Strombegrenzung während des Betriebes die in Serie zur Gasentladungs- lampe liegende Drossel. Bei diesen Anordnungen mit Glimmstarter und Drossel erfolgt kein flackerfreier Sofortstart und außerdem brennt die Lampe nicht stabil. Der Einfluß von Netzspannungsschwankungen auf den Lichtstrom der Lampe ist ebenfalls nicht unbeträcht- lieh. Da der Glimmstarter einen mechanischen Schalter, der ein Thermo-Bimetallschalter ist, aufweist, ist die Gefahr für- dessen_Ausfall relativ groß.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden elektronische Vorschaltgeräte entwickelt. Eine diesbezügliche Schal¬ tung ist in der DE-PS 31 52 342 beschrieben. Diese besteht aus einer Stromquelle, einer Zündschaltung, einem Steuerelement und einer Hilfsspannungsguelle. Ein solches Vorschaltgerät ist jedoch sehr bauteilaufwendig und daher manchmal auch recht störanfällig. Außerdem ist es hauptsächlich für Leuchtstofflampen konzipiert, die eine niedrigere Zündspannung als die Metalldampf¬ lampen benötigen. Es ist daher dieses Vorschaltgerät für Metalldampflampen vollkommen ungeeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein elektronisches Vorschaltgerät speziell für Metalldampf¬ lampen die eine hohe Zündspannung im Bereich von 2 bis 5 kV benötigen, zu schaffen. i Die Aufgabe wird; durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß an einer gleichgerichteten 13
Spannung, vorzugsweise die über einen Brückengleich¬ richter gleichgerichtete Netzspannung, ein Pufferkon- denεator, vorzugsweise Elektrolytkondensator, ange¬ schlossen ist, dem eine Drossel-Kondensator-Serien- Schaltung parallel liegt, wobei dem Kondensator ein elektronischer Schalter, vorzugsweise Transistor oder Thyristor, und eine zum elektronischen Schalter gehörige Freilaufdiode parallel geschaltet ist, und daß die mit einem Parallelkondensator versehene Gasent- ladungslampe über eine weitere Drossel-Kondensator- Serienschaltung an die Parallelschaltung aus Kondensator, elektronischem Schalter und Freilaufdiode angeschlossen ist. Bei diesem neuartigen Vorschaltgerät ist der Zündkreis und der Versorgungskreis kombiniert und kann als eine Einheit betrachtet werden. Es ist daher auch kein eigener Zündkreis notwendig. Die Schaltung arbeitet außerdem unabhängig von der Versorgungsspannung. Weiters wird die Gasentla¬ dungslampe immer mit konstanter Leistung versorgt. Dies auch dann, wenn sich die Lampenbrennspannung ändert, welche mit dem Alter der Lampe steigt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in Serie zur Parallelschaltung aus Kondensator, elektroni- schem Schalter und Freilaufdiode eine weitere Drossel vorgesehen ist. Dadurch kann die Baugröße der beiden bereits vorhandenen Drosseln klein gehalten werden.
Von Vorteil ist, daß die Drossel der weiteren Drossel-Kondensator-Serienschaltung in Serie zur Paral¬ lelschaltung aus Kondensator, elektronischem Schalter und Freilaufdiode angeordnet ist. Durch diese Maßnahme eignet sich das erfindungsgemäße Vorschaltgerät ausge¬ zeichnet für Gasentladungslampen mit einer Zündspannung unter 2 kV. _ 3 _.
Unter Zuhilfenahme der Zeichnung wird die Erfindung nun noch näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die grundlegende Schaltung des elektronischen Vorschaltgerätes, die Fig. 2 die erweiterte Schaltung mit drei Drosseln und Fig. 3 die Schaltung für Lampen mit einer Zündspannung unter 2 kV.
Bei allen drei Figuren gelangt an die Klemmen 1, 2 eine Gleichspannung, welche im Normalfall die mittels eines Brückengleichrichters gleichgerichtete Netzspannung ist. An dieser Gleichspannung liegt ein Puffer- bzw. Glättungskondensator C4.
Dieser ist meist ein Elektrolytkondensator mit einem großen Kapazitätswert. Eine Drossel-Kondensator- Serienschaltung Ll, Cl ist bei der Schaltung in Fig. 1 dem Pufferkondensator C4 parallel geschaltet. Dem Kondensator Cl dieser Serienεchaltung aus Ll, Cl ist ein elektronischer Schalter. S, der üblicherweise ein Transistor oder Thyristor ist, sowie eine Freilauf- diode D parallel geschaltet. Weiters ist bei der Schaltung des elektronischen Vorschaltgerätes entsprechend Fig. 1 dem Kondensator Cl eine zweite Drossel-Kondensator-Serienschaltung L2, L3 mit der Gasentladungslampe L in Reihe, parallel angeordnet. Die Gasentladungslampe L weist noch einen Parallelkondensa¬ tor C2 auf.
Die Schaltung in Fig. 2 ist grundsätzlich identisch mit jener in Fig. 1, jedoch wurde eine dritte Drossel L3 zusätzlich eingeführt. Diese ist in Serie zum Kondensa¬ tor Cl angeordnet.
Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes ist in Fig. 3 darge¬ stellt. Hierbei wurde die in Serie zum Kondensator C3 liegende Drossel L2 entfernt. Es sind somit in dieser Schaltung nur die beiden Drosseln Ll, L3 vorgesehen.
Die aus den drei Figuren ersichtlichen Schaltungen, basieren auf einem Serienresonanzkreis, wobei je ein
HauptSchwingkreis und ein Lastkreis vorhanden sind. Bei Fig. 1 besteht der Hauptschwingkreis aus der Drossel Ll und dem Kondensator Cl. Hingegen ist dieser bei den Fig. 2 und 3 mit den beiden Drosseln Ll, L3 und dem Kondensator Cl aufgebaut. Den Lastkreis bilden in den Fig. 1 und 2 die Drossel L2 und die beiden Kondensato¬ ren C2, C3 und in Fig. 3 gehört, da die Drossel L2 nicht vorhanden ist, die Drossel L3 zum Lastkreis. Die Gasentladungslampe L stellt den Verbraucher dar. Der elektronische Schalter S muß den jeweiligen Serienreso¬ nanzkreis definiert anregen. Der Glättungskonden- sator C4 muß so dimensioniert sein, daß er immer die für den Resonanzkreis notwendige und vorallem unterbrechungsfreie VersorgungsSpannung zur Verfügung stellt. Für ein stabiles Schwingungsverhalten des
Serienresonanzkreises müssen die Induktivitäten der Drosseln Ll, L2, sowie die Kapazitäten der Kondensatoren Cl, C2 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Die Drossel L2 in Fig. 1 und Fig. 2 dient zur Anpassung der SpannungsVerhältnisse im
Lastkreis und an der Gasentladungslampe L, sowie zur Kompensation der Phasenlage des Hauptschwingkreises. Bei der Schaltung des Vorschaltgerätes entsprechend Fig. 3 übernimmt die Drossel L3 die obige Aufgabe der Drossel L2.
Die zusätzliche Drossel L3 in Fig. 2 ist zur Feinab¬ stimmung des Serienresonanzkreises bei unstabilen Verbrauchern notwendig.
Bei den Schaltungen in den drei Figuren wurde als gemeinsamer Bezugspunkt jeweils das negative Potential der Gleichspannung gewählt. Es könnte auch als gemeinsamer Bezugspunkt das positive Potential herange¬ zogen werden, wobei die Funktion der Schaltung vollkom¬ men erhalten bleibt.
Abschließend wird nun noch die Arbeitsweise der Schal¬ tung beim Zünden und im Betrieb erklärt.
Vor dem Zünden, bzw. zum Zeitpunkt des Zündens stellt die Gasentladungslampe eine hochohmige Last dar. Die Schaltungen arbeiten in diesem Betriebsfall als Auf¬ wärtswandler bzw. als Hochspannungszündgeneratoren, wobei je nach Dimensionierung mehrere kV Hochspannung erzeugt werden.
Die freguenzbestimmenden Komponenten im Serienresonanz¬ kreis sind zum Zündzeitpunkt bei allen drei Schaltungen die Kapazitäten der Kondensatoren Cl, C2, C3, zuzüglich bei Fig. 1 der Induktivität der Drossel L2, bei Fig. 2 der Induktivitäten der Drosseln L2, L3 und bei Fig. 3 der Induktivität der Drossel L3. Die Frequenz dieser
Resonanzkreise beträgt beim Zünden ein Vielfaches jener des jeweiligen Hauptschwingkreises. Durch entsprechende Dimensionierung des Kondensators C2 in Abhängigkeit vom Kondensator Cl wird an der Gasentladungslampe L, sowie am Kondensator C2 selbst eine Hochspannung von mehreren kV erzeugt, wodurch die Gasentladungslampe L zündet.
Zündet die Gasentladungslampe L infolge einer am Kon¬ densator C2 aufgebauten Hochspannung, so bricht diese an diesem Kondensator C2 und an der Gasentladungs¬ lampe L schlagartig zusammen. Die Schwingkreisfrequenz reduziert sich dabei auf jene des Hauptschwingkreises. Am Kondensator C2 liegt dann nur mehr die Betriebs¬ spannung der Gasentladungslampe L an. Die Schaltungen in den drei Figuren arbeiten jetzt als Abwärtswandler, wobei sich die maximale Schwingkreisspannung an den Komponenten im Lastkreis aufteilt. Die notwendige Energie für den Betrieb der Gasentladungslampe L wird vom"Hauptschwingkreis in den Lastkreis umgeladen und

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltungsanordnung für die Zündung und den Betrieb von Gasentladungslampen, insbesondere Metalldampf¬ lampen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer gleichgerichteten Spannung (1, 2), vorzugsweise die - über einen Brückengleichrichter gleichgerichtete Netzspannung, ein Pufferkondensator (C4), vorzugsweise Elektrolytkondensator,' angeschlossen ist, dem eine Drossel-Kondensator-Serien¬ schaltung (Ll, Cl) parallel liegt, wobei dem Kondensator (Cl) ein elektronischer Schalter (S), vorzugsweise Transistor oder Thyristor, und eine zum elektronischen Schalter gehörige Freilauf¬ diode (D) parallel geschaltet ist, und daß die mit einem Parallelkondensator (C2) versehene Gasentladungslampe (L) über eine weitere Drossel-Kondensator-Serienschaltung (L2, C3) an die Parallelschaltung aus Kondensator (Cl) , __ elektronischem Schalter (S) und Freilaufdiode (D) angeschlossen ist.
2. Schaltungεanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur Parallelschaltung aus Kondensator (Cl) , elektronischem Schalter (S) und Freilaufdiode ' (D) eine weitere Drossel (L3) vorgesehen ist.
3. Schaltungεanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (L2) der weiteren Drossel-Kondensator-Serienschaltung (L2, C3) in Serie zur Parallelschaltung aus Kondensator (Cl), elektronischem Schalter (S) und Freilaufdiode (D) angeordnet ist.
EP89900168A 1987-12-18 1989-07-05 Schaltungsanordnung für die zündung und den betrieb von gasentladungslampen Expired - Lifetime EP0383831B1 (de)

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