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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungsröhre, der ein steuerbarer Schalter in Serie und vorzugsweise eine Fühlschaltung in Serie und/oder parallel geschaltet ist, wobei zwischen der Fühlschaltung und dem steuerbaren Schalter eine Regelschaltung angeordnet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtstoffröhre.
Bedingt durch die Strom-Spannungscharakteristik einer Gasentladungsröhre ist es notwendig, die im differentiellen Bereich fallende Kennlinie derselben durch eine Strombegrenzung in ihrer Wirkung zu kompensieren, um hiedurch einen stabilen Arbeitspunkt sicherzustellen.
Hiezu ist es beim Betrieb der Gasentladungsröhre mit Gleichspannung üblich, Ohm'sche Serienwiderstände zu verwenden, was einen schlechten Gesamtwirkungsgrad zur Folge hat. Ausserdem ist hiebei die Startspannungserzeugung nicht auf einfache Weise möglich. Bei dem bei weitem überwiegenden Betriebsfall von Gasentladungsröhren mit Wechselspannung findet für die Strombegrenzung eine mit der Gasentladungsröhre in Serie geschaltete Induktivität Verwendung. Von Nachteil hiebei ist, dass insbesondere nur ein kleiner Leistungsfaktor der Gesamtanordnung erreicht werden kann, gesonderte Massnahmen zur Kompensation des induktiven Blindstroms erforderlich sind und die akustische Störstrahlung kaum vermieden werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Gasentladungsröhre anzugeben, bei welcher ohne Zwischenschaltung einer strombegrenzenden Impedanz ein stabiler Arbeitspunkt erreicht werden kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass im Eingangskreis der gegebenenfalls über einen Ansteuerkreis auf den steuerbaren Schalter arbeitenden Regelschaltung der Ist-Wert für den Betriebszustand der Gasentladungsröhre durch eine Mittelwertbildung des Stromes der Gasentladungsröhre gebildet ist. In Weiterbildung der Erfindung kann der Ansteuerkreis, insbesondere bei einem durch eine Halbleitervierschichtstruktur, wie z. B. durch einen TRIAC, einen Thyristor od. dgl. gebildeten Schalter, ein potentialtrennender Ansteuerkreis, wie z. B. ein Kondensator, ein Übertrager, ein Optokoppler mit optischem Empfänger in Form eines Photohalbleiters sein.
Bei einer Ausbildungsform der Erfindung, bei welcher die Versorgungsspannung, gleichgültig, ob es sich hiebei um eine Gleich- oder Wechselspannung handelt, durch den steuerbaren Schalter zerhackt wird und die Regelschaltung den Spitzen- und/oder Mittelwert des Röhrenstromes regelt, kann in Weiterbildung der Erfindung die Anordnung so getroffen sein, dass die Regelschaltung wenigstens aus einem Abtast-Haltekreis, einem Mittelwertbildner und einem frequenz- und/oder pulsweitengeregelten Impulsgenerator gebildet ist, dessen Ausgangssignale als Steuersignale am steuerbaren Schalter anliegen.
Als besonderer Vorteil ergibt sich hiebei, dass die Gasentladungsröhre mit einer Wechselspannung einer solchen Frequenz betrieben werden kann, bei der die frequenzabhängige Eingangsimpedanz der Entladungsstrecke praktisch ohmisch ist, so dass die sonst zur Erreichung eines Leistungsfaktors 1 erforderliche Phasenkompensation unterbleiben kann. Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Es zeigt : Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, Fig. 2 eine für eine Versorgungswechselspannung ausgelegte erfindungsgemässe Schaltungsanordnung, Fig. 3 a bzw. 3b den Verlauf der Röhrenspannung und der Schaltersteuerspannung bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2, die Fig. 4 und 5 Prinzipschaltbilder weiterer möglicher erfindungsgemässer Schaltungsanordnungen und Fig. 6 einen Ansteuerkreis für den steuerbaren Schalter.
Bei der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemässen Schaltungsanordnung kann an den Eingangsklemmen --A, B-- als Versorgungsspannung sowohl Gleich- als auch Wechselspannung anliegen.
Einer Gasentladungsröhre z. B. einer Leuchtstoffröhre, ist ein gesteuerter Schalter --2-sowie eine Strom-Fühlschaltung --3-- in Serie geschaltet. Ein an der Fühlschaltung abgegriffenes stromproportionales Signal liegt an einem Eingang einer Regelschaltung --4-- an, deren Ausgangs-
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od. dgl. angeschlossen sein.
Mit --5-- ist eine Start- und Heizschaltung für die Gasentladungsröhre (Leuchtstoffröhre)
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bezeichnet. Diese kann, wie nachstehend noch erläutert werden wird, gleichfalls durch einen steuerbaren Schalter gebildet sein. Durch eine Tiefpassfilterschaltung --6-- können schalterfrequente Einstreuungen in das Versorgungsnetz abgeblockt werden.
Fig. 2 zeigt eine für Versorgungswechselspannung ausgelegte erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ; die Erfindung ist jedoch, wie bereits obenstehend erwähnt, auf eine Versorgung mit Wechselspannung nicht beschränkt, sie ist ebenso bei einer Versorgung mit Gleichspannung realisierbar. Die den einzelnen Schaltungsblöcken der Fig. 1 entsprechenden Teile der Schaltung nach Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Der mit der Gasentladungsröhre-l-in Serie angeordnete Schalter --2-- besteht aus vier in Brücke geschalteten Dioden --7--. Die eine Brückendiagonale X-X liegt mit der Rohre-l-in Serie, in der andern Brückendiagonale Y-Y ist eine Serienschaltung, bestehend aus einem Schalt-
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entspricht, angeordnet.
Die an dem Stromfühlwiderstand abfallende Spannung wird der Regelschaltung --4-- als Eingangssignal und die Ausgangsspannung der Regelschaltung --4-- der Basis des Schalttransistors
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--4-- enthältkreis --10-- und einen Mittelwertbildner --11--, an deren Eingängen die am Stromfühlwiderstand abfallende Spannung anliegt ; deren Ausgänge sind jeweils an einen Eingang eines Regelverstärkers - angeschlossen. Der Abtast- und Haltekreis --10-- kann ein handelsüblicher Messkonverterbaustein sein und spricht auf den zulässigen Spitzenwert des Röhrenstromes an. Der Mittelwertbildner - -11--, z. B. ein handelsüblicher TRUE-RMS-Konverterbaustein, spricht auf einen voreinstellbaren Strommittelwert an.
Der Abtast- und Haltekreis --10-- ist gegenüber dem Mittelwertbildner die übergeordnete Schaltung, d. h. für die nachfolgende Signalauswertung geniessen die Ausgangssignale des Abtast-Haltekreises --10-- Priorität gegenüber den Signalen des Mittelwertbildners. Der Ausgang des Regelverstärkers --12-- ist einerseits an einen in seiner Frequenz regelbaren Steuerimpulsgenerator --14-- und anderseits an einen Pulsweitenregler --15-- für die vom Generator --14-erzeugten Impulse geführt. Der Ausgang des Pulsweitenreglers --15-- kann mit der Basis des Schalttransistors --8-- direkt verbunden sein.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist lediglich eine in üblicher Technik gestaltete transformatorische Heizschaltung --16-- vorgesehen, die an der Versorgungswechselspannung liegt. Sie kann aber auch aus einem steuerbaren Schalter bestehen, der in der Art des Schalters --2-- in Form einer Diodenbrücke ausgebildet ist und der von einem mit dem Impulsgenerator --14-- vergleichbaren Impulsgenerator angesteuert wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 schematisch in Form des strichliert eingezeichneten Blockes --16-- angedeutet.
An Hand der Fig. 3 soll nachstehend noch kurz auf die Funktionsweise der Schaltung gemäss Fig. 2 eingegangen werden. Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Gasentladungsröhre, Fig. 3b die zugehörige, an der Basis des Transistors --8-- anliegende Steuerspannung. Die Funktion des steuerbaren Schalters --2-- ist also die, dass er die anliegende Versorgungswechsel- spannung in Spannungsimpulse einer Periodendauer T = T1 1 + T 2 zerhackt ; T1 ist hiebei die Schliess- zeit und T2 die Öffnungszeit des Schalters.
Die Festlegung des Ay-'aitspunktes der Röhre erfolgt über das Tastverhältnis
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den Pulsweitenmodulator --15-- durch Veränderung der Schliesszeit T1 festgelegt werden kann.
Der Arbeitspunkt kann entweder fest eingestellt werden, was durch entsprechende Voreinstellung des Abtast-Haltekreises --10-- und des Mittelwertbildners --11-- erfolgt, bzw. er kann auch durch eine an den Ausgang-C-angelegte Regelgrösse extern verlagert werden, was z. B. bei einer Leuchtstärkenregelung (Dimmerbetrieb) der Röhre der Fall sein wird. Die Frequenz des Impulsgenerators und somit auch der Spannungsimpulse an der Röhre liegt zweckmässig in einem Bereich von 10 bis 200 kHz.
Die Regelschaltung selbst kann in Analog- oder Digitaltechnik ausgeführt sein. Im letzteren
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Fall wird der Impulsgenerator durch einen Taktgenerator und eine Auswahllogik gebildet sein, wobei die Periodendauer des Taktgenerators kürzer als die kürzest mögliche, verwendbare Durchschaltdauer T1 des steuerbaren Schalters ist.
Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere mögliche erfindungsgemässe Schaltungsanordnungen mit jeweils einem andern steuerbaren Schalter-2--. Bei diesen gleichfalls für eine Versorgungsgleich- oder - wechselspannung geeigneten Ausführungsformen sind mit Fig. 1 übereinstimmende Schaltungsgruppen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist der steuerbare Schalter durch einen mit der Röhre - in Serie liegenden Leistungs-Feldeffekttransistor --17-- gebildet, dessen Gate-Elektrode von der Regelschaltung --4-- angesteuert ist. Als Leistungsfeldeffekttransistor kann beispielsweise ein V-FET, ein HEX-FET od. dgl. verwendet werden. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass keine gesonderte Fühlschaltung --3-- vorgesehen werden muss, weil der Kanalwiderstand des durchgeschalteten stromdurchflossenen Feldeffekttransistors selbst als solcher herangezogen werden kann. Die dem Lampenstrom proportionale Drain-Source-Spannung wird der Regelschaltung --4-als Eingangsgrösse zugeführt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 ist der steuerbare Schalter durch eine Halbleitervierschichtstruktur --18- gebildet. Bei dieser kann es sich um einen TRIAC, einen Thyristor od. dgl. handeln.
Die Ankopplung der Regelschaltung --4-- an den steuerbaren Schalter --2-- erfolgte bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen direkt. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt ; es kann vielmehr die Ansteuerung des steuerbaren Schalters auch unter Verwendung eines Ansteuerkreises erfolgen, der zwischen Regelschaltung und steuerbarem Schalter angeordnet ist und welcher für eine Potentialtrennung zwischen diesen beiden Schaltungsgruppen --2, 4-- sorgt.
Dieser potentialtrennende Ansteuerkreis kann durch einen Kondensator oder einen Übertrager gebildet sein, besteht aber vorzugsweise aus einem Optokoppler mit optischem Empfänger in Form eines Photohalbleiters. Fig. 6 zeigt einen Opto-FET, welcher an Stelle des Transistors --17-- gemäss Fig. 4 verwendet werden kann, wobei die Anschlüsse--A, B--der Röhre in Serie liegen und die Anschlüsse - C, D-mit dem Ausgang der Regelschaltung verbunden sind. In ähnlicher Weise kann der TRIAC gemäss Fig. 5 durch ein Opto-TRIAC ersetzt sein, bzw. der als Schalttransistor dienende Bipolar- transistor --8-- gemäss Fig. 2 durch einen Optokoppler ersetzt oder durch einen solchen angesteuert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungsröhre, der ein steuerbarer Schalter in Serie und vorzugsweise eine Fühlschaltung in Serie und/oder parallel geschaltet ist, wobei zwischen der Fühlschaltung und dem steuerbaren Schalter eine Regelschaltung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingangskreis (10,11) der gegebenenfalls über einen Ansteuerkreis auf den steuerbaren Schalter (2) arbeitenden Regelschaltung (4) der Ist-Wert für den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) durch eine Mittelwertbildung des Stromes der Gasentladungsröhre (1) gebildet ist.
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