DE69524593T2

DE69524593T2 - Vorschaltgerät mit Symmetriertransformator für Leuchtstofflampen

Info

Publication number: DE69524593T2
Application number: DE69524593T
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Hendrik Mario Pol; Johannes Maria Van Meurs; Paul Robert Veldman
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: CN1154642A; JPH09120892A; DE69524593D1; EP0766500A1; US6028400A; TW327266B; CN1110228C; EP0766500B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben von zumindest zwei Entladungslampen, versehen mit
- Eingangsklemmen zum Anschluss an eine Speisespannungsquelle,
- mit den Eingangsklemmen gekoppelten ersten Mitteln zum Erzeugen einer hochfrequenten Spannung aus einer von der Speisespannungsquelle gelieferten Speisespannung,
- einem Lastzweig, der mit den ersten Mitteln gekoppelt ist und folgendes umfasst
- einen ersten Zweig mit ersten Klemmen zum Aufnehmen einer ersten Entladungslampe und einem ersten induktiven Element,
- einen zweiten Zweig, der den ersten Zweig nebenschließt und weitere Klemmen zum Aufnehmen einer zweiten Entladungslampe und ein zweites induktives Element, das magnetisch mit dem ersten induktiven Element gekoppelt ist, umfasst und
- zweiten Mitteln, um beim Zünden der Entladungslampen die Spannung am ersten Zweig und zweiten Zweig auf einen ersten Wert zu begrenzen.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus dem US-Patent 4.441.054 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung ist geeignet, um zwei Entladungslampen zu betreiben. Das erste induktive Element und das zweite induktive Element bilden zusammen einen Abgleichtransformator. Dieser Abgleichtransformator bewirkt, dass im Lampenbetrieb die durch die beiden Entladungslampen fließenden Ströme ungefähr gleich sind. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Schaltungsanordnung die Möglichkeit bietet, die Entladungslampen zu dimmen, da anderenfalls die Lichtströme der Entladungslampen im gedimmten Zustand erheblich voneinander abweichen können, was in vielen Anwendungen als unerwünscht betrachtet wird. Ein Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung ist jedoch, dass, wenn während der Zündphase eine der Entladungslampen zündet und die andere noch nicht, eine Spannung mit sehr hoher Amplitude an der genannten anderen Entladungslampe anliegt. Eine solche sehr hohe Spannung widerspricht den Sicherheitsanforderungen, wie sie beispielsweise in IEC 928 formuliert worden sind. Ein zweiter Nachteil ist, dass in diesem Fall ein Strom von verhältnismäßig hoher Amplitude durch das induktive Element fließt, das einen Teil des Zweiges darstellt, in dem sich die bereits gezündete Entladungslampe befindet. Der Abgleichtransformator sollte so bemessen sein, dass infolge dieses Stromes von relativ hoher Amplitude keine Sättigung des Abgleichtransformators auftritt, weil anderenfalls Stromimpulse auftreten, die die Lebensdauer eines Teils der Komponenten, aus denen die Schaltungsanordnung aufgebaut ist, verkürzen. Infolgedessen ist der Abgleichtransformator in der bekannten Schaltungsanordnung eine verhältnismäßig voluminöse und kostspielige Komponente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu verschaffen, zum Betreiben und Zünden von zumindest zwei Entladungslampen, mit der die durch die beiden Entladungslampen fließenden Ströme nahezu zueinander gleich gehalten werden können, wobei während des Zündens der Entladungslampen keine Spannung von sehr hoher Amplitude an einer der Entladungslampen auftritt und das Auftreten eines Stroms von sehr hoher Amplitude durch eines der induktiven Elemente vermieden wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art hierzu dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung außerdem mit dritten Mitteln versehen ist, um nach dem Zünden einer der Entladungslampen die Spannung am ersten Zweig und zweiten Zweig auf einen zweiten Wert zu begrenzen.
Obwohl nach dem Zünden einer der Entladungslampen an den induktiven Elementen erhebliche Spannungen anliegen, wird durch geeignete Wahl des zweiten Wertes verhindert, dass die Spannung an der (noch) nicht gezündeten Entladungslampe einen sehr hohen Wert erreicht, sodass die Schaltungsanordnung verhältnismäßig sicher für den Benutzer ist. Eine geeignete Wahl des zweiten Wertes hat auch den Vorteil, dass die Spannung an den induktiven Elementen nach dem Zünden einer der Entladungslampen nicht so hoch wird, dass der Abgleichtransformator, um Sättigung des Abgleichtransformators beim Zünden zu vermeiden, einen verhältnismäßig umfangreichen Aufbau haben muss.
Die an dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig vorhandene hochfrequente Spannung hängt mit der hochfrequenten Spannung zusammen, die an jedem der induktiven Elemente anliegt. Wenn keine der Entladungslampen im gezündeten Zustand ist, fließt kein Strom durch die induktiven Elemente, sodass an den induktiven Elementen nahezu keine Spannung anliegt. Hochfrequente Ströme fließen durch die beiden induktiven Elemente, wenn die beiden Entladungslampen gezündet haben. Jeder dieser hochfrequenten Ströme erzeugt infolge der endlichen Impedanz dieses induktiven Elementes für den hochfrequenten Strom eine Spannung an einem der induktiven Elemente. Die magnetische Kopplung zwischen den beiden induktiven Elementen transformiert die Spannung an jedem der induktiven Elemente zu dem anderen induktiven Element. Die induktiven Elemente sind so · aufgebaut, dass die Spannung an jedem induktiven Element infolge der endlichen Impedanz des hochfrequenten Stroms nahezu durch die Spannung an dem induktiven Element infolge der magnetischen Kopplung mit dem anderen induktiven Element kompensiert wird. Daher ist die Spannung an den induktiven Elementen wieder nahezu gleich null, wenn beide Entladungslampen gezündet haben. Wenn jedoch eine der Entladungslampen gezündet hat und die andere Entladungslampe nicht, fließt ein hochfrequenter Strom durch das induktive Element, das Teil des Zweiges ist, in dem die gezündete Entladungslampe liegt, sodass eine hochfrequente Spannung an diesem induktiven Element anliegt. Diese hochfrequente Spannung induziert über die magnetische Kopplung zwischen den beiden induktiven Elementen wieder eine hochfrequente Spannung an dem anderen induktiven Element. Nur in dem Fall, in dem eine der Entladungslampen gezündet hat und die andere Entladungslampe nicht, liegt an den induktiven Elementen eine Spannung an, die sich wesentlich von null unterscheidet. Eine Begrenzung der Spannung an dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig kann daher in verhältnismäßig einfacher Weise realisiert werden, wenn die dritten Mittel Mittel zum Begrenzen der Spannung an den induktiven Elementen umfassen. Die Mittel zum Begrenzen der Spannung an einem der induktiven Elemente arbeiten ausschließlich, wenn nur eine der Entladungslampen gezündet hat. Da eine Begrenzung der Spannung an einem der induktiven Elemente eine Begrenzung der Spannung an dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig bewirkt, wird in einfacher Weise erreicht, dass eine Begrenzung der Spannung an dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig auf den zweiten Wert nur ausgeführt wird, wenn nur eine der Entladungslampen gezündet hat.
Gute Ergebnisse wurden mit praktischen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erreicht, in denen die ersten Mittel eine Brückenschaltung umfassen und/oder die zweiten Mittel mit Mitteln zum Steuern der Frequenz der hochfrequenten Spannung versehen sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, mit zwei daran angeschlossenen Entladungslampen und
Fig. 2 einen Abschnitt der Schaltungsanordnung von Fig. 1 mehr im Einzelnen.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bilden K1 und K2 Eingangsklemmen zum Anschluss an eine Speisespannungsquelle. Diese Speisespannungsquelle muss im vorliegenden Fall eine Gleichspannung liefern. Schaltelemente S1 und S2 zusammen mit dem Schaltungsabschnitt SC bilden Mittel I zum Erzeugen einer hochfrequenten Spannung aus der Gleichspannung. Schaltungsabschnitte SC bilden eine Triggerschaltung zum Erzeugen eines hochfrequenten Steuersignals, um die Schaltelemente S1 und S2 mit hoher Frequenz leitend und nichtleitend zu machen. Die Vorschaltgerätespule L, der Kondensator C1, erste Klemmen zum Aufnehmen einer Entladungslampe K3 und K3', weitere Klemmen K4 und K4' zum Aufnehmen einer Entladungslampe und die induktiven Elemente L1 und L2 bilden zusammen einen Lastzweig B. Mit den ersten und den weiteren Klemmen zum Aufnehmen einer Entladungslampe sind die Entladungslampe LA1 bzw. die Entladungslampe LA2 verbunden. Der Zweig A wird von einer Reihenschaltung aus der Klemme K3, Entladungslampe LA1, Klemme K3' und dem induktiven Element L1 gebildet. Der Zweig C wird von einer Reihenschaltung aus der Klemme K4, Entladungslampe LA2, Klemme K4' und induktivem Element L2 gebildet. Die induktiven Elemente L1 und L2 bilden zusammen eine Anzahl von Windungen aus Kupferdraht um den gleichen magnetisierbaren Kern. Die Anzahl Windungen des induktiven Elementes L1 ist gleich der Anzahl Windungen des induktiven Elementes L2, aber die Wickelrichtung der Windungen des induktiven Elementes L1 ist entgegengesetzt dem des induktiven Elementes L2. Die beiden induktiven Elemente sind über den magnetisierbaren Kern miteinander magnetisch gekoppelt und bilden zusammen einen Abgleichtransformator. Der Schaltungsabschnitt II bildet in dieser Ausführungsform Mittel II zum Begrenzen der Spannung am Zweig A und Zweig C auf einen ersten Wert während des Zündens der Entladungslampen. Der Schaltungsabschnitt III bildet Mittel III zum Begrenzen der Spannung am Zweig A und Zweig C auf einen zweiten Wert nach dem Zünden einer der Entladungslampen. Die Mittel III sind in dieser Ausführungsform als Mittel zum Begrenzen der Spannung am induktiven Element L2 ausgeführt.
Die Eingangsklemmen K1 und K2 sind über eine Reihenschaltung aus dem Schaltelement S1 und dem Schaltelement S2 miteinander verbunden. Ausgänge des Schaltungsabschnitts SC sind mit jeweiligen Steuerelektroden des Schaltelementes 51 und Schaltelementes S2 gekoppelt. Diese Kopplungen sind in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet. Das Schaltelement S2 ist von einer Reihenschaltung aus der Vorschaltgerätespule L und dem Kondensator C1 nebengeschlossen. Der Kondensator C1 ist über einen Zweig A und über einen Zweig C nebengeschlossen. Ein Eingang des Schaltungsabschnittes II ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt des Zweiges A und der Vorschaltgerätespule L verbunden. Ein Ausgang des Schaltungsabschnittes II ist mit einem Eingang einer Triggerschaltung SC verbunden. Ein Eingang des Schaltungsabschnittes III ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt des induktiven Elementes L2 und der Klemme K4' verbunden. Ein Ausgang des Schaltungsabschnittes III ist mit dem Eingang der Triggerschaltung SC verbunden.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist folgendermaßen.
Wenn die Eingangsklemmen K1 und K2 mit einer Speisespannungsquelle verbunden sind, macht die Triggerschaltung SC die Schaltelemente S1 und S2 mit hoher Frequenz abwechselnd leitend und nichtleitend. Daher liegt am Zweig A und Zweig C eine hochfrequente Spannung an. Während eines ersten Teils der Zündphase, d. h. unmittelbar nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung, sind die beiden Entladungslampen noch nicht gezündet. Die Mittel II begrenzen während dieses ersten Teils der Zündphase die Spannung an den Zweigen A und C auf einen ersten Wert. Dies ist in dem vorliegenden Beispiel dadurch geschehen, dass die Mittel II die Frequenz des Steuersignals über die Triggerschaltung SC so regeln, dass die Spannung am Zweig A und Zweig C den ersten Wert nicht überschreitet. Das Zünden einer der Entladungslampen markiert den Übergang vom ersten Teil der Zündphase auf einen zweiten Teil der Zündphase. Unter der Annahme, dass die Entladungslampe LA1 gezündet werden soll, fließt während dieses zweiten Teils der Zündphase ein hochfrequenter Strom in dem induktiven Element L1 und am induktiven Element L1 wird eine hochfrequente Spannung anliegen. Infolge der magnetischen Kopplung zwischen dem induktiven Element L 1 und dem induktiven Element L2 liegt auch am induktiven Element L2 eine hochfrequente Spannung an, deren Amplitude nahezu gleich der Amplitude der hochfrequenten Spannung am induktiven Element L1 ist, während die Phase nahezu entgegengesetzt der der hochfrequenten Spannung am induktiven Element L1 ist. Dies bedeutet, dass die hochfrequente Spannung am induktiven Element L2 relativ zur hochfrequenten Spannung am Zweig A und Zweig C auch stark phasenverschoben ist. Wenn die Schaltungsanordnung nicht mit den erfindungsgemäßen Mitteln III versehen wäre, würden die Mittel II die Spannung am Zweig A und Zweig C auf dem ersten Wert halten, auch nach Zündung einer der Entladungslampen. Die hochfrequente Spannung am induktiven Element L2 würde daher eine verhältnismäßig große Amplitude haben. Die verhältnismäßig großen Amplituden der hochfrequenten Spannung am Zweig C und der hochfrequenten Spannung am induktiven Element L2 in Kombination mit der starken Phasenverschiebung zwischen diesen beiden hochfrequenten Spannungen würde zu einer starken Zunahme der Amplitude der hochfrequenten Spannung an der Entladungslampe LA2 führen. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform begrenzen jedoch die Mittel III während des zweiten Teils der Zündphase die Spannung am induktiven Element L2 und somit die Spannung am Zweig A und Zweig C, indem die Mittel III die Frequenz des Steuersignals über die Triggerschaltung SC so steuern, dass die Spannung am Zweig A und Zweig C den zweiten Wert nicht überschreitet. Da die Amplituden der hochfrequenten Spannung am Zweig C und am induktiven Element L2 begrenzt werden, wird die Amplitude der hochfrequenten Spannung an der Entladungslampe LA2 auch begrenzt. Eine geeignete Wahl des zweiten Wertes, und damit auch des Wertes, auf den die Spannung am induktiven Element L2 begrenzt wird, kann bewirken, dass die Amplitude der hochfrequenten Spannung an der Entladungslampe (den Entladungslampen) im ersten und im zweiten Teil der Zündphase ungefähr gleich ist.
In Fig. 2 wird der Schaltungsabschnitt II durch ohmsche Widerstände R1 und R2, Kondensatoren C2 und C4, Dioden D1 und D2 und die Steuerschaltung RC gebildet. Der Schaltungsabschnitt II wird durch ohmsche Widerstände R3 und R4, Kondensatoren C3 und C4, Dioden D3 und D4 und die Steuerschaltung RC gebildet. Eine weitere Klemme K4 ist mit der Eingangsklemme K2 über eine Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand R1, Kondensator C2 und ohmschen Widerstand R2 verbunden. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt des ohmschen Widerstandes R2 und des Kondensators C2 ist mit einer Kathode der Diode D1 und einer Anode der Diode D2 verbunden. Eine Kathode der Diode D2 ist mit einer Kathode der Diode D3 und einer ersten Seite eines Kondensators C4 verbunden. Eine weitere Seite des Kondensators C4 ist mit einer Anode der Diode D1 und der Eingangsklemme K2 verbunden. Eine weitere Klemme K4' ist mit der Eingangsklemme K2 über eine Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand R3, Kondensator C3 und ohmschen Widerstand R4 verbunden. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt des ohmschen Widerstandes R4 und Kondensators C3 ist mit einer Kathode der Diode D4 und einer Anode der Diode D3 verbunden. Die weitere Seite des Kondensators C4 ist mit einer Anode der Diode D4 verbunden. Die erste Seite des Kondensators C4 ist mit einem ersten Eingang der Steuerschaltung RC verbunden. Ein weiterer Eingang der Steuerschaltung RC ist mit einer Klemme K5 verbunden, an der während des Betriebs der Schaltungsanordnung eine Bezugsspannung Vref anliegt, die durch in Fig. 2 nicht abgebildete Mittel erzeugt wird. Ein Ausgang der Steuerschaltung RC ist mit dem Eingang der Triggerschaltung SC verbunden.
Die Funktionsweise des in Fig. 2 gezeigten Abschnitts der Ausführungsform von Fig. 1 ist folgendermaßen. Wenn die Schaltungsanordnung im Betrieb ist und weder die Lampe LA1 noch die Lampe LA2 gezündet hat, hat die hochfrequente Spannung zwischen der weiteren Klemme K4 und der Eingangsklemme K2 (= die hochfrequente Spannung am Zweig A und Zweig C) eine verhältnismäßig große Amplitude, sodass auch die Spannung am ohmschen Widerstand R2 eine verhältnismäßig große Amplitude hat. Während dieser Phase des Lampenbetriebs wird der Kondensator C4 bis auf eine Spannung aufgeladen, die nahezu gleich der maximalen Amplitude der Spannung am ohmschen Widerstand R2 ist. Wenn die Spannung am Kondensator C4 auf einen Wert ansteigt, der nahezu gleich der Bezugsspannung Vref ist, die an der Klemme K5 anliegt, wird die Frequenz und/oder das Tastverhältnis des Steuersignals, das von der Triggerschaltung SC erzeugt wird, über die Steuerschaltung RC so beeinflusst, dass die Amplitude der Spannung am Zweig A und Zweig C nicht weiter ansteigt. Bevor die erste Entladungslampe zündet, ist die Amplitude der hochfrequenten Spannung zwischen der weiteren Klemme K4' und der Eingangsklemme K2 (= die hochfrequente Spannung an dem induktiven Element L2) verhältnismäßig niedrig, sodass für die Amplitude der Spannung am ohmschen Widerstand R4 das Gleiche gilt und der Kondensator C4 durch die der Spannung am ohmschen Widerstand R4 nicht geladen wird. Nachdem eine der Entladungslampen gezündet hat, nimmt die Spannung am Zweig A und Zweig C weiter ab, während die Spannung an dem induktiven Element L2 stark zunimmt, sodass auch die Spannung am ohmschen Widerstand R4 stark ansteigt und der Kondensator C4 bis auf eine Spannung geladen wird, die nahezu gleich der maximalen Amplitude der Spannung am ohmschen Widerstand R4 ist. Wenn die Spannung am Kondensator C4 auf einen Wert ansteigt, der nahezu gleich der Bezugsspannung Vref an der Klemme K4 ist, wird die Frequenz und/oder das Tastverhältnis des von der Triggerschaltung SC erzeugten Steuersignals über die Steuerschaltung RC so beeinflusst, dass die Amplitude der Spannung an dem induktiven Element L2 und damit die Spannung an der noch nicht gezündeten Entladungslampe nicht weiter ansteigt. Der Kondensator C2 und der Kondensator C3 wirken als Gleichstrom entkoppelnde Kondensatoren. Die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind so gewählt, dass die Begrenzung der Spannung am Zweig A und Zweig C auf einen ersten Wert und anschließend auf einen zweiten Wert mit einer einzigen Bezugsspannung realisiert werden kann.
Für eine praktische Realisierung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, mit der zwei Niederdruck-Quecksilberentladungslampen mit einer Nennleistung von 50 W gezündet und betrieben werden können, wurde für den Effektivwert der Zündspannung während des ersten Teils der Zündphase ungefähr 500 V gemessen. Wenn die Mittel III absichtlich deaktiviert wurden, betrug der Effektivwert der Zündspannung während des zweiten Teils der Zündphase an der noch nicht gezündeten Entladungslampe ungefähr 1000 V. Wenn die Mittel III die Spannung an der noch nicht gezündeten Entladungslampe begrenzten, betrug der Effektivwert dieser Spannung ungefähr 580 V.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben von zumindest zwei Entladungslampen, versehen mit

- Eingangsklemmen (K1, K2) zum Anschluss an eine Speisespannungsquelle,

- mit den Eingangsklemmen gekoppelten ersten Mitteln (I) zum Erzeugen einer hochfrequenten Spannung aus einer von der Speisespannungsquelle gelieferten Speisespannung,

- einem Lastzweig (B), der mit den ersten Mitteln (I) gekoppelt ist und folgendes umfasst

- einen ersten Zweig (A) mit ersten Klemmen (K3, K3') zum Aufnehmen einer ersten Entladungslampe (LA 1) und einem ersten induktiven Element (L 1),

- einen zweiten Zweig (C), der den ersten Zweig (A) nebenschließt und weitere Klemmen (K4, K4') zum Aufnehmen einer zweiten Entladungslampe (LA2) und ein zweites induktives Element (L2), das magnetisch mit dem ersten induktiven Element (L1) gekoppelt ist, umfasst und

- zweiten Mitteln (II), um beim Zünden der Entladungslampen die Spannung am ersten Zweig (A) und zweiten Zweig (C) auf einen ersten Wert zu begrenzen,

dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung außerdem mit dritten Mitteln (III) versehen ist, um nach dem Zünden einer der Entladungslampen die Spannung am ersten Zweig (A) und zweiten Zweig (C) auf einen zweiten Wert zu begrenzen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die dritten Mittel (III) Mittel zum Begrenzen der Spannung an einem der induktiven Elemente (L2, L2) umfassen.

3. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Mittel (I) eine Brückenschaltung umfassen.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Mittel (II) mit Mitteln zum Steuern der Frequenz der hochfrequenten Spannung versehen sind.