DD277579A5

DD277579A5 - Elektrische anordnung zum zuenden und speisen einer gasentladungslampe

Info

Publication number: DD277579A5
Application number: DD89324803A
Authority: DD
Inventors: Bijl Adrianus M J De; Johannes M Von Meurs
Original assignee: �K@�K@��@��k��
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1989-01-03
Publication date: 1990-04-04
Also published as: EP0323676B1; CN1014857B; DE3886189T2; HUT49023A; JP2968532B2; DE3886189D1; HU199201B; ATE98416T1; JPH01213996A; EP0323676A1; CN1034296A; NL8800015A; US4949016A

Abstract

Elektrische Anordnung zum Zuenden und Speisen einer Gasentladungslampe, wobei die Anordnung zum Anschliessen an eine Wechselspannungsquelle dient und eine Gleichrichterbruecke enthaelt, die an einen Gleichspannungswandler angeschlossen ist, der mit einem Gleichrichterelement, einer Spule und einem mit einer Steuerschaltung gekoppelten hochfrequentgeschalteten Halbleiterschaltelement versehen ist, wobei der Gleichspannungswandler mit den Eingangsklemmen eines mit Halbleiterschaltelementen versehenen Hochfrequenzwechselrichters verbunden ist, in den die Lampe aufgenommen ist, wobei zwischen diesen Eingangsklemmen ein Kondensator geschaltet ist, wobei weiter zwischen einer der Eingangsklemmen und einem Halbleiterschaltelement des Wechselrichters ein Sensor zum Messen des vom Wechselrichter bezogenen Stroms aufgenommen ist, wobei die Lampe mit einer frequenzabhaengigen Impedanz in Reihe geschaltet und die Steuerschaltung des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler mit einem Regelkreis verbunden und ueber den Kondensator geschaltet ist, wobei durch die Einstellung der Frequenz und der Leitzeit des Halbleiterschaltelements die Spannung am Kondensator auf einen festen Wert eingestellt wird, wobei der Sensor mit einem zweiten Regelkreis verbunden ist, der an die Steuerschaltungen der Halbleiterschaltelemente des Wechselrichters angeschlossen ist, mit dem die Frequenz und/oder die Leitzeit der Schaltelemente des Wechselrichters und damit die von der Lampe aufgenommene Leistung einstellbar sind. Figur

Description

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu überwinden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der die von der Lampe aufgenommene Leistung im Betrieb immer nahezu konstant ist.

Erfindunpsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung zum Zünden und Speisen einer Entladungslampe der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Lampe mit einer frequenzabhängigen Impedanz in Reihe geschaltet und die Steuerschaltung des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler mit einer Regelschaltung verbunden und über den Kondensator geschaltet ist, wobei durch Einstellung der Frequenz und der Leitzeit des Halbleiterschaltelements die Spannung am Kondensator auf einen festen Wert eingestellt wird, wobei der Sensor mit einem zweiten Regelkreis verbunden ist, der an die Steuerschaltungen der Halbleiterschaltelemente des Wechselrichters angeschlossen ist, mit dem die Frequenz und/oder die Leitzeit der Schaltelemente des Wechselrichters und damit die von der Lampe aufgenommene Leistung einstellbar sind. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird im Betrieb über den zwischen den Eingangsklemmen geschalteten Kondensator eine Konstantgleichspannung durch geeignete Wahl der Leitzeit und der Frequenz des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler (wie z. B. einem Aufwärtswandler) verwirklicht. Mit dem Sensor und dem damit verbundenen Regelkreis wird durch geeignete Wah. der Frequenz und der Le reiten der Halbleiterschaltelemente im Wechselrichter der abgegriffene Kondensatorstrom konstant gehalten. (Der Konc¹ aator entzieht seine Energie über den Gleichspannungswandler dem Speisenetz.) Die vom Kondensator aufgenommene Leistung und also die von der Lampe aufgenommene Leistung ist dabei gleichfalls konstant, da durch die Regelung der Frequenz die Impedanz des mit der Lampe in Reihe geschalteton Flements abgeändert werden kann. Die Verluste in den Schaltelementen, in der Spule in Reihe mit der Lampe und im Sensor sind dabei möglichst gering.

Die Lichtausbeute einer in die erfindungsgomäße Anordnung aufgenommenen Lampe ist vorteilhaft. Auch bei Verringerung der Lampenspannung, die während der Lebensdauer der Lampe auftritt, bleibt die Lichtausbeute auf einem konstanten Pegel stabilisiert.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen, bei denen sich die Brennspannung durch Temperaturänderung im Entladungsrohr ändert. So tritt im Betrieb kompakter Leuchtstofflampen, deren Entladungsrohr von einem Außenkolben umgeben ist, leicht ein Abfall der Brennspannung durch Anstieg der Temperatur in der Umgebung des Entladungsrohrs auf. Daher eignet sich die Anordnung besonders zum Aufnehmen in eine derartige kompakte Leuchtstofflampe. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, die aufgenommene Lampenleistung über ein breites Temperaturintervall konstant zu halten.

Die erfindungsgemäße Anordnung macht es möglich, verschiedene Lampentypen auf die gleiche Leistung einzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Schaltfrequenz des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler und die Frequenz der Schaltelemente im Wechselrichter gleich oder ein Vielfachesvoneinander.

Die elektrischen Ströme, die im Betrieb den Kondensator durchfließen, der zwischen den Eingangsklemmen des Wechselrichters geschaltet ist, gleichen eina ider ganz oder teilweise aus. Die Belastung des Kondensators ist dabei verhältnismäßig niedrig, was die Lebensdauer dieses Elei ients vorteilhaft beeinflußt.

In einer besonderen Ausfühtungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Spannung am Kondensator durch Einstellen der Frequenz und der Leitzeit des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler ununterbrochen einstellbar, wodurch die aufgenommene Lampenleistung gleichfalls einstellbar ist. Indem beispielsweise ein Rücklaufwandler als Gleichspannungswandler verwendet wird, stellt ein Benutzer über den Kondensator eine bestimmte Stellung ein, wodurch die Lampe abblendbar ist. Der aus dem Kondensator bezogene Strom bleibt jedoch immer konstant. Die Gleichspannung am Kondensator ist der aufgenommenen Leistung der abgeblendeten Lampe proportional. Das Abblenden der Lampe mit dem Schaltelement im Gleichspannungswandler bietet den Vorteil, daß Leistungsverluste in den Schaltelementen und in der Spule im Wechselrichter beim Abblenden verhältnismäßig niedrig sind.

Ausführungsbeispiele

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher er! iutert, die ein Schaltbild der elektrischen Anordnung zeigt.

In der Zeichnung bezeichnet 1 eine rohrförmigo Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe. Die Lampe enthält zwei vcrheizbare Elektroden 2 und 3. Die Lampe ist in eine elektrische Anordnung aufgenommen, die mit den Eingangsklemmen 4 und 5 an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist (zum Beispiel 220 V Wechselspannung). Überf das Eingangsfilter 6 sind die Klemmen an eine Gleichrichterbrücke 7 angeschlossen, deren Ausgang mit den Eingangsklemmen 8 und 9 eines Gleichspannungswandlers verbunden ist, der als Aufwärtswandler ausgeführt ist. Die Klemme 8 ist mit einer Reihenschaltung aus der Spule 10 und dem Gleichrichterelement (Diode) 11 verbunden. Der Verbindungspunkt von 10 und 11 ist an den Kollektor dos Halbleitorschaltelements 12 angeschlossen, dessen Emitter mit der Klemme 9 verbunden ist. Als Beispiel sind in dieser Beschreibung die Halbleiterschaltelemente als Transistoren ausgeführt. In einer praktischen Ausführungsform sind die genannten Elemente MOS-FETs. Die Basis des Halbleitorschaltelements 12 ist an eine Steuerschaltung 13 angeschlossen, mit deren Hilfe das Halbleiterschaltelement 12 hochfrequent leitend und hochfrequent gesperrt gemacht wurden kann. Die Steuerschaltung 13 ist mit einem Regelkreis 27 mit Bezugsspannung 14 versehen, mit dessen Hilfe die Perioden und die Frequenz des loitondon bzw. des nicht loitenden Zustands des Halbleiterschaltelements 12 derart beeinflußt werden, daß am Kondensator 15 zwischen don Klemmen 16 und 17 eine Gleichspannung mit einem stabilisierten Wert eingestellt ist. Die

Klemmen 16 und 17 sind die Eingangsklommen eines Wechselrichters, in den die Lampe 1 aufgenommen ist. Die Klemmen 16 und 17 sind durch eine Reihenschaltung eines Kondensators 18, einer Belastungskette mit der Lampe 1 (mit rinem parallel zu den Elektroden 2 und 3 geschalteten Kondensator 19) und einer in Reihe mit der Lampe angeordneten frequenzabhängigen Impedanz 20 (beispielsweise eine Spule) verbunden. Weiter ist in Reihe damit ein erstes Halbleiterschaltelf ment 21 geschaltet, das weiter an einen mit der Klemme 17 verbundenen Sensor 22 zum Messen des vom Wandler des Kondr nsators aufgenommenen Stroms (siehe weiter unten) angeschlossen ist. Am Verbindungspunkt des Sensors 22 (beispielsweise eines Widerstands mti niedrigem Wert, eines Hall-Elements oder eines anderen Gleichspannungssensors) und des Schaltlelements 21 ist ein Kondensator 23 angeschlossen, der ebenfalls mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 18 und der Lampe 1 verbunden ist. Die Kette mit dem Kondensator 18, der Lampe 1 (mit dem Kondensator 19) und der Impedanz 20 wird durch das zweite Halbleiterschaltelement 24 überbrückt.

Die beiden Schaltelemente 21 und 24 werden mit den nur skizziert dargestellten Steuerschaltungen 21 a und 24 a abwechselnd in den hochfrequent leitenden und nicht leitenden Zustand gebracht. Die Steuerschaltungen 21 a und 24a sind miteinander verbunden (beispielsweise über einen Transformator und haben eine Ausführung entsprechend der Beschreibung in der niederländischen offengelegten Patentanmeldung 8400923). Die Verbindung ist in der Zeichnung mit einer gestrichelten Linie skizziert dargestellt. Die beiden Halbleiterschaltelemente 21 und 24 sind durch Freilaufdioden 25 und 26 überbrückt (diese sind bei einem MOS-FET integriert).

Der Sensor 22 ist mit einem Regelkreis 27 verbunden, der die am Sensor 22 gemessene Spannung (und also den vom Wandler aufgenommenen Strom) mit einer Bezugsspannung vergleicht, die im Kreis 28 erzeugt wird.

Der Regelkreis 27 ist mit den beiden Steuerschaltungen 21 a und 24a verbunden, mit denen nicht nur die Schaltfrequenz der beiden Halbleiterschaltelemente 21 und 24, sondern auch die Zeit je Periode des leitenden Zustands der Elemente geregelt wird. Eine derartige Periode ist die Zeit, in der ein Schaltelement einmal leitet und einmal gesperrt ist (Tastverhältnis). Mit dem Regelkreis 27 wird der vom Kondensator aufgenommene Strom und damit die von der Lampe 1 aufgenommene Leistung konstant gehalten. Im Wandler ist ebenfalls ein Startkreis vorgesehen, um das Hochfrequentschalten des Wandlers zu starten (in der Zeichnung nicht dargestellt). Eine derartige Schaltung ist in der bereits genannten niederländischen offengelegten Patentanmeldung 8400923 beschrieben.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung hat folgende Wirkungsweise.

Nach dem Anschließen der Eingangsklemmen 4 und S an das Speisenetz wird durch die Wahl der Frequenz des leitenden/nicht leitenden Zustands und de.s Tastverhältnisses des Halbleiterschaltelements 12 eine Konstantspannung am Kondensator 15 verwirklicht. Die Elemente 10; 11 und 12 bilden einen sog. Aufwärtswandler. Die Spannung am Kondensator 15 ist höher als der Spitzenwert der Spannung zwischen den Eingangsklemmen 8 und 9.

Über einen Startkreis (nicht dargestellt) wird der Wechselrichter gestartet und die Halbleiterschaltelemente 21 und 24 werden abwechselnd in den hochfrequentleitenden und hochfrequentnichtleitenden Zustand gebracht. Die Leistung für die Lampe 1 wird aus dem Kondensator 15 bezogen. Der aufgenommene Strom dieses Kondensators wird jetzt mit dem Sensor 22 konstant gehalten. Die an diesem Sensor 22 gemessene Spannung wird im Regelkreis 27 mit einer Bezugsspannung aus dem Kreis 28 verglichen. Wenn beispielsweise die Spannung an der Lampe absinkt, muß zum Konstanthalten der aufgenommenen Lampenleistung der Lampenstrom ansteigen. Dies wird durch Herabsetzung der Schaltfrequenz der Halbleiterschaltelemente 21 und 24 verwirklicht. Die Impedanz von 20 sinkt ab und die des Kondensators 19 steigt an, was eine Vergrößerung des Lampenstroms bedeutet. Dabei bleibt die von der Lampe aufgenommene Leistung konstant.

Die Frequenz des Wechselrichters beträgt in einer praktischen Ausführungsform etwa 28kHz. Dabei beträgt die Frequenz des Gleichspannungswandlers 56kHz. Durch die Ausführung des Gleichspannungswandlers als Rücklaufwandler kann durch Änderung seiner Frequenz bzw. des Tastverhältnisses des Schalters die Gleichspannung am Kondensator 15 eingestellt und die von der Lampe 1 aufgenommene Leistung beeinflußt werden (Abblendwirkung).

Wenn das Tastverhältnis des Rücklaufwandlers eingestellt und damit die Spannung am Kondensator 45 auf einen bestimmten Wert gebracht wird, wird die von der Lampe aufgenommene Leistung geregelt. Dabei wurde gefunden, daß die Frequenz des Wechselrichters nahezu konstant bleibt. Nur die Spannung am mittleren Abzweig (1,19 und 20) des Wechselrichters ist proportional niedriger zur Spannung am Kondensator 15. Vorteilhaft dabei ist, daß die Lampe ohne große Änderung de^r Frequenz abgeblendet wird. Die Möglichkeit von Funkstörung ist geringer als bei Schaltungen, bei denen die Lampe durch Frequenzänderung abgeblendet wird.

In dieser Ausfiihrungsform ist die Lampe eine rohrförmige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 1 mit einer Leistung von 32W (TL-D Hf). Die Kapazität des Kondensators 15 beträgt 47pF, die des Kondensators 19 beträgt 1OnF. Die Kapazität de' Kondensatoren 18 und 23 beträgt 0,5 pF. Die Spule 10 weist etwa 2mH auf, die Spule 20 etwa 3,2 mH. Der Sensor 22 ist ein 0,1-Q-Widerstand. Diode 11 ist eine BYV 26C. Die Halbleiterschaltelemente 12; 21 und 24 sind MOS-FETs von Typ BUZ76. Zwischen den Klemmen 4 und 5 liegt eine Wechselspannung von 220 Volt, 50Hz.

Claims

1. Elektrische Anordnung zum Zünden und Speisen einer Gasentladungslampe, wobei die Anordnung zum Anschließen an eine Wechselspannungsquelle dient und eine Gleichrichterbrücke enthält, die an einen Gleichspannungswandler angeschlossen ist, der mit einem Gleichrichterelement, einer Spule und einem mit einer Steuerschaltung verbundenen hochfrequentgeschalteten Halbleiterschaltelement versehen und mit den Eingangsklemmen eines mit Halbleiterschaltelementen versehenen Hochfrequenz-Wechselrichters verbunden ist, in den die Lampe aufgenommen ist, wobei zwischen den Eingangsklemmen ein Kondensator geschaltet ist, und weiter zwischen einer der Eingangsklemmen und einem Halbleiterschaltelement des Wechselrichters ein Sensor zum Messen des vom Wechselrichter bezogenen Stroms aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe mit einer frequenzabhängigen Impedanz in Reihe geschaltet und die Steuerschaltung des Halbleiterschaltelementes im Gleichspannungswandler mit einem Regelkreis gekoppelt und über den Kondensator geschaltet ist, wobei durch Einstellung der Frequenz und der Leitzeit des Halbleiterschaltelements die Spannung am Kondensator auf einen festen Wert eingestellt wird, wobei der Sensor an einen zweiten Regelkreis angeschlossen ist, der mit den Steuerschaltungen der Halbleiterschaltelemente des Wechselrichters verbunden ist, mit dem die Frequenz und/oder die Leitzeit der Schaltelemente des Wechselrichters und damit die von der Lampe aufgenommene Leistung einstellbar sind.

2. Elektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler und die Frequenz der Schaltelemente im Wechselrichter einander gleich oder ein Vielfaches voneinander sind.

3. Elektrische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Kondensator durch die Einstellung der Frequenz und der Leitzeit des Halbleiterschaltelements im Gleichspannungswandler ununterbrochen einstellbar ist, wodurch ebenfalls die aufgenommene Lampenleistung einsteilbar ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung zum Zünden und Speisen einer Gasentladungslampe, wobei die Anordnung zum Anschließen an eine Wechselspannunpsquelle dient und eine Gleichrichterbrücke enthält, die an einen Gleichspannungswandler angeschlossen ist, der mit einem Gleichrichterelement, einer Spule und einem mit einer Steuerschaltung verbundenen hochfrequentgeschalteten Halbleiterschaltelement versehen und mit den Eingangsklemmen eines mit Halbleiterschaltelementer versehenen Hochfrequenzwechselrichters verbunden ist, in den die Lampe aufgenommen ist, wobei zwischen den Eingangskieromen ein Kondensator geschaltet isi, und weiter zwischen einer der Eingangsklemmen und einem Halbleiterschaltelement des Wechselrichters ein Sensor zum Messen des vom Wechselrichter bezogenen Stroms aufgenommen ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine derartige Anordnung ist in der britischen offengelegten Patentanmeldung 20Ί6222Α beschrieben. In dieser Patentanmeldung ist eine Speiseschaltung eines Gleichspannungswandlers, wie zum Beispiel eines Vorwärtswandlers, beschrieben, dor mit einem Hochfrequenzwechselrichter verbunden ist. Der Gleichspannungswandler arbeitet als Stromquelle für einen damit gekoppelten hochfrequentschaltenden Wechselrichter. Mit diesem letztgenannten Wechselrichter gelangt ein Rechteckstrom an die Lampe. In die Schaltung ist weiter ein Sensor aufgenommen, mit dem die Stromstärke für die Lampe gemessen und mittels einer mit dem Sensor verbundenen Regelschaltung mit einem festen Bezugsstrom verglichen wird. Die Regelschaltung sorgt zusammen mit einer damit verbundenen Steuerschaltung des Halbleiterschaltelements im Vorwärtswandler dafür, daß das Schaltelement derart leitend und gesperrt gemacht wird, daß die an die Lampe gelieferte Stromstärke auf einon vorgewählten Wert eingestellt wird.

Jodoch hat die bekannte Schaltung den Nachteil, daß im Betrieb einer Lampe mit einer verhältnismäßig niedrigen Lampenspannung (beispielsweise durch Alterung oder im Fall einer an einer verhältnismäßig warmen Stelle betriebenen Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe) die von der Lampe aufgenommene Leistung und also die Lichtausbeute abnimmt. Auch bei Anordnung einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe in der Schaltung, bei der im Kolben eine Edolgasmischung mit einer Zusammensetzung vorhanden ist, die von der üblichen Zusammensetzung abweicht, wodurch auch dio Brennspannung abweicht, hat es sich gezeigt, daß die Lichtausbeute einer derartigen in die bekannte Schaltung aufgenommene Lampe auf einen unzulässig niedrigen Pegel abgesunken ist.