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''Schaltungsanordnung zum Zünden, Steuern und Betrieb einer Gasentladungslampe"
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden, zur Steuerung und zum
Betrieh einer Gasentladungslampe mit einer Vorschaltdrossel im Lampenstromkreis
und mit einem über eine Gleichrichterbriicke Steuerimpulse liefernden Steuerkreis,
der einen Thyristor, der über einen Schwellwertschalter, einen Begrenzungswiderstand
und einen Ladekondensator gezündet wird, aufweist.
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Bekanntlich weisen Schaltungsanordnungen der eingangs genanntes Art
nehen einer Vorschaltdrossel einen Zündtransforr:iator und ein angesteuertes Halbleiterventil
auf, mittels den die Pri= märwicklung des Zündtransforraators mit Zündimpulsen versorgt
wird. Diese werden über die Sekundärwicklung auf Zündspannung hochtransformiert.
Uenn die Entladungslarape brennt, dann ist die Spannung, die auf den Zündkreis wirkt,
so gering, daß das 1Ialbleiterventil nicht mehr durchgeschaltet wird, so daß die
Zündimpulse ausbleiben. Die Schwierigkeiten derartiger Schaltungsanordnungen liegen
in der Beherrschung der Vorheiz= zeit und der Startspannung. Daneben treten auch
Probleme beim automatischen Abschalten einer defekten Entladungslampe auf.
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Auch ist der Lfchteinsatz von Entladungslampen, die nittels einer
solchen bekannten Schaltung gezündet werden, hart und plötzlich; häufig wird die
Entladungslampe mehrmals gezündet.
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Dadurch verringert sich deren Lebensdauer beträchtlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaf fen,
bei welcher die Nachteile bekannter Schaltungen vermieden werden und bei welchem
der Startvorgang nur ein einziges -lal durchgeführt wird, und bei welcher der Lichteiiisatz
weich, d.il.
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innerhalh einer gewissen Zeitdauer erfolgt. Ferner soll durch die
Schaltungsanordnung die Lebensdauer einer Gasentladungs= lampe verlängert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgma..ß dadurch gelöst, daß parallel zum
Ladekondensator ein steuerbarer Widerstand geschaltet ist, mittels dem zusammen
mit dem SchJellwertschalter und dem Ladekondensator der Ph asenans chni tt swinke
1 des Thyristors veränderbar ist, und daß parallel zur Lampe ein Kondensator eingeschaltet
ist.
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Dabei ist der steuerbare Widerstand vorteilhaft als Potentio= meter
ausgeführt, der zwischen den Verbindungspunkten Lade= kondensator und Schwel lwertschalter
und zwischen zwei als Spannungsteiler wirkenden Widerständen, welche sich parallel
zum Thyristor befinden, geschaltet sind. Vorteilhaft ist der eine Widerstand des
Spannungsteilers als Zenerdiode ausge= bildet; und durch entsprechende Wahl des
Widerstandswertes des anderen Widerstandes ist die Grundhelligkeit des Gasentladungs=
lampe einstellbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der steuerbare Wider
stand als parallel zu dem Ladekondens ator geschalteter Steuerkreis mit einem Steuerwiderstand
und einen Transistor in Reihe geschaltet, dessen Basis zwischen zwei Spannungs teilerwiderständen
zu denen sich parallel ein Kondensator hoher Kapazität befindet, anliegt, wobei
als Spannungsquelle für den Kondensator hoher Kapazität ein Kathodenwiderstand dient.
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In weiterer Ausführung ist zur Meldung der-Lampenspannung ein Ladewiderstand
zwischen die Anode des Thyristors und dem Kondensator hoher Kapazität geschaltet.
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Darüberhinaus kann zwischen den Ladewiderstand und den Konden= sator
hoher Kapazität ein Trimmer geschaltet sein.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dient in ihrer ersten Ausführungsform
dazu, den Lichteinsatz zu steuern. Das ge= schiebt einmal dadurch, daß durch Verstellen
des Potentio= meters der Phasenanscnittswinkel manuell verstellbar ist.
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Bei der zweiten Ausführungsform - bei Einsatz der Steuer= schaltung
mit Transistor - ist der Lichteinsatz automatisch; die Zeitdauer, bis die Entladungslampe
brennt, ist dadurch einstellbar, daß die Spannungsteilerwiderstände entsprechend
ausgelegt werden.
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Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß
die Entladungslampe durch die Schaltungsanordnung nur einmal gestartet wird. Durch
die langsame Aufladung des Kon= densators hoher Kapazität und die damit verbundene
Verände= rung des Zündwinkels des Thyristors wird die Entladungslampe nicht plötzlich
mit der vollen Spannungszeitfläche beauf= schlagt. Auch werden die*Lampenelektroden
genügend vorgeheizt, ohne daß Startspannungen größerer Intensität anliegen. Dadurch
wird die Lebensdauer entscheidend verlängert, Als weiterer Vorteil ist zu schen,
daß bei der Anwendung einer Lampe, die init der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
betrieben wird, die Augen geschont werden.
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Der Zeitpunkt der Abschaltung der Zündimpulse durch Sperren des Thyristors
ist auch abhängig davon, ob die Spannung, die vom etz herkommt, über oder unterhalb
der Auslegungsspannung für die Schaltungsanordnung liegt. Bei Uherspannungen ist
die Vorheizzeit der Elektroden kürzer, der Thyristor sperrt nach kürzerer Zeit,
und bei Unterspannungen ist die Vorheizzeit
länger. Gerade hier
liegt ein wesentlicher Vorteil, denn dadurch kann es nicht vorkommen, daß die Entladungslampe
zündet, obwohl die Elektroden noch nicht ausreichend vorgeheizt sind.
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Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind
in beiliegender Zeichnung dargestellt. Anhand dieser soll die Erfindung selbst näher
erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und zum
Betrieb Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für eine Gasentladungslampe mit einem gesteuerten
Lichteinsatz.
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Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 weist im Lampenstronkreis eine
Entladungslampe 1 und eine Vorschaltdrossel 2 auf. Parallel zur Entladungslampe
1 befindet sich der Steuer- bzw. Zündkreis.
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Aufgrund einer Gleichrichterbrücke 3 erhält der Thyristor 4 einen
Gleichstrom, so daß er in jeder Halbwelle einen Strom= fluß erlaubt. Die Phasenanschnittssteuerung
des Thyristors 4 geschieht mit einem Steuerkreis mit einem Diac 5 und einem Ladekondensator
6. Parallel zu dem Ladekondensator ist ein mit I bezeichneter steuerbarer Widerstand
(gestrichelt fein= gezeichnet) geschaltet. Dieser ist folgendermaßen aufgebaut:
an einem im Stromkreis des Thyristors 4 liegenden Kathoden= widerstand 7 wird eine
Spannung erzeugt, die über einen Wi= derstand 8, einen Kondensator 9 mit hoher Kapazität,
der als Elektrolydkondensator ausgebildet ist, langsam auflädt.
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Ein Transistor 10 liegt mit seiner Basis zwischen zwei Span= nungsteilerwiderständen
11 und 12, für die der Kondensator 9 als Stromquelle dient. Der Emitter steht an
der Minusseite der Gleichrichterbrücke 3 mit dem Kondensator 9, dem Spannung teilerwiderstand
11 und Ladekondensator 6 in Verbindung.
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Der Kollektor liegt in Reihe mit einem Anpassungswiderstand 13 an
dem Knotenpunkt von Diac 56 Ladekondensator 6 und einem Begrenzungswiderstand 14,
dessen andere Seite mit der Anode des Thyristors verbunden ist. Enn Ladewiderstand
15 liegt
zwischen der Anodenleitung des Thyristors 4 und dem Verbin=
dungspunkt Kondensator 9/SpannungsteilerwiderstaDd 12. Parallel zu dem Thyristor
4 und zu der Gleichrichterbrücke 3 befindet sich ein Kondensator 16.
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Die Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 sei wie folgt beschrieben:
Uber die Gleichrichterbrücke 3 fließt ein gleichgerichteter Strom aus dem Netz über
den Begrenzungswiderstand 14 und lädt den Ladekondensator 6 auf. Nach Erreichen
der Schwellspannung des Diacs 5 schaltet der Thyristor 4 durch. Dabei beträgt der
Stromflußwinkel z.B. 175°. Der dann über den Widerstand 7 fließende Strom-erzeugt
eine Spannung, durch welche sich der Kondensator 9 langsam auflädt. Wenn die Schwellspannung
der Basis- Emitterstrecke des Transistors 10 erreicht und überschritten ist, dann
schaltet der Transistor 10 langsam durch. Dadurch fließt ein Teil des Stromes, der
zur Aufladung des Ladekondensators 6 bestimmt ist, über den Steuerwiderstand 13
und den Transistor 10. Der Ladekondensator 6 lädt sich dadurch Langsamer auf, so
daß der Zündzeitpunkt des Thyristors 4 verändert wird. Die Sperrzeit des Thyristors
4 wird langsam vergrößert; der Lampenstrom bzw. die Lampenspannungszeitfläche steigt
dadurch langsam an. Dieser Vorgang dauert solange, bis der Transistor 10 voll durchgeschaltet
ist. Dann sperrt der Thyristor 4; an der Entladungslampe 1 steht die volle Spannung
bzw. der volle Strom an. Für die Erhaltung dieses Zustandes sorgt der Kondensator
zusammen mit dem Ladewider= stand 15.
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Wird die Lampe 1 abgeschaltet, so entlädt sich der Konden= sator 9
schnell über die Spannungsteilerwiderstände 11 und 12 und den Widerstand 8.
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Die hohen Spannungen, die zur Zündung der Entladungslampe 1 benötigt
werden, entstehen auf folgende Weise: Während der ersten Phase der Vorheizung ist
der Strolflu3= insel etwa 175° und der Spannungsabfall über der, Thyristor und dem
Widerstand 7 beträgt ca. 7 Volt. Diese Spannung liegt auch an dein Kondensator 16
an. Unterschreitet der Vorheiz= strom den Ilaltestron des Thyristors 4, dann gellt
dieser in den Sperrzustand. Durch die Drossel besteht eine Phasenversc'lie= bung
zwischen Strom und Spannung, so daß im Abschaltaugenblick eine Spannung von etTIa
300 V an der Lampe vorhanden ist. 11it dieser Spannung wird der Kondensator 16 aufge'aden.
Durch die Aufladung entsteht ein Stromimpuls, dessen Anstieg von der Kapazität des
Kondensators 16 in Abstimmung mit der Drossel 2 abhängt. Die durch diesen kurzen
Stromstoß in die Drossel eingebrachte Energie erzeugt über der Lampe 1, die parallel
zum Kondensator 16 liegt, eine Spannungsüberhöhung, die die Zündung, d.h. die Ionisation
der Lampenstrecke begünstigt.
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Die Höhe dieser Spannungsüberhöhung hängt also von der Kapazi= tät
des Kondensators 16 ab, und kann theoretisch 2x U erreichen.
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Zweckntßig eist der Kondensator 16 eine Kapazität von 47 nF auf. Darum
beträgt die Spannungsüberhöhung an der Lampe 1 500 V.
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Schaltet man den Ladewiderstand 15 einen Trimmer (nicht ge zeichnet)
in Reihe, so wird bei einem bestimmten Widerstandswert von Ladewiderstand 15 und
Trimmer der Ladestrom des Kondensators 9 so klein, daß die Schaltung instabil wird.
Auf diese Weise erhält man ein Blinken der Entladungslampe.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der sich parallel zu dem
Thyristor 4 ein Widerstand 18 und eine Zenerdiode 19 als Spannungsteiler befinden.
Zwischen diesen heiden führt ein Strompfad zu dem Verbindungspunkt Ladekondensator
6/ Diac 5, der ein Potentiometer 20 enthält. Durch Verstellen dieses Potentiometers
20 kann die Lampenhelligkeit in beliebiger Weise c3eregelt werden. Das liegt daran,
daß das Durchschal= ten des Diac 5 zeitlich verändert wird. Um den Entladestrom
des
Kondensators 16 zu begrenzen, ist ein Widerstand 17 in Reihe mit ihn geschaltet.
Dieser ist so ausgelegt, daß er die Zündimpulse nicht beeinträchtigt. Je nach Auslegung
des Wider standes 18 des Spannungsteilers kann die Grundhelligkeit der Entladungslampe
1 eingestellt werden.