DE3608362A1

DE3608362A1 - Vorschaltgeraet fuer entladungslampen

Info

Publication number: DE3608362A1
Application number: DE19863608362
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Mertens; Norbert Dipl Ing Wittig; Fred Dr Ing Hasemann
Original assignee: Trilux Lenze GmbH and Co KG
Current assignee: Trilux GmbH and Co KG
Priority date: 1985-05-14
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1987-09-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Vorschaltgerät, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht (DE-OS 29 04 393), sind zwei parallele Schaltungszweige vorgesehen, von denen jeder eine der Elektroden einer Zweistift-Entladungslampe speist. Die in den Schaltungszweigen enthaltenen Schalter werden von einem Steuerwerk gesteuert. Die Schaltungszweige haben ausschließlich die Funktion der Kommutierung des Lampenstroms mit einer Frequenz, die größer ist als die Netzfrequenz. Der Lampenstrom wird durch einen Stromfühler erfaßt und dem Regler zugeführt, der das Schaltglied derart steuert, daß dieses Impulse mit einem vom Stromwert abhängigen Tastverhältnis erzeugt. Dem Regler wird als Führungsgröße ein Referenzwert zugeführt, der veränderbar ist, um das Einstellen der Helligkeit zu gestatten. Die in der Reihenschaltung enthaltene Induktivität dient lediglich als Glättungsdrossel. Bei dem bekannten Vorschaltgerät ist ein Vorheizen der Lampenelektroden nicht möglich. Zum Zünden der Lampe wird ein mit der Lampe in Reihe geschalteter Starter benutzt, der Hochspannungsimpulse erzeugt. Die Funktionen Starten, Kommutieren und Stromregelung sind voneinander getrennt und beeinflussen sich gegenseitig nicht. Ein derartiges Vorschaltgerät ist ausschließlich für Bogenentladungslampen anwendbar, bei denen keine Vorheizung erforderlich ist.

Nach einer älteren Patentanmeldung, die gemäß § 3, Abs. 2, PatG, als Stand der Technik gilt (P 35 17 297.5-33), ist die Entladungslampe eine Leuchtstofflampe, deren heizbare Elektroden jeweils zwischen die elektronischen Schalter eines Schaltungszweiges geschaltet sind. Zum Aufheizen der Elektroden werden alle vier elektronischen Schalter in den leitenden Zustand gesteuert, und nach einer definierten Vorheizzeit werden zwei diagonal gegenüberliegende elektronische Schalter gesperrt. Hierbei sind die parallelen Schaltungszweige in Reihe mit der Reihenschaltung des Schaltgliedes, des Stromfühlers und der Induktivität geschaltet.

Bei Vorschaltgeräten der erwähnten Art ist die Entladungslampe Bestandteil einer Brückenschaltung, deren Schalter imstande sein müssen, hohe Spannungen von etwa 800 V zu schalten. Entsprechende Transistoren sind zwar grundsätzlich verfügbar, jedoch in dem benötigten Leitertyp und der entsprechenden Leistungsklasse häufig sehr teuer, weil derartige Transistoren nur in kleinen Stückzahlen bzw. als Sonderanfertigungen hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Anzahl der benötigten elektronischen Schalter verringert ist und bei dem insbesondere die Anzahl derjenigen elektronischen Schalter, die hohe Spannungen schalten müssen, verringert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Nach der Erfindung ist der Schaltregler zum Konstanthalten des Lampenstroms nicht mit der Brückenschaltung bzw. mit den parallelen Schaltungszweigen in Reihe geschaltet, sondern mindestens einer der parallelen Schaltungszweige enthält den Schaltregler, so daß der Strom in diesem Schaltungszweig geregelt wird. Da bei der Stromregelung niedrigere Spannungen zu schalten sind als beim Zünden der Leuchtstofflampe, brauchen zwei der elektronischen Schalter der Brückenschaltung nur für relativ niedrige zu schaltende Spannungen ausgelegt zu sein, während nur die beiden anderen Schalter höhere Spannungen schalten müssen. Diejenigen Schalter, die für niedrigere Spannungen ausgelegt sind, befinden sich auf der der Leuchtstofflampe abgewandten Seite der jeweiligen Induktivität.

Gemäß Patentanspruch 2 übernimmt jeweils einer der elektronischen Schalter die Funktion des Schaltgliedes. Dies bedeutet, daß der betreffende Schalter nicht nur zum Vorheizen, Zünden und Kommutieren von dem Steuerwerk gesteuert ist, sondern daß der Schalter zusätzlich in jeder seiner Stromleitphasen an der Stromregelung beteiligt ist und abwechselnd in den leitenden und den nichtleitenden Zustand gesteuert wird. Hierbei entfallen in Folge der Doppelfunktion der genannten elektronischen Schalter zusätzliche Schaltglieder für die Stromregelfunktion.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät ist jeder Schaltungszweig mit einem eigenen Schaltregler und einer eigenen Induktivität versehen. Dieser zusätzliche Aufwand wird aber kompensiert durch die Tatsache, daß zwei elektronische Schalter für geringere Schaltspannungen ausgelegt sein können und daß darüber hinaus ein zusätzliches Schaltglied für den Schaltregler eingespart werden kann.

Die Höhe des Stromes in jedem Schaltungszweig kann in den einzelnen Betriebsphasen (Vorheizen, Zünden und Betrieb) durch das Steuerwerk separat vorgegeben werden, so daß beispielsweise der Vorheizstrom, der jede der beiden Elektroden durchfließt, größer ist als der Lampenstrom, der die gezündete Leuchtstofflampe durchfließt. Das Steuerwerk verändert somit den Strom in jedem Schaltungszweig nach Art einer Programmsteuerung. Andererseits ist es auch möglich, die Höhe des Betriebsstromes der Leuchtstofflampe extern zu verändern, um eine Dimmfunktion durchzuführen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des Vorschaltgerätes und

Fig. 2 ein Diagramm der Betriebszustände der vier elektronischen Schalter während der unterschiedlichen Phasen der Lampensteuerung.

Gemäß Fig. 1 ist an eine Gleichspannungsquelle, von der nur der Glättungskondensator C dargestellt ist, die Schaltung aus den beiden parallelen Schaltungszweigen Z 1 und Z 2 angeschlossen. Der Schaltungszweig Z 1 enthält in dieser Reihenfolge elektrisch in Reihe geschaltet die folgenden Komponenten: den elektronischen Schalter T 1 in Form eines Transistors, den Meßfühler Mf 1 in Form eines Widerstandes oder einer anderen Impedanz, die Induktivität L 1, die eine Elektrode E 1 der Leuchtstofflampe LL und den elektronischen Schalter T 3 in Form eines Transistors. Der Schalter T 1 ist mit dem Pluspol der Versorgungsspannung und der Schalter T 3 mit dem Minuspol der Versorgungsspannung verbunden. Zwischen den Minuspol und den Verbindungspunkt von T 1 und Mf 1 ist eine Diode D 1 in Sperrichtung geschaltet, d. h., die Anode von D 1 ist mit dem Minuspol verbunden.

Der zum ersten Schaltungszweig parallele zweite Schaltungszweig Z 2 enthält in dieser Reihenfolge hintereinander die folgenden Komponenten: den elektronischen Schalter T 2 in Form eines Transistors, den Meßfühler Mf 2, die Induktivität L 2, die Elektrode E 2 der Leuchtstofflampe LL und den elektronischen Schalter T 4 in Form eines Transistors. Die Diode D 2 ist in Sperrichtung zwischen den Minuspol und den Verbindungspunkt zwischen T 2 und Mf 2 geschaltet.

Der in dem ersten Schaltungszweig Z 1 fließende Strom i₁ verursacht am Meßfühler Mf 1 einen Spannungsabfall. Die beiden Enden des Meßfühlers sind mit dem Schaltregler K 1 verbunden, der seinerseits den elektronischen Schalter T 1 in der Weise steuert, daß der Schalter leitend wird, wenn der Strom i₁ einen Schwellenwert übersteigt, und daß dieser Schalter gesperrt wird, wenn der Strom einen Schwellenwert unterschreitet. Dem Schaltregler K 1 wird von einem Steuerwerk SW eine Referenzspannung U _{ref 1} zugeführt, die den Sollwert angibt, auf dem der Strom i₁ konstantgehalten werden soll.

In gleicher Weise wird der Strom i₂ durch den zweiten Schaltungszweig Z 2 von dem Schaltregler K 2, der den Schalter T 2 steuert, geregelt. Dem Schaltregler K 2 wird von dem Steuerwerk SW eine Referenzspannung U _{ref 2} zugeführt, die den Sollwert des Stromes i₂ angibt.

Die beiden anderen Schalter T 3 und T 4, die zwischen den Elektroden der Leuchtstofflampe LL und Minuspotential angeordnet sind, werden jeweils über eine Steuerleitung SL 3 bzw. SL 4 vom Steuerwerk SW gesteuert.

Die Strommeßfühler Mf 1 und Mf 2 müssen nicht notwendigerweise in den Schaltungszweigen Z 1 und Z 2 enthalten sein; es ist auch möglich, einen der Strommeßfühler in die positive oder negative Versorgungsleitung zu schalten, so daß der Gesamtstrom und der Strom eines Schaltungszweiges gemessen wird, während der Strom des anderen Schaltungszweiges durch Differenzbildung ermittelt wird.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Schaltzustände der elektronischen Schalter T 1 bis T 4 in den verschiedenen Phasen vom Vorheizen bis zum stationären Lampenbetrieb dargestellt, wobei die zeitlichen Dauern der einzelnen Phasen nicht maßstäblich zu verstehen sind.

In der Vorheizphase VHP sind die Schalter T 3 und T 4 permanent stromleitend. Die Schalter T 1 und T 3 befinden sich in der Regelphase, in der sie von den Schaltreglern K 1 und K 2 abwechselnd in den leitenden Zustand und den Sperrzustand geschaltet werden, so daß ein dem Wert U _ref entsprechender Strom fließt, der sich sägezahnförmig um einen Sollwert herum verändert. Die Induktivität L 1 bzw. L 2 dient dabei als Energiespeicher, der sich nach jedem Sperren des zugehörigen Schalters T 1 bzw. T 2 entlädt und den Strom langsam abfallen läßt, und der nach dem Schließen des Schalters wieder voll aufgeladen wird. Die Stromleitphase, in der die Schalter T 1 und T 2 abwechselnd gesperrt und leitend geschaltet werden, so daß in jeder der Elektroden E 1 und E 2 ein bestimmter Vorheizstrom fließt, ist in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellt.

In der Zündphase ZP, die sich an die Vorheizphase VHP anschließt, ist T 1 gesperrt, T 2 regelt den Strom i₂ weiter wie in der Vorheizphase, T 3 bleibt leitend, und T 4 wird von dem Steuerwerk SW mit einer vorbestimmten Impulsfrequenz angesteuert, so daß eine Vielzahl von Burst-Impulsen 10 entsteht. Immer wenn T 4 den Sperrzustand einnimmt, ist die Induktivität L 2 bestrebt, sich über die Leuchtstofflampe LL und den Schalter T 3 zu entladen. Hierbei erzeugt L 2 eine hohe Spannung, die in irgendeiner der Lücken zwischen den Burst-Impulsen 10 zum Zünden der Leuchtstofflampe LL führt. Die Leuchtstofflampe wird dann niederohmig, und es fließt ein geregelter Strom über den Schalter T 2, die Leuchtstofflampe LL und den Schalter T 3. Die nach dem Zünden noch auftretenden Burst-Impulse bzw. Impulslücken bringen die Leuchtstofflampe nicht zum Erlöschen. Nach einer bestimmten Anzahl von ca. 100 Burst-Impulsen wird unter Steuerung durch das Steuerwerk SW die erste Betriebsphase BP 1 durchgeführt, in der die diagonalen Schalter T 1 und T 4 gesperrt sind, T 3 ständig leitend ist und die Regelung des Lampenstroms durch T 2 erfolgt. In der Betriebsphase BP 1 wird dem Schalterregler K 2 eine geringere Referenzspannung U _{ref 2} zugeführt als in der Vorheizphase und der Zündphase, so daß der Betriebsstrom der Leuchtstofflampe LL geringer ist als jeder der beiden Heizströme in der Vorheizphase. Diese verringerte Stromstärke ist in Fig. 2 durch eine gepunktete Linie dargestellt.

Nach Ablauf der ersten Betriebsphase BP 1, die mehrere Minuten dauert, erfolgt eine Kommutierung, um die Leuchtstofflampe LL umzupolen. In der zweiten Betriebsphase BP 2 sind die diagonalen Schalter T 2 und T 3 gesperrt, T 4 ist ständig leitend, und T 1 übernimmt in der beschriebenen Weise die Regelung des Lampenstroms, was in Fig. 2 durch die gepunktete Linie dargestellt ist. An die zweite Betriebsphase BP 2 schließt sich wieder die erste Betriebsphase an. Der Wechsel zwischen erster Betriebsphase und zweiter Betriebsphase wird zur Verhinderung von Kataphorese an der Leuchtstofflampe durchgeführt. Dieser Wechsel erfolgt mit einer festen Frequenz von 1 Hz und vorzugsweise mit einer unterhalb von 1 mHz liegenden Frequenz. Es ist auch möglich, das Umschalten zwischen den Betriebsphasen BP 1 und BP 2 nicht mit vorgegebener Frequenz, sondern in Abhängigkeit von der Lampenleistung in der jeweiligen Betriebsphase durchzuführen.

Die Referenzspannungen U _{ref 1} und U _{ref 2} können während des Betriebes der Leuchtstofflampe verändert werden, indem dem Steuerwerk SW ein Dimmersignal DI zugeführt wird. Dieses dem Vorschaltgerät extern zugeführte Dimmersignal kann von einem manuell bedienbaren Schalter, einer Lichtregelschaltung o. dgl. erzeugt werden.

Claims

1. Vorschaltgerät für Entladungslampen, mit
einer an einen Pol einer Versorgungsgleichspannung angeschlossenen Reihenschaltung aus einem Schaltglied, einem Stromfühler (Mf) und einer Induktivität (L) sowie einer zwischen der Ausgangsseite des Schaltgliedes und dem anderen Pol der Versorgungsgleichspannung angeordneten Diode (D),
zwei parallelen Schaltungszweigen (Z 1, Z 2), von denen jeder zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter (T 1, T 3; T 2; T 4) aufweist, zwischen denen jeweils eine Elektrode (E 1, E 2) der Entladungslampe angeschlossen ist,
einem Schaltregler (K), der das Schaltglied so steuert, daß der vom Stromfühler (Mf) festgestellte Strom im wesentlichen konstant ist, und
einem Steuerwerk (SW) zum Betrieb der elektronischen Schalter (T 1 bis T 4) in der Weise, daß bei gezündeter Entladungslampe jweils zwei diagonal gegenüberliegende elektronische Schalter geöffnet und die beiden anderen elektronischen Schalter gesperrt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe eine Leuchtstofflampe (LL) ist, deren heizbare Elektroden (E 1, E 2) jeweils zwischen die elekketronischen Schalter (T 1, T 3 bzw. T 2, T 4) eines Schaltungszweiges (Z 1 bzw. Z 2) geschaltet sind,
daß jeder Schaltungszweig (Z 1, Z 2) eine eigene Induktivität (L 1, L 2) und ein eigenes Schaltglied enthält, das zum Konstanthalten des Stromes dieses Schaltungszweiges von einem zugehörigen Schaltregler (K 1, K 2) gesteuert ist, und
daß zum Aufheizen der Elektroden (E 1, E 2) alle vier elektronischen Schalter (T 1 bis T 4) in eine Stromleitphase gesteuert werden und daß nach einer definierten Vorheizzeit zwei diagonal gegenüberliegende elektronische Schalter gesperrt werden.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Schaltungszweig (Z 1, Z 2) das Schaltglied aus einem der elektronischen Schalter (T 1, T 2) besteht, der in jeder Stromleitphase zum Konstanthalten des Stromes des Schaltungszweiges wiederholt kurzzeitig gesperrt wird.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der definierten Vorheizzeit (VHP) der Strom durch eine vom Steuerwerk (SW) dem Schaltregler (K 2), der in der nachfolgenden Betriebsphase (BP 1) die Stromregelung übernimmt, vom Steuerwerk (SW) eine veränderte Steuerspannung (U _{ref 2}) zugeführt wird.