DE10304544B4

DE10304544B4 - Elektronisches Vorschaltgerät

Info

Publication number: DE10304544B4
Application number: DE10304544A
Authority: DE
Inventors: Michael Winkel; Franz Tusch
Original assignee: HEP Tech Co Ltd
Current assignee: HEP Tech Co Ltd
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: WO2004071135A1; DE502004009526D1; EP1590993B1; CN1748447A; CN1748447B; US7279844B2; EP1590993A1; US20060103327A1; ATE432606T1; DE10304544A1

Abstract

Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen, mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe (1), einer mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Lampendrossel (L₁), einem mit der Lampendrossel (L₁) in Serie geschalteten und parallel zu der Entladungslampe (1) geschalteten Lampenparallelkondensator (C₁) und mit einer einen Heiztransformator (4) aufweisenden Vorheizschaltung zur Versorgung der Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) mit Heizstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator (4) von einer auf der Lampendrossel (L₁) angebrachten Hilfswicklung (7) mit Strom versorgt wird, wobei die Hilfswicklung (7) mit der Primärwicklung (8) des Heiztransformators (4) über einen steuerbaren Schalter oder einen Parallelresonanzkreis (9) verbunden ist und die Sekundärwicklungen (5, 6) des Heiztransformators (4) mit den Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen, mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe, einer mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Lampendrossel, einem mit der Lampendrossel in Serie geschalteten und parallel zu der Entladungslampe geschalteten Lampenparallelkondensator und mit einer einen Heiztransformator aufweisenden Vorheizschaltung zur Versorgung der Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom.

Ein derartiges Vorschaltgerät ist beispielsweise aus der EP 0 602 719 A1 bekannt. Mittels der Vorheizschaltung werden die Elektroden der Entladungslampe vorgeheizt, so dass diese zur Glühemission angeregt werden. Zum Zünden der Entladungslampe wird die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von einer Vorheizfrequenz auf eine Betriebsfrequenz geändert. Dies führt dazu, dass der von der Lampendrossel und dem Lampenparallelkondensator gebildete Serienresonanzkreis in Resonanz kommt, so dass an der Entladungslampe eine zum Zünden ausreichende Zündspannung anliegt. Bei dem vorbekannten Vorschaltgerät dient die Lampendrossel gleichzeitig als Heiztransformator der Vorheizschaltung. Die Elektroden der Entladungslampe werden über Sekundärwicklungen der Lampendrossel mit Heizstrom versorgt.

Ein weiteres Vorschaltgerät für Entladungslampen ist aus der US 5,920,155 vorbekannt. Dieses umfasst zwei Resonanzkreise mit unterschiedlichen Resonanzeigenschaften. Einer der Resonanzkreise, der Hauptresonanzkreis, dient zur Stromversorgung der Entladungslampe, der andere Resonanzkreis dient zur Versorgung der Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom. Dadurch kann je nach Betriebsmodus entweder die Heizstromversorgung oder die Stromversorgung zum Betrieb der Versorgungslampe aktiviert werden.

Aus der EP 0 748 146 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Wendelvorheizung von Leuchtstofflampen bekannt. Diese umfasst ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung. Außerdem ist bei der vorbekannten Schaltungsanordnung eine während der Vorheizzeit aktivierbare, an den Ausgang der Wechselrichterschaltung direkt angeschlossene, schaltbare Spannungsquelle in Form eines Transformators vorgesehen. Über separate Sekundärwicklungen des Transformators werden die Elektroden der Entladungslampe jeweils mit Heizstrom versorgt.

Die DE 199 23 083 A1 offenbart ein Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen, dessen Funktion wiederum auf einer frequenzsteuerbaren Wechselrichterschaltung basiert. Die Elektroden der Entladungslampen werden über Sekundärwicklungen eines Heiztransformators mit Heizstrom versorgt, wobei die Primärwicklungen des Heiztransformators direkt mit der Wechselrichterschaltung verbunden sind.

Ein weiteres Vorschaltgerät ist aus der DE 199 20 030 A1 bekannt. Das vorbekannte Vorschaltgerät weist einen Heiztransformator auf, dessen Primärwicklung mit dem Lampenparallelkondensator in Serie geschaltet ist. Die Sekundärwicklungen des Heiztransformators versorgen die als Heizwendeln ausgebildeten Elektroden der Entladungslampe mit Heizstrom. Die an der Primärwicklung des Heiztransformators anliegende Vorheizspannung wird somit ausschließlich vom Spannungsabfall über dem Lampenparallelkondensator bestimmt. Beim Übergang von der Vorheizfrequenz zur Betriebsfrequenz nimmt diese Spannung zu, so daß auch der Heizstrom anwächst. Der Heizstrom wird allerdings durch die in dem Heiztransformator eintretende Sättigung begrenzt. Beim Zünden der Entladungslampe bricht die am Lampenparallelkondensator anliegende Spannung auf die Betriebsspannung der Lampe zusammen.

Entsprechend reduziert sich der im Betriebszustand durch die Heizwendeln der Elektroden fließende Heizstrom.

Nachteilig ist bei dem vorbekannten Vorschaltgerät, daß auch während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe ein dauernder Heizstrom fließt, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Während des Betriebs der Lampe wird nämlich die Primärwicklung des Heiztransformators kontinuierlich von dem durch den Lampenparallelkondensator fließenden Blindstrom durchflossen. Nachteilig ist des weiteren, daß bei dem vorbekannten Vorschaltgerät beim Einschaltvorgang der Entladungslampe ein unerwünscht hoher Heizstrom durch die kalten Heizwendeln der Elektroden der Entladungslampe fließt. Der Heizstrom wird lediglich durch die Sättigung des Heiztransformators begrenzt. Falls das vorbekannte Vorschaltgerät für Entladungslampen mit besonders empfindlichen Elektroden eingesetzt wird, kann es zur Zerstörung der Heizwendeln kommen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein elektronisches Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen bereitzustellen, bei welchem durch die Vorheizschaltung bedingte Verluste minimiert werden und welches universell, insbesondere auch für Entladungslampen mit empfindlichen Elektroden, einsetzbar ist.

Diese Aufgabenstellung wird ausgehend von einem Vorschaltgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Heiztransformator von einer auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung mit Strom versorgt wird, wobei die Hilfswicklung mit der Primärwicklung des Heiztransformators über einen steuerbaren Schalter oder einen Parallelresonanzkreis verbunden ist und die Sekundärwicklungen des Heiztransformators mit den Elektroden der Entladungslampe verbunden sind.

Dadurch daß gemäß der Erfindung die Vorheizschaltung des Vorschaltgeräts von einer auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung mit Strom versorgt wird, wird erreicht, daß die Stromversorgung der Vorheizschaltung von dem durch den Lampenparallelkondensator fließenden Blindstrom unabhängig ist. Durch die Verwendung der Hilfswicklung auf der Lampendrossel ergibt sich außerdem der Vorteil, daß der Heizstrom beim Einschaltvorgang langsam gesteigert werden kann, indem die Frequenz der Versorgungsspannung von einer hohen Vorheizfrequenz langsam auf die Betriebsfrequenz abgesenkt wird. Dadurch wird ein überhöhter und damit für die Elektroden der Entladungslampe schädlicher Heizstrom vermieden. Vorteilhaft ist ferner, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät die Stromversorgung der Vorheizschaltung mittels des steuerbaren Schalters oder mittels des Parallelresonanzkreises während des kontinuierlichen Betriebs der Lampe unterbrochen werden kann. Dadurch werden unerwünschte Verluste aufgrund eines kontinuierlich während des Betriebs der Lampe fließenden Heizstroms effektiv unterbunden. Als steuerbarer Schalter kann in üblicher Weise ein Transistor eingesetzt werden, mittels welchem die elektrische Verbindung zwischen der auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung und der Vorheizschaltung unterbrochen wird.

Vorteilhaft ist es, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät die Vorheizschaltung einen Heiztransformator aufweist, dessen Primärwicklung mit der Hilfswicklung verbunden ist und dessen Sekundärwicklungen mit den Elektroden der Entladungslampe verbunden sind. Die Primärwicklung wird demnach von der auf der Lampendrossel angebrachten Hilfswicklung gespeist, wobei jeweils eine Sekundärwicklung zur Heizung einer Elektrode der Entladungslampe vorgesehen ist. Die bei starkem Stromfluß durch die Lampendrossel in dem Heiztransformator eintretende Sättigung kann zur Begrenzung des Heizstroms ausgenutzt werden. Zweckmäßigerweise kann hierzu der Heiztransformator als Ringkerntransformator ausgebildet sein.

Zweckmäßigerweise sollte bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von einer Vorheizfrequenz zum Vorheizen der Elektroden auf eine davon verschiedene Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe veränderbar sein. Auf schaltungstechnisch besonders einfache Art und Weise ist dann eine Unterbrechung der Stromversorgung der Vorheizschaltung dadurch zu erreichen, daß der zwischen die auf der Lampendrossel angeordnete Hilfswicklung und die Vorheizschaltung geschaltete Parallelresonanzkreis auf die Betriebsfrequenz der Entladungslampe abgestimmt ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts wird anhand der in der Zeichnung skizzierten Schaltung erläutert.
An einer aus zwei elektronischen Schaltern T₁ und T₂ bestehenden Halbbrücke liegt eine Versorgungsspannung U_b an. Die aus den beiden elektronischen Schaltern T₁ und T₂ bestehende Halbbrückenschaltung bildet einen Teil einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe 1. Die elektronischen Schalter T₁ und T₂ werden abwechselnd von einer nicht näher dargestellten elektronischen Steuerschaltung entsprechend der gewünschten Frequenz der Versorgungsspannung ein- und ausgeschaltet. Die Entladungslampe 1 ist über eine Drossel L₁ mit der aus den beiden Schaltern T₁ und T₂ bestehenden Halbbrücke verbunden. Ein Lampenparallelkondensator C₁ ist parallel zu der Entladungslampe 1 und mit der Lampendrossel L₁ in Serie geschaltet. Des weiteren ist eine Vorheizschaltung vorgesehen, über welche Elektroden 2 und 3 der Entladungslampe 1 mit Heizstrom versorgt werden. Die Vorheizschaltung besteht aus einem Ringkerntransformator 4, dessen Sekundärwicklungen 5 und 6 mit den Elektroden 2 und 3 verbunden sind. Gemäß der Erfindung wird die Vorheizschaltung von einer auf der Lampendrossel L₁ angebrachten Hilfswicklung 7 mit Strom versorgt. Die Hilfswicklung 7 ist mit einer Primärwicklung 8 des Ringkerntransformators 4 verbunden, wobei zwischen die Hilfswicklung 7 und die Primärwicklung 8 ein Parallelresonanzkreis 9 geschaltet ist. Der Parallelresonanzkreis 9 ist auf die Betriebsfrequenz der Entladungslampe 1 abgestimmt, derart, daß während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe 1 nur ein minimaler Strom durch die Primärwicklung 8 des Ringkerntransformators 4 fließt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kondensatoren C_k1 und C_k2 vorgesehen, die zur Gleichstromentkopplung dienen. Zur Gleichstromentkopplung dient ebenfalls ein zwischen die Lampendrossel L₁ und die Entladungslampe 1 geschalteter Kondensator Ch.
Beim Einschalten der Entladungslampe 1 wird mittels der elektronischen Schalter T₁ und T₂ zunächst eine Versorgungsspannung erzeugt, deren Frequenz einer Vorheizfrequenz entspricht. Durch den mit dieser Frequenz durch die Drossel L₁ fließenden Strom wird in der Hilfswicklung 7 eine Spannung induziert, welche zu einem Stromfluß in der Primärwicklung 8 des Heiztransformators 4 führt. Der Parallelresonanzkreis 9 ist bei der Vorheizfrequenz weit außerhalb seiner Resonanz. Der durch die Primärwicklung 8 fließende Strom führt zu einem durch die Elektroden 2 und 3 fließenden Strom, welche von den Sekundärwicklungen 5 und 6 des Heiztransformators 4 gespeist werden. Nun wird die Frequenz der Versorgungsspannung mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung von der Vorheizfrequenz auf eine davon verschieden Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe 1 abgesenkt. Beim Absenken der Frequenz kommt der aus der Drossel L₁ und dem Lampenparallelkondensator C₁ bestehende Serienresonanzkreis in Resonanz, so daß an der Entladungslampe 1 eine immer größer werdende Spannung anliegt. Sobald die Zündspannung erreicht ist, zündet die Entladungslampe 1 und die Spannung bricht auf die Betriebsspannung der Entladungslampe 1 zusammen. Bei der Betriebsfrequenz ist der parallele Resonanzkreis 9 in Resonanz, so daß der durch die Elektroden 2 und 3 fließende Heizstrom stark reduziert ist. Während des Dauerbetriebs der Lampe 1 fließt somit nur ein minimaler Heizstrom durch die Elektroden 2 und 3.

Claims

Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen, mit einer steuerbaren Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Versorgungsspannung für eine Entladungslampe (1), einer mit der Wechselrichterschaltung verbundenen Lampendrossel (L₁), einem mit der Lampendrossel (L₁) in Serie geschalteten und parallel zu der Entladungslampe (1) geschalteten Lampenparallelkondensator (C₁) und mit einer einen Heiztransformator (4) aufweisenden Vorheizschaltung zur Versorgung der Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) mit Heizstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator (4) von einer auf der Lampendrossel (L₁) angebrachten Hilfswicklung (7) mit Strom versorgt wird, wobei die Hilfswicklung (7) mit der Primärwicklung (8) des Heiztransformators (4) über einen steuerbaren Schalter oder einen Parallelresonanzkreis (9) verbunden ist und die Sekundärwicklungen (5, 6) des Heiztransformators (4) mit den Elektroden (2, 3) der Entladungslampe (1) verbunden sind.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heiztransformator (4) als Ringkerntransformator ausgebildet ist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der steuerbaren Wechselrichterschaltung die Frequenz der Versorgungsspannung von einer Vorheizfrequenz zum Vorheizen der Elektroden (2, 3) auf eine davon verschiedene Betriebsfrequenz zum kontinuierlichen Betrieb der Entladungslampe (1) veränderbar ist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelresonanzkreis (9) auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist, derart, daß während des kontinuierlichen Betriebs der Entladungslampe (1) die Stromversorgung der Vorheizschaltung unterbrochen ist.