DE2323011C3

DE2323011C3 - Schaltungsanordnung zur Zündung und zum Betrieb einer Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE2323011C3
Application number: DE2323011A
Authority: DE
Inventors: Claude Evreux-St.-Michel Mothiron; Michel Evreux Remery
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-08
Publication date: 1980-12-04
Also published as: IT985863B; DE2323011A1; AR200868A1; SE383246B; ATA404373A; JPS4949480A; NL7306303A; DK134540B; ES414478A1; JPS5815918B2; DK134540C; AT350664B; DE2323011B2; GB1418080A; US3875459A; CA1026817A; CH569399A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zündung und zum Betrieb einer mit vorheizbaren Elektroden versehenen Gasentladungslampe, mit zwei Eingangsklemmen, die an eine Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz anschließbar und Jurch eine Reihenschaltung wenigstens einer Stabilisierungsinduktivität und der Lampe miteinander verbunden sind, während die von der Wechselspannungsquelle abgekehrten Enden der Lampenelektroden durch einen steuerbaren Halbleiierschalter miteinander verbunden sind, wobei die Steuerelektrode des Halbleiterschalters mit einem Steuerkreis verbunden ist, der während des Zündvorgangs wenigstens in jeder zweiten Halbwelle der Wechselspannung eine Steuerspannung an die Steuerelektrode abgibt, so daß der Halbleiterschalter leitend wird.

Eine mit vorheizbaren Elektroden versehene Gasentladungslampe ist z. B. eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe.

Zur Erläuterung des Zündvorgangs der Lampe sei bemerkt, daß dieser zum Zeitpunkt anfängt, zu dem die Anordnung an die Wechselspannungsquelle angeschlossen wird und mit der endgültigen Zündung der Lampe endet.

Eine bekannte Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der französischen Patentanmeldung 20 41 024 -to bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Halbleiterschalter ein Thyristor oder ein Triac, der — während des Zündvorgangs der Entladungslampe — in jeder geeigneten Halbperiode der Wechselspannungsquelle leitend gemacht wird, wodurch ein Vorheizstrom die Lampenelektroden durchfließen kann, bis die Lampe zündet.

Die Zuverlässigkeit des Startvorgangs der Entladungslampe bei dieser bekannten Anordnung ist zwar größer als bei einem allgemein bekannten, mit beweglichen Kontakten versehenen Glimmstarter, bei dem ein für die Zündung der Lampe ausreichender Spannungsstoß nur dann zustande kommt, wenn der Starter den Vorheizstrom dann unterbricht, wenn dessen Momentanwert hinreichend groß ist; dem steht aber der Nachteil gegenüber, daß der Thyristor oder Triac jeweils zu dem Zeitpunkt nichtleitend wird, zu dem der ihn durchfließende elektrische Strom praktisch Null ist. Infolgedessen kann in der bekannten Anordnung keine die Lampenzunc)¹"^ ordernde Spannungsspitze mit Hilfe der Stabilisierungsinduktivität, die in Reihe mit der Lampe liegt, erzeugt werden. Die Stabilisierungsinduktivität, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Kondensator, wird manchmal als Vorschaltgerät bezeichnet.

Durch das Fehlen dieser Spannungsspitze muß die Entladungslampe bei einer bekannten Anordnung bei einer Spannung, die höchstens gleich dem Scheitelwert der Spannung der Wechselspannungsquelle ist, zünden können. Diese Anforderung kann, insbesondere bei älteren Entladungslampen, nicht immer leicht erfüllt werden, wodurch die Zündung ungewiß wird. Deshalb nimmt man häufig seine Zuflucht zur Verwendung eines Vorschaltgerätes, das als Sparstreufeldtransformator ausgebildet ist Ein Nachteil eines derartigen Transformators ist jedoch, daß er die Zünd- und Setriebsanordnung für eine Entladungslampe kostspielig macht

Aus der US-PS 36 44 780 ist ferner eine Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher der Starter einen nicht steuerbaren Halbleiterschalter, der die von der Wechselspannungsquelle abgewandten Enden der heizbaren Lampenelektroden verbindet, und einen Impulsgenerator mit einem Impulstransformator und einem weiteren nicht steuerbaren Halbleiterschalter aufweist. Während des Zündvorgangs erzeugt der Impulsgenerator in jeder zweiten Ha'bwelle der Wechselspannung mehrere Impulse mit hoher Spitzenspannung zur Zündung der Lampe.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mittels einer einfachen Stabilisierungsinduktivität elektrische Spitzenspannungen über der Lampe erzeugt werden können, um diese zu zünden, wobei diese Spitzenspannungen größer als der Scheitelwert der Spannung der Wechselspannungsspeisequellesind.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Halbleiterschalter ein Transistor ist und daß der an die Basis dieses Transistors angeschlossene Steuerkreis einen Teil enthält, der wenigstens während des letzten Teiles des Zündvorganges der Lampe eingeschaltet ist und eine derartig kleine Zeitkonstante hat, daß während einer Halbperiode der Wechselspannung der Transistor mehrmals leitend und nichtleitend gemacht wird.

Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß dar als Starter dienende Schaltungsteil keine beweglichen Kontaktteile hat und daß durch die Steuerung des Transistors rasch aufeinander folgende hohe Spitzenspannungen über der Lampe erzeugt werden können, durch die die Lampe zuverlässig gezündet werden kann.

Es ist denkbar, daß bei einer Anordnung nach der Erfindung zwei oder mehrere mit vorheizbaren Elektroden versehene Entladungslampen vorgesehen sind, die z. B. nacheinander mit Hilfe des gleichen Transistorstarters gezündet werden können.

Der Steuerkreis des Transistors kann an eine eigene Spannungsquelle, z. B. an eine im Starter untergebrachte Batterie, angeschlossen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung enthält der die kleine Zeitkonstante aufweisende Teil des Steuerkreises des Transistors ein mit der Basis des Transistors verbundenes Durchschlagelement und eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes und eines ersten Kondensators, wobei das von der Transistorbasis abgekehrte Ende des Durchschlagelementes mit einem Punkt zwischen dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator verbunden und die Reihenschaltung durch den Transistor überbrückt ist, während die Kombination wenigstens des Durchschlagelementes und des ersten Kondensators durch einen zweiten Widerstand überbrückt ist, wobei sich in der Verbindung der Lampe mit dem ersten Kondensator eine Diode befindet, deren Durchlaßrichtung derjenigen des Transistors entspricht.

Hierdurch wird erreicht, daß der Steuerkreis des

Transistors auch aus der Wechselspannungsquelle gespeist werden kann, so daß sich eine im Starter untergebrachte Batterie erübrigt.

Ein weiterer Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsforni ist, daß die rasche Aufeinanderfolge der Zeitpunkte, zu denen der Transistor leitend und nichtleitend gemacht wird, um die Spannungsspitzen über der Lampe zu erzeugen, mittels eines einfachen Steuerkreises des Transistors erhalten wird. Der erste Kondensator wird dabei über die Diode und den ersten Widerstand rasch geladen und nach Erreichen der Schwellwertspannung des Durchschlagelementes wieder rasch entladen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung ist die Zeitkonstante der aus dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator bestehenden Reihenschaltung so klein, daß während des letzten Teiles des Zündvorganges der Lampe der Quotient der Frequenz des den Transistor durchfließenden Stromes und der Frequenz der Wechselspannungsquelle zwischen 10 und 10 000 und vorzugsweise zwischen 20 und 2000 liegt.

Infolge der relativ hohen Frequenz, mit der der Transistor leitend und nichtleitend gemacht wird, ist die Frequenz der Spitzenspannungen so hoch, daß die Lampe rasch zündet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, sobald die Lampe bereit ist, gezündet zu werden (ausreichend hohe Temperatur der Elektroden), sofort eine Spitzenspannung zur Zündung verfügbar ist.

Vorzugsweise liegt die Durchschlagspannung des Durchschlagelementes zwischen dem Effektivwert der Spannung der Wechselspannungsquelle und der Brennspannung der Lampe. Daher ist keine weitere Hilfsvorrichtung erforderlich, um den Starter nach der Zündung der Lampe außer Betrieb zu setzen.

Bei einer folgenden besonderen Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung ist der Steuerkreis mit einem zweiten Transistor versehen, dessen Basis mit einem Zweig eines zweiten Zeitkreises verbunden ist, dessen Zeitkonstante so groß ist, daß dieser zweite Zeitkreis erst nach mindestens einer Sekunde den Leitungszustand des zweiten Transistors ändert, wobei dieser Zweig des zweiten Zeitkreises parallel zum Zweig des ersten Zeitkreises geschaltet ist, und der Hauptelektrodenkreis des zweiten Transistors mit dem ersten Zeitkreis derart gekoppelt ist, daß infolge der erwähnten Änderung des Leitungszustandes des zweiten Transistors eine Steuerspannung an die Basis des ersten Transistors gelegt wird, die diesen ersten Transistor in den nichtleitenden Zustand bringt.

Hiermit erreicht man, daß auch dann, wenn die Gasentladungslampe versagt, der Starter nach einiger Zeit außer Betrieb gesetzt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit Hilfe des zweiten Transistors nach einiger Zeit der rasche Wechsel der Steuerspannungen an der Basis des ersten Transistors unterbrochen wird. Da hierbei der erste Transistor in den nichtleitenden Zustand gebracht wird, wird der Starter, abgesehen von einem geringen Strom durch die Steuerkreise, außer Betrieb gesetzt. Dies ist z. B. deshalb vorteilhaft, weil es weniger Funkstörung veranlaßt

Zweckmäßigerweise überbrückt hierbei der zweite Transistor den ersten Kondensator.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ge-^iäß der Erfindung sind an die von der Wechselspani.jngsquelle abgekehrten Seiten der Lampenelektroden die Eingangsklemmen einer Gleichri'-iiterbrücke angeschlossen, deren Ausgangsklemmen an die Hauptelektrodcn des ersten Transistors angeschlossen sind.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß der Transistor des Starters sowohl in den geradzahligen als auch in den ungeradzahligen Halbperioden der Wechselspannungsquelle verwendet werden kann.

Wenn gemäß einer vorerwähnten besonderen Ausführungsform der Starter zwei Transistoren aufweist, kann der Zweig des zweiten Zeitkreises eine Reihenschaltung eines dritten Widerstandes und eines zweiten Kondensators enthalten, wobei die Basis des zweiten Transistors über einen vierten Widerstand an die Verbindung zwischen dem drillen Widerstand und dem zweiten Kondensator angeschlossen ist. Dadurch ist der Zeitkreis des zweiten Transistors sehr einfach. Dies ist wichtig, weil der ganze Starter vorzugsweise in einem möglichst kleinen Raum konzentriert sein soll.

Beim letzteren Starler wird der zweite Kondensator vorzugsweise durch einen fünften Widerstand überbrückt. Dies hat den Vorteil, daß beim Ausschalten der Anordnung dieser zweite Kondensator sich über den fünften Widerstand entladen kann. Infolgedessen steht die Anordnung sehr bald wieder bereit für eine nächste Zündung der Gasentladungslampe.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist der erste Kondensator durch einen sechsten Widerstand überbrückt, während der erste und/oder der sechste Widerstand einen so großen Temperaturkoeffizienten hat, daß, nachdem diese Widerstände von einem elektrischen Strom durchflossen sind, bei nicht gezündeter Lampe die Spannung über dem ersten Kondensator niedriger als die Schwellwertspannung des Durchschlagelementes ist.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, daß auch ohne Verwendung eines zweiten Transistors der Starter sowohl dann, wenn die Entladungslampe gezündet hat als auch dann, wenn diese Lampe nicht zünden wilL außer Betrieb gesetzt wird. Dies ist darauf

AO zurückzuführen, daß ein diese in Reihe geschalteten Widerstände durchfließender Strom die Spannungsteilung dieser Widerstände derart ändert, daß am Ende sogar bei einer Spannung über der Reihenschaltung, die einer nichtzündenden Lampe entspricht, die Spannung über dem sechsten Widerstand (und somit über dem ersten Kondensator) unter der Schwellwertspannung des Durchschlagelemenles bleibt, wodurch der erste Transistor in den gesperrten Zustand gelangt. Dieser Starter enthält dabei nur einen Transistor.

Wenn der sechste Widerstand der Widerstand mit großem Temperaturkoeffizienten ist, ist er ein Widerstand mit negativem TeffiperaUirkoeifizicntcn.

Es ist denkbar, daß während des ganzen Zündvorganges der Lampe der Transistor mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz leitend und nichtleitend gemacht wird. Es ist gleichfalls denkbar, daß der Transistor während des ersten Teiles des Zündvorganges der Lampe nahezu die ganze Zeit leitend bleibt (um eine schnelle Aufheizung der Lampenelektroden herbeizuführen) und erst nachher die raschen Wechsel zwischen leitendem und nichtleitendem Zustand aufweist. Die Spitzenspannungen werden dabei erst dann erzeugt, wenn die Lampenelektroden bereits aufgeheizt worden sind. Dies verlängert in der Regel die Lebensdauer der Lampe, denn eine Zündung bei zu kalten Elektroden hat eine rasche Alterung dieser Elektroden und eine Schwärzung der Lampenwand zur Folge.

Eine besondere Ausführungsform der Anordnung

nach der Erfindung, bei der die Lampe an heißen Elektroden zünden kann und die mit dem vorerwähnten zweiten Widerstand im Steuerkreis des ersten Transistors versehen ist, ist so ausgebildet, daß auch die Hauptelektroden eines weiteren (dritten) Transistors einen Teil der parallel zum Hauptelektrodenkreis des ersten Transistors geschalteten Reihenschaltung des ersten Widerstandes und des ersten Kondensators bilden, wobei die Basis dieses weiteren Transistors an einen Zeitkreis angeschlossen ist, dessen Zeitkonstante so groß ist, daß dieser weitere Transistor erst einige Perioden nach der Einschaltung der Wechselspannungsspeisequelle leitend gemacht wird.

Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Aufladung des ersten Kondensators im Steuerkreis des ersten Transistors zunächst durch den nichtleitenden zweiten Transistor gesperrt wird. Infolgedessen wird die Steuerung des ersten Transistors zunächst im wesentlichen durch die Spannungsteilung des ersten und des zweiten Widerstandes in Verbindung mit dem Durchschlagelement bestimmt. Dieser Wert läßt sich so einstellen, daß der erste Transistor im ersten Teil des Zündvorganges der Lampe praktisch immer leitend ist. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine gute Vorheizung der Lampenelektroden.

Die letztere besondere Ausführungsform kann noch weiter dadurch verbessert werden, daß der zweite Kondensator durch einen weiteren Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten überbrückt wird. Dies hat den Vorteil, daß auch dieser Starter selbstanhaltend wird, d. h., daß nach einiger Zeit der Starter selbsttätig außer Betrieb gesetzt wird.

Die besondere Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung, die mit einem weiteren Transistor versehen ist, läßt sich auch dadurch noch weiter verbessern, daß der Steuerkreis dieses weiteren Transistors aus wenigstens einer Reihenschaltung einer zweiten Diode, eines siebenten Widerstandes und eines dritten Kondensators besteht, wobei ein Ende dieser Reihenschaltung mit einem Punkt zwischen einer der Eingangsklemmen und der an diese Klemme angeschlossenen Stabifisierungsinduktivität verbunden ist. Hierdurch läßt sich während des kurzgeschlossenen Zustandes des ersten Transistors auf einfache Weise eine Steuerspannung für den weiteren Transistor erzeugen.

Es ist selbstverständlich auch denkbar, daß während des kurzgeschlossenen Zustandes des ersten Transistors eine Steuerspannung für den weiteren Transistor mit Hilfe einer Spannung erzeugt wird, die einem anderen Teil des stromführenden Hauptelektrodenkreises des ersten Transistors entnommen wird, z. B. mii Hilfe eines Hilfssteuertransformators in diesem Hauptelektrodenkreis.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig.2 ein Spannungszeitdiagramm der Spannung zwischen den Elektroden der Lampe der Fig-1, unmittelbar nach der Einschaltung der Anordnung,

Fig.3 ein Spannungszeitdiagramm der Spannung zwischen den Elektroden der Lampe der F i g. 1, unmittelbar nach der Zündung dieser Lampe,

Fig.4 ein Spannungszeitdiagramm der Spannung zwischen den Elektroden der Lampe der Fig. 1, einige Zeit nach der Zündung dieser Lampe,

F i g. 5 eine zweite Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 eine dritte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig.7 eine vierte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, und

Fig.8 ein Spannungszeitdiagramm der Spannung zwischen den Elektroden der Lampe der F i g. 7, während und kurze Zeit nach dem Zündvorgang.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 1 und 2 die Eingangsklemmen der Anordnung, die an ein Speisespannungsnetz von 220 Volt, 50 Hz angeschlossen werden sollen. Die Klemme 1 ist über eine Stabilisierungsinduktivität 6 mit einer Elektrode 3 einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 5 verbunden. Die Klemme 2 ist mit einer Elektrode 4 dieser Entladungslampe 5 verbunden. Die Elektroden 3 und 4 der Lampe 5 sind vom vorheizbaren Typ.

Die von den Eingangsklemmen 1 und 2 abgekehrten Enden der Elektroden 3 und 4 sind an die Eingangsklemmen 7 und 8 einer Diodenbrücke (Dioden 9,10, 11 und 12) angeschlossen. Eine Ausgangsklemme 13 dieser Diodenbrücke ist an einen Leiter 15 angeschlossen. Infolge der Schaltung der Dioden hat dieser Leiter positives Potential. Eine Ausgangsklemme 14 der Diodenbrücke ist an einen Leiter 16 angeschlossen. Infolge der Schaltung der Dioden hat dieser Leiter 16 negatives Potential.

Ein erster Transistor 17 (Zündtransistor) vom npn-Typ ist zwischen die Leiter 15 und 16 geschaltet, wobei der Kollektor mit dem positiven Leiter 15 und der Emitter mit dem negativen Leiter 16 verbunden ist. Die Basis des Transistors 17 ist mit einem Widerstand 18 verbunden. Das andere Ende dieses Widerstandes ist mit dem Leiter 16 verbunden.

Der Steuerkreis des Transistors 17 enthält weiter einen Zeitkreis, der unter anderem eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 19 und eines ersten Kondensators 20 enthält. Diese Reihenschaltung verbindet die Leiter 15 und 16. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 19 und des Kondensators 20 ist über ein Durchschlagelement 21, das als ein Diac ausgebildet ist. mit der Basis des Transistors 17 verbunden.

Eine Hauptelektrode (der Kollektor) eines zweiten npn-Transistors 22 (der Abschalttransistor) ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 19 und des Kondensators 20 verbunden. Der Emitter des Transistors 22 ist mit dem Leiter 16 verbunden.

Ein zweiter dem Transistor 22 zugeordneter Zeitkreis besteht aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 23 und eines Kondensators 24. Diese Reihenschaltung verbindet die Leiter 15 und 16. Ein Verbindungspunkt des Widerstandes 23 und des Kondensators 24 is! über einen weiteren Widerstand 25 an die Basis des Transistors 22 angeschlossen. Außerdem wird der Kondensator 24 durch einen Entladewiderstand 26 überbrückt

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fi g. 1 ist wie folgt. Wenn die Klemmen 1 und 2 mit der Wechselspannungsquelle verbunden werden, bleibt die Lampe 5 zunächst erloschen. Ober die Induktivität 6 und die Diodenbrücke 9 bis 12 wird zwischen den Leitern 15 und 16 eine Gleichspannung erzeugt (Zweiweggleichrichtung).

Zunächst ist der Transistor 17 gesperrt. Der Kondensator 20 fängt an, sfch über den Widerstand 19 zu laden, bis die Spannung über dem Kondensalor den Wert der Durchschlagspannung des Diacs Zl erreicht hat. Sodann schlägt der Diac durch, und liegt .an der

Basis des Transistors 17 eine in bezug auf den Emitter positive Spannung. Dadurch wird dieser Transistor leitend, so daß die Elektroden 3 und 4 der Lampe 5 von einem Vorheizstrom durchflossen werden. Dieser Strom durchfließt den Kreis 1,6,3,9,13,17,14,12,8. In umgekehrter Richtung fließt dieser Strom von der Klemme 2 über die Elektrode 4, die Klemme 8, die Diode 11, den Transistor 17, die Klemme 14, die Diode 10, die Klemme 7, die Elektrode 3 und die Induktivität 6 zur Klemme 1. In der Lage, in der der Diac 21 Strom durchläßt, wird der Kondensator 20 entladen und zwar teilweise über den Widerstand 18. Infolgedessen gelangt bald darauf der Diac 21 wieder in den nichtleitenden Zustand. Dann sperrt auch der Transistor 17 den Strom wieder. Danach wiederholt sich der Zyklus, d. h. der Kondensator 20 lädt sich wiederum über den Widerstand 19 auf. Auf die geschilderte Weise wird der Transistor 17 sehr schnell nacheinander leitend und nichtleitend gemacht. Die während des leitenden Zustandes des Transistors 17 die Elektroden 3 und 4 durchfließenden Ströme erhitzen diese Elektroden auf eine Temperatur, bei der die Lampe zünden kann.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt werden die Spannungsspitzen, die beim Nichtleitendwerden des Transistors 17 mit Hilfe der Induktivität 6 erzeugt werden, ausreichen, um die Lampe 5 zu zünden. Nachdem die Lampe gezündet hat, wird die Steuerung des Transistors 17 noch einige Zeit aufrechterhalten. Die dabei erzeugten Spannungsspitzen zwischen den Lampenelektroden 3 und 4 sind jedoch erheblich kleiner, weil der Strom durch die Induktivität 6 jetzt nicht mehr vollständig unterbrochen wird.

Einige Zeit nach der Zündung der Lampe 5 wird der Transistor 22 leitend. Dies ist der Tatsache zu verdanken, daß im Zeitkreis mit etwas größerer Zeitkonstante (23,24) der Kondensator 24 entsprechend aufgeladen worden ist. Der leitende Zustand des Transistors 22 bedeutet einen Kurzschluß für den Kondensator 20. Infolgedessen kehrt der Transistor 17 dauerhaft in den nichtleitenden Zustand zurück. Während des Betriebszustandes der Lampe 5 bleibt die Spannung über dem Kondensator 24 erhalten.

Um nach einer Ausschaltung der Lampe 5 dennoch eine gute erneute Zündung dieser Lampe sicherzustellen, ist der Kondensator 24 der Schaltungsanordnung der F i g. 1 durch einen Widerstand 26 überbrückt, wodurch, wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ausgeschaltet wird, sich der Kondensator 24 über den Widerstand 26 entlädt. Sodann steht die Schaltungsanordnung wieder bereit für eine neue Einschaltung der Lampe 5. Das Vorhandensein des Transistors 22 und des zugeordneten Sieuerkreises sind wichtig für eine weitestgehende Vermeidung von Funkstörung.

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist, daß, wenn die Lampe 5 versagen würde, der Transistor 22 nach kurzer Zeit dennoch leitend wird und dadurch den als Starter wirkenden Schaltungsleil außer Betrieb setzt.

In den Fig. 2 bis 4 ist die Netzspannung E_n über der Zeit aufgetragen. Es ist nur eine Periode der Netzspannung dargestellt. In Fig.2 sind außerdem durch senkrechte Linien die Spitzenspannungen dargestellt, die mit Hilfe des Transistors 17 zwischen den Lampenelektroden 3 und 4 erzeugt werden. Bei einer praktischen Ausführungsform stiegen diese Spitzen bis auf 700 Volt an.

Fig.3 zeigt den Zustand nach der Zündung der Lampe, jedoch bevor der Transistor 22 leitend geworden ist. Es ist ersichtlich, daß die auch hier durch senkrechte Linien dargestellten Spitzenspannungen erheblich verringert sind.

In Fig.4 stellt die ausgezogene Linie die Spannung zwischen den Elektroden 3 und 4 in Abhängigkeit von der Zeit dar; dies ist die normale Brennspannung der Lampe.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel war die Lampe 5 eine mit einer Leuchtstoffschicht versehene

ίο Niede jckquecksilberdampfentladungslampe von 40 Watt. Die Induktivität 6 des Vorschaltgerätes betrug etwa 1 H. Der Widerstand 18 war etwa 1 kOhm. Der Widerstand 19 war etwa 15kOhm. Die Kapazität des Kondensators 20 betrug eiwa 10 nF. Der Widerstand 13 war etwa 1 MOhm. der Kondensator 24 hatte eine Kapazität von etwa 100 μ¥. Die Widerstände 25 und 26 waren je etwa 27 kOhm. Die Frequenz der Spitzenspannungen betrug etwa 25 kHz.
Je nach der Eingangsspannung zwischen den Klemmen 1 und 2 zündete die Lampe in etwa V₃ bis V₂ Sekunde. Der Transistor 22 wurde etwa 5 bis 8 Sekunden nach der Anlegung der Spannung an die Vorrichtung leitend.

Die in Fig.5 dargestellte Schaltungsanordnung ist derjenigen der F i g. 1 weitgehend ähnlich. Entsprechende Elemente sind denn auch mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Ein Unterschied der Anordnung der Fig.5 gegenüber derjenigen der Fig. 1 ist, daß der zweite Transistor 22 fehlt. Dem steht gegenüber, daß bei der Anordnung der Fig. 5 ein Widerstand 30 zugesetzt ist, der den Kondensator 20 überbrückt. Der Widerstand 30 hat einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand).

Die Wirkungsweise der Anordnung der Fig. 5 ist in erster Linie die gleiche wie die der Fig. 1. Auch hier setzt der Starter einige Zeit nach der Anlegung einer Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 aus. Dies ist im Falle der F i g. 5 darauf zurückzuführen, daß der den Widerstand 30 durchfließende Strom den ohmschen Wert dieses Widerstandes steigert, so daß der Spannungsteiler 19, 30 am Eingang derartig wird, daß über dem Widerstand 30 und somit über dem Kondensator 20 nur eine Spannung stehen kann, die kleiner als die Durchschlagspannung des Diacs 21 ist.

Der anfängliche Widerstandswert des NTC-Widerstandes 30 war erheblich niedriger, so daß anfangs der Durchschlagswert des Diacs 21 erreicht wurde. So ergibt sich die Anfangslage, bei der, ebenso wie an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde, der Transistor 17 rasch leitend und nichtleitend gemacht wird.

Es ist denkbar, daß der NTC-Widerstand 30 durch einen normalen Widerstand, d. h. einen Widerstand ohne großen Temperaturkoeffizienten, ersetzt wird. Wenn in diesem Falle die Spannungsteilung zwischen 19

■55 und diesem Widerstand derart gewählt wird, daß bei nichtgezündeter Lampe die Durchschlagspannung des Diacs 21 erreicht, bei gezündeter Lampe 5 jedoch nicht erreicht wird, wird auch bei dieser Anordnung der Starter außer Betrieb gesetzt, wenn die Lampe gezündet hat

Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch, daß der eben beschriebene Starter nicht aussetzt, wenn die Lampe 5 aus irgendeinem Grunde nicht zündet.

Fig.6 stellt eine Ausführungsform dar, die große

Ähnlichkeit mit derjenigen der F i g. 5 hat Entsprechende Elemente sind auch hier mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet Der Unterschied gegenüber der Anordnung der F i g. 5 ist, daß in der Anordnung der

23 23 Oil

F i g. 6 ein Widerstand 31 mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist. Dieser Widerstand ist mit dem Kondensator 20 in Reihe geschaltet Der Kondensator 20 wird durch einen normalen ohmschen Widerstand 32 überbrückt. Die Wirkungsweise der Anordnung der F i g. 6 ist nahezu gleich derjenigen der Fig.5. In der Anordnung nach Fig.6 hat der Widerstand 31 zunächst einen sehr niedrigen ohmschen Wert, so daß die sich über dem Kondensator 20 ergebende Spannung leicht dem Wert der Schwellwertspannung des Diacs 21 erreicht. Wenn der Widerstand 31 jedoch einige Zeit vom elektrischen Strom durchflossen worden ist, nimmt sein Widerstandswert erheblich zu, wodurch über ihm eine verhältnismäßig hohe Spannung erzeugt wird, so daß die Spannung über dem Kondensator 20 die Schweiiwenspannung des Diacs 21 nicht mehr erreichen kann. Infolgedessen wird der Starter außer Betrieb gesetzt

Auch bei der Ausführungsform der F i g. 6 setzt der Starter sowohl dann, wenn die Lampe 5 gezündet hat, als auch dann, wenn die Lampe aus irgendeinem Grunde nicht zündet, aus.

Bei Verwendung der Anordnungen der F i g. 5 und b müssen die Temperaturbedingungen der die betreffenden Starter enthaltenden Leuchten sorgfältig beachtet werden, da selbstverständlich die Umgebungstemperatur sowie die Temperatur in der Leuchte die ohmschen Werte der betreffenden Widerstände mit hohem Temperaturkoeffizienten mit beeinflussen.

Auch die Ausführungsform der Fig.7 ist der Schaltungsanordnung der Fig. 1 ähnlich. Ein Unterschied ist jedoch die Anordnung des Transistors 35 sowie die Einfügung der Diode 36 und der Anschluß des Sieuerkreises des Transistor*, 35, der aus der Diode 40, dem Widerstand 39 und dem durch einen Widerstand 38 überbrückten Kondensator 37 besteht Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß dieser Steuerkreis, namentlich das an die Diode 40 angeschlossene Ende, mit einem Punkt zwischen der Anschlußklemme 1 und der Stabilisierungsinduktivität 6 verbunden ist Weitere Elemente der Vorrichtung der Fig. 7, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, sind wieder mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. F i g. 7 zeigt weiter, ebenso wie F i g. 5, einen den Kondensator 20 überbrückenden Widerstand 30 mit negativem Temperaturkoeffizienten.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 7 weicht etwas von derjenigen der vorangehenden Figuren ab. Wenn nämlich die Klemmen 1 und 2 der Vorrichtung der F i g. 7 an eine Wechselspannungsquel-Ie von z. B. 220 Volt, 50 Hz angeschlossen werden, ist so zunächst der Kondensator 37 ungeladen, wodurch der Transistor 35 gesperrt ist Dies bedeutet, daB der Kondensator 20 nicht aufgeladen werden kann. Letzteres bedeutet seinerseits, daß die über die Induktivität 6 und die Diodenbrücke 9 bis 12 zwischen den Leitern 15 und 16 erzeugte Gleichspannung jetzt einen Spannungsteiler vorfindet, der aus der Reihenschaltung von unter anderem den Widerständen 19 und 18 besteht Dieser Spannungsteiler und der Schwellwert des Diacs 21 sind so bemessen, daß der Diac 21 bereits bald nach dem Anfang jeder Halbperiode der Spannung über den Klemmen ί und 2 durchschlägt Dies bedeutet, daß bereits während der ersten Gruppe von Halbperioden der Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2 der Transistor 17 praktisch immer leitend ist. Infolgedessen werden anfangs die Elektroden 3 und 4 der Lampe 5 praktisch stetig vorgeheizt. Erst nachdem der Kondensator 37 über die Diode 40 und den Widerstand 39 eine gewisse Ladung erhalten hat, wird die Spannung an der Basis des Transistors 35 so hoch, daß dieser Transistor leitend wird. Dabei ergibt sich ein Zustand, der mit dem Zustand des Starters der Fig. 1 vergleichbar ist. Über den Widerstand 19 lädt sich nämlich der Kondensator 20. Der schnelle Wechsel der nichtleitenden und leitenden Zustände des Transistors 17 erfolgt dann auf entsprechende Weise wie bei der Anordnung der F i g. 1. Im Falle der F i g. 7 ist, weil hier jedoch die Elektroden 3 und 4 bereits einigermaßen vorgeheizt worden sind, die Zahl der zwischen den Elektroden 3 und 4 zu erzeugenden Spannungsspitzen viel geringer als im Falle der Fig. 1. Wenn die Lampe zündet, wird infolge der Wirkung des NTC-Widerstandes 30 der Starter bald außer Betrieb gesetzt. Dies ist selbstverständlich auch dann der Fall, wenn die Lampe 5 aus irgendeinem Grunde nicht zündet. Ein Vorteil der Anordnung der F i g. 7 ist, daß die Gefahr einer Zündung der Lampe 5 an allzu kalten Elektroden praktisch ausgeschlossen ist. Dies bedeutet eine erheblich längere Lebensdauer der Lampe 5. Ein weiterer Vorteil ist, daß nur eine beschränkte Zahl von Spitzen erzeugt zu werden braucht, um die Lampe zu zünden. Dies bedeutet weiterhin, daß bei dieser Ausführungsform die Zeit, während der Funkstörungspulse ausgestrahlt werden, besonders kurz ist.

F i g. 8 ist eine graphische Darstellung der Spannung E_n zwischen den Klemmen 1 und 2 über der Zeit. Zum Zeitpunkt 0 wird die Anordnung der F i g. 7 eingeschaltet. Während des Zeitraumes fi ist der Transistor 35 nichtleitend; während dieses Zeitraumes werden die Elektroden 3 und 4 der F i g. 7 somit praktisch stetig vorgeheizt. Am Ende des Zeitraumes /1 wird der Transistor 35 leitend, wonach, während (in diesem Falle) zweier Halbperioden (Zeitraum f2) der Spannung zwischen den Klemmen 1 und 2, mit Hilfe des Transistors 17 und der Induktivität 6 Spitzenspannungen erzeugt werden. Nach dem Zeitraum t? weist die Spannung zwischen den Elektroden 3 und 4 den durch die ausgezogene Linie im rechten Teil der F i g. 8 dargestellten Verlauf auf. Unmittelbar nach dem Zeitraum k würde man die Erzeugung weiterer kleiner Spitzenspannungen zwischen den Elektroden 3 und 4, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind, erwarten. Wenn jedoch der NTC-Widerstand 30 den Starter außer Betrieb geseUi Imi, crgibi sich das am rechten Ende der F i g. 8 dargestellte Spannungsbild.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel betrug die Kapazität des Kondensators 27 etwa 22 μΡ. Der ohmsche Wert des Widerstandes 38 war etwa 22 kOhm und der des Widerstandes 39 war etwa 330 TcOhm. Die Dauer der Vorheizung der Elektroden 3 und 4 wurde z. B. auf eine halbe Sekunde eingestellt

Der Starterteil sämtlicher dargestellter Ausführungsbeispiele läßt sich in einem Raum von wenigen cm³ unterbringen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Zündung und zum Betrieb einer mit vorheizbaren Elektroden versehenen Gasentladungslampe, mit zwei Eingangsklemmen, die an eine Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz anschließbar und durch eine Reihenschaltung wenigstens einer Stabilisierungsinduktivität und der Lampe miteinander verbunden sind, während die von der Wechselspannungsquelle abgekehrten Enden der Lampenelektroden durch einen steuerbaren Halbleiterschalter miteinander verbunden sind, wobei die Steuerelektrode des Halbleiterschalters mit einem Steuerkreis verbunden ist, der während des Zündvorgangs >5 wenigstens in jeder zweiten Halbwelle der Wechselspannung eine Steuerspannung an die Steuerelektrode abgibt, so daß der Halbleiterschalter leitend wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Transistor (17) ist und daß der an die Basis dieses Transistors angeschlossene Steuerkreis einen Teil (19, 20, 21) enthält, der wenigstens während des letzten Teiles des Zündvorgangs der Lampe (5) eingeschaltet ist und eine derartig kleine Zeitkonstante hat. daß während einer Halbperiode der Wechselspannung der Transistor mehrmals leitend und nichtleitend gemacht wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der die kleine Zeitkonstante aufweisende Teil des Steuerkrcises des Transistors (17) ein mit der Basis des Transistors verbundenes Durchschlagelemenl (21) und eine Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (19) und eines ersten Kondensators (20) aufweist, wobei das von der Transistorbasis abgekehrte Ende des Durchschlagclemenlcs mit einem Punkt zwischen dem ersten Widerstand und dem ersten Kondensator verbunden und die Reihenschaltung aurch den Transistor überbrückt ist, während die Kombination wenigstens des Durchschlagelemenies und des ersten ίο Kondensators durch einen /weiten Widerstand (18) überbrückt ist, wobei sich in der Verbindung der Lampe (5) mit dem ersten Kondensator eine Diode (12) befindet, deren Durchlaßrichtung derjenigen des Transistors entspricht.

3. Schallungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der aus dem ersten Widersland (19) und dem ersten Kondensator (20) besiehenden Reihenschaltung so klein ist, daß während des letzten Teiles des Zündvorganges der Lampe (5) der Quotient der Frequenz des den Transistor (17) durchfließenden Stromes und der Frequenz der Wechselspannungsquelle (1, 2) zwischen 10 und 10 000 und vorzugsweise zwischen 20 und 2000 liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschlagspannung des Durchschlagelemente'i (21) zwischen dem Effektivwert der Spannung der Wechselspannungsquelle (1,

2) und der Brennspannung der Lampe (5) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis mit einem zweiten Transistor (22) versehen ist, dessen Basis mit einem Zweig eines zweiten Zeitkreises (23, 24) verbunden ist, dessen Zeitkon- <·^Γ' slante so groß ist, daß dieser zweite Zeitkreis erst nach mindestens einer Sekunde den Leitungszustand des zweiten Transistors ändert, wobei der Zweig des zweiten Zeilkreises parallel zum Zweig (19, 20) des ersten Zeitkreises geschaltet ist, und der Hauptelektrodenkreis des zweiten Transistors mit dem ersten Zeitkreis derart gekoppelt ist, daß infolge der erwähnten Änderung des Leitungszustandes des zweiten Transistors an die Basis des ersten Transistors (17) eine Steuerspannung gelegt wird, die diesen ersten Transistor in den nichtleitenden Zus'-^d bringt (F i g. 1).

6. ^leitungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die von der Wechselspannungsquelle (1, 2) abgekehrten Seiten der Lampenelektroden (3, 4) die Eingangsklemmen (7,8) einer Gleichrichterbrücke (9 bis 12) angeschlossen sind, deren Ausgangsklemmen (13, 14) an die Hauptelektroden des ersten Transistors (17) angeschäossen sind.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (22) den ersten Kondensator (20) überbrückt (F ig. 1).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweig des zweiten Zeitkreises eine Reihenschaltung eines dritten Widerstandes (23) und eines zweiten Kondensators (24) enthält, wobei die Basis des zweiten Transistors (22) über einen vierten Widerstand (25) an die Verbindung zwischen dem dritten Widerstand und -dem zweiten Kondensator angeschlossen ist (Fig. 1).

9. Schallungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (24) durch einen fünften Widerstand (26) überbrückt ist (Fig. 1).

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator

(20) durch einen sechsten Widerstand (30) überbrückt ist. und daß der erste (19) und/oder sechste Widerstand ein Widerstand mit großem Temperaturkoeffizienten ist, derart, daß, nachdem diese Widerstände durch elektrischen Strom durchflossen sind, bei nicht gezündeter Lampe (5) die Spannung über dem ersten Kondensator (20) niedriger als die Schweilwerlspannung des Durchschlagelementes

(21) ist (F ig. 5).

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß der sechste Widerstand (30) der Widerstand mit großem Temperaturkoeffizienten, und zwar mit negativem Temperaturkoeffizienten ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hauptelektroden eines weiteren (dritten) Transistors (35) einen Teil der parallel zum Hauptelektrodenkreis des ersten Transistors (17) geschalteten Reihenschaltung des ersten Widerstandes (19) und des ersten Kondensators (20) bilden, wobei die Basis dieses weiteren Transistors an einen Zeitkreis (37, 39) angeschlossen ist, dessen Zeitkonstante so groß ist. daß dieser weitere Iransistor erst einige Perioden nach der Einschaltung der Wechselspannungsspeisequelle (1,2) leitend gemacht wird (F i g. 7).

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (24) durch einen weiteren Widerstand (26) mit negativem Temperaturkoeffizienten überbrückt wird.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, da-

23 23 Oil

durch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des weiteren Transistors (35) aus wenigstens einer Reihenschaltung einer zweiten Diode (40), eines siebenten Widerslandes (39) und eines dritten Kondensators (37) besteht, wobei ein Ende dieser Reihenschaltung mit einem Punkt zwischen einer der Eingangsklemmen (1) und der an diese Klemme angeschlossenen Stabiüsierungsincäuktivität (6) verbunden ist

10