Verbesserte Halbbrückenansteuerung von Leuchtstofflampen

Abstract

 Mit einer einfachen Schaltungsänderung wird eine Störspannung in zumindest einem Halbbrückenkreis einer Hochfrequenzschaltungsanordnung für eine Leuchtstofflampe L an eine Sekundärwicklung einer Induktivität (RK_c) geleitet, mit einer Diode (D₁₂) gleichgerichtet und nützlicherweise dazu benutzt, die Schaltlage zu stabilisieren.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zum Stabilisieren der bekannten Halbbrückenansteuerung in elektronischen Schaltungen zum Betrieb von Leuchtstofflampen. Diese Leuchtstofflampen werden über sogenannte EVG, das sind elektronische Vorschaltgeräte, betrieben, die zwischen dem Netz und der Lampe angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um eine Schaltung mit aktiven und passiven Bauelementen, die für die Zündung, die Strombegrenzung, den Betrieb, die Sicherheitsabschaltung und die Abschaltung allgemein usw. sorgen und im Hochfrequenzbereich arbeiten.

[0002] In schlanken Leuchten, aufgebaut aus mehreren stabförmig in einer Leiste angeordneten Leuchtstofflampen sind diese elektronischen Schaltungen über lange Zuleitungen an die zu versorgenden Lampen angeschlossen. Sofern hierfür einfache unabgeschirmte Kabel, zumeist auch noch für den Betrieb mehrerer Lampen gebündelt an mehreren Lampen vorbeigeführt werden, bewirkt der Hochfrequenzbetrieb sehr nachteilige Einkopplungen unerwünschter Hochfrequenzfelder untereinander. Besonders große Spannungsamplituden von unerwünscht eingekoppelten Hochfrequenzstörungen treten beim Zünden oder Abschalten benachbarter Lampenstäbe auf. Gerade das stufenweise Zu- und Abschalten von in einem Leuchtensystem zusammengefaßten Leuchtstofflampen ist aber zur Anpassung des Lichtbedarfs häufig erwünscht. Die durch benachbarte Schaltvorgänge eingestreute Hochfrequenzenergie ist dabei so groß, daß die korrekte Funktion von Schaltungsteilen zur Überwachung des Betriebes im ungünstigsten Fall gestört werden kann.

[0003] Die kompakte Anordnung von elektronischen Vorschalt-Schaltungen auf kleinen Platinen mit kleinsten Bauelementen in engen Leuchtengehäusen führt zu der an sich vorteilhaften dichten Montage der Schaltungsplatinen, beispielsweise in Stapelung, soweit eine ausreichende Kühlung vorhanden ist. Der Nachteil der dichten und kompakten Anordnung der Schaltungen liegt in der Gefahr der gegenseitigen Beeinflussung durch Kopplungsvorgänge. Diese werden hauptsächlich durch die starken Streufelder verursacht, die von den in den einzelnen Schaltungen je Lampe befindlichen Lampendrosseln ausgehen. Die außerhalb einer Vorschaltplatine auftretende Feldstärke des Streufeldes, insbesondere bei Lampendrosseln mit durchgehendem außen liegendem Luftspalt, ist während eines Zündvorganges entsprechend dem Stromdurchfluß durch die Drossel maximal. Dies kann dazu führen, daß eine nicht eingeschaltete, sondern sogar durch eine Sicherheitsabschaltung vom Netz weggenommene Einzellampe der Leuchte unabsichtlich wieder zu zünden beginnt.

[0004] Zur Überwindung des Problems ist an einer konkret aufgebauten Schaltung versucht worden, Lampendrosseln mit Innenluftspalt zu verwenden. Dies führt in der Tat zu einem um den Faktor zwei bis vier geringerem äußeren Streufeld. Dies wird aber mit dem großen Nachteil der größeren Erwärmung bis zur Überhitzung innerer Windungen der Drosseln bei der gleichen Bauform aufgehoben.

[0005] Es wäre auch möglich, einzelne Leitungen insbesondere Zuleitungen zu einzelnen Lampen abgeschirmt auszuführen. Alle Leiterbahnen der elektronischen Schaltung lassen sich aber nicht ohne weiteres abschirmen und auf alle Fälle wird der Montageaufwand größer, es treten Energieverluste auf und die größeren Kabeldurchmesser von abgeschirmten Leitungen bringen höhere Gewichte und führen zu Platzproblemen.

[0006] Es besteht daher die Aufgabe, eine schaltungstechnische Lösung zum Stabilisieren der Halbbrückenansteuerung zu finden. Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß von den ohnehin in den elektronischen Vorschaltkreisen vorhandenen Halbbrückenansteuerkreisen und Sicherheitsabschaltkreisen ausgegangen wird. Die Halbbrückenschaltkreise sind durch ein Induktionsglied mit gemeinsamem Kern utiteinander verbunden, von denen die Primärwicklung im Lampenstrompfad und zwei Sekundärwicklungen je in einem Anssteuerungsstromkreis der Schaltelemente der jeweiligen Halbbrücke liegen. An zumindest einer der Sekundärwicklungen einer im Lampenstrompfad liegenden Induktivität wird die induzierte Störspannung abgeleitet und über eine Diode gleichgerichtet. Dieser in der Intensität von der eingefangenen Störung abhängige hohe gleichgerichtete Strom wird sowohl einer Kapazität zugeführt als auch zum Versorgen eines Sicherheitsabschaltkreises benutzt, welches dadurch ein Abschaltelement ansteuert. Dadurch ist eine von der Intensität der Störeinstrahlung abhängige und zuverlässige Betriebsweise der von der Einstreuung betroffenen Schaltungsanordnung sichergestellt.

[0007] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0008] Nähere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

[0009] Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Schaltung des neuen elektronischen Vorschaltgerätes,

Figuren 2 und 3

verschiedene gemessene Kurven der Störspannungswirkungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

[0010] Die in Figur 1 lediglich schematisch wiedergegebene Schaltung zeigt teilweise als Blockschaltbild, teilweise in einer detaillierten Verknüpfung von beispielhaft tatsächlich benutzbaren Bauelementen den gemäß der Erfindung wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein Netzteil zur Versorgung der Schaltung und der Lampe L weggelassen und die konventionellen Schaltungen einer Sicherheitsabschaltung SAK und einer elektronischen Steuerschaltung VS für das Vorheizen der Glühwendel nur als Block dargestellt.

[0011] Aus dem nicht dargestellten Netzteil stehen die Spannungen +UB1 und +UB2 zur Verfügung. Die Lampe L erhält eine Zündungs- und Betriebsspannung, die aus +UB2 gegen Masse gewonnen wird. Ein Lampenstrompfad L_a führt von einem Halbbrückenmittelpunkt M zum heißen Ende H der Lampe L und diese zum Schaltungsmassepunkt Mp.

[0012] Die hochfrequente Versorgung der Lampe L erfolgt über zwei Halbbrückenzweige. Die eine Halbbrücke, hier "obere" Halbbrücke genannt, erhält ihre Versorgungsspannung +UB2 aus dem nicht dargestellten Netzteil und ist in konventioneller Weise mit einem bipolaren npn-Transistor Q1 aufgebaut. Die Vorwiderstände R₄, R₇ und R₈ sind niederohmige ME-Schichtwiderstände.

[0013] Im Lampenstrompfad L_a liegt eine Primärwicklung RK_a einer Ringkerndrossel ausgehend vom Halbbrückenmittelpunkt M in Serie mit einer Lampendrossel LD, danach folgt eine Kapazität C₉ und die Lampe L. Im Basiskreis des Transistors Q1 liegt eine erste Sekundärwicklung RK_b. Eine gleiche zweite Sekundärwicklung RK_a wird nachstehend näher beschrieben, wobei diese Wicklungen im vorliegenden Beispiel das Verhältnis a:b:c = 14:2:2 haben.

[0014] Die zweite Halbbrücke, hier "untere" Halbbrücke genannt, weist einen Transistor Q2 von gleicher Bauart wie der Transistor Q1 auf und wird über den Halbbrücken- oder Schaltungsmittelpunkt M gespeist. Der Sicherheitsabschaltkreis mit im vorliegenden Beispiel einen Transistor Q5 wird von +UB1 über einen Widerstand R₁ (beispielsweise 1MΩ) und einer erfindungswesentlichen Kapazität C₅ (beispielsweise mit 680 nF) versorgt. Im Pfad zwischen der Versorgung UB1 und dem Halbbrückenmittelpunkt liegen nacheinander der Widerstand R₁ eine Zenerdiode Z₄ und eine Diode D₉.

[0015] Zum Einleiten des Schwingungsvorganges wird der untere Halbbrückenzweig über eine Diode mit symmetrischem, nicht steuerbaren Durchbruchverhalten, einem DIAC DI getriggert. Hierzug wird der Basiskreis vom Transistor Q₂ über den DIAC DI in Serie mit der Zenerdiode Z₄ von der Kapazität C₅ und der Spannungsquelle UB₁ in Serie mit dem Widerstand R₁ versorgt. An einem Punkt P einer Basisansteuerschaltung für den Transistor Q₂, die aus der Wicklung RK_c der Ringkerndrossel und Widerständen R₅ R₆ und R₉ besteht, schließt als erfindungswesentliches Bauteil eine Diode D₁₂ an, welche mit dem Sicherheitsabschaltkreis SAK und der Kapazität C₅ verbunden ist.

[0016] Die beiden Halbbrückentransistoren Q1 und Q2 erhalten noch jeweils eine Diode D₄ bzw. D₅ antiparallelgeschaltet, um den Freilauf des Drosselstromkreises im Lampenstromkreis La zu ermöglichen. Der Sicherheitsabschaltkreis SAK ist über einen Widerstand R₂₃ und einen Abschalttransistor Q7 mit dem Basiskreis des Transistors Q2 verbunden. Schließlich besteht noch eine Verbindung zwischen dem heißen Ende H der Lampe L und dem Sicherheitsabschaltkreis. Parallel zur Lampe L und auf deren Innenseite ist eine Resonanz- Kapazität C₆ angeordnet.

[0017] Das Wesentliche für den Betrieb der vorstehend beschriebenen Schaltung besteht darin, daß der untere Halbbrückentransitor Q2 über die Wicklung RK_c der Ringkerndrossel angesteuert wird. Eine Störeinstrahlung bewirkt von der Primärwicklung a im Lampenstromkreis, daß sekundärseitig an der Wicklung c eine Störspannung auftritt. Diese Spannung beeinflußt die Schaltungskomponenten, die den Abschalttransistor Q7 ansteueren.

[0018] Die zusätzlich erfindungsgemäß in die Schaltung eingefügte Diode D₁₂ richtet im Umfang ihrer Funktionsweise die sekundärseitig an der Wicklung RK_c induzierte Spannung gleich und speist einen zusätzlichen Strom in die Kapazität C₅ ein und trägt so zur zusätzlichen Versorgung der Schaltungskomponenten der Sicherheitsabschaltung bei.

[0019] Im normalen Betriebsmodus, bei eingeschaltener Lampe ist die durch die Zenerdiode Z₄ und Diode D₉ an der Kapazität C₅ eingestellte Spannung größer als die der gleichgerichteten induzierten Spannung in der Wicklung RK_c zur Ansteuerung vom Transistor Q2. Somit sperrt die Diode D₁₂, und die Ansteuerung der "unteren" Halbbrücke wird nicht beeinflußt.

[0020] Von außen eingekoppelte Hochfrequenzstörspannungen werden aufgrund des niedrigen Lampeninnenwiderstandes im normalen Betrieb im System stark bedämpft und haben daher nur geringen Einfluß auf das System aus elektronischer Schaltung und Lampe, der den Betrieb stören könnte.

[0021] Im Fall einer Sicherheitsabschaltung wird der Abschalttransistor Q7 vom Sicherheitsabschaltkreis SAK angesteuert. Die Folge ist ein niederohmiger Schluß zwischen der Basis des Transistors Q2 und der Masse. Die dadurch weggenommene Ansteuerung des "unteren" Halbbrückentransistors Q2 läßt den Schwingungsvorgang auslaufen. Bei diesem Vorgang entlädt sich die Kapazität C₅ bis auf etwa 1,5 Volt.

[0022] Die über Zuleitungen oder benachbarte Lampendrosseln von außen eingekoppelten Hochfrequenzstörungen bewirken eine an die Wicklung RK_c induzierte Störspannung. Diese Störspannung liegt an der Diode D₁₂ an. Bei signifikanten Störungen wird die durch Diode D₁₂ gleichgerichtete Spannung größer als die an der Kapazität D₅ normalerweise anliegende Spannung sein. Die Diode D₁₂ leitet und liefert einen zusätzlichen Strom zur Versorgung der Komponenten des Sicherheitsabschaltkreises SAK. Dadurch erhält der Abschalttransistor Q7 vom Sicherheitsabschaltkreis SAK eine stärkere Basisstromansteuerung und wirkt somit stärker dämpfend auf die Ansteuerung vom Transistor Q2. Je größer die Energieeinkopplung durch eine Störung ist, desto mehr Energie wird in die Abschaltung eingespeist, um so stärker wird der Transistor Q7 angesteuert. Die in den Lampenkreis von außen eingekoppelte Hochfrequenzenergie wird unabhängig von der Art und Stärke der Einkopplung und unabhängig ob sie von einem oder von mehreren benachbarten Störquellen stammen, durch die Diode D₁₂ umgeleitet und zur Versorgung der Schaltungskomponenten des Sicherheitsabschaltkreises SAK verwendet.

[0023] Die Figuren 2 und 3 zeigen die an der Kapazität C₅ gemessenen Spannungsverläufe an einem Versuchsaufbau von zwei benachbarten elektronischen Vorschaltgeräten. Der Spannungsverlauf gemäß Figur 2a zeigt die Hochfrequenzeinkopplung über die Lampendrossel LD in ein nicht nach der Erfindung aufgebautes abgeschaltetes zweites elektronisches Vorschaltgerät EVG2 durch ein benachbartes elektronisches Vorschaltgerät EVG1, das sich im Betriebszustand "Vorheizen/Zünden" befindet. Der obere Kurvenzug ist der gemessenen Zündspannungsverlauf U_v im gerade eingeschaltenden Gerät EVG1. Die mittlere Kurve zeigt den entsprechenden Vorheizstrom I_v im Gerät EVG1. Die untere Kurve zeigt, daß die von diesem Vorgang ausgehende Störung ohne die erfindungsgemäße Schaltung im Gerät EVG2 an der Kapazität C₅ eine Spitze aufweist, die größer ist als die oben erwähnte Spannung von U_c5 = 1,5 Volt mit der Folge, daß die Sicherheitsabschaltung nicht wirksam ist und die Lampe am Gerät EVG2 ungewollt wieder in Betrieb gegangen ist.

[0024] Der Spannungsverlauf gemäß Figur 2b zeigt die Hochfrequenzeinkopplung über die Lampendrossel LD in ein nach der Erfindung aufgebautes abgeschaltetes zweites elektronisches Vorschaltgerät EVG2 durch ein benachbartes elektronisches Vorschaltgerät EVG1, das sich im Betriebszustand "Vorrheizen/Zünden" befindet. Hier bleibt die erfindungsgemäße Sicherheitsabschaltung bei gleicher Störspannung wirksam. Die Spannung an C₅ bleibt niedriger.

[0025] Der Spannungsverlauf gemäß Figur 3a zeigt die Hochfrequenzeinkopplung über die Lampendrossel LD in ein nicht nach der Erfindung aufgebautes abgeschaltetes zweites elektronisches Vorschaitgerät EVG2 durch ein benachbartes elektronisches Vorschaitgerät EVG1, das sich im Betriebszustand "Zünden ohne Vorheizung" befindet. In diesem Beispiel kann das Vorheizen beispielsweise deshalb nicht stattfinden, weil eine Heizwendel gebrochen ist. Auch diese Betriebsstörung löst ohne die erfindungsgemäße Schaltung ein übermäßiges Aufsteigen der Spannung an der Kapazität C₅ durch ein Unwirksamwerden der Sicherheitsabschaltung aus.

[0026] Der Spannungsverlauf gemäß Figur 3b zeigt die Hochfrequenzenkopplung über die Lampendrossel LD in ein nach der Erfindung aufgebautes abgeschaltetes zweites elektronisches Vorschaltgerät EVG2 durch ein benachbartes elektronisches Vorschaltgerät EVG1, das sich wie zuvor im Betriebszustand "Zünden ohne Lampe" befindet. Hier bleibt durch die erfindungsgemäße Schaltung der Einfluß auf den Betriebszustand der Sicherheitsabschaltung ohne Folgen und die übermäßige Spannungserhöhung in der Kapazität C₅ aus.

Ansprüche

1. Verfahren zum Stabilisieren einer Halbbrückenansteuerung und eines Sicherheitsabschaltkreises (SAK) des Betriebes von Leuchtstofflampen gegen fremde Einkoppelungen, dadurch gekennzeichnet, daß eingekoppelte Hochfrequenzstörspannungen zumindest von einer Sekundärwicklung (RK_c) einer mit ihrer Primärwicklung (RK_a) im Lampenstrompfad (L_a) liegenden Induktivität abgegriffen und gleichgerichtet wird, wobei diese gleichgerichtete Spannung zugleich eine Kapazität (C₅) auffüllt und über den Sicherheitsabschaltkreis (SAK) die Ansteuerung eines Abschaltelementes (Q7) optimal sicherstellt.

2. Elektronische Schaltungsanordnung (EVG) zum Betrieb von Leuchtstofflampen (L) aus dem Netz mit einem Sicherheitsabschaltkreis (SAK) sowie einer Ansteuerung über zwei Halbbrückenzweige, die über eine Induktivität mit einem Lampenstrompfad (L_a) gekoppelt sind, von der eine Primärwicklung (RK_a) im Lampenstrompfad (L_a) und je eine Sekundärwicklung (RK_a,b) im entsprechenden Halbbrückenzweig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Sekundärwicklung (RK_c) über eine Diode (D₁₂) zugleich mit einer Kapazität (C₅) und über den Sicherheitssabschaltkreis mit einem Abschaltelement (Q7) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lampenstrompfad (La) liegendend Induktivität eine Lampendrossel (LD) mit zwei Hilfswicklungen (b,c) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Lampenstrompfad (La) liegende Induktivität ein Stromübertrager (Rk_a) und eine in Reihe geschaltene Lampendrossel (LD) ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromübertrager (RK) einen Ringkern mit drei Wicklungen (a,b,c) aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltelement (Q₇) ein Transistor ist.

7. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltelement (Q₇) ein integrierter Halbleiterschalter ist.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (SK_b,c) im jewiligen Ansteuerstromkreis der Transistoren im Halbbrückenzweig angeordnet sind und die Diode (D₁₂) zum Gleichrichten der eingestreuten Störspannung das Ende einer Sekundärwicklung (RK_c), das der Steuerelektrode des zugehörigen Transistors (Q2) zugewandt ist, mit dem Sicherheitsabschaltkreis (SAK) und der Kapazität (C5) verbindet.

Zeichnung