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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben
einer Entladungslampe, versehen mit
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- ersten und zweiten Eingangsklemmen zum Anschließen einer Speisequelle
sowie einer Erdklemme,
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- Gegentakt- und Gleichtaktfiltermitteln, in denen induktive Mittel und
kapazitive Filtermittel aufgenommen sind,
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- einem Schaltnetzteil, das mit der ersten und der zweiten Eingangsklemme
mit Hilfe eines ersten bzw. eines zweiten Spannungsleitungszweiges
verbunden ist, und
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- ersten und zweiten Ausgangsklemmen zum Anschließen der
Entladungslampe, wobei die Ausgangsklemmen mit dem Schaltnetzteil mit Hilfe eines
dritten bzw. vierten Spannungsleitungszweiges verbunden sind.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist von elektronischen Vorschaltgeräten
der Typen HF-B TLD und HF-P TLD, Hersteller Philips, bekannt, die zum Zünden und
Betreiben von Leuchtstofflampen entworfen sind, und dem Vorschaltgerät EMC 035-S01,
Hersteller Philips, das zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe
geeignet ist, insbesondere einer Halogenmetalldampflampe.
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Die Filtermittel dienen dazu, dafür zu sorgen, dass das Vorschaltgerät
Anforderungen erfüllt, die unter anderem unter der Bezeichnung ENSS015 bekannt sind. Auf
diese Weise wird erreicht, dass die Menge an auftretenden Störsignalen, besonders im
Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz, unter definierten Bedingungen unter einem zulässigen
maximalen Niveau bleibt.
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Die induktiven Mittel in dem bekannten Vorschaltgerät umfassen
miteinander gekoppelte erste und zweite Wicklungen in dem ersten bzw. zweiten
Spannungsleitungszweig, die eine Gleichtaktspule und eine separate Induktivität als Gegentaktspule
bilden. Die separate Induktivität kann in einem der Spannungsleitungszweige als separate
Selbstinduktivität vorgesehen sein. Ein technisches Äquivalent ist eine Ausführungsform in
Form zweier miteinander gekoppelter Wicklungen, die über die beiden
Spannungsleitungszweige verteilt sind. Die kapazitiven Filtermittel umfassen einen Gegentaktkondensator, der
den ersten und zweiten Spannungsleitungszweig verbindet und zwischen der
Gleichtaktspule und der Gegentaktspule platziert ist, und der gleichzeitig eine Reihenschaltung mit
einem Gleichtaktkondensator bildet, der auch Teil der kapazitiven Filtermittel ist. Der
Gleichtaktkondensator bildet eine Verbindung zwischen zumindest einem Teil der
induktiven Mittel und der Erdklemme. Der Gegentaktkondensator mit der Gegentaktinduktivität
bildet ein Gegentaktfilter, und der Gleichtaktkondensator mit der Gleichtaktspule bildet ein
Gleichtaktfilter. Der Gleichtaktkondensator in der bekannten Schaltungsanordnung wird
von einem einzelnen Kondensator gebildet. Es ist auch möglich, dass die kapazitiven
Futermittel von zwei Kondensatoren gebildet werden, die jeweils mit der Erdklemme
verbunden sind, während der erste und der zweite Spannungsleitungszweig jeweils mit einem der
beiden Kondensatoren verbunden sind.
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Obwohl die Filtermittel des bekannten Vorschaltgerätes eine befriedigende
Maßnahme darstellen, um die genannten Anforderungen zu erfüllen, hat es sich als
unmöglich erwiesen, um mit diesen Mitteln die Schaltungsanordnung auch die Anforderungen
nach EN55022 hinsichtlich der zulässigen Menge an Störungen im Frequenzbereich von
30 MHz bis 1 GHz erfüllen zu lassen. Dies ist ein Problem. Der Erfindung liegt als
Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zum Beseitigen dieses Problems zu verschaffen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten
Art hierzu dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsklemmen sowie die
Ausgangsklemmen mit Hilfe der kapazitiven Filtermittel sowohl miteinander als auch mit der Erdklemme
verbunden sind, dass eine Stützscheibe in sowohl dem dritten als auch dem vierten
Spannungsleitungszweig enthalten ist und dass weitere kapazitive Gleichtaktmittel zwischen den
induktiven Mitteln und dem Schaltnetzteil vorhanden sind.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Kombination der
Stützscheibe mit den kapazitiven Verbindungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen und
der Erdklemme es ermöglicht, die in EN55022 formulierten Anforderungen zu erfüllen,
während die weiteren kapazitiven Gleichtaktmittel auch dafür sorgen, dass die Norm
EN55015 weiterhin erfüllt bleibt. Vorzugsweise sind die induktiven Mittel als mit Streuung
gekoppelte erste und zweite Wicklungen in dem ersten bzw. zweiten
Spannungsleitungszweig ausgeführt. Die gekoppelte Induktivität zusammen mit den weiteren kapazitiven
Gleichtaktmitteln ist somit Teil des Gleichtaktfilters für den Frequenzbereich von 9 kHz bis
30 MHz, während die Streuinduktivität Teil des Gegentaktfilters ist.
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Eine Stützscheibe hat sich infolge nahezu nicht vorhandener parasitärer
Kapazität als besonders geeignet erwiesen, um Störsignalen bei höheren Frequenzen
entgegenzuwirken. Besonders für ein Hochfrequenzfilter geeignete Stützscheiben sind
Ferritstützscheiben mit einem verhältnismäßig hohen ohmschen Widerstand für den
Frequenzbereich von 30 MHz bis 1 GHz. Der Betrieb des Gegentaktfilters für den
Hochfrequenzbereich wird weiterhin günstig beeinflusst, wenn zwei Stützscheiben platziert werden, wobei
die Stützscheiben in verschiedenen Spannungsleitungszweigen mit zueinander
unterschiedlichen Polaritäten angeordnet werden.
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Die Schaltungsanordnung ist mit einer Zündschaltung zum Generieren von
Zündspannungsimpulsen zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe versehen. Eine
derartige Schaltung ist häufig mit einer Primärwicklung eines Impulstransformators
versehen, von dem eine Sekundärwicklung in Reihe zu einer Ausgangsklemme geschaltet ist.
Der Impulstransformator sorgt für die Aufwärtstransformation in der Sekundärwicklung
eines in der Zündschaltung gebildeten Impulses auf einen zum Zünden der Lampe
geeigneten und ausreichend hohen Pegel. Vorzugsweise wird die Sekundärwicklung zwischen
einer Stützscheibe und der betreffenden Ausgangsklemme platziert. Dies verhindert
vorteilhafterweise so weit wie möglich, dass durch die Zündimpulse bewirkte
Hochfrequenzsignale das Schaltnetzteil belasten. Dies wird in sehr vorteilhafter Weise dadurch realisiert,
dass sowohl der dritte als auch der vierte Spannungsleitungszweig mit einer Stützscheibe
versehen sind.
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Üblicherweise und vorzugsweise werden Hochdruck-Entladungslampen bei
einer Spannung mit periodisch wechselnder Polarität betrieben. Eine mit einem
Schaltnetzteil versehene Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer solchen Lampe
umfasst hierzu einen Kommutator, der mit dem dritten und vierten Spannungsleitungszweig
verbunden ist. Der Kommutator wird zumindest zwei, häufig sogar vier Schaltelemente
umfassen, die abwechselnd leitend und nichtleitend gemacht werden. Vorzugsweise werden
hier die Stützscheiben zwischen die Schaltelemente und die Ausgangsklemmen platziert.
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Üblicherweise umfasst ein Schaltnetzteil eine Gleichrichteranordnung zum
Bilden einer Gleichspannung aus der von der angeschlossenen Speisequelle gelieferten
Wechselspannung. Überraschenderweise wird durch die Platzierung der weiteren
kapazitiven Gleichtaktmittel zwischen der Erdklemme und einem Gleichspannungspol erreicht,
dass ein eventueller Erdleckstrom durch die weiteren kapazitiven Gleichtaktmittel erheblich
kleiner ist, als wenn die weiteren kapazitiven Gleichtaktmittel an einen
Wechselspannungspol angeschlossen wären. Dies ermöglicht es, den weiteren kapazitiven Gleichtaktmitteln
eine höhere Kapazität zu geben, was zu einer verbesserten Gleichtaktfilterwirkung führt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist
in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der
Technik,
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Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
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Fig. 3 einen Teil der Schaltungsanordnung von Fig. 2 im Detail und
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Fig. 4 eine Frequenzdarstellung eines von der Schaltungsanordnung von Fig.
2 generierten Störsignals.
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Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer
Entladungslampe 9. Die dargestellte Schaltungsanordnung bezieht sich auf ein zum
Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere einer Halogenmetalldampflampe
geeignetes Vorschaltgerät, das versehen ist mit
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ersten und zweiten Eingangsklemmen 1, 2 zum Anschließen einer Speisequelle sowie einer
Erdklemme 3,
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- Gegentakt- und Gleichtaktfiltermitteln 4, in denen induktive Mittel 400, 403
und kapazitive Filtermittel 41, 42, 44 aufgenommen sind,
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- einem Schaltnetzteil I, das mit der ersten und der zweiten Eingangsklemme
mit Hilfe eines ersten bzw. eines zweiten Spannungsleitungszweiges 5, 6
verbunden ist, und
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- ersten und zweiten Ausgangsklemmen 7, 8 zum Anschließen der
Entladungslampe, wobei die Ausgangsklemmen mit dem Schaltnetzteil mit Hilfe
eines dritten bzw. vierten Spannungsleitungszweiges 10, 11 verbunden sind.
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Die Filtermittel 4 dienen dazu, dass das Vorschaltgerät Anforderungen
erfüllt, die unter anderem unter der Bezeichnung EN55015 bekannt sind. Dadurch wird dafür
gesorgt, dass die Menge an auftretenden Störsignalen, insbesondere im Frequenzbereich
von 9 kHz bis 30 MHz, unter bestimmten definierten Bedingungen unterhalb eines
zulässigen Maximums bleibt.
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Bei dem bekannten Vorschaltgerät umfassen die induktiven Mittel
miteinander gekoppelte erste und zweite Wicklungen 401, 402 in dem ersten bzw. zweiten
Spannungsleitungszweig, die eine Gleichtaktspule bilden, und eine separate Induktivität 403, in
Form zweier Wicklungen, die über die beiden Spannungsleitungszweige verteilt und
miteinander gekoppelt sind, die als Gegentaktspule wirkt. Die kapazitiven Filtermittel
umfassen einen Gegentaktkondensator 41, der den ersten und zweiten Spannungsleitungszweig
miteinander verbindet und zwischen die Gleichtaktspule 400 und die Gegentaktspule 403
platziert ist und der gleichzeitig eine Reihenschaltung mit einem Gleichtaktkondensator 42
bildet, der auch Teil der kapazitiven Filtermittel ist. Der Gleichtaktkondensator stellt eine
Verbindung zwischen zumindest einem Teil der induktiven Mittel und der Erdklemme 3
dar. Der Gegentaktkondensator 41 bildet zusammen mit einem weiteren
Gegentaktkondensator 44 und der Induktivität 403 ein Gegentaktfilter, während der Gleichtaktkondensator
42 und die Gleichtaktspule 400 ein Gleichtaktfilter bilden. Der Gleichtaktkondensator in
der bekannten Schaltungsanordnung wird von einem einzelnen Kondensator gebildet.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung. Teile, die denen von Fig. 1 entsprechen, haben gleiche
Bezugszeichen. Die induktiven Mittel sind hier als mit Streuung gekoppelte erste und zweite
Wicklung 40A, 40B ausgeführt, die in dem ersten bzw. zweiten Spannungsleitungszweig
angeordnet sind. Die gekoppelte Induktivität zusammen mit den weiteren kapazitiven
Gleichtaktmitteln 42 ist somit Teil des Gleichtaktfilters für den Frequenzbereich von 9 kHz
bis 30 MHz, während die Streuinduktivität Teil des Gegentaktfilters ist. Die
Eingangsklemmen 1, 2 und die Ausgangsklemmen 7, 8 sind sowohl miteinander als auch mit der
Erdklemme 3 über kapazitive Filtermittel 41, 42 bzw. 45, 46 verbunden. Außerdem ist eine
Stützscheibe 47, 48 (vorzugsweise eine Ferritstützscheibe) in jedem der
Spannungsleitungszweige 10, 11 enthalten, während sich weitere kapazitive Gleichtaktmittel 43
zwischen den induktiven Mitteln 400 und dem Schaltnetzteil 1 befinden.
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Das Schaltnetzteil wird in Fig. 3 detaillierter dargestellt. Das Schaltnetzteil
umfasst eine Gleichrichteranordnung 15 zum Bilden einer Gleichspannung aus der von der
angeschlossenen Speisequelle gelieferten Wechselspannung, gefolgt von einem ersten
Gleichstromumrichter 16 und einem zweiten Gleichstromumrichter 17. Der Umrichter 17
ist danach mit einem Kommutator 20 verbunden. Die Gleichrichteranordnung 15, die
Gleichstromumrichter 16, 17 und der Kommutator 20 sind durch Gleichspannungsleiter 151
und 152 miteinander gekoppelt. Die Gleichstromumrichter sind je mit gesteuerten Schaltmitteln
versehen, die periodisch mit Hilfe von in einer Steuerschaltung 18 generierten
Steuersignalen leitend und nichtleitend gemacht werden. Zum Bilden der Steuersignale ist in
dem Gleichspannungsleiter 152 zwischen den beiden Gleichstromumrichtern ein
Meßwiderstand 19 enthalten. Indem die weiteren kapazitiven Gleichtaktmittel 43 zwischen den
Meßwiderstand und den Gleichstromumrichter 17 geschaltet werden, wird
vorteilhafterweise erreicht, dass der Meßwiderstand nur in einem vernachlässigbaren Maß zum Generieren
eines Störsignals beiträgt. Der Kommutator 20, der mit dem dritten und vierten
Spannungsleitungszweig verbunden ist, umfasst vier Schaltelemente 21, 22, 23, 24, die
abwechselnd leitend und nichtleitend gemacht werden. Der Kommutator ist weiterhin mit einer
Zündschaltung 25 zum Generieren von Zündspannungsimpulsen versehen. Die Schaltung
umfasst eine Primärwicklung 261 eines Impulstransformators 26, von dem eine
Sekundärwicklung 262 zwischen Ausgangsklemme 8 und Filterkondensator 45 in Reihe zur
Ausgangsklemme 8 geschaltet ist. Die Stützscheibe 47 ist hier zwischen den Schaltelementen
21, 22 und der Ausgangsklemme 7 platziert. Die Stützscheibe 48 ist zwischen den
Schaltelementen 23, 24 und der Sekundärwicklung 262 platziert.
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Bei einer praktischen Realisierung der beschriebenen Ausführungsform der
Schaltungsanordnung ist die Schaltungsanordnung geeignet zum Zünden und Betreiben
einer Halogenmetalldampflampe, beispielsweise vom Typ CDM 35W, Hersteller Philips,
mit einer Nennleistung von 39 W, die zum Anschluss an eine Speisequelle für 220 V, 50
Hz bestimmt ist. Die Filtermittel sind aus den folgenden Komponenten aufgebaut:
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Der erste Gleichstromumrichter 16 ist ein Hochsetzsteller, der aus der
zweiweggleichgerichteten Speisespannung eine Gleichspannung von 400 V zum Speisen des zweiten
Gleichstromumrichters 17 bildet. Der Umrichter 17 ist als Buck-Umrichter oder
Tiefsetzsteller ausgeführt und stellt im stabilen Lampenbetrieb einen gesteuerten Stromgenerator
dar. Im stabilen Lampenbetrieb beträgt die Lampenspannung ungefähr 90 V. Die
gesteuerten Schaltmittel der beiden Gleichstromumrichter werden im stabilen Lampenbetrieb mit
hoher Frequenz, im Bereich von 17 kHz bis 0,2 MHz, abwechselnd leitend und nichtleitend
gemacht. Die Schaltelemente des Kommutators schalten abwechselnd mit nahezu
konstanter Frequenz von 150 Hz abwechselnd leitend und nichtleitend. Die Sekundärwicklung 262
des Impulstransformators 26 hat 76 Windungen und daher eine so große parasitäre
Kapazität, dass sie bei der Unterdrückung von Störsignalen keine wichtige Rolle spielt.
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Fig. 4A,B ist eine Frequenzdarstellung der Störsignalmenge, die von der
beschriebenen Ausführungsform beim Betrieb einer CDM-35W-Lampe (Hersteller Philips
mit einer Nennleistung von 39 W) generiert wird, gemessen mit Hilfe einer
Spitzenwertmessung. Die Signalstärke ist in üblicher Einheit auf der vertikalen Achse aufgetragen und
die Frequenz auf der horizontalen Achse. Fig. 4A zeigt den von der Norm EN55015
abgedeckten Frequenzbereich. Fig. 4B bezieht sich auf den von der Norm EN55022
abgedeckten Frequenzbereich. Die für jeden Frequenzbereich geeignete und tatsächlich geforderte
spezielle Messtechnik kann bei der gleichen Frequenz zu Unterschieden beim Wert des
gemessenen Störsignals führen, wenn gemäß EN55015 oder EN55022 gemessen wird.
Kurve 100 stellt die Stärke des gemessenen Signals dar und Kurve 200 ist die maximal
zulässige Stärke nach EN55015 und EN55022. Da die Kurve 100 über den gesamten
Frequenzbereich unter der Kurve 200 bleibt, wird deutlich sein, dass die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung beide Normen EN55015 und EN55022 erfüllt. Zum Vergleich wird
Kurve 300 gezeigt, die die Signalstärke bei Verwendung der bekannten
Schaltungsanordnung darstellt.