EP0949851A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen Download PDF

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EP0949851A1 EP99106712A EP99106712A EP0949851A1 EP 0949851 A1 EP0949851 A1 EP 0949851A1 EP 99106712 A EP99106712 A EP 99106712A EP 99106712 A EP99106712 A EP 99106712A EP 0949851 A1 EP0949851 A1 EP 0949851A1
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    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for high-frequency operation a low wattage low pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • ballasts for lamps larger than 25 W are required DC link capacitors with higher capacities.
  • these have result in a high harmonic content, so that active in these lamps Harmonic filter circuits in the form of complex pump circuits with capacitors and diodes required to meet the IEC regulations class C compliance.
  • Harmonic filter circuits in the form of complex pump circuits with capacitors and diodes required to meet the IEC regulations class C compliance are e.g. described in DE-OS 36 23 749.
  • These active circuits also have additional radio interference, which only requires a lot of components can be prevented.
  • the object of the invention is to provide a circuit arrangement for the operation of low wattage low pressure discharge lamps, i.e. less than or equal to 25 W. create that the mains current harmonic content among those in class D the IEC publications holds maximums.
  • the one needed for this Circuitry should be as small and inexpensive to implement be.
  • the task here was to further simplify the circuit arrangement create, which complies with the specified limits for harmonics and manages with even fewer components.
  • the harmonic filter circuit according to the invention consists of only one diode and only one capacitor in addition to the intermediate circuit capacitor ensures safe operation of the half-bridge generator at zero crossing the mains sine voltage.
  • the circuit does not work actively like that Pump circuits listed above, but passive, so that this only low radio interference and the expense of components for radio interference suppression can be kept small.
  • the circuit also comes with relatively low capacitance values in the DC link. Inexpensive film capacitors can therefore be used as the intermediate circuit capacitor be used.
  • Circuit for harmonic filtering results in a high power factor (Ratio of active power to apparent power) greater than or equal to 0.9.
  • the harmonic filter circuit is composed of a diode and a capacitor Can be realized inexpensively in a small space, as capacities as well Foil capacitors can be used, which also (opposite Electrolytic capacitors) higher "long-term temperature stability" exhibit.
  • the harmonic filter circuit also saves the Coupling capacitor in series to the resonance inductance in the series resonance circuit, because the capacitor of the harmonic filter circuit does the job of the coupling capacitor also takes over.
  • the block diagram in Figure 1 gives the basic structure of an inventive Circuit arrangement for a low wattage low pressure discharge lamp LP again.
  • the circuit arrangement includes a radio interference filter 1, a line rectifier 2 and a half-bridge generator 3 with Control circuit and resonance choke. Between the center tap of the two transistors of the half-bridge generator 3 and the positive pole of the Mains rectifier 2, the low-pressure discharge lamp LP is switched, wherein the preheating circuit 4 is placed parallel to the lamp LP.
  • the circuit arrangement additionally has a harmonic filter circuit 5, whereby in the connection of the positive pole of the mains rectifier 2 with the second electrode E2 of the low-pressure discharge lamp LP a diode D1 connected in series and in the DC blocking direction are.
  • tap M2 is between diode D1 and the second Electrode E2 via a capacitor C1 with the negative pole of the mains rectifier 2 connected.
  • a resistor R9 is also parallel to the diode D1 switched.
  • the intermediate circuit capacitor C2 is in this block diagram connected in parallel to the DC output of the mains rectifier.
  • FIG. 2 shows a possible variant of the block diagram as shown in FIG. 1 is shown.
  • the negative pole of the rectifier 2 via a diode D1 in the direct current blocking direction (related to the positive pole) with the second Electrode E2 of the lamp LP connected.
  • the tap M2 between the diode D1 and the second electrode E2 is connected to the capacitor C1 Positive pole of the mains rectifier 2 connected. Is parallel to the diode D1 too here a resistor R9 switched.
  • the variant in FIG. 3 essentially corresponds to the block diagram in FIG Figure 1.
  • the intermediate circuit capacitor C2 is not parallel to DC output of the mains rectifier 2 but parallel to the diode D1 switched.
  • FIG 4 shows the exact circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention with harmonic filter circuit for operating a low-pressure discharge lamp LP according to the block diagram in Figure 1.
  • a filter choke FD1, FD2 Directly to the Mains input is a filter choke FD1, FD2 and parallel in each supply line A resistor R1 is connected to the filter choke FD1.
  • This high frequency filter follows the line rectifier with diodes D3 to D6.
  • the self-steering Half-bridge circuit consists of the two transistors T1, T2, the series resistors R3 to R6, the control transformer and the starting generator with the resistors R2, R7, the starting capacitor C4, the diode D7 as well as the Diac DC.
  • the control transmitter works on the feedback principle and consists of the primary winding RKA and the two Secondary windings RKB and RKC together.
  • the lamp LP is with a Connection of the electrode E1 with the center tap M1 between the two Transistors T1, T2 and with a connection of the other electrode E2 connected to the positive pole of the mains rectifier.
  • the capacitor C5 parallel to the switching path of the transistor T1 is used for radio interference suppression (trapezoidal capacitor).
  • a PTC thermistor R8 is connected in parallel with the resonance capacitor C6, to improve preheating.
  • the additional harmonic filter circuit consists of the diode D1, which in Row and in the DC blocking direction between the positive pole of the mains rectifier and the corresponding connection of the electrode E2 of the low-pressure discharge lamp LP are switched.
  • the tap M2 between the Diode D1 and electrode E2 is connected to the negative pole via a capacitor C1 connected to the mains rectifier. It is also parallel to the diode D1 a resistor R9 switched.
  • the capacitor C1 is charged via the lamp circuit.
  • the charge of the support capacitor C1 is connected to the DC link via the diode D1 conducted and now ensures together with the charge of the intermediate circuit capacitor C2 that even with zero crossing of the AC mains voltage there is a sufficiently high supply voltage for the Keep half-bridge circuit in operation.
  • the capacitor C1 acts at the same time So coupling capacitor, so that on its own coupling capacitor can be dispensed with.
  • the resistor R9 stabilized in parallel to the diode D1 the vibration behavior of the half-bridge circuit.

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Abstract

Bei der Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer niederwattigen Niederdruckentladungslampe (LP) mit einem Netzgleichrichter (2) und einer Halbbrückenschaltung ist in die Anschlußleitung der zweiten Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- oder Minuspol des Gleichrichters (2) eine Diode (D1) in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltet. Außerdem ist der Abgriff (M2) zwischen der Diode (D1) und der zweiten Elektrode (E2) über einen Kondensator (C1) mit dem anderen Pol des Netzgleichrichters (2) verbunden und parallel zu der Diode (D1) ein Widerstand (R9) geschaltet. Der so geschaffene Schaltkreis wirkt als passives Oberwellenfilter, das bei der Schaltungsanordnung die IEC-Vorschriften der Klasse D bezüglich Netzstrom-Oberwellengehalt erfüllt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer niederwattigen Niederdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß durch die Halbbrückenschaltung und dem bei solchen Schaltnetzteilen benötigten Zwischenkreiskondensator Oberschwingungen im Netz erzeugt werden. Dieser Netzstrom-Oberwellengehalt muß gemäß IEC-Publikation 555-2 bei Vorschaltgeräten oder Konvertern größer 25 W Leistungsaufnahme ab 1996 die Klasse C der Vorschriften und bei Kompaktlampen, Vorschaltgeräten und Adapter kleiner gleich 25 W Leistungsaufnahme ab 1998 die Klasse D der Vorschriften erfüllen.
Da die Größe des Zwischenkreiskondensators proportional zur Leistungsaufnahme der Lampe ist, benötigen Vorschaltgeräte für Lampen größer 25 W Zwischenkreiskondensatoren mit höheren Kapazitäten. Diese haben jedoch einen hohen Oberwellengehalt zur Folge, so daß bei diesen Lampen aktive Oberwellenfilterschaltungen in Form von aufwendigen Pumpschaltungen mit Kondensatoren und Dioden benötigt werden, um die IEC-Vorschriften der Klasse C erfüllen zu können. Eine solche Schaltungsanordnung wird z.B. in der DE-OS 36 23 749 beschrieben. Diese aktiven Schaltungen haben außerdem zusätzliche Funkstörungen zur Folge, die nur mit einem hohen Bauteileaufwand unterbunden werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von niederwattigen Niederdruckentladungslampen, d.h. kleiner gleich 25 W zu schaffen, die den Netzstromoberwellengehalt unter den in der Klasse D der IEC-Publikationen festgelegten Höchstwerten hält. Der hierfür benötigte Schaltungsaufwand sollte möglichst klein und kostengünstig zu realisieren sein.
Aus der DE 44 30 397 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die den Oberwellengehalt unter den in der Klasse D der IEC-Publikationen festgelegten Höchstwert hält und zur Schaffung eines kapazitätsarmen Gleichstrom-Zwischenkreises drei Kapazitäten (mit dem Zwischenkreiskondensator) und zwei Dioden benötigt.
Aufgabe war es hier nun eine weiter vereinfachte Schaltungsanordnung zu schaffen, die die vorgegebenen Grenzwerte für die Oberwellen einhält und mit noch weniger Bauteilen auskommt.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Oberwellenfilter-Schaltkreis aus lediglich einer Diode und lediglich einem Kondensator zusätzlich zum Zwischenkreiskondensator bewirkt einen sicheren Betrieb des Halbbrückengenerators im Nulldurchgang der Netz-Sinusspannung. Der Schaltkreis arbeitet nicht aktiv wie die oben aufgeführten Pumpschaltungen, sondern passiv, so daß hierdurch nur geringe Funkstörungen entstehen und der Aufwand an Bauteilen zur Funkentstörung klein gehalten werden kann. Der Schaltkreis kommt außerdem mit relativ niedrigen Kapazitätswerten im Gleichstrom-Zwischenkreis aus. Als Zwischenkreiskondensator können daher kostengünstige Folienkondensatoren verwendet werden.
Aufgrund der geringen Ladekapazität des Zwischenkreiskondensators und der erfindungsgemäßen Ankopplung einer Lampenseite an den erfindungsgemäßen Schaltkreis zur Oberwellenfilterung ergibt sich ein hoher Power-Faktor (Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung) von größer gleich 0,9.
Der Oberwellenfilter-Schaltkreis aus einer Diode und einem Kondensator ist auf kleinem Raum kostengünstig zu realisieren, da als Kapazitäten ebenfalls Folien-Kondensatoren verwendet werden können, die zudem (gegenüber Elektrolyt-Kondensatoren) eine höhere "Temperatur-Langzeit-Stabilität" aufweisen.
Der Oberwellenfilter-Schaltkreis ermöglicht außerdem die Einsparung des Koppelkondensators in Reihe zur Resonanzinduktivität im Serienresonanzkreis, da der Kondensator des Oberwellenfilter-Schaltkreises die Aufgabe des Koppelkondensators mit übernimmt.
Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Figur 1
zeigt das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit Oberwellenfilter für eine niederwattige Niederdruckentladungslampe
Figur 2
zeigt eine Variante für das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
Figur 3
zeigt eine weitere Variante für das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
Figur 4
zeigt das detaillierte Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
Das Blockschaltbild in Figur 1 gibt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine niederwattige Niederdruckentladungslampe LP wieder. Die Schaltungsanordnung beinhaltet ein Funkentstörfilter 1, einen Netzgleichrichter 2 und einen Halbbrückengenerator 3 mit Ansteuerschaltung und Resonanzdrossel. Zwischen den Mittenabgriff der beiden Transistoren des Halbbrückengenerators 3 und dem Pluspol des Netzgleichrichters 2 ist die Niederdruckentladungslampe LP geschaltet, wobei parallel zur Lampe LP der Vorheizkreis 4 gelegt ist.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung zusätzlich einen Oberwellenfilter-Schaltkreis 5 auf, wobei in die Verbindung des Pluspols des Netzgleichrichters 2 mit der zweiten Elektrode E2 der Niederdruckentladungslampe LP eine Diode D1 in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltet sind. Außerdem ist der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und die zweite Elektrode E2 über einen Kondensator C1 mit dem Minuspol des Netzgleichrichters 2 verbunden. Parallel zur Diode D1 ist außerdem ein Widerstand R9 geschaltet. Der Zwischenkreiskondensator C2 ist bei diesem Blockschaltbild parallel zum Gleichstomausgang des Netzgleichrichters geschaltet.
Figur 2 zeigt eine mögliche Variante zum Blockschaltbild, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Hier ist der Minuspol des Netzgleichrichters 2 über eine Diode D1 in Gleichstromsperrichtung (bezogen auf den Pluspol) mit der zweiten Elektrode E2 der Lampe LP verbunden. Der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und der zweiten Elektrode E2 ist über einen Kondensator C1 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters 2 verbunden. Parallel zur Diode D1 ist auch hier ein Widerstand R9 geschaltet.
Die Variante in Figur 3 entspricht im wesentlichen dem Blockschaltbild in Figur 1. Der Zwischenkreiskondensator C2 ist hier jedoch nicht parallel zum Gleichstromausgang des Netzgleichrichters 2 sondern parallel zur Diode D1 geschaltet.
Figur 4 zeigt das genaue Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Oberwellenfilter-Schaltkreis zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe LP gemäß dem Blockschaltbild in Figur 1. Direkt an den Netzeingang ist in jede Zuleitung eine Filterdrossel FD1, FD2 sowie parallel zur Filterdrossel FD1 ein Widerstand R1 geschaltet. Diesem Hochfrequenzfilter folgt der Netzgleichrichter mit den Dioden D3 bis D6. Die selbststeuernde Halbbrückenschaltung besteht aus den beiden Transistoren T1, T2, den Vorschaltwiderständen R3 bis R6, dem Steuerübertrager und dem Anlaufgenerator mit den Widerständen R2, R7, dem Startkondensator C4, der Diode D7 sowie dem Diac DC. Der Steuerübertrager arbeitet nach dem Rückkopplungsprinzip und setzt sich aus der Primärwicklung RKA sowie den beiden Sekundärwicklungen RKB und RKC zusammen. Die Lampe LP ist mit einem Anschluß der Elektrode E1 mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1, T2 und mit einem Anschluß der anderen Elektrode E2 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters verbunden. Außerdem ist ein Serienresonanzkreis aus Resonanzinduktivität L1 und Resonanzkon-densator C6 vorgesehen, wobei die Resonanzinduktivität L1 zwischen die Primärwicklung RKA des Steuerübertragers und den entsprechenden Anschluß der Elektrode E1 und der Resonanzkondensator C6 zwischen die auf der Heizkreisseite liegenden Anschlüsse der Elektroden E1 und E2 geschaltet sind.
Parallel zu den Schaltstrecken der Transistoren T1, T2 liegt außerdem ein Zwischenkreiskondensator C2. Der Kondensator C5 parallel zur Schaltstrecke des Transistors T1 dient zur Funkentstörung (Trapezkondensator). Außerdem ist parallel zum Resonanzkondensator C6 ein Kaltleiter R8 geschaltet, um die Vorheizung zu verbessern.
Die Funktionsweise einer solchen Schaltungsanordnung mit Halbbrückenschaltung und Serienresonanzkreis zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckentladungslampe kann dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (SIEMENS AG) 1982, Seite 148, entnommen werden und soll hier nicht näher ausgeführt werden.
Der zusätzliche Oberwellenfilter-Schaltkreis besteht aus der Diode D1, die in Reihe und in Gleichstromsperrichtung zwischen den Pluspol des Netzgleichrichters und den entsprechenden Anschluß der Elektrode E2 der Niederdruckentladungslampe LP geschaltet sind. Der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und der Elektrode E2 ist über einen Kondensator C1 mit dem Minuspol des Netzgleichrichters verbunden. Außerdem ist parallel zu der Diode D1 ein Widerstand R9 geschaltet.
Die Kondensator C1 wird über den Lampenstromkreis geladen. Die Ladung des Stützkondensators C1 wird über die Diode D1 auf den Gleichstrom-Zwischenkreis geleitet und sorgt nun zusammen mit der Ladung des Zwischenkreiskondensators C2 dafür, daß auch bei Nulldurchgang der Netzwechselspannung eine ausreichend hohe Versorgungsspannung vorliegt, um die Halbbrückenschaltung in Betrieb zu halten. Der Kondensator C1 wirkt zugleich also Koppelkondensator, so daß auf einen eigenen Koppelkondensator verzichtet werden kann. Der Widerstand R9 parallel zur Diode D1 stabilisiert das Schwingverhalten der Halbbrückenschaltung.
In der nachfolgenden Bestückungsliste sind die verwendeten Schaltungselemente für eine Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 zum Betrieb einer 8 W-Leuchtstofflampe LP an 230 V-Wechselspannung zusammengestellt:
FD1, FD2
: 1,5 mH, BC
D3 - D6
: Gleichrichter-Brückenschaltung B250 C800
D1, D7
: 1N4005
C1
: 1 µF
C2
: 0,22 µF
C4
: 0,1 µF
C5
: 1,5 nF
C6
: 4,7 nF
DC
: Diac 1N413M
R1
: 10 kΩ
R2, R7
: 820 kΩ
R3, R4
: 22 Ω
R5, R6
: 1 Ω
R8
: Kaltleiter PTC-C1380
R9
: 270 kΩ
RKA
: 9 Windungen
RKB, RKC
: 3 Windungen
L1
: 2,4 mH, EF16
T1, T12
: BUD 620

Claims (4)

  1. Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer niederwattigen Niederdruckentladungslampe (LP) an einer Wechselspannungsquelle, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
    einen Netzgleichrichter (2) mit nachgeschaltetem Zwischenkreiskondensator (C2)
    eine an den Gleichstromausgang des Netzgleichrichters (2) angeschlossene Halbbrückenschaltung mit zwei alternierend schaltenden Transistoren (T1, T2) und einer Ansteuerschaltung, wobei ein Mittenabgriff (M1) zwischen denbeiden Transistoren (T1, T2) vorgesehen ist
    einen der Niederdruckentladungslampe (LP) zugeordneten Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Resonanzinduktivität (L1) und einer Resonanzkapazität (C6)
    Anschlußleitungen für die Niederdruckentladungslampe (LP), wobei eine Leitung die erste Elektrode (E1) der Lampe (LP) über die Resonanzinduktivität (L1) mit dem Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) und jeweils eine weitere Leitung die zweite Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- oder Minuspol des Netzgleichrichters (2) verbindet
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in die Anschlußleitung der zweiten Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- oder Minuspol des Netzgleichrichters (2) eine Diode (D1) in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltet ist und der Abgriff (M2) zwischen der Diode (D1) und der zweiten Elektrode (E2) über einen Kondensator (C1) mit dem anderen Pol des Netzgleichrichters (2) verbunden ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode (D1) ein Widerstand (R9) geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreiskondensator (C2) parallel zum Gleichstromausgang des Netzgleichrichters (2) geschaltet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreiskondensator (C2) parallel zur Diode (D1) geschaltet ist.
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