Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe

Abstract

 Bei einer Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe (LP1) mit einem Gegentaktfrequenzgenerator (3), einem Glättungs­kondensator (C4) und einem aktiven Oberwellenfilter (5) ist eine Abschaltvorrichtung mit einer schnellen Triggerschaltung vorgesehen. Die Triggerschaltung besteht aus einer oder mehreren in Reihe geschalteten Zener-Diode(n) (DZ1, DZ2), die das Gate des Abschalt­thyristors (TH) mit dem Pluspol des Glättungskonden­sators (C4) verbinden. Außerdem beinhaltet die Triggerschaltung einen Widerstand (R9), der das Gate des Abschaltthyristors (TH) mit dessen Kathode ver­bindet. Bei Ausfall der Niederdruckentladungslampe (LP1) sorgt die Triggerschaltung innerhalb einiger Millisekunden für ein Durchschalten des Abschalt­thyristors (TH) und setzt damit die Schaltungsanord­nung außer Funktion. Eine Zerstörung des Glättungs­kondensators (C4), bedingt durch die Pumpfunktion des aktiven Oberwellenfilters (5), wird somit verhindert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungs­lampe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] In den deutschen Patentanmeldungen P 36 23 749.3 und P 36 11 611.4 sind solche Schaltungsanordnungen ohne Abschaltvorrichtung zum Betrieb von Leuchtstofflampen vorgeschlagen. Nachteilig bei diesen Schaltungen ist, daß bei Ausfall der Entladungslampe die Schaltungsan­ordnung nicht außer Funktion gesetzt wird. Aufgrund der Arbeitsweise des aktiven Oberwellenfilters, durch die laufend Energie in den Glättungskondensator zurückgepumpt wird, kann es daher bei Lampenausfall zu einer Zerstörung des Glättungskondensators und evtl. der gesamten Schaltung kommen.

[0003] Andererseits ist aus der DE-OS 29 41 822 eine Abschaltvorrichtung bekannt, wie sie im Oberbegriff des ersten Anspruchs aufgeführt ist. Diese Abschalt­vorrichtung beinhaltet eine Triggerschaltung mit einem genau dimensionierten Diac, die den Thyristor mit einer Verzögerung von ca. einer Sekunde abschaltet. Eine Verzögerungszeit von bis zu einer Sekunde ist jedoch für eine Schaltungsanordnung mit einem als Pumpensystem ausgeführten Oberwellenfilter zu lang, da es bereits in weit kürzeren Zeiten zu einem starken Spannungsanstieg am Glättungskondensator kommen kann.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Trigger­schaltung zu schaffen, die den Thyristor innerhalb einiger Millisekunden durchschaltet und so zu einem Abschalten der Schaltungsanordnung führt. Die Trigger­schaltung sollte außerdem aus möglichst wenigen und kostengünstigen Bauteilen erstellbar sein.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst.

[0006] Bei Ausfall der Niederdruckentladungslampe wird durch die Kondensatoren des aktiven Oberwellenfilters am Glättungskondensator ein Spannungsanstieg verursacht. Überschreitet der Spannungsanstieg die Durchbruch­spannung der einen bzw. der mehreren in Reihe ge­schalteten Zenerdioden der Triggerschaltung, so schalten diese Dioden durch und triggern so direkt den Abschaltthyristor. Dieser geht daraufhin ebenfalls in einen leitenden Zustand über und entzieht damit dem mit dem Pluspol des Netzgleichrichters verbundenen Transistor die Steuerleistung. Der Transistor wird gesperrt und die Oszillation des Gegentaktfrequenzge­nerators beendet. Durch die Verbindung des Gates des Thyristors über einen Widerstand mit der Kathode des Thyristors wird der Thyristor geschützt und seine Schaltgenauigkeit sichergestellt.

[0007] Die Schaltungsanordnung kann zum Betrieb einer, mehrerer parallelgeschalteter oder auch mehrerer hintereinander geschalteter Niederdruckentladungs­lampen verwendet werden.

[0008] Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht.

Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungs­gemäßen Schaltungsanordnung für eine Nieder­druckentladungslampe

Figur 2 zeigt das vollständige Schaltbild einer er­findungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe

[0009] Das Blockschaltbild in Figur 1 gibt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Niederdruckentladungslampe wieder. Die Schaltungsan­ordnung beinhaltet ein Hochfrequenzfilter 1, einen Netzgleichrichter 2 sowie einen Gegentaktfrequenz­generator mit Ansteuerschaltung 3, dessen in Reihe liegende Schalttransistoren den Gleichstromausgang des Netzgleichrichters 2 überbrücken. Zwischen den Mitten­abgriff M1 der Schalttransistoren und den Pluspol des Netzgleichrichters 2 ist über einen Serienresonanz­kreis 4 die Niederdruckentladungslampe LP1 geschaltet. Außerdem ist ein aktives Oberwellenfilter 5 vorge­sehen, das einerseits mit dem Pluspol des Netzgleich­richters 2 und andererseits mit dem Mittenabgriff M1 verbunden ist. Des weiteren weist die Schaltungs­anordnung eine Abschaltvorrichtung auf. Letztere be­steht aus einer Reihenschaltung einer Diode D12, eines Widerstands R7 und eines Thyristors TH sowie aus einem Widerstand R8. Die Reihenschaltung verbindet die Basis des Transistors T1 mit dem Minuspol des Netzgleich­richters, während der Widerstand R8 zwischen den Mittenabgriff M5 zwischen der Diode D12 und dem Wider­stand R7 und dem Pluspol des Glättungskondensators C4 geschaltet ist. Zur Triggerung ist das Gate des Thyristors TH über zwei Zenerdioden DZ1, DZ2 mit dem Pluspol des Glättungskondensators C4 und über einen Widerstand R9 mit der Kathode des Thyristors TH verbunden.

[0010] Figur 2 zeigt das genaue Schaltbild einer Schaltungs­anordnung mit erfindungsgemäßer Abschaltvorrichtung zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe. Direkt an den Netzeingang ist in jede Zuleitung ein Block einer stromkompensierten Filterdrossel FD sowie parallel zum Eingang des Netzgleichrichters ein Filterkondensator C1 geschaltet. Diesem Hochfrequenz­filter folgt der Netzgleichrichter mit den Dioden D1 bis D4 sowie parallel zum Gleichstromausgang ein Stützkondensator C2. Der selbststeuernde Gegentakt­frequenzgenerator besteht aus den beiden gleichsinnig gepolten Transistoren T1, T2 mit den Rückstromdioden D6, D7, den Vorschaltwiderständen R2 bis R5, dem Steuerübertrager und dem Anlaufgenerator mit den Widerständen R1, R6, dem Startkondensator C3, der Diode D5 sowie dem Diac DC. Der Steuerübertrager arbeitet nach dem Rückkopplungsprinzip und setzt sich aus der Primärwicklung RK1.1 sowie den beiden Sekun­därwicklungen RK1.2 und RK1.3 zusammen. Die Lampe LP1 ist mit einem Anschluß der Elektrode E1 mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1, T2 und mit einem Anschluß der anderen Elektrode E2 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters verbunden. Außer­dem ist ein Serienresonanzkreis aus Resonanzindukti­vität L1, Koppelkondensator C5 und Resonanzkondensator C6 vorgesehen, wobei die Resonanzinduktivität L1 und der Koppelkondensator C5 zwischen die Primärwicklung RK1.1 des Steuerübertragers und den entsprechenden Anschluß der Elektrode E1 und der Resonanzkondensator C6 zwischen die auf der Heizkreisseite liegenden An­schlüsse der Elektroden E1 und E2 geschaltet sind. Parallel zu den Schaltstrecken der Transistoren T1, T2 liegt außerdem ein Glättungskondensator C4.

[0011] Die Funktionsweise einer solchen Schaltungsanordnung mit Gegentaktfrequenzgenerator und Serienresonanz­kreis zum Zünden und Betrieb einer Niederdruckentla­dungslampe kann dem Buch "Elektronikschaltungen" von W. Hirschmann (SIEMENS AG), Seite 148, entnommen werden und soll hier nicht näher ausgeführt werden.

[0012] Die Schaltungsanordnung weist weiterhin ein aktives Oberwellenfilter auf. Das Filter besteht aus zwei in Reihe und in Gleichstromvorwärtsrichtung am Stütz­kondensator C2 angeschlossenen Dioden D8, D9, wobei der Mittenabgriff M2 zwischen den beiden Dioden D8, D9 über einen Kondensator C7 mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1, T2 und über einen Kondensator C8 mit dem Mittenabgriff M3 zwischen Resonanzinduktivität L1 und Koppelkondensator C5 ver­bunden ist. Das Oberwellenfilter beinhaltet außerdem parallel zu den ersten beiden Dioden D8, D9 zwei weitere in Reihe und in Gleichstromvorwärtsrichtung geschaltete Dioden D10, D11, wobei der Mittenabgriff M4 zwischen diesen beiden Dioden D10, D11 über einen Kondensator C9 ebenfalls mit dem Mittenabgriff M1 zwischen den beiden Transistoren T1, T2 verbunden ist.

[0013] Die Funktionsweise des Oberwellenfilters im Zusammen­wirken mit dem Gegentaktfrequenzgenerator ist im folgenden näher erläutert:

Takt 1: Der Transistor T2 wird leitend und zieht damit das Potential des Punktes M1 auf das Potential des Minuspols am Glättungskondensator C4 herunter. Die Pumpkondensatoren C7, C8, C9 werden entsprechend der Potentialdifferenz "Augenblickswert der Spannung am Stützkon­densator C2" zu "Potential am Minuspol des Glättungskondensators C4" geladen, im Scheitel der Netzspannung auf U_N·√2.

Takt 2: Der Transistor T2 sperrt, die Potentiale an den Punkten M1 und M3 werden sprunghaft angehoben und heben damit auch die Potentiale der Kondensatoren C7, C8, C9. Die Kondensato­ren C7, C8, C9 erhalten ein höheres Potential als das des Glättungskondensators C4 und können sich somit in diesen Kondensator C4 entladen.

Takt 3: Der Transistor T1 schaltet durch und hebt das Potential des Punktes M1 auf das Potential des Pluspols am Glättungskondensator C4 an. Die Resonanzinduktivität L1 wird in Gegenrichtung geladen.

Takt 4: Der Transistor T1 sperrt und veranlaßt so die Resonanzinduktivität L1, sich in die Konden­satoren C7, C9 und damit auch C8 zu entladen. Die Pumpkondensatoren C7, C8, C9 werden somit auch im Bereich des Netzspannungs-Nulldurch­ganges geladen, da das Potential der Pumpkon­densatoren C7, C8, C9 in diesem Bereich nega­tiv zum Augenblickswert des Stützkondensators C2 wird.

[0014] Anschließend folgt wieder der Takt 1 und der Energie­transport beginnt von neuem. Pro Periode der HF-Betriebsfrequenz wird so einmal Energie in den Glättungskondensator C4 gepumpt. Im Bereich des Netzspannungs-Scheitelwertes werden die Pump-Konden­satoren C7, C8, C9 auf den Scheitelwert der Netz­spannung aufgeladen, anschließend sinkt die Spannung und damit die Energie wieder. In den Glättungskonden­sator C4 wird während der Netzspannungshalbwelle Energie entsprechend dem Augenblickswert der pulsie­renden Gleichspannung am Stützkondensator C2 gepumpt, vermindert um die in der Resonanzinduktivität L1 gespeicherte Energie.

[0015] Im Bereich des Netzspannungs-Nulldurchganges ist die netzspannungsbedingte Potentialdifferenz zwischen dem Minuspol des Glättungskondensators C4 und dem Pluspol des Netzgleichrichters Null. Trotzdem kommt es zu einer Spannungsdifferenz: Die in der Resonanzindukti­vität L1 gespeicherte Energie wird in diesem Bereich zum Teil über die Kondensatoren C7 und C8 in den Glättungskondensator C4 zurückgepumpt. Auf diese Weise gewährleistet das Oberwellenfilter eine sinusförmige Netzstromaufnahme und eine lineare Abhängigkeit der Lampenleistung von der Netzspannung.

[0016] Das dauernde Rückpumpen von Energie kann bei Ausfall der Lampe zu einer Überladung und damit einer Zer­störung des Glättungskondensators C4 führen. Die Schaltungsanordnung weist daher zusätzlich eine Ab­schaltvorrichtung mit Triggersteuerung auf. Diese besteht aus einer Reihenschaltung einer Diode D12, eines Widerstandes R7 und eines Thyristors TH, die die Basis des Transistors T1 mit dem Minuspol des Netz­gleichrichters verbindet. Außerdem ist der Mitten­abgriff M5 zwischen der Diode D12 und dem Widerstand R7 über einen Widerstand R8 mit dem Pluspol des Glättungskondensators C4 verbunden. Die Trigger­steuerung besteht aus den beiden Zenerdioden DZ1, DZ2, die das Gate des Thyristors TH mit dem Pluspol des Glättungskondensators C4 verbinden, sowie aus dem Widerstand R9, der das Gate des Thyristors TH mit dessen Kathode verbindet.

[0017] Im Fall, daß die Spannung am Glättungskondensator C4 einen gewissen Höchstwert von z.B. 500 V (s. Schal­tungsbeispiel unten) überschreitet, werden die beiden Zenerdioden DZ1 und DZ2 mit derselben Gesamtdurch­bruchspannung leitend und triggern so den Abschalt­thyristor TH. Damit wird der Basis des Transistors T1 die Steuerenergie durch Ableitung zum negativen Pol des Netzgleichrichters entzogen; der Transistor wird gesperrt und der Resonanzkreis auf Induktivität L1, Kondensator C6 und Kondensator C5 entregt. Durch die Verbindung des Thyristors TH über den Widerstand R8 mit dem Pluspol des Netzgleichrichters wird der Thyristor TH im leitenden Zustand gehalten, so daß jeder erneute Schwingungseinsatz unterbunden ist. Die Diode D12 sperrt die Wechselspannung vom Anodenkreis des Thyristors TH. Erst nach Abschalten der Stromver­sorgung sperrt der Thyristor TH und der Gegentaktfre­quenzgenerator kann nach erneutem Einschalten der Stromversorgung wieder anlaufen.

[0018] In der nachfolgenden Liste sind die verwendeten Schal­tungselemente für eine Schaltungsanordnung mit Schnellabschaltung zum Betrieb einer 18 W-Nieder­druckentladungslampe wiedergegeben:

FD : EF 20/2x120 mH stromkompensiert

C1 : 0,1 µF/250V∼

D1-D4, D5, D12 : 1 N 4005

C2 : 68 nF/250 V∼

D6-D11 : schnelle Diode 600 V/1 A

C4 : 4,7 µF/450 V=

R8 : 56 kΩ/2 W

DZ1 : U_Z = 200 V

DZ2 : U_Z = 300 V

R9 : 1 kΩ/0,3 W

R1, R6 : 510 kΩ/0,5 W

C3 : 47 nF/100 V=

DC : Diac U_B ca. 32 V, I_B<0,05 mA

RK1.1, RK1.2, RK1.3 : RK 130̸x70̸x5 n1.1 = 7 Windungen n1.2 = n1.3 = 1 Windung

R2, R3 : 10 Ω/0,5 W

R7 : 100 Ω/1 W

TH : Thyristor U_D/R = 500 V, I_H<3 mA, I_AV max. 3 A

T1, T2 : MJE 13005

R4, R5 : 1 Ω/0,5 W

C7, C9 : 4,7 nF/630 V=

L1 : EF 20/1,55 mH

C8 : 3,3 nF/630 V=

C5 : 150 nF/400 V=

C6 : 10 nF/630 V=

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe (LP1), wobei die Schaltung folgende Merkmale aufweist:
- einen Netzgleichrichter (2) mit parallel zum Gleich­stromausgang geschaltetem Stützkondensator (C2)
- einen mit dem Gleichstromausgang des Netzgleich­richters (2) verbundenen Gegentaktfrequenzgenerator (3) mit zwei alternierend schaltenden Transistoren (T1, T2) und einer Ansteuerschaltung, wobei ein Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) vorgesehen ist
- einen Serienresonanzkreis (4), bestehend aus Resonanzinduktivität (L1), Kopplungskondensator (C5) und Resonanzkapazität (C6)
- Anschlußleitungen für die Niederdruckentladungs­lampe (LP1), wobei eine Leitung die erste Elektrode (E1) der Lampe (LP1) über die Resonanzinduktivität (L1) mit dem Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) und eine weitere Leitung die zweite Elektrode (E2) der Lampe (LP1) mit dem Plus- und/oder Minuspol des Netzgleichrichters (2) verbindet
- einen Glättungskondensator (C4) parallel zu den Schaltsrecken der beiden Transistoren (T1, T2) des Gegentaktfrequenzgenerators (3)
- ein aktives Oberwellenfilter (5), bestehend aus einer oder mehreren parallel zueinander angeord­neten Reihenschaltungen von jeweils zwei Dioden (D8, D9; D10, D11), die in Reihe zum Stützkondensator (C2) in Gleichstromvorwärtsrichtung angeschlossen sind sowie jeweils mindestens einem Kondensator (C7, C8, C9), der den Mittenabgriff (M2, M4) zwischen den jeweils zwei Dioden (D8, D9; D10, D11) mit einem Punkt auf der Anschlußleitung der ersten Elektrode (E1) der Lampe (LP1) mit dem Mittenabgriff (M1) zwischen den beiden Transistoren (T1, T2) verbindet.
- eine Abschaltvorrichtung, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Diode (D12) eines Widerstands (R7) und eines Thyristors (TH) mit Triggerschaltung, die die Basis des mit dem Pluspol des Netzgleich­richters (2) verbundenen Transistors (T1) mit dem Minuspol des Netzgleichrichters (2) verbindet sowie einem Widerstand (R8), der den Pluspol des Glät­tungskondensators (C4) mit einem Mittenabgriff (M5) zwischen der Diode (D12) und dem Thyristor (TH) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung für den Thyristor (TH) der Abschaltvorrichtung aus einer oder mehreren in Reihe geschalteten Zener-Dioden (DZ1, DZ2), die das Gate des Thyristors (TH) mit dem Pluspol des Glättungskondensators (C4) verbinden sowie aus einem Widerstand (R9), der das Gate des Thyristors (TH) mit der Kathode des Thyristors (TH) verbindet, bestehen.

Zeichnung