DE3709004A1 - Schaltungsanordnung zur speisung einer leuchtstofflampe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungs­ anordnung zur Speisung einer Leuchtstofflampe, welche Schaltungsanordnung einen Gleichrichterschaltkreis, einen Lastschaltkreis, an den die eine Leuchtstofflampe so anschließ­ bar ist, daß sie mit der Primärwicklung eines Rückkopp­ lungstransformators in Serie geschaltet ist, einen ge­ steuerten Wechselrichter und einen Steuerschaltkreis für den Wechselrichter aufweist, der an die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators angeschlossen ist und einen Taktschaltkreis mit variabler Zeitkonstante aufweist.

Aus der EP-A 93 469 ist eine derartige Schaltungs­ anordnung bekannt, bei der ein Wechselrichter mit zwei Transistoren und einem Kondensator über die Primärwicklung eines Rückkopplungstransformators eine Leuchtstofflampe speist. Es ist eine Steuervorrichtung für die Transistoren vorgesehen, die einen Zeitschaltkreis mit veränderlicher Zeitkonstante aufweist. Der Zeitschaltkreis ist an die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators ange­ schlossen und enthält spannungsabhängige Schaltkreisele­ mente, die zusammen mit dem Rückkopplungstransformator die Frequenz des Wechselrichters auf einen höheren Wert beim Starten der Leuchtstofflampe und auf einen niedrige­ ren Wert beim Betrieb derselben einstellen. Dadurch wird das Zünden der Leuchtstofflampe mit kalten Elektroden ver­ hindert. Um die Helligkeit der Leuchtstofflampe einzustel­ len, kann in den Zeitschaltkreis ein verstellbarer Wider­ stand vorgesehen werden.

Diese Schaltungsanordnung hat die Nachteile, daß das Zünden ausschließlich von der Lampe selbst abhängig ist und aufgrund der unter anderem vorliegenden Strombe­ grenzung die Zündung nicht definiert erfolgt.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Er­ findung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Zündung der Lampe zum definierten Zeitpunkt und bei optimalen Be­ triebsbedingungen für den Wechselrichter und die Lampe erfolgt, und bei der zur Steuerung der Helligkeit der Ist- Wert des Lampenstromes auf den Sollwert ausgeregelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kenn­ zeichnenden Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die jeweilige Fre­ quenz zum Vorheizen, Zünden und Brennen der Leuchtstoff­ lampe vorgesehen wird und daß bei der Leuchststofflampe über einen weiten Netzspannungsbereich eine konstante Hel­ ligkeit erreicht wird.

Bei einer Ausführungsform ist die an den Gleich­ richterschaltkreis angeschlossene Spannungsquelle als Widerstandsnetzwerk so ausgebildet, daß sie durch die Zwischenkreisspannung steuerbar ist, um den Lampenstrom der Leuchtstofflampe auf einen Wert im Bereich von 95-105% einzustellen und diesen Wert konstant zu halten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich wenn im Lampenschaltkreis ein Differenzstromtransfor­ mator vorgesehen wird, um den Ist-Wert des Lampenstromes zu messen, und die Spannungsquelle einen Regelschaltkreis aufweist, um zur Steuerung der Helligkeit den Ist-Wert des Lampenstromes auf einen Sollwert auszuregeln.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Schaltschema eines zweiten Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und

Fig. 3 ein ausführliches Schaltschema eines Aus­ führungsbeispiels der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters S 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen Gleichrichterschaltkreis 1, einen Last­ schaltkreis 2, einen gesteuerten Wechselrichter 3 und einen Steuerschaltkreis 4 für den Wechselrichter.

Der Gleichrichterschaltkreis 1 wird mit Netz­ spannung gespeist und gibt an seinen Ausgängen eine Gleich­ spannung ab, die als Zwischenkreisspannung UZ bezeichnet wird. Über die Ausgänge des Gleichrichterschaltkreises ist ein Kondensator C 1 geschaltet.

Der Lastschaltkreis 2 umfaßt eine Leuchtstoff­ lampe 6, über deren Elektroden ein Kondensator C 6 geschal­ tet ist, der Primärwicklung TR 1.0 eines Rückkopplungstrans­ formators und eine mit dieser in Serie geschalteten Strom­ begrenzungsdrossel Dr.

Der gesteuerte Wechselrichter 3 besteht im wesent­ lichen aus zwei Transistoren T 2 und T 4 sowie einem Konden­ sator C 5.

Zur Steuerung des Wechselrichters 3 sind zwei Schaltkreise 7, 7′ und eine Spannungsquelle 8 vorgesehen, die den Steuerschaltkreis 4 bilden. Da die Schaltkreise 7 und 7′ identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend nur einer beschrieben, wobei die Elemente für den anderen durch ein Apostroph gekennzeichnet sind. Die Sekundärwicklung TR 1.1 des Rückkopplungstransformators ist über eine Diode D 1 und einen Widerstand R 1 mit der Basis des Transistors T 2 verbunden und über eine Diode D 2 und einen Widerstand R 2 mit der Basis eines weiteren Transistors T 1 verbunden. Der Kollektor des Transistors T 1 ist zwischen der Diode D 1 und dem Widerstand R 1 angeschlossen. Zum Emitter des Transistors T 1 ist ein Kondensator C 2 parallel geschaltet, der zwischen der Diode D 2 und dem Widerstand R 2 angeschlos­ sen ist. Die vereinfacht dargestellte Spannungsquelle ent­ hält einen Schaltkreis, der als zeitabhängig gesteuerter Schalter S 1 arbeitet, einen Widerstand R 5, der parallel zum Schalter S 1 geschaltet ist, und einen Kondensator C 7, der parallel zum Widerstand R 5 geschaltet ist. Diese Span­ nungsquelle 8 ist über den Widerstand R 3 mit dem einen Schaltkreis 7 und über eine Serieschaltung aus einer Dio­ de D 4 und einem Widerstand R 4 sowie einem Kondensator C 3 mit dem anderen Schaltkreis 7′ verbunden. Die Fig. 3 zeigt eine ausführliche Darstellung des Schalters S 1.

Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung funktioniert wie folgt. Die Anordnung wird mit 220 V, 50 Hz gespeist. Durch den Gleichrichterschaltkreis 1 wird eine Gleichspannung erzeugt, die nachfolgend als Zwischenkreis­ spannung UZ bezeichnet wird. Es fließt ein Strom durch den Kondensator C 5, den Kondensator C 6, die Primärwicklung Tr 1.0 des Rückkopplungstransformators und die Strombegren­ zungsdrossel DR, wodurch die Kondensatoren C 5 und C 6 auf­ geladen werden. Ferner fließt ein Strom durch einen nicht gezeigten Anlaufschaltkreis, der dafür besorgt ist, daß der Transistor T 2 zum ersten Mal leitend gemacht wird. Da­ durch wird der Kondensator C 5 über den Lastschaltkreis 2 und den Transistor T 2 entladen. Durch den durch die Primär­ wickelung Tr 1.0 fließenden Entladestrom wird in den Sekun­ därwicklungen Tr 1.1 und Tr 1.2 des Rückkopplungstransforma­ tors eine Spannung induziert. Die in der Sekundärwicklung Tr 1.1 induzierte Spannung bewirkt, daß der Transistor T 2 im leitenden Zustand bleibt. Durch die Spannung UQ wird der Transistor T 1 leitend gemacht, wodurch der Transistor 2 nicht leitend wird. Dadurch wird unter anderem der Strom des Lastschaltkreises 2 über eine Diode D 5′ und dem Kon­ densator C 1 zum Kondensator C 5 zurückfließen und dabei laufend abnehmen. Erreicht der Strom einen Wert im Bereich seines Nulldurchgangs, wird der Transistor T 4 über die Sekundärwicklung Tr 1.2 und die Diode D 1′ leitend. Analog wie bei der Schaltung des Transistors T 2 wird die Spannung UQ aus der Spannungsquelle 8 über den Serieschaltkreis aus Diode D 4 und Widerstand R 4 an die Basis des Transistors T 3 angelegt und dieser leitend gemacht, was nach Ablauf einer Zeit, die durch den Kondensator C 2′ bestimmt wird, zur Sperrung des Transistors T 4 führt. Damit ist der Wech­ selrichter 3 in Funktion gesetzt und die Transistoren T 2 und T 4 werden abwechselnd leitend gemacht.

Um das Zünden der Leuchtstofflampe mit kalten Elek­ troden zu verhindern, ist eine Vorheizung der Leuchtstoff­ lampe vorgesehen. Diese Vorheizung erfolgt durch die Span­ nungsquelle, durch die während eines bestimmten Zeitraumes ein höherer Strom fließt. Dieser Strom setzt sich aus dem über den Schalter S 1 und dem durch den Widerstand R 5 flie­ ßenden Strom zusammen. Der Strom fließt über den Wider­ stand R 3 bzw. die Diode D 4 und den Widerstand R 4 zu den Schaltkreisen 7, 7′ und bestimmt somit die Frequenz des Wechselrichters 5 im Sinne einer höheren Frequenz. Dies hat einen höheren Strom im Lastschaltkreis 2 zur Folge, der das Vorheizen der Elektroden der Leuchtstofflampe 6 bewirkt. Nach Ablauf der Vorheizperiode wird der Schalter S 1 ge­ öffnet, so daß ein tieferer Strom fließt, d. h. der durch den Widerstand R 5 fließt. Dieser tiefere Strom ist so be­ stimmt, daß damit die Betriebsfrequenz des Wechselrich­ ters 3 vorgegeben wird.

Durch das Widerstandsnetzwerk, gebildet durch die Widerstände R 5 und R 3 bzw. R 5 und R 4 ist die Spannungs­ quelle in Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung UZ steuer­ bar, so daß die Helligkeit des Lichtstromes der Leucht­ stofflampe 6 auf den vom Lampenhersteller genannten Normal­ wert gehalten werden kann, wobei der hierfür erforderliche Lampenstrom 100% beträgt.

Mit dieser Schaltung kann in vorteilhafter Weise die aufgenommene Leistung konstant gehalten werden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schaltungsanordnung, in der gegen­ über der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung die Spannungsquelle in Abhängigkeit des durch die Leuchtstoff­ lampe fließenden Stromes geregelt wird. Aus diesem Grunde sind die gleichen Elemente in beiden Ausführungsbeispielen mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Unter­ schiede.

Wie Fig. 2 zeigt, unterscheidet sich diese Schal­ tungsanordnung im wesentlichen durch die Ausbildung der Spannungsquelle.

Die Spannungsquelle 10 hat einen Differenzstrom­ transformator, dessen Primärwicklungen Tr 2.1 in den Lampen­ kreis geschaltet sind, einen zweiten Gleichrichterschalt­ kreis 11, der mit der Sekundärwicklung Tr 2.2 des Differenz­ stromtransformators verbunden ist und an dessen Ausgänge ein Kondensator C 11 geschaltet ist. Die Spannungsquelle hat ferner einen Transformator Tr 3, der primärseitig an einen Leitdraht angeschlossen ist, und einen dritten Gleichrichterschaltkreis 12, der mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr 3 verbunden ist und über dessen Aus­ gänge ein Kondensator C 12 geschaltet ist. Die positiven Ausgänge des zweiten und dritten Gleichrichterschaltkrei­ ses 11, 12 sind an einem Summierpunkt Σ miteinander ver­ bunden, um die Ströme aus den beiden Transformatoren zu summieren. Die Spannungsquelle 10 weist weiterhin einen Transistor T 5 auf, dessen Kollektor mit dem ersten Gleich­ richterschaltkreis 1 verbunden ist und somit mit der Zwi­ schenkreisspannung UZ versorgt wird, und dessen Emitter an einen Serieschaltkreis aus einem Widerstand R 7 angeschlos­ sen ist. Die Spannungsquelle 10 enthält außerdem den zeit­ abhängig gesteuerten Schalter S 1, der parallel zum Serie­ schaltkreis aus Widerstand R 7 und Transistor T 5 geschaltet ist, und den zum Schalter S 1 parallel geschalteten Wider­ stand R 5 und einen Kondensator C 9, der in Serie zum vor­ stehenden Schaltkreis geschaltet ist.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltungsan­ ordnung nach Fig. 2 beschrieben. Wird die Spannungsquelle 10 ausgenommen, so funktioniert die Schaltungsanordnung im wesentlichen gleich wie die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, so daß auf die Beschreibung verzichtet werden kann.

Analog der Spannungsquelle gemäß Fig. 1 erfolgt die Vorheizung der Leuchtstofflampe 6 mittels des während eines bestimmten Zeitraumes zu den Schaltkrei­ sen 7, 7′ fließenden höheren Stromes, der sich aus dem über den Schalter S 1 fließenden Strom und dem durch den Widerstand R 5 fließenden Strom zusammensetzt. Nach Ablauf der Vorheizperiode fließt ein niedrigerer Strom, der dafür besorgt ist, daß der Wechselrichter zum Zün­ den exakt auf der Resonanzfrequenz schwingt. Zusätzlich hierzu wird durch den Differenzstromtransformator Tr 2.1, Tr 2.2 der Ist-Wert des durch die Leuchtstofflampe flie­ ßenden Stromes gemessen und ein diesem entsprechender Gleichstrom dem Summierpunkt Σ zugeleitet und durch den Transformator Tr 3 die Leitspannung auf einen bestimmten Wert eingestellt und ein dieser entsprechender Gleich­ strom dem Summierpunkt Σ zugeleitet. Der sich aus die­ sen Einzelströmen ergebende Strom wird der Basis des Transistors T 5 zugeleitet. Dadurch wird der Transistor T 5 leitend gemacht und somit fließt ein Strom zu den Schaltkreisen 7, 7′. Die Leitspannung kann einen Wert von Null bis zur vollen Netzspannung aufweisen. Durch die Änderung der Leitspannung wird die Helligkeit der Leuchtstofflampe gesteuert, weil man den Lampenstrom der Leitspannung folgen läßt. Bei der vorstehend be­ schriebenen Schaltung wirkt der Transistor T 5 als P-Regler. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß durch Anwendung zum Beispiel eines Operations­ verstärkers in dieser Schaltung ein PI-Regelverhalten realisierbar ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalters S 1, der als Transistorschaltkreis ausgebildet ist. Dieser Schalt­ kreis enthält einen Serieschaltkreis aus einem Wider­ stand R 8 und einem Kondensator C 8, die ein Zeitglied bilden, einen Transistor 7, dessen Basis zwischen dem Widerstand R 8 und dem Kondensator C 8 und dessen Emitter über eine Zenerdiode D 8 an die Masse angeschlossen ist, einen Widerstand R 7 der einerseits an den die Zwischen­ kreisspannung UZ führenden Leiter und andererseits an den Kollektor des Transistors T 7 angeschlossen ist, eine Ze­ nerdiode D 7, die in Serie mit dem Widerstand R 7 und pa­ rallel zum Transistor T 7 und Zenerdiode D 8 geschaltet ist, und einen zweiten Serieschaltkreis aus einem Transistor T 6, einem Widerstand R 6 und einer Diode D 6, wobei der Transistor T 6 mit seinem Kollektor an den die Zwischen­ kreisspannung UZ führenden Leiter, mit seiner Basis zwi­ schen dem Widerstand R 7 und der Zenerdiode D 7 und mit dem Emitter an die eine Seite des Widerstandes R 6 ange­ schlossen ist.

Der vorstehend beschriebene Schaltkreis funktio­ niert folgendermaßen. Beim Einschalten der Leuchtstoff­ lampe wird der Gleichrichterschaltkreis 1 die Zwischen­ kreisspannung UZ abgeben, die an den Widerstand R 8 und den Widerstand R 7 anliegt. Dadurch fließt über den Widerstand R 7 ein Strom zur Basis des Transistors T 6, der dadurch leitend wird, so daß der Strom zu den Schalt­ kreisen 7, 7′ fließen kann und über den Widerstand R 8 zum Kondensator C 8, um diesen aufzuladen, und an die Basis des Transistors T 7, wobei dieser Strom für das Durchschal­ ten des Transistors T 7 zu niedrig ist. Die zum Aufladen des Kondensators C 8 benötigte Zeit, die nicht kürzer als 0,5 Sekunden sein soll, hat der zur Basis des Transistors T 7 fließende Strom einen Wert erreicht, der den Transi­ stor T 7 leitend macht. Dadurch wird der Transistor T 6 ge­ sperrt, weil der Strom nun über den Transistor T 7 und die Zenerdiode D 8 fließt. Dieser Zustand wird bis zum näch­ sten Einschalten der Leuchtstofflampe 6 aufrechterhalten.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Speisung einer Leucht­ stofflampe, welche Schaltungsanordnung einen Gleichrich­ terschaltkreis, einen Lastschaltkreis, an den die eine Leucht­ stofflampe so anschließbar ist, daß sie mit der Primär­ wicklung eines Rückkopplungstransformators in Serie ge­ schaltet ist, einen gesteuerten Wechselrichter und einen Steuerschaltkreis für den Wechselrichter aufweist, der an die Sekundärwicklung des Rückkopplungstransformators an­ geschlossen ist und einen Taktschaltkreis mit variabler Zeitkonstante aufweist, gekennzeichnet durch eine Span­ nungsquelle (8, 10), die mit dem Steuerschaltkreis (4) ver­ bunden ist, um die Wechselrichterfrequenz zu verändern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungsquelle (8) an den Gleichrichter­ schaltkreis (1) angeschlossen ist und daß die Spannungs­ quelle (8) ein Schaltelement (S 1) aufweist, so daß nach Ablauf der Vorheizperiode der Wechselrichter zum Zünden der Lampe (6) nahe der Resonanzfrequenz schwingt.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (8) ein Widerstandsnetzwerk aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (8) an den Gleich­ richterschaltkreis (1) angeschlossen ist und daß die Spannungsquelle (8) so ausgebildet ist, daß sie durch die Zwischenkreisspannung (UZ) steuerbar ist, um den Lampen­ strom der Leuchtstofflampe (6) auf einen Wert im Bereich von 95-105% einzustellen und diesen Wert konstant zu hal­ ten.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzstromtransformator (Tr 2) im Lampenkreis vorgesehen ist, um den Ist-Wert des Lampen­ stromes zu messen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, gekenn­ zeichnet durch externe Mittel zur Vorgabe eines Sollwertes des Lampenstromes.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (10) einen Regel­ schaltkreis aufweist, um nach Ablauf der Vorheizperiode und dem Zünden der Lampe den Istwert des Lampenstromes auf einen Sollwert auszuregeln.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Regelschaltkreis ein P-Regler ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Regelschaltkreis ein PI-Regler oder PID-Reg­ ler ist.