Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen

Abstract

 Ein elektronisches Vorschaltgerät (1) für Gasentladungslampen (2), mit einem Eingangsschaltungsteil (10,11) zur Erzeugung einer Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) aus einer Versorgungsspannung (L₁,N), mit einem von der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) gespeisten Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) zur Erzeugung eines Wechselsignals (u_w), welches der Gasentladungslampe (2) zuführbar ist, mit einem bistabilen Abschalt-Halteschaltungsteil (3), welcher in seinem ersten bzw. zweiten stabilen Zustand dem Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) ein Abschaltsignal (u_s) zuführt und das Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) dadurch freigibt bzw. abschaltet, wobei ein aus dem Wechselsignal (u_w) abgeleitetes erstes Signal (u₁) bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes den Abschalt-Halteschaltungsteil (3) von seinem ersten in seinen zweiten stabilen Zustand steuert und das Abschaltsignal (u_s) erzeugt, ist so zu gestalten, daß seine Betriebssicherheit weiter erhöht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß ein weiteres aus der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) abgeleitetes Signal (u₂) das Abschaltsignal (u_s) erzeugt, wenn die Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein solches Gerät ist beispielsweise bekannt aus der EP O 146 683. Dort wird ein Umrichter, wenn die eingesetzte Gasentladungslampe dauernd startunwillig ist, es also zu wiederholten erfolglosen Startversuchen kommt, mittels einer bistabilen Schalteinrichtung abgeschaltet. Dies wird durch Kurzschließen einer sekundären Abschaltwicklung eines Sättigungstransformators erreicht, dessen Primärwicklung in den Lampenstromkreis geschaltet ist. Dieser Sättigungstransformator erzeugt im Betriebszustand des elektronischen Vorschaltgerätes mit weiteren Sekundärwicklungen Basisspannungen, mittels derer zwei alternierend schaltende Transistoren ein Wechselspannungssignal erzeugen. Steigt die in der sekundären Abschaltwicklung induzierte Spannung über die Durchbruchspannung einer Triggerdiode an, so wird ein Tyristor gezündet, der über zwei Einwegdioden die Abschaltwicklung kurzschließt. Auf diese Weise sind weitere Basisspannungen für die alternierend schaltenden Transistoren von dem Sättigungstransformator nicht mehr erzeugbar. Der Wechselrichter ist und bleibt nun bis zu einem Unterbrechen durch Abschalten des EVG oder Ausbau der zündunwilligen Gasentladungslampe im abgeschalteten Zustand.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß seine Betriebssicherheit weiter erhöht wird.

[0004] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0005] Die Erfindung macht sich den Gedanken zunutze, den Abschaltmechanismus durch mindestens einen zusätzlichen Zweig, der die Zwischenkreisspannung überwacht, zu erweitern. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme werden thermisch exzessive Belastungen empfindlicher Bauteile, beispielsweise des Gleichrichters oder der Ausgangstransistoren, die eine Folge von überhöhter Zwischenkreisspannung sein können, vermieden.

[0006] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes (EVG) ist eine nunmehr vorliegende Sicherheit gegen Nulleiterunterbrechungen.

[0007] Ein Weiterbildung der in Anspruch 1 angegebenen Lösung oder eine alternative Lösung ist Gegenstand des Anspruchs 7. Diese beruht darauf, den Laststrom zu erfassen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes die Abschaltung des Oszillatorschaltungsteils auszulösen.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät (EVG) mit entweder einem einzelnen Ausgang für eine Gasentladungslampe oder, in Tandemschaltung, mit zwei Ausgängen für zwei Gasentladungslampen;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen EVG mit einer einzelnen Gasentladungslampe als Last:

Fig. 3 ein Detail-Schaltbild mit einer erfindungsgemäßen Abschaltvariante des Oszillator-Schaltungsteiles;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Abschalt-Halteschaltungsanordnung zum Abschalten bzw. Sperren des Oszillatorschaltungsteiles;

Fig. 5 beispielhaft einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter mit Stromshunt zur Teil-Erfassung des Laststromes;

Fig. 6 ein Teil- Schaltbild eines erfindungsgemäßen EVG mit disjunktiver Verknüpfung zweier Überspannungssignale und eines Überstromsignals.

[0009] Fig. 1 zeigt ein elektronisches Vorschaltgerät 1, im folgenden kurz EVG genannt, welches an ein 220V Haushaltsnetz oder direkt an eine Gleichspannung, bspw. eine Batterie, anschließbar ist. Ein oder zwei Gasentladungslampen 2 sind an dieses EVG anschließbar. Eine direkt beheizte Gasentladungslampe 2 weist jeweils vier Anschlüsse auf, die mit dem EVG 1 verbunden sind. Je ein Anschluß zweier gegenüberliegender Heizwendel 22,23 wird über einen Heizkondensator C_H verbunden.

[0010] Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines EVG 1 gemäß Fig. 1. Die Netzeingangsspannung wird über einen Gleichrichter 10 mit möglichem nachgeschalteten Hochsetzsteller (insbesondere bei Batteriebetrieb) zugeführt. Sein Ausgangssignal wird einer Glättungseinrichtung 11 mit einem Glättungskondensator (Zwischenkreiskondensator) C_Z zugeführt, der eine Zwischenkreis- Gleichspannung U_Z zur Verfügung stellt. Die Zwischenkreisspannung U_Z wird einem Wechselrichter 4 zugeführt, der an seinen Ausgangsanschlüssen ein Wechselsignal u_W für mindestens eine Gasentladungslampe 2 zur Verfügung stellt. Einer Abschalt-Halteschaltungsanordnung 3 wird einerseits eine der Ausgangswechselspannung u_W des Wechselrichters 4 amplitudenproportionale Spannung u₁ und andererseits eine der Zwischenkreis-Gleichspannung U_Z proportionale Spannung u₂ zugeführt. Es erhält seinen Versorgungs- und Haltestrom über die Reihenschaltung eines Widerstandes R₁₄ und eine 22 der beiden Heizwendeln 22, 23 von dem positiven Ausgangsanschluß + des Wechselrichters 4 bzw. des Gleichrichters 10. Die Versorgungsspannung des Abschalt-Halteschaltungsteils 3 ist somit bei Entnahme der Gasentladungslampe 2 aus ihrer Halterung unterbrochen. Die Schaltungsanordnung 3 erzeugt ein Abschalt- bzw. Freigabesignal u_S, über das der Wechselrichter 4 ein- bzw. abschaltbar ist. Dieses Abschaltsignal u_S wird durch eine ODER-Verknüpfung der beiden gemessenen Signale u₂ und u₁, gegebenenfalls nach Gleichrichtung und Glättung, erzeugt.

[0011] Fig. 3 zeigt ein Detail schaltbild der logischen ODER-Verknüpfung in Verbindung mit weiteren zur Funktion wesentlichen Baugruppen. Der Zwischenkreiskondensator C_Z wurde bereits erläutert. Der zwischen dem positiven Ausgangsanschluß + und der Reihenschaltung aus zwei Leistungsschaltern S1 und S2 angeordnete Lastkreis weist außer der üblichen Gasentladungslampe 2 mit Heizkondensator C_H ferner die Reihenschaltung aus Schwingkreisinduktivität L_O und Schwingkreiskapazität C_O auf. Es ist ferner ein Sättigungsübertrager Ü mit Primärwicklung n1 und Sekundärwicklungen n2, n2′ dem Lastkreis in Serie schaltbar. Dieser dient (als Oszillatorschaltungsanordnung 8) zur Erzeugung der Basisspannungssigale der Leistungsschalter S1 und S2. Die Reihenschaltung der Leistungshalbleiter S1 und S2 verbindet den positiven Ausgangsanschluß + mit dem negativen Ausgangsanschluß -, diese beiden Anschlüsse entsprechen dem positiven und negativen Anschluß des Glättungskondensators C_Z der Glättungseinrichtung 11.

[0012] Aus dem Lastkreis wird nun zwischen der Schwingkreis-­Kapazität C_O und dem einen Anschluß der anderen Heizwendel 23 eine Wechselspannung ausgekoppelt bzw. gemessen. Dieses wird über eine Reihenschaltung von einem Kondensator C₁, einem ersten Widerstand R₂ und einem zweiten Widerstand R₃ gegenüber dem negativen Ausgangsanschluß - gewährleistet. Zwischen den Widerständen R₂ und R₃ tritt gegenüber dem negativen Ausgangsanschluß - ein erstes Signal u₁ auf. An diesem Punkt wird die Anode einer ersten Diode D₂ angeschlossen, deren Kathode über einen Widerstand R₆ mit dem negativen Ausgansannschluß - verbunden ist. Dem Widerstand R₆ ist eine Kapazität C₆ parallelschaltbar.

[0013] Der Zwischenkreiskondensator C_Z ist mit der Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand R4 und einem vierten Widerstand R₅ überbrückt. Dieser Spannungsteiler stellt ein der Zwischenkreis-Gleichspannung U_Z proportionales zweites Signal u₂ parallel zu dem vierten Widerstand R5 zur Verfügung. Die Anode einer weiteren Diode D₄ ist am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₄ und R₅ angeschlossen, ihre Kathode ist wie bereits die Kathode der Diode D₂ mit dem Widerstand R₆ verbunden. An R₆ liegt somit immer die größere Spannung der Spannungen u₁ bzw. u₂ an.
Zur besseren Entkopplung der zu verknüpfenden Signale u₁ und u₂ sind den Dioden D₂ bzw. D₄ ferner je ein Widerstand R₁₈, R₁₃ in Serie schaltbar.

[0014] Das an dem Widerstand R₆, mit möglichem parallelen Kondensator C₆ gegenüber dem negativen Versorgungsanschluß - entstehende Spannungssignal wird nun der Abschalt-­Halteschaltungsanordnung 3 zugeführt. Sie ist in Fig. 4 näher erläutert.

[0015] Fig. 4 zeigt, alternativ zu der gemäß Fig. 3 beschriebenen disjunktiven Verknüpfung in Dioden-Transistorlogik, ein ODER-Gatter, dem drei Signale u₁, u₂ und u₃ zuführbar sind. Das erste Signal u₂ und zweite Signal u₂ entsprechen den aus der Lastspannung abgeleiteten und gleichgerichteten Signal u₁ gemäß Fig. 3 und dem aus der Zwischenkreisspannung durch ein Teilerverhältnis abgeleiteten zweiten Signal u₂. Beide werden auf den Widerstand R6 eingekoppelt. Das hier eingezeichnete dritte Signal u₃ kann alternativ entweder über das ODER-Gatter 6 oder direkt in die Abschalt-Halteschaltungsanordnung eingekoppelt werden. Es ist ein laststromabhängiges Abschaltsignal.

[0016] Das Ausgangssignal u_s′ der ODER-Schaltung 6, das dem an Widerstand R₆ anstehenden Signal u_s′ gemäß Fig. 3 entspricht, wird über eine Tiefpaßschaltung einem Diac 7 (Triggerdiode) zugeführt. Der Tiefpaß besteht wahlweise aus der Serienschaltung eines Widerstandes R₁₀ und C₁₁ oder aus einer Parallelschaltung einer Kapazität C₁₁ und eines Widerstandes R₁₁. Die an der Kapazität C₁₁ angeschlossene Triggerdiode 7 steuert den Gate-Anschluß eines Thyristors 5. Sie gibt eine Schwellenspannung vor, mit der die Ansprechschwelle der Abschalt-Halteschaltungsanordnung 3 einstellbar ist. Diese Ansprechschwelle ist amplitudenmäßig vorgegeben, kann jedoch durch die Tiefpaßschaltung zeitlich verzögert werden, so daß einerseits eine beliebige Amplitude einstellbar ist, und andererseits eine beliebige Ansprechgeschwindigkeit vorgebbar ist. Die Amplitude wird über das Teilerverhältnis R₄/R₅ oder über das Teilerverhältnis R₁₀/R₁₁ eingestellt. Die zeitliche Verzögerung kann entweder durch den Kondensator C₆ oder den Kondensator C₁₁ eingestellt werden.

[0017] Es sind den unterschiedlichen Abschaltsignalen u₁, u₂ oder u3 verschiedene Ansprechgeschwindigkeiten und Ansprechamplituden zuordnungsbar. Beispielsweise ist hier das Einkoppeln des stromabhängigen Signales u₃ über die Serienschaltung einer Diode D₁₂ und einem Widerstand R12 direkt zum Gate-Anschluß des (ein bistabiles Abschaltelement bildenden) Thyristors 5 gezeigt. Durch die unterschiedlichen Schwellenspannungen werden so unterschiedliche Ansprechamplituden erzielt.

[0018] Der Anodenkreis des Thyristors 5 weist ferner einen haltestromerzeugenden Widerstand R₁₄ auf, der mit seinem einen Anschluß über die erste Heizwendel 22 der Gasentladungslampe 2 am positiven Anschluß des Zwischenkreiskondensators C_Z angeschlossen ist und dessen zweiter Anschluß mit der Anode des Thyristors 5 verbunden ist. Dieser Verbindungspunkt zwischen haltestromerzeugendem Widerstand R14 und der Anode des Thyristors 5 wird dem Oszillator 8 zum Abschalten seiner Oszillation oder zum Unterbinden von Basisspannungen für die Halbleiterschalter S1 und/oder S2 zugeführt. Dieses kann entweder durch Kurzschließen einer n2′ der mehreren Sekundärwicklungen n2, n2′ , des in den Lastkreis einfügbaren Sättigungsübertragers Ü erfolgen (selbstschwingender Wechselrichter) oder bei separatem, nicht laststromgesteuerten Oszillator (freischwingender Wechselrichter) durch Sperren der Basis-Steuersignale für die Leistungshalbleiter S1 und/oder S2.

[0019] Fig. 5 zeigt ein Detailschaltbild eines der Leistungshalbleiter S1 bzw. S2, wie sie entweder von dem Oszillator 8 direkt oder über einen Sättigungsübertrager Ü mit einer Primärwicklung n1 und mehreren Sekundärwicklungen n2, n2′ angesteuert sind. Beispielsweise der Leistungshalbleiter S2 weist die Serienschaltung aus einem Leistungstransistor und einem Emitterwiderstand R_E auf. Sein Basispotential wird über eine der mehreren Sekundärwicklungen n2 des Sättigungsübertragers Ü über die Reihenschaltung einer kleinen Drossel und einer Diode laststromabhängig erzeugt. An dem Widerstand R_E ist nun eine dem Laststrom proportionale Spannung u₃ gegenüber dem negativen Anschluß - des Zwischenkreiskondensators C_Z meßbar. Sie kann nun wahlweise über das disjunktiv verknüpfende ODER-Gatter 6, über eine der Schaltungsanordnung R₂, R₃ und D₂ gemäß Fig. 3 entsprechende Schaltungsanordnung oder über die Reihenschaltung einer Diode D₁₂ und einem Widerstand R₁₂ und einen separaten Eingang der Abschalt-Halteschaltungsanordnung 3 zugeführt werden.

[0020] Fig. 6 zeigt ein Teil- Schaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes 1 gemäß Fig. 1 mit einer einzelnen Gasentladungslampe 2 als Last. Es sind die bereits beschriebenen Komponenten des Gleichrichters 10, des Zwischenkreiskondensators C_Z, der Leistungsschalter S1, S2, des Oszillators 8 und des Haltestromkreises über Widerstand R₁₄ vorgesehen. Dem Gleichrichter 10 ist ein Netzentstörfilter mit dem Kondensator C_X vorgeschaltet. Dem Kondensator C_Z ist die Reihenschaltung aus dem Widerstand R₄ und dem Widerstand R₅ parallelgeschaltet. Am Mittelabgriff zwischen diesen beiden Widerständen wird gegenüber dem negativen Anschluß - des Zwischenkreis-Kondensators C_Z ein zwischenkreisspannungsabhängiges Signal u₂, wie beschrieben, über die Reihenschaltung aus Diode D₄ und einem zusätzlichen Widerstand R₁₃ auf den Kondensator C₆ eingekoppelt. Gleichzeitig wird eine aus dem Lastkreis über den Kondensator C₁ ausgekoppelte Wechselspannungskomponente über den zweiten disjunktiven Verknüpfungszweig, der Reihenschaltung aus Diode D₂ und zusätzlichem Widerstand R₁₈, auf den gleichen Kondensator C₆ eingekoppelt. Die an dem Kondensator C₆ anliegende Spannung u_s′ steuert über die Serienschaltung der Widerstände R15, R16, R17 zum negativen Versorgungsanschluß - und die dem Widerstand R₁₅ parallelgeschaltete Triggerdiode 7 den dem Widerstand R₁₇ parallelgeschalteten Gatekreis des Abschaltthyristors 5.

[0021] Die Fig. 6 zeigt ferner eine weitere Variante, bei der das laststromabhängige Signal u₃ über einen in die negative Versorgungsleitung zwischen dem Schalter S1 und dem negativen Versorgungsanschluß - des EVG eingefügten Meßwiderstand R_Sh zu gewinnen. Es ist mit der Reihenschaltung aus Diode D₃ und Widerstand R₁₉ dem Gatekreis des Thyristor direkt zugeführt. Zur Einstellung der Schwellenspannung sind mehrere Dioden, anstelle der einen Diode D₃ in Serie zu schalten.

[0022] Mit der vorliegenden Schaltungsanordnung wird eine sichere Betriebsweise erreicht, ein längerer Betrieb bei hoher Zwischenkreisspannung U_Z und demzufolge hohen thermischen Belastungen der Transistoren S1, S2 wird durch die, gegebenenfalls zeitverzögerte Abschaltung vermieden. Die Ansprechschwelle dieser Überspannungs-Abschaltmaßnahme wird gemäß der folgenden Tabelle eingestellt. Sie ist im vorliegenden Fall bei Netzspannungen von größer 280V_eff wirksam.

Ansprüche

1. Elektronisches Vorschaltgerät (1) für Gasentladungslampen (2) mit einem Eingangsschaltungsteil (10,11) zur Erzeugung einer
Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) aus einer Versorgungsspannung (L₁,N)
mit einem von der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) gespeisten Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) zur Erzeugung eines Wechselsignals (u_w), welches der Gasentladungslampe (2) zuführbar ist,
mit einem bistabilen Abschalt-Halteschaltungsteil (3), welcher in seinem ersten bzw. zweiten stabilen Zustand dem Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) ein Abschaltsignal (u_s) zuführt und das Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2) dadurch freigibt bzw. abschaltet,
wobei ein aus dem Wechselsignal (u_w) abgeleitetes erstes Signal (u₁) bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes den Abschalt-Halteschaltungsteil (3) von seinem ersten in seinen zweiten stabilen Zustand steuert und das Abschaltsignal (u_s) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiteres aus der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) abgeleitetes Signal (u₂) das Abschaltsignal (u_s) erzeugt, wenn die Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.

2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Signal (u₂) über einen Spannungsteiler (R₄,R₅) aus der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) gebildet ist.

3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Signal (u₁) und das weitere Signal (u₂) einer ODER-Schaltungsanordnung (6) zuführbar sind und ihr Ausgangssignal (u_s′) dem Abschalt-Halteschaltungsteil (3) zuführbar ist zum Erzeugen des Abschaltsignals (u_s) für den Oszillatorschaltungsteil (4,8,S1,S2).

4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß die ODER-Schaltungsanordnung (6) als integrierte ODER-Schaltung oder mit diskreten Bauteilen (R₆,D₄,R₂,D₂,190) in Widerstands-Dioden-Logik ausgeführt ist und die Abschalt-Halteschaltungsanordnung (3) einen Thyristor (5) aufweist.

5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Maximalwert der Zwischenkreis-Gleichspannung (U_Z) über das Teilerverhältnis (R₄/R₅) des Spannungsteilers sowie eine Schwellenspannung (Durchbruchspannung) insbesondere eines Diacs oder einer Triggerdiode (7) einstellbar ist.

6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und/oder das weitere Signal (u₁, u₂) über eine Tiefpaßschaltung verzögert sind.

7. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, oder nur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzliches Signal (u₃), welches aus einem durch die Gasentladungslampe (2) fließenden Laststrom abgeleitet ist, das Abschaltsignal (u₂) erzeugt, wenn der Laststrom einen beliebig vorgebbaren Maximalwert übersteigt.

8. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zusätzliche Signal (u₃) über einen Stromübertrager im Lampenkreis (2) oder als stromproportionales Meßsignal an einem Emitterwiderstand (R_E) eines Leistungstransistors (S2) des Oszillatorschaltungsteiles (3) oder durch einen Widerstand (R_Sh) in der negativen Versorgungsleitung des Vorschaltgerätes gebildet ist.

9. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste (u₁), das weitere (u₂) sowie das zusätzliche (u₃) Signal über eine ODER-Schaltungsanordnung und das Abschalt-Haltschaltungsteil (3) dem Oszillatorschaltungs­teil (4,8,S1,S2) als alternative Abschaltsignale (u_s) zuführbar sind.

Zeichnung