Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe

Abstract

 Für eine Niederdruckentladungslampe (1), insbesondere eine Quecksilberdampfniederdruckentladungslampe mit einer Brennspannung von weniger als 60 V, besteht das Vorschaltgerät aus einer Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes (2) und eines Betriebskondensators (3). Die Bemessung dieses Vorschaltgerätes ist derart gewählt, daß das Verhältnis vom Scheitelwert zum Effektivwert des Lampenstromes zwischen 1,8 und 2,7 liegt. In dem Zündkreis der Niederdruckentladungslampe (1) ist für die Sofortzündung mindestens ein Halbleiterbauelement (6) wie z.B. ein gesteuerter Triac oder eine symmetrisch schaltende Vierschichtdiode angeordnet, das für die Vorheizung und Zündung der Lampe sorgt und bei etwa vierfacher Brennspannung auf Vorheizbetrieb schaltet. In einer alternativen Zünd- und Betriebschaltung ist eine symmetrische Spannungsverdopplerschaltung vorgesehen, bei der die Kondensatoren sowohl als Betriebs- wie auch als Entstörkondensator wirken. Die Schaltung ist besonders geeignet für Kompakt-Niederdruckentladungslampen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe mit vorheizbaren Elektroden, deren Brennspannung weniger als 60 V beträgt, wobei im Betriebsstromkreis ein Strombegrenzer und im Vorheizstromkreis für die Lampenelektroden ein Startelement angeordnet ist.

[0002] In bekannten Schaltungsanordnungen für Niederdruckentladungslampen mit kleinen Brennspannungen wird üblicherweise als Strombegrenzer eine Drosselspule und als Startelement ein Glimmstarter verwendet. Es wird damit eine relativ gute Vorheizung der Lampenelektroden und damit eine hohe Lampenlebensdauer erreicht. Allerdings stört bei diesen Schaltungsanordnungen die lange Zündzeit und das Flackern bis zur Zündung der Lampe. Die genannten Nachteile sind jedoch vermeidbar, indem anstelle des üblichen Glimmstarters ein sich nach ausreichender Vorheizung öffnender Ruhekontakt - oder ein Schaltelement mit vergleichbarer Funktion - verwendet wird, wobei gleichzeitig eine im Vorheizstromkreis angeordnete Diode die Drosselspule einseitig vormagnetisiert, was zu einem erhöhten Vorheizstrom führt.

[0003] Niederdruckentladungslampen mit Brennspannungen von weniger als 60 V werden wegen ihrer kleinen Abmessungen häufig in transportablen Leuchten (Handleuchten etc.) verwendet. Die relativ großen und schweren Drosselspulen sind dafür jedoch ungeeignet. Es werden deshalb anstelle von Drosselspulen verschiedentlich ohmsche Widerstände - ggf. mit einem dazu in Reihe geschalteten Kondensator - eingesetzt, wobei üblicherweise als Startelement ein Glimmstarter verwendet wird. Die bei diesen Schaltungen vorhandenen Nachteile wie z.B. keine bzw. schlechte Vorheizung der ) Lampenelektroden, Kaltzündung und dadurch kurze Lampenlebensdauer werden in Kauf genommen, da bei diesen Leuchten nur kurze Betriebszeiten vorgesehen sind.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe kleiner Brennspannung zu schaffen, die zum einen raumsparend in entsprechenden Leuchtengehäusen unterzubringen ist und zum anderen dabei eine schnelle und sichere Zündung gewährleistet.

[0005] Gemäß der Erfindung ist eine Zünd--ünd Betriebsschaltung mit den im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Merkmalen dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Dämpfungswiderstandes und eines Betriebskondensators besteht und das Startelement mindestens ein Halbleiterbauelement aufweist, das für die Vorheizung und Zündung der Lampe sorgt und bei etwa vierfacher Brennspannung auf Vorheizbetrieb schaltet. Das Startelement kann vorteilhaft ein gesteuerter Triac oder eine symmetrisch schaltende Vierschichtdiode sein. Ebenso geeignet ist ein Schaltelement bzw. eine Kombination von elektronischen Schaltelementen mit vergleichbarer Funktion. Der Dämpfungswiderstand und der Betriebskondensator sind dabei so bemessen, daß das Verhältnis vom Scheitelwert zum Effektivwert des Lampenstromes zwischen 1,8 und 2,7 liegt.

[0006] Die von der Niederdruckentladungslampe ausgehenden Funkstörungen werden durch eine Entstörkapazität vom Netz ferngehalten. Dem Betriebskondensator ist ein Entladewiderstand parallel geschaltet, um eine eventuelle Restladung des Betriebskondensators nach Ausschalten der Lampe abzubauen. Eine weitere Zündverbesserung läßt sich erreichen, indem in der Mitte der Niederdruckentladungslampe über einen Schutzwiderstand eine Zündhilfe anliegt. Eine der Leitungen im Betriebsstromkreis ist mit einem Sicherungselement (z.B. Schmelzsicherung, Sicherungswiderstand) versehen, wodurch die. Schaltung bei Überlastung in einen stromlosen Zustand versetzt wird.

[0007] In einer besonderen Ausführungsform der Schaltung ist der Reihenschaltung aus Niederdruckentladungslampe und Dämpfungswiderstand eine symmetrische Verdopplerschaltung vorgeschaltet. Die Kondensatoren der Verdopplerschaltung wirken hierbei gleichzeitig als Betriebskondensatoren und Entstörkondensatoren. Da in dieser Betriebsart die Lampe von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen wird, wirkt die mit der Kathode der Gleichrichterdioden der Verdopplerschaltung verbundene Heizelektrode als Anode; die beiden Stromzuführungen der als Anode wirkenden Elektrode können kurzgeschlossen werden, um eine Überhitzung der Anode zu vermeiden. Der Dämpfungswiderstand ist dabei vorteilhaft in räumlicher Nähe der Lampenkathode angeordnet, um einer Kataphorese entgegenzuwirken. Darüber hinaus ist am kathodenseitigen Lampenende eine weitere Zündhilfe, z.B. in Form eines Belages aufgebracht, die über einen Schutzwiderstand mit einer Netzseite verbunden ist.

[0008] Die Kombination von einer Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes und eines Betriebskondensators als Strombegrenzer mit einem Halbleiterelement als Startelement, das bei etwa vierfacher Brennspannung auf Vorheizbetrieb schaltet, ist für Niederdruckentladungslampen mit kurzen Entladungsbögen und einer Brennspannung von weniger als 60 V besonders geeignet. Die Schaltung ermöglicht eine gute Vorheizung der Lampenelektroden, wodurch eine lange Lampenlebensdauer erreicht wird und bewirkt ein fast verzögerungsfreies, flackerfreies Zünden der Lampe. Der Strombegrenzer, bestehend aus Dämpfungswiderstand und Betriebskondensator ist - gegenüber den sonst üblichen Drosselspulen - einerseits kostengünstiger herzustellen und weist andererseits den Vorteil eines kleinen Volumens und eines geringen Gewichtes auf, was den Einsatz in kleinen Leuchtengehäusen ermöglicht. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Zünd- und Betriebsschaltung für kompakte Niederdruckentladungslampen, z.B. in einsockeliger Ausführung, bei denen die Zünd- und Betriebsschaltung mit der Lampe eine bauliche Einheit bildet. Derartige Lampen sind für den direkten Einsatz in sonst nur für Glühlampen vorgesehene Lampenfassungen geeignet. Bei Verwendung der symmetrischen Verdopplerschaltung wird das sonst bei Niederdruckentladungslampen erkennbare 50 Hz-Flimmern vermieden. Durch die in Reihe geschalteten Kondensatoren ist eine gute Funkentstörung gewährleistet.

[0009] Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert, die Ausführungsbeispiele einer Zünd- und Betriebsschaltung für Niederdruckentladungslampen wiedergegeben:

Figur 1 zeigt eine Schaltung, bei der die Niederdruckentladungslampe mit Wechselstrom betrieben wird;

Figur 2 zeigt eine Schaltung, bei der die Niederdruckentladungslampe mit Gleichstrom betrieben wird.

[0010] Im Betriebsstromkreis der Niederdruckentladungslampe l in Figur 1 ist als Strombegrenzer eine aus einem Dämpfungswiderstand 2 (glasierter Drahtwiderstand 51 Ohm/7 W) und einem als kapazitiver Vorwiderstand wirkenden Betriebskondensator 3 (6 µF/220 V ~) bestehende Reihenschaltung angeordnet. Die Niederdruckentladungslampe 1 hat bei einer Versorgungsspannung von 220 V/50 Hz eine Brennspannung von etwa 50 V. Der Heizstromkreis für die Elektroden 4, 5 der Lampe 1 enthält zwei in Reihe liegende symmetrisch schaltende Vierschichtdioden 6 (Sidac K 1 V 12), die eine Schaltspannung von zusammen 240 V haben und besonders geeignet sind zum Zünden von Lampen. Der Reihenschaltung von Lampe 1 und Betriebskondensator 3 ist ein Entstörkondensator 7 (47 nF/250 V ~ ) parallel geschaltet. Dem Betriebskondensator 3 ist ein Entladewiderstand 8 (1 M Ohm/0,3 W) parallel geschaltet. In der Mitte der Lampe 1 liegt eine Zündhilfe 9 an, die über einen Schutzwiderstand 10 (1 M Ohm/0,3 W) am Knotenpunkt 11 der beiden Kondensatoren 3, 7 angeschlossen ist. Die Zündhilfe 9 besteht aus einer selbstklebenden, 20x 25 mm großen Aluminium-Folie. In einer Zuleitung ist ein Sicherungselement 12 (lötbare Sicherung 1 A träge) angeordnet. Die Anschlußklemmen 13, 14 stellen die Anschlußkontakte für die Versorgungsspannung dar. Sämtliche Schaltelemente 2 bis 12 sind in ein Leuchtengehäuse (nicht dargestellt) eingebaut oder sind in einem Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet, das zusammen mit der Lampe 1 und einem Lampensockel (nicht dargestellt) eine direkt in eine sonst für Glühlampen vorgesehene Lampenfassung einsetzbare Kompaktlampe bildet.

[0011] Das Gesamtsystem nimmt im Betrieb ca. 25 W auf; es ergibt sich dabei eine Lichtausbeute von ca. 40 lm/W, was etwa der dreifache Wert einer vergleichbaren Glühlampe ist.

[0012] In der Figur 2 wird die Niederdruckentladungslampe 1 mit einer symmetrischen Verdopplerschaltung betrieben. Mit der Figur 1 übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezeichnungen versehen. Die Dioden 15, 16 (Typ 1N4007) in dieser Schaltungsanordnung bewirken, daß die beiden Kondensatoren 17, 18 mit jeder Halbwelle des Wechselstromes alternierend als Betriebskondensatoren arbeiten. Die Kondensatoren 17, 18 sind darum gleich ausgelegt (5,2 µF/400 Y ). Liegt z.B. die positive Halbwelle an der Anschlußklemme 13 an, liegt der Kondensator 17 mit der Lampe 1 und dem Dämpfungswiderstand 2 in Reihe. Die Stromrichtung in der Lampe 1 verläuft von der Elektrode 4 zur Elektrode 5. Wenn dagegen die negative Halbwelle an der Anschlußklemme 13 anliegt, bildet der Kondensator 18 mit dem Dämpfungswiderstand 2 und der Lampe 1 eine Reihenschaltung. Die Stromrichtung in der Leuchtstofflampe 1 verläuft wie in der vorherigen Halbwelle von der Elektrode 4 zur Elektrode 5. Die Elektrode 4 wird dadurch zur Anode und kann mit einer Brücke 19 kurzgeschlossen sein. Für diesen Gleichstrombetrieb der Lampe 1 ist neben der Zündhilfe 9 am kathodenseitigen Lampenende eine weitere Zündhilfe 20 vorgesehen, die als z.B. Folie um die Lampeneinschmelzung gewickelt ist und über einen Schutzwiderstand 21 (1 M Ohm/0,3 W) am Knotenpunkt 11 der beiden Kondensatoren 17, 18 liegt. Die Kondensatoren 17, 18 wirken hierbei auch als Entstörkondensatoren.

Ansprüche

1. Zünd- und Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe mit vorheizbaren Elektroden, deren Brennspannung weniger als 60 V beträgt, wobei im Betriebsstromkreis ein Strombegrenzer und im Vorheizstromkreis für die Lampenelektroden ein Startelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Dämpfungswiderstandes (2) und eines Betriebskondensators (3; 17, 18) besteht und-das Startelement mindestens ein Halbleiterbauelement (6) aufweist, das für die Vorheizung und Zündung der Lampe sorgt und bei etwa vierfacher Brennspannung auf Vorheizbetrieb schaltet.

2. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Startelement ein gesteuerter Triac ist.

3. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Startelement mindestens eine symmetrisch schaltende Vierschichtdiode (6) ist.

4. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung des Dämpfungswiderstandes (2) und des Betriebskondensators (3) derart gewählt ist, daß das Verhältnis vom Scheitelwert zum Effectivwert des Lampenstromes zwischen 1,8 und 2,7 liegt.

5. Zünd- und Betriebsschaltun^g nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Entstörkapazität (7; 17, 18) aufweist.

6. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betriebskondensator (3₁ 17, 18) ein Entladewiderstand (8) parallel geschaltet ist.

7. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß etwa in der Mitte der Niederdruckentladungslampe über einen Schutzwiderstand (10) eine Zündhilfe (9) anliegt.

8. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Leitungen im Betriebsstromkreis ein die Schaltung bei Überlastung in einen stromlosen Zustand versetzendes Schaltelement (12) enthält.

9. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Schmelzsicherung ist.

0. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltlement ein Sicherungswiderstand ist.

1. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckentladungslampe mit in Reihe liegendem Dämpfungswiderstand (2) eine symmetrische Spannungsverdopplerschaltung vorgeschaltet ist, wobei die Kondensatoren (17, 18) der Verdopplerschaltung als Betriebskondensatoren und Entstörkondensatoren wirken.

2. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Kathoden der Gleichrichterdioden (15, 16) der Verdopplerschaltung verbundene Heizelektrode (4) der Lampe, die als Anode wirkt, kurzgeschlossen ist.

13. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswiderstand (2) in räumlicher Nähe der Lampenkathode (5) angeordnet ist.

14. Zünd- und Betriebsschaltung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das kathodenseitige Lampenende mit einem elektrisch leitenden Belag (20) versehen-ist, der über einen Schutzwiderstand (21) mit einer Netzseite verbunden ist.

Zeichnung