DE3243316C2 - Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen zum Steuern der Leistungsaufnahme derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschalt­ gerät für Gasentladungslampen zum Steuern der Leistungsaufnahme derselben.

Derartige Gasentladungslampen, bei denen Licht bei Fluß eines elektrischen Stromes durch ein Gas oder durch eine Gasentladung erzeugt wird, sind altbekannt. Es gibt sie beispielsweise, mit Edelgas gefüllt, für farbige Leuchtreklamen. Leuchtstofflampen sind seit Jahren im Gebrauch, um eine relativ wirkungsvolle Beleuchtung für Büros, Fabrikhallen u. dgl. zu schaffen. In jüngster Zeit sind Natriumdampf- Entladungslampen angesetzt worden, um weniger wirkungsvolle Lampen bei Außenbe­ leuchtungen abzulösen. Beispielsweise ersetzen 250 W Natriumdampflampen herkömmliche 400 W Quecksilber­ dampflampen bei der Straßenbeleuchtung, die einen geringeren Wirkungsgrad haben und weniger Licht erzeugen. Natriumdampflampen mit Leistungen von 70, 100, 400 und sogar 1000 W sind gebräuchlich.

Im Unterschied zu Glühlampen, die aufgrund ihrer positiven Widerstandscharakteristik selbstbegrenzend sind, haben Gasentladungslampen eine negative Wider­ standscharakteristik. Aus diesem Grunde werden Gas­ entladungslampen mit einem Vorschaltgerät betrieben, das für die erforderliche Strombegrenzung sorgt. Herkömmlicherweise weisen derartige Geräte Spulen mit Eisenkern auf. Beispielsweise erzeugt eine einfache Drosselspule eine induktive Impedanz zur Strom­ begrenzung. Andererseits werden auch Transformatoren eingesetzt. Der Transformator sorgt für die Spannungs­ aufbereitung und liefert beispielsweise eine hohe Durch­ bruchspannung, die erforderlich ist, um eine Gasentladungslampe ohne Anlaufphase durch Ionisation des Gases zu zünden. Für Schnellstart-Gasentladungs­ lampen ist ein Wicklungspaar in dem Transformator vor­ gesehen, das Glühfäden in der Lampe versorgt und - getrennt von den Glühfaden-Wicklungen - ist eine Hoch­ spannungswicklung vorgesehen, die eine hohe Reaktanz aufweist, um den Strom zu begrenzen. Alternativ kann auch ein magnetischer Nebenschluß im Transformator vorgesehen sein, um die magnetisch übertragene Energie zu begrenzen.

Aus der US-PS 42 51 752 ist ein elektronisches Vorschaltgerät bekannt, das darauf gerichtet ist, den Leitungsstrom durch eine Gasentladungslampe proportional zur anliegenden Eingangsspannung zu machen, um den Leistungsfaktor hochzuhalten. Zur Unterdrückung von Flackerstörungen wird mit erhöhter Betriebsfrequenz, die mittels eines Wechselrichters erzeugt wird, gearbeitet. Zum Dimmen der Gasentladungslampe wird die Breite der Steuerimpulse des Wechselrichters verkleinert.

Aus der US-PS 42 20 896 ist ein Vorschaltgerät bekannt, bei dem der Ausgangspegel eines Wechselrichters durch Frequenzänderung geregelt wird.

Die US-PS 37 53 071 beschreibt die Verwendung eines freilaufenden Inverters (Multivibrators) zur Entwicklung einer relativ hochfrequenten Wechselspannung, die zum Betrieb einer Gasentladungs­ lampe aus einer Gleichspannung bestimmt ist, die mittels Gleichrichtern aus dem Wechselstromnetz erzeugt wird. Der In­ verter besteht aus zwei Transistoren und einem Transformator. Die Transistoren betreiben den Transformator, der wiederum auf die Transistoren einwirkt, um eine selbsterregte Schwingung zu erzeugen. Die Eigenschaften dieser Schwingung einschließlich der Frequenz und des Tastverhältnisses der Transistoren wird primär durch die Eigenschaften des Transformators und nicht durch Änderungen im Strom bestimmt, der durch die von der Schaltung versorgte Lampe fließt.

Bei herkömmlichen Vorschaltgeräten, die Spulen mit Eisenkern enthalten, ist von Nachteil, daß sie einen schlechten Wirkungs­ grad haben und daß relativ große Wärmeverluste auftreten, und sowohl in den Wicklungen, als auch im Kern. Beispielsweise treten bei herkömmlichen Ballast-Schaltungen mit Spule und Spulenkern für 40 W Lampen Verluste zwischen 15 und 20 W auf, die für eine starke Erwärmung sorgen. Die so erzeugte Wärme muß bei manchen Einsatzorten, beispielsweise in klimatisierten Büroräumen, abgeführt werden und ist insofern störend. Ein anderer Nachteil derartiger Vorschaltgeräte liegt darin, daß sie relativ schwer sind und deshalb recht aufwendige Befestigungen erfordern.

Darüber hinaus ist die durch herkömmliche, Spulen mit Eisenkern verwendende Vorschaltgeräte erreichbare Regelung relativ schlecht. Typischerweise ist die Betriebsspannung von Gasentladungslampen, bei denen derartige Vorschaltgeräte eingesetzt werden, eine Funktion des Quadrats der Netzspannung. Deshalb ist bei vielen Anwendungen eine Überspannung erforderlich, um die Mindest­ zündspannung zu erreichen, was unnötig Energie vergeudet.

Zumindest teilweise werden diese Schwankungen der Netz­ spannung bei Natriumdampf-Gasentladungslampen dadurch ausgeglichen, daß sogenannte Konstantspannungstransformatoren eingesetzt werden, die eine Eigen-Strombegrenzung aufweisen. Solche Transformatoren sind aber auch relativ teuer, schwer und sperrig. Darüber hinaus haben Natriumdampf-Lampen noch ein weiteres Regelproblem. Im Unterschied zu Leuchtstofflampen, bei denen ein Spannungsabfall auftritt, der relativ konstant bleibt über die Lebensdauer der Lampe, ist der Spannungsabfall über eine Natriumdampflampe nicht konstant, sondern ändert sich im Verhältnis 2 : 1 während der Lebensdauer der Lampe. Infolgedessen werden Natrium­ dampf-Lampen oftmals über den größten Teil ihrer Lebensdauer mit Überspannung betrieben, um sicherzustellen, daß auch nach längererZeit die Mindestzündspannung noch er­ reicht wird, was wiederum Nachteile hinsichtlich des Stromverbrauchs und der Lebensdauer nach sich zieht.

Ein anderes, bei Gasentladungslampen auftretendes Problem liegt darin, daß sie einen geringen Wirkungs­ grad haben, wenn sie bei den gewöhnlichen Netz­ frequenzen betrieben werden. Bei höheren Frequenzen ist ihr Wirkungsgrad größer. Natriumdampflampen erfordern häufig eine besondere Zündschaltung. Leuchtstofflampen sind in kaltem Zustand häufig schwierig zu zünden und flackern infolgedessen für einige Zeit. Leuchtstofflampen erfordern eine Phasenschieberschaltung mit Spule und Spulenkern, um stroboskopische Effekte zu reduzieren und den Leistungsfaktor zu erhöhen, den die Lampe über das Vorschaltgerät am Netz aufweist.

In der US-PS 42 77 728 ist ein elektronisches Vorschaltgerät beschrieben. Es weist ein Schaltnetzteil auf, das aus der Netz-Wechselspannung eine Gleichspannung erzeugt, sowie einen Inverter, um aus einem Teil der Gleichspannung eine hochfrequente Wechselspannung zu erzeugen, und eine HF-Resonanz­ schaltung, um einen Teil der hochfrequenten Wechsel­ spannung in die Gasentladungslampe einzukoppeln. Der Resonanzkreis begrenzt den Lampenstrom und erzeugt eine Spannungsüberhöhung zum Zünden der Lampe.

Dieses Vorschaltgerät ist insofern vorteilhaft, als es durch Erhöhung der Frequenz einen Betrieb der Lampe mit besserem Wirkungsgrad ermöglicht. Die Schaltung hat weiterhin den Vorteil, daß die erhöhte Frequenz die Verwendung von kleineren, leichteren und wirkungsvolleren Bauteilen im strombegrenzenden Kreis ermöglicht.

Die genaue Druckschrift zeigt in Fig. 4B einen Inverter einschließlich eines Oszillators und Treibern, die ein Transistorpaar treiben. Die Transistoren wirken als Schalter und sind über den Ausgang der Gleichspan­ nungsquelle in Reihe geschaltet, was als Kaskodenver­ stärker angesehen werden kann. Der Resonanzkreis weist zwei Spulen und einen Kondensator auf, die in einer T-Schaltung angeordnet sind. Dabei sind die zwei Spulen zwischen einem Anschluß des Schalt- Transistors und einem Anschluß der Lampe in Reihe ge­ schaltet, wobei deren anderer Eingang auf gemeinsamem Potential liegt. Der Kondensator ist zwischen die Ver­ bindungsstelle der beiden Spulen einerseits und das gemeinsame Potential andererseits geschaltet. Das gemeinsame Potential wird an der Verbindungsstelle zweier Kondensatoren erzeugt, die in einer Spannungsteileranordnung in Reihe zwischen die Ausgänge einer Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Ein Phasendetektor synchronisiert die Frequenz des Oszillators mit der Resonanzfrequenz der T-Schaltung. Weiterhin ist ein den Strom nach­ weisender Widerstand vorgesehen, um ein Signal zu erzeugen, mit dem das Netzteil steuerbar ist.

Durch die Synchronisation der Frequenz des Oszillators mit der Resonanzfrequenz der Schaltung schalten die Transistoren beim Nulldurchgang des Stroms, so daß Schaltver­ luste reduziert sowie die Transistoren geschützt werden, wobei die Schalt-Transistoren eine Last an­ steuern. Weiterhin gewährleistet die Synchronisation, daß eine maximale Spannungsüberhöhung auftritt.

Bei dieser Schaltung ist keine einfache Spannungsquelle vorgesehen, die nur eine Brücken- oder andere Gleichrichter­ schaltung aufweist, um aus der Wechselspannung Gleich­ spannungspulse zu erzeugen, sowie einen Filter-Kondensator, der direkt mit dem Gleichrichter verbunden ist, um relativ konstante Gleichspannungspulse zu ge­ währleisten. Eine derart einfache Spannungsquelle weist den Nachteil auf, daß der gesamte Strom dem Wechsel­ spannungsversorgungsnetz synchron mit dessen Spitzen entnommen wird, wobei diese Stromspitzen Leistungs­ faktor-Probleme verursachen sowie Probleme, die gelegentlich als Verzerrung der dritten Harmonischen bezeichnet werden. Eine Einzelverwendung einer derart einfachen Spannungsquelle verursacht geringe Probleme. Wird aber eine große Zahl von solchen Spannungsquellen in einem Netz eingesetzt, um beispielsweise die gesamte Lichtversorgung eines Bürogebäudes sicherzustellen, können Probleme mit den Transformatoren und im Netz auftreten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht das genannte Vorschaltgerät ein relativ aufwendiges Netzteil vor, das einen Schaltregler zwischen der Brücken-Gleichrichterschaltung und dem Filter-Kondensator aufweist. Dieser Schalt­ regler verbindet den Gleichrichter und den Filter-Kon­ densator für kurze Zeitspannen mit hoher Frequenz, beispielsweise 2kHz, um einen Zug von Strompulsen mit 20 kHz zu erzeugen. Der Schaltregler weist Schalt­ elemente auf, die die Breite der Strompulse in Abstimmung mit der Frequenz der Versorgungsspannung variieren, wobei breite Pulse während der Bäuche der Netzspannung und schmale Pulse während der Tiefwerte der Netzspannung erzeugt werden. Im Er­ gebnis entnimmt das in der US-PS 42 77 728 offenbarte Netzteil dem Wechselstromnetz derart Energie, daß es wie eine Last mit einem Leistungsfaktor in der Nähe von 1 erscheint. Das dort offenbarte Netzteil ist aber relativ aufwendig und teuer.

Gemäß den geschilderten Nachteilen des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen guten Wirkungsgrad aufweist und einfach und billig herzustellen ist und eine oder mehrere Gas-Entladungslampen mit hohem Wirkungsgrad steuert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungs­ formen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung der Haupt-Baugruppen eines Vorschaltgeräts nach der Erfindung;

Fig. 2 die Zeitfolge bei verschiedenen Betriebs­ zuständen des Generators;

Fig. 3D-3D schematische Einzeldarstellungen unterschiedlicher Bauteile der Strom­ begrenzungs- und Spannungssteuerschaltung gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 ein Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Leistungsfaktorsteuerschaltung, deren Hauptbaugruppen in Fig. 1 dargestellt sind.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät zum Einsatz mit einer oder mehreren Gasentladungslampen mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Die Lampen werden durch eine einzige Lampe 12 angedeutet. Die Hauptbau­ gruppen der Schaltung 10 sind eine Leistungsfaktor- Korrekturschaltung 20, ein Netzteil 22, ein Transistorpaar 24 und 26, eine Leistungs-Steuerschaltung 28 und ein Impulsgenerator 30.

Das Netzteil 22 ist herkömmlicher Art und so aus­ gelegt, daß es für die Lampe 12 die Zündspannung auf einem ersten Potential sowie die Spannung für den Betrieb der verschiedenen Baugruppen der Schaltung 10 auf einem anderen, zweiten Potential erzeugt, das niedriger als die Zündspannung ist. Dabei liegt an der Leitung 40 ein niedrigeres Potential als an der Leitung 42, und an der Leitung 44 liegt wiederum ein höheres Potential als an der Leitung 42. Weiterhin wird auf einer Leitung 46 ein Potential bereitgestellt, das zwischen den Potentialen der Leitungen 42 und 44 liegt, um ein gemeinsames Potential (Erdpotential) für die Lampe 12 zu schaffen. Bei einer Netz­ spannung von 110 V entspricht das Potential der Leitung 46 dem "Null-Potential" des Wechselstromnetztes. Steht für die Leitung 46 kein Potential zur Verfügung, so wird dieses mittels eines Gleichspannungs-Block­ kondensators erzeugt, der zwischen die Leitungen 46 und 42 geschaltet ist. Weist die Schaltung 28 einen Kon­ densator oder andere Einrichtungen zur Gleichspannungs­ blockierung auf, so kann die Leitung 46 direkt mit der Leitung 42 verbunden werden. Zum Verständnis der Wirkungs­ weise der Schaltung 10 ist es dienlich, das an der Leitung 42 liegende Potential als Referenz-Potential zu betrachten.

Die Leistungsabgabe des Netzteils 22 wird durch die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung 20 begrenzt, die bestimmt, wann dem Leitungsnetz Energie zu ent­ nehmen ist. Im einzelnen ist das Netzteil 22 über die Schaltung 20 an das Stromnetz angeschlossen. Bei einer Netzspannung von 110 V ist der Null-Leiter, angedeutet durch die Leitung 48, direkt mit dem Netzteil 22 verbunden, während der spannungsführende Leiter 50 mit dem Eingang der Schaltung 20 verbunden ist, deren Ausgang über die Leitung 52 mit dem Netzteil 22 verbunden ist. Die Schaltung 20 weist ein Dämpfungsglied auf, das auf die dritte Harmonische der Netzfrequenz abgestimmt ist. Deshalb be­ grenzt die Schaltung 20 die Energieaufnahme des Netzteils 22 aus dem Stromnetz während der Spannungsbäuche desselben.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 24 und 26 Metall-Oxid-Halbleiter (MOS), genauer Feldeffekttransistoren, die zwischen die Leitungen 44 und 42 in einer Art geschaltet sind, die als Kaskodenverstärkerschaltung bezeichnet werden kann, so daß die Leitungen 44 und 42 abwechselnd auf die Leitung 56 durchschaltbar sind. In anderen Worten: der Transistor 24 ist an seiner Drain-Elektrode mit der Leitung 44 verbunden, während die Source- Elektrode mit der Leitung 56 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors 26 ist mit der Leitung 56 verbunden, während seine Source-Elektrode mit der Leitung 58 und mittels des Widerstandes 60 mit der Leitung 42 verbunden ist. Der Betrieb der Transistoren 24 und 26 wird durch den Impuls-Generator 30 gesteuert, der auf der Leitung 52 ein auf das Potential der Leitung 56 bezogenes Gate-Treibersignal für den Transistor 24 erzeugt, sowie entsprechende Gate-Treibersignale auf der Leitung 64 in Bezug auf die Leitung 42 für den Transistor 26. DerImpuls-Generator 30 treibt die Transistoren 24 und 26 nacheinander an, ohne daß die Schaltzeiten sich überlappen, so daß auf der Leitung 56 ein Potential erzeugt wird, das alternierende positive und negative Impulse aufweist, zwischen denen Totzeitintervalle liegen. Diese Reihe von alternatierend positiven und negativen Impulsen wird über die Schaltung 28 und die Leitung 68 an die Lampe 12 angelegt, wobei die Schaltung 28 für eine Strombegrenzung und, in einigen Ausführungsbeispielen, für eine Spannungssteuerung sorgt. Der Impuls-Generator 30 wirkt auch als Monitor für die Betriebsparameter der Lampe 12, wozu Signale dienen, die auf den Leitungen 58 und 68 erzeugt werden mittels des Leitungsstromes, der durch den Spannungsabfall über dem Widerstand 60 angezeigt wird, bzw. aufgrund des Spannungsabfalls über der Lampe 12. Die Impuls­ breite oder deren Frequenz wird variiert, um den Betrieb der Lampe 12 zu steuern.

Der Impuls-Generator 30 weist einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 72, einen spannungsgesteuerten monostabilen Multivibrator (VCMV) 74, ein Frequenz­ halbier-Flip-Flop 76, einen Impuls-Steuerkreis 78 und zwei Steuerkreise 80 und 82 auf. Der spannungsgesteuerte Oszillator 72 erzeugt ein Hochfrequenzsignal auf der Leitung 86, das be­ züglich seiner Frequenz dem Steuersignal auf der Leitung 88 entspricht. Der Multivibrator 74 erzeugt auf der Leitung 90 eine Reihe von Impulsen, deren Breite einem Steuersignal auf der Leitung 92 entspricht und die mit der Frequenz des Oszillatorsignals auf der Leitung 86 erscheinen. Durch das Flip-Flop 76 wird die Frequenz des Signales auf der Leitung 86 durch den Faktor 2 geteilt, um auf deren Leitung 94 das Gate-Signal zu erzeugen, sowie ein Komplementär­ signal auf der Leitung 96. Entsprechend den Gate- Signalen auf den Leitungen 94 und 96 koppelt der Kreis 78 abwechselnd die auf der Leitung 90 gebildeten Impulse auf die Leitungen 52 bzw. 64. Die Steuerschaltungen 80 und 82 vergleichen die auf der Leitung 68 erzeugten Lampenstrom-Anzeigesignale und die auf der Leitung 58 erzeugten Lampen-Spannungsabfallsignale mit Referenzsignalen, um auf den Leitungen 88 bzw. 92 die Steuersignale zu erzeugen.

Fig. 2 illustriert die Betriebszustände des Generators 30. Gemäß den Fig. 1 und 2 kann die durch den Oszillator 72 auf der Leitung 86 erzeugte Signalfolge als eine Abfolge von negativen Impulsen angesehen werden. Dementsprechend erzeugt der Multivibrator 74 eine Reihe von Impulsen auf der Leitung 90. Diese Impulsfolge sei zunächst eine Reihe von negativen Impulsen 200, wobei ein jeder Impuls 200 eine aufsteigende und eine abfallende Flanke aufweist und von den abfallenden Flanken der auf der Leitung 86 erzeugten Impulse getriggert werden. Die Breite der Impulse 200 wird durch das auf der Leitung 92 erzeugte Signal gesteuert. Mit anderen Worten: jede Niveauveränderung (Impulsflanke 202) des Potentials auf der Leitung 90 von hohen Werten zu niedrigen Werten erfolgt in Reaktion auf einen entsprechenden Übergang (Impulsflanke 204) des Signals auf der Leitung 86 von hohen zu niedrigen Werten, woraufhin nach einem bestimmten Zeitintervall, das durch das Signal der Leitung 92 gesteuert wird, wieder eine Rückkehr (Impulsflanke 206) zu dem höheren Potential erfolgt.

Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Flip-Flop 76 (siehe auch Fig. 1) jeweils durch die Potentialübergänge von niedrigen zu hohen Werten des Signales der Leitung 86 getriggert wird, um die komplementären Gate-Signale auf den Leitungen 62 und 64 zu erzeugen. Die auf der Leitung 90 erzeugten Impulse werden während der Zeit­ intervalle, in denen das Potential auf der Leitung 94 "hoch" liegt, auf die Leitung 62 gekoppelt. Insbesondere wird der mit dem Bezugszeichen 210 versehene Impuls, der während des mit dem Bezugszeichen 212 versehenen Zustandes erzeugt wird, auf die Leitung 62 eingekoppelt (Be­ zugszeichen 214). Entsprechend wird der mit 220 bezeichnete Impuls, der dann auftaucht, wenn das Signal auf der Leitung 96 "hoch" ist (222), auf die Leitung 64 übertragen (Bezugszeichen 224). Es sei hinzugefügt, daß die auf der Leitung 62 erzeugten Impulse gemäß dem Bezugszeichen 230 auf das Potentialniveau der Leitung 56 bezogen sind und nicht auf das Niveau der Leitung 42. Schließlich setzt sich das auf der Leitung 56 erzeugte Signal aus einer Reihe von abwechselnd positiven Impulsen (240) und negativen Impulsen (242) zusammen, zwischen denen tote Zeitintervalle (244) liegen. Das Referenz­ potential auf der Leitung 42 ist durch die Linie 250 angedeutet.

Es sei hinzugefügt, daß für gewisse Arten von Gasent­ ladungslampen vorteilhafterweise die Impulsbreiten und/oder die Frequenzen durch andere Spannungen oder Ströme gesteuert werden. Beispielsweise kann der Eingang der Steuerschaltung 82 mit der Sekundärseite eines Trans­ formators verbunden werden, dessen Primärseite in Reihe mit der Lampe 12 geschaltet ist und/oder der Eingang der Steuerschaltung 80 kann mit der Leitung 44 bzw. 56 verbunden werden, wobei letzterenfalls die Impuls­ breite der Versorgungsspannung bzw. der Impulsamplitude entspricht. Weiterhin können die Leitungen 88 und 92 vertauscht werden, so daß die Frequenz dem Strom und die Impulsbreite der Spannung entspricht.

In den Fig. 3A-3D sind Ausführungsbeispiele der Schaltung 28 dargestellt. Reicht die Amplitude des auf der Leitung 56 erzeugten Impulses aus, um die Gas­ entladungslampe 12 zu zünden, so reicht ein einfaches, strombegrenzendes Bauelement in der Schaltung 28A gemäß Fig. 3A aus. Zwar ist zwischen den Leitungen 56 und 68 eine Drosselspule 312 dargestellt, doch könnte auch ein Kondensator mit geeigneter Reaktanz eingesetzt werden. Weiterhin könnten entsprechend viele Bauteile eingesetzt werden, deren jedes mit einer oder mehreren Lampen gemäß Fig. 1 verbunden ist. Diese Reaktanzelemente können sowohl ausschließlich Spulen, ausschließlich Kondensatoren oder vorzugsweise eine Mischung daraus aufweisen.

Wenn in Fig. 3B die Amplitude der auf der Leitung 56 erzeugten Impulse nicht ausreicht, um die Lampe 12 zu zünden, kann die Spannung des Netzteils 22 (Fig. 1) erhöht werden oder in der Schaltung 28B ein Transformator 320 vorgesehen werden. Vorzugsweise wird ein Spartransformator eingesetzt, der besonders für schnellzündende Fluoreszenz­ lampen (12B) geeignet ist. Offensichtlich empfiehlt es sich, zusammen mit dem Transformator 320 ein strom­ begrenzendes Bauteil einzusetzen.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie eine einfache und preisgünstige Einrichtung zur Steuerung der Lampe bereitstellt. Beispielsweise kann eine konstante Leistung der Lampe dadurch erreicht werden, daß der Lampenstrom und die Lampenspannung beobachtet und entsprechend deren Schwankungen die Impulsbreite und Impulsfrequenz geändert werden. Mit anderen Worten: ein Ausgleich einer Schwankung der Höhe der Impulse erfolgt durch Veränderung von deren Breite, wobei die Frequenz konstant gehalten wird. Alternativ kann der Ausgleich durch Veränderung der Frequenz erfolgen, wobei die Impulsbreite konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann eine konstante Leistung der Lampe erreicht werden, ohne daß aufwendige Schaltungen erforderlich wären oder die Verwendung teurer, analoger Multiplizierschaltungen, die sowohl die Spannung als auch den Strom messen und ein einziges Rückkoppel­ regelsignal erzeugen.

Gemäß Fig. 3C wird ein praktisch unbegrenztes Zünd­ potential für die Lampe 12 mittels der Schaltung 28C und der Spule 330 erhalten, die zwischen die Leitungen 56 und 46 geschaltet ist. Bei Betrieb versorgen ab­ wechselnd die Transistoren 20 und 24 die Spule 330 mit Pulsen, die von dieser auf die Lampe 12 übertragen werden. Im einzelnen wird bei jedem Leitungszustand der Transistoren 20 und 24 in der Spule 330 Energie gespeichert, die proportional zum Quadrat des Spitzenstroms ist. Der Spitzenstrom ist wiederum proportional der Impulsbreite. Die Leistung ist gleich dem Produkt aus Frequenz und Energie, wobei die Energie, wie gerade gesagt, proportional der Impulsbreite ist. Dementsprechend kann die Lampe 12 einfach und wirt­ schaftlich durch Änderung der Frequenz und der Impuls­ breite geregelt werden. In Abhängigkeit von dem durch das Netzteil 22 erzeugten Potential (Fig. 1) kann der zwischen die Leitungen 56 und 68 ge­ schaltete Kondensator 332 bzw. ein entsprechendes Bau­ teil zur Strombegrenzung eingesetzt werden. Weisen die Transistoren 24 und 26 innere Dioden auf, so kann ein Paar von Sperr-Dioden 334 und 336, die in Reihe mit dem zugehörigen Transistor mit der Leitung 56 verbunden sind, eingesetzt werden, um den einen Transistor zu isolieren, wenn der andere Transistor ausgeschaltet ist.

Die in Fig. 3C gezeigte Schaltung kann ggf. mit einem einzigen Transistor 24 betrieben werden. Dabei ist jedoch die Strom­ belastung des Transistors 24 erhöht, ebenso wie die Größe der Spule 330. Dabei treten Schwierigkeiten beim Schwingungsverlauf auf.

Die in Fig. 3D gezeigte Schaltung 28D weist eine HF-Schaltung auf für eine Impedanz-Anpassung und Spannungs-Multiplikation. Obgleich auch eine TT-Schaltung verwendet werden kann, wird die dar­ gestellte HF-T-Schaltung bevorzugt eingesetzt, die ein Spulenpaar 340 und 342 aufweist, das zwischen die Leitungen 56 und 68 in Reihe geschaltet ist, wobei ein Kondensator 344 zwischen die Verbindungsstelle der Spulen und die Leitung 46 geschaltet ist. Bei richtiger Bemessung der einzelnen Bauteile arbeitet die Schaltung 10 mit einer maximalen Fehlerabweichung, die im Bereich von 5% der Durchschnittsfrequenz der Schaltung 28D liegt. Offensichtlich ist der Einsatz der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zusammen mit der Schaltung 28D insbesondere dann angemessen, wenn nur eine einzige Einrichtung zur Steuerung der Impulsbreite eingesetzt werden soll, um die Lampe 12 zu steuern.

In Fig. 4 ist die Leistungsfaktor-Steuerschaltung 20 zusammen mit den Hauptbauteilen des Netzteils (hier 22A) dargestellt. Die Schaltung 20 ist mit dem Netzteil 22A in Reihe an das Netz geschaltet, wobei die Schaltung 20 zwischen den spannungsführenden Leiter 50 und die Leitung 52 geschaltet ist, während das Netzteil 22A zwischen die Leitung 52 und den neutralen Leiter 48 geschaltet ist (beim 110 V Stromnetz). In der Schaltung 20 sind eine Spule 430 sowie ein Kondensator 432 vorgesehen, die parallel geschaltet sind und geeignete Reaktanzen derart aufweisen, daß die Resonanz-Frequenz mit der dritten Harmonischen der Netzfrequenz übereinstimmt. Das Netzteil 22A weist eine ein­ richtung 440 zum Gleichrichten der Versorgungsspannung sowie eine Einrichtung 442 zum Glätten des Stromes auf, so daß eine Gleichspannungsquelle bereitsteht. Selbst­ verständlich können die Einrichtungen 440 zum Gleich­ richten auch die Spannung steuern, beispielsweise mittels eines Transformators, um das durch das Netzteil 22A erzeugte Potential in gewünschter Weise einzustellen. Weiterhin kann die Einrichtung 442 zum Filtern zwei Spulen aufweisen, von denen jede mit einem betreffenden Anschluß der Leitung 42 bzw. 44 in Reihe zwischen die Gleichrichteinrich­ tung 440 und dem Rest der Filtereinrichtung 442 geschaltet ist, oder aber eine einzige Spule ist mit der Leitung 52 in Reihe zwischen die Schaltung 20 und die Gleichrichtereinrichtung 440 geschaltet. In diesem Falle ist die Schaltung 20 besonders vorteilhaft, wenn die Spule eine Induktivität aufweist, die geringer ist als die kritische Induktivität des Netzteils. Obwohl im Ausführungsbeispiel im Netzteil 22A ein herkömmlicher Spannungsverdoppler gewählt wurde, versteht sich, daß auch jede andere geeignete Anordnung eingesetzt werden kann.

Fehlt die Schaltung 20, so entzieht das Netzteil 22A dem Versorgungsnetz Strom der synchron zu den Spannungsspitzen (des Netzes) verläuft, so daß Schwie­ rigkeiten bezüglich der Leistungsfaktoren und der Ver­ zerrung der dritten Harmonischen auftreten. Ist die Schaltung 20 hinzugefügt, so werden diese Schwierigkeiten zumindest reduziert, wenn nicht gar völlig aus­ geschaltet. Die Schaltung 20 schafft eine automatische Synchronisation der Impedanzgröße mit der Leistungsaufnahme des Netzteils 22A, um den durch das Netzteil entnommenen Strom zu begrenzen. Durch geeignete Dimensionierung von Spule 430 und Kondensator 432 kann die Güte des Dämpfungsgliedes dem Netzteil 22A angepaßt werden, um Schwierigkeiten bezüglich des Leistungsfaktors zu eliminieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Spule eine Induktivität von etwa 78 mH und der Kondensator eine Kapazität von etwa 10 MF.

Claims (6)

1. Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen zum Steuern der Leistungsaufnahme derselben, enthaltend:

• - ein Netzteil (22), das zwischen zwei Ausgangsanschlüssen (44, 42) eine Gleichspannung und an einem weiteren Ausgang (46) ein Bezugspotential bereitstellt,
• - zwei in Reihe zwischen die erstgenannten Ausgangsanschlüsse (44, 42) des Netzteils (22) geschaltete Transistoren(24, 26), die abwechselnd die an den Ausgangsanschlüssen (44, 42) des Netzteils (22) erzeugte Spannung auf einen gemeinsamen Verbindungspunkt (56) durchschalten,
• - eine Strombegrenzungsschaltung (28), die in Reihe mit der Gasentladungslampe (12) zwischen dem genannten Verbindungs­ punkt (56) und dem dritten Ausgangsanschluß (46) des Netzteils (22) geschaltet ist, und
• - einen Impulsgenerator (30) mit zwei Ausgängen (52, 64), die mit den Steuerelektroden der genannten Transistoren (24, 26) verbunden sind, enthaltend:
  • - einen spannungsgesteuerten Oszillator (72) und eine mit dessen Ausgang verbundene monostabile Kippstufe (74), die von dem Ausgangssignal des Oszillators (72) getriggert wird und Impulse steuerbarer Breite mit der Frequenz des Oszillatorausgangssignals abgibt,
  • - eine erste Steuerschaltung (80), die mit der Gasentladungs­ lampe (12) verbunden ist und deren Spannung überwacht und auf den spannungsgesteuerten Oszillator (72) im Sinne einer Frequenzänderung zur Beeinflussung der Leistungsaufnahme der Gasentladungslampe (12) einwirkt,
  • - eine zweite Steuerschaltung (82), die aus dem Lampen­ strom ein Signal zum Steuern der Breite der Impulse der monostabilen Kippstufe (74) zur Beeinflussung der Leistungsaufnahme der Gasentladungslampe (12) erzeugt,
  • - eine Frequenzteilerschaltung (76), die von dem Oszillatorausgangssignal getaktet wird und ein Signal mit der Hälfte der Frequenz des Oszillatorsausgangssignals abgibt, und
  • - einen Impulssteuerkreis (78), dem die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufe (74) und das Ausgangs­ signal der Frequenzteilerschaltung (76) zugeführt sind und der an den zwei Ausgängen (52, 64) des Impuls­ generators (30) abwechselnd Steuerimpulse für die Transistoren (24, 26) erzeugt, die voneinander durch Totzeiten getrennt sind.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, bei dem die Strombegrenzungsschaltung (28) eine Reaktanz (312; 332; 340, 342) enthält.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Strombegrenzungsschaltung (28) eine Spule (330) enthält, die zwischen die gemeinsame Verbindungsstelle (56) der Transistoren (24, 26) und den dritten Ausgangsanschluß (46) des Netzteils (22) geschaltet ist.

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, bei dem das Reaktanzelement ein Kondensator (332) ist und einer der zwei erstgenannten Ausgangsanschlüsse (44, 42) des Netzteils (22) mit dem weiteren Ausgang (46) galvanisch verbunden ist.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, bei dem die Strombegrenzungsschaltung (28B) einen Transformator (320) aufweist, der die Gasentladungslampe (12) mit der gemeinsamen Verbindungsstelle (56) der Transistoren (24, 26) und dem weiteren Ausgang (46) des Netzteils (22) verbindet.

6. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Parallelschwingkreis (20) in Serie mit dem einen Eingang des Netzteils (22) geschaltet ist, der eine Resonanz­ frequenz hat, die zwischen der zweiten und der vierten Harmonischen der Netzfrequenz liegt.