Vorschaltgerät für eine Entladungslampe

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegehenen Art.

[0002] Bei einem solchen, aus der DE-PS 31 52 951 bekannten Vorschaltgerät wird mit Hilfe eines Sättigungstransformators, dessen Primärwicklung im Lastkreis des Wandlers liegt, die Betriebsfrequenz des Wandlers während der Vorheizdauer der heizharen Elektroden der Entladungslampe auf einen so hohen Wert gesteuert, daß die Spannung an der Entladungslampe auch bei hoher Umgebungstemperatur nicht zu ihrer Zündung ausreicht. Der Sättigungstransformator hat dabei eine zusätzliche Sekundärwicklung, die während der Vorheizdauer kurzgeschlossen wird. Wenn nach dem Verstreichen der Vorheizdauer dieser Kurzschluß aufgehoben wird und damit die Betriebsfrequenz des Wandlers auf ihren normalen Wert zurückkehrt, tritt am Reihenresonanzkreis eine für die sichere Zündung der Entladungslampe ausreichende Spannung auf. Nach der Zündung der Entladungslampe wirkt diese als Dämpfungswiderstand für den Reihenresonanzkreis, so daß die dann an der Entladungslampe anliegende Brennspannung sehr viel geringer als die Zündspannung ist.

[0003] Diese mit einem Reihenresonanzkreis zum Erzeugen der erforderlichen Zündspannung arbeitenden bekannten Vorschaltgeräte haben gegenüber anderen Vorschaltgeräten, die mit einer in der Nähe der Entladungslampe angeordneten kapazitiven Zündhilfe arbeiten, den Vorteil, daß die durch die kapazitive Zündhilfe verstärkte Lampenschwärzung verringert wird.

[0004] Aus der US-A-4 700 113 ist ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe bekannt, bei dem in der den Lampenstrom führenden Verbindungsleitung zwischen Wandler und Entladungslampe ein Stromwandler liegt, dessen Ausgangssignal als Steuersignal für einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Ändern der Betriebsfrequenz des Wandlers dient, um den von ihm abgegebenen Lampenstrom zu stabilisieren.

[0005] Aus der EP-A-240 312 ist ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe bekannt, das einen Oszillator konstanter Frequenz benutzt, der einen Impulsbreitenmodulator ansteuert. Die Impulsbreite des Ausgangssignals des Impulsbreitenmodulators wird nach Maßgabe einer Steuerspannung verändert, die nach Maßgabe eines Fehlersignals erzeugt wird, das aufgrund eines Vergleichs zwischen dem von der Sekundärwicklung eines Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlers abgegebenen Gleichstroms mit einer Bezugsspannung abgeleitet wird.

[0006] Werden derartige Vorschaltgeräte in Verbindung mit Anlagen benutzt, bei denen die kapazitiven Belastungen im Lastkreis z.B. durch die zu den Entladungslampen führenden Ausgangsleitungen unterschiedlich sind, ist es schwierig, eine ausreichende Zündspannung den Entladungslampen zur Verfügung zu stellen, da infolge der unterschiedlichen kapazitiven Belastungen sich die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises verlagert. Schwankt außerdem bei herkömmlichen Vorschaltgeräten die Speisespannung für den Wandler, so ändert sich dessen Betriebsfrequenz, was nicht nur die Zündzuverlässigkeit der Entladungslampe nachteilig beeinflußt, sondern auch zu Lichtstärkenschwankungen bei brennender Entladungslampe führt. Um diese Nachteile zu vermeiden, sehen bekannte Vorschaltgeräte aufwendige elektronische Stabilisierungsschaltungen vor, um den Wandler mit einer stabilisierten Speisespannung zu versorgen. Dieses ist insbesondere in Fahrzeugen, wie z.B. Eisenbahnwaggons, der Fall.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorschaltgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß der jeweiligen Entladungslampe auch dann eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung gestellt wird, wenn die kapazitiven Belastungen im Lastkreis des Wandlers unterschiedlich sind und die Speisespannung stark schwankt.

[0008] Bei einem Vorschaltgerät der genannten Art ist diese Aufgabe durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

[0009] Mit Hilfe des Wobblers wird die Betriebsfrequenz des Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlers so geändert, daß die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises entweder durch die Grundwelle der Betriebsfrequenz oder aber eine ihrer Harmonischen auch dann erreicht wird, wenn die Resonanzfrequenz aufgrund unterschiedlicher kapazitiver Belastungen des Reihenresonanzkreises verstimmt ist. Wird die jeweilige Resonanzfrequenz erreicht, erhält die Entladungslampe eine ausreichend hohe Zündspannung, wodurch diese sicher zündet. Unmittelbar nach dem Zünden der Entladungslampe wird der Wobbler abgeschaltet, so daß dann die Betriebsfrequenz des Wandlers im wesentlichen gleich bleibt.

[0010] Vorzugsweise kann die Betriebsfrequenz des Wandlers aber auch bei brennender Entladungslampe geändert werden, um die Brennspannung für die Entladungslampe, also die Ausgangsspannung des Wandlers, und damit den Lampenstrom zu stabilisieren, wenn z.B. die Speisespannung der Gleichspannungsquelle des Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlers schwankt, wie dieses bei Bordnetzen von Fahrzeugen oftmals der Fall ist.

[0011] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Zeitschaltung,

Fig. 2

ein zweites Ausführungsbeispiel, das anstelle der Zeitschaltung einen Kaltleiter aufweist, und

Fig. 3

ein drittes Ausführungsbeispiel, das anstelle der Zeitschaltung einen Heißleiter aufweist

[0013] Das in Fig. 1 dargestellte Vorschaltgerät umfaßt einen von einer hier nicht gezeigten Gleichspannungsquelle gespeisten Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler 1 änderbarer Frequenz, der, wie angedeutet, ein Rechtecksignal an einen eine Induktivität 3a und einen Kondensator 3b umfassenden Reihenresonanzkreis 3 abgibt. Dem Kondensator 3b sind die Elektroden einer Entladungslampe 4 parallel geschaltet, die in bekannter Weise eine kapazitive Zündhilfe 4a umfassen kann, die jedoch kein sich von Erdpotential unterscheidendes Potential erhält. Die Elektroden der Entladungslampe 4 sind als heizbare Elektroden ausgebildet und erhalten über gesonderte Leitungen Heizstrom von dem Wandler 1. Mit dem Wandler 1 ist ein Wobbler 2 verbunden, dessen Ausgangssignal die Betriebsfrequenz des Wandlers 1 steuert. Der Wobbler 2 arbeitet dabei relativ langsam, z.B. mit einer Frequenz von 2 Hz. In einer den Lampenstrom führenden Verbindungsleitung ist ein Stromwandler 5 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über eine Gleichrichterdiode an einen Kondensator 8 gegeben wird, dessen Ausgangsspannung als Steuersignal zum Abschalten des Wobblers 2 und zum Steuern der Betriebsfrequenz des Wandlers 1 benutzbar ist, um die Ausgangsspannung des Wandlers 1 und damit den lampenstrom für die Entladungslampe 4 über die Betriebsfrequenz zu stabilisieren, wenn die Speisespannung der den Wandler 1 speisenden Gleichspannungsquelle schwankt.

[0014] Zum Beispiel im Wandler 1 selbst ist eine Zeitschaltung 6 vorgesehen, die beim Einschalten des Wandlers 1 gestartet wird. Diese Zeitschaltung 6 hält die Betriebsfrequenz des Wandlers 1, vorzugsweise bei noch abgeschaltetem Wobbler 2, oder aber unabhängig von ihm, auf einem Wert, bei dem der Reihenresonanzkreis 3 weder durch die Grundwelle noch durch eine ihrer Harmonischen in Resonanz gelangen kann, um ein Zünden der Entladungslampe 4 selbst bei hohen Umgebungstemperaturen sicher zu verhindern. Die Zeitschaltung überwacht eine ausreichende Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe 4, um ein Zünden der Entladungslampe 4 erst dann zu veranlassen, wenn ihre Elektroden ausreichend vorgeheizt sind. Vorzeitige Zündversuche der Entladungslampe 4 würden eine unerwünschte Lampenschwärzung fördern.

[0015] Nach Ablauf der Vorheizdauer gibt die Zeitschaltung 6 die änderbare Betriebsfrequenz des Wandlers 1 frei bzw. schaltet den Wobbler 2 ein, so daß mit diesem periodisch ein bestimmter Frequenzbereich der Betriebsfrequenz durchfahren wird, der so gewählt ist, daß die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises 3 selbst dann erreicht wird, wenn diese aufgrund von kapazitiven Belastungen des Reihenresonanzkreises 3 erheblich verstimmt ist. Diese Resonanzfrequenz kann dabei durch die Grundwelle des Ausgangssignals des Wandlers 1 oder aber einer ihrer Harmonischen erreicht werden.

[0016] In den Fig. 2 und 3 sind zweite und dritte Ausführungsbeispiele des Vorschaltgerätes gezeigt, wobei das zweite Ausführungsbeispiel anstelle der in Fig. 1 gezeigten Zeitschaltung 6 einen Kaltleiter 9a aufweist, der einen stark positiven Temperaturkoeffizienten hat. Wird das Vorschaltgerät eingeschaltet, so kann während der Vorheizdauer für die Elektroden der Entladungslampe 4 am Reihenresonanzkreis 3 keine ausreichende Zündspannung auftreten, da dieser durch den bei Raumtemperatur stark leitenden Widerstand 9a kurzgeschlossen bzw. stark bedämpft ist. Nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer heizt sich der Widerstand 9a auf, wodurch dieser aufgrund seines stark positiven Temperaturkoeffizienten einen hohen Widerstandswert erreicht, der als Dämpfungswiderstand für den Reihenresonanzkreis 3 dann keine Rolle mehr spielt, so daß dieser für die Entladungslampe 4 beim Erreichen der Resonanzfrequenz eine ausreichende Zündspannung zur Verfügung stellen kann.

[0017] Bei dem in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist anstelle des den Elektroden der Entladungslampe 4 parallel geschalteten Kaltleiters 9a im Reihenresonanzkreis 3 der Induktivität 3a ein Heißleiter 9b in Reihe geschaltet, der bei Raumtemperatur den Reihenresonanzkreis 3 durch einen hohen Widerstandswert so stark bedämpft, daß keine ausreichende Zündspannung selbst bei vorliegender Resonanzfrequenz an die Entladungslampe gegeben werden kann. Nach Verstreichen einer ausreichenden Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe heizt sich der Heißleiter 9b so weit auf, daß sein Widerstand vernachlässigbar klein wird, so daß der Reihenresonanzkreis 3 beim Erreichen der Resonanzfrequenz eine ausreichende Zündspannung an die Entladungslampe 4 geben kann.

[0018] Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Zeitschaltung 6 sowie der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Kalt- bzw. Heißleiter kann auch der Wobbler 2 so ausgebildet sein, daß beim Einschalten des Wandlers 1 die niederfrequente Wobbelspannung eine solche Größe hat, daß die mit ihr gesteuerte Betriebsfrequenz des Wandlers 1 einen Wert hat, der ausreichend weit von der Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises 3 entfernt liegt. Wenn die Wobbelfrequenz des Wobblers 2 ausreichend niedrig ist, kann allein aufgrund dieser eine ausreichende Vorheizdauer für die heizbaren Elektroden der Entladungslampe 4 sichergestellt werden, indem die Betriebsfrequenz des Wandlers 1 erst dann in den Resonanzbereich des Reihenresonanzkreises 3 gelangt, nachdem die Vorheizdauer verstrichen ist.

[0019] Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz auf die dritte Harmonische der Grundwelle der Ausgangsspannung des Wandlers 1 abgestimmt, wodurch der Wirkungsgrad des Vorschaltgerätes verbessert ist.

[0020] Durchläuft die mit Hilfe des Wobblers 2 gewobbelte Betriebsfrequenz des Wandlers 1 bzw. ihre dritte Harmonische die jeweilige Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises 3, so gibt dieser aufgrund der Resonanz eine ausreichend große Zündspannung an die Elektroden der Entladungslampe 4, wodurch diese sicher zündet. Nach dem Zünden der Entladungslampe fließt durch diese und den Stromwandler 5 der Lampenstrom, wodurch der Stromwandler 5 ein diesem proportionales Ausgangssignal über die Gleichrichterdiode 7 und den Kondensator 8 an den Wobbler 2 gibt, um diesen abzuschalten. Nach dem Abschalten des Wobblers 2 bleibt die Betriebsfrequenz des Wandlers 1 im wesentlichen unverändert. Andererseits gelangt das dem Lampenstrom proportionale Ausgangssignal des Stromwandlers 5 auch an den Steuereingang für die Betriebsfrequenz des Wandlers 1, um die Betriebsfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches zum Erhöhen oder Erniedrigen der Ausgangsspannung des Wandlers 1 zu ändern. Dadurch kann der Lampenstrom stabilisiert werden, so daß die Entladungslampe 4 eine konstante Beleuchtungsstärke hat. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z.B. bei Bordnetzen von Fahrzeugen die Speisespannung der den Wandler 1 speisenden Gleichspannungsquelle schwankt.

[0021] Der Reihenresonanzkreis 3 ist so ausgelegt, daß er auch im durch kapazitive Belastungen im Lastkreis verstimmten Zustand noch eine ausreichende Zündspannung von etwa 1 KV abgibt.

Ansprüche

1. Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (4), die zusammen mit einem Reihenresonanzkreis (3) den lastkreis eines von einer Gleich- oder Wechselspannungsquelle gespeisten Gleich-oder Wechselspannungs-Wechselspannungs-Wandlers (1) änderbarer Betriebsfrequenz bildet, wobei der Kondensator (3b) des Reihenresonanzkreises (3) zwischen den Elektroden der Entladungslampe (4) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Wandler (1) ein Wobbler (2) verbunden ist, mit dem periodisch ein bestimmter Frequenzbereich der Betriebsfrequenz des Wandlers (1) durchfahren wird, der so gewählt ist, daß die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises (3) erreicht wird, wenn die Entladungslampe (4) zu zünden ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Lampenstrom führenden Verbindungsleitung zwischen Wandler (1) und Entladungslampe (4) ein Stromwandler (5) liegt, dessen Ausgangssignal als Steuersignal zum Abschalten des Wobblers (2) und zum Ändern der Betriebsfrequenz des Wandlers (1) dient, um den von ihm abgegebenen Lampenstrom bei Schwanken der Speisespannung zu stabilisieren.

3. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitschaltung (6) vorgesehen ist, die nach der Einschaltung des Wandlers (1) dessen Betriebsfrequenz während der Vorheizdauer auf einem bezüglich der Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises (3) ausreichend unterschiedlichen Wert hält, um ein Zünden der Entladungslampe (4) selbst bei hohen Umgebungstemperaturen zu verhindern.

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (6) nach Ablauf der Vorheizdauer den Wobbler (2) einschaltet.

5. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Elektroden der Entladungslampe (4) ein Widerstand (9a) mit stark positiven Temperaturkoeffizienten parallel geschaltet ist.

6. Vorschaltgerät, das die heizbaren Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom versorgt, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reihenresonanzkreises (3) zwischen der Induktivität (3a) und dem Kondendator (3b) ein Widerstand (9b) mit stark negativen Temperaturkoeffizienten geschaltet ist.

7. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Reihenresonanzkreises (3) auf die dritte Harmonische der Betriebsfrequenz des Wandlers (1) abgestimmt ist.

8. Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle die Bordspeisequelle eines Fahrzeuges ist.

Claims

1. Ballast for a discharge lamp (4) which, together with a series resonant circuit (3), forms the load circuit of a direct- or alternating-voltage/alternating-voltage converter (1) of variable operating frequency which is fed by a direct- or alternating-voltage source, the capacitor (3b) of the series resonant circuit (3) being located between the electrodes of the discharge lamp (4), characterised in that the converter (1) is connected to a sweep frequency generator (2) with which a particular frequency range of the operating frequency of the converter (1) is periodically swept, which range is selected so that the resonant frequency of the series resonant circuit (3) is reached when the discharge lamp (4) is to be ignited.

2. Ballast according to Claim 1, characterised in that in the connecting line carrying the lamp current between converter (1) and discharge lamp (4), a current transformer (5) is located, the output signal of which is used as control signal for switching off the sweep frequency generator (2) and for changing the operating frequency of the converter (1) in order to stabilise the lamp current delivered by it when the feed voltage is fluctuating.

3. Ballast which supplies the heatable electrodes of the discharge lamp with heating current, according to Claim 1 or 2, characterised in that a thing circuit (6) is provided which, after the converter (1) has been switched on, keeps its operating frequency, during the preheating period, at a value which is sufficiently different with respect to the resonant frequency of the series resonant circuit (3) to prevent an ignition of the discharge lamp (4) even with high ambient temperatures.

4. Ballast according to Claim 3, characterised in that the timing circuit (6) switches the sweep frequency generator (2) on after the preheating period has elapsed.

5. Ballast which supplies the heatable electrodes of the discharge lamp with heating current, according to Claim 1 or 2, characterised in that a resistor (9a) having a highly positive temperature coefficient is connected in parallel with the electrodes of the discharge lamp (4).

6. Ballast which supplies the heatable electrodes of the discharge lamp with heating current, according to Claim 1 or 2, characterised in that a resistor (9b) having a highly negative temperature coefficient is connected between the inductance (3a) and the capacitor (3b) within the series resonant circuit (3).

7. Ballast according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the resonant frequency of the series resonant circuit (3) is tuned to the third harmonic of the operating frequency of the converter (1).

8. Ballast according to one of Claims 1 to 7, characterised in that the direct-voltage source is the feed source for the electrical system of a vehicle.

Revendications

1. Convertisseur pour une lampe à décharge (4), qui constitue, conjointement avec un circuit résonnant série (3), le circuit de charge d'un transformateur (1) de tension continue ou alternative en tension alternative, à fréquence de fonctionnement variable, alimenté par une source de tension continue ou alternative, tandis que le condensateur (3b) du circuit résonnant série (3) se trouve entre les électrodes de la lampe à décharge (4), convertisseur caractérisé en ce qu au transformateur (1) est relié un hululeur (2), par lequel est périodiquement balayée une gamme de fréquence déterminée de la fréquence de fonctionnement du transformateur (1), qui est choisie de façon telle que la fréquence de résonance du circuit résonnant série est atteinte, lorsque la lampe à décharge (4) doit être allumée.

2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le conducteur conduisant le courant de la lampe entre le transformateur (1) et la lampe à décharge (4) se trouve un transformateur de courant (5) dont le signal de sortie sert de signal de commande pour couper le hululeur (2) et pour modifier la fréquence de fonctionnement du transformateur (1), afin de stabiliser le courant de lampe qu'il délivre lors d'oscillations de la tension d'alimentation.

3. Convertisseur qui alimente en courant de chauffage les électrodes chauffées de la lampe à décharge, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une temporisation (6) est prévue, qui, après branchement du transformateur (1), maintient sa fréquence de fonctionnement pendant la durée de préchauffage à une valeur suffisamment différente de la fréquence de résonance du circuit résonnant série (3), pour empêcher un allumage de la lampe à décharge (4) même à des températures environnantes élevées.

4. Convertisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la temporisation (6) enclenche le hululeur (2) à la fin du temps de préchauffage.

5. Convertisseur qui alimente en courant de chauffage les électrodes chauffées de la lampe à décharge, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu une résistance (9a) à fort coefficient positif de température est branchée en parallèle sur les électrodes de la lampe à décharge (4).

6. Convertisseur qui alimente en courant de chauffage les électrodes chauffées de la lampe à décharge, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le circuit de résonance série (3), entre l'inductance (3a) et le condensateur (3b) est branchée une résistance (9b) à fort coefficient négatif de température.

7. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fréquence de résonance du circuit résonnant série (3) est accordée sur le troisième harmonique de la fréquence de fonctionnement du transformateur (1).

8. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de courant continu est la source d'alimentation du réseau de bord d'un véhicule.

Zeichnung