[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen
mit pulsierendem Gleichstrom, bestehend aus einem an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen
Vollweggleichrichter, dessen Gleichspannung der Entladungslampe über einen mit ihr
in Reihe liegenden Strombegrenzer zugeführt wird, wobei der Ausgang des
Vollweggleichrichters durch eine Serienschaltung mit einer Diode und einem Kondensator
überbrückt ist, der sich nach jeder Halbperiode der Netzwechselspannung wenigstens
teilweise über die Lampe entlädt.
[0002] Ein Problem beim Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen ist die Erstzündung der
Lampen, d.h. das Starten der kalten Lampen, und die Wiederzündung nach jedem Nulldurchgang
des
Netzwechselstromes bzw. jedem Gleichstromimpuls. Dies gilt an sich für alle Hochdruck-Gasentladungslampen,
z.B. für Quecksilberdampf- oder Natriumdampf-Gasentladungslampen. Insbesondere aber
bei Metallhalogenid-Entladungslampen können während der Aufwärmphase, die je nach
Lampengröße zwischen 30 sec und 5 Min. nach der Erstzündung dauert, derart hohe Wiederzündspannungen,
z.B.-von 500 bis 1000 V, erforderlich sein, daß diese von der Spannungsquelle nicht
mehr geliefert werden können und die Lampe deshalb verlöscht. Dabei müssen fast alle
Bauelemente der Schaltungsanordnung, wie z.B. Schalttransistoren und Kondensatoren,
für diese Spannung ausgelegt sein.
[0003] Bei einer aus der DE-OS 29 39 632 bekannten Schaltungsanordnung dieser Art mit einer
den Vollweggleichrichter überbrückenden Serienschaltung aus einer Diode und einem
Kondensator wird die Wiederzündung der Lampen dadurch verbessert, daß sich der Kondensator
nach jeder Halbperiode der Netzwechselspannung, d.h. in der Nähe der Nulldurchgänge
der Netzwechselspannung, über einen Thyristor wenigstens teilweise über die Lampe
entlädt. In der Aufwärmphase von Metallhalogenid-Lampen ist eine hohe Spannung von
etwa 200 bis 300 V an diesem Kondensator während einer Zeit von etwa 1 msec vor und
nach dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung notwendig, um Wiederzündschwierigkeiten
zu vermeiden. Bei der bekannten Schaltungsanordnung besitzt dieser Kondensator hierfür
eine Kapazität von 2,2
/uF. Ein solcher Kondensator ist räumlich relativ groß und würde sich nur schwer in
eine Schaltungsanordnung einfügen lassen, die z.B. in die Lampe selbst, z.B. in den
Lampensockel, integrierbar sein soll.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von
Hochdruck-Gasentladungslampen zu schaffen, die eine niedrige Wiederzündspannung während
der Aufwärmphase der Lampe ermöglicht und hierbei mit relativ kleinen Bauelementen
auskommt.
[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der
Erfindung dadurch gelöst, daß der Kondensator einen Wert von 10 nF bis 1
/uF besitzt und daß in den Stromkreis zwischen dem diodenseitigen Ende dieses Kondensators
und der Lampe ein gegenüber dem Strombegrenzer hochohmiger Widerstand geschaltet ist.
[0006] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß.es zur Vermeidung von Wiederzündschwierigkeiten
ausreicht, wenn in dem Entladestromkreis zwischen Kondensator und Lampe ein verglichen
mit dem mittleren Lampenstrom sehr kleiner Strom fließt, der je nach Lampengröße zwischen
1 und 30 mA liegt. Dies wird erreicht, indem der Strom durch die Lampe durch den hochohmigen
Widerstand begrenzt wird. Gleichzeitig wird damit eine wesentliche Entladung des nunmehr
relativ kleinen Kondensators vermieden. Der Strombegrenzer kann im einfachsten Fall
ein ohmscher Widerstand sein, der mit einer weiteren Diode in Reihe geschaltet ist.
Vorteilhafterweise ist der hochohmige Widerstand über einen Schalttransistor mit der
Lampe verbunden, was zu einer Verringerung der Verlustleistung im hochohmigen Widerstand
führt.
[0007] Der Strombegrenzer kann aber auch ein elektronisches Vorschaltgerät, z.B. ein Zerhacker
oder ein Sperr- bzw. Durchflußwandler, sein. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dem elektronischen Vorschaltgerät eine
weitere Diode in Reihe vorgeschaltet und das lampenseitige Ende des hochohmigen Widerstandes
zwischen dieser weiteren Diode und dem Vorschaltgerät angeschlossen. Dabei ist ein
bei derartigen Vorschaltgeräten üblicherweise in Reihe mit der Lampe liegender Schalttransistor
in der Umgebung der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung leitend, so daß dann ein
Strom aus dem Kondensator über den hochohmigen Widerstand zur Lampe fließen kann.
[0008] Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit
einem elektronischen Vorschaltgerät als Strombegrei.zer,
Fig. 2 eine abgewandelte Schaltungsanordnung dieser Art und
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit
einem ohmschen Widerstand als Strombegrenzer.
[0009] Mit
A und B sind Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselspannungsnetz von 220 V,
50 Hz bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist, -gegebenenfalls über ein Netzfilter,
ein Vollweggleichrichter mit vier Dioden angeschlossen, der einen pulsierenden Gleichstrom
erzeugt. An den Ausgang des Vollweggleichrichters 1 ist in Reihe mit einem Strombegrenzer
2 eine Hochdruck-Gasentladungslampe 3, insbesondere eine Metallhalogenid-Entladungslampe,
angeschlossen. Der Strombegrenzer 2 ist in diesem Fall ein elektronisches Vorschaltgerät,
wie es z.B. in der US-PS 3 890 537 beschrieben ist. Der Ausgang des Vollweggleichrichters
1 ist außerdem durch eine Serienschaltung aus einer Diode 4 und einem Kondensator
5 überbrückt. Zwischen das diodenseitige Ende des Kondensators 5 und die Lampe 3 ist
ein gegenüber dem Strombegrenzer 2 hochohmiger Widerstand 6 geschaltet.
[0010] Nach der Erstzündung der Lampe 3 befindet sich diese in einer Aufwärmphase, welche
je nach Lampengröße zwischen etwa 30 sec und 5 Min. dauert. Während dieser Aufwärmphase
sind nach jedem Netzwechselspannungs-Nulldurchgang relativ hohe Wiederzündspannungen
erforderlich, damit die Lampe nicht verlöscht. Diese hohen Wiederzündspannungen können
aber normalerweise von dem elektronischen Vorschaltgerät 2 während des Nulldurchganges
der Netzwechselspannung nicht geliefert werden. Dafür ist vielmehr der Kondensator
5 vorgesehen, der sich während der Spitzen der Netzwechselspannungsperioden auflädt
und sich in der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung wenigstens teilweise
über die Lampe 3 entlädt. Wäre der Kondensator 5 unmittelbar mit der Lampe 3 verbunden,
würden hierbei Entladeströme von mehr als 100 mA fließen, was einen sehr großen Kondensator
voraussetzen würde. Durch den hochohmigen Widerstand 6 werden diese Ströme aus dem
Kondensator 5 je nach Lampengröße auf 1 bis 30 mA verringert. Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, daß dieser verglichen mit dem mittleren
Lampenstrom sehr kleine Entladestrom während der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung
ausreicht, um die Lampe 3 während ihrer Aufwärmphase mit einer relativ niedrigen Spannung
wiederzuzünden. Hierfür braucht der Kondensator 5 nur eine Kapazität von 10 nF bis
1
/uF zu besitzen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel mit einer 45 W-Metallhalogenid-Entladungslampe
hatte der Kondensator 5 eine Kapazität von 200 nF und der Widerstand 6 einen Wert
von 300 kOhm. Der Kondensator 5 wird über die Diode 4 auf den Spitzenwert der Netzwechselspannung
(etwa 300 V) aufgeladen. Beim Nulldurchgang der Netzwechselspannung fließt aus dem
Kondensator 5 über den Widerstand 6 durch die Lampe 3 ein Strom von etwa 1 mA; hierbei
wird der Kondensator 5 nicht vollständig entladen. Mit dieser Anordnung durchlaufen
4
5 W-
Metallhalogenidlampen ohne Wiederzündprobleme ihre Aufwärmphase.
[0011] Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist dem elektronischen Vorschaltgerät 2 eine
weitere Diode 7 vorgeschaltet und ist das lampenseitige Ende des hochohmigen Widerstandes
6 zwischen dieser weiteren Diode 7 und dem Vorschaltgerät 2 angeschlossen. Auch hierbei
trägt der hochohmige Widerstand 6 zur Verminderung des Entladestromes aus dem Kondensator
5 über das Vorschaltgerät 2 durch die Lampe 3 während der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung
bei. Die weitere Diode 7 unterbindet einen Rückstrom vom Kondensator 5 zum Vollweggleichrichter
1.
[0012] Wenn das elektronische Vorschaltgerät 2 zum Beispiel ein Durchflußwandler ist, so
ist dessen Schalttransistor in der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung
leitend geschaltet, so daß während dieser Zeit ein Strom aus dem Kondensator 5 über
den hochohmigen Widerstand 6 direkt zur Lampe 3 fließen kann. Außerhalb der Nulldurchgänge
der Netzwechselspannung arbeitet der Schalttransistor des elektronischen vorschaltgerätes
2 üblicherweise nur mit einem Tastverhältnis von etwa 30 %, so daß der Strom aus dem
Kondensator 5 über den hochohmigen Widerstand 6 ebenfalls mit diesem Tastverhältnis
unterbrochen wird. Dementsprechend verringert sich die Verlustleistung im hochohmigen
Widerstand 6 auf 30 %, was jedoch keine Nachteile auf das Zündverhalten der Lampe
3 hat, da der Zusatzstrom aus dem Kondensator 5 nur in der Nähe der Nulldurchgänge
der Netzwechselspannung durch die Lampe 3 fließen muß.
[0013] Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 besitzt im Gegensatz zur Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 als Strombegrenzer für die Lampe 3 einen ohmschen Widerstand 12 von etwa
250 Ohm, der mit einer weiteren Diode 7 zur Vermeidung von Rückströmen in Reihe liegt.
Der hochohmige Widerstand 6 ist über einen Schalttransistor 8 mit=
=der Lampe 3 verbunden. Dieser Schalttransistor 8 wird über eine Steuerschaltung 9
ein- und ausgeschaltet. Die Steuerschaltung 9 wird durch die gleichgerichtete Netzspannung
geregelt. Unterschreitet der Momentanwert dieser gleichgerichteten Netzspannung in
der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung einen Wert von z.B. 50 V, so wird
der Schalttransistor 8 durchgeschaltet, damit ein Zusatzstrom aus dem Kondensator
5 über den hochohmigen Widerstand 6 durch die Lampe 3 fließen kann. Bei Momentanwerten
der gleichgerichteten Netzspannung oberhalb von z.B. 50 V, d.h. während des größten
Teils der Netzwechselspannungsperiode, wird der Schalttransistor 8 von der Steuerschaltung
9 nichtleitend geschaltet und damit der Strom durch den hochohmigen Widerstand 6 unterbrochen.
Somit . treten Verlustleistungen im hochohmigen Widerstand 6 nur während etwa 10 %
der Netzwechselspannungsperiode auf. Die Verlustleistung im hochohmigen Widerstand
6 liegt bei dieser Schaltung für eine 45 W-Metallhalogenid-Entladungslampe üblicherweise
unter 0,1 W.
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen mit pulsierendem
Gleichstrom, bestehend aus einem an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Vollweggleichrichter,
dessen Gleichspannung der Entladungslampe über einen mit ihr in Reihe liegenden Strombegrenzer
zugeführt wird, wobei der Ausgang des Vollweggleichrichters durch eine Serienschaltung
mit einer Diode und einem Kondensator überbrückt ist, der sich nach jeder Halbperiode
der Netzwechselspannung wenigstens teilweise über die Lampe entlädt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (5) einen Wert von 10 nF bis 1 /uF besitzt und daß in den Stromkreis zwischen dem diodenseitigen Ende dieses Kondensators
und der Lampe (3) ein gegenüber dem Strombegrenzer (2;12) hochohmiger Widerstand (6)
geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, daß der Strombegrenzer ein ohmscher Widerstand (12) ist, der mit
einer weiteren Diode (7) in Reihe geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer
ein elektronisches Vorschaltgerät (2) ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der hochohmige Widerstand (6) über einen Schalttransistor (8) mit der Lampe (3) verbunden
ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektronischen
Vorschaltgerät (2) eine weitere Diode (7) in Reihe vorgeschaltet und das lampenseitige
Ende des hochohmigen Widerstandes (6) zwischen dieser weiteren Diode und dem Vorschaltgerät
angeschlossen ist.