DE3438003A1

DE3438003A1 - Schaltungsanordnung zum wechselstrombetrieb von gasentladungslampen

Info

Publication number: DE3438003A1
Application number: DE19843438003
Authority: DE
Inventors: Hans-Günther 5190 Stolberg Ganser; Ralf Dr. 5100 Aachen Schäfer; Hans-Peter Dr. 5190 Stolberg Stormberg
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-04-17
Also published as: JPS6172000U

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 84-146

Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb von Gasentladungslampen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb von Gasentladungslampen, bei der die Lampe in Reihe mit einem Strombegrenzer und einer Leistungsverminderungsschaltung an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, wobei die Leistungsverminderungsschaltung ein Zweirichtungshalbleiterschaltelement besitzt, dem ein Kondensator in Reihe mit einem Widerstand parallel geschaltet ist. Als Strombegrenzer kann ein ohmscher Widerstand, eine Drosselspule oder ein elektronisches Vorschaltgerät benutzt werden.

Bei derartigen Schaltungsanordnungen bewirkt die Leistungsverminderungsschaltung eine Phasenanschnittsteuerung der Lampe, wodurch eine Helligkeitsregelung der Lampe (DE-OS 31 49 311) bzw. die Verwendung eines für kleinere Versorgungsspannungen ausgelegten Strombegrenzers (DE-GS 27 39 043) ermöglicht wird. Als Zweirichtungshalbleiterschaltelement kommt entweder ein Triac oder ein Sidac (Zweirichtungs-Thyristordiode fur hohe Leistung)

2Q (vgl, DE-QS 31 49 311 und US-PS 38 66 088) in Frage.

Eine obige Schaltungsanordnung mit einem Triac ist aus der US-PS 37 81 595 bekannt. Ohne die Parallelschaltung des Kondensators und des Widerstandes besteht die Gefahr, daß der Triac, insbesondere wenn er mit einer großen Drosselspule als Strombegrenzer in Reihe liegt, durch hohe Spannungsspitzen bzw. steile Stromanstiege zerstört wird. Durch die Parallelschaltung eines Kondensators wird erreicht, daß der Stromanstieg über dem Triac nicht unmittelbar erfolgt, sondern mit einer gewissen Zeit-

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konstante. Hierdurch wird die Sperrspannung bzw. die zulässige Stromsteilheit des Triacs nicht überschritten. Wird in derartigen Schaltungen anstelle des Triacs ein Sidac-Schaltelement benutzt, so besteht keine Möglichkeit, den Durschlagzeitpunkt (Phasenanschnittswinkel) mittels einer Steuerelektrode wie beim Triac zu verändern. In diesem Fall erfolgt der Durchschlag, sobald die Spannung über dem Sidac dessen Durchschlagspannung erreicht. Somit dient hier die durch die parallel geschaltete RC-Kombination erfolgende Verzögerung des Spannungsanstiegs zur Festlegung der Auszeit des Sidacs. Die Länge der Auszeit wird durch die Größe des Kondensators sowie die Durchschlagspannung des Sidacs bestimmt. Der mit dem Kondensator in Reihe liegende Widerstand dient dazu, den Lade- und Entladestrom des Kondensators zu begrenzen, um eine Überlastung des Triacs bzw. Sidacs durch den Entladestrom zu verhindern. Der Widerstand dient somit als Strombegrenzungswiderstand. Da sich der Kondensator beim Leitendwerden des Triacs bzw. Sidacs über diesen und den Widerstand jeweils vollständig entlädt, wird die im Kondensator gespeicherte Energie im Widerstand in erhebliche Wärme umgewandelt. Diese Verlustwärme bedingt einmal einen höheren Energieverbrauch der Schaltungsanordnung und ist darüber hinaus hinderlich, wenn die Schaltungsanordnung in einem Lampensockel oder Lampenfuß untergebracht werden soll, da in diesem Fall eine Zerstörung der Bauelemente durch zu hohe Temperaturen möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb von Gasentladungslampen mit einer Leistungsverminderungsschaltung mit einem Zweirichtungshalbleiterschaltelement zu schaffen, bei der die durch den dem Zweirichtungshalbleiterschaltelement zusammen mit einem Kondensator

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parallel geschalteten Widerstand verursachten Verluste möglichst gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Widerstand ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) ist.

Wie bereits ausgeführt, entlädt sich nach dem Leitendwerden des Zweirichtungshalbleiterschaltelementes der parallel geschaltete Kondensator über dieses Schaltelement und den VDR-Widerstand. Während dieser Vorgang bei Verwendung eines ohmschen Widerstandes bis zur vollständigen Entladung des Kondensators abläuft, tritt bei einem VDR-Widerstand nur so lange eine Entladung auf, bis die köndensatorspannung etwa auf die Widerstandspannung bei 1 ittA abgesunken ist. Die Spannung des VDR-Widerstandes bei 1 mA soll daher unterhalb der Durchschlagspannung des Zweirichtungshalbleiterschaltelementes liegen. Bei Spannungen in der Umgebung bzw. unterhalb der erwähnten Viiderstandspännung tritt nur noch ein sehr geringer Strom (^ 1 m&) durch den VDR-Widerstand auf, so daß eine weitere Entladung des Kondensators unterbunden wird. Der Kondensator bleibt somit immer etwa auf dem Wert der erwähnten Widerstaridspannung geladen, so daß eine wesentlich geringere Ehergiemenge im VDR-Widerstand in Verlustwärme umgewandelt werden muß.

Mit der bisher geschilderten Schaltungsanordnung läßt sich bei einem Sidac nur eine feste, vorher einstellbare Auszeit des Zweirichtungshaibleiterschaltelementes und damit nur eine feste Leistungsverminderung der Lampe erreichen. Soll die Lampenleistung veränderbar gemacht werden, so kann gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung ein veränderbarer ohmscher Widerstand in Reihe mit dem VDR-Widerstand und/oder parallel zum Zweirichtungshalbleiterschalt-

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element geschaltet werden. Mittels dieser Potentiometer-Widerstände läßt sich die Lampenleistung in gewissen Grenzen einstellen.

Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb einer Gasentladungslampe mit einer Drosselspule als Strombegrenzer und einer Leistungsverminderungsschaltung mit einem Sidac,

Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,
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Fig. 3 eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Schaltungsanordnung, deren Leistungsverminderungsschaltung mit einem Triac bestückt ist.

In Fig. 1 sind mit A und B Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselstromnetz von z.B. 220 V, 50 Hz bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist über eine als Strombegrenzer wirkende Drosselspule 1 eine Gasentladungslampe 2 angeschlossen. Zwischen die Drosselspule 1 und die Lampe 2 ist eine Leistungsverminderungsschaltung eingefügt, die aus einem Sidac 3 (Zweirichtungsthyristordiode für hohe Leistung) besteht, dem ein Kondensator 4 in Reihe mit einem spannungsabhängigen Widerstand 5 (VDR) parallel geschaltet ist.

Es wird nunmehr die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung beschrieben, wobei zunächst der Fall betrachtet

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wird, bei dem die Parallelschaltung aus Kondensator 4 und VDR-Widerstand 5 fehlt. Im Nulldurchgang des Netzwechselstromes geht der Sidac 3 in seinen nichtleitenden Zustand über, sobald sein Haltestrom unterschritten wird. Da hierdurch der Stromfluß aus dem Wechselstromnetz "über die Drosselspule 1 mit der Induktivität L zur Lampe 2 unterbrochen wird, tritt am Sidac 3 eine hohe Spannung auf, die im allgemeinen über der Durchschlagspannung des Sidacs liegt und diesen damit sofort wieder in seinen leitenden Zustand versetzt. Deshalb ist mit einer solch einfachen Schaltung keine ausreichende Auszeit (Phasenanschnittswinkel) im Stromnulldurchgang erreichbar, um die erforderliche Helligkeitsregelung der Lampe zu bewirken. Dies kann nun dadurch erreicht werden, daß parallel zum Sidac 3 ein Kondensator 4 mit der Kapazität C geschaltet wird, wodurch der Spannungsanstieg über dem Sidac 3 nicht unmittelbar erfolgt, sondern mit einer durch das Produkt \/ΤχΓ gegebenen Zeitkonstante, wobei L die Induktivität des Strombegrenzers bezeichnet. Hierdurch wird die Durchschlagspannung des Sidacs 3 je nach Dimensionierung erst nach einer Auszeit von etwa 0,5 bis 2,5 ms wieder erreicht und damit eine Helligkeitsregelung der Lampe 2 ermöglicht. Die Länge der Auszeit wird dabei durch die Größe des Kondensators 4 sowie die Durchschlagspannung des Sidacs 3 bestimmt. Durch den mit dem Kondensator 4 in Reihe liegenden Widerstand 5 wird eine Begrenzung des Lade- und Entladestromes des Kondensators 4 erreicht, da anderenfalls der Sidac 3 durch den Entladestrom des Kondensators 4 überlastet werden würde. Insbesondere während des Entlade-Vorganges wird die im Kondensator 4 gespeicherte Energie im Widerstand 5 in wärme umgewandelt. Zur Verminderung dieser Wärmeverluste wird ein spannungsabhängiger Widerstand 5 verwendet, dessen Widerstandspannung bei 1 mA unterhalb der Durchschlagspannung des Sidacs 3 liegt.

Durch den VDR-Widerstand 5 wird somit eine vollständige

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Entladung des Kondensators 4 vermieden, da der VDR-Widerstand hochohmig wird, sobald der Kondensator 4 beim Entladen die Widerstandspannung bei 1 mA unterschreitet. Die Kondensatorspannung sinkt somit nicht wesentlich unter den Wert der Widerstandspannung bei 1 mA.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erlaubt nur eine einzige, vorher einstellbare Auszeit und damit nur eine feste Leistungsverminderung der Lampe 2. Eine veränderbare Leistungsverminderung läßt sich in den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 2 und 3 erreichen. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 liegt mit dem spannungsabhängigen Widerstand 5 ein veränderbarer ohmscher Wider-

stand 6 in Reihe. Bei Veränderung dieses Potentiometerwiderstandes 6 ändert sich auch die Leistungsaufnahme der Lampe 2. Der Wert des Potentiometerwiderstandes 6 liegt etwa in der Größenordnung des mittleren Widerstandswertes, den der VDR-Widerstand 5 im dargestellten Betrieb annimmt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist ein veränderbarer ohmscher Widerstand 7 parallel zum Sidac 3 geschaltet. Sein Widerstandswert ist groß gegenüber der effektiven Impedanz der Drosselspule 1. Durch Veränderung des Wertes des Potentiometerwiderstandes 7 - wobei dieser Wert jedoch immer noch groß gegenüber der Impedanz der Drosselspule 1 bleiben muß - läßt sich die Lampenleistung ebenfalls verändern.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist die Leistungsverminderungsschaltung mit einem Triac 8 ausgerüstet, der zwischen die Drosselspule 1 und die Lampe 2 geschaltet ist. Die Steuerelektrode des Triacs 8 ist über eine Triggerdiode 9 (Diac) mit einem Ladekondensator 10 verbunden, der wiederum über einen Ladewiderstand 11 aufge-

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laden wird. Wenn die Spannung über der Serienschaltung des Ladewiderstandes 11 und des Ladekondensators 10 während einer Halbwelle des Netzwechselstromes ansteigt, wird der Ladekondensator 10 aufgeladen, bis die Durchschlagspannung des Diacs 9 erreicht wird und dieser in den leitenden Zustand übergeht. Hierdurch wird der Ladekondensator über die Steuerelektrode des Triacs 8 entladen, so daß dieser ebenfalls leitend wird und ein Stromfluß* durch die Lampe 2 erfolgt. Beim nächsten Nulldurchgang des Netz-Wechselstromes wird der Triac 8 wieder nichtleitend; der gesamte Vorgang wiederholt sich in den Folgeperioden. Der Phasenwinkel, bei dem der Triac 8 leitend wird, hängt von der Durchschlagspannung des Diacs 9 sowie der Große des Ladewiderstandes 11 und des Ladekondensators 10 ab.

Damit der Triac 8, insbesondere wenn er mit einer großen Drosselspule 1 in Reihe liegt, durch hohe Spannungspitzen bzw. steile Stromanstiege nicht zerstört werden kann, ist parallel zum Triac 8 die Reihenschaltung aus dem Kondensator 4 und dem VDR- Widerstand 5 geschaltet. Auch hierbei wirkt der VDR-Widerstand 5, wie anhand der Schaltungsanordnung nach Fig.1 beschrieben wurde.

Bei praktischen Ausführungsbeispielen wurde eine 70 W-Natriumhochdruckentladungslampe mittels einer Drosselspule für eine 125 W-Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe betrieben. In diesem Fall wurden folgende Bauelemente benutzt:

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Sidac 3:

Triac 8: Diac 9: VDR-Widerstand 5:

Kondensator 4: Kondensator 10: Widerstand 11: P ot ent i omete rwiderstand 6: Potentiometerwiderstand 7:

K1V26 der Firma Shindigen Durchschlagspannung 240 V BT 151 der Firma Valvo BR 100 der Firma Valvo ZnO-Varistor 2322 595 der Firma Valvo

Varistorspannung bei 1 mA: 110V

0_r56 ^aF

22 nF

22 kOhm

0 bis 500 Ohm

1 kOhm bis

Dabei ergab sich eine Lampenleistung von 68 W, während sich ohne Leistungsverminderungsschaltung eine Leistung von 110 W einstellte.

Die beschriebene Leistungsverminderungsschaltung läßt sich vorteilhaft kombinieren mit einem Überlagerungszünder (vgl. DE-OS 31 08 54J7) bzw. mit einem Antennenzünder

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(vgl. DE-OS 31 09 539). In diesen Fällen ist es allerdings erforderlich, zumindest den Stoßkondensator des überlagerungs- bzw. Antennenzünders zwischen dem Strombegrenzer und der Leistungsverminderungsschaltung anzuschließen.

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Claims

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PATENTANSPRÖ CHE

Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb von Gasentladungslampen, bei der die Lampe in Reihe mit einem Strombegrenzer und einer Leistungsverminderungsschaltung an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, wobei die Leistungsverminderungsschaltung ein Zweirichtungshalbleiterschaltelemnt besitzt, dem ein Kondensator in Reihe mit einem Widerstand parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand ein spannungsabhängiger Widerstand (5) (VDR) ist.
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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem spannungsabhängigen Widerstand (5) außerdem ein veränderbarer ohmscher Wider- stand (6) in Reihe liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zweirichtungsschaltelement (3) außerdem ein veränderbarer ohmscher Widerstand (7) parallel geschaltet ist.