Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens
zwei Entladungslampen mit einer Stromsteuereinrichtung, zur Steuerung des Stroms durch
die Glühwendeln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektronische Vorschaltgeräte,
in die eine derartige Vorrichtung integriert ist. Das Betreiben der Entladungslampen
umfasst dabei sowohl deren Starten als auch deren Brennen.
Stand der Technik
[0002] Es ist bekannt, zwei Entladungslampen mit zwei Lastkreisen zu betreiben. Dabei wird
als Lastkreis die Last einer Brücke bezeichnet, die zum Betreiben einer Entladungslampe
als Wechselrichter verwendet wird. Jeder Lastkreis besitzt für die jeweilige Lampe
eine eigene Vorheizanordnung. Weiterhin besteht gemäß internem Stand der Technik die
Möglichkeit, zwei Lampen in einem Lastkreis zu betreiben. Hierbei ist die Primärspule
eines Heiztransformators der Serienschaltung von zwei Lampen parallel geschaltet und
die Sekundärspule des Heiztrafos zwischen die beiden Lampen geschaltet. Ferner gibt
es die Möglichkeit, alle Wendeln der Lampen über Sekundärwicklungen transformatorisch
zu heizen, wobei die Primärwicklung in einem für die Anwendung passenden Abschnitt
der Brücke liegt.
[0003] Die schaltungstechnische Realisierung der Lastkreise ist verhältnismäßig aufwändig,
da zum definierten, sequentiellen Starten und anschließenden gemeinsamen Betreiben
der Lampen elektronische Steuerschaltungen mit Relais- oder Transistorschaltem erforderlich
sind. Zum Betreiben einzelner Lampen existieren dagegen verhältnismäßig günstige Steuerschaltungen,
die zur Steuerung des Vorheizens lediglich passive Bauelemente benutzen. Wesentlicher
Bestandteil derartiger Schaltungen ist ein wärmeempfindlicher Widerstand mit einem
positiven Temperaturkoeffizienten.
[0004] In Figur 1 ist eine Brückenschaltung mit einem diesbezüglichen Lastkreis dargestellt.
Die Brücke ist zum Zwecke des Wechselrichtens als Halbbrücke mit zwei Schaltelementen
1 und 2 und zwei Kondensatoren 3 und 4 realisiert. Der Lastkreis 5 in der Brücke umfasst
eine Spule 6 in Serie mit einer Lampe 7, die sowohl mit einem Resonanzkondensator
8 als auch mit einem wärmeempfindlichen Widerstand 9 parallel geschlossen ist.
[0005] Die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Schaltung sei im Folgenden erläutert.
Durch geeignete Ansteuerung der Schalter 1 und 2 wird für den Lastkreis 5 im Mittenabgriff
der Brücke aus der Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Für den Zündvorgang
der Lampe liegt die Frequenz der Wechselspannung günstigerweise im Bereich der Resonanzfrequenz
der Spule 6 und des Kondensators 8. Vor dem Zünden verstimmt der Widerstand 9 mit
positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) als Kaltleiter den Serienschwingkreis 6, 8
derart, dass die notwendige Zündspannung an der Lampe 7 beziehungsweise dem Kondensator
8 nicht erreicht wird. Es fließt aber bereits Strom durch die Glühwendeln 10 und 11
der Lampe 7, so dass sie für den Zündvorgang vorgeheizt werden. Ebenso fließt währenddessen
Strom durch den PTC-Widerstand 9 und erwärmt ihn in dieser Vorheizphase. Dabei steigt
sein Widerstand an, wodurch die Verstimmung des Serienresonanzkreises 6, 8 entsprechend
zurück geht, so dass die Zündspannung über der Lampe 7 erreicht werden kann. Der PTC-Widerstand
9 ist dabei so ausgelegt, dass er auch nach dem Zünden eine ausreichende Menge Strom
führt um hochohmig zu bleiben, damit die Resonanz mit entsprechender Güte aufrecht
erhalten werden kann.
[0006] In Figur 2a ist der Lastkreis 5 der Übersicht halber ohne die Spule 6 dargestellt.
Figur 2b zeigt eine Variante des Lastkreises von Figur 2a. In Serie zu dem PTC-Widerstand
9 ist ein Serienkondensator 12 geschaltet. Dieser bewirkt, dass die Verstimmung des
Resonanzkreises durch den PTC-Widerstand 9 nicht so ausgeprägt ist wie im Fall der
Schaltung der Figur 2a. Dies bedeutet, dass in diesem Fall die Zündspannung schneller
erreicht wird und die Lampe in Folge dessen rascher zündet.
[0007] Eine weitere Variante der Lastkreise, die in den Figuren 2a und 2b dargestellt sind,
ist in Figur 2c wiedergegeben. In diesem Fall ist im kalten Zustand des PTC-Widerstands
9 in erster Linie der Serienkondensator 12 wirksam, wogegen im warmen Zustand des
PTC-Widerstands 9, d.h. während des Betriebs und Zündens der Lampe, die Serienschaltung
der beiden Kondensatoren 8 und 9 vorrangig wirksam ist.
Darstellung der Erfindung
[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für den Betrieb von zwei Lampen
eine kostengünstige Vorheizschaltung vorzuschlagen.
[0009] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Betreiben von
mindestens zwei Entladungslampen mit einer ersten Kontakteinrichtung zum elektrischen
Anschließen einer ersten Entladungslampe, die zwei erste Glühwendeln aufweist, einer
zweiten Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer zweiten Entladungslampe,
die zwei zweite Glühwendeln aufweist, und einer Stromsteuereinrichtung zur Steuerung
des Stroms durch die zwei ersten und zwei zweiten Glühwendeln, wobei Anschlussklemmen
der ersten Kontakteinrichtung für eine der ersten Glühwendeln mit Anschlussklemmen
der zweiten Kontakteinrichtung für eine der zweiten Glühwendeln zusammen mit einer
Sekundärwicklung einer Transformatoreinrichtung im Kreis geschaltet sind und je eine
Anschlussklemme der ersten und zweiten Kontakteinrichtung für die jeweils anderen
der ersten und zweiten Glühwendeln unter Zwischenschaltung der Stromsteuereinrichtung
in Serie mit der Primärwicklung der Transformatoreinrichtung miteinander verbunden
sind.
[0010] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt darin, dass gegenüber der Vorheizschaltung
für eine Lampe der zusätzliche Aufwand für die Vorheizung einer zweiten Lampe lediglich
in einem Bauteil, nämlich einem Transformator, liegt. Der Transformator gewährleistet
bei geeigneter Dimensionierung, dass sämtliche Glühwendeln der Entladungslampen gleichzeitig
und mit annähernd gleicher Leistung geheizt werden.
[0011] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist parallel zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
d.h. zwischen die übrigen Anschlussklemmen beider Kontakteinrichtungen, ein Resonanzkondensator
geschaltet. Damit können beide Lampen mit einer Resonanzschaltung betrieben werden.
[0012] Günstigerweise umfasst die Stromsteuereinrichtung einen PTC-Widerstand mit positivem
Temperaturkoeffizienten. Dieses Bauelement ermöglicht eine verhältnismäßig einfache
und kostengünstige Steuerung der Vorheizung für die Lampen. An Stelle der PTC-Widerstände
kann die Stromsteuereinrichtung einen Transistor umfassen. Dadurch läßt sich das Vorheizen
gezielter, aber auch aufwändiger steuern.
[0013] Seriell zu der Stromsteuereinrichtung kann ein Serienkondensator geschaltet werden.
Dieser bewirkt, dass die Resonanzschaltung insgesamt weniger verstimmt wird und die
Lampen durch entsprechende Stromüberhöhung früher gezündet werden.
[0014] Parallel zu der ersten und/oder zweiten Kontakteinrichtung kann ein Sequenzstartkondensator
vorgesehen sein. Mit diesem ist vorteilhafterweise die sequentielle Startreihenfolge
bei mindestens zwei Lampen steuerbar. Dadurch kann ein Sequenzstart zur Vermeidung
von sehr hohen Zündströmen/- spannungen erreicht werden, welcher den Einsatz weniger
belastbarer und damit kostengünstigerer Bauelemente ermöglicht.
[0015] Vorzugsweise lässt sich die Vorrichtung ferner an eine Drosselspule anschließen,
mit der die Vorrichtung in Resonanz betrieben werden kann. Damit kann das Ansteuern
der Vorrichtung durch einen einzelnen Wechselrichter zum Betrieb von zwei und mehr
Lampen realisiert werden.
[0016] Günstigerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ein elektrisches Vorschaltgerät
für Leuchtstofflampen integriert. Somit lassen sich zwei und mehr Lampen mit einem
Vorschaltgerät betreiben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0017] Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen
zeigen:
- Figur 1
- einen Schaltplan einer Halbbrücke mit einem Lastkreis gemäß dem Stand der Technik
zum Betreiben einer Leuchtstofflampe;
- Figuren 2a, 2b, 2c
- Varianten von Lastkreisen gemäß dem Stand der Technik; und
- Figur 3
- einen erfindungsgemäßen Lastkreis zum Betreiben von mindestens zwei Lampen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[0018] Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
[0019] In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßer Lastkreis eines Vorschaltgeräts für Entladungslampen
dargestellt. In dem Lastkreis werden die Lampen 71 und 72 betrieben. Sie verfügen
über jeweils zwei Glühwendeln 711, 712 sowie 721, 722. Im Schaltkreis sind für die
Glühwendel 711 der Lampe 71 die Anschlussklemmen 20 und 21, für die Glühwendel 712
der Lampe 71 die Anschlussklemmen 22 und 23, für die Glühwendel 721 der Lampe 72 die
Anschlussklemmen 24 und 25, sowie für die Glühwendel 722 der Lampe 72 die Anschlussklemmen
26 und 27 vorgesehen.
[0020] Zwischen den Anschlussklemmen 20 und 26 der beiden Lampen 71 und 72 ist ein Resonanzkondensator
C
res 8 geschaltet. An die Anschlussklemme 26 ist ferner eine Resonanzinduktivität L
res 6 angeschlossen.
[0021] Zwischen die Anschlussklemmen 21 und 27 der Lampen 71 und 72 ist in Serie ein Widerstand
PTC mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein Serienkondensator C
ser und eine Primärspule L
p eines Transformators geschaltet. Die Sekundärspule Ls des Transformators ist zwischen
die Anschlussklemmen 23 und 25 der Lampen 7 1 und 72 geschaltet. Darüber hinaus sind
die Anschlussklemmen 22 und 24 der beiden Lampen miteinander verbunden. Schließlich
ist zwischen die Anschlussklemmen 24 und 26 der Lampe 72 ein Sequenzstartkondensator
C
seq geschaltet.
[0022] Die Funktionsweise des Lastkreises mit den beiden Lampen 71 und 72 sei im Folgenden
näher erläutert. Grundsätzlich besteht der Betrieb der Lampen 71 und 72 aus den drei
Phasen: Vorheizen der Glühwendeln, Zünden der Lampen und Brennen der Lampen. Die Energie
wird den Lampen über die Resonanzschaltung C
res, L
res zugeführt.
[0023] Zu Beginn der Vorheizphase ist der wärmeempfindliche Widerstand PTC 9 noch kühl und
damit niederohmig. In diesem Zustand bedämpft er den Last-Resonanzkreis soweit, dass
die Spannung über den Lampen 71, 72 nicht zu deren Zündung ausreicht. Der Vorheizstrom
fließt durch die Glühwendel 711 und 722 und damit auch durch die Serienschaltung bestehend
aus dem Widerstand PTC 9, dem Serienkondensator C
ser und der Primärwicklung L
p des Transformators. Über dem Transformator wird Vorheizstrom in den Kreis bestehend
aus den beiden Glühwendeln 712 und 721 sowie der Sekundärspule L, eingekoppelt. Der
Transformator ist dabei günstigerweise so zu dimensionieren, dass der Vorheizstrom
durch die Glühwendeln 711 und 722 dem Vorheizstrom durch die Glühwendeln 712 und 721
leistungsmäßig entspricht. Somit kann ein symmetrisches Vorheizen aller Glühwendeln
711, 712, 721, 722 erreicht werden.
[0024] Der Serienkondensator C
ser ist optional in den Lastkreis geschaltet. Er sorgt in der Vorheizphase für eine Stromüberhöhung
im Resonanzkreis und damit für eine Beschleunigung der Vorheizphase.
[0025] Der Vorheizstrom erwärmt den Widerstand PTC 9, so dass dieser am Ende der Vorheizphase
hochohmig wird. Damit wird die Bedämpfung des Lastkreises größtenteils aufgehoben,
die Güte des Resonanzkreises und damit die Spannung an den Lampen 71 und 72 steigt
und die beiden Lampen zünden.
[0026] Um in der Zündphase einen zu hohen Zündstrom zu vermeiden, werden die beiden Lampen
71 und 72 sequentiell gezündet. Hierzu ist der Sequenzstartkondensator C
seq parallel zur Lampe 72 geschaltet. Da die Lampen 71 und 72 einen Spannungsteiler darstellen,
fällt wegen des Sequenzstartkondensators C
seq an der Lampe 72 weniger Spannung ab als an der Lampe 71. Folglich zündet die Lampe
71 vor der Lampe 72. Diese Vorlaufzeit kann durch geeignete Dimensionierung des Sequenzstartkondensator
C
seq gezielt vorgegeben werden.
[0027] In der Brennphase, in der die Lampen 71 und 72 verhältnismäßig niederohmig sind,
läuft der Strom im Wesentlichen von der Klemme 20 über die Glühwendel 711, die Glühwendel
712, die Klemme 22, die Klemme 24, die Glühwendel 721, die Glühwendel 722 zur Klemme
26. Durch die Hochohmigkeit des Widerstandes PTC und den damit stark reduzierten Strom
über den Widerstand PTC ist der Dauerheizstrom während des Lampenbetriebes über alle
Wendeln stark reduziert.
1. Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Entladungslampen (71, 72) mit
einer ersten Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer ersten Entladungslampe
(71), die zwei erste Glühwendeln (711, 712) aufweist,
einer zweiten Kontakteinrichtung zum elektrischen Anschließen einer zweiten Entladungslampe,
die zwei zweite Glühwendeln (721, 722) aufweist, und
einer Stromsteuereinrichtung zur Steuerung des Stroms durch die zwei ersten und zwei
zweiten Glühwendeln (711, 712, 721, 722),
dadurch gekennzeichnet, dass
Anschlussklemmen (22, 23) der ersten Kontakteinrichtung für eine der ersten Glühwendeln
(712) mit Anschlussklemmen (24, 25) der zweiten Kontakteinrichtung für eine der zweiten
Glühwendeln (721) zusammen mit einer Sekundärwicklung (Ls) einer Transformatoreinrichtung im Kreis geschaltet sind und
je eine Anschlussklemme (21, 27) der ersten und zweiten Kontakteinrichtung für die
jeweils anderen der ersten und zweiten Glühwendeln (711, 722) unter Zwischenschaltung
der Stromsteuereinrichtung (9) in Serie mit der Primärwicklung (Lp) der Transformatoreinrichtung miteinander verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen die übrigen Anschlussklemmen (20, 26)
der ersten und zweiten Kontakteinrichtung ein Resonanzkondensator (8) geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Serie zu der Stromsteuereinrichtung (9)
und der Primärwicklung (Lp) der Transformatoreinrichtung ein Serienkondensator (12) zur Stromüberhöhung für
eine Vorheizphase geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromsteuereinrichtung (9)
einen PTC-Widerstand umfasst.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei parallel zu der ersten oder zweiten
Kontakteinrichtung ein Sequenzstartkondensator (Cseq) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an die Vorrichtung eine Drosselspule
(6) angeschlossen ist, mit der die Vorrichtung zum Zünden der Entladungslampen (71,
72) in Resonanz betrieben werden kann.
7. Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben von Entladungslampen (71, 72) mit einer
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.