EP2265097A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe - Google Patents

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe Download PDF

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EP2265097A1
EP2265097A1 EP10162671A EP10162671A EP2265097A1 EP 2265097 A1 EP2265097 A1 EP 2265097A1 EP 10162671 A EP10162671 A EP 10162671A EP 10162671 A EP10162671 A EP 10162671A EP 2265097 A1 EP2265097 A1 EP 2265097A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure discharge
discharge lamp
low
circuit
voltage
Prior art date
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EP10162671A
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English (en)
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Harald Schmitt
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of patent claim 1 for operating a low-pressure discharge lamp and to a method for operating a low-pressure discharge lamp in such a circuit arrangement, that is to say according to the preamble of patent claim 9.
  • a circuit arrangement according to the preamble of claim 1 is known from DE 38 40 845 A1 as well as the DE 40 05 850 A1 known.
  • a (DC) voltage source with two terminals, one of which is typically a ground terminal.
  • the low-pressure discharge lamp is operated with alternating voltage.
  • switches are provided, which are controlled by suitable means for controlling the switches so that at least one electrode of the low-pressure discharge lamp is alternately coupled to one terminal and the other terminal.
  • a series resonant circuit is provided. This comprises an inductive element which is connected in series with the low-pressure discharge lamp, that is coupled with a connection to the electrode of the low-pressure discharge lamp is.
  • the series resonant circuit further comprises a capacitive element, or even a plurality of such capacitive elements, wherein the at least one capacitive element is connected in series with the inductive element, parallel to the low-pressure discharge lamp.
  • the DE 38 40 845 A1 describes how a gentle ignition of the lamp is made possible:
  • a circuit point of the series resonant circuit is connected to a PTC thermistor, and the PTC thermistor is coupled via a diode to the first terminal of the voltage source.
  • the PTC thermistor is simultaneously coupled via a second diode to the second terminal of the voltage source.
  • basically one of the two diodes, preferably the diode, which is coupled to the ground terminal is sufficient. By the diodes, the voltage applied to the low-pressure discharge lamp is clamped, so there are only voltages on the low-pressure discharge lamp, which is smaller than the voltage applied to the voltage source.
  • the series resonant circuit is excited, even if it is not yet in resonance. As a result, the electrodes of the low-pressure discharge lamp are preheated. At the same time, the PTC thermistor is heated. As soon as the PTC thermistor becomes high-impedance, a higher voltage can be dropped across the low-pressure discharge lamp than it is at the voltage source. The series resonant circuit oscillates in the resonance, and on the low-pressure discharge lamp drops a sufficiently high voltage for ignition, an ignition voltage from. After ignition, it falls over the low-pressure discharge lamp falling voltage again below that which is applied to the voltage source. The PTC thermistor then cools down, but no current flows through it in normal operation.
  • the object of the present invention is to provide a circuit arrangement for operating a low-pressure discharge lamp, in which risks can be avoided by excessive lamp voltages during operation of a low-pressure discharge lamp without great effort.
  • a resistance element is thus connected in series with the associated diode in the circuit between a terminal of the voltage source and the PTC thermistor.
  • An evaluation device picks up the voltage drop across the resistance element and is coupled to the means for controlling in order to deactivate it.
  • the invention is based on the finding that, when the voltage is too high across the low-pressure discharge lamp, currents flow via the PTC thermistor when using the circuit arrangement with the PTC thermistor and the at least one diode. A detection of an overvoltage on the low-pressure discharge lamp then does not have to be done on the low-pressure discharge lamp itself, but can align itself with the current flowing through the PTC thermistor.
  • the circuit arrangement may comprise a full bridge, but is particularly simple if it comprises only one half-bridge, namely two switches connected in series between the terminals of the voltage source, wherein a center tap between the switches with the inductive element of the series resonant circuit and thus the an electrode of the low-pressure discharge lamp is coupled.
  • a center tap between the switches with the inductive element of the series resonant circuit and thus the an electrode of the low-pressure discharge lamp is coupled.
  • the node may be located between the inductive element and the at least one capacitive element, so is thus almost at the potential of one electrode of the low-pressure discharge lamp, or the circuit point is a tap in the one Element of the series resonant circuit, so either in the inductive element as a tap dividing the same in two parts, or as a tap between two parallel in series with the low-pressure discharge lamp switched capacitive elements. In the latter two alternatives, a higher voltage is allowed, which drops when preheating the low-pressure discharge lamp.
  • the evaluation device can be made particularly simple if the resistance element is connected between a ground terminal of the voltage source and the PTC thermistor, because then the voltage across the resistance to ground can be measured.
  • the anomaly in the lamp burning voltage is symmetrical, that is to say to the same extent in the two polarity states.
  • asymmetric anomalies can occur, ie the case that in one polarity state, the lamp burning voltage is excessive, not in the other. If a voltage drops only at the resistance element, if in the other poling state, the lamp burning voltage is excessive, then the anomaly per se could not be detected.
  • each resistance element is then to be followed by an evaluation device.
  • the evaluation devices can operate independently of each other, namely, in each case an evaluation device on detection of an anomaly in a polarity state, a deactivation of the means for controlling, with which it is coupled causes. In further refinements even a comparison between the two evaluation devices. So could the two evaluation facilities for example, be an inferior and-gate; then the means for controlling would be deactivated only if there is an anomaly in both polarity states of the lamp burn voltage.
  • circuit branch from the PTC thermistor with the diode specifically for the purpose of detecting an overvoltage on the low-pressure discharge lamp.
  • this circuit branch fulfills the same purpose as in the prior art according to the DE 38 40 845 A1 and the DE 40 05 850 A1 , so a comfortable preheating possible.
  • the evaluation unit must not cause deactivation during preheating.
  • a timer eg, a gradually charging capacitor
  • deactivation is effected by the evaluating means only when a voltage above a threshold value drops across the resistor for a predetermined period of time wherein the predetermined period of time is just chosen to be longer than a preheat time prior to ignition of the low pressure discharge lamp.
  • the time duration can be chosen such that their difference to the preheating time is the maximum time duration over which an ignition voltage of the low-pressure discharge lamp should be applied. If the evaluation device is designed in such a way that it can detect the currents flowing through the PTC thermistor at the ignition voltage, then the system is switched off even after this so-called ignition burst duration, so that it is not damaged by too long contact of the ignition voltage comes.
  • the inventive method for operating a low-pressure discharge lamp is based on a circuit arrangement according to the preamble of claim 1, ie according to the prior art, and is characterized in that is detected after ignition of the low-pressure discharge lamp when current flows through the PTC thermistor. If, for a predetermined period of time, the current intensity is greater than a predetermined threshold, then the low pressure discharge lamp is turned off. It is therefore sufficient to examine the branch with the PTC thermistor, in the region of the low-pressure discharge lamp otherwise no decoupling elements must be provided, via which the high voltage drop there is coupled out.
  • the predetermined period of time is preferably greater than a preheating time prior to the ignition of the low-pressure discharge lamp, so that the branch with the PTC thermistor and the diode in the circuit arrangement continues to serve its purpose known in the art.
  • the circuit arrangement according to the invention Fig. 1 comprises a DC voltage source, symbolized here by the smoothing capacitor C1 connected to the two terminals.
  • a half-bridge is provided, that is to say a series connection of switches S1 and S2 parallel to the capacitor C1.
  • a tap between the two switches S1 and S2 is coupled to an electrode of the lamp LP.
  • the other electrode of the lamp LP is coupled via a capacitor C2 to ground.
  • the switches S1 and S2 are now alternately switched off and on. When switching on the switch S1, a current flows to the lamp LP in a first direction, when turning off the switch S1 and turning on the switch S2, a current in the opposite direction.
  • a resonant circuit is provided, namely the tap between the switches S1 and S2 is coupled to a terminal of an inductive element L1 whose other terminal is coupled to the electrode of the lamp LP.
  • the inductive element L1 and the capacitor C3 together form a series resonant circuit: With a suitable choice of the elements suitable for the clock, with which the switches S1 and S2 are driven, the resonant circuit resonates, and falls on the lamp LP a particularly high voltage, which is sufficient for ignition.
  • the lamp LP must first be preheated before it is ignited, so that it has a long life and works optimally in operation. It is therefore essential that the ignition voltage is not reached too fast.
  • the electrode-side terminal of the inductive element L1 via a PTC thermistor PTC with two terminals of the DC voltage source, shown the capacitor C1, coupled via diodes D1 and D2.
  • the diodes D1 and D2 are connected so that they clamp the lamp voltage:
  • a current flows through the diode D1 and via the diode D2.
  • the PTC thermistor PTO As long as the PTC thermistor PTO is low, the voltage across the lamp remains limited, there is initially no ignition. In this phase, the filaments of the lamp LP, so the electrodes are preheated. During preheating, PTC thermistor is also heated at the same time. As soon as it becomes high-impedance, the PTC thermistor PTC and D1 and D2 diodes have no significant effect on the voltage across the lamp, and the series resonant circuit with the L1 and C3 elements can resonate until the ignition voltage at the LP lamp drops and it comes to the ignition.
  • the present invention addresses the problem that too high voltages can occur during operation of the lamp, namely after ignition. Now it is exploited that the PTC thermistor cools down again after a while of operation of the lamp and becomes low impedance. If the lamp burning voltage LP is too high, thus a current flows through the diodes D1 and D2. This can be detected:
  • the previously described circuit arrangement of the type known per se is supplemented by a resistance element R1, in this case in series with the diode D2, ie the ground connection.
  • An evaluation device A detects the voltage drop across the resistance element R1. If this voltage is too high for a predetermined period of time, the evaluation device A causes a potential V in the circuit Sch to change, so that the switch S2 is no longer actuated.
  • the lamp LP is thus turned off.
  • the evaluation device can also influence a further circuit for switch S1.
  • the evaluation device comprises a timer, for example, a capacitor to be charged gradually and large capacity. A voltage drop across the capacitor determines a potential at the control input or gate of a transistor and thus the potential V, which ensures the functioning of the circuit Sch, by means of which the switch S2 is opened. When the voltage across the capacitor reaches a target value, the switch S2 remains permanently open so that the lamp LP is switched off.
  • the capacitor in the evaluation device A, by which the switch S2 is opened, should now be selected so that the time until the lamp LP is switched off is greater than the desired preheating time. Then it does not come to shutdown during preheating.
  • the timer in the evaluation device A be chosen so that after 2.5 seconds, a shutdown occurs. Upon start-up of the lamp LP, it would thus come to shutdown only if the ignition voltage after a preheating time of 2 seconds for a period of 0.5 seconds has arrived. Then a shutdown is also appropriate if the lamp LP has not yet ignited. A period of 2.5 seconds is also acceptable if surges on the LP lamp are to be avoided during later operation, because 2.5 seconds are not enough to cause excessive overheating.
  • the illustrated three embodiments have in common that a resistance element R1 is provided to which an evaluation device A is assigned.
  • the resistance element R1 is connected in series with the diode D2. It is possible to use the circuits according to the FIGS. 1 to 3 to the effect that even in the branch between the PTC thermistor PTC and a voltage terminal, which comprises the diode D1, a resistance element is provided, and that this resistance element is associated with an evaluation, which picks up the falling voltage across this resistor element and is equally suitable to change the voltage V of a circuit Sch to a switch S1 or S2, thereby causing a turn-off of the respective switch and its shut-down.
  • a resistance element is provided to which an evaluation device A is assigned.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Bei einer aus der DE 38 49 845 A1 oder der DE 40 05 850 A1 bekannten Schaltungsanordnung wird ein Schaltungszweig mit einem Kaltleiter (PCT) und einer Diode (D1, D2) verwendet, um eine an der Niederdruckentladungslampe (LP) anliegende Spannung zu klemmen, sodass ein Vorheizen ermöglicht ist. Durch das Vorheizen erwärmt sich der Kaltleiter, bis er hochohmig wird, sodass dann eine Zündspannung entstehen kann. Vorliegend wird in den Zweig mit einer Diode (D2) ein Widerstandselement (R1) geschaltet und die an diesem abfallende Spannung durch eine Auswerteeinrichtung (A) erfasst. Überschreitet diese eine vorbestimmte Zeitdauer einen vorbestimmten Schwellwert, wird die Niederdruckentladungslampe (LP) ausgeschaltet. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei Überspannungen bei der Niederdruckentladungslampe auch nach dem Zünden ein Strom über den Kaltleiter (PTC) und die Diode (D2) fließt. Somit wird die Niederdruckentladungsalmpe bei Überspannung ausgeschaltet.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe in einer solchen Schaltungsanordnung, also gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
    • Stand der Technik
  • Eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der DE 38 40 845 A1 wie auch der DE 40 05 850 A1 bekannt.
  • In dieser Schaltungsanordnung gibt es eine (Gleich-) Spannungsquelle mit zwei Anschlüssen, von denen typischerweise einer ein Masseanschluss ist. Die Niederdruckentladungslampe wird mit Wechselspannung betrieben. Zur Erzeugung einer Wechselspannung sind Schalter vorgesehen, die mit geeigneten Mitteln zum Steuern der Schalter so angesteuert werden, dass zumindest eine Elektrode der Niederdruckentladungslampe wechselnd mit dem einen Anschluss und dem anderen Anschluss gekoppelt wird. Um einen Betrieb einschließlich des anfänglichen Zündens in der Niederdruckentladungslampe zu ermöglichen, ist ein Serienresonanzkreis vorgesehen. Dieser umfasst ein induktives Element, das in Reihe mit der Niederdruckentladungslampe geschaltet ist, also mit einem Anschluss mit der Elektrode der Niederdruckentladungslampe gekoppelt ist. Der Serienresonanzkreis umfasst ferner ein kapazitives Element, oder auch eine Mehrzahl von solchen kapazitiven Elementen, wobei das zumindest eine kapazitive Element in Reihe mit dem induktiven Element geschaltet ist, und zwar parallel zur Niederdruckentladungslampe.
  • Die DE 38 40 845 A1 beschreibt, wie eine schonende Zündung der Lampe ermöglicht wird: Ein Schaltungspunkt des Serienresonanzkreises wird mit einem Kaltleiter verbunden, und der Kaltleiter wird über eine Diode mit dem ersten Anschluss der Spannungsquelle gekoppelt. Im Beispiel aus der DE 38 40 845 A1 wird der Kaltleiter gleichzeitig über eine zweite Diode mit dem zweiten Anschluss der Spannungsquelle gekoppelt. Für die Zwecke der Schaltung genügt grundsätzlich eine der beiden Dioden, bevorzugt die Diode, die mit dem Masseanschluss gekoppelt ist. Durch die Dioden wird die an der Niederdruckentladungslampe anliegende Spannung geklemmt, es liegen also nur Spannungen an der Niederdruckentladungslampe an, die kleiner als die an der Spannungsquelle anliegende Spannung ist. Diese Spannungen genügen nicht zur Zündung. Durch die Mittel zum Steuern der Schalter wird der Serienresonanzkreis angeregt, wenn er auch noch nicht in Resonanz ist. Dadurch werden die Elektroden der Niederdruckentladungslampe vorgeheizt. Gleichzeitig wird der Kaltleiter geheizt. Sobald der Kaltleiter hochohmig wird, kann über die Niederdruckentladungslampe eine höhere Spannung abfallen, als sie an der Spannungsquelle anliegt. Der Serienresonanzkreis schwingt in die Resonanz, und an der Niederdruckentladungslampe fällt eine zur Zündung ausreichend hohe Spannung, eine Zündspannung, ab. Nach der Zündung fällt die über die Niederdruckentladungslampe abfallende Spannung wieder unter diejenige ab, die an der Spannungsquelle anliegt. Der Kaltleiter kühlt sich dann wieder ab, über ihn fließt aber im gewöhnlichen Betrieb kein Strom mehr.
  • Beim Betrieb einer Niederdruckentladungslampe können Anomalien auftreten. Die Niederdruckentladungslampen zeigen bei manchen Anomalien eine zu hohe Lampenspannung. Diese führen zu einer hohen Lampenleistung, und die erhöhte Lampenleistung führt wiederum zu einer Überhitzung des Vorschaltgerätes der Niederdruckentladungslampe, gegebenenfalls auch zu einer lokalen Überhitzung der Niederdruckentladungslampe selbst. Die Überhitzung schafft eine gefährliche Situation.
  • Eine überhöhte Lampenspannung tritt insbesondere am Lebensdauerende der Lampe auf, gegebenenfalls auch bei Verunreinigung der Lampe. Auch bei Fehlbestückung durch eine Lampe zu großer Leistung kann eine gefährliche Situation eintreten.
  • Um Gefahren zu vermeiden, ist man dazu übergegangen, die Lampenspannung zu erfassen. Hierzu kann eine Zusatzwicklung auf der Lampendrossel bereitgestellt sein, der ein Auswertenetzwerk nachgeschaltet ist. Genauso kann auch eine kapazitive Auskopplung aus dem Serienresonanzkreis erfolgen und ein Auswertenetzwerk nachgeschaltet sein.
  • Für die Detektion der Lampenspannung wird ein hoher Aufwand getrieben.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe bereitzustellen, bei der ohne hohen Aufwand Gefahren durch zu hohe Lampenspannungen beim Betrieb einer Niederdruckentladungslampe vermieden werden können.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 verwendet wird, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Aufgabe, Überspannungen in einer Niederdruckentladungslampe zu vermeiden, wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist somit in der Schaltung zwischen einem Anschluss der Spannungsquelle und dem Kaltleiter ein Widerstandselement in Reihe zu der zugehörigen Diode geschaltet. Eine Auswerteeinrichtung greift die an dem Widerstandselement abfallende Spannung ab und ist mit den Mitteln zum Steuern gekoppelt, um diese zu deaktivieren.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer zu hohen Spannung über der Niederdruckentladungslampe bei Verwendung der Schaltungsanordnung mit dem Kaltleiter und der zumindest einen Diode Ströme über den Kaltleiter fließen. Eine Detektion einer Überspannung an der Niederdruckentladungslampe muss dann nicht an der Niederdruckentladungslampe selbst erfolgen, sondern kann sich an dem über den Kaltleiter fließenden Strom ausrichten.
  • Die Schaltungsanordnung kann eine Vollbrücke umfassen, ist aber besonders einfach ausgestaltet, wenn sie lediglich eine Halbbrücke umfasst, nämlich zwei Schalter, die zwischen den Anschlüssen der Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind, wobei ein Mittelabgriff zwischen den Schaltern mit dem induktiven Element des Serienresonanzkreises und damit der einen Elektrode der Niederdruckentladungslampe gekoppelt ist. Üblicherweise sieht man bei Verwendung von nur zwei Schaltern in einer Halbbrücke zumindest ein kapazitives Element vor, z. B. zwischen der nicht mit dem induktiven Element gekoppelten Elektrode der Niederdruckentladungslampe und einem Anschluss der Spannungsquelle, typischerweise dem Masseanschluss.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wo der Schaltungspunkt liegen kann. Hierbei kann an die im Stand der Technik genannten Möglichkeiten angeknüpft werden: Entweder liegt der Schaltungspunkt zwischen dem induktiven Element und dem zumindest einen kapazitiven Element, liegt also somit quasi auf dem Potenzial der einen Elektrode der Niederdruckentladungslampe, oder der Schaltungspunkt ist ein Abgriff in dem einen Element des Serienresonanzkreises, also entweder in dem induktiven Element als Abgriff, der selbiges in zwei Teile teilt, oder als Abgriff zwischen zwei in Reihe parallel zur Niederdruckentladungslampe geschalteten kapazitiven Elementen. Bei den letzteren beiden Alternativen ist eine höhere Spannung ermöglicht, die beim Vorheizen über der Niederdruckentladungslampe abfällt.
  • Die Auswerteeinrichtung kann besonders einfach gestaltet werden, wenn das Widerstandselement zwischen einem Masseanschluss der Spannungsquelle und dem Kaltleiter geschaltet ist, denn dann kann die Spannung über den Widerstand gegen Masse gemessen werden.
  • Da die Lampenbrennspannung ständig umgepolt wird und das Widerstandselement in der Verbindung mit einer Diode geschaltet ist, fällt an dem Widerstandselement nur in einem Polungszustand eine Spannung ab, im anderen nicht. Dies ist aber ausreichend, wenn die Anomalie in der Lampenbrennspannung symmetrisch ist, also im gleichen Ausmaß in den beiden Polungszuständen auftritt. Grundsätzlich können asymmetrische Anomalien auftreten, also der Fall, dass in einem Polungszustand die Lampenbrennspannung überhöht ist, im anderen nicht. Wenn am Widerstandselement nur dann eine Spannung abfällt, wenn im anderen Polungszustand die Lampenbrennspannung überhöht ist, könnte dann die Anomalie an sich nicht erkannt werden. Dem kann man dadurch abhelfen, dass man zwei Widerstandselemente zur Verfügung stellt, jeweils eines in einer Verbindung zwischen dem Kaltleiter und einem der beiden Anschlüsse der Spannungsquelle, welche eine Diode enthält. Jedem Widerstandselement ist dann eine Auswerteeinrichtung nachzuordnen. Die Auswerteeinrichtungen können unabhängig voneinander arbeiten, wobei nämlich jeweils eine Auswerteeinrichtung bei Erfassung einer Anomalie in einem Polungszustand ein Deaktivieren der Mittel zum Steuern, mit denen sie gekoppelt ist, bewirkt. Bei weiteren Verfeinerungen erfolgt sogar ein Abgleich zwischen den beiden Auswerteeinrichtungen. So könnte den beiden Auswerteeinrichtungen zum Beispiel ein Und-Gatter nachgeordnet sein; dann würden die Mittel zum Steuern nur dann deaktiviert, wenn bei beiden Polungszuständen der Lampenbrennspannung eine Anomalie gegeben ist.
  • Grundsätzlich ist es möglich, den Schaltungszweig aus dem Kaltleiter mit der Diode eigens zum Zwecke der Erfassung einer Überspannung an der Niederdruckentladungslampe bereitzustellen. Es ist aber vorteilhaft, wenn dieser Schaltungszweig denselben Zweck erfüllt wie im Stand der Technik gemäß der DE 38 40 845 A1 und der DE 40 05 850 A1 , also ein komfortables Vorheizen ermöglicht. In diesem Falle darf die Auswerteeinheit kein Deaktivieren während des Vorheizens bewirken. Zu diesem Zweck kann man in ihr ein Zeitglied vorsehen (z. B. einen sich nach und nach aufladenden Kondensator), und ein Deaktivieren wird durch die Auswerteeinrichtung erst dann bewirkt, wenn an dem Widerstand für eine vorbestimmte Zeitdauer eine Spannung oberhalb eines Schwellwertes abfällt und, wobei die vorbestimmte Zeitdauer eben so gewählt ist, dass sie länger als eine Vorheizzeit vor einem Zünden der Niederdruckentladungslampe ist.
  • Die Zeitdauer lässt sich so wählen, dass ihre Differenz zur Vorheizzeit die maximale Zeitdauer ist, über die eine Zündspannung der Niederdruckentladungslampe anliegen soll. Wenn die Auswerteeinrichtung entsprechend ausgelegt ist, dass sie die bei der Zündspannung fließenden über den Kaltleiter des Widerstandselements fließenden Ströme erfassen kann, dann wird auch nach dieser sogenannten Zünd-Burst-Dauer das System ausgeschaltet, sodass es nicht durch zu langes Anliegen der Zündspannung zu Schäden kommt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe geht von einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, also gemäß dem Stand der Technik, aus, und ist dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Zünden der Niederdruckentladungslampe erfasst wird, wenn Strom über den Kaltleiter fließt. Falls für eine vorbestimmte Zeitdauer die Stromstärke des Stroms größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, wird dann die Niederdruckentladungslampe ausgeschaltet. Es genügt somit, den Zweig mit dem Kaltleiter zu untersuchen, im Bereich der Niederdruckentladungslampe müssen ansonsten keine Auskoppelelemente bereitgestellt werden, über die die hohe dort abfallende Spannung ausgekoppelt wird. Die vorbestimmte Zeitdauer ist wie oben erwähnt bevorzugt größer als eine Vorheizzeit vor dem Zünden der Niederdruckentladungslampe, damit der Zweig mit dem Kaltleiter und der Diode in der Schaltungsanordnung weiter seinem aus dem Stand der Technik bekannten Zweck dient.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig. 1
    die wesentlichen Elemente einer Schaltungsanord- nung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin- dung,
    Fig. 2
    die wesentlichen Elemente einer Schaltungsanord- nung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er- findung und
    Fig. 3
    die wesentlichen Elemente einer Schaltungsanord- nung gemäß einer dritten Ausführungsform der Er- findung.
    Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aus Fig. 1 umfasst eine Gleichspannungsquelle, hier symbolisiert durch den mit den beiden Anschlüssen verbundenen Glättungskondensator C1. Um eine Niederdruckentladungslampe LP mit Wechselstrom zu betreiben, ist eine Halbbrücke vorgesehen, also eine Reihenschaltung aus Schaltern S1 und S2 parallel zum Kondensator C1. Ein Abgriff zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 ist mit einer Elektrode der Lampe LP gekoppelt. Die andere Elektrode der Lampe LP ist über einen Kondensator C2 mit Masse gekoppelt. Die Schalter S1 und S2 werden nun abwechselnd aus- und eingeschaltet. Beim Einschalten des Schalters S1 fließt ein Strom zur Lampe LP in eine erste Richtung, beim Ausschalten des Schalters S1 und Einschalten des Schalters S2 ein Strom in Gegenrichtung.
  • Damit die Lampe LP betrieben werden kann, inklusive der anfänglichen Zündung, ist ein Resonanzkreis bereitgestellt, und zwar ist der Abgriff zwischen den Schaltern S1 und S2 mit einem Anschluss eines induktiven Elements L1 gekoppelt, dessen anderer Anschluss mit der Elektrode der Lampe LP gekoppelt ist. Parallel zur Lampe ist ein Kondensator C3 geschaltet. Das induktive Element L1 und der Kondensator C3 bilden gemeinsam einen Serienresonanzkreis: Bei geeigneter Wahl der Elemente passend zum Takt, mit dem die Schalter S1 und S2 angesteuert werden, gerät der Schwingkreis in Resonanz, und an der Lampe LP fällt eine besonders hohe Spannung ab, die zur Zündung genügt. Bei der Ansteuerung der Schalter S1 und S2 sollen vorliegend einfache Schaltungen verwendet sein, beispielhaft gezeigt ist für den Schalter S2 eine Schaltung Sch in Symboldarstellung. Ein Ansteuern der Schalter S1 und S2 durch einen Mikrokontroller ist nicht erforderlich.
  • Die Lampe LP muss zunächst vorgeheizt werden, bevor sie gezündet wird, damit sie eine lange Lebensdauer hat und im Betrieb optimal funktioniert. Es ist daher wesentlich, dass die Zündspannung nicht zu schnell erreicht wird. Zu diesem Zweck ist der elektrodenseitige Anschluss des induktiven Elements L1 über einen Kaltleiter PTC mit beiden Anschlüssen der Gleichspannungsquelle, gezeigt also des Kondensators C1, über Dioden D1 und D2 gekoppelt. Die Dioden D1 und D2 sind so geschaltet, dass sie die Lampenspannung klemmen: Sobald an der in der Fig. 1 oberen Elektrodenlampe LP ein Potenzial anliegt, das das Potenzial eines Anschlusses der Gleichspannungsquelle überschreitet bzw. unterschreitet, fließt ein Strom über die Diode D1 bzw. über die Diode D2. Somit bleibt, solange der Kaltleiter PTC niederohmig ist, die Spannung über der Lampe begrenzt, es kommt zunächst zu keiner Zündung. In dieser Phase werden die Wendeln der Lampe LP, also die Elektroden, vorgeheizt. Beim Vorheizen wird gleichzeitig der Kaltleiter PTC geheizt. Sobald er hochohmig wird, hat der Zweig mit dem Kaltleiter PTC und den Dioden D1 und D2 keinen wesentlichen Einfluss mehr auf die Spannung über der Lampe, und der Serienresonanzkreis mit den Elementen L1 und C3 kann in Resonanz gehen, bis an der Lampe LP die Zündspannung abfällt und es zur Zündung kommt.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Problematik, dass im Betrieb der Lampe, nämlich nach der Zündung, zu hohe Spannungen auftreten können. Nun wird ausgenutzt, dass sich der Kaltleiter PTC nach einer Weile des Betriebs der Lampe wieder abkühlt und niederohmig wird. Ist die Lampenbrennspannung LP zu hoch, fließt somit ein Strom über die Dioden D1 und D2. Dies lässt sich erfassen: Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung der an sich bekannten Art wird ergänzt um ein Widerstandselement R1, vorliegend in Reihe zur Diode D2, also zum Masseanschluss hin. Eine Auswerteeinrichtung A erfasst die über dem Widerstandselement R1 abfallendende Spannung. Ist für eine vorbestimmte Zeitdauer diese Spannung zu hoch, bewirkt die Auswerteeinrichtung A, dass sich ein Potenzial V in der Schaltung Sch ändert, sodass der Schalter S2 nicht mehr betätigt wird. Die Lampe LP wird somit ausgeschaltet. Gegebenenfalls kann die Auswerteeinrichtung auch auf eine weitere Schaltung zum Schalter S1 Einfluss nehmen. Die Auswerteeinrichtung umfasst ein Zeitglied, zum Beispiel einen nach und nach aufzuladenden Kondensator großer Kapazität. Eine an dem Kondensator abfallende Spannung bestimmt ein Potenzial am Steuereingang bzw. Gate eines Transistors und somit das Potenzial V, das für ein Funktionieren der Schaltung Sch sorgt, durch die der Schalter S2 geöffnet wird. Erreicht die Spannung an dem Kondensator einen Zielwert, bleibt der Schalter S2 dauerhaft geöffnet, sodass die Lampe LP abgeschaltet wird. Der Kondensator in der Auswerteeinrichtung A, durch die der Schalter S2 geöffnet wird, soll nun so gewählt sein, dass die Zeitdauer bis zum Abschalten der Lampe LP größer ist als die gewünschte Vorheizzeit. Dann kommt es nämlich nicht während des Vorheizens zum Abschalten. Bei einer Vorheizzeit von 2 Sekunden kann beispielsweise das Zeitglied in der Auswerteeinrichtung A so gewählt sein, dass nach 2,5 Sekunden eine Abschaltung erfolgt. Bei Inbetriebnahme der Lampe LP würde es somit nur dann zur Abschaltung kommen, wenn die Zündspannung nach einer Vorheizzeit von 2 Sekunden für eine Zeitdauer von 0,5 Sekunden angelegen hat. Dann ist ein Abschalten auch angebracht, wenn die Lampe LP noch nicht gezündet hat. Eine Zeitdauer von 2,5 Sekunden ist auch akzeptabel, wenn Überspannungen an der Lampe LP im späteren Betrieb vermieden werden sollen, denn 2,5 Sekunden reichen noch nicht aus, dass es zu übermäßigen Überhitzungen kommt.
  • Die Figuren 2 und 3 zeigen Abwandlungen der Ausführungsform gemäß Fig. 1, die sich von der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 durch den Schaltungspunkt unterscheiden, der mit dem Kaltleiter PTC gekoppelt ist:
    • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein Abgriff im induktiven Element L1 vorgesehen, und dieser Abgriff ist dem Kaltleiter PTC gekoppelt.
    • Bei der Abwandlung gemäß Fig. 3 ist anstelle eines einzelnen Kondensators C3 parallel zur Lampe LP eine Reihenschaltung aus zwei Kondensatoren C3 und C4 vorgesehen, und der Schaltungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren C3 und C4 ist mit dem Kaltleiter PTC gekoppelt.
  • Diese an sich aus dem Stand der Technik bekannten Arten der Abwandlung werden vorliegend an der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwirklicht, die das Widerstandselement R1 und die Auswerteeinrichtung A aufweist, die vorliegend mit der Schaltung Sch gekoppelt ist.
  • Die dargestellten drei Ausführungsformen haben gemeinsam, dass ein Widerstandselement R1 vorgesehen ist, dem eine Auswerteeinrichtung A zugeordnet ist. Das Widerstandselement R1 ist in Reihe zur Diode D2 geschaltet. Es ist möglich, die Schaltungen gemäß den Figuren 1 bis 3 dahingehend zu erweitern, dass auch im Zweig zwischen dem Kaltleiter PTC und einem Spannungsanschluss, welcher die Diode D1 umfasst, ein Widerstandselement vorgesehen ist, und dass auch diesem Widerstandselement eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist, die die an diesem Widerstandselement abfallende Spannung abgreift und gleichermaßen geeignet ist, die Spannung V einer Schaltung Sch zu einem Schalter S1 oder S2 zu ändern und dadurch ein Abschalten des jeweiligen Schalters und sein Abgeschaltetbleiben zu bewirken. Durch diese Erweiterung würde auch bei solchen Anomalien mit Sicherheit ein Abschalten der Lampe LP bewirkt, bei denen die Lampenbrennspannung nur in einem Polungszustand anormal ist.

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe (LP), mit einer Spannungsquelle (C1) mit zwei Anschlüssen, mit Schaltern (S1, S2) und mit einem Serienresonanzkreis, der ein induktives Element (L1) umfasst, das mit einer Elektrode der Niederdruckentladungslampe (LP) gekoppelt ist, und der zumindest ein kapazitives Element (C3, C4) umfasst, das in Reihe mit dem induktiven Element (L1) und parallel zu der Niederdruckentladungslampe (LP) geschaltet ist, mit Mitteln (Sch) zum Steuern der Schalter (S1, S2) derart, dass der Serienresonanzkreis mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird, und mit einem Kaltleiter (PTC), der einerseits mit einem Schaltungspunkt des Serienresonanzkreises und andererseits über eine Diode (D1) mit dem ersten Anschluss der Spannungsquelle (C1) und/oder über eine Diode (D2) mit dem zweiten Anschluss der Spannungsquelle (C1) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltung zwischen einem Anschluss der Spannungsquelle (C1) und dem Kaltleiter (PTC) ein Widerstandselement (R1) in Reihe zu der Diode (D2) geschaltet ist, wobei eine Auswerteeinrichtung (A) die an dem Widerstandselement (R1) abfallende Spannung abgreift und mit den Mitteln (Sch) zum Steuern gekoppelt ist, um diese zu deaktivieren.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit zwei Schaltern (S1, S2), die zwischen den Anschlüssen der Spannungsquelle (C1) in Reihe geschaltet sind, wobei ein Mittelabgriff zwischen den Schaltern mit dem induktiven Element (L1) gekoppelt ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schaltungspunkt zwischen dem induktiven Element (L1) und dem zumindest einen kapazitiven Element (C3) liegt.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schaltungspunkt ein Abgriff im induktiven Element (L1) ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Serienresonanzkreis zwei in Reihe geschaltete kapazitive Elemente (C3, C4) parallel zur Niederdruckentladungslampe (LP) aufweist, und bei dem der Schaltungspunkt zwischen den beiden kapazitiven Elementen (C3, C4) liegt.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Widerstandselement (R1) im Pfad zwischen einem Masseanschluss der Spannungsquelle (C1) und dem Kaltleiter (PTC) geschaltet ist.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kaltleiter sowohl über einen Pfad mit einer Diode und einem Widerstandselement mit dem ersten Anschluss der Spannungsquelle gekoppelt ist, also auch über einen weiteren Pfad mit einer weiteren Diode und einem weiteren Widerstandselement mit dem zweiten Anschluss der Spannungsquelle gekoppelt ist, wobei beiden Widerstandselementen jeweils eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist, die die an dem jeweiligen Widerstandselement abfallende Spannung abgreift und mit den Mitteln zum Steuern gekoppelt ist, um diese zu deaktivieren.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Auswerteeinrichtung (A) ein Zeitglied umfasst, sodass ein Deaktivieren bewirkt wird, wenn an dem Widerstandselement (R1) für eine vorbestimmte Zeitdauer eine Spannung oberhalb eines Schwellwerts abfällt, wobei die vorbestimmte Zeitdauer länger als eine Vorheizzeit vor einem Zünden der Niederdruckentladungslampe ist.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe (LP) mit einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Zünden der Niederdruckentladungslampe (LP) erfasst wird, wenn Strom über den Kaltleiter (PTC) fließt, und bei dem, falls für eine vorbestimmte Zeitdauer die Stromstärke eines solchen Stroms größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, die Niederdruckentladungslampe (LP) ausgeschaltet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die vorbestimmte Zeitdauer größer als eine Vorheizzeit vor dem Zünden der Niederdruckentladungslampe ist.
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