Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Betreiben einer Niederdruck-Gasentladungslampe
mit einer ersten und einer zweiten Wendel, zwischen denen eine Gasentladung ausbildbar
ist, insbesondere eine Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Bekanntlich umfasst eine solche Schaltanordnung eine Einrichtung zum Erzeugen eines
zeitlich wechselnden Potenzials an einem Knotenpunkt (also einer Spannung von dem
Knotenpunkt zu einem Referenzpunkt, zum Beispiel zu Masse), wobei der Knotenpunkt
über ein erstes induktives Element (Induktivität) mit der ersten Wendel verbunden
ist. Die Schaltanordnung umfasst ferner einen so genannten Heizkreis, nämlich einen
mit der restlichen Schaltanordnung einen Stromkreis bildenden Halbkreis, der einen
Schalter umfasst, und zwar dient der Halbkreis dazu, die erste Wendel mit der zweiten
Wendel elektrisch zu verbinden, was genau dann der Fall ist, wenn der Schalter geschlossen
ist. Der Schalter wird insbesondere vermittels einer Zeitsteuerung beim Einschalten
der Niederdruck-Gasentladungslampe, und zwar vor ihrem Zünden, geschlossen, damit
ein (aufgrund des Potenzials an dem Knotenpunkt erzeugter) Heizstrom über beide Wendeln
fließt und diese vorheizt. Die Vorheizung erleichtert die nachfolgend einzuleitende
Zündung. Zur Zündung wird der Schalter geöffnet, und das erste induktive Element wirkt
mit einem zwischen der ersten Wendel und der zweiten Wendel geschalteten Resonanzkondensator
zusammen: Durch Resonanz wird eine besonders hohe Spannung erzeugt, nämlich die Zündspannung.
Die Zündung bewirkt das Einsetzen der Gasentladung, und im nachfolgenden Betrieb der
Niederdruck-Gasentladungslampe ist die Betriebsspannung dann wesentlich geringer als
die Zündspannung. Im Betrieb bleibt der Schalter dauerhaft geöffnet. Eine solche Schaltungsanordnung
ist beispielsweise aus der Schrift
WO 93/12631 bekannt.
[0003] Der Halbkreis (also der Heizkreis) soll selbst einen möglichst geringen Widerstand
haben, damit möglichst viel Energie des Heizstroms das Aufheizen der Wendeln bewirkt.
Der Heizkreis besteht üblicherweise somit praktisch nur aus dem Schalter, dessen einer
Anschluss über eine Verbindungsleitung mit der ersten Wendel und dessen anderer Anschluss
über eine Verbindungsleitung mit der zweiten Wendel verbunden ist.
[0004] Für den Entwickler besteht gegenwärtig praktisch keine Möglichkeit, die Größe des
Heizstroms einzustellen. Vielmehr wird die Größe des Heizstroms durch die übrigen
Bauteile der Schaltanordnung bestimmt. Da naturgemäß das Vorheizen nachrangig gegenüber
der Zündung und dem Dauerbetrieb der Niederdruck-Gasentladungslampe ist, sind die
übrigen Bauteile der Schaltanordnung für Zündung und Dauerbetrieb, nicht aber für
das Vorheizen optimiert. Es kommt daher im Stand der Technik häufig zur Situation,
dass der Heizstrom falsch dimensioniert ist. Nachteilig ist insbesondere, wenn der
Heizstrom zu niedrig ist und dadurch die Vorheizzeit zu lang ist.
Darstellung der Erfindung
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltanordnung zum Betreiben einer
Niederdruck-Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 derart weiterzubilden,
dass eine Möglichkeit besteht, die Größe des Heizstroms zu definieren.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einer Schaltanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Erfindungsgemäß wird somit in dem Halbkreis ein zweites induktives Element (Induktivität)
bereitgestellt.
[0008] Dem Entwickler, der das vorgegebene Schaltprinzip verwenden möchte und die Bauelemente
konkret auszuwählen hat und hierbei deren Eigenschaften (Kapazitäten der Kondensatoren,
Induktivitäten der induktiven Elemente etc.) auszuwählen hat, steht durch das zweite
induktive Element ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung. Durch geschickte Wahl
der Induktivität des zweiten induktiven Elements kann vorab festgelegt werden, wie
groß der Heizstrom ist und insbesondere dafür gesorgt werden, dass die Vorheizzeit
nicht zu lang ist.
[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite induktive Element magnetisch
mit dem ersten induktiven Element gekoppelt, so dass die Wirkung eines Transformators
erzielt wird. Durch die magnetische Kopplung wird die Schaltanordnung in ihrem Betrieb
stabilisiert, die genannten Größen der Bauteile können empfindlich genau eingestellt
werden.
[0010] Bei einer bevorzugten Ausführungsform sieht die magnetische Kopplung so aus, dass
das erste und das zweite induktive Element jeweils als Spule bereitgestellt sind auf
einem Wickelkörper, und zwar auf einem beiden Elementen gemeinsamen Wickelkörper.
Jede Spule wird durch jeweils zumindest eine Wicklung bereitgestellt. Wie bei Spulen
üblich, kann in dem Wickelkörper ein Kern (aus weichmagnetischem Material) bereitgestellt
sein, der somit dem ersten und dem zweiten induktiven Element ebenfalls gemeinsam
ist.
[0011] Durch das zweite induktive Element ist es erstmals ermöglicht, dass auf die an dem
Schalter in dem Halbkreis anliegende Spannung Einfluss genommen wird. Insbesondere
bei der Zündung liegen zwischen den beiden Wendeln der Niederdruck-Gasentladungslampe
sehr hohe Spannungen von über 1000 Volt an. Im Stand der Technik muss der Schalter,
der bei der Zündung geöffnet ist, diesen Spannungen standhalten. Geeignete Schalter
sind sehr teuer. Ein Beispiel für einen Schalter, der 1000 Volt Spannung standhält,
ist ein so genannter 1200 V-IGBT. Es ist nun eine bevorzugte Ausführungsform, dass
das zweite induktive Element mit dem ersten induktiven Element genau so gekoppelt
ist, dass bei geöffnetem Schalter ein Teil der zwischen der ersten und der zweiten
Wendel abfallenden Spannung an dem zweiten induktiven Element abfällt. Mit anderen
Worten soll die Wirkung des zweiten induktiven Elements nicht so sein, dass die an
dem Schalter anliegende Spannung im Vergleich zur Situation ohne zweites induktives
Element erhöht wird, sondern verringert wird. Von den 1000 Volt Zündspannung können
beispielsweise 500 Volt an dem zweiten induktiven Element abfallen, so dass dann 500
Volt an dem Schalter anliegen. Schalter, welche eine anliegende Spannung von 500 Volt
vertragen, sind preisgünstiger als Schalter, welche eine anliegende Spannung von 1000
Volt vertragen. So kann beispielsweise ein 600 V-MOSFET verwendet werden, und dieser
ist preisgünstiger als der genannte 1200 V-IGBT.
[0012] Unabhängig von der Einstellung des Heizstroms erweist sich somit das zweite induktive
Element als hilfreich bei dem Bemühen, die Schaltanordnung kostengünstig zu gestalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
[0013] Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden. Die Figur zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[0014] Eine in der Figur mit L bezeichnete Niederdruck-Gasentladungslampe weist eine erste
Wendel W1 und eine zweite Wendel W2 auf. Die Niederdruck-Gasentladungslampe L ist
mit einer Wechselspannung zu betreiben. Die Schaltanordnung erzeugt diese Wechselspannung
aus einer Gleichspannung Udc vermittels einer Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich
wechselnden Potenzials, welche eine Halbbrücke umfasst, nämlich zwei von einer Halbbrückensteuerung
HS wechselnd ein- und ausgeschaltete Schalter. Die Schalter sind als Transistoren
T1 und T2 mit parallel geschalteten Dioden D1 und D2 (so genannten Freilaufdioden)
ausgebildet. Werden die Transistoren T1 und T2 perfekt abwechselnd geschaltet, würde
man ohne weitere Maßnahme am Knotenpunkt K1 eine Folge von rechteckigen Spannungspulsen,
definiert zum zweiten Knotenpunkt K2 erhalten (d. h. ein zeitlich wechselndes Potenzial
am Knotenpunkt K1). Durch das Bereitstellen eines so genannten Trapezkondensators
CT wird bewirkt, dass tatsächlich am Knotenpunkt K1 ein zeitlich wechselndes Potenzial
mit Pulsen in einer Form erzielt wird, die von einer Rechteckform abweicht. Insbesondere
sind die Flanken im Vergleich zu einem perfekten Rechteckpotenzial abgeflacht. Der
Knotenpunkt K1 ist nicht direkt mit der Wendel W1 verbunden, sondern über eine Lampendrossel
LD, vorliegend also über ein erstes induktives Element LI1. Die zweite Wendel W2 ist
über einen Koppelkondensator CK mit dem Knotenpunkt K2 verbunden. Erstes induktives
Element LI1 und Koppelkondensator CK sind genau so ausgebildet, dass der Betriebsstrom
optimiert wird.
[0015] Um überhaupt den Betriebszustand zu erreichen, muss die Niederdruck-Gasentladungslampe
L erst einmal gezündet werden. Damit eine relativ hohe Zündspannung bereitgestellt
wird, wird der Effekt der Resonanz verwendet. Zu diesem Zweck ist ein Resonanzkondensator
CR bereitgestellt, der parallel zum Pfad der Gasentladung geschaltet ist, also mit
einem ersten Anschluss an der Wendel W1 und einem zweiten Anschluss an der Wendel
W2 angreift. Zusammen mit dem ersten induktiven Element LI1 bildet der Resonanzkondensator
R einen LC-Schwingkreis, der bewirkt, dass die Zündspannung erzeugt wird.
[0016] Vor dem Zünden nun ist es sinnvoll, die Wendeln W1 und W2 vorzuheizen, damit die
Zündung sicher einsetzt. Zu diesem Zweck ist ein Heizkreis mit einem Schalter S bereitgestellt.
Wird der Schalter S geschlossen, gesteuert von einer Zeitsteuerung ZS, fließt ein
Strom über die gesamten Wendeln W1 und W2 und heizt diese auf. Erfindungsgemäß ist
nun in dem Heizkreis ein zweites induktives Element LI2 vorgesehen. Vorliegend ist
dieses in derselben Lampendrossel LD ausgebildet wie das erste induktive Element Li1.
Die Lampendrossel kann einen Wickelkörper umfassen, der einen Kern umgibt, und das
erste induktive Element LI1 kann eine erste Anzahl von Wicklungen umfassen und das
zweite induktive Element LI2 eine wie in der Figur gezeigt geschaltete zweite Anzahl
von Wicklungen umfassen. Damit sind die induktiven Elemente LI1 und LI2 direkt magnetisch
miteinander gekoppelt, so wie dies bei einem Transformator auch der Fall ist.
[0017] Das zweite induktive Element LI2 beeinflusst die Größe des Heizstroms, was ein erstes
Ziel der Erfindung darstellt.
[0018] Ein zweits Ziel der Erfindung besteht darin, den Schalter S zum Zeitpunkt der Zündung
zu entlasten. Ohne das zweite induktive Element LI2 würde die gesamte Zündspannung
an den Anschlüssen des Schalters S anliegen, und es muss ein Schalter S bereitgestellt
werden, der die gesamte Zündspannung verträgt. Bei geeigneter Wicklungsrichtung der
Wicklungen des ersten und zweiten induktiven Elements LI1 und LI2 zueinander fällt
an dem zweiten induktiven Element LI2 genau eine Spannung derjenigen Polarität ab,
dass die Spannung am Schalter S im Vergleich zum Zustand ohne das zweite induktive
Element LI2 verringert wird. Damit muss der Schalter S nicht mehr die gesamte Zündspannung
vertragen und kann kostengünstiger ausgelegt werden.
[0019] Die in der Figur gezeigte Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden Potenzials
am Knotenpunkt K1 ist nur beispielhaft. Es sind auch andere Ausführungsformen denkbar.
Kern der Erfindung ist die Bereitstellung des zweiten induktiven Elements LI2 im Heizkreis,
das erfindungsgemäß magnetisch mit dem ersten induktiven Element LI1 gekoppelt ist.
1. Schaltanordnung zum Betreiben einer Niederdruck-Gasentladungslampe (L) mit einer ersten
und einer zweiten Wendel (W1, W2), zwischen denen eine Gasentladung ausbildbar ist,
wobei die Schaltanordnung umfasst: eine Einrichtung zum Erzeugen eines zeitlich wechselnden
elektrischen Potenzials an einem Knotenpunkt (K1), der über ein erstes induktives
Element (LI1) mit der ersten Wendel (W1) verbunden ist, und einen Halbkreis, der einen
Schalter (S) umfasst, wobei bei geschlossenem Schalter (S) des Halbkreises die erste
Wendel (W1) mit der zweiten Wendel (W2) elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Halbkreis ein zweites induktives Element (LI2) bereitgestellt ist,
das derart mit dem ersten induktiven Element (LI1) magnetisch gekoppelt ist, dass
beim Öffnen des Schalters (S) ein Teil der zwischen der ersten und der zweiten Wendel
(W1, W2) abfallenden Spannung an dem zweiten induktiven Element (LI2) abfällt.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und das zweite induktive Element durch je zumindest eine Wicklung auf einem
gemeinsamen Wickelkörper bereitgestellt sind.
1. Circuit arrangement for operating a low-pressure gas discharge lamp (L) with a first
and a second filament (W1, W2), between which a gas discharge can be formed, the circuit
arrangement comprising: a device for generating an electrical potential which varies
over time at a node (K1), which is connected to the first filament (W1) via a first
inductive element (LI1), and a half-circuit, which comprises a switch (S), the first
filament (W1) being electrically connected to the second filament (W2) when the switch
(S) of the half-circuit is closed,
characterized in that
a second inductive element (LI2) is provided in the half-circuit, which element is
magnetically coupled to the first element (LI1) in such a way that, when the switch
(S) is opened, part of the voltage drop between the first and the second filaments
(W1, W2) drops across the second inductive element (LI2).
2. Circuit arrangement according to Claim 1,
characterized in that
the first and the second inductive element are provided by in each case at least one
winding on a common coil former.
1. Agencement de circuit pour faire fonctionner une lampe à décharge à basse pression
(L) pourvue d'un premier et d'un deuxième filament (W1, W2) entre lesquels peut se
produire une décharge électrique, ledit agencement de circuit comprenant: un dispositif
pour générer un potentiel électrique variable dans le temps sur un noeud (K1) connecté
au premier filament (W1) par l'intermédiaire d'un premier élément inductif (LI1),
et un demi-circuit comprenant un interrupteur (S), le premier filament (W1) étant
électriquement connecté au deuxième filament (W2) lorsque l'interrupteur (S) du demi-circuit
est fermé,
caractérisé en ce que
un deuxième élément inductif (LI2) est prévu dans le demi-circuit, lequel est magnétiquement
connecté au premier élément inductif (LI1) de sorte que lorsque l'interrupteur (S)
s'ouvre, une partie de la chute de tension entre le premier et le deuxième filament
(W1, W2) se produit au deuxième élément inductif (LI2).
2. Agencement de circuit selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le premier et le deuxième élément inductif sont réalisés chacun par au moins un enroulement
sur un corps d'enroulement commun.