DD267617A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT OF A SEMICONDUCTOR INVERTER - Google Patents

CIRCUIT ARRANGEMENT OF A SEMICONDUCTOR INVERTER Download PDF

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DD267617A1 DD30907287A DD30907287A DD267617A1 DD 267617 A1 DD267617 A1 DD 267617A1 DD 30907287 A DD30907287 A DD 30907287A DD 30907287 A DD30907287 A DD 30907287A DD 267617 A1 DD267617 A1 DD 267617A1
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Bernd Rudolph
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines Halbbrueckenwechselrichters fuer die Zuendung und den Betrieb von Entladungslampen, insbesondere von Niederdruckentladungslampen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung fuer die Zuendung mit vorgeheizten Elektroden und den Betrieb von Niederdruckentladungslampen zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass parallel zu den Emitterwiderstaenden (R1; R2) der Schalttransistoren (V3; V4) eines Halbbrueckenwechselrichters Darlingtontransistoren (V5/V6; V7/V8) geschaltet sind, wobei einer der beiden Darlingtontransistoren (V7/V8; V5/V6) mit der Basis an einen Zeitschalter (3) angeschlossen ist, der Eingang eines Schwellwertschalters (4) an eine Wicklung des Steuertransformators (Tri) des Halbbrueckenwechselrichters geschaltet ist und der Ausgang des Schwellwertschalters (4) die Stromversorgung des anderen Darlingtontransistors (V5/V6; V7/V8) schaltet. FigurThe invention relates to a circuit arrangement of a half-bridge inverter for the ignition and the operation of discharge lamps, in particular low-pressure discharge lamps. The invention has for its object to provide a circuit arrangement for the Zuendung with preheated electrodes and the operation of low-pressure discharge lamps. According to the invention, the object is achieved in that Darlington transistors (V5 / V6, V7 / V8) are connected in parallel with the emitter resistors (R1, R2) of the switching transistors (V3, V4) of a half-bridge inverter, one of the two Darlington transistors (V7 / V8; / V6) is connected to the base to a timer (3), the input of a threshold switch (4) is connected to a winding of the control transformer (Tri) of the half-bridge inverter and the output of the threshold switch (4) the power supply of the other Darlington transistor (V5 / V6; V7 / V8) switches. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betri !ft eine Schaltungsanordnung eines Halbbrückenwechselrichters für die Zündung und den Betrieb von Gas- und Dampfentladungslampen, insbesondere für die verzögerte Zündung und den Betrieb von Niederdruckentladungslampen.The invention relates to a circuit arrangement of a half-bridge inverter for the ignition and operation of gas and vapor discharge lamps, in particular for the delayed ignition and the operation of low-pressure discharge lamps.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bekannte Vorschaltgeräte bestehen aus einer Drcisel-Starteranordnung, die die Zündung und den Betrieb von Niederdruckentladungslampen ermöglicht (Sturm, C.H.: Vorschaltgeräte und Schaltungen für Niederdruckentladungslampen; Girardet-Verlag, Essen). Die Nachteile dieser Anordnung bestehen im hohen Materialaufwand für den Drosselkern und für die Kupferwicklung, der großen Masse und besonders bei Lampen kleiner Leistung im erreichbaren niedrigen Gesamtwirkungsgrad durch große Drosselverluste.Known ballasts consist of a Drcisel starter arrangement, which allows the ignition and operation of low-pressure discharge lamps (Sturm, C.H .: ballasts and circuits for low-pressure discharge lamps, Girardet-Verlag, Essen). The disadvantages of this arrangement consist in the high cost of materials for the inductor core and the copper winding, the large mass and especially in low power lamps achievable low overall efficiency due to large throttle losses.

Es sind daher elektronische Vorschaltgeräte entwickelt worden, die die gleichgerichtete Netzwechsel ipannung in eine Wechselspannung höherer Frequenz (etwa 20 bis 100Hz) umwandeln und die üben genannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere hat sich die Halbbrückenschaltung des Wechselrichters des elektronischen Vorschaltgerätes durchgesetzt; was vor allem auf die geringe Spannungsbelastung der Schaltiransistoren zurückzuführen ist.There are, therefore, electronic ballasts have been developed that convert the rectified network change ipannung in an alternating voltage higher frequency (about 20 to 100Hz) and the practice mentioned disadvantages do not have. In particular, the half-bridge circuit of the inverter of the electronic ballast has prevailed; which is mainly due to the low voltage load of the Schaltiransistoren.

Bei t iner bekannten Schaltung (vergl. EP 0093469) lassen sicn durch Steuerung der Frequenz und des Testverhältnisses des Halübrückenwechselrichte.'s definierte Heiz- und Zündbedingungen für die Niedordruckentladungslampe einstellen. Nachteilig bei dieser Schaltung ist der hohe Schaltungsaufwand sowie die große Tolaranzauhängigkeit der Heiz-, Zünd- und Betriebsparameter von den verwendeten Bauelementen.In t iner known circuit (see EP 0093469) can be set by controlling the frequency and the test ratio of Halübrückenwechselrichtes.'S defined heating and ignition conditions for the low pressure discharge lamp. A disadvantage of this circuit is the high circuit complexity and the large Tolaranzauhängigkeit the heating, ignition and operating parameters of the components used.

In der Patentschrift AT 38C373 wird ein elektronisches Vorschaltgerät beschrieben, das mit geringerem Aufwand eine verzögerte Zündung einer Niedeidruckentladungslampe ermöglicht. Nachteilig bei dieser Schaltung iät die große Toleranzabhängigkeit der Heizparameter von der Versorgungsspannung des Wechselrichters und dem Widerstand dar Wendelelektroden sowie der Betriebsleistung der Niederdruckentladungslampe von der Versorgungsspannung des Wechselrichters.In the patent AT 38C373 an electronic ballast is described, which allows a lesser effort delayed ignition of a Niedeidruckentladungslampe. A disadvantage of this circuit is the large tolerance dependency of the heating parameters on the supply voltage of the inverter and the resistance of the helical electrodes and the operating power of the low-pressure discharge lamp from the supply voltage of the inverter.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung eines Halbbrückenwechselrichters für Niederdruckentladungslampen anzugeben, die eine geringe Toleranzabhängigkoit der Heiz-, Zünd- und Betriebsparameter von den eingesetzten Bauelementen sowie von der Versorpungsspuinung des Wechselrichters aufweist.The aim of the invention is to provide a circuit arrangement of a half-bridge inverter for low-pressure discharge lamps, which has a small Toleranzabhängigkoit the heating, ignition and operating parameters of the components used as well as the Versorpungsspuinung of the inverter.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für die Zündung mit vorgeheizten Elektroden und den Betrieb von Niederdruckentladungslampen zu schaffen.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for the ignition with preheated electrodes and the operation of low-pressure discharge lamps.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zu den beiden gleich großen Emitterwiderständen der Schalttransistoren eines Halbbrückenwechselrichters als Darlingtontransistor ausgebildete elektronische Schalter angeordnet sind, wobei dor eine dieser beiden Darlingtontransistoren durch einen Zeitschalter nach einer frei wählbaren Zeit (Heizzeit der Wendelelektroden der Niederdruckentladungslampe) nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung des Halbbrückenwechselrichters eingeschaltet wird, wodurch während der einen Halbwelle der arithmetische Mittelwert der Spannung der entsprechenden Steuerwicklung des gesättigten Steuertransformators des Halbbrückenwechselrichters gegenüber dem ι. :ht eingeschalteten Zustand des Darlingtontransistors reduziert wird. Diese Spannung liegt, mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis transformiert, über der Primärwicklung des Steuertransformators und steuert einen Schwellwertschalter an, der durch das Absinken der Spannung über der Primärwicklung geöffnet wird. Damit gibt der Schwellwertschalter die Stromversorgung für den anderen Darlingtontransistor frei, der dadurch ebenfalls eingeschaltet wird. Durch diese Schaltungsanordnung ist es möglich, zwei sich auf unterschiedlichem elektrischen Potential befindliche elektronische Schalter aus einer Zeitbasis mit Hilfe eines Schwellwertschalters und des für selbstschwingende Halbbrückenwechselrichter für Niederdruckentladungslampen ohnehin notwendigen Steuertransformators anzusteuern und damit die Vorteile des symmetrischen Betriebs des Wechselrichters beim Heizen der Wendelelektroden der Lampe (gute Stabilität der Heizparameter, großer zulässiger Wertebereich von Heizstrom und Heizspannung) zu nutzen. Infolge der Verwendung von Darlingtontransistoren als Schalter ist der Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand (Sättigungsspannung) weitgehend strom- und exemplarunabhängig. Daher ergibt sich auch eine gute Stabilität der Betriebsfrequenz des Halbbrückenwechselrichters und der Lampenleistunj, da die Schwingfrequenz über den gesättigten Steuertransformator wesentlich durch das Spannungs-Zeit-Integral und damit Hie Sättigungsspannung bestimmt wird. Es ist möglich, daß von einem Halbbrückenwechselrichter mehrere Niederdruckentladungslampen gezündet ι ind betrieben werden. Dazu sind dann die Lampenzweige parallel geschaltet und jeder Lampenzweig'enthält einen zu einer Niederdruckentladungslampe parallelgeschalteten Kondensator und eine in Reihe zu ihr geschaltete Drossel.According to the invention the object is achieved in that parallel to the two equal emitter resistors of the switching transistors of a half-bridge inverter designed as a Darlington transistor electronic switches are arranged, whereby one of these two Darlington transistors by a timer after a freely selectable time (heating time of the helical electrodes of the low-pressure discharge lamp) after the Connecting the supply voltage of the half-bridge inverter is turned on, whereby during one half-wave, the arithmetic mean of the voltage of the corresponding control winding of the saturated control transformer of the half-bridge inverter with respect to the ι. : ht switched state of the Darlington transistor is reduced. This voltage is, transformed with the corresponding gear ratio, across the primary winding of the control transformer and controls a threshold switch, which is opened by the drop in the voltage across the primary winding. Thus the threshold switch releases the power supply for the other Darlington transistor, which is thereby also switched on. With this circuit arrangement, it is possible to control two electronic switches located at different electrical potentials from a time base with the aid of a threshold switch and the control transformer required for self-oscillating half-bridge inverters for low-pressure discharge lamps anyway, and thus the advantages of symmetrical operation of the inverter during heating of the filament electrodes of the lamp ( good stability of the heating parameters, large permissible value range of heating current and heating voltage). Due to the use of Darlington transistors as switches the voltage drop in the on state (saturation voltage) is largely current and copy independent. Therefore, there is also a good stability of the operating frequency of the half-bridge inverter and the Lampenleistunj, since the oscillation frequency over the saturated control transformer is essentially determined by the voltage-time integral and thus Hie saturation voltage. It is possible that several low-pressure discharge lamps ignited ι ind operated by a half-bridge inverter. For this purpose, the lamp branches are then connected in parallel, and each lamp branch contains a capacitor connected in parallel with a low-pressure discharge lamp and a choke connected in series with it.

Ausfuhrungsbeispielexemplary Die Erfindung soll anhand eir.üs Ausführungsbeispiels und derzugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Fig. zeigt dasThe invention will be explained in more detail with reference to eir.üs embodiment and the accompanying drawings. The figure shows that Schaltbild einos erfindungsgemäßen Halbbrückenwechselrichters zum Zünden mit vorgeheizten Elektroden und Betrieb vonSchematic einos half-bridge inverter according to the invention for ignition with preheated electrodes and operation of Niederdruckentladungslampen.Low-pressure discharge lamps. Der Halbbrückenwechselrichter wird aus einer Gleichspannung mit dem Pluspol 1 und dem Minuspol 2 versorgt. Nach demThe half-bridge inverter is supplied from a DC voltage with the positive pole 1 and the negative pole 2. After this Zuschalten der Versorgungsspannung werden zunächst mit Hilfe eiqer an sich bekannten nicht in die Fig. gezeichnetenConnecting the supply voltage are initially drawn by means of eiqer not known in the figures Anschwingschaltung Triggerimpulse auf den Schalttransistor V4 geschaltet, die, durch V4 verstärkt, den infolge noch nichtAnschwingschaltung trigger pulses connected to the switching transistor V4, which, reinforced by V4, the result of not yet

gezündeter Entladungslampe La 1 wenig bedämpften Resonanzkreis mit der Drossel L3 und dem Kondensator C3 zuIgnored discharge lamp La 1 little damped resonant circuit with the inductor L3 and the capacitor C3

Schwingungen anregen. Aufgrund der Rückkopplung über den Steuertransformator Tr 1 werden die Schalttransistoren V3; V4Stimulate vibrations. Due to the feedback via the control transformer Tr 1, the switching transistors V3; V4

alternierend ein- und ausgeschaltet, der Halbbrückenwechselrichter arbeitet.alternately switched on and off, the half-bridge inverter works.

Durch das Zuschalten der Versorgungsspannung wird der Zeitschalter 3 in Betrieb gesetzt, der vor dem Anschwingen desBy switching on the supply voltage of the timer 3 is set in operation, before the start of the Wechselrichters den Darlingtontransistor V7/ V8 sperrt. Mit dem Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters werden dieInverter locks the Darlington transistor V7 / V8. With the oscillation of the half-bridge inverter, the Emitterwiderstände: 1; R 2 der Schalttransistoren V3, V4 wirksam, da auch der Schwellwertschalter 4 durch die positiveEmitter Resistors: 1; R 2 of the switching transistors V3, V4 effective, as well as the threshold value 4 by the positive Spannung über der Wicklung w, des Steuertransformators Tr 1 über die Diode V10 eingeschaltet wird, den Kondensator C 2Voltage across the winding w, the control transformer Tr 1 is turned on via the diode V10, the capacitor C 2

entlädt und damit den Darlingtontransistor V5/V6 sperrt.discharges and thus locks the Darlington transistor V5 / V6.

Der Schwellwertschalter 4 besteht einfacherweise aus einem Transistor, an dessen Basis ein Schwellwertelement (Diode,The threshold value switch 4 consists simply of a transistor at whose base a threshold value element (diode, Leuchtdiode, Z-Diode! geschaltet ist, wobei es sich i.a. empfiehlt, die auszuwertende Spannung durch einen RC-Tiefpr,ß vonLED, Z-diode! is switched, it i.a. recommends that the voltage to be evaluated by an RC-Tiefpr, ß of Störspitzen zu befreien.To eliminate glitches. Durch den Spannungsabfall an den Emitterwiderständen R1; R2 wird die Sättigungszeit des Steuerübertragers Ti 1 und dsmitBy the voltage drop across the emitter resistors R1; R2 becomes the saturation time of the control transformer Ti 1 and dsmit

die sich einstollende Schwing'requenz des Halbbrückenwechselrichtors wesentlich oeeinflußt. Die Emitterwiderstände R1; P.'i sind zu dem Zweck der schonenden Zündung der Niederdruckentladungslampe La 1 so dimensioniert, daß sich nach demthe einolling Schwing'requenz the Halbbrückenwechselrichtors substantially oeeinflußt. The emitter resistors R1; P.'i are dimensioned for the purpose of gentle ignition of the low-pressure discharge lamp La 1 so that after the

Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters oine Spannung über La 1 einstellt, die einerseits einen genügend großenOscillation of the half-bridge inverter sets a voltage across La 1, on the one hand a sufficiently large Heizstrom durch die Wondelelektroden der Lampe La 1 treibt, andererseits nicht zur Zündung führt (Heizphase der Lampe La 1).Heating current through the wondel electrodes of the lamp La 1 drives, on the other hand does not lead to ignition (heating phase of the lamp La 1). Dabei ist die Heizzeit durch den Zeitschalter 3 vorgegeben und kann frei gewählt werden.The heating time is specified by the timer 3 and can be chosen freely. Nach Ablauf der Heizzeit wird durch den Zeitschalter 3 der Darlingtontransistor V7/V8 eingeschaltet und damit dor arithmetischeAfter the heating time is switched by the timer 3 of the Darlington transistor V7 / V8 and thus dor arithmetic Mittelwert der Spannung der Wicklung W3 des Steuertransformators Tr 1 während der positiven Halbwelle gegenüber derMean value of the voltage of the winding W 3 of the control transformer Tr 1 during the positive half-wave with respect to Heizphase reduziert. Jie positive Halbwelle der Spannung über der Wicklung W3 des öteuertransformators liegt, mit demHeating phase reduced. The positive half wave of the voltage across the winding W 3 of the booster transformer is with the

entsprechenden Übersetzungsverhältnis transformiert, über der Wicklung w,, und öffnet über die Diode V10 dentransformed corresponding ratio, across the winding w ,, and opens via the diode V10 the

Schwellwertschalter A. Damit kann sich der Kondensator C 2 über die Diode V9 und den Widerstand R 8 aufladen und dieThreshold switch A. Thus, the capacitor C 2 via the diode V9 and the resistor R 8 charge and the Stromversorgung des Darlingtontransistors V5/ V6 über den Widerstand R7 gewährleisten. Infolge der nunmehrEnsure power supply to Darlington transistor V5 / V6 via resistor R7. As a result of now

eingeschalteten Darlingtontransistoren V5/ V6 sowie V7/ V8 ist der jeweilige arithmetische Mittelwert der Halbwel.'qn derswitched Darlington transistors V5 / V6 and V7 / V8 is the respective arithmetic mean of Halbwel.'qn the

Spannung über den Wicklungen W1; W2; W3 des Steuertransformators Tr 1 gegenüber der Heizphase der Lampe La 1 reduziert,Voltage across the windings W 1 ; W 2 ; W 3 of the control transformer Tr 1 compared to the heating phase of the lamp La 1 reduced

wodurch sich die Sättigungszeit des Steuertransformators Tr 1 vergrößert. Daher verschiebt sich die Schwingfrequenz deswhereby the saturation time of the control transformer Tr 1 increases. Therefore, the oscillation frequency of the shifts

Halbbrückenwechselrichters in Richtung der Resonanzfrequenz des Lastkreises, über dem Kondensator C3 stellt sich eineHalf-bridge inverter in the direction of the resonant frequency of the load circuit, above the capacitor C3 turns one

g ößerß Spannung als beim Heizen der Elektroden der Entladungslampe La 1 ein und La 1 kann zünden.G ößerß voltage than when heating the electrodes of the discharge lamp La 1 and La 1 can ignite.

Nach dem Zünden stellt sich die Betriebsfrequenz des Halbbrückenwechselrichters ein, der die Entladungslampe La 1 mit derAfter ignition, the operating frequency of the half-bridge inverter adjusts the discharge lamp La 1 with the Betriebsleistung versorgt. Im Brennbetrieb von La 1 sind die Darlingtontransistoren V5/ V6 sowie V7/ V8 weiterhinOperating power supplied. In the burning operation of La 1, the Darlington transistors V5 / V6 and V7 / V8 continue

eingeschaltet.switched on.

In bekannter Weise sind die Drossel L1; L2 und die Widerstände R3-R6zur verlustarmen Ansteuerung der SchalttransistorenIn a known manner, the throttle are L1; L2 and the resistors R3-R6 for low-loss driving of the switching transistors V3; V4 des Halbbrückenwechselrichters geschaltet. Die Dioden V1; V2 wirken als Freilaufdioden, der Kondensator C1 alsV3; V4 of the half-bridge inverter switched. The diodes V1; V2 act as freewheeling diodes, the capacitor C1 as SOAR-Kondensator für die Schalttransistoren V3; V4. Als Auskoppelkondensatoren dienen die Kondensatoren C4; C5.SOAR capacitor for the switching transistors V3; V4. As decoupling capacitors serve the capacitors C4; C5.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung eines Halbbrückenwechsälrichters für die Zündung und den Wechselstrombetrieb einer oder mehrerer Entladungslampen, der Emitterwiderstände für die Schalttransistoren aufweist, aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird und bei dem die Klemmen der Gleichspannungsquelle miteinander verbunden sind durch eine Reihenschaltung aus mindestens einem Transistor und dem Lastkreis, mindestens bestehend aus einer Reihenschaltung einer Wicklung eines Steuertransformators, einer Drossel, einer Entladungslampe, welcher mindestens ein Kondensator parallel geschaltet ist, und einem Kondensator, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zu den Emitterwiderständen (R 1; R2) der Schalt.ronsistoren (V3; V4) des Halbbrückenwechselrichters Darlingtontransistoren (V5/ V6; V7/ V8'; geschaltet sind, wobei einer der beiden Darlingtontransistoren (V7/ V8; V5/ V6) mit der Basis an einen Zeitschalter (3) angeschlossen ist und der Eingang eines Schwellwertschalters (4) an eine Wicklung (W1) des Steuertransformators (Tri) des Halbbrückenwechselrichters geschaltet ist.1. Circuit arrangement of a half-bridge Wechselrichters for the ignition and the AC operation of one or more discharge lamps, the emitter resistors for the switching transistors, is fed from a DC voltage source and wherein the terminals of the DC voltage source are interconnected by a series circuit of at least one transistor and the load circuit, at least consisting of a series connection of a winding of a control transformer, a choke, a discharge lamp, which is connected in parallel with at least one capacitor, and a capacitor, characterized in that parallel to the emitter resistors (R 1, R2) of the switching transistors (V3, V4) of the half-bridge inverter Darlington transistors (V5 / V6; V7 / V8 '; one of the two Darlington transistors (V7 / V8; V5 / V6) with the base connected to a timer (3) and the input of a threshold switch (4) a winding ( W 1 ) of the control transformer (Tri) of the half-bridge inverter is connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, nekennzelchnet dadurch, daß der Zeitschalter (3) an die Speisespannung des Halbbrückenwechselrichters mit dem Pluspol (1) und dem Minuspol (2) angeschlossen ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, nekennzelchnet in that the timer (3) is connected to the supply voltage of the half-bridge inverter with the positive pole (1) and the negative pole (2). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Schwellwertschalters (4} über einen Widerstand (R7) an die Basis des anderen Dartingtontransistors (V5/ V6; V7/ V8) geschaltet ist.3. A circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the output of the threshold switch (4) via a resistor (R7) to the base of the other Dartington transistor (V5 / V6, V7 / V8) is connected. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Schwellwertschalters (4) an einen Kondensator (C2) geschaltet ist.4. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the output of the threshold value switch (4) is connected to a capacitor (C2). 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Eingang des Schwellwertschalters (4) über eine Diode (V10) an eine Wicklung (W1) des Steuertransformators (Tri) geschaltet ist.5. Circuit arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the input of the threshold switch (4) via a diode (V10) to a winding (W 1 ) of the control transformer (Tri) is connected. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Schwellwertschalter (4) aus einem Transistor besteht, an dessen Basis ein Schwellwertelement (Diode, Leuchtdiode, Z-Diode) geschaltet ist.6. Circuit arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the threshold value switch (4) consists of a transistor, at the base of a threshold value element (diode, light emitting diode, Zener diode) is connected.
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