DE3925654A1 - Steuergeraet fuer wenigstens eine entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für wenigstens eine Entladungslampe.

Es sind Steuergeräte für Entladungslampen bekannt, bei denen an eine Gleichspannungsquelle ein Wechselrichter in Form einer vier Schalter aufweisenden Brückenschaltung angeschlossen ist. Die Entladungslampe befindet sich in Serie geschaltet mit wenigstens einer Drosselinduktivität im Diagonalzweig der Brücke. Die diagonal gegenüberliegenden Schalter werden in einem vorgegebenen niederfrequenten Umschalttakt umgeschaltet, um die Stromrichtung durch die Entladungslampe zu ändern, wodurch einer einseitigen Erosion der Elektroden der Entladungslampe entgegengewirkt wird.

Derartige Steuergeräte sind beispielsweise durch die DE 36 14 708 A1, GB 20 16 222 B und EP 00 75 382 B1 bekannt. Bei diesen bekannten Geräten wird der durch die Entladungslampe fließende Strom dadurch in einem gewissen Regelbereich konstant gehalten, daß der in dem Kreis der Lichtbogenlampe fließende Strom detektiert wird und mit Hilfe des Meßsignals ein hochfrequenter Schalter betätigt wird, der den Stromkreis hochfrequent unter­ bricht und wieder öffnet. Die in dem Stromkreis enthaltenen Induktivitäten und Kapazitäten sorgen dafür, daß der Stromfluß durch die Lichtbogenlampe des frequenten Schaltens kontinuierlich erhalten bleibt, wobei lediglich die Stromamplitude beeinflußt wird. Die Regelung der Stromstärke durch den hochfrequenten Schalter kann dadurch erfolgen, daß bei gleichem Tastverhältnis seine Frequenz erhöht wird oder daß bei konstanter Frequenz das Tastverhältnis geändert wird, also beispielsweise die Impuls­ breite vergrößert wird, um die in dem Stromkreis transportierte Energie zu erhöhen.

Durch die DE 36 14 708 A1 ist es ferner bekannt, für den Zeitpunkt der Umschaltung der Stromrichtung in der Brückenanord­ nung der Schalter eine Entlastungsschaltung vorzusehen, durch die Strom abfließen kann, wenn für einen kurzen Zeitpunkt alle vier Schalter der Brückenanordnung geöffnet sein müssen, um Kurz­ schlußströme zu verhindern. Die Entlastungsschaltung besteht aus einer in Stromrichtung gepolten Diode mit einem parallelen Wider­ stand und einem zu dieser Parallelanordnung in Serie geschalteten Kondensator, wobei die gesamte Entlastungsschaltung parallel zu der Brückenanordnung der Schalter geschaltet ist.

Die bekannten Steuergeräte bedürfen eines gewissen Aufwandes für die Stromregelung. Sollen mehrere Entladungslampen in der erwähnten Weise gesteuert werden, wird für jede Entladungslampe ein eigenes Steuergerät vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, den Aufbau des Steuergeräts zu vereinfachen.

Ausgehend von dieser Problemstellung weist das erfindungsgemäße Steuergerät folgende Merkmale auf:

• - an eine Gleichspannungsquelle ist ein Zweig mit zwei in Serie geschalteten ersten Schaltern angeschlossen,
• - zu den ersten Schaltern ist jeweils eine Diode in Sperrichtung parallel geschaltet,
• - an den Verbindungspunkt der beiden Schalter ist eine Entladungslampe in Serie mit wenigstens einer Drossel­ induktivität angeschlossen,
• - das andere Ende der Anordnung aus Entladungslampe und der wenigstens einen Drosselinduktivität ist mit einem Ver­ bindungspunkt zweier zweiter Schalter verbunden, die zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle in Serie geschaltet sind,
• - zu den zweiten Schaltern ist jeweils eine Diode in Sperrich­ tung parallel geschaltet,
• - in dem Stromkreis der Entladungslampe ist eine Strommeß­ stelle angeordnet,
• - die zweiten Schalter sind hochfrequent von der Strommeß­ stelle taktbar, so daß der Storm durch die zugehörige Entladungslampe in einem engen Abstand um einen Sollwert schwankt,
• - mit den mit einer vorgegebenen Niederfrequenz abwechselnd durchgeschalteten ersten Schaltern wird jeweils einer der zweiten Schalter eingeschaltet und hochfrequent getaktet.

Das erfindungsgemäße Steuergerät zeichnet sich dadurch aus, daß die in der Brückenanordnung vorgesehenen Schalter in zwei Gruppen unterteilt sind, von denen die eine Gruppe, nämlich die ersten Schalter, in herkömmlicher Weise niederfrequent umgeschaltet werden. Die zweite Gruppe der Schalter, die zweiten Schalter, werden auch niederfrequent umgeschaltet, um die Umkehrung der Stromrichtung durch die Lichtbogenlampe zu gewährleisten, darüber hinaus werden sie jedoch zugleich hochfrequent getaktet, um den Strom für die Lichtbogenlampe konstant zu halten. Die Strommeß­ stelle kann dabei vorzugsweise in der Verbindung von der Entla­ dungslampe zu den zweiten Schaltern angeordnet sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät ist somit für die Konstant­ haltung des Stroms durch die Entladungslampe kein zusätzlicher Schalter erforderlich, da die zweiten Schalter jeweils dann, wenn sie von dem Strom der Entladungslampe durchflossen werden, durch hochfrequente Taktung die Stromregelung in an sich bekannter Weise ausführen.

Das erfindunsgemäße Steuergerät bietet den weiteren Vorteil, daß es in einfacher Weise für die Ansteuerung mehrerer Entladungs­ lampen ausbaubar ist, wobei der zusätzliche Aufwand wesentlich niederiger liegt als bei der Verwendung eines eigenen Steuergeräts für jede Entladungslampe. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät versehen mit

• - wenigstens einer an den Verbindungspunkt der ersten Schalter angeschlossenen weiteren Entladungslampe, die in Serie mit wenigstens einer Drosselinduktivität mit dem Verbindungs­ punkt zweier weiterer zweiter Schalter verbunden ist und
• - zu den weiteren zweiten Schaltern jeweils in Sperrichtung parallel geschalteten Dioden.

Die Erweiterung des Steuergeräts für die Ansteuerung einer weiteren Entladungslampe erschöpft sich daher in dem Vorsehen zweier weiterer zweiter Schalter, da die ersten Schalter für die Reversierung der Stromrichtung in beiden Entladungslampen ausgenutzt werden können. Die Konstanthaltung des Stroms durch die zweite Entladungslampe erfolgt durch die weiteren zweiten Schalter, die analog zu den erwähnten zweiten Schaltern ange­ steuert werden. Dabei ist zweckmäßig, jeweils eine Strommeß­ stelle in der Verbindung zwischen den Entladungslampen und den zugehörigen zweiten Schaltern vorzusehen, damit eine Strom­ regelung individuell für jede Entladungslampe erfolgen kann, so daß auch bei unterschiedlich ausfallenden Lampentypen eine gleiche konstante Helligkeit eingestellt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät mit jeweils einer Entlastungsschaltung für die hochfrequent getakte­ ten zweiten Schaltern versehen, die jeweils eine parallel zu dem jeweiligen zweiten Schalter geschaltete Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators und je einen parallel zum Konden­ sator in Serie mit einem Widerstand geschalteten Hilfsschalter aufweist, der gemeinsam mit dem ihm zugeordneten zweiten Schalter getaktet wird. Dadurch ist es möglich, eine Belastung insbeson­ dere des in Serie liegenden zweiten Schalters der Entlastungs­ schaltung durch einen Kurzschlußstrom zu vermeiden, wenn dieser zweite Schalter wieder eingeschaltet wird.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Steuergeräts für zwei Entladungslampen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Stromverlaufs durch eine Entladungslampe.

In der Zeichnung ist ein üblicherweise vorhandenes Netzteil, bestehend aus einer Doppelweg-Gleichrichterbrücke mit nachge­ schalteten Glättungskondensatoren nicht dargestellt. Es wird ausgegangen von den Polen +, - einer Gleichspannungsquelle, die auch die Pole einer Batterie sein können. Zwischen den Polen +, - sind zwei erste Schalter S1, S2 in Serie geschaltet. Zu beiden Schaltern liegt parallel jeweils eine in Sperrichtung geschaltete Diode D1, D2. Zwischen den Polen +, - liegen ferner in Serie geschaltete zweite Schalter S3, S4 sowie in Serie geschaltete weitere zweite Schalter S5, S6, denen ebenfalls jeweils eine Diode D3, D4, D5, D6, in Sperrichtung parallel geschaltet ist.

An den Verbindungspunkt der beiden ersten Schalter S1, S2 ist eine Serienschaltung einer ersten Entladungslampe L1 mit zwei an beiden Enden der Entladungslampe L1 angeschlossenen Drosseln LA, LB angeschlossen. Das andere Ende dieser Serienschaltung LA, L1, LB ist mit dem Verbindungspunkt der beiden zweiten Schalter S3, S4 verbunden. Eine analoge Serienschaltung, bestehend aus einer zweiten Entladungslampe L2 mit entsprechenden Drosseln LC, LD ist ebenfalls an den Verbindungspunkt der beiden ersten Schalter S1, S2 angeschlossen und führt mit ihrem anderen Ende zum Verbindungspunkt der beiden weiteren zweiten Schalter S5, S6.

In die Verbindung zwischen der Serienschaltungen LA, L1, LB bzw. LC, L2, LD mit den zugehörigen zweiten Schaltern S3, S4, bzw. S5, S6 ist jeweils eine Strommeßstelle I Meß 1, I Meß 2 eingeschaltet.

Parallel zu jedem der zweiten Schalter S3, S4, S5, S6 liegt jeweils eine Entlastungsschaltung, die aus einer in Flußrichtung gepolten Diode DH3, DH4, DH5, DH6 in Serie mit einem Kondensator C3, C4, C5, C6 besteht, wobei parallel zum Kondensator ein Widerstand R3, R4, R5, R6 in Serie mit einem Hilfsschalter SH3, SH4, SH5, SH6 liegt.

Die Funktion der dargestellten Schaltung ist wie folgt:
Die beiden ersten Schalter S1, S2 werden abwechselnd nieder­ frequent mit einer Taktfrequenz von beispielsweise 50 Hz bis 500 Hz ein- und ausgeschaltet. Ist der erste Schalter S1 geschlossen, sind mit ihm die zweiten Schalter S4 und S6 geschlossen. Vom positiven Pol + ist daher der Stromkreis über den geschlossenen Schalter S1, die Entladungslampe L1 und den Schalter S4 und darüber hinaus über die Entladungslampe L2 und den Schalter S6 geschlossen.

Mit dem Schließen des ersten Schalters S2 sind die zweiten Schalter S3 und S5 geschlossen, so daß der Strom vom positiven Pol + über die geschlossenen Schalter S3 und S5 durch die beiden Entladungslampen L1, L2 und zusammengefaßt über den geschlossenen Schalter S2 zum negativen Pol - fließt. Der Stromfluß durch die Lampen L1, L2 ist in diesem Fall umgekehrt gegenüber dem Stromfluß beim geschlossenen ersten Schalter S1.

Die Stronmeßstellen I Meß 1 und I Meß 2 messen individuell den Strom I1 durch die Lampe L1 bzw. I2 durch die Lampe L2. An die Strommeßstelle I Meß 1 und I Meß 2 sind Steuerschaltungen an­ geschlossen, die den jeweils wirksam geschalteten zweiten Schalter S3, S4, bzw. S5, S6 hochfrequent öffnen, wenn der Nennstrom um ein gewisses Maß (z. B. 3%) überschritten ist. Bei geschlossenem Schalter S1 wird also durch die Strommeßstelle I Meß 1 der zweite Schalter S4 hochfrequent gesteuert. Beim Öffnen des zweiten Schalters S4 fließen die Ströme getrieben durch die Induktivität in LA, LB über die Diode D3 und den geschlossenen Schalter S1, da die Induktivitäten als Stromquellen wirken. Die Ströme reduzieren sich mit einer Zeitkonstanten wobei L die Summeninduktivität der Drosseln LA und LB ist und R als quasi ohmscher Widerstand der Entladungslampe L1 anzusehen ist.

Nachdem der Strom I1 den Sollwert um einen bestimmten Betrag unterschritten hat, wird S4 wieder geschlossen. In der Folgezeit steigt der Strom I1 getrieben durch die Spannungsquelle wieder an.

Gleiches gilt für die Funktion und die Steuerung des zweiten Schalters S6 der zweiten Entladungslampe L2. Da die Ströme I1 und I2 durch verschiedene Meßstellen erfaßt werden, werden die zweiten Schalter S4 und S6 völlig unabhängig voneinander von unabhängigen Steuersystemen geschaltet. Somit werden die Lampen L1, L2 auch bei unterschiedlichen Lampendaten sehr exakt auf den erforderlichen Stromwert geregelt.

Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, die der gewählten nieder­ frequenten Wechselfrequenz entspricht, öffnet der erste Schalter S1. Nach Ablauf einer bestimmten Sicherheitszeit schließt der Schalter S2. Dadurch können die zweiten Schalter S4, S6 nicht mehr angesprochen werden und bleiben geöffnet. Die Stromregelung findet im folgenden an den zweiten Schaltern S3, S5 statt.

Fig. 2 verdeutlicht den prinzipiellen Stromverlauf durch die Entladungslampen L1, L2, der sich idealisiert als Rechteckstrom mit einer niederfrequenten Taktfrequenz ergibt, der einen hoch­ frequenten Rippel im Regelbereich um den Nennstrom I Nenn herum aufweist. Der Rippel ergibt sich aus dem hochfrequenten Ein- und Ausschalten der jeweiligen zweiten Schalter S3, S4, S5, S6.

Die zweiten Schalter S3 bis S6 müssen für hochfrequentes Schalten ausgelegt sein. Die ersten Schalter S1, S2 hingegen brauchen nur niederfrequent zu schalten, müssen aber die Summe der Einzelströme I1 + I2 führen können.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Schaltungsanordnung für drei und mehr Entladungslampen erweitert werden kann, wobei lediglich jeweils zwei zweite Schalter mit der zugehörigen Beschaltung und einer Strommeßstelle erforderlich sind.

Für die hochfrequent taktenden zweiten Schalter S3 bis S6 ist jeweils eine Entlastungsschaltung vorgesehen. Eine übliche RCD- Entlastungsschaltung, wie sie in der DE 36 14 708 A1 dargestellt ist, bei der also parallel zur mit dem Kondensator in Serie geschalteten Diode ein Widerstand liegt, führte zu Problemen. Beim Öffnen des Schalters kommutiert der Strom in dem parallelen Zweig, bestehend aus Kondensator und der dazu in Reihe liegenden Diode. Der Kondensator lädt sich mit einer Zeitkonstanten auf, die sich aus dem Strom und dem Kapazitätswert des Kondensators ergibt. Nachdem der Kondensator auf den Spannungswert der Quellenspannung geladen ist, geht der Strom im parallelen Zweig zu Null. Der Halbleiterschalter hat zwischenzeitlich vollständig geöffnet. Beim Wiedereinschalten des Schalters entlädt sich der Kondensator über den Widerstand, so daß die Entlastungsanordnung für den nächsten Abschaltvorgang bereit wäre. In der dargestell­ ten Schaltung taktet einer der beiden in Reihe liegenden zweiten Schalter S3 oder S4; S5 oder S6 hochfrequent. Die zu dem anderen Schalter gehörende Diode übernimmt dabei während des Freilaufs den Laststrom. Dabei reduziert sich die Spannung über der Anordnung jeweils auf die Durchlaßspannung der Diode. Der Kon­ densator kann sich dann über den Widerstand entladen. Beim Wiedereinschalten des taktenden Halbleiters fließt über die zu dem nicht geschalteten zweiten Schalter gehörende Diode und den entladenden Kondensator ein sehr hoher Strom, wobei sich zunächst ein Kurzschluß ergibt. Der Kondensator lädt sich dann auf dem Wert der Quellenspannung auf und der Strom klingt ab. Dieser un­ erwünschte Entlade- bzw. Ladevorgang würde den getakteten zweiten Schalter periodisch in der hochfrequenten Taktung mit Strom­ spitzen belasten.

In der dargestellten erfindungsgemäßen Entlastungsschaltung wird die Entladung des Kondensators C3-C6 dadurch verhindert, daß über die Dioden DH3-DH6 kein Widerstand geschaltet ist. Vielmehr liegt parallel zu den Kondensatoren C3-C6 eine Reihenschaltung aus Widerstand R3-R6 und Hilfsschalter SH1-SH6. Die Hilfsschalter sind am Fußpunkt potentialmäßig mit den zweiten Schaltern S3-S6 zusammengelegt. Die Ansteuerung kann so aus einer gemeinsamen Ansteuerschaltung erfolgen. Im Betrieb wird dadurch gewährleistet, daß der Entlastungskondensator C3-C6 nur dann entladen wird, wenn der parallel zu ihm liegende Hauptschal­ ter S3-S6 hochfrequent taktet. Der zu dem nicht getakteten Schalter S3-S6 gehörende Entlastungskondensator C3-C6 kann hingegen nicht umgeladen werden, so daß während des Kommutierens auf die Freilaufdiode D3-D6 keine unerwünschten Umladungen mehr erfolgen.

Claims (4)

1. Steuergerät für wenigstens eine Entladungslampe (L1, L2) mit folgenden Merkmalen:

• - an eine Gleichspannungsquelle (+, -) ist ein Zweig mit zwei in Serie geschalteten ersten Schaltern (S1, S2) angeschlossen,
• - zu den ersten Schaltern (S1, S2) ist jeweils eine Diode (D1, D2) in Sperrichtung parallel geschaltet,
• - an dem Verbindungspunkt der beiden ersten Schalter (S1, S2) ist eine Entladungslampe (L1, L2) in Serie mit wenigstens einer Drosselinduktivität (LA, LB; LC, LD) angeschlossen,
• - das andere Ende der Anordnung aus Entladungslampe (L1, L2) und der wenigstens einen Drosselinduktivität (LA, LB; LC, LD) ist mit einem Verbindungspunkt zweier zweiter Schalter (S3, S4; S5, S6) verbunden, die zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle (+, -) in Serie geschaltet sind,
• - zu den zweiten Schaltern (S3, S4; S5, S6) ist jeweils eine Diode (D3, D4; D5, D6) in Sperrichtung parallel geschaltet,
• - in dem Stromkreis der Entladungslampe (L1, L2) ist eine Strommeßstelle (I Meß 1, I Meß 2) angeordnet,
• - die zweiten Schalter (S3, S4; S5, S6) sind hochfrequent von der Strommeßstelle (I Meß 1, I Meß 2) taktbar, so daß der Strom durch die zugehörige Entladungslampe (L1, L2) in einem engen Abstand um einen Sollwert (I Nenn) schwankt,
• - mit den mit einer vorgegebenen Niederfrequenz abwechselnd durchgeschalteten ersten Schalter (S1, S2) wird jeweils ein zweiter Schalter (S3, S4; S5, S6) wirksam geschaltet und hochfrequent getaktet.

2. Steuergerät nach Anspruch 1 mit wenigstens einer an den Verbindungspunkt der ersten Schalter (S1, S2) angeschlossenen weiteren Entladungslampe (L2), die in Serie mit wenigstens einer Drosselinduktivität (LC, LD) mit dem Verbindungspunkt zweier weiterer zweiter Schalter (S5, S6) verbunden ist und mit zu den weiteren zweiten Schaltern (S5, S6) jeweils in Sperrichtung parallel geschalten Dioden (D5, D6).

3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Strommeß­ stelle (I Meß 1, I Meß 2) in der Verbindung zwischen der Entladungslampe (L1, L2) und den zugehörigen zweiten Schaltern (S3, S4; S5, S6).

4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit jeweils einer Entlastungsschaltung für die hochfrequent getakteten zweiten Schalter (S3, S4; S5, S6) bestehend aus

• - einer parallel zu dem jeweiligen zweiten Schalter (S3, S4; S5, S6) geschalteten Reihenschaltung einer Diode (DH3, DH4, DH5, DH6) und eines Kondensators (C3, C4, C5, C6) und je einem parallel zum Kondensator (C3, C4, C5, C6) in Serie mit einem Widerstand (R3, R4, R5, R6) geschalteten Hilfsschalter (SH3, SH4, SH5, SH6), der gemeinsam mit dem ihm zugeordneten zweiten Schalter (S3, S4; S5, S6) wirksam geschaltet wird.