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(11) | EP 0 949 851 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen Ballast for low-pressure discharge lamp Ballast pour lampe à décharge à faible pression |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer niederwattigen Niederdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß durch die Halbbrückenschaltung und dem bei solchen Schaltnetzteilen benötigten Zwischenkreiskondensator Oberschwingungen im Netz erzeugt werden. Dieser Netzstrom-Oberwellengehalt muß gemäß IEC-Publikation 555-2 bei Vorschaltgeräten oder Konvertern größer 25 W Leistungsaufnahme ab 1996 die Klasse C der Vorschriften und bei Kompaktlampen, Vorschaltgeräten und Adapter kleiner gleich 25 W Leistungsaufnahme ab 1998 die Klasse D der Vorschriften erfüllen.
[0003] Da die Größe des Zwischenkreiskondensators proportional zur Leistungsaufnahme der Lampe ist, benötigen Vorschaltgeräte für Lampen größer 25 W Zwischenkreiskondensatoren mit höheren Kapazitäten. Diese haben jedoch einen hohen Oberwellengehalt zur Folge, so daß bei diesen Lampen aktive Oberwellenfilterschaltungen in Form von aufwendigen Pumpschaltungen mit Kondensatoren und Dioden benötigt werden, um die IEC-Vorschriften der Klasse C erfüllen zu können. Eine solche Schaltungsanordnung wird z.B. in der DE-OS 36 23 749 beschrieben. Diese aktiven Schaltungen haben außerdem zusätzliche Funkstörungen zur Folge, die nur mit einem hohen Bauteileaufwand unterbunden werden können.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von niederwattigen Niederdruckentladungslampen, d.h. kleiner gleich 25 W zu schaffen, die den Netzstromoberwellengehalt unter den in der Klasse D der IEC-Publikationen festgelegten Höchstwerten hält. Der hierfür benötigte Schaltungsaufwand sollte möglichst klein und kostengünstig zu realisieren sein.
[0005] Aus der DE 44 30 397 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die den Oberwellengehalt unter den in der Klasse D der IEC-Publikationen festgelegten Höchstwert hält und zur Schaffung eines kapazitätsarmen Gleichstrom-Zwischenkreises drei Kapazitäten (mit dem Zwischenkreiskondensator) und zwei Dioden benötigt.
[0006] Aufgabe war es hier nun eine weiter vereinfachte Schaltungsanordnung zu schaffen, die die vorgegebenen Grenzwerte für die Oberwellen einhält und mit noch weniger Bauteilen auskommt.
[0007] Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
[0008] Der erfindungsgemäße Oberwellenfilter-Schaltkreis aus lediglich einer Diode und lediglich einem Kondensator zusätzlich zum Zwischenkreiskondensator bewirkt einen sicheren Betrieb des Halbbrückengenerators im Nulldurchgang der Netz-Sinusspannung. Der Schaltkreis arbeitet nicht aktiv wie die oben aufgeführten Pumpschaltungen, sondern passiv, so daß hierdurch nur geringe Funkstörungen entstehen und der Aufwand an Bauteilen zur Funkentstörung klein gehalten werden kann. Der Schaltkreis kommt außerdem mit relativ niedrigen Kapazitätswerten im Gleichstrom-Zwischenkreis aus. Als Zwischenkreiskondensator können daher kostengünstige Folienkondensatoren verwendet werden.
[0009] Aufgrund der geringen Ladekapazität des Zwischenkreiskondensators und der erfindungsgemäßen Ankopplung einer Lampenseite an den erfindungsgemäßen Schaltkreis zur Oberwellenfilterung ergibt sich ein hoher Power-Faktor (Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung) von größer gleich 0,9.
[0010] Der Oberwellenfilter-Schaltkreis aus einer Diode und. einem Kondensator ist auf kleinem Raum kostengünstig zu realisieren, da als Kapazitäten ebenfalls Folien-Kondensatoren verwendet werden können, die zudem (gegenüber Elektrolyt-Kondensatoren) eine höhere "Temperatur-Langzeit-Stabilität" aufweisen.
[0011] Der Oberwellenfilter-Schaltkreis ermöglicht außerdem die Einsparung des Koppelkondensators in Reihe zur Resonanzinduktivität im Serienresonanzkreis, da der Kondensator des Oberwellenfilter-Schaltkreises die Aufgabe des Koppelkondensators mit übernimmt.
[0012] Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
- Figur 1
- zeigt das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit Oberwellenfilter für eine niederwattige Niederdruckentladungslampe
- Figur 2
- zeigt eine Variante für das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
- Figur 3
- zeigt eine weitere Variante für das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
- Figur 4
- zeigt das detaillierte Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1
[0013] Das Blockschaltbild in Figur 1 gibt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine niederwattige Niederdruckentladungslampe LP wieder. Die Schaltungsanordnung beinhaltet ein Funkentstörfilter 1, einen Netzgleichrichter 2 und einen Halbbrückengenerator 3 mit Ansteuerschaltung und Resonanzdrossel. Zwischen den Mittenabgriff der beiden Transistoren des Halbbrückengenerators 3 und dem Pluspol des Netzgleichrichters 2 ist die Niederdruckentladungslampe LP geschaltet, wobei parallel zur Lampe LP der Vorheizkreis 4 gelegt ist.
[0014] Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung zusätzlich einen Oberwellenfilter-Schaltkreis 5 auf, wobei in die Verbindung des Pluspols des Netzgleichrichters 2 mit der zweiten Elektrode E2 der Niederdruckentladungslampe LP eine Diode D1 in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltet sind. Außerdem ist der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und die zweite Elektrode E2 über einen Kondensator C1 mit dem Minuspol des Netzgleichrichters 2 verbunden. Parallel zur Diode D1 ist außerdem ein Widerstand R9 geschaltet. Der Zwischenkreiskondensator C2 ist bei diesem Blockschaltbild parallel zum Gleichstomausgang des Netzgleichrichters geschaltet.
[0015] Figur 2 zeigt eine mögliche Variante zum Blockschaltbild, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Hier ist der Minuspol des Netzgleichrichters 2 über eine Diode D1 in Gleichstromsperrichtung (bezogen auf den Pluspol) mit der zweiten Elektrode E2 der Lampe LP verbunden. Der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und der zweiten Elektrode E2 ist über einen Kondensator C1 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters 2 verbunden. Parallel zur Diode D1 ist auch hier ein Widerstand R9 geschaltet.
[0016] Die Variante in Figur 3 entspricht im wesentlichen dem Blockschaltbild in Figur 1. Der Zwischenkreiskondensator C2 ist hier jedoch nicht parallel zum Gleichstromausgang des Netzgleichrichters 2 sondern parallel zur Diode D1 geschaltet.
[0017] Figur 4 zeigt das genaue Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Oberwellenfilter-Schaltkreis zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe LP gemäß dem Blockschaltbild in Figur 1. Direkt an den Netzeingang ist in jede Zuleitung eine Filterdrossel FD1, FD2 sowie parallel zur Filterdrossel FD1 ein Widerstand R1 geschaltet. Diesem Hochfrequenzfilter folgt der Netzgleichrichter mit den Dioden D3 bis D6. Die selbststeuernde Halbbrückenschaltung besteht aus den beiden Transistoren T1, T2, den Vorschaltwiderständen R3 bis R6, dem Steuerübertrager und dem Anlaufgenerator mit den Widerständen R2, R7, dem Startkondensator C4, der Diode D7 sowie dem Diac DC. Der Steuerübertrager arbeitet nach dem Rückkopplungsprinzip und setzt sich aus der Primärwicklung RKA sowie den beiden Sekundärwicklungen RKB und RKC zusammen. Die Lampe LP ist mit einem Anschluß der Elektrode E1 mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1, T2 und mit einem Anschluß der anderen Elektrode E2 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters verbunden. Außerdem ist ein Serienresonanzkreis aus Resonanzinduktivität L1 und Resonanzkon-densator C6 vorgesehen, wobei die Resonanzinduktivität L1 zwischen die Primärwicklung RKA des Steuerübertragers und den entsprechenden Anschluß der Elektrode E1 und der Resonanzkondensator C6 zwischen die auf der Heizkreisseite liegenden Anschlüsse der Elektroden E1 und E2 geschaltet sind.
[0018] Parallel zu den Schaltstrecken der Transistoren T1, T2 liegt außerdem ein Zwischenkreiskondensator C2. Der Kondensator C5 parallel zur Schaltstrecke des Transistors T1 dient zur Funkentstörung (Trapezkondensator). Außerdem ist parallel zum Resonanzkondensator C6 ein Kaltleiter R8 geschaltet, um die Vorheizung zu verbessern.
[0019] Die Funktionsweise einer solchen Schaltungsanordnung mit Halbbrückenschaltung und Serienresonanzkreis zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckentladungslampe kann dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (SIEMENS AG) 1982, Seite 148, entnommen werden und soll hier nicht näher ausgeführt werden.
[0020] Der zusätzliche Oberwellenfilter-Schaltkreis besteht aus der Diode D1, die in Reihe und in Gleichstromsperrichtung zwischen den Pluspol des Netzgleichrichters und den entsprechenden Anschluß der Elektrode E2 der Niederdruckentladungslampe LP geschaltet sind. Der Abgriff M2 zwischen der Diode D1 und der Elektrode E2 ist über einen Kondensator C1 mit dem Minuspol des Netzgleichrichters verbunden. Außerdem ist parallel zu der Diode D1 ein Widerstand R9 geschaltet.
[0021] Die Kondensator C1 wird über den Lampenstromkreis geladen. Die Ladung des Stützkondensators C1 wird über die Diode D1 auf den Gleichstrom-Zwischenkreis geleitet und sorgt nun zusammen mit der Ladung des Zwischenkreiskondensators C2 dafür, daß auch bei Nulldurchgang der Netzwechselspannung eine ausreichend hohe Versorgungsspannung vorliegt, um die Halbbrückenschaltung in Betrieb zu halten. Der Kondensator C1 wirkt zugleich also Koppelkondensator, so daß auf einen eigenen Koppelkondensator verzichtet werden kann. Der Widerstand R9 parallel zur Diode D1 stabilisiert das Schwingverhalten der Halbbrückenschaltung.
[0022] In der nachfolgenden Bestückungsliste sind die verwendeten Schaltungselemente für eine Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 zum Betrieb einer 8 W-Leuchtstofflampe LP an 230 V-Wechselspannung zusammengestellt:
| FD1, FD2 | 1,5 mH, BC |
| D3 - D6 | Gleichrichter-Brückenschaltung B250 C800 |
| D1, D7 | 1N4005 |
| C1 | 1 µF |
| C2 | 0,22 µF |
| C4 | 0,1 µF |
| C5 | 1,5 nF |
| C6 | 4,7 nF |
| DC | Diac 1N413M |
| R1 | 10 kΩ |
| R2, R7 | 820 kΩ |
| R3, R4 | 22 Ω |
| R5, R6 | 1 Ω |
| R8 | Kaltleiter PIC-C1380 |
| R9 | 270 kΩ |
| RKA | 9 Windungen |
| RKB, RKC | 3 Windungen |
| L1 | 2,4 mH, EF16 |
| T1, T2 | BUD620 |
- einen Netzgleichrichter (2) mit nachgeschaltetem Zwischenkreiskondensator (C2)
- eine an den Gleichstromausgang des Netzgleichrichters (2) angeschlossene Halbbrückenschaltung mit zwei alternierend schaltenden Transistoren (T1, T2) und einer Ansteuerschaltung, wobei ein Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) vorgesehen ist
- einen der Niederdruckentladungslampe (LP) zugeordneten Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Resonanzinduktivität (L1) und einer Resonanzkapazität (C6)
- Anschlußleitungen für die Niederdruckentladungslampe (LP), wobei eine Leitung die erste Elektrode (E1) der Lampe (LP) über die Resonanzinduktivität (L1) mit dem Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) und jeweils eine weitere Leitung die zweite Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- oder Minuspol des Netzgleichrichters (2) verbindet
dadurch gekennzeichnet, daß- in die Anschlußleitung der zweiten Elektrode (E2) der Lampe (LP) mit dem Plus- oder Minuspol des Netzgleichrichters (2) eine Diode (D1) in Reihe und in Gleichstromsperrichtung geschaltet ist und der Abgriff (M2) zwischen der Diode (D1) und der zweiten Elektrode (E2) über einen Kondensator (C1) mit dem anderen Pol des Netzgleichrichters (2) verbunden ist.
- a mains rectifier (2) with a downstream DC link capacitor (C2),
- a half-bridge circuit which is connected to the DC output of the mains rectifier (2) and has two alternately switching transistors (T1,T2) and a drive circuit, a centre tap (M1) being provided between the two transistors (T1,T2),
- a series resonant circuit which is assigned to the low-pressure discharge lamp (LP) and comprises a resonance inductor (L1) and a resonance capacitor (C6),
- connecting lines for the low-pressure discharge lamp (LP), a line connecting the first electrode (E1) of the lamp (LP) via the resonance inductor (L1) to the centre tap (M1) between the two transistors (T1,T2), and in each case a further line connecting the second electrode (E2) of the lamp (LP) to the positive or negative pole of the mains rectifier (2),
characterized in that- a diode (D1) is connected in series and in the DC non-conducting direction in the connecting line between the second electrode (E2) of the lamp (LP) and the positive or negative pole of the mains rectifier (2), and the tap (M2) between the diode (D1) and the second electrode (E2) is connected via a capacitor (C1) to the other pole of the mains rectifier (2).
- un redresseur (2) du secteur à condensateur (C2) de circuit intermédiaire en aval
- un circuit en demi-pont raccordé à la sortie de courant continu du redresseur (2) du secteur, comportant deux transistors (T1, T2) commutant en alternance et un circuit de commande, une prise (M1) médiane étant prévue entre les deux transistors (T1, T2)
- un circuit résonant série associé à la lampe (LP) à décharge à basse pression, constitué d'une inductance (L1) de résonance et d'une capacité (C6) de résonance
- des lignes de raccordement pour la lampe (LP) à décharge à basse pression, une ligne reliant la première électrode (E1) de la lampe (LP) par l'intermédiaire de l'inductance (L1) de résonance à la prise (M1) médiane entre les deux transistors (T1, T2) et respectivement une ligne supplémentaire reliant la deuxième électrode (E2) de la lampe (LP) au pôle plus ou au pôle moins du redresseur (2) du secteur
caractérisé en ce que- une diode (D1) est branchée en série et dans le sens de non conduction du courant continu dans la ligne de raccordement de la deuxième électrode (E2) de la lampe (LP) au pôle plus ou au pôle moins du redresseur (2) du secteur et la prise (M2) entre la diode (D1) et la deuxième électrode (E2) est reliée par l'intermédiaire d'un condensateur (C1) à l'autre pôle du redresseur (2) du secteur.