DE3208607A1

DE3208607A1 - Vorschaltgeraet fuer wenigstens einen durch einen generator periodisch gezuendeten und gespeisten verbraucher

Info

Publication number: DE3208607A1
Application number: DE19823208607
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dum; Heinrich Dipl.-Ing. Dr.techn. 1190 Wien Pichler
Original assignee: Zumtobel Ag 6850 Dornbirn; Zumtobel AG
Current assignee: Zumtobel AG
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1982-12-16
Also published as: AT389614B; DE3208607C2; ATA115581A

Description

Beschreibung

Vorschaltgerät für wenigstens einen durch einen Generator periodisch gezündeten und gespeisten Verbraucher, z.B. Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, der wenigstens einem Teil eines Resonanzkreises parallel geschaltet ist. 5

Schaltungsanordnungen, die zum stabilen Betrieb von Gasentladungslampen (Gasentladungsstrecken) wegen deren negativer Kennlinie benötigt werden, werden als Vorschaltgeräte bezeichnet. Für den Betrieb an Gleichspannung kommen dafür hauptsächlich ohmsche Widerstände in Betracht, für den Betrieb an Wechselspannung werden herkömmlicherweise Induktivitäten als strombegrenzende Schaltungselemente verwendet, die außer der Stabilisierung des Stromes der Entladungsstrecke im Zusammenwirken mit einer Hilfseinrichtung (dem Starter) die Zündspannung zum erstmaligen Aufbau der Gasentladung erzeugen.

Als elektronische Vorschaltgeräte werden üblicherweise Geräte bezeichnet, welche durch eine elektronische Schalteranordnung (Lampenstromgenerator) Wechselspannung für den Betrieb der Gasentladungsstrecke erzeugen, und die hohe Startspannung zum erstmaligen Zünden der Gasentladungslampe (Gasentladungsstrecke) liefern.

Der Betrieb von Gasentladungslampen an elektronischen Vorschaltger'iten brin.gt im Vergleich zum Betrieb mit einer herkömmlichen, passiven Vorschaltdrossei verschiedene Vorteile, wie zum Beispiel Erhöhung der Lichtausbeute, Verringerung des Stroboskop— effektes und flackerfreies Starten der Lampe, jedoch ist deren schaltungstechnische Realisierung meist nur mit relativ großem schaltungstechnischen Aufwand möglich, wenn alle Vorteile ausgenützt werden sollen.

— 5 —

Aufgabe der Erfindung ist es diese Nachteile su vermeider. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Vorschaltgerät der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Generator und/oder der Resonanzkreis eine Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte ( ■ ) des Resonanzkreises aufweist.

JK

Die Betriebsgüte Q ist definiert durch

wobei CJ die im Augenblick herrschende Frequenz (Aktualfrequenz) L die wirksame Impedanz und R^ der im Betrieb wirksame ohmsche Widerstand bedeuten.

In Weiterbiliung der Erfindung kann die Schaltungsanordnung zur

Veränderung der Betriebsgüte durch eine gesteuerte Impedanz, insbes durch eine im wesentlichen ohmsche Impedanz gebildet sein. Die Steuerung erfolgt insbesondere durch den Betriebszustand . ₂₀ des Verbrauchers. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform' der

Erfindung besteht darin, daß ''.ie steuerbare Impedanz durch einen Heißleiter gebildet ist. Hiedurch wird - _aufdie Betriebsgröße abgestimmte Wahl der Heißleiterkennlinie vorausgestzt, eine automatische Steuerung erreicht. Alternativ kann

,.„,. gemäß der Erfindv-ng uei Gasentladungslampen mit direkt oder indirekt beheizten Elektroden so vorgegangen v/erden, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte durch die als Kaltleiter ausgebildeten Heizfäden bzw. Elektroden der Gasentladung lampe gebildet ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann _₃₀ aber auch zusätzlich oder für sich allein die Aktualfrequenz in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers geändert werde Dies k^.nn gemäß einer Ausf ührungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der

Betriebsgüte durch einen zweiten in seiner Frequenz vom ersten Generator unterschiedlichen Generator gebildet ist, der anstelle des ersten Generators an Verbraucher- und Resonanzkreis durch eine vom Betriebszustand des Verbrauchers gesteuerten Schalter anschaltbar ist. Die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Be—\ triebsgüte kann aber erfindungsgemäß auch dadurch gebildet sein daß der Generator wenigstens zwei frequenzbestimmende Stufen aufweist, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers zur Einstellung jeweils einer anderen Betriebsfrequenz des Ge-

■10 nerators selektiv auswählbar sind. Ferner ist es nach der Erfindun möglich, daß der Generator lediglich eine frequenzbestimmende Stufe aufweist, von welcher frequenzbestimmende Bauteile in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers zur Einstellung jeweils einer anderen Betriebsfrequenz des Generators zu bzw. abschaltbar sind oder die Stufe selbst kontinuierlich durchstimrnba. ist.

Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigt Fig. 1 den als Halbbrückenschaltung ausgebildeten Lampenstromgenerator und die Fig. 2 und 3 den zugehörigen Lampenstromkreis eines bekannten elektronischen Vorschaltgerätes, Fig. 4 und 5 erfindungsgemäße Ausführungen der Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte, bei welchen eine steuerbare Impedanz im Resonanzkreis Verwendung findet, Fig. 6 als Blockschaltbild den als fremdgesteuerten Halbbrückengenerator ausgebildeten Lampenstromgenerator eines bekannten elektronischen Vorschaltgerätes und die Fig. 7 und 8 weitere den Generator betreffende erfindungsgemäße Ausfuhrungsformen der Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte.

Der bekannte Lamp^nstromgenerator 1 gemäß Fig. 1 besteht aus einer Halbbrückenschaltung; durch alternierendes öffnen und Schließen der beiden gesteuerten Schalter S1 und S2, welche durch Transistoren oder andere, steuerbare Halbleiterbauelemente gebildet werden könne tritt am Punkt A eine annähernd rechteckförmige Spannung auf.

Der Generator 1 kann je nach Ausführung einer mit 2 bezeichneten Ansteuerschaltung, entweder selbstschwingend ausgeführt sein oder

fremdgesteuert werden, wobei die beiden Schalter S1,S2 entsprechend einem in der Ansteuerschaltung 2 erzeugten, oder dieser von außen über C zugeführtem Taktsignal geöffnet oder geschlossen werden. Die vom Generator erzeugte Wechselspannung wird einem Lampenkreis gemäß Fig. 2 oder 3, bestehend aus den Kondensatoren. 3 und 4 sowie der Induktivität 5 zugeführt. Der Lampenkreis dient sowohl der Erzeugung der Zündspannung der Gasentladungslampe 6, z.B. einer Leuchtstoffröhre, nach dem Einschalten des Gerätes .' als auch der Begrenzung des Lampenstromes im Betrieb des elektronischen Vorschaltgerätes.

• Die Funktion des Lampenkreises wird bestimmt durch das Ausnützen der Resonanz im Serienschwingkreis der Induktivität 5 und den Kondensatoren, 4 . Sobald die Lampe, gezündet hat, fällt die Lampenspannung auf die Brennspannung ab, der Resonanzkreis wird stark gedämpft und die Serieninduktivität wirkt als die den Lampenstrom stabilisierende Serienimpedanz.

Fig. 4 und 5 zeigen einen Lampenkreis mit einer .erfindungsgemäßen :O Schaltungsanordnung, bei welcher z^r Veränderung der Betriebsgüte eine steuerbare Impedanz 7 vorgesehen ist. Die Impedanz 7 ist mit dem Kondensator 4 in Serie geschaltet und diese Serienschaltung liegt der Gasentladungslampe 6 parallel. Dieser erfindungsgemäß ausgestaltete Lampenkreis kann von einer bekannten Generatorschaltung gemäß Fig. 1 oder von einer erfindungsgemäßen Generatorschaltung gemäß den noch zu beschreibenden Fig. 7 und 8 gespeist werden. Vor dem Zünden der Lampe 6 wird der gemäß Fig. 4 aus den Kondensatoren 3,4, der Induktivität 5, der steuerbaren Impedanz 7 und den Heizfäden 8 der Gasentladungslampe 6 gebildete Serienresonanzkreis vom Generator angeregt.

Es fließt ein Strom, dessen Größe durch die Betriebsgüte Q des Resonanzkreises, insbesondere durch die Größe des ohmschen Anteiles der steuerbaren Impedanz 7 und durch den Frequenzunterschied zwi-5

schen Ansteuer- und Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt wird. Die Betriebsgüte kann besonders vorteilhaft ändert werden, wenn die steuerbare Impedanz durch eine im wesentlichen ohmsche Impedanz, wie z.B. durch einen steuerbaren ohmsche; Widerstand oder durch einen Heißleiter gebildet ist. Die Steuerung der Impedanz erfolgt in Abhängigkeit vom Betriebszustand-'des Verbrauchers " durch eine Ansteuerschaltung 9, der als Steuergröße ein Z.B. d\ eine von einer Fühlschaltung 1o erzeugtes, dera Larapenstrom proportionales Siy: anliegt. Die Steuergröße kann auch_ der Lampenspannung proportional'seinΓ Die B.

triebsfreguenz ist im Hinblick auf die· resonanzbestimmenden Größe so zu wählen, daß der Spannungsabfall am Kondensator 4 ausreicht, um nach genügender Erwärmung der Elektroden, die Lampe zu zünden. Hiedurch wird das Startverhalten der Lampen verbessert, ohne das Betriebsverhalten der Gesamtschaltung zu verschlechtern. Die Brennspannung der Gasentladungslampe (in Fig. 4 die Potentialdifferenz zwischen den beiden Heizfäden) ist nahezu unabhängig vom zusätzlichen Heizstrom, daher ist der im Betrieb bei gezündet-. Gasentladungslampe sich einstellende Heizstrom verkehrt proportional der Gesamtimpedanz der Serienschaltung gebildet aus dem

2'j Kondensator 4 und der Impedanz 7. Durch Erhöhung der Impedanz von 7 (entweder durch Steuerung oder Frequenzänderung) wird die Heizleistung erniedrigt und damit der Gesamtwirkungsgrad der Anordnung gegenüber den bekannten Vorschaltgeräten gemäß Fig. 1 erhöht.

Bevorzugt ist die steuerbare Impedanz 7 durch einen Heißleiter gebildet, dessen Kennlinie unter Berücksichtigung, z.B. der Kenndate.n der Gasentladungslampe, wie Zündspannung etc. gewählt wird. Durch die Verwendung eines Heißleiters läßt sich das Start- wie Betriebsverhalten der Schaltung weiter verbessern. Vor dem Starte:· der Lampe zeigt der Heißleiter hochohmigen Charakter und ermöglicht so nur*das Fließen eines sehr niedrigen Stromes; er selb. wird jedoch durch diesen geringen Strom allmählich erwärmt, dadurch sinkt sein Widerstand und der Strom im Heizkreis steigt a Durch geeignete Wahl der Kennlinie des Heißleiters läßt sich der Zeitpunkt des Leitendwerdens so wählen, daß die Elektroden

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der Gasentladungslampe bereits ausreichend vorgeheizt sind. Erst dann wird die an der Lampe liegende Zündspannung durch den ansteigenden Strom so weit erhöht, bis die Lampe schließlich zündet. Es läßt sich dadurch ein günstigeres Warmstartverhalten der Lampe erreichen, ohne daß die Möglichkeit zu unerwünschtem, vorzeitig auftretendem Kaltstart gegeben ist. . ·

Sobald'die Lampe gezündet hat, fällt die Spannung zwischen den Elektroden der Lampe auf die Brennspannung ab, dadurch erniedrigt. sich auch der Strom im Parallelzweig zur Lampe,' bestehend aus C2, dem Kondensator 4 und der als Heißleiter ausgebildeten Impedanz 7. Der Heißleiter wird nicht mehr ausreichend heiß und daher hochohmiger; dadurch nimmt der Strom wegen der positiven Rückkopplung noc weiter ab, der Heißleiter wird noch weniger heiß; schließlich wird

j · der Heißleiter so hochohmig, daß der Heizstrom durch die Lampenelektroden sehr kleine Werte annimmt. Damit wird der Wirkleistungsverlust durch den im Parallelzweig eingefügten Heißleiter vernachlässigbar klein.

) Die Schaltungen nach Fig. 2 und ^ bzw. Fig. 4 und 5 unterscheiden sich voneinander dadurch, daß die Gasentladungslampe in der Schaltung nach Fig. 2 (Fig. 5) ohne Vorheizen der Elektroden, nur durch Anlegen einer genügend hohen Startspannung gezündet wird ' (Kaltstart der Lampe), während gemäß Fig. 3 (Fig. 4) die Elektroden vom Startstrom durchflossen und dadurch aufgeheizt werden. Dieser letzteren Startar.t wird i.a. der Vorzug gegeben, da die benötigten Zündspannungen kleiner sind und der Startvorgang als Ganzes schonender erfolgt. Im Betrieb der Lampe fließt über den Kondensator 4 ein dauernder zusätzlicher Heizstrom durch die Elektroden- der ab'er wie bereits erwähnt, insbesondere durch die

Verwendung eines Heißleiters, erfindungsgemäß klein gehalten werden kann.

Im Falle der Verwendung einer nicht beheizten Gasentladungslampe gemäß Fig. 5 bringt die erfindungsgemäße,steuerbare Impedanz

noch einen weiteren Vorteil. Im Störfall, d.h./ wenn z.B. das Vorschaltgerät in Betrieb genommen wird, und keine Leuchtstoffröhre in der Fassung eingesetzt ist, oder die Leuchtstoffröhre funktionsuntüchtig geworden ist, wird die in der steuerbaren Impedanz 7 umgesetzte Leistung ein Vielfaches der im Betrieb verbrauchten Leistung sein. Durch einen mit der Impedanz 7 in engem thermischen Kontakt stehenden temperatürabhängigen Schalter, wie z.B. einem Bimetallschalt'er oder einem durch niedrig schmelzendes Lot in der Einschaltstellung gehaltenen Schalter, kann der Stromfluß reversibel oder irreversibel' unterbrochen werden.'

Bei Gasentladungslampen mit direkt oder indirekt beheizten Elektroden (Fig. 4) kann die steuerbare Impedanz 7 durch die als Kaltleiter ausgebildeten Heizfäden 8 bzw. Elektroden der Gasentladungslampe gebildet sein. . '

Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild des Lampengenerators 1 mit fremdgesteuertem Halbbrückengenerator eines bekannten elektronischen. Vorschaltgerätes. Der Generator besteht aus den steuerbaren Halbleiterschaltern 15,16, welchen ein Ansteuerkreis 17 zugeordnet ist,.der an die Schalter 15,16 im Takt des an seinem Eingang 18 anliegenden Steuersignals, das von einem vorgeschaltetem Frequenzgenerator 19, erzeugt wird , abwechselnd öffnungs- und Schließsteuersignale abgibt.·

Fig. 7 zeigt nun eine auf der bekannten Lampenstromgeneratorschaltung 1 gemäß Fig. 6 aufbauende, erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte auf Basis einer Änderung der Aktualfrequenz, die darin besteht, daß zwei Frequenzgeneratore; 2o,21 unterschiedlicher Frequenzen vorgesehen sind, die von einem gesteuerten Umschalter 22 in Abhängigkeit vom Betriebszustand . ' der Gasentladungslampen an die Ansteuerschaltung 17 für die beiden Schalter 15,16 angeschlossen werden. Der Schalter 22 wird vom Ausgangssignal eines Schwellwertschalters 23 gesteuert, an dessen Eingang eine der Lampenspannung proportionale Größe anliegt.

Alternativ kann die Steuerung auch durch einen Lampenstromfühler erfolgen. Durch Wahl der Umschaltschwelle des Schwellwertschalters 23 wird bei nicht gezündeter Lampe 1 die Ansteuerschaltung 17 mit dem Generator 20 und bei brennender Gasentladungslampe mit dem Generator 21 verbunden. Wählt man als Frequenz des Generators 20 eine wesentlich über der Resonanzfrequenz des Lampenkreises liegende Frequenz, so können vor dem Zünden der Gasentladungslampe große Resonanzströme vermieden werden; trotzdem wird durch Wahl einer niedrigeren Frequenz für,den Generator 21 im Betrieb der Gasentladungslampe ausreichend Leistung zugegeführt

Gemäß Fig. 8 ist der erfindungsgemäß ausgestaltete Lampenstromgenerator 24 gemäß Fig. 7 mit einem Lampenstromkreis gemäß Fig. zusammengeschaltet, bei welchem eine geheizte Gasentladungslampe Verwendung findet. Bei dieser Schaltungskombination läßt sich bei entsprechender Wahl der beiden Generatorfrequenzen ein gesichertes Warmstartverhalten der Gasentladungslampe erzwingen. Vor dem Start der Lampe schwingt der Generator nämlich mit einer so hohen Frequenz, daß die an der Lampe anstehende Spannung sicher nicht zum Zünden der Lampe ausreicht. Die Lampenelektroden werden jedoch aufgeheizt; wegen des großen positiven Temperaturkoeffizienten des Elektrodenwiderstandes kann durch entsprechende Wahl der Ansprechschwelle des Srhwellwertschalters 23 erkannt werden, ob die Elektroden bereits ausreichend vorgeheizt wurden. Ist dies der Fall, so spricht der Schwellwertschalter an und es wird durch den Schalter 22 anstelle des Generators 20 der Generator· 21 mit der Ansteuerschaltung 17 verbunden. Damit wird der Lampenstromkreis bei einer Frequenz näher der Resonanzfrequenz betrieben und durch die Spannungsüberhöhung im Lampenstromkreis sicher zum Zünden gebracht. .

Die Umschaltung der Betriebsfrequenz des Generators ist jedoch

nicht auf zwei Werte beschränkt, so ist die Umschaltung zwischen

mehreren Frequenzen, abhängig vom Betriebsverhalten der Gasent- - ■ ·

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ladungslampe ebenfalls möglich. Noch größeren Komfort ergibt die stufenlose Variation zwischen einer Start und einer Betriebsfrequenz des Generators; dadurch läßt sich eine kontinuierlich steigende Lichtabgabe beim Startvorgang der Gasentladüngslampe erreichen. . .

Ausführungsformen dieser Art können dadurch realisiert werden, daß der Generator wenigstens zwei freguenzbestimmende Stufen aufweist, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers jeweils für sich oder in Kombination die Frequenz der vom Generator erzeugten Signale festlegen. Ferner sind Ausführungsformen möglich, bei welchen der Generator lediglich eine frequenzbestimmende Stufe aufweist, von welcher frequenzbestimmende Bautei Ie in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers zu bzw. abgeschaltet werden, oder es wird die Stufe hinsichtlich einer ihrer frequenzbestimmenden Komponenten kontinuierlich durchgestimmt.

In den Fig. 7 und 8 ist die erfindungsgemäß ausgestaltete Lampenstromgeneratorschaltung mit dem bekannten Lampenstromkreis gemäß Fig. 2 bzw. 3 zusammengeschaltet. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, vielmehr liegt auch eine Kombination des Lampenstromgenerators 24 gemäß Fig. 7 und 8 mit den Lampen-Stromkreisen gemäß Fig. 3 und 4 im. Rahmen vorliegender Erfindung.

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorschaltgerät für wenigstens einen durch einen Generator periodisch gezündeten und gespeisten Verbraucher, z.B. Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, der wenigstens einem Teil eines Resonanzkreises parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator und/oder der Resonanzkreis eine Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte (-^5—) des Resonanz-

kreises aufweist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte durch eine steuerbare Impedanz gebildet ist.

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3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Impedanz durch eine im wesentlichen ohmsche steuerbare Impedanz gebildet ist.

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 2 oder 3,dadurch.gekenn zeichnet, daß die steuerbare.Impedanz durch einen Heißleiter gebildet ist.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heißleiter ein Blindwiderstand in Serie geschaltet ist und diese Serienschaltung parallel zum Verbraucher angeordnet ist.

6. Vorschaltgerät nach Anspruch 1.für Gasentladungslampen mit direkt oder indirekt beheizten Elektroden, da d u r c h

gekenn zeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte durch die als Kaltleiter ausgebildeten Heizfäden bzw. Elektroden der Gasentladungslampe gebildet ist.
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7. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte durch einen zweiten in seiner Frequenz vom ersten Generator unterschiedlichen Generator gebildet ist, der anstelle des ersten Generators an Verbraucher und Resonanzkreis durch eine vom Betriebszustand des Verbrauchers gesteuerten Schalter anschaltbar ist.

8. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte dadurch gebildet ist, daß der Generator wenig-

Φ * Λ O β

-3-

stens zwei frequenzbestiinmende Stufen aufweist, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers zur ^{ Einstellung jeweils einer anderen Betriebsfreuqenz des Ge- ·' nerators selektiv auswählbar sind.

9. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Veränderung der Betriebsgüte dadurch gebildet ist, daß der IC Generator lediglich eine frequenzbestiinmende Stufe aufweist, von welcher frequenzbestiinmende Bauteile in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers zur Einstellung jeweils einer anderen Betriebsfrequenz des Generators zu bzw. abschaltbar sind oder die Stufe kontinuierlich durchstimmbar ist.