Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges elektronisches Vorschaltgerät ist beispielsweise aus der AT 386 103 B oder der DE 33 19 739 C2 bekannt und eine Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Das elektronische Vorschaltgerät umfaßt einen an eine Versorgungsspannungsquelle anschließbaren Gleichrichter 1, beispielsweise einen Vollbrücken- oder Mehrweggleichrichter. An einen Ausgang des Gleichrichters 1 ist eine Schaltungsanordnung aus wenigstens einer ersten Kapazität 2 und wenigstens einer zweiten Kapatität 3 angeschlossen. Diese Kondensator-Schaltungsanordnung ist mit einer Serienschaltung aus zwei steuerbaren Schaltern 4 und 5 sowie einem Glättungs-Elektrolytkondensator verbunden. An den Verbindungspunkt zwischen den beiden Schaltern 4 und 5 ist der eigentliche Lastkreis mit der anzusteuernden Gasentladungslampe 8 sowie einem Resonanzkreis mit einer Resonanzinduktivität 6 sowie einem der Gasentladungslampe parallelgeschalteten Resonanzkondensator 7 angeschlossen. Des weiteren kann vorteilhafterweise eine Drosselspule 11 zwischen dem Gleichrichter 1 und dem ersten Kondensator 2 vorhanden sein. Außerdem ist eine Diode 12 zwischen dem ersten Kondensator 2 und dem ersten Schalter 4 notwendig.
Nachfolgend wird kurz die Funktion dieser Schaltung erläutert. Ist die Ausgangsspannung des Gleichrichters kleiner als die Spannung an der Serienschaltung der Kondensatoren 2 und 3, wird Energie von den Kondensatoren 2, 3 an den Glättungskondensator 13 abgegeben. Andernfalls wird von den Kondensatoren 2, 3 über den Gleichrichter 1 Energie aus dem Versorgungsnetz aufgenommen. Die beiden steuerbaren Schalter 4 und 5 sind bekannterweise abwechselnd ein- und ausschaltbar, so daß abhängig von der einstellbaren Schaltfrequenz der beiden Schalter 4 und 5 die von dem Gleichrichter 1 abgegebene Gleichspannung in eine Hochfrequenz-Wechselsspannung umgesetzt und der Gasentladungslampe 8 zugeführt wird. Entspricht die Frequenz der zugeführten Wechselspannung der Rersonanzfrequenz des aus der Resonanzinduktivität 6 und dem Resonanzkondensator 7 bestehenden Serienresonanzkreises, wird die Spannungsüberhöhung an dem Resonanzkondensator 7 zum Zünden der Gasentladungslampe ausgenützt. Andererseits kann durch Verändern der Frequenz der Wechselspannung der Arbeitspunkt für die Gasentladungslampe eingestellt, und so diese gedimmt werden.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Schaltung treten jedoch folgende Probleme auf. Der als Steuerkondensator fungierende zweite Kondensator 3 erfüllt zwei Funktionen. Zum einen bestimmt seine Kapazität neben der Induktivität 6 und den Kapazitäten der Kondensatoren 2 und 7 die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises. Zum anderen wirkt der Kondensator 3 zusammen mit dem Gleichrichter 1, dem Rücklaufkondensator 2 sowie der gegebenenfalls vorgesehenen Drossel 11 als Oberwellenfilter, das die Oberwellenrückstrahlung in das Versorgungsnetz möglichst gering halten soll. Dadurch ergeben sich jedoch unterschiedliche bzw. gegensätzliche Anforderungen an die Dimensionierung des Steuerkondensators 3, so daß bei dessen Dimensionierung entweder Abstriche bzgl. der Mitbestimmung der Resonanzfrequenz oder bzgl. der Oberwellenfilterwirkung gemacht werden müssen. Dies gilt insbesondere während des Vorheizens und Zündens der Gasentladungslampe.
Weiterhin ist Fig. 6 zu entnehmen, daß an dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 2 und 3 ein Strom I eingespeist wird, der vom Starten der Lampe bis zu deren Betrieb stark unterschiedliche Werte annehmen kann, wodurch der Arbeitspunkt der gesamten Schaltungsanordnung verschoben wird. Die Lampe 8 kann jedoch nur an einem einzigen von der Dimensionierung der Kondensatoren 2 und 3 und des Serienresonanzkreises 6 und 7 und des Glättungskondensators 13 abhängigen Arbeitspunkt optimal arbeiten, d.h. nur bei diesem einzigen Arbeitspunkt brennt die Lampe zufriedenstellend und wird der in das Versorgungsnetz zurückgestrahlte Oberwellengehalt innerhalb bestimmter Grenzen gehalten. Insbesondere beim Zünden oder Vorheizen der Lampe 8 fließt über die Resonanzinduktivität 6 und den Resonanzkondensator 7 ein starker Resonanzstrom I in den Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 2 und 3, so daß die Spannung an dem Kondensator 3 erheblich über denjenigen Wert ansteigt, bei dem der zuvor beschriebene optimale Arbeitspunkt vorhanden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät anzugeben, bei dem die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät anzugeben, bei dem bei der Dimensionierung des zweiten Kondensators 3 keine Abstriche gemacht werden müssen und bei dem der an dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 2 und 3 eingespeiste Strom I beim Zünden oder Vorheizen der Gasentladungslampe 8 möglichst gering gehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltgerät gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung an.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die bereits anhand Fig. 6 erläuterten Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß von einer wiederholten Beschreibung dieser Bauelemente abgesehen werden kann.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß im Gegensatz zu der bekannten Schaltung der Resonanzkondensator 7 nicht mehr parallel zu der Gasentladungslampe 8 liegt, sondern in Serie mit einer von zwei gekoppelten Wicklungen 9, 10 eines Übertragers geschaltet ist. In Fig. 1 sind diese beiden Wicklungen 9 und 10 gegensinnig gekoppelt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Kopplungssinn für den hier anzustrebenden Effekt unerheblich ist. Die linke Heizwendel der Gasentladungslampe liegt über den Kondensator 3 wechselstrommäßig auf Masse. Der Wendelwiderstand der linken Heizwendel wird durch den Übertrager parallel zu der rechten Wicklung 10 des Übertragers geschaltet, so daß der Resonanzkondensator 7 über den transformierten Wendelwiderstand der linken Heizwendel an der rechten Heizwendel der Gasentladungslampe 8 anliegt. Dies bedeutet, daß der Resonanzkondensator 7 über der Lampe 8 liegt und somit wie im bekannten Fall die Spannungüberhöhung an dem Resonanzkondensator 7 zum Zünden der Gasentladungslampe 8 ausgenützt werden kann, wobei jedoch beim Heizen oder Zünden der Lampe 8 der Resonanzstrom nicht unmittelbar dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 2 und 3 zugeführt wird. Zudem ist ersichtlich, daß bei der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung der Kondensator 3 nicht mehr die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises mitbestimmt, so daß er ausschließlich unter Berücksichtigung der Oberwellenrückstrahlung dimensioniert werden kann. Somit treten erfindungsgemäß die im Zusammenhang mit der bekannten Schaltung anhand Fig. 6 beschriebenen Probleme nicht mehr auf.
Fig. 2a zeigt eine Variante des in Fig. 1 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für zwei Gasentladungslampen 8 und 16, wobei entsprechend die wesentlichen Bauelemente doppelt vorhanden sind. Somit ist für die zweite Gasentladungslampe 16 ein weiterer Übertrager mit gekoppelten Wicklungen 17 und 18 sowie ein weiterer Lastkreis mit der zweiten Lampe 16 und einer weiteren Resonanzinduktivität und einer weiteren Resonanzkapazität 15 vorgesehen. In Fig. 2a wurde auf die optionale Drosselspule 11 verzichtet. Zusätzlich ist jedoch in Serie mit den Resonanzkondensatoren 7 und 15 sowie dem zweiten Schalter 5 ein Meßwiderstand 19 vorgesehen. Mit Hilfe dieses Widerstandes 19 kann sowohl der Arc-Strom als auch der Vorheizstrom gemessen werden. Der Arc-Strom bestimmt die Helligkeit der Lampe, so daß eine Messung dieses Stromes für die Überwachung und Regelung der Lampenhelligkeit von großer Bedeutung ist. Für den Fall, daß der untere Schalter 5 geschlossen ist, liegen die Resonanzinduktivitäten 6 und 14 sowie die Resonanzkondensatoren 7 und 15 auf demselben Potential, da sie miteinander verbunden sind. Somit fließt nach Zündung der Lampen 8, 16 der Arc-Strom über den Meßwiderstand 19, während der Zeit bei der der Schalter 5 geschlossen ist und kann somit zu diesem Zeitpunkt über die an dem Meßwiderstand 19 abfallende Spannung gemessen werden. Vor Zündung der Gasentladungslampen 8, 16 fließt der Vorheizstrom bei offenem Zustand des Schalters 5 über die Resonanzkondensatoren 7, 15, die Resonanzinduktivitäten 6, 14 sowie den geschlossenen Schalter 4. Der Vorheizstrom ist insbesondere in der Vorheizphase von Interesse, so daß mit der erfindungsgemäßen Schaltung sowohl in der Vorheizphase als auch in der Betriebsphase an ein und demselben Bauelement, nämlich dem Meßwiderstand 19, der jeweils interessierende Parameter gemessen werden kann, wenn der Meßzeitpunkt richtig gewählt wird.
Die Meßbarkeit der jeweils interessierenden Parameter über den Widerstand 19 kann allgemein auf alle Schaltungsvarianten übertragen werden, in denen der Resonanzkondensator frei zugänglich ist, d.h. in analoger Weise beispielsweise auch auf die in Fig. 1, Fig. 26 oder Fig. 5 gezeigte Schaltung.
Fig. 2b zeigt eine weitere Variante des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels für zwei Gasentladungslampen, wobei für die zweite Gasentladungslampe 16 auf einen eigenen Übertrager verzichtet wurde und stattdessen diese Lampe einerseits mit der zweiten Wicklung 10 des Übertragers der ersten Lampe 8 verbunden und andererseits mit einer eigenen Wicklung 17 versehen ist, die mit den Wicklungen 9 und 10 des Übertragers der ersten Gasentladungslmape 8 gekoppelt ist. Es wird wiederum darauf hingewiesen, daß die Kopplungsart für die erfindungsgemäße Wirkung unerheblich ist. Des weiteren ist den beiden Gasentladungslampen ein Symmetrierelement vorgeschaltet, welches vorteilhafterweise aus einem Symmetrierübertrager mit gegensinnig gekoppelten Spulen 20 und 21 besteht. Der Symmetrierübertrager dient zum Angleichen der Lampenströme der beiden Gasentladungslampen 8 und 16, so daß im Betriebsfall beide Lampen gleichmäßig brennen. Zu diesem Zweck werden die beiden Wicklungen 20 und 21 des Symmetrierübertragers von den Lampenströmen der beiden Gasentladungslampen entgegengesetzt durchflossen, so daß der Symmetrierübertrager von den Lampenströmen gegensinnig magnetisiert wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß auch die in Fig. 2a, b gezeigte zweite Gasentladungslampe 16 wie die erste Gasentladungslampe 8 betrieben wird, so daß die anhand Fig. 1 beschriebenen vorteilhaften Wirkungen der Erfindung auch auf die zweite Gasentladungslampe 16 zutreffen.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Übertrager mit drei gekoppelten Wicklungen 9, 10 und 22 verwendet wird. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere für die Funkentstörung vorteilhaft, da die Gasentladungslampe 8 über ihren linken Anschluß und die mittlere Übertragerwicklung 22 auf Masse gesetzt ist. Zudem ist dieses Ausführungsbeispiel für die Meßbarkeit von Spannungen oder Strömen an den einzelnen Schaltungspunkten vorteilhaft, da dieses Größen in diesem Ausführungsbeispiel direkt gemessen werden können, während in den Schaltungen von Fig. 1 und 6 nur eine Messung dieser Größen als Differenzwerte möglich ist.
Gemäß Fig. 3 sind drei Übertragerwicklungen vorgesehen, um dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 2 und 3 im Vorheizfall und im Zündfall einen möglichst geringen bzw. überhaupt keinen Strom zuzuführen. Im Vorheiz- und Zündfall, d.h. wenn noch kein Lampenstrom fließt, hebt sich der magnetische Fluß in den Übertragerwicklungen 22, 10 auf, der durch den durch die Resonanzinduktivität 6 und durch die mittlere und rechte Übertragerwicklung 22, 10 fließenden Strom verursacht wird, da diese dieselbe Windungszahl besitzen. Nach Zündung der Gasentladungslampe 8 wird der über die Gasentladungslampe 8 fließende Strom auf die linke Übertragerwicklung 9 übertragen und dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Kondensatoren 2 und 3 zugeführt. Somit ist die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst, daß im Vorheiz- und Zündbetrieb ein möglichst geringer Strom dem Verbindungspunkt zugeführt wird. Zudem ist ersichtlich, daß der Kondensator 3 nicht die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises mitbestimmt und somit ausschließlich unter Berücksichtigung der Vermeidung von Oberwellenrückstrahlungen in das Versorgungsnetz dimensioniert werden kann.
Die Windungszahl der linken Übertragerwicklung 9 kann unabhängig von der der beiden anderen Wicklungen 22 und 10 gestaltet werden, so daß insbesondere über diese Wicklung 9 der dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 2 und 3 einzuspeisende Strom eingestellt werden kann.
Im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Schaltungen ist zusätzlich ein Trennkondensator 23 vorgesehen. Während in Fig. 6 der Mittenpunkt der Halbbrücke zwischen den Schaltern 4 und 5 vor Zündung der Gasentladungslampe 8 durch die Kondensatoren 7 und 3 und nach der Zündung nur durch den Kondensator 3 wechselstrommäßig von Masse abgekoppelt ist, ist dies bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung nach der Zündung nicht der Fall, so daß der Trennkondensator 23 zur Vermeidung von Unsymmetrieen an der aus den Schaltern 4 , 5 und dem Glättungskondensator 13 bestehenden Halbbrücke vorgesehen ist.
Fig. 4 zeigt eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels für den Betrieb von zwei Gasentladungslampen 8 und 16. Entsprechend sind in diesem Fall vier Übertragerwicklungen 9, 18, 22 und 10 erforderlich, wobei die Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltung für jede Gasentladungslampe der anhand Fig. 3 beschriebenen vorteilhaften Wirkung entspricht. Wie bereits in Fig. 2b ist auch in Fig. 4 ein Symmetrierübertrager mit gegensinnig gekoppelten Wicklungen 20, 21 zur Symmetrierung der Lampenströme der beiden Lampen 8, 16 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerätes. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Fortbildung des in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels, wobei jedoch zusätzlich zu den beiden gekoppelten Übertragerwicklungen 9 und 10 eine dritte gekoppelte Übertragerwicklung 22 vorgesehen ist. Zudem ist wiederum der Meßwiderstand 19 in Serie mit dem Resonanzkondensator 7 und dem unteren steuerbaren Schalter 5 vorhanden, so daß der Resonanzkondensator über den hinsichtlich seiner Größe vernachlässigbaren Widerstand 19 und den Kondensator 3 an den linken Anschluß der Gasentladungslampe 8 angeschlossen ist und der Resonanzkondensator 7 gleichsam parallel zu der Gasentladungslampe 8 liegt. Somit kann auch bei der in Fig. 5 gezeigten Schaltung die Gasentladungslampe 8 durch Resonanzüberhöhung an dem Resonanzkondensator 7 gezündet werden. Zum Vorheizen wird über den Resonanzkondensator 7 eine bestimmte Spannung erzeugt, die über Masse auch über der Lampe 8 anliegt. Der Übertrager nimmt diese über den Resonanzkondensator 7 abfallende Spannung mit seiner Primärwicklung 22 auf und setzt sie in eine entsprechende Heizspannung auf die beiden Wendeln um.
Durch die Primärwicklung 22 des Übertragers wird der Strom von der Primärwicklung 22 in die Wendelwicklungen 9 und 10 hochtransformiert, so daß umgekehrt die Wendelwiderstände in die Primärwicklung 22 hochtransformiert werden und aufgrund des hohen Widerstandes ein geringer Wechselstrom in der Primärwicklung 22 auftritt. Aus diesem Grund wird während der Heiz- oder Zündphase nur ein sehr geringer Strom dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 2 und 3 zugeführt, wodurch die ursprünglich gestellt Aufgabe gelöst wird.
In Fig. 5 sind vorteilhafterweise zusätzlich Freilauf- bzw. Überschwingerdioden 24 und 25 vorgesehen, die jeweils einen der beiden steuerbaren Schalter 4 bzw. 5, die vorzugsweise MOS-Feldeffekttransistoren sind, überbrücken.