Beschreibung

Schaltungsanordnung und Verfahren für die Zündung und den Betrieb einer oder mehrerer Entladungslampen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schal ^¬ tungsanordnung für Entladungslampen, hauptsächlich solche Entladungslampen, die vorheizbare Elektroden aufweisen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren für die Zündung und den Betrieb einer Entladungslampe.

Elektronische Vorschaltgeräte für Entladungslampen haben sich aufgrund ihrer bekannten Vorteile wie höhere Licht- ausbeute und bessere Effizienz in jüngerer Zeit stark durchgesetzt. übliche Niederdruck-Entladungslampen haben Heizwendeln als Elektroden ausgebildet, die vor dem Lampenstart beheizt werden (sog. Vorheizung) um so ihre E- missionsfähigkeit und damit die Zündwilligkeit der Lampe zu steigern. Um eine gute Beheizung der Wendeln sicherzustellen, haben sich im Stand der Technik verschiedene Schaltungsvarianten durchgesetzt .

Stand der Technik

Bevor die Lampe betrieben werden kann, muss sie durch eine relativ hohe Spannung gezündet werden. Hierzu findet in vielen Fällen eine Resonanzanregung des Lampenresonanzkreises Verwendung. Bei Entladungslampen mit vorheizbaren Elektroden werden die Elektroden zunächst für eine bestimmte Zeit vorgeheizt, bevor die eigentliche Zünd ^¬ spannung angelegt wird. Die Vorheizzeit wird dabei durch eine Lampenwendelheizregelung bestimmt, die in vielen

Fällen den Resonanzkreis bedämpft und/oder verstimmt und somit die Spannung niedrig hält wobei gleichzeitig ein Strom durch die Lampenwendeln fließt.

Eine einfache und verbreitete Variante, die Vorheizung sicherzustellen ist eine Schaltung, bei der ein Kaltleiter parallel zur Lampe und zum Resonanzkondensator geschaltet ist. Wenn das elektronische Vorschaltgerät ein ^¬ geschaltet wird und der Wechselrichter anläuft, so leitet der Kaltleiter zunächst und lässt einen Vorheizstrom durch die Elektroden fließen. Durch den Vorheizstrom erwärmt sich der Kaltleiter selbst auch und wird schließ ^¬ lich hochohmig. Damit wird der Schwingkreis, der für die Lampenzündung zuständig ist nur noch schwach bedämpft und kann eine genügend hohe Zündspannung aufbauen, die die Lampe zündet.

Eine verbesserte Variante dieser Schaltung ist in der DE 41 29 430 Al angegeben. Hier ist der Resonanzkondensator zweigeteilt und der Kaltleiter parallel zu einem Teil des Resonanzkondensators geschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die Frequenz während der Vorheizung näher an der Resonanzfrequenz liegt und somit ein höherer Vorheizstrom fließt, was die Vorheizzeit verringert.

Beide Schaltungen haben den Nachteil, dass durch den Kaltleiter während der ganzen Betriebsdauer ein Strom fließt, um ihn zu beheizen, damit er hochohmig bleibt. Daher verursacht er eine Verlustleistung von ca. 0,5 - 1 Watt, was die Effizienz und den Wirkungsgrad des gesamten elektronischen Vorschaltgerätes verringert. Ein weiterer Nachteil ist die lange Abkühlzeit des Kaltleiters, die

eine ungenügende Vorheizung der Lampenelektroden bei kurz ausgeschalteter Lampe nach sich zieht.

Aus der DE 44 25 859 Al ist eine verbesserte Schaltung bekannt, die diese Nachteile nicht aufweist. Diese Schal- tung bildet einen Kaltleiter nach, ohne dessen Nachteil der hohen Verlustleistung aufzuweisen. Im Grunde wird hier der Kaltleiter durch einen Transistor (Q3) mit Serienwiderstand (Z) nachgebildet. Während der Vorheizung wird der Transistor eingeschaltet und stellt eine ohmsche Last dar, die einen Vorheizstrom durch die Lampenelektro ^¬ den treibt. Am Ende der Vorheizperiode wird der Transis ^¬ tor abgeschaltet um so die Zündung einzuleiten. Im abgeschalteten Zustand treten keine relevanten Verluste auf. Auch den Nachteil der unzureichenden Vorheizung bei kur- zer Unterbrechung des Lampenbetriebs weist diese Schal ^¬ tung nicht auf. Allerdings ist diese Schaltung, wie aus den Figuren der Schrift zu entnehmen ist, relativ aufwendig im Aufbau und damit kostenintensiv.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung anzugeben, die eine gute Vorheizung der Lampenelektroden bietet, aber kostengünstiger herzustellen ist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach dem Anspruch 7. Ausgegangen wird von einer Schaltungsanordnung mit einem freischwingenden Wechselrichter, wie er häufig in kosteneffektiven Vorschaltgeräten verwendet wird. Die Halbbrücke besitzt neben einer Zündspannungsbegrenzung eine zusätzliche Strombegrenzung des Schwingkreises, die für eine kostengünstige Vorheizung genutzt wird. Die Strombegrenzung wird bewerkstelligt durch einen zusätzli- chen Regelwiderstand im Strompfad der Halbbrücke, der durch einen Transistor überbrückt werden kann. Mittels einer einfachen Schaltung wird der Transistor so angesteuert, dass eine Art Ablaufsteuerung für Vorheizung und Zündung bewerkstelligt wird. So wird in kostengünstiger Weise eine effektive Vorheizung der Lampenelektroden realisiert .

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung

Fig. 2 Der Vorheiz/Lampenstrom und die Lampenspannung ü- ber der Zeit

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter (1), einem Resonanzkreis (2), einer Entladungslampe (5), einer Zündspannungsregelung (3) und der Lampenwendelheizregelung (4). Der Wechsel- richter ist in dieser Figur ein Phasensteiler, jedoch sind auch beliebige andere frei schwingende Wechselrich- tertopologien möglich. Wie bei Freischwingern üblich gibt es ein Induktives Bauteil (Ll) mit 3 Wicklungen, von de ^¬ nen eine als Lampendrossel (Ll-C) dient und die 2 anderen (Ll-A, Ll-B) jeweils einen Halbbrückentransistor ansteuern. Die Lampendrossel ist zusammen mit einem Resonanzkondensator (C7) auch Teil eines Resonanzkreises (2) . Die Zündspannungsregelung misst den Resonanzstrom in Form einer Spannung am Widerstand Rl. Diese Spannung liegt an der Diode D4 an. Sobald diese Spannung höher ist als die Zenerspannung der Diode schaltet diese durch, und lädt den Kondensator C6 auf. Dieser hat eine recht kleine Ka ^¬ pazität, so dass die Kondensatorspannung schon bald über die Schaltspannung des Transistors Q4 steigt. Dieser schaltet durch, und schaltet den unteren Transistor ab. Durch diese Schaltung wird also im Takt der Resonanzfre ^¬ quenz der Halbbrückentransistor verfrüht abgeschaltet, um damit auch die Resonanzspannung zu begrenzen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel passiert dies nur beim unteren Transistor, weshalb der Lastkreisstromfluss unsymmetrisch wird, wie aus der einhüllenden Stromkurve in Fig. 2 zu entnehmen ist. Es ist aber auch denkbar, diese Schaltung in beiden Halbbrückenästen vorzusehen um den Lastkreisstrom symmetrisch zu halten.

Die Lampenwendelheizregelung schließlich misst ebenfalls den Resonanzstrom in Form einer Spannung an den seriell geschalteten Widerständen Rl und R2 und schaltet im Takt der Resonanzfrequenz den unteren Transistor ab einer be- stimmten gegenüber der Zündspannungsregelung niedrigeren Stromstärke ab um damit die Spannung über der Lampe stär ^¬ ker zu begrenzen. Dadurch werden die Lampenelektroden vorgeheizt, solange der Widerstand R2 , aktiv' ist. Weil nun aufgrund der seriell geschalteten Widerstände die Spannung an der Zenerdiode D4 deutlich höher ist schaltet der Transistor Q4 deutlich früher als bei reiner Zündspannungsregelung durch und somit den Halbbrückentransis ^¬ tor früher ab. Daraus resultiert eine Erhöhung der Fre ^¬ quenz so dass hier auch die Frequenz nun deutlich über der Resonanzfrequenz liegt, was eine vorzeitige Lampenzündung mit zu kalten Elektroden noch besser vermeiden hilft.

Die Ablaufsteuerung von Vorheizung und Zündung wird durch die restlichen Bauteile der Lampenwendelheizregelung (4) realisiert. Durch den Widerstand R3 wird der Kondensator C6 aufgeladen. übersteigt dessen Spannung die Schaltschwelle von Q3, so schaltet dieser ein und überbrückt den Widerstand R2. Damit wird die Regelung der Strombe ^¬ grenzung im Wendelvorheizmodus gesperrt, und der Wechsel- richter kann in seine Resonanz laufen. Dies funktioniert, weil durch das überbrücken des Widerstandes R2 die Span ^¬ nung an der Diode D4 nur noch über Rl erfolgt, und somit D4 erst bei höheren Strömen anspricht, woraufhin der Brückentransistor Q2 wieder länger eingeschaltet bleiben kann. Somit wird nach der Wendelvorheizung die Lampe gezündet, und der Wechselrichter kann nach der Zündung sei-

nen normalen Betrieb aufnehmen. Durch die Wahl des Widerstandes R4 kann eine Verkürzung der Vorheizzeit nach kurzen Netzunterbrechungen eingestellt werden.

Dieser Ablauf von Vorheizung, Zündung und Betrieb ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die untere Hüllkurve stellt den Last ^¬ kreisstrom I _L dar (Vorheizstrom von to~t2, Lampenstrom >t ₂ ) , die obere die Spannung über der Lampe U _L . Zum Zeit ^¬ punkt to wird der Wechselrichter eingeschaltet, der Tran ^¬ sistor Q3 ist offen, und der Inverter befindet sich somit im Vorheizbetrieb. Durch das unsymmetrische , Bremsen' der Halbbrücke ist auch der Vorheizstrom unsymmetrisch, was aus der gegenüber der Nulllinie nach ,oben' versetzten Hüllkurve hervorgeht. Zum Zeitpunkt ti schaltet der Transistor Q3 ein, die Halbbrücke läuft in die Resonanz, der Lastkreisstrom I _L und auch die Lampenspannung, die in der Kurve U _L dargestellt ist steigen in der Folge stark an, bis die Lampe zum Zeitpunkt t ₂ durchzündet. Ab hier ist auch die Zündspannungsregelung nicht mehr aktiv, da die Betriebsströme deutlich kleiner sind als die An- sprechgrenze der Diode D4. Dadurch wird der Lampenstrom symmetrisch .

In folgender Tabelle ist beispielhaft eine Ausführungs ^¬ form für eine 49W Leuchtstofflampe dargelegt. Hier ist die Diode D4 eine normale Siliziumdiode, die in Fluss- richtung eingebaut wird, so dass als , Zenerspannung' die Flussspannung der Diode benützt wird.

Es versteht sich von selbst, dass die Schaltung auch auf andere Lampentypen angepasst werden kann, ohne von der erfindungsgemäßen Idee abzuweichen.