DE10102837A1

DE10102837A1 - Betriebsgerät für Gasentladungslampen mit Abschaltung der Wendelheizung

Info

Publication number: DE10102837A1
Application number: DE10102837A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schemmel; Michael Weirich
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-07-25
Also published as: JP2002260887A; TW526681B; CN100386003C; CA2368725A1; AU1196102A; KR20020062571A; DE50100490D1; US6555970B2; US20020125807A1; AU777106B2; EP1225792B1; EP1225792A1; CN1367639A; ATE247373T1; KR100826323B1

Abstract

Elektronisches Betriebsgerät für Entladungslampen mit Elektrodenwendeln. Das Betriebsgerät enthält eine frequenzselektive Einrichtung, die einen Zusatzheizstrom in den Elektrodenwendeln während des Betriebs der Lampe unterdrückt. Eine Vorheizung der Elektrodenwendeln ist nur innerhalb eines engen Frequenzbandes möglich.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Betriebsgerät gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Ein elektronisches Betriebsgerät enthält in der Hauptsache einen Wechselspannungs generator, der eine Wechselspannung von einer Schwingfrequenz bereitstellt, die wesentlich höher ist als die Frequenz der Netzspannung. Durch geeignete Mittel muss das elektronische Betriebsgerät eine angeschlossene Entladungslampe starten und anschließend deren Betrieb bewerkstelligen. Der Start einer Entladungslampe mit Elektrodenwendeln kann unterteilt werden in die Vorheizung und in die Zün dung. Zur Vorheizung fließt ein Strom durch die Elektrodenwendeln, der diese auf eine Temperatur bringt, die eine darauffolgende Zündung erlaubt, die nur eine gerin ge Schädigung für die Elektrodenwendel mit sich bringt. Ist die Entladungslampe gezündet, beginnt der Betrieb der Entladungslampe. In diesem Zustand wird der Strom für die Gasentladung in der Lampe durch die Elektrodenwendelanschlüsse zugeführt. Ein Strom, der bei einem Elektrodenwendelanschluss zufließt teilt sich nun auf in einen Teil, der in die Gasentladung fließt und einen Teil, der am anderen Anschluss der gleichen Elektrodenwendel wieder herausfließt. Der Teil des Stroms, der nicht in die Gasentladung fließt bewirkt gegenüber der Gasentladung eine zusätz liche Heizung der Elektrodenwendel, weshalb dieser Strom mit Zusatzheizstrom be zeichnet wird. Bei Entladungslampen mit wenig robusten Elektrodenwendeln muss dieser Zusatzheizstrom gering sein, um eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Es ist also anzustreben, dass im Betrieb die Elektrodenwendeln im wesentlichen den Strom der Gasentladung führen. Der Zusatzheizstrom sollte im Vergleich zum Strom für die Gasentladung gering sein (maximal 20%).

Stand der Technik

In der Schrift EP 0748146 (Krummel) wird zur Vorheizung ein Heiztransformator vorgeschlagen. In dessen Primärwicklung speist der Wechselspannungsgenerator den Vorheizstrom ein. Jede Elektrodenwendel ist an eine Sekundärwicklung des Heiz transformators angeschlossen. Durch einen Schalter kann der Stromfluss in der Pri märwicklung des Heiztransformators unterbrochen werden. Damit kann erreicht werden, dass im Betrieb kein Zusatzheizstrom fließt und deshalb die Elektrodenwen deln im wesentlichen den Strom der Gasentladung führen. Diese Lösung benötigt jedoch einen Schalter und die dafür nötige Ansteuerung.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Betriebsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das keinen Schalter zum Abschal ten der Vorheizung benötigt und somit kostengünstiger als die o. g. Lösung ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Betriebsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den ab hängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß enthält das elektronische Betriebsgerät eine frequenzselektive Ein richtung, die eine Vorheizung der Elektrodenwendeln nur zulässt, falls sich die Schwingfrequenz des elektronischen Betriebsgeräts innerhalb eines engen Frequenz bandes befindet, das durch die frequenzselektive Einrichtung bestimmt wird. Bevor zugt wird die frequenzselektive Einrichtung durch einen Schwingkreis bestehend aus einer Induktivität L und einer Kapazität C gebildet. Die Schwingfrequenz des elekt ronischen Betriebsgeräts, bei der nun eine Vorheizung möglich ist, wird durch die Resonanzfrequenz fres dieses Schwingkreises vorgegeben, wobei gilt:

Exakt muss diese Frequenz natürlich nicht eingestellt werden. Vielmehr genügt es, dass sich die Schwingfrequenz des elektronischen Betriebsgeräts zur Vorheizung innerhalb eines engen Frequenzbandes um die Resonanzfrequenz fres befindet. In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein Frequenzband von +/-10% um die Resonanzfrequenz ausreichend ist.

Die Induktivität des Schwingkreises kann erfindungsgemäß durch die Primärindukti vität des Heiztransformators gebildet werden. D. h. die Induktivität, die die Primär wicklung des Heiztransformators darstellt, bildet zusammen mit einem in Serie ge schaltetem Serienresonanzkondensator oder mit einem parallel geschaltetem Parallel resonanzkondensator den Schwingkreis. Prinzipiell kann der Schwingkreis auch auf der Sekundärseite des Heiztransformators gebildet werden. Da jedoch dort das Impe danzniveau niedriger ist, ergeben sich hohe Resonanzströme, die eine hohe Bauteil belastung darstellen.

Um eine ausreichend große Primärinduktivität bilden zu können, kann ein Heiztrans formator mit einer losen Kopplung gewählt werden.

Da der Wechselspannungsgenerator des elektronischen Betriebsgeräts oft eine recht eckförmige Spannung abgibt, kann der Schwingkreis auch durch Oberschwingungen angeregt werden. Da während des Betriebs der Lampe erfindungsgemäß kein Zu satzheizstrom fließen soll, darf bei der Betriebsfrequenz das elektronische Betriebs gerät nicht mit einer Oberschwingung den Schwingkreis anregen. Mit Betriebsfre quenz sei die Schwingfrequenz gemeint, bei der das elektronische Betriebsgerät wäh rend des Betriebs der Lampe arbeitet. Da eine Rechteckschwingung nur ungeradzah lige Oberschwingungen aufweist, wird erfindungsgemäß der Schwingkreis so ausge legt, dass seine Resonanzfrequenz bei oder nahe der doppelten Betriebsfrequenz zu liegen kommt. Der erfinderische Gedanke wird dann noch realisiert, falls die Reso nanzfrequenz fres des Schwingkreises mit einer Toleranz von +/-20% bei der doppel ten Betriebsfrequenz liegt.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläu tert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektronisches Betriebgerät mit angeschlossener Lampe und erfin dungsgemäßem Parallelresonanzkondensator

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäßem Parallelre sonanzkondensator

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäßem Parallelre sonanzkondensator

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäßem Serienreso nanzkondensator

Im folgenden sind Kondensatoren durch den Buchstaben C, Induktivitäten durch L, Übertragerwicklungen durch T jeweils gefolgt von einer Zahl, bezeichnet.

In Fig. 1 ist ein elektronisches Betriebsgerät mit angeschlossener Entladungslampe LP dargestellt. Der Wechselspannungsgenerator G gibt an einem Ausgang A bezüg lich eines Massepotenzials M eine Wechselspannung ab. Die Frequenz dieser Wech selspannung ist wesentlich höher als die Netzfrequenz. Zwischen dem Ausgang A und dem Massepotenzial M liegt die Reihenschaltung aus einem Koppelkondensator C11, einer Lampendrossel L11 und einem Zündkondensator C12, wobei C12 mit einem Anschluss auf dem Massepotenzial M liegt. C11 dient zum Abtrennen eines evtl. vorhandenen Gleichanteils der vom Wechselspannungsgenerators G gelieferten Wechselspannung. L11 dient zur Anpassung der Entladungslampe LP an den Wech selspannungsgenerator G. C12 dient in erster Linie zur Erzeugung einer Zündspan nung für die Zündung der Entladungslampe LP. C12 kann auch zusammen mit L11 zur Anpassung der Entladungslampe LP an den Wechselspannungsgenerator G be nutzt werden. Die Entladungslampe LP ist mit je einem Elektrodenwendelanschluss parallel zu C12 geschaltet.

Zwischen dem Ausgang A und dem Massepotenzial M liegt die Reihenschaltung aus einem Trapezkondensator C13 und einem erfindungsgemäßem Schwingkreis. Der Schwingkreis besteht aus der Parallelschaltung eines Parallelresonanzkondensators C14 und der Primärwicklung T11 eines Heiztransformators. Der Trapezkondensator C13 dient zur Ankopplung des Schwingkreises an den Wechselstromgenerator G. Außerdem kann C13 zur Schalterentlastung von Schaltern, die im Wechselstromge nerator G enthalten sind, benutzt werden. Der Schwingkreis, bestehend aus C14 und T11, besitzt eine Resonanzfrequenz fres 1, die anhand der oben aufgeführten Formel berechnet werden kann. Für die in der Formel angegebene Induktivität L ist die an der Primärwicklung T11 des Heiztransformators wirksame Primärinduktivität einzu setzen. Erfindungsgemäß kann der Heiztransformator mit loser Kopplung ausgeführt werden, um für die Primärinduktivität genügend hohe Werte zu erzielen. Der Heiz transformator besitzt für jede Elektrodenwendel eine, mit diesen verbundene Sekun därwicklung T12 und T13. Die Resonanzfrequenz fres 1 ist erfindungsgemäß so aus gelegt, dass sie nahe der doppelten Betriebsfrequenz liegt. Damit ist bei der Betriebs frequenz die Impedanz des Schwingkreises im Vergleich zur Impedanz von C13 nie derohmig. An der Primärwicklung T11 liegt deshalb nur eine kleine Spannung an und es wird nur ein vernachlässigbar kleiner Zusatzheizstrom in die Elektrodenwen deln eingespeist. Zum Vorheizen gibt der Wechselspannungsgenerator G erfindungs gemäß eine Spannung ab, deren Frequenz nahe der Resonanzfrequenz fres 1 liegt. Damit fließt in der Primärwicklung T11 des Heiztransformators ein hoher Strom der zur Vorheizung in die Sekundärwicklungen T12 und T13 übertragen wird.

Bei den Fig. 2 und 3 entfällt gegenüber Fig. 1 der Trapezkondensator C13. Ge gebenenfalls kann auch in der Fig. 2 und 3 ein Trapezkondensator zwischen den Ausgang A und dem Massepotenzial M zur oben erwähnten Schalterentlastung ge schaltet werden. Da bei den Fig. 2 und 3 der Schwingkreis T21/C23 bzw. T31/C33 nicht mit einem Rechteckstrom aus dem Wechselspannungsgenerator G, sondern, bedingt durch die Lampendrossel L21 bzw. L31, lediglich mit einem nahe zu sinusförmigen Strom beaufschlagt wird, muss die Resonanzfrequenz fres 1 des Schwingkreises T21/C23 bzw. T31/C33 nicht nahe der doppelten Betriebsfrequenz liegen.

Ein weiterer Unterschied zwischen Fig. 1 und Fig. 2 besteht darin, dass der Schwingkreis, bestehend aus T21 und C23, in Fig. 2 in Serie zum Koppelkondensa tor C21 geschaltet ist. Des weiteren gelten die Ausführungen zu Fig. 1 entspre chend.

Der Unterschied zwischen Fig. 2 und Fig. 3 besteht darin, dass der Schwingkreis, bestehend aus T31 und C33, in Fig. 3 in Serie zum Zündkondensator C32 geschal tet ist. Auch in Fig. 3 gelten entsprechend die Ausführungen zu Fig. 1.

In Fig. 4 ist im Gegensatz zu den Fig. 1 bis 3 der erfindungsgemäße Schwing kreis nicht als Parallelschwingkreis, sondern als Serienschwingkreis ausgelegt. Er wird gebildet aus der Serienschaltung eines Serienresonanzkondensators C43 und der Primärwicklung des Heiztransformators T41. Bei der Betriebsfrequenz ist die Impe danz der Primärinduktivität an T41 gegenüber der Impedanz von C43 niederohmig. An der Pimärwicklung T41 liegt deshalb nur eine kleine Spannung an und es wird nur ein vernachlässigbar kleiner Zusatzheizstrom in die Elektrodenwendeln einge speist. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Fig. 1 entsprechend.

Spezielle Vorteile eines Ausführungsbeispiels gegenüber einem anderen können nicht angegeben werden.

Die Ausführungsbeispiele sind mit jeweils einer Lampe bestückt. Die Erfindung kann jedoch mit Hilfe von Techniken, die einem Fachmann geläufig und aus dem Stand der Technik bekannt sind, auch auf Anwendungen mit mehreren Lampen über tragen werden.

Claims

1. Elektronisches Betriebsgerät zur Vorheizung, Zündung und zum Be trieb von Entladungslampen (LP), bei dem die Elektrodenwendeln von angeschlossenen Entladungslampen (LP) im Betrieb im wesentlichen den Strom der Gasentladung führen, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Betriebsgerät eine frequenzselektive Einrichtung enthält, die eine Vorheizung von besag ten Elektrodenwendeln nur zulässt, falls sich die Schwingfrequenz des elektronischen Betriebsgeräts innerhalb eines engen Frequenzbandes befindet, das durch die frequenzselektive Einrichtung bestimmt wird.

2. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die frequenzselektive Einrichtung einen Heiztransformator (T11/T12/T13, T21/T22/T23, T31/T132/T33, T41/T42/T43) enthält.

3. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Heiztransformator (T11/T12/T13, T21/T22/T23, T31/T32/T33, T41/T42/T43) mit loser Kopplung ausgeführt ist.

4. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass seriell zur Primärwicklung (T41) des Heiztransformators ein Serienresonanzkondensator (C43) geschaltet ist.

5. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass der Serienresonanzkondensator (C43) zusammen mit der Primärinduktivität des Heiztransformators eine Resonanzfrequenz aufweist, die nahe dem doppelten Wert der Schwingfrequenz liegt, bei der das elektronisches Betriebsgerät während des Betriebs von ange schlossenen Entladungslampen (LP) schwingt.

6. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass parallel zur Primärwicklung des Heiztransformators (T11, T21, T31) ein Parallelresonanzkondensator (C14, C23, C33) geschal tet ist.

7. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der Parallelresonanzkondensator (C14, C23, C33) zusammen mit der Primärinduktivität des Heiztransformators eine Resonanzfre quenz aufweist, die nahe dem doppelten Wert der Schwingfrequenz liegt, bei der das elektronisches Betriebsgerät während des Betriebs von angeschlossenen Entladungslampen (LP) schwingt.

8. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Primärwicklung (T31) des Heiztransformators in Serie zu einem Zündkondensator (C32) geschaltet ist.

9. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Primärwicklung (T11) des Heiztransformators in Serie zu einem Trapezkondensator (C13) geschaltet ist.

10. Elektronisches Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Primärwicklung (T21) des Heiztransformators in Serie zu einem Koppelkondensator (C21) geschaltet ist.

11. Verfahren zum Vorheizen, Zünden und Betreiben von Entladungs lampen (LP) mit einem elektronischen Betriebgerät, dadurch gekennzeichnet, dass
zum Vorheizen das elektronisches Betriebsgerät bei einer Schwing frequenz arbeitet, die innerhalb eines Frequenzbandes liegt, in dem ei ne frequenzselektive Einrichtung des elektronischen Betriebsgeräts ei ne Vorheizung zulässt,
zum Zünden das elektronisches Betriebsgerät bei einer Schwingfre quenz arbeitet, bei der an den Entladungslampen eine Spannung er zeugt wird, die zu einer Zündung der Entladungslampen führt,
zum Betrieb der Entladungslampen das elektronisches Betriebsgerät bei einer Schwingfrequenz arbeitet, die innerhalb eines Frequenzbandes liegt, in dem die frequenzselektive Einrichtung des elektronischen Betriebsgeräts einen Zusatzheizstrom unterdrückt.