DE69707809T2

DE69707809T2 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE69707809T2
Application number: DE69707809T
Authority: DE
Inventors: Jan Oscar DEURLOO; Hubertus Franciscus LAMMERS
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: CA2225320A1; ATE208122T1; DE69707809D1; TW347643B; JP3842823B2; KR19990023026A; ID16621A; EP0839437B1; US5909089A; JPH11508401A; PL324113A1; CN1195464A; MX9800250A; CN1137608C; PL183316B1; WO1997039605A1; EP0839437A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit

– Eingangsklemmen zum Anschluss an eine Speisequelle,
– Ausgangsklemmen zum Anschluss der Lampe,
– Schaltmitteln zum Betreiben der Lampe bei Nennlampenspannung Vla im stabilen Lampenbetrieb und zum Erzeugen einer Leerlaufspannung Vo an den Ausgangsklemmen vor dem Zünden der Lampe,
– Zündmitteln zum Erzeugen eines Zündspannungsimpulses, wenn die Spannung an den Ausgangsklemmen einen Schwellenwert Vi erreicht,
– einer Steuerschaltung zum Steuern der Schaltmittel.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus EP 0401931 (= US 5.068.572 ) bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung ist zum Zünden und Betreiben von unter anderem Hochdruck-Natriumlampen und Halogenmetalldampflampen geeignet. Diese Lampen sind im Allgemeinen mit einem Entladungsgefäß versehen, in dem im Betrieb eine elektrische Entladung aufrechterhalten wird und das mit einem Zwischenraum von einem Außenkolben umschlossen wird. Diese Lampen benötigen einen hohen Zündspannungsimpuls (einige kV und mehr). Durch die Wahl der Leerlaufspannung Vo, sodass Vo > Vi, gehen die Zündmittel in Betrieb und wird ein Zündspannungsimpuls erzeugt. Die Lampe zündet dann, wobei die Spannung an der Lampe abrupt auf etwa zehn Volt abfällt. Sobald in der Lampe eine stabile Entladung aufgetreten ist, steigt die Spannung an der Lampe allmählich auf die zum stabilen Lampenbetrieb gehörende Lampenspannung Vla an. Die Schaltungsanordnung ist so entworfen, dass die Lampenspannung Vla niedriger ist als die Spannung Vi, die ihrerseits niedriger ist als die Leerlaufspannung Vo.
Die Steuerschaltung der Schaltungsanordnung sorgt dafür, dass die Schaltmittel im stabilen Betriebszustand der Lampe wie ein gesteuerter Stromgenerator wirken. Hierdurch wird erreicht, dass von den Zündmitteln keine Zündspannungsimpulse mehr er zeugt werden, sobald die Spannung an den Anschlussklemmen auf die Lampenspannung Vla oder weniger abfällt.
Die länger dauernde Erzeugung von Zündspannungsimpulsen ist unerwünscht, weil dies eine Last für die Schaltungsanordnung darstellt. In der Literatur ist häufig vorgeschlagen worden, den Betrieb der Zündmittel zu begrenzen, indem diese nach Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer abgeschaltet werden.
Dies hat jedoch eine Anzahl Nachteile:

– die verhältnismäßig hohe Leerlaufspannung Vo bleibt an den Ausgangsklemmen erhalten, wenn die Lampe noch nicht gezündet hat,
– wenn die Lampe einmal gezündet hat, erzeugen die Zündmittel, sobald die Lampe erlischt, Zündspannungsimpulse, beispielsweise beim Erreichen des Endes ihrer Betriebslebensdauer. Insbesondere Hochdruck-Natriumlampen und Halogenmetalldampflampen weisen das Merkmal auf, dass die Lampe am Ende ihrer Lebensdauer nach dem Erlöschen und Abkühlen beim Anlegen von Zündspannungsimpulsen wieder zündet. Dies führt zu dem charakteristischen Flackerverhalten der Lampe. Dies ist unangenehm anzuschauen, aber vor allem ist es schädlich für die Schaltungsanordnung und führt üblicherweise auch zu einer erheblichen Menge an Störstrahlung (Funkstörungen usw.).

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zur Beseitigung der oben genannten Nachteile zu verschaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung Mittel umfasst zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen auf einen Wert Vb, sodass Folgendes gilt: Vla < Vb < Vi.
Durch Wahl der Spannung auf einem Pegel gerade oberhalb der Nennlampenspannung wird vorteilhaft erreicht, dass die Erzeugung von Zündspannungsimpulsen mit ein und demselben Mechanismus sowohl bei einem schlechten Starten der Lampe als auch bei einer Lampe, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, unterdrückt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Entladung im Außenkolben der Lampe, entweder in Form einer Glimmentladung oder in Form einer Bogenentladung, nicht aufrechterhalten werden kann, wenn das Entladungsgefäß der Lampe undicht wird, so dass gefährliche Situationen verhin dert werden. Eine besonders geeignete Ausführungsform der Mittel zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen umfasst eine Zeituhr, die nach einem zuvor eingestellten Zeitraum die Steuerschaltung in einen solchen Zustand bringt, dass die an den Ausgangsklemmen auftretende Spannung auf den Wert Vb begrenzt wird. Vorzugsweise ist die Zeituhr so geschaltet, dass sie beim Anschluss einer Speisequelle zurückgesetzt wird. Vorzugsweise wird ein Spannungspuffernetzwerk an die Zeituhr gekoppelt, um zu verhindern, dass die Zeituhr auch dann zurückgesetzt wird, wenn nur ein kurzer Einbruch der von der Speisequelle gelieferten Speisespannung vorliegt. Dieses Netzwerk kann beispielsweise ein RC-Netzwerk sein. Ein Tiefsetzsteller oder Buck-Umsetzer ist zur Verwendung als gesteuerter Stromgenerator sehr geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe,
2 Schaltmittel der Schaltungsanordnung von 1 im Detail,
3 Mittel zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung noch detaillierter und
4 eine Ausführungsform der Mittel von 3 mehr im Einzelnen.
1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit

– Eingangsklemmen 1 zum Anschluss an eine Speisequelle,
– Ausgangsklemmen 2 zum Anschluss der Lampe 3,
– Schaltmitteln II zum Betreiben der Lampe bei Nennlampenspannung Vla im stabilen Lampenbetrieb und zum Erzeugen einer Leerlaufspannung Vo an den Ausgangsklemmen vor dem Zünden der Lampe. Die Schaltungsanordnung ist auch mit Kommutatormitteln III zum periodischen Ändern der Polarität des durch die Lampe fließenden Stroms versehen, und mit einer Vorbereitungsschaltung I zum Erzeugen einer Gleichspannung zum Speisen der Schaltmittel II. Die Kommutatormittel umfasssen auch Zündmittel (nicht im Einzelnen abgebildet) zum Erzeugen eines Zündspannungsimpulses, wenn die Spannung an den Ausgangsklemmen einen Schwellenwert Vi erreicht.

Die Schaltungsanordnung ist weiterhin mit einer Steuerschaltung IV zum Steuern der Schaltmittel versehen sowie mit Mitteln V zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen auf einen Wert Vb, sodass Folgendes gilt: Vla < Vb < Vi.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Schaltmittel als Tiefsetzsteller oder Buck-Umsetzer ausgeführt, wie in 2 im Detail gezeigt wird. In 2 sind A und B Anschlusspunkte zwischen den Schaltmitteln und der Vorbereitungsschaltung I, und C und D Anschlusspunkte für die Kommutatormittel III. Der Tiefsetzsteller umfasst einen gesteuerten Halbleiterschalter 10, eine Selbstinduktion 11 und eine Freilaufdiode 12. Der Umsetzer ist weiterhin mit einem Kondensator 13 zum Reduzieren der Welligkeit auf der Spannung an den Anschlusspunkten C, D versehen. Eine Steuerelektrode 101 des Schalters 10 ist mit einem Ausgang 41 der Steuerschaltung IV verbunden. Die Steuerschaltung hat einen Eingang 42 zum Detektieren eines Signals Sv, das proportional zur Spannung an den Ausgangsklemmen ist, und einen Eingang 43 zum Detektieren eines Signals Si, das proportional zum Lampenstrom ist und über eine kleine vorzugsweise ohmsche Impedanz Z gebildet wird. Das Signal Sv wird mit einer Bezugsspannung Vref verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird zu einem Gatecontroller 45 geleitet. Das Signal Si wird durch einen Integrator 44A zu dem Pulsbreitenmodulator (PWM: Pulse Width Modulator) 44 geleitet, der seinerseits ein Schaltsignal zum Gatecontroller 45 sendet. Das in dem Gatecontroller 45 erzeugte Steuersignal wird über den Ausgang 41 zur Steuerelektrode 101 geleitet.
Die Bezugsspannung Vref ist Teil der Mittel zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen auf einen Wert Vb, so dass gilt Vla < Vb < Vi.
Die Mittel V werden in 3 mehr im Einzelnen gezeigt. Die Bezugsspannung Vref wird am Anschlusspunkt 52 aus einer Hilfsspannung Vh mit Hilfe eines Spannungsteilernetzwerkes 50 gebildet. In einem Zweig des Spannungsteilernetzwerkes 50, das an einer Seite mit dem Anschlusspunkt 52 verbunden ist, ist ein Schalter 51 enthalten. Der Schalter 51 überbrückt einen Abschnitt der zu dem Spannungsteilernetzwerk gehörenden Impedanz. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schalter in einem Zweig zwischen dem Anschlusspunkt 52 und Erde aufgenommen. Wenn der Schalter geschlossen ist, ergibt sich am Anschlusspunkt 52 eine niedrigere Spannung als bei einem geöffneten Schalter. Wenn der Schalter zwischen die Spannung Vh und den Anschlusspunkt 52 platziert wird, tritt eine Verringerung der Spannung am Anschlusspunkt 52 auf, wenn der Schalter 51 geöffnet ist. Eine niedrige Spannung am Anschlusspunkt 52 bedeutet einen niedrigen Wert für die Bezugsspannung Vref, was zur Folge hat, dass der Gatecontroller 45 den Halbleiterschalter so steuert, dass die Spannung an den Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert begrenzt wird. Eine Ausführungsform der Mittel V, wie in 3 gezeigt, wird in 4 noch detaillierter dargestellt. Der Schalter wird von einer Reihenschaltung aus einer Diode 55, einer Zeituhr 500, einem Spannungspuffernetzwerk 53 und einem Anschlusspunkt 54 zum Anschluss einer Speisespannung zum Speisen der Zeituhr gebildet. Der Schalter 51 arbeitet folgendermaßen. Sobald eine Speisespannung an den Anschlusspunkt 54 angelegt wird, wird der Eingangsklemme 501 der Zeituhr 500 eine Spannung zugeführt, wodurch die Zeituhr rückgesetzt wird. Dies hat zur Folge, dass an einer Ausgangsklemme 502 der Zeituhr ein hohes Signal anliegt. Dies entspricht dem Zustand einer verhältnismäßig hohen Spannung am Anschlusspunkt 52. Nach Ablauf einer Zeitdauer, für die die Zeituhr eingestellt war, schaltet die Zeituhr um und die Spannung an der Ausgangsklemme 502 wird niedrig, sodass die Spannung am Anschlusspunkt 52 auch niedrig wird.
Bei einer praktischen Realisierung einer Schaltungsanordnung gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Halogenmetalldampflampe geeignet, beispielsweise vom Typ CDM 35W, Hersteller Philips, mit einer Nennleistung von 39 W. Die Lampe hat eine Nennlampenspannung Vla von 90 V. Bei angeschlossener Speisequelle, beispielsweise einer Spannungsquelle von 220 V, 50 Hz, liefert die Vorbereitungsschaltung eine Gleichspannung von 400 V an die Schaltmittel II. Bei nicht gezündeter Lampe liegt die Leerlaufspannung an den Ausgangsklemmen zwischen 310 und 380 V. Der Schwellenwert Vi der Spannung an den Ausgangsklemmen, bei dem die Zündmittel beginnen, Zündimpulse zu erzeugen, beträgt 240 V.
Die Zeituhr 500 wird von einer integrierten Schaltung vom Typ HEF 4541 gebildet. Das Spannungspuffernetzwerk 53 umfasst eine Parallelschaltung aus einem 100-nF-Kondensator und einer Zenerdiode mit einer Zenerspannung von 15 V. Die gleichgerichtete Speisequellenspannung von 220 V dient als Speisespannung für die Zeituhrschaltung. Zu Begrenzung des Stroms ist ein Widerstand von 300 kΩ zwischen den Anschlusspunkt 54 und das Spannungspuffernetzwerk geschaltet. Die Diode 55 ist vom Typ BAV 103, Hersteller Philips. Wenn die Zeituhr zurückgesetzt ist, beträgt der Wert von Vref 3,3 V. Wenn die Zeituhr nach höchsten 20 min umschaltet, fällt Vref auf 1,5 V ab, was zu einer Begrenzung der Spannung an den Ausgangsklemmen auf einen Wert Vb von höchstens 200 V führt. Deutlich ist, dass somit die Bedingung Vla < Vb < Vierfüllt ist.
Die Zeituhr wird so eingestellt, dass sie nach minimal 10 min und maximal 20 min umschaltet. Diese Zeit wird vorzugsweise so lang gewählt, um ein heißes erneutes Zünden der Lampe zu ermöglichen. Der gesteuerte Halbleiterschalter der Schaltmittel wird von einem MOSFET gebildet, Typ STP4NA60FI, Hersteller SGS-Thomson. Der Gatecontroller ist eine integrierte Schaltung, Typ IR2117, Hersteller Int. Rectifier. Der PMW 44 ist eine integrierte Schaltung, Typ L6560A, Hersteller SGS-Thomson.

Claims

Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, versehen mit – Eingangsklemmen (1) zum Anschluss an eine Speisequelle, – Ausgangsklemmen (2) zum Anschluss der Lampe, – Schaltmitteln (II) zum Betreiben der Lampe bei Nennlampenspannung Vla im stabilen Lampenbetrieb und zum Erzeugen einer Leerlaufspannung Vo an den Ausgangsklemmen vor dem Zünden der Lampe, – Zündmitteln zum Erzeugen eines Zündspannungsimpulses, wenn die Spannung an den Ausgangsklemmen einen Schwellenwert Vi erreicht, – einer Steuerschaltung (IV) zum Steuern der Schaltmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung Mittel (V) umfasst zum Begrenzen der Spannung an den Ausgangsklemmen auf einen Wert Vb, sodass Folgendes gilt: Vla < Vb < Vi.