Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Gasentladungslampen

Abstract

 Für die Ansteuerung von Gasentladungslampen, ist ein Vorschaltgerät zwischen positivem und negativem Pol einer Gleichrichteranordnung (D1, D2, D3, D4) vorhanden. dieses besteht aus einer Filterstufe (C1, C2, C3, DR1, DR2) mit einer Anschwingschaltung (R1, C6, D5, DIAC) und mit einem Hochfrequenzschwingkreis (R2 - R6, T1, T2, D5, D6, C6, I1, I2), sowie mit einem Entkopplungskondensator (C7), einer dritten Drossel (DR3) und einer dritten Induktivität (I3, I4). Diese dritte Induktivität ist zusammen mit den beiden vorerwähnten Wicklungen des Hochfrequenzschwingkreises (I1, I2) auf einen gemeinsamen Kern gewickelt. Das Vorschaltgerät ist von dem Verbindungsanschluss (H) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) mit einer Verbindungsleitung (VL) an die eine Elektrode (E1) der Entladungslampe (FL) geführt, deren zweite Elektrode (E2) mit der ersten Elektrode (E1) über eine Resonanzkapazität (C12,C13) verbunden ist. Im Stromkreis zwischen der Verbindungsleitung (VL) und dem Anschluss der Entladungslampe (FL) am Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) ist ein Serieschwingkreis mit einer Induktivität (DR3,I4) und einer Kapazität (C8) für die Begrenzung des Stroms und zum Aufbau eines Spannungspotentials der hochfrequenten Speisung der Entladungslampe (FL) zur Leitendschaltung der Dioden (D1, D2, D3, D4) im Gleichrichter vorhanden. Damit wird erreicht, dass der Blindstromanteil nahe null ist und die Spannungsspitzen auf der Netzseite praktisch unterdrückt sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Gasentladungslampen, mit einem Vorschaltgerät zwischen positivem und negativem Pol einer Gleichrichteranordnung am Wechselstromnetz mit Phasenleiter und Nulleiter, welches Vorschaltgerät- mit einer Filterstufe, ferner mit einer Anschwingschaltung und mit einem Hochfrequenzschwingkreis, sowie mit einem Entkopplungskondensator und einer dritten Wicklung die zusammen mit den beiden vorerwähnten Wicklungen des Hochfrequenzschwingkreises auf einen gemeinsamen Kern gewickelt, einen Stromübertrager bilden, ausgerüstet ist, und welches Vorschaltgerät von dem Verbindungsanschluss zwischen den beiden Transistoren mit einer Verbindungsleitung an die eine Elektrode der Entladungslampe geführt ist.

[0002] Elektrische Vorschaltgeräte für Fluoreszenzlampen sind seit langem bekannt. Mit diesen wird die Netzspannung von üblichenweise 110 oder 220 - 250 Volt auf eine sehr viel höhere Zündspannung angehoben, die in der Grössenordnung von etwa 1000 Volt liegen mag. Auch ist es bekannt, die Frequenz von der üblichen Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz auf eine höhere Frequenz anzuheben, die bei 30 bis 40 kHz liegen kann. Diese Massnahmen haben den Vorteils dass die Lampe sofort beim Einschalten zünden kann.

[0003] Von den Stromlieferanten wird verlangt, dass einerseits die Obenwellen nicht in den Radiofrequenzbereich fallen, was mit der dritten Oberwelle bei 150 Khz der Fall wäre, wenn die Frequenz der Lampenspeisespannung 50 Khz wäre. Somit muss die Frequenz < 50 Khz, aber für den Betrieb sollte sie > 25kHz sein. Anderseits bietet auch der Blindstrom ein grosses Problem, weil die Messung und damit die Verrechnung schwierig sind.

[0004] Ein weiteres Problem entsteht durch die Scheitelspannungen der Hochfrequenz, weil sich diese mit Ihren Spitzen den Schwingungen der Netzspannung überlagern. Diese Probleme lassen sich lösen, wenn gemäss der DE-A-36 11 611 Drosseln in die Zuleitung gelegt werden. Dies hat aber den Nachteil, dass solche Drosseln bei der Netzfrequenz von 50 - 60 Hz relativ gross sein müssen und somit keinesfalls in den Lampenfuss einer Stromsparlampe einbaubar sind. Zur Verminderung der Obenwellen wurde in der DE-A-32 22 534 eine Reihenschaltung einer Drossel und einer Diode mit zwei Kondensatoren an der Verbindungsstelle der beiden Elemente vorgeschlagen. Diese Anordnung führt zu einer Verminderung der Obenwellen. Jedoch bilden diese Elemente einen Hochfrequenzteiler, wodurch die Transistoren stark belastet werden. Diese zusätzliche Drossel ist damit ein Teil des hochfrequenten Schwingkreises und wirkt deshalb nur zum Teil entstörend, so dass die Obenwellen trotzdem höher als erlaubt sind, und überdies kann auf diese Weise der Blindstromanteil nicht vermindert werden.

[0005] Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der der Blindstromanteil nahe null ist und die Spannungsspitzen auf der Netzseite praktisch unterdrückt ist.

[0006] Gemäss den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 wird dies dadurch erreicht, dass im Stromkreis zwischen der Verbindungsleitung und dem Anschluss der Entladungslampe am Gleichrichter ein Serieschwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität für die Begrenzung des Stroms und zum Aufbau eines Spannungspotentials der hochfrequenten Speisung der Entladungslampe zur Leitendschaltung der Dioden im Gleichrichter vorhanden ist.

[0007] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig.1

ein vollständiges Schaltungsschema einer Anordnung zum Betrieb einer Stromsparlampe mit der Rückführung von der Lampe auf die Netzseite des Gleichrichters,

Fig.2

dieselbe Schaltungsanordnung wie in Fig.1 mit einer Variante des Serieschwingkreises für den Betrieb verschieden starker Entladungslampen mit demselben Vorschaltgerät,

Fig.3

dieselbe Schaltungsanordnung wie in Fig.1, jedoch mit der Entladungslampe innerhalb des Serieschwingkreises und ihrem Anschluss mit der zweiten Elektrode auf der Gleichstromseite, und

Fig.4

dieselbe Schaltungsanordnung wie in Fig.1, jedoch mit der zweiten Elektrode wechselstromseitig angeschlossen und einer Anordnung zur Definition der Anstiegsflanke des Gleichrichters, und

Fig.5

eine Schaltungsanordnung ähnlich derjenigen gemäss Fig.1, jedoch für eine Speisespannung von 110 V.

[0008] In der Schaltungsanordnung gemäss Fig.1 ist die Speisung aus einer Wechselstromquelle AC für eine Netzspannung von 220 V und 50 bis 60 Hz mit den Anschlüssen P als Phasenleiter und 0 als Nulleiter dargestellt. Eine Sicherung Si schützt die Elektronikschaltung vor hohen Strömen. Dioden D1, D2, D3 und D4 bilden eine Gleichrichterbrückenschaltung bekannter Anordnung mit einer Drossel DR1 und einer stromkompensierten Filterdrossel DR2 und den Kompensationskondensatoren C1, C2, C3. Ein Elektrolytkondensator C5 dient als Glättungskondensator.

[0009] Die Anordnung zur Ansteuerung einer Entladungslampe FL zeigt als Hauptbestandteil einen Gegentaktfrequenzgenerator mit den beiden Transistoren T1 und T2 und den Rücklaufdioden D5 und D6, die zusammen mit dem Widerstand R6 und dem Kondensator C7 die Frequenz: des Hochfrequenzschwingkreises stabilisieren, Dabei bewirkt der Kondensator eine Beeinflussung der Anstiegscharakteristik der Transistoren T1 und T2. Die Transistoren sind zu ihrem Betrieb noch mit Vorschaltwiderständen R2, R4, und den Emitterwiderständen R3, R4 versehen. Zur Definition der Anstiegsflanke der Gleichrichters mit den Dioden D1, D2, D3, und D4 dient der Koppelkondensator C4. Eine Anschwingschaltung besteht aus einem ersten Widerstand R1 und einem Kondensator C4, einer Diode D7 und einem Diac und sorgt dafür, dass beim Einschalten der Netzspannung AC an den Klemmen P und 0 der Hochfrequenzschwingkreis mit einer ersten Wicklung I1 an den Basiswiderstand R2 und einer zweiten Wicklung an den Basiswiderstand R4 in Schwingung versetzt wird. Die beiden Wicklungen I1 und I2 sind auf einen gemeinsamen Ringkern gewickelt.

[0010] Die Stromsparlampe FL ist mit einer Elektrode E1 mit der Verbindungsstelle H zwischen den beiden Transistoren T1 und T2 über eine Verbindungsleitung VL Mit einer weiteren Drossel DR3, einer dritten Wicklung I3 und einem Kondensator C8 verbunden. Die andere Elektrode E2 ist mit dem Nulleiter 0 der Wechselspannung AC verbunden. Der Serieresonanzkreis besteht aus der Resonanzinduktivität der Drossel DR2, dem Kopplungskondensator C6 und dem Resonanzkondensator C7. Dabei ist die Resonanzinduktivität DR2 und der Kopplungskondensator C6 zwischen die genannte Verbindungsstelle zwischen den Transistoren T1, T2 und die Elektrode E1 der Lampe FL und der Resonanzkondensator C7 in den Heizkreis der Lampe FL geschaltet. Die Funktionsweise des Gegentaktfrequenzgenerators zusammen mit dem Serieresonanzkreis zum Betrieb der Lampe muss hier nicht besonders erwähnt werden, da sie einerseits jedem Fachmann bekannt ist und anderseits dem Buch "Elektronik-Schaltungen" von W. Hirschmann (Siemens Aktiengesellschaft) S. 148 entnommen werden kann.

[0011] Über den Hochfrequenzschwingkreis mit den Transistoren T1, T2 und den Rücklaufdioden D5, D6 sind zwei weitere Dioden D8 und D9 geschaltet, deren Verbindungsstelle über einen temperaturabhängigen Widerstand PTC auf den Verbindungspunkt zwischen zwei die Elektroden E1 und E2 der Entladungslampe FL überbrückenden Kondensatoren C12, C13. Diese Anordnung bewirkt eine Vorheizung der Entladungslampe.

[0012] Beim Einschalten des Vorschaltgerätes ist der Widerstand PTC in der Regel kalt und daher niederohmig. Um zu verhindern, dass in diesem Schaltzustand die Spannung zwischen den Elektroden E1, E2 dass in der Entladungslampe eine Glimmentladung entsteht müssen die Kondensatoren eine relativ hohe Kapazität aufweisen, typischenweise etwa 6 nF. Durch den Ausgangskreis des Vorschaltgerätes fliesst in diesem Zustand ein Strom von etwa 100 mA durch den die Wendel der Elektroden E1, E2 und der Widerstand PTC in sekundenschnelle auf etwa 900°C erwärmt Dies bewirkt, dass der Widerstand PTC hochohmig wird, so dass die Spannung an den Elektroden E1, E2 auf 1000 V ansteigt, wodurch die Entladungslampe FL ohne Glimmentladung zündet. Die Spannung bricht dann bei gezündeter Entladungslampe auf etwa 100 V zusammen. Damit nun der Widerstand bei gezündeter Entladungslampe nicht dauernd einen Strom von etwa 0,5 W verbraucht ist vorgesehen, die Vorheizschaltung und die Speisung der Entladungslampe voneinander zu trennen, was dadurch geschieht, dass der Speisestrom der Entladungslampe von der Verbindungsstelle H entnommen wird. Der Zündvorgang ist wie oben beschrieben, jedoch fliesst infolge der Dioden D8, D9 bei gezündeter Entladungslampe kein Strom mehr über den Widerstand PTC und dieser kaltet wieder ab. Damit wird ein unnötiger Stromverbrauch durch den Widerstand PTC vermieden.

[0013] Diese Anordnung kann noch weiter ausgenützt werden, wenn eine Serieschaltung mit einer Induktivität I3 und einem Kondensator C8 in die Verbindungsleitung VL zwischen der Verbindungsstelle H und der Elektrode E1 geschaltet ist. Durch die Rückführung der zweiten Elektrode E2 auf die Speisegleichrichtung, nämlich wie in Fig.1 gezeigt, wechselstromseitig vor dem Gleichrichter D1, D2, D3, D4, wird erreicht, dass der Strom begrenzt und ein Spannungspotential in der hochfrequenten Speisung der Entladungslampe (FL) zur Leitendschaltung der Dioden (D1, D2, D3, D4) im Gleichrichter aufgebaut wird. Damit folgen die Spitzen der hochfrequenten Spannung der Sinusschwingung der Wechselstromes und es können sich der Wechselspannung keine Spannungsspitzen überlagern.

[0014] Dies zeigt deutlich, dass mit der vorgeschlagenen Erfindung eine wesentliche Verbesserung im Betrieb der Entladungslampen erzielt werden kann. Die Schaltungselemente sind gegenüber den bekannten Anordnungen nicht wesentlich vermehrt, denn die Induktivität I3 ist als weitere Wicklung auf dem Ringkern mit den Wicklungen I1 und I2 vorgesehen, so dass zusätzlich nur ein Kondensator C8 notwendig ist.

[0015] Mit wenig mehr Aufwand kann gemäss Fig.2 jede übliche Stromsparlampe mit einem und demselben Sockel, der die Elektronik gemäss Fig.1 enthält, benützt werden. Dazu ist vorgesehen, an der Drossel DR3 vier verschiedene Anzapfungen vorzusehen und die Induktivität I3 der Serieschaltung in vier Teilwicklungen I4a, I4b, I4c und I4d zu unterteilen. Selbstverständlich sind dann auch vier verschiedene Kapazitäten C8a, C8b, C8c und C8d notwendig.

[0016] Eine weitere Variante ist in Fig.3 dargestellt. Hierbei befindet sich die Drossel DR3, die vor dem Anfang des Serieschaltung war nicht mehr in der Verbindungsleitung VL und damit im Kreis zur Elektrode E1, sondern im Kreis der Elektrode E2, und zwar im positivem Strompfad des Gleichrichters D1, D2, D3, D4. Mit einer weiteren Drossel DR4 zusammen bildet die Drossel DR3 die Zufuhr des Gleichstroms für den Hochfrequenzgenerator. Die Elektrode E2 ist am Verbindungspunkt der beiden Drosseln DR3, DR4 angeschlossen. Die Wirkungsweise ist grundsätzlich dieselbe wie vordem beschrieben, nur dass hierbei die Aufladung der Dioden im Gleichrichter gleichstromseitig erfolgt.

[0017] Eine Variante zeigt auch Fig.4. Hier ist zusätzlich zur Ausführung gemäss Fig.1 noch eine vierte Drossel DR4 vorhanden. Diese Drossel DR4 liegt in der Wechselstromzuleitung zwischen den Anschlüssen des Kompensationskondensators C3 und dem Koppelkondensator C4. Damit wird bei praktisch gleichem Aufwand das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung über 0,95 gesteigert und die auf das Wechselstromnetz zurückwirkenden Harmonischen werden unter 10% verkleinert. In Laborversuchen konnte ein Leistungsfaktor von 99,5 und höher gemessen werden.

[0018] Dies ist die Wirkung des über die Drossel DR3, den Kondensator C8 und die Fluoreszenzlampe FL auf die Wechselstromspeisung rückgekoppelten hochfrequenten Schwingstromes, durch den die Drossel DR4 zum Schwingen gezwungen wird. Der Kondensator C4 zur Bildung eines eigentlichen Schwingkreises mit der Drossel DR4 zusammen kann dementsprechend zwischen einen Wechselstromleiter 0 oder P und den entsprechenden Gleichstromanschluss des Gleichrichters D1,D2,D3,D4 geschaltet werden, oder aber er könnte auch weggelassen werden, weil die Drossel DR4 ohnehin durch den hochfrequenten über die Leitung VL rückgekoppelten Strom schwingt. Diese erzwungene Schwingung im Wechselstromanschluss wird ebenfalls im Gleichrichter D1,D2,D3,D4 gleichgerichtet und bewirkt eine Modulation des hochfrequenten Stromes mit der Netzfrequenz des Wechselstromanschlusses, wodurch die unerwünschten Stromspitzen im Wechselstrom eliminiert werden.

[0019] Der Vollständigkeit halber zeigt Fig.5 eine Schaltungsanordnung die grundsätzlich gleich aufgebaut ist, wie die vorangehend beschriebenen Anordnungen, nur dass hier anstelle der Vollweggleichrichtung mit vier Dioden eine Spannungsverdopplerschaltung Mit den Dioden D10 und D11 in Verbindung mit den Kondensatoren C2 und C3 dargestellt ist. Die Glättung des Gleichstromes erfolgt mit zwei Elektrolyt-Kondensatoren C4 und C5 die je über dem Gleichstromausgang von den Dioden D10 und D11 und der Phasenleitung P der Netzspeisung AC geschaltet sind. Die Elektrode E2 ist natürlicherweise wechselstromseitig angeschlossen. Die Wirkungsweise ist dieselbe wie bei den vorerwähnten Anordnungen indem auch hier die Hochfrequenzspannung nur bis zur jeweiligen Höhe der momentanen Amplitude der Wechselspannung gehen kann, so dass keine oder eine nur sehr geringe Verzerrung durch harmonische Schwingungen möglich ist.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Gasentladungslampen, mit einem Vorschaltgerät zwischen positivem und negativem Pol einer Gleichrichteranordnung (D1, D2, D3, D4) am Wechselstromnetz mit Phasenleiter (P) und Nulleiter (0), welches Vorschaltgerät mit einer Filterstufe (C1, C2, C3, DR1, DR2), ferner mit einer Anschwingschaltung (R1, C6, D5, DIAC) und mit einem Hochfrequenzschwingkreis (R2 - R6, T1, T2, D5, D6, C6, I1, I2), sowie mit einem Entkopplungskondensator (C7), einer Dritten Drossel (DR3) und einer dritten Induktivität (I3, I4), die zusammen mit den beiden vorerwähnten Wicklungen des Hochfrequenzschwingkreises (I1, I2) auf einen gemeinsamen Kern gewickelt, einen Stromübertrager bilden, ausgerüstet ist, und welches Vorschaltgerät von dem Verbindungsanschluss (H) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) mit einer Verbindungsleitung (VL) an die eine Elektrode (E1) der Entladungslampe (FL) geführt ist, deren zweite Elektrode (E2) mit der ersten Elektrode (E1) über eine Resonanzkapazität (C12,C13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis zwischen der Verbindungsleitung (VL) und dem Anschluss der Entladungslampe (FL) am Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) ein Serieschwingkreis mit einer Induktivität (DR3,I4) und einer Kapazität (C8) für die Begrenzung des Stroms und zum Aufbau eines Spannungspotentials der hochfrequenten Speisung der Entladungslampe (FL) zur leitendschaltung der Dioden (D1, D2, D3, D4) im Gleichrichter vorhanden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Serieschwingkreis (DR3, I4, C8) zwischen den Verbindungsanschluss (H) und die eine Elektrode (E1) der Entladungslampe (FL) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe (FL) einerseits mit ihrer Elektrode (E1) über eine Induktivität (I4, DR2) und eine Kapazität (C6) mit dem Verbindungsanschluss (H) verbunden ist, und dass die Entladungslampe (FL) in den Serieschwingkreis (DR3, I4, C8) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Serieschwingkreis (DR3, I4, C8) direkt an einen der Stromanschlüsse (P,0) angeschlossen ist, und dass zwischen dem Anschluss der zweiten Elektrode (E2) am Stromanschluss (P,0) und dem Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) eine zusätzliche Drossel (D4) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Serieschwingkreis (DR3, I4, C8) direkt an einen der Stromanschlüsse (P,0) angeschlossen ist, und dass die zweite Elektrode (E2) direkt am Stromanschluss (P,0) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Serieschwingkreis (DR3, I4, C8) von der zweiten Elektrode (E2) der Entladungslampe (FL) zum Gleichstrompfad nach dem Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) eingeschaltet ist, derart, dass in Reihe zur Induktivität (DR3) eine weitere Drossel (DR4) geschaltet ist, und dass die Kapazität (C8) zwischen Induktivität (I4) und Drossel (DR3) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (I4) und die Kapazität (C8) des Serieschwingkreises als parallele Äste (I4a, I4b, I4c, I4d, C8a, C8b, C9c, C8d) ausgebildet sind, und dass der Anschluss zur ersten Elektrode (E1) der Entladungsröhre (FL) wahlweise an einen dieser Äste zur Anpassung an die Lichtleistung der Entladungsröhre (FL) erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorheizschaltung, bei der zwei Dioden (D8, D9) parallel zu den Dioden (D5, D6) im Hochfrequenzschwingkreis geschaltet sind, deren Mittelabgriff über einen temperaturabhängigen Widerstand (PTC) mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei die beiden Elektroden (E1, E2) der Entladungsröhre (FL) überbrückenden Kondensatoren (C12, C13) verbunden ist.

Zeichnung