DE19941437A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Entladungslampe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Entladungslampe, die einen Halbbrückenwechselrichter (T1, T2, A) mit nachgeschaltetem Lastkreis (LD, CR) und einen Halbbrückenkondensator (CK) sowie eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer durch das Auftreten eines Gleichrichteffektes in der mindestens einen Entladungslampe (LP) aufweist. Die Überwachungsvorrichtung weist erfindungsgemäß ein erstes (R1, C1) und ein zweites RC-Glied (R2, C2), die durch einen Schwellwertschalter (DC) miteinander verbunden sind, und Mittel zur Detektion des Schaltzustandes des Schwellwertschalters (DC) auf. Das erste RC-Glied (R1, C1) ist an den Mittenabgriff des Halbbrückenwechselrichters und das zweite RC-Glied (R2, C2) ist an den Halbbrückenkondensator (CK) angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Ent­ ladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

I. Stand der Technik

Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der deutschen Offenle­ gungsschrift DE 196 19 580 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Sicherheitsab­ schalteinrichtung für einen Halbbrückenwechselrichter, die das Auftreten eines Gleichrichteffektes in der Entladungslampe detektiert und den Halbbrückenwechsel­ richter in diesem Fall abschaltet. Die Sicherheitsabschalteinrichtung ist derart ausge­ führt, daß sie auf eine durch eine Gleichstromkomponente des Lampenstrom verur­ sachte Gleichspannung am Halbbrückenkondensator anspricht. Das Auftreten eines ausgeprägten Gleichrichteffektes in der Entladungslampe markiert nämlich das Le­ bensdauerende der Entladungslampe und verursacht an dem Halbbrückenkondensa­ tor einen vom Sollwert - das heißt, von der halben Zwischenkreisspannung - abwei­ chenden Spannungsabfall. Diese vergleichsweise aufwendige Sicherheitsabschaltein­ richtung umfaßt einen Schwellwertschalter und eine bistabile Kippschaltung, mittels der einem Halbbrückenwechselrichtertransistor das Ansteuerungssignal entzogen werden kann.

II. Darstellung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, für eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung eine verbesserte Vorrichtung zur Detektion eines in der mindestens einen Entla­ dungslampe auftretenden Gleichrichteffektes bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zur Überwachung des Spannungsabfalls am Halbbrückenkondensator weist die er­ findungsgemäße Schaltungsanordnung ein erstes und ein zweites RC-Glied, die durch einen Schwellwertschalter miteinander verbunden sind, und Mittel zur Detek­ tion des Schaltzustandes des Schwellwertschalters auf. Das erste RC-Glied ist an den Mittenabgriff des Halbbrückenwechselrichters und das zweite RC-Glied ist an den Halbbrückenkondensator angeschlossen. Dadurch bildet sich am Kondensator des ersten RC-Gliedes eine Gleichspannung aus, die der halben Zwischenkreisspannung, das heißt, der Hälfte der Versorgungsspannung des Halbbrückenwechselrichters ent­ spricht, während sich am Kondensator des zweiten RC-Gliedes eine Gleichspannung ausbildet, die dem Spannungsabfall am Halbbrückenkondensator entspricht. Die hochfrequenten Spannungsanteile werden von dem zweiten RC-Glied aus der Halb­ brückenkondensatorspannung heraus gefiltert. Bei fehlerfreiem Lampenbetrieb sind die vorgenannten Gleichspannungen annähernd gleich groß, so daß zwischen den beiden RC-Gliedern keine nennenswerte Potentialdifferenz besteht. Tritt ein Gleich­ richteffekt an der mindestens einen Entladungslampe auf, so verändert sich der Spannungsabfall an dem Halbbrückenkondensator und entsprechend auch die Gleichspannung an dem Kondensator des zweiten RC-Gliedes. Erreicht die Poten­ tialdifferenz zwischen den Kondensatoren der beiden RC-Glieder die Schwellen­ spannung des Schwellwertschalters, so wird dieser in den leitfähigen Zustand ge­ schaltet und es fließt ein Strom zwischen den beiden vorgenannten Kondensatoren, um ihren unterschiedlichen Ladezustand auszugleichen. Der Schaltzustand des Schwellwertschalters bzw. der Stromfluß zwischen den Kondensatoren der beiden RC-Glieder wird von der Ansteuerungsvorrichtung des Halbbrückenwechselrichters durch geeignete Mittel detektiert, um den Halbbrückenwechselrichter im Störungsfall abschalten zu können.

Vorteilhafterweise besitzt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen parallel zu dem Schwellwertschalter angeordneten ohmschen Widerstand, der mit den Wi­ derständen des ersten und zweiten RC-Gliedes einen Spannungsteiler bildet. Mit Hil­ fe dieses zusätzlichen Widerstandes kann durch geeignete Dimensionierung der vor­ genannten Widerstände die Schaltschwelle der erfindungsgemäßen Überwachungs­ schaltung auf jeden beliebigen Spannungswert oberhalb der Schwellenspannung des Schwellwertschalters eingestellt werden. Außerdem weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhafterweise einen parallel zu dem Schwellwertschalter angeordneten Kondensator auf, der den Schwellwertschalter nach dem Einschalten ausreichend lang in dem leitfähigen Zustand hält, um einen Ausgleich der Ladungen der Kondensatoren des ersten und zweiten RC-Gliedes zu gewährleisten. Als Schwellwertschalter dient vorteilhafterweise ein Diac, da dieser sowohl auf positive als auch auf negative Spannungen reagiert. Um den Schaltzustand des Schwellwert­ schalters zu detektieren, weist die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung vor­ teilhafterweise einen weiteren ohmschen Widerstand auf, der von dem die unter­ schiedlichen Ladungen der Kondensatoren der beiden RC-Glieder ausgleichenden Strom durchflossen wird. Vorteilhafterweise ist diesem Widerstand ein Gleichrichter vorgeschaltet, so daß der vorgenannte Ausgleichsstrom zwischen den Kondensatoren der RC-Glieder an dem Widerstand unipolare Spannungsimpulse erzeugt, deren Po­ larität unabhängig von der Stromrichtung des Ausgleichsstroms ist. Diese unipolaren Spannungsimpulse können von dem Monitoreingang eines integrierten Schaltkreises zur Abschaltung des Halbbrückenwechselrichters verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Überwachungsschaltung kann vorteilhafterweise für fremdge­ steuerte Halbbrückenwechselrichter verwendet werden. Sie zeichnet sich auch da­ durch aus, daß sie nicht anfällig für Störungen ist, weil mit Ausnahme des vom Aus­ gleichsstrom durchflossenen Widerstandes alle Komponenten der erfindungsgemä­ ßen Überwachungsschaltung im Hochspannungsteil der Schaltungsanordnung ange­ ordnet sind und die Signalleitung vom Gleichrichter zu dem vom Ausgleichsstrom durchflossenen Widerstand durch diesen niederohmig abgeschlossen ist.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der Schaltungsanord­ nung gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen fremdgesteuerten Halbbrückenwechselrichter zum hochfrequenten Betrieb einer Leuchtstofflampe LP. Der Halbbrückenwechselrichter weist zwei alter­ nierend schaltende Feldeffekttransistoren T1, T2 und eine Ansteuerungsvorrichtung A für diese Transistoren T1, T2 auf. Die Ansteuerungsvorrichtung A ist teilweise als integrierter Schaltkreis IC, insbesondere als Hochvolt-IC ausgeführt. Die Gleich­ spannungsversorgung des Halbbrückenwechselrichters wird in üblicher Weise durch Gleichrichtung aus der Netzwechselspannung gewonnen. Zwischen dem Mittenab­ griff M des Halbbrückenwechselrichters und dem Abgriff V1 am Halbbrückenkon­ densator CK ist ein als Serienresonanzkreis ausgebildeter Lastkreis angeordnet, der im wesentlichen von der Lampendrossel LD und dem Zündkondensator CR gebildet wird. Außerdem weist der Lastkreis zwei Paare von elektrischen Anschlüssen j1, j2 für die Elektrodenwendeln E1, E2 einer Leuchtstofflampe LP auf. Die Leucht­ stofflampe LP ist parallel zu dem Zündkondensator CR geschaltet. Außerdem kann die Schaltungsanordnung eine Heizvorrichtung (nicht abgebildet) zur Vorheizung der Elektrodenwendeln E1, E2 der Leuchtstofflampe LP aufweisen. Die Schaltungsan­ ordnung ist ferner mit einer Überwachungsschaltung ausgestattet, die ein erstes RC- Glied R1, C1 und ein zweites RC-Glied R2, C2 sowie einen Diac DC besitzt. Das erste RC-Glied R1, C1 ist an den Mittenabgriff M des Halbbrückenwechselrichters angeschlossen, während das zweite RC-Glied R2, C2 an den Abgriff V2 des Halb­ brückenkondensators CK angeschlossen ist. Die Kondensatoren C1, C2 beider RC- Glieder R1, C1, R2, C2 sind durch den Diac DC miteinander verbunden. Parallel zum Diac DC ist ein ohmscher Widerstand R3 geschaltet, der mit den Widerständen R1, R2 der RC-Glieder einen Spannungsteiler bildet. Außerdem weist die Überwa­ chungsschaltung parallel zum Diac DC und parallel zum Widerstand R3 einen Kon­ densator C3 auf, der den Diac DC nach seinem Durchschalten länger im leitfähigen Zustand hält. Die masseseitigen Anschlüsse der Kondensatoren C1, C2 sind mit ei­ nem aus vier Dioden D1, D2, D3, D4 bestehenden Gleichrichter verbunden. Der Gleichspannungsausgang des Gleichrichters D1, D2, D3, D4 ist über einen niede­ rohmigen Widerstand R4 mit Masse verbunden. Der Spannungsabfall am Widerstand R4 wird durch eine Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand R4 und einem Monitoreingang des integrierten Schaltkreises IC von der Ansteuerungsvorrichtung A des Halbbrückenwechselrichters überwacht.

Nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung wird der Halbrückenkondensator CK aufgeladen, so daß der Abgriff V1 sich auf einem elektrischen Potential befindet, das der Hälfte der Versorgungsspannung des Halbbrückenwechselrichters entspricht. Durch die alternierend schaltenden Transistoren T1, T2 des Halbbrückenwechsel­ richters wird der Lastkreis mit einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen ca. 30-50 KHz beaufschlagt. Die Kondensatoren C1 und C2 der beiden RC-Glieder R1, C1 und R2, C2 werden aufgeladen, so daß an ihnen eine Gleichspannung anliegt, die gleich der halben Zwischenkreisspannung, das heißt, gleich der Hälfte der Versor­ gungsspannung des Halbbrückenwechselrichters ist. Die hochfrequenten Wechsel­ stromanteile werden dabei von den Kondensatoren C1, C2 heraus gefiltert. Mittels einer Heizvorrichtung (nicht abgebildet) können die Elektrodenwendeln E1, E2 der Leuchtstofflampe vorgeheizt werden. Mittels der Methode der Resonanzüberhöhung wird an dem Zündkondensator CR die zur Zündung einer Gasentladung in der Leuchtstofflampe LP erforderliche Zündspannung bereitgestellt. Nach dem Ausbil­ den einer Gasentladung zwischen den Elektrodenwendeln E1, E2 der Leucht­ stofflampe LP wird der Zündkondensator CR durch die Entladungsstrecke über­ brückt. Durch die Leuchtstofflampe LP fließt ein hochfrequenter Wechselstrom, der von dem Halbbrückenwechselrichter auf ein konstantes Niveau geregelt wird. Im Idealfall ist der Lampenstrom symmetrisch bezüglich beider Halbperioden der hoch­ frequenten Wechselspannung, so daß das Potential am Abgriff V1 unverändert der halben Versorgungsspannung des Halbbrückenwechselrichters entspricht. Am Wi­ derstand R3 ist daher im Normalfall kein oder zumindest kein nennenswerter Span­ nungsabfall meßbar, der Ladezustand der Kondensatoren C1, C2 ist annähernd gleich und der Diac DC ist gesperrt.

Tritt in der Leuchtstofflampe LP ein Gleichrichteffekt auf, der zur Ausbildung einer Vorzugsrichtung für den Lampenstrom führt, so vergrößert oder verringert sich der Spannungsabfall am Halbbrückenkondensator CK, je nach dem, welche Halbwelle des Lampenstroms bevorzugt von der Leuchtstofflampe LP durchgelassen wird. Das Potential am Abgriff V1 wird dementsprechend erhöht oder reduziert und der Kon­ densator C2 des zweiten RC-Gliedes wird entsprechend umgeladen. Dadurch bildet sich zwischen den Abgriffen M und V1 eine dementsprechend veränderte Potential­ differenz aus, die sich im Verhältnis der Widerstandswerte auf die Widerstände R1, R2, R3 aufteilt. Erreicht der Spannungsabfall am Widerstand R3 die Schwellenspan­ nung des Diacs DC, die im vorliegenden Fall ± 32 V beträgt, so wird der Diac DC leitend. Dann fließt entweder über die Diode D3 oder über die Diode D2 und durch den Diac DC sowie durch den Widerstand R4 ein Strom, der die unterschiedlichen Ladungen der Kondensatoren C1, C2 ausgleicht. Der Diac DC schaltet erst dann wieder in den sperrenden Zustand, wenn sein Haltestrom unterschritten wird. Der parallel zum Diac DC angeordnete Kondensator C3 ist so dimensioniert, daß er den Diac DC ausreichend lang im leitenden Zustand hält, um einen vollständigen Aus­ gleich der Ladungen der Kondensatoren C1, C2 zu gewährleisten. Nachdem der La­ dungsausgleich zwischen den Kondensatoren C1, C2 erfolgt ist und der Diac DC wieder in den sperrenden Zustand geschaltet hat, baut sich am Kondensator C2 er­ neut eine Spannung auf, die der halben Zwischenkreisspannung zuzüglich der durch den Gleichrichteffekt verursachten Potentialverschiebung am Abgriff V1 entspricht. Sobald sich am Widerstand R3 erneut die Schwellenspannung des Diacs DC aufge­ baut hat, wird der Diac DC wieder in den leitenden Zustand geschaltet und es findet erneut ein Ladungsausgleich zwischen den Kondensatoren C1, C2 statt. Dieser Vor­ gang wiederholt sich periodisch. Der zeitliche Abstand des oben beschriebenen La­ dungsausgleichs der Kondensatoren und damit auch der zeitliche Abstand zwischen den Stromimpulsen durch den Diac DC hängt von der Stärke des Gleichrichteffektes ab. Je größer diese Potentialdifferenz ist, um so kürzer ist der zeitliche Abstand zwi­ schen den Stromimpulsen. Oder anders formuliert, je mehr die Spannung am Halb­ brückenkondensator CK von der halben Zwischenkreisspannung abweicht, in um so kürzeren Abständen erfolgen die Stromimpulse. Der niederohmige Widerstand R4 und der Brückengleichrichter D1, D2, D3, D4 wandeln diese den Ladungsausgleich zwischen den Kondensatoren C1, C2 herbeiführenden Stromimpulse in unipolare Spannungsimpulse positiver Polarität um. Diese am Widerstand R4 generierten Spannungsimpulse werden einem Monitoreingang des integrierten Schaltkreises IC der Ansteuerungsvorrichtung A des Halbbrückenwechselrichters zugeführt. Die An­ steuerungsvorrichtung A ist so programmiert, daß sie den Halbbrückenwechselrichter nach der Detektion einer Eingangsspannung am vorgenannten Monitoreingang ab­ schaltet.

Die Tabelle I gibt eine Dimensionierung der Bauteile der Überwachungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an, die für den Betrieb einer oder meh­ rerer in Reihe geschalteter Leuchtstofflampen und für einen Lampenstrom von 170 mA geeignet ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbei­ spiel. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung auch bei Schaltungsanordnungen, die zum Betrieb von mehreren in Reihe oder parallel ge­ schalteten Entladungslampen dient, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich nicht nur zum Betrieb von Leuchtstofflampen, son­ dern kann generell zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen verwendet wer­ den. Außerdem kann die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung nicht nur bei fremdgesteuerten Halbbrückenwechselrichtern, sondern auch bei freischwingenden Halbbrückenwechselrichtern eingesetzt werden. Die Ansteuerungsvorrichtung A des Halbbrückenwechselrichters kann ferner auch so ausgeführt werden, daß sie in ge­ eigneter Weise auf die Spannungsimpulse am Widerstand R4 reagiert. Beispielswei­ se kann die Ansteuerungsvorrichtung A derart ausgebildet sein, daß sie erst ab einer bestimmten, vorgegebenen Pulsfrequenz der am Widerstand R4 detektierten Span­ nungsimpulse den Halbbrückenwechselrichter abschaltet.

Tabelle I Dimensionierung der Bauteile der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung für eine Schaltungsanordnung, die den Lampenstrom auf einen Wert von 170 mA regelt

R1, R2	100 kΩ, 10%, 500 V
R3	390 kΩ, 5%
R4	150 Ω
C1, C2	10 nF, 250 V, RM 7,5
C3	47 nF, 50 V
D1, D2, D3, D4	Diode-SMD, 75 V-150 mA
SOD80
DC	Diac, 32 V

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Entladungslampe, wobei die Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist,

• - einen Halbbrückenwechselrichter (T1, T2, A) mit einer Ansteuerungsvor­ richtung (A) und mit einem nachgeschalteten Lastkreis (LD, CR, j1, j2),
• - mindestens einen Halbbrückenkondensator (CK), der mit dem Lastkreis und mit dem Halbbrückenwechselrichter verbunden ist,
• - der Lastkreis (LD, CR, j1, j2) elektrische Anschlüsse (j1, j2) für minde­ stens eine Entladungslampe (LP) aufweist,
• - Mittel zur Überwachung des Spannungsabfalls an dem mindestens einen Halbbrückenkondensator (CK),

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Überwachung des Spannungsab­ falls am Halbbrückenkondensator (CK)

• - ein erstes (R1, C1) und ein zweites RC-Glied (R2, C2) aufweisen, die durch einen Schwellwertschalter (DC) miteinander verbunden sind,
• - das erste RC-Glied (R1, C1) an den Mittenabgriff (M) des Halbbrücken­ wechselrichters (T1, T2, A) angeschlossen ist,
• - das zweite RC-Glied (R2, C2) an den Halbbrückenkondensator (CK) an­ geschlossen ist und
• - Mittel zur Detektion des Schaltzustandes des Schwellwertschalters (DC) aufweisen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Detektion des Schaltzustandes des Schwellwertschalters (DC) ei­ nen ohmschen Widerstand (R4) aufweisen, der den Stromfluß durch den Schwellwertschalter (DC) detektiert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ohmschen Widerstand (R4) ein Gleichrichter (D1-D4) vorgeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schwellwertschalter (DC) ein ohmscher Widerstand (R3) geschaltet ist, der mit den Widerständen (R1, R2) des ersten (R1, C1) und zweiten RC- Gliedes (R2, C2) einen Spannungsteiler bildet.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schwellwertschalter (DC) ein Kondensator (C3) geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (DC) ein Diac ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung (A) des Halbbrückenwechselrichters (T1, T2, A) einen integrierten Schaltkreis (IC) mit einem Monitoreingang aufweist, wobei der Monitoreingang mit dem den Stromfluß durch den Schwellwertschalter (DC) detektierenden ohmschen Widerstand (R4) verbunden ist.