Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) zum Betrieb ei- ner Lampenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Entladungslampen werden häufig mit Hilfe von elektronischen Vorschaltgerä- ten betrieben, welche die niederfrequente Netzversorgungsspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umformen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Lampen erhöht und eine längere Lebensdauer erzielt.

Bei derartigen elektronischen Vorschaltgeräten kann insbesondere bei der Lichtmengensteuerung (dem sogenannten Dimmen) der Lampenanordnung das Problem auftreten, dass die einzelnen Lampen unterschiedlich hell leuchten. Dieses Problem wird bei einer Parallelschaltung der Lampen meist durch unterschiedliche Strö- mc in den einzelnen Stromzweigcn des elektronischen Vorschaltgcräts verursacht, tritt aber auch bei Lampen auf, die in demselben Stromzweig angeordnet, d.h. in Serie geschaltet sind. Insbesondere dann, wenn das Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter und einem nachgeschalteten Serienresonanzkreis ausgeführt ist, leuchten die unmittelbar mit den Resonanzkreisbauteilen verbundenen Lampen heller als die nachgeschalteten Lampen. Andererseits zeigt sich dieses Problem aber auch beim Betrieb lediglich einer einzelnen Lampe, und zwar in Form unterschiedlich hell leuchtender Lampenenden. Die genannten Helligkeitsunterschiede nehmen mit abnehmendem Lichtstrom, d.h. mit zunehmender Dimmung der Lampenanordnung, weiter zu.

Zur Lösung der vorgenannten Probleme wurde bereits in der DE 101 34 966

Al ein elektronisches Vorschaltgerät vorgeschlagen, bei dem zur Symmetrierung der Lampenströme Transformatoren verwendet werden, die aufgrund ihrer gegensinnigen Wicklungsanordiiung wie Differenzstromtransformatoren wirken und dadurch die Ströme in den einzelnen Stromzweigen symmetrieren. Nachteilig bei derartigen

Schaltungsanordnungen ist zum Einen, dass es noch während der Vorheizphase zu einem frühzeitigen Zünden und damit zu einer Schädigung der Lampen kommen kann und zum Anderen bereits bei einer einseitig in die Fassung eingesetzten Lampe ein Starten der Lampe möglich ist und durch Berühren des Kontaktpins am freien Lampenende eine Unfallgefahr durch Stromschlag besteht (sogenannte Daumenprobe). Aus diesem Grund ist es notwendig, alle Lampenenden mit einer geeigneten Sicherheitsschaltung zu überwachen, wie bspw. mit einem Gleichstrompfad, der bei eingesetztem Lampenende schließt und erst dann, wenn alle Lampenenden vollständig eingesetzt sind, den Startvorgang freigibt, um die genannten Sicherheitsvorschrif- ten (Daumenprobe) zu erfüllen. Derartige Sicherheitsschaltungen sind jedoch mit einem erhöhten Herstellungsaufwand verbunden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) zum Betrieb einer Lampenanordnung zu schaffen, bei dem gegenüber her- kömmlichen Lösungen ein gleichmäßig helles Leuchten aller Lampen und ein Schutz vor frühzeitiger Zündung und Stromschlag mit möglichst geringen Herstellungskosten ermöglicht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen An- Sprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät (EVG) zum Betrieb einer Lampenanordnung mit zumindest einer Lampe, insbesondere einer Niederdruckentladungslampe, hat zumindest einen Transformator zur Symmetrierung der Lampenströme, wobei der Transformator zwei Wicklungen aufweist, die einer oder mehreren Lampen der Lampenanordnung zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Transformator als Sättigungs-Symmetrier-Drossel ausgebildet. Diese Drossel symnietriert einerseits die Lampenströme, so dass sowohl bei einer einzelnen Lampe deren Enden als auch bei einer Serienschaltung mehrerer Lampen alle Lampen gleichmäßig hell leuchten, während sie andererseits auch die auftretenden Spannungen durch eine de- finiert eingestellte Sättigung des ferromagnetischen Transformatorkerns begrenzt.

Die Stromstärke bei der die Sättigung eintritt ist derart eingestellt, dass eine Entkopplung der Windungen des Transformators bereits bei einer wesentlich geringeren Spannung als der für die Durchzündung der Lampen notwendigen eintritt. Spannungen, die zum frühzeitigen Zünden während der Vorheizphase und damit zu einer

Schädigung der Lampen führen werden verhindert. Weiterhin werden Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den Anwender führen. Dadurch kann auf gesonderte Sicherungsschaltungen, wie sie bei herkömmlichen Lösungen erforderlich sind, verzichtet werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Sättigungs- Symmetrier-Drossel derart eingestellt, dass die Sättigung des ferromagnetischen Kerns bei einem Strom im Bereich von 5 - 50 mA auftritt. Dadurch werden einerseits nur geringe Lampenströme symmetriert, bei denen die Helligkeitsunterschiede am größten sind, während andererseits auch Spannungen verhindert werden, die zum Durchzünden der Lampe während der Vorheizphase und zu einer Gefährdung durch Stromschlag führen.

Vorzugsweise weist das elektronische Vorschal tgerät einen Serienresonanzkreis auf, der aus einer Spule und einem Kondensator besteht.

Die Wicklungen der Transformatoren besitzen vorzugsweise die gleiche Windungszahl und sind mit entgegengesetztem Wicklungssystem angeordnet.

Gemäß einer ersten Variante des elektronischen Vorschaltgeräts ist eine erste Wicklung des Transformators vor der Lampenanordnung und eine zweite Wicklung des Transformators nach der Lampenanordnung angeordnet. Dadurch ist sicherge- stellt, dass die Ströme vor und hinter einer aus einer oder mehreren Lampen bestehenden Lampenanordnung symmetriert werden und alle Lampen der Lampenanordnung bzw. die beiden Enden einer einzeln Lampe gleichmäßig hell leuchten.

Bei einer zweiten Variante der Erfindung mit zwei parallel geschalteten Stromzweigen ist jeweils eine erste Wicklung des Transformators vor der Lampenanord- nung und eine zweiten Wicklung des Transformators nach der Lampenanordnung angeordnet.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn den ersten Wicklungen der Transformatoren zusätzlich jeweils eine Wicklung eines weiteren Symmetrier- Transformators vorgeschaltet wird. Dadurch, dass die beiden Wicklungen des Sym- metrier-Transformators die gleiche Windungszahl aufweisen und mit gegensinnigem

Wicklungssinn ausgeführt sind, arbeitet der Symmetrier-Transformator ebenfalls als Differenzstromtransformator und symmetriert die Teilströme in den parallel geschal-

teten Stromzweigen. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass alle Lampen der Lampenanordnung auch in parallel geschalteten Stromzweigen gleich hell leuchten.

Gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Variante weist das elektronische Vor- schaltgerät zwei parallel geschaltete Stromzweige mit jeweils zumindest einer Lam- penanordnung auf, wobei die erste Wicklung des Transformators nach der ersten

Lampenanordnung und die zweite Wicklung des Transformators nach der zweiten

Lampenanordnung angeordnet ist.

Vorzugsweise wird der Lampenanordnung in den parallel geschalteten Stromzweigen jeweils eine Wicklung eines zusätzlichen Symmetrier-Transformators vor- geschaltet. Dieser arbeitet, wie bereits erläutert, als Differenzstromtransformator und symmetriert die Teilströme in den parallel geschalteten Stromzweigen, um zu gewährleisten, dass alle Lampen der Lampenanordnung gleich hell leuchten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Serienresonanzkreis vorzugsweise vor der Parallelschaltung der beiden Stromzweigc angeordnet..

Bei einer vierten Variante der Erfindung mit zwei parallel geschalteten Stromzweigen und jeweils zumindest einer Lampenanordnung ist die erste Wicklung des Transformators nach der ersten Lampenanordnung und die zweite Wicklung des Transformators nach der zweiten Lampenanordnung geschaltet, wobei der Lampenanordnung jeweils ein getrennter Serienresonanzkreis in den Stromzweigen vorge- schaltet ist. Dieser symmetriert die Teilströme in den parallel geschalteten Stromzweigen, die beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Fertigungstoleranzen der elektronischen Bauteile (Spulen, Kondensatoren etc.) voneinander abweichen können. Dadurch wird gewährleistet, dass die Lampen in den parallel geschalteten Stromzweigen gleich hell leuchten.

Die beschriebene Lampenanordnung kann gemäß einem Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Lampen aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das elektronische Vorschaltgerät vorzugsweise als Wechselrichter, insbesondere als Halbbrückenwech- selrichter ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vor- schaltgeräts nach einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2 eine schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vorschal tgeräts nach einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel;

Figur 3 eine schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vor- schaltgeräts nach einem dritten Ausführungsbeispiel und

Figur 4 eine schematische Schaltungsanordnung eines elektronischen Vor- schaltgeräts nach einem vierten Ausführungsbeispiel.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

In den Figuren 1 bis 4 ist lediglich der Lastkreis des erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts und eine Anstcuerelektronik 1 gezeigt, denen eine von einem nicht dargestellten Halbbrückenwcchselrichter erzeugte hochfrequente Wechselspannung zugeführt wird. Die weiterhin dem Lastkreis vorgeordneten Komponenten des elektrischen Vorschaltgeräts, wie beispielsweise das Eingangsfilter und der Gleichrichter, sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher nachfolgend nicht näher erläutert.

Der Lastkreis besteht zunächst aus einer Spule Ll und einem Kondensator Cl, die einen Serienresonanzkreis bilden, wobei der erste Anschluss des Resonanzkondensators Cl an die Resonanzspule Ll und der zweite Anschluss des Kondensators C 1 mit dem Massepotential verbunden ist. Der erste Anschluss des Resonanzkondensators Cl ist weiterhin über eine Serien- und/oder Parallelschaltung einer Lampenan- Ordnung 2 mit dem ersten Anschluss eines Halbbrückenkondensators C2 und der zweite Anschluss des Halbbrückenkondensators C2 mit dem Massepotential verbunden. Das erfindungsgemäße Vorschal tge rät dient zum Betrieb einer Lampenanordnung mit zumindest einer Niederdruckentladungslampe, die mit jeweils zwei vorheizbaren Elektrodenwendeln zur Erzeugung einer Gasentladung versehen sind. Um einen schonenden Lampenbetrieb zu ermöglichen, können die Elektrodenwendeln über eine Heizvorrichtung H mit einem Heizstrom beaufschlagt werden.

Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient das elektrische Vorschaltgerät zum Betrieb einer einzelnen Lampe LAl. Figur 1 zeigt den schematischen Schaltungsaufbau dieses Vorschaltgerätes. Die Lampe LAl ist zwischen den ersten Anschluss des Resonanzkondensators Cl und den ersten Anschluss des HaIb- brückenkondensators C2 in den Lastkreis geschaltet. Erfindungsgemäß hat das elektronische Vorschaltgerät einen als Sättigungs-Symmetrier-Drossel ausgebildeten Transformator Tri mit zwei Wicklungen 4a, 4b gleicher Windungszahl und entgegengesetztem Wicklungssystem. Die Wicklungen 4a, 4b sind in Serie zu der Lampe LAl geschaltet, über einen ferromagnetischen Kern miteinander magnetisch gekop- pelt und gegensinnig von dem Lampenstrom durchflössen. Die erste Wicklung 4a des Transformators Tri ist vor der Lampe LAl und die zweite Wicklung 4b des Transformators Tri nach der Lampe LAl in den Lastkreis des Halbbrückenwechselrichters geschaltet, so dass der Transformator Tri als Differenzstromtransformator arbeitet und die Lampenströme vor und hinter der Lampe LAl symmetriert. Erfindungsge- maß übernimmt der als Sättigungs-Symmetrier-Drossel ausgebildete Transformator Tri sowohl die für ein gleichmäßig helles Leuchten der Enden der Lampe LAl notwendige Symmetrierung des Lampenstromes als auch die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert eingestellte Sättigung des ferramagneüschen Trans formatorkerns bei einem Strom im Bereich von 5 - 50 niA, Dadurch werden zum einen nur geringe Lampenströme symmetriert, bei denen die Helligkeitsunter- schiede am größten sind, und andererseits Spannungen vermieden, die zum frühzeitigen Zünden der Lampe während der Vorheizphase und damit zu einer Schädigung der Lampe führen. Weiterhin werden Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den An- wender führen.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines zum Betrieb von zwei parallel geschalteten Lampenanordnungen 2 geeigneten elektronischen Vorschaltgerätes, wobei an den ersten Anschluss des Resonanzkondensators Cl und an den ersten Anschluss jeweils eines Halbbrückenkondensators C2 zwei parallel geschaltete Stromzweige angeschlossen sind, in die jeweils zwei in Serie geschaltete Lampen LA2, LA3 bzw. LA4, LA5 geschaltet sind. Bei dieser Variante der Erfindung ist in jedem der beiden parallel geschalteten Stromzweige jeweils ein Transformator Tr2, Tr3 vorgesehen, wobei eine erste Wicklung 6a bzw. 8a der Transformatoren vor der Lampenanordnung 2 und eine zweiten Wicklung 6b bzw. 8b der Transformatoren nach der Lampenanordnung 2 angeordnet ist. Die Wicklungen

6a, 6b bzw. 8a, 8b sind jeweils mit gegensinnigem Wicklungssinn bei gleicher Windungszahl ausgeführt und bilden einen Differenzstromtransformator aus, der die Lampenströme unmittelbar vor und hinter der Lampenanordnung 2 symmetriert. Erfindungsgemäß sind die beiden Transformatoren Tr2, Tϊ3 als Sättigungs-Symmetrier- Drosseln ausgebildet, die sowohl die für ein gleichmäßig helles Leuchten der in Serie geschalteten Lampen LA2, LA3 bzw. LA4, LA5 notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch die definiert eingestellte Sättigung des ferromagnetischen Transformatorkerns übernehmen. Dadurch werden zum Einen Spannungen vermieden, die zu einem frühzeitigen Zün- den der Lampe während der Vorheizphase und damit zu einer Schädigung der Lampe führen und zum Anderen Spannungen verhindert, die zum unbeabsichtigten Durchzünden und damit zu einer Unfallgefahr durch Stromschlag für den Anwender führen.

Den ersten Wicklungen 6a, 8a der Transformatoren Tr2, Tr3 ist zusätzlich je- weils eine Wicklung 10a, 10b eines Symmetrier-Transformators Tr4, der nicht im Sättigungsbereich arbeitet, vorgeschaltet. Dieser wirkt ebenfalls als Dilϊerenzstrom- transformator und symmetriert die Teilströme in den parallel geschalteten Stromzweigen, so dass die Lampen LA2, LA3 in dem ersten Stromzweig auch bei starker Dhnmung genauso hell leuchten wie die Lampen LA4, LA5 in dem zweiten Strom- zweig.

Gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient das elektrische Vorschaltgerät zum Betrieb von zwei Lampenanordnungen 2 in parallel geschalteten Stromzweigen. Figur 3 zeigt den schematischen Schaltungsaufbau dieses Vorschalt- gerätes. An den ersten Anschluss des Resonanzkondensators C l und an den ersten Anschluss jeweils eines Halbbrückenkondensators C2 sind zwei parallel geschaltete Stromzweige angeschlossen, in die jeweils eine Lampe LA6, LA7 geschaltet ist. D.h. bei dieser Ausführung ist der Serienresonanzkreis vor der Parallelschaltung der Stromzweige angeordnet. Eine erste Wicklung 12a des Sättigungs-Symmetrier- Transformators Tr5 ist nach der ersten Lampe LA6 und eine zweite Wicklung 12b dieses Transformators Tr5 nach der zweiten Lampe LA7 angeordnet, wobei den

Lampen LA6, LA7 in den parallel geschalteten Stromzweigen jeweils eine Wicklung 14a bzw. 14b eines Symmetrier-Transformators Tr6 vorgeschaltet wird (also eines Transformators, der nicht im Sättigungsbereich arbeitet). Dieser arbeitet, wie bereits erläutert, ebenfalls als Differenzstromtransformator und symmetriert die Teilströme in den parallel geschalteten Stromzweigen. Dadurch wird gewährleistet, dass alle

Lampen der Lampenanordnuiig gleich hell leuchten. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel übernimmt die Sättigungs-Symmetrier-Drossel Tr5 sowohl die für ein gleichmäßig helles Leuchten der Lampen notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert eingestellte Sättigung des ferromagnetischen Transformatorkerns bei einem Strom im Bereich von 5 - 50 raA.

Figur 4 zeigt ebenfalls eine schematische Schaltungsanordnung eines zum Betrieb von zwei parallel geschalteten Lampenanordnungen 2 geeigneten elektronischen Vorschaltgerätes. Diese Variante verwendet zwei parallel geschaltete Stromzweige, die jeweils mit einem Serienresonanzkreis bestehend aus einem Resonanzkondensator Cl und einer Resonanzspule Ll ausgeführt sind, wobei an den ersten Anschluss der Resonanzkondensatoren Cl und an den ersten Anschluss jeweils eines Halbbrückenkondensators C2 eine Lampe LA8, LA9 geschaltet ist. Eine erste Wicklung 16a eines Sättigungs-Symmetricr-Transformators Tr7 ist nach der ersten Lampe LAS und eine zweite Wicklung 16b dieses Transformators nach der zweiten Lampe LA9 angeordnet. Dieser symmelriert die Teilströme in den parallel geschalteten Stromzwcigen, da diese beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Fertigungstolcranzen der verwendeten Kondensatoren und Spulen voneinander abweichen können. Erfindungsgemäß übernimmt die Sättigungs-Symmetrier-Drossel Tr7 sowohl die für ein gleichmäßig helles Leuchten der Lampen LΛ8, LA9 notwendige Symmetrierung der Lampenströme als auch die Begrenzung der auftretenden Spannungen durch eine definiert eingestellte Sättigung des ferromagnetischen Transformatorkerns bei einem Strom im Bereich von 5 - 50 mA und der damit verbundenen Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Zünden der Lampe. Dadurch werden die Sicherheitsvorschriften (Daumenprobe) eingehalten und eine gleichmäßige Leuchtwirkung der Lampen gewährleistet.

Offenbart ist ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Lampenanordnung mit zumindest einer Lampe, insbesondere einer Niederdruckentladungslam- pe, und zumindest einem Transformator zur Symmetrierung der Lampenströme, wo- bei der Transformator zwei Wicklungen aufweist, die einer oder mehreren Lampen der Lampenanordnung zugeordnet sind. Erfmdungsgemäß ist der Transformator als Sättigungs-Symmetrier-Drossel ausgebildet.