SCHALTANORDNUNG ZUM BETREIBEN EINER NIEDERDRUCK-GASENTLADUNGSLAMPE

Beschreibung

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.

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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.

Zeichnung