DE1489294B2

DE1489294B2 - Schaltungsanordnung zum Impulsbetrieb von Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE1489294B2
Application number: DE1489294A
Authority: DE
Inventors: Maksymilian A. New York N.Y. Michalski (V.St.A.)
Original assignee: Berkey Photo Inc New York Ny (vsta)
Current assignee: Berkey Photo Inc New York Ny (vsta)
Priority date: 1963-10-25
Filing date: 1965-11-17
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE1489294A1; DE1464148B1; US3311130A; DE1489294C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Impulsbetrieb von Gasentladungslampen, bei der ein Kondensator über einen Transformator aus dem Wechselstromnetz aufgeladen wird und über eine der Lampe vorgeschaltete sättigbare Drossel mit der Lampe verbunden ist, wobei die sättigbare Vorschaltdrosselspule in jeder Halbwelle der Speisewechselspannung gesättigt wird und der Kondensator sich dann über die Entladungslampe spontan entlädt, wobei gemäß dem Hauptpatent 1 295 080 der Blindwiderstand der den Kondensatorladestrom begrenzenden Induktivität des Transformators wenigstens annähernd gleich dem Blindwiderstand der Kapazität des die Lampe speisenden Kondensators gewählt ist und die Induktivität mit dem Kondensator einen Resonanzkreis bildet, dessen Frequenz der Netzfrequenz entspricht, so daß die Kondensatorladespannung unabhängig von den Netzspannungsschwankungen praktisch konstant gehalten wird und der Kondensator sich in jeder Halbwelle der Speisespannung hur einmal über die Lampe entlädt, und wobei ferner der Kondensator über eine den Strom begrenzende weitere Drossel von der Stromquelle gespeist wird und ein Startkreis vorgesehen ist, der ein den Strom begrenzendes Schaltelement, insbesondere eine Drossel oder einen Widerstand, einen Kippkondensator und als Kopplungseinrichtung zu dem die Lampe aufweisenden Hauptstromkreis die sättigbare Drossel enthält.

Die Entladungslampe, die auch als Blitzröhre bezeichnet wird, besteht im allgemeinen aus einer länglichen Querzröhre mit Elektroden an beiden Enden und enthält ein inertes Edelgas, wie z. B. Xenon. Um eine hohe Lichtausbeute im Verhältnis zur Energiezufuhr zu erhalten, ist es wichtig, daß die Lampe eine hohe Augenblicksbelastung hat, indem z.B. ein Wechselstrom durch die Hauptwindung eines magnetischen Übertragers zugeführt wird, der mit der Lampe in Reihe liegt. Der Trafo enthält ein magneti-

sches Kernmaterial hoher Permeabilität mit einer rechteckigen Hysterese-Schleife. Unterhalb der Sättigung fließt ein niedriger Strom durch die Lampen, um die Ionisation zwischen den hohen Stromimpulsen aufrechtzuerhalten. Dadurch können die Impulse hohen Stromes diejenige Spannung haben, wie sie notwendig ist, um die Leitung durch die Lampe aufrechtzuerhalten.

Die Entladung durch die Lampe wird zuweilen dadurch eingeleitet, daß ein Startimpuls angelegt wird, der der Arbeitsspannung an den Lampenanschlüssen überlagert ist. Es wurde festgestellt, daß man diesen Impuls an eine Hilfswicklung des Trafos anlegen kann. Bisher wurde dieser Impuls durch ein elektrisches System erzeugt, welches an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist und welches einen kleinen Magnetverstärker enthält, der in Reihe mit der Zuleirung zur Hilfswicklung des Haupttrafos liegt. Für die Hilfswicklung wird eine niedrige Windungszahl benutzt, so daß eine große Erhöhung der Spannung der Startimpulse vorhanden ist. Ein derartiges elektrisches System ist in der USA.-Patentschrift 2 951971 beschrieben. Die Hauptwicklung des Trafos wirkt hierbei als sättigbare Vorschaltdrossel.

Das elektrische System mit dem magnetischen Verstärker arbeitet im allgemeinen zufriedenstellend. Dagegen ergaben sich Schwierigkeiten in der Herstellung eines magnetischen Übertragers mit der gewünschten Charakteristik insofern, als die Sättigungs-Flußdichte des Kernes sich oft verändert. Dies erfordert eine Justierung während der Herstellung, indem z.B. die Windungszahl der Hauptwicklung so Verändert wird, daß die Sättigung bei optimalem Strom erreicht wird. Weiterhin verbraucht der Magnetverstärker Leistung, selbst wenn er nicht gesättigt ist. Außerdem erfordert der magnetische Ver-Stärkerstromkreis sperrigere Teile, da er etwa 1000 bis 2000 Watt verbraucht, die dadurch einen Stark-Stromkreis erfordern, um eine gute Spannungsregulierung zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Entladung des Kippkondensators, um mindestens einen hochfrequenten gedämpften Schwingimpuls in dem Startstromkreis zu erzeugen, der dem niederfrequenten Arbeitsimpuls phasenrichtig überlagert wird, eine Schaltdiode verwendet wird.

Das elektrische System gemäß der Erfindung ist vorteilhaft insofern, als die Teile des Systems weniger sperrig und weniger kostspielig sind, als es bei dem Magnetverstärkerkreis der Fall ist. Die Kosten der Teile der Starteinrichtung des Kreises sind auf etwa V₅ reduziert. Die Verwendung der Diode ermöglicht die wirtschaftliche Verwendung eines Widerstands an Stelle einer Drossel als Strombegrenzungsmittel. Die durch den vorliegenden Stromkreis entnommene Leistung beträgt etwa V₅ der Leistung der bekannten Stromkreise. Es wird eine schärfere Impulsform des Startimpulses geschaffen, wodurch die Wellenform der Schwingimpulse verbessert wird. Das Q des Schwingkreises ist stark verbessert. Obgleich theoretisch der magnetische Verstärkerstromkreis mehr als einen Impuls pro Halbwelle der Speisewechselspannung erzeugen kann, kann praktisch nur ein Impuls pro Halbwelle vorgesehen werden, oder es ergibt sich ein unstetiger Betrieb, weil die Permeabilität der Kerne des magnetischen Verstärkers und des Trafos sich ändern können. Die Phasenlage der Schwingimpulse kann bei dem vorliegenden System besser gesteuert werden als bei früheren Systeinen.

Die Entladung der Lampe wird dadurch eingeleitet, daß hochfrequente gedämpfte Schwingimpulse auf die Hilfswicklung der sättigbaren Vorschaltdrossei in dem Arbeitskreis gegeben werden. Jeder Impuls hat eine Frequenz im kHz- bis MHz-Bereich. Die gedämpften Schwingimpulse treten in einer Frequenz von 1- bis lOfachen der Betriebsfrequenz auf und erzeugen auf diese Weise ein oder mehrere Impulse an oder in der Nähe des Scheitelwertes jeder Halbwelle der Arbeitsspannung.

Das System gemäß der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Lampe mit Niederspannung von etwa 250 V betrieben wird, da sich bei großer Startzuverlässigkeit eine wirtschaftlichere Konstruktion ergibt. ,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnung. In der zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schaltplan,

F i g. 2 einen schematischen Schaltplan einer abgeänderten Starteinrichtung für die Schaltung nach Fig. 1, V.Fi g. 3 eine weitere Abänderung der Ausführung nachFig.2,

Fig.4 einen hochfrequenten Startimpuls in dem elektrischen System,

Fig. 5 den Impuls nach Fig.4 in gedehntem horizontalem Maßstab,

Fig. 6 eine Darstellung wie Fig. 4, indessen mit einer Anzahl Schwingimpulse,

Fig.7 die Impulse gemäß Fig.6 in gedehntem horizontalem Maßstab.

Die Zeichnung zeigt in der Fig. 1 eine elektrische Schaltung 10, enthaltend einen Hauptstromkreis 11 und einen Startstromkreis 12. Die Schaltung kann an eine übliche Wechselstromquelle von 25 bis 50Hz und etwa 220 V angeschlossen werden. Die. Eirigangsahschlüsse 13 und 14 sind an die Wechselstromquelle angeschlossen.

Außerdem sind die Anschlüsse 13 und 14 an einen Spartransformator 15 angeschlossen, der einen Hauptausgangsabgriff 16 sowie einen Starterkreisausgangsabgriff 17 bei höherer Spannung besitzt. Die Eingangsleitung 13 ist an das Ausgangsende 18 des Spartransformators angeschlossen. ■. 'V"-"'"".■'':""

Der Hauptstromkreis 11 der elektrischen Schaltung-10 enthält, eine den Strom begrenzende Drossel .20, die in Reihe mit einer Hauptwicklung 21 eines magnetischen Übertrager 22 über die Anschlüsse 23 und 24 einer Gas-Entladungslampe 25 und die Ausgangsanschlüsse 16 und 18 des Spartransformators 15 liegt. Ein Hauptkondensator 26 ist zwischen der Zufuhr an der Lastseite der Drossel 20. am Anschlußpunkt 27 zwischen der Drossel 20 und der Hauptwicklung 21 des magnetischen Übertragers 22 angeschlossen. Die den Strom begrenzende Drossel 20 ist von linearer Induktivität und begrenzt den Stromfluß in dem Hauptstromkreis, wenn die Entladungslampe 25 leitet.

Während des Betriebes, nachdem die Entladungslampe 25 ionisiert ist, wird der Hauptkondensator 26 im ersten Teil der Halbperiode des Wechselstromes geladen, bis eine bestimmte Spannung erreicht ist. Der bei dieser Spannung fließende Strom sättigt den magnetischen Übertrager 22 mit seiner Hauptwick-

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lung 21. In diesem Punkt ergibt sich eine plötzliche 42 α besitzt. Eine entsprechende Ausdehnung der Im-

Entladung des Kondensators 26 durch die Entla- pulse 40 α ist in F i g. 7 dargestellt,

dungslampe 25. Die Konstanten des Hauptstrom- Die Schaltdiode 36 gleicht in mancher Beziehung

kreises H sind so gewählt, daß der Kondensator 26 einem gesteuerten Siliziumgleichrichter. Sie unter-

etwa im Punkte von 90° der Kondensatorwechsel- 5 scheidet sich indessen hiervon dadurch, daß sie in

spannung entladen wird. beiden Richtungen durchbricht und Strom leitet. Die

Der Startstromkreis 12 besitzt zwei Eingangsan- Durchbruchsspannung einer typischen Schaltdiode Schlüsse 30 und 31, denen Strom aus einer Wechsel- liegt etwa zwischen 200 und 290 V. Stromquelle in gleicher Weise zugeführt wird wie den Es ist eine einzige Schaltdiode 36 dargestellt, inAnschlüssen 17 und 18 des Spartransformators 15. io dessen können auch zwei Schaltdioden in Reihe ge-Der Startkreis 12 enthält einen Zeitverzögerungs^ schaltet werden, so daß sie mit einer höheren Durchschalter 32 sowie ein den Strom begrenzendes Mittel, bruchsspannung benutzt werden können, die es erdas z.B. ein Widerstand 33 sein kann, der in Reihe möglicht, einen kleiner bemessenen Kondensator mit mit einem Kippkondensator 34 und einer Hilfswick- gleichwertiger Energieübertragung zu verwenden, lung 35 für den magnetischen Übertrager 22 über die 15 Weiterhin sind zwei Dioden niedrigerer Durchbruchs-Wechselstromquelle geschaltet ist. Parallel zu dem in spannungen weniger kostspielig als eine einzige Reihe geschalteten Kippkondensator 34 und der Diode mit einer höheren Durchbruchsspannung. Ein Hilfswicklung 35 liegt eine Schaltdiode 36. weiterer Vorteil der Benutzung von zwei Dioden in

Beim Betrieb des Startkreises 12 wird der Kipp^ Reihe liegt in ihrer Fähigkeit, die beiden Dioden an kondensator 34 über den Widerstand 33 aufgeladen, 20 eine engere Toleranz des Durchbruches anzupassen, bis die Spannung die Durchbruchsspannung der weil die Durchbruchsspannung einer einzelnen Diode Schaltdiode 36 erreicht, welch letztere alsdann voll zwischen sehr weiten Grenzen liegt, leitend wird und den Kondensator 34 über die Hilfs- Der Zeitverzögerungsschalter 32 wird benutzt, um wicklung 35 entlädt, um einen hochfrequenten den Starterkreis 12 abzuschalten, nachdem die Entla-Schwingimpuls von etwa 50 Mikrosekunden Dauer 25 dungslampe 25 gezündet wurde, zu erzeugen. Der Impuls besitzt eine Frequenz, die Die Fig.2 zeigt eine etwas abgeänderte Anordvom kHz- bis in den MHz-Bereich veränderlich sein nung der Teile der elektrischen Schaltung nach kann, abhängig von den Konstanten des Schwing- Fig. 1. In Fig.2 liegt der Kippkondensator 34 an kreises. Der Kondensator 34 und der Widerstand 33 der Wechselstromzuleitung an der Lastseite des den sind derart ausgewählt, daß die Durchbruchsspannung 30 Strom begrenzenden Widerstands 33. Die Schaltder Diode 36 zwischen 70° und 110° jeder Halb- diode 36 ist an den in Reihe angeschlossenen Kippwelle der Speisewechselspannung stattfindet. Sofern kondensator 34 und die Hilfswicklung 35 angeder Durchbruchspunkt vor 70° liegt, bricht die schlossen.

. Diode durch und leitet für den Rest der Halbperiode, Fi g. 3 zeigt eine weitere abgeänderte Anordnung wodurch Energieverlust und eine unnötige Aufhei- 35 der Teile nach Fig.l. Nach Fig.3 ist die Schaltzung der Teile entstehen. Weiterhin ist hierbei der diode 36, der Kippkondensator 34 und die HilfsKondensator 34 nicht zur gewünschten Kapazität wicklung 35 des magnetischen Übertragers direkt in aufgeladen. Liegt der Durchbruchspunkt jenseits von Reihe mit der Wechselstromquelle geschaltet, und 110°, so wird die Entladungslampe 35 am absteigen- zwar an der Lastseite des den Strom begrenzenden den Teil der Halbperiode ionisiert und neigt zum 40 Widerstands 33. Außerdem ist ein Uberbrückungs-Flackern und Ausfallen. kondensator 44 an die Wechselstromquelle an der

Es kann aber auch während der ersten Halbpe- Lastseite des Widerstands 33 angeschlossen, riode des Wechselstromes eine Anzahl Impulse durch Sämtliche der verschiedenen Schaltungen des sachgemäße Auswahl der Konstanten des Kippkon- Startkreises können dazu benutzt werden, eine Ionidensators 34 und des Widerstands 33 erzeugt wer- 45 sation der Entladungslampe 25 zu erreichen. Bei den, die mit Bezug auf die Durchbruchsspannung der einer handelsmäßigen Ausführungsform der elektri-Schaltdiode 36 ausgewählt werden. sehen Schaltung werden folgende Stromkreiskonstan-

Die Fig. 4 zeigt eine Wellenform für einen einzi- ten benutzt: -■■ '

gen Schwingimpuls 40 mit einer positiven Spitze 41 ' .„,<■,. ■, ~_A _Όηι«₀

und einer negativen Spitze 42. InderFig.5 ist der 50 ^cnaltdiode 36 .......... FD 135-2 ■

Impuls 40 mit gedehntem Horizontalmaßstab darge- _Ci , . - (zwei atucK in Keine;

stellt, um die Schwingungsnatur des Impulses darzu- Strombegrenzungswider- ^

stellen, der eine Dauer von etwa 50 Mikrosekunden ^stana *" ' .·.■·.. wuu unm

hat. ·■-.■> Kippkondensator34 2,0mfd

Fig.6 zeigt eine Anzahl Impulse 40a von denen 55 Überbrückungskonden-

ein jeder positive Spitzen 41 α und negative Spitzen sator 44 0,5 mfd

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Impulsbetrieb von Gasentladungslampen, bei der ein Kondensator über einen Transformator aus dem Wechselstromnetz aufgeladen wird und über eine der Lampe vorgeschaltete sättigbare Drossel mit der Lampe verbunden ist, wobei die sättigbare Vorschaltdrosselspule in jeder Halbwelle der Speisewechselspannung gesättigt wird und der Kondensator sich dann über die Entladungslampe spontan entlädt, wobei gemäß dem Hauptpatent 1295 080 der Blindwiderstand der den Kondensatorladestrom begrenzenden Induktivität des Transformators wenigstens annähernd gleich dem Blindwiderstand der Kapazität des die Lampe speisenden Kondensators gewählt ist und die Induktivität mit dem Kondensator einen Resonanzkreis bildet, dessen Frequenz der Netzfrequenz entspricht, so daß die Kondensatorladespannung unabhängig von den Netzspannungsschwankungen praktisch konstant gehalten wird und der Kondensator sich in jeder Halbwelle der Speisespannung nur einmal über die Lampe entlädt, und wobei ferner der Kondensator über eine den Strom begrenzende weitere Drossel von der Stromquelle gespeist wird und ein Startkreis vorgesehen ist, der ein den Strom begrenzendes Schaltelement, insbesondere eine Drossel öder einen Widerstand, einen Kippkondensator und als Kopplungseinrichtung zu dem die Lampe aufweisenden Hauptstromkreis die sättigbare Drossel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entladung des Kippkondensators (34), um mindestens einen hochfrequenten gedämpften Schwingimpuls in dem Startstromkreis (12) zu erzeugen, der dem niederfrequenten Arbeitsimpuls ;.■;'. phasenrichtig überlagert wird, eine Schaltdiode (36) verwendet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß an Stelle der sättigbaren Drossel (21, 35) eine andere Kopplungseinrichtung vorgesehen ist.

3.. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,45 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbare Drossel bzw. die aus einem magnetischen Verstärker bestehende Kopplungseinrichtung eine Hauptwicklung (21) im Hauptstromkreis und eine Hilfswicklung (35) im Startkreis auf- 50' weist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippkondensator (34) mit der Hilfswicklung (35) und dem den Strom des Startkreises begrenzenden Schaltetement (33) über die Stromquelle in Reihe geschaltet ist und daß die Schaltdiode (36) parallel zu dem in Reihe geschalteten Kippkondensator und der Hilfswicklung angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippkondensator (34) in Reihe mit dem den Strom des Startkreises begrenzenden Schaltelement (33) parallel zur Stromquelle geschaltet ist und daß die Hilfswicklung (35) und die Schaltdiode (36) in Reihe parallel zu dem Kippkondensator (34) liegen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippkondensator

(34) in Reihe mit der Hilfswicklung (35) und der Schaltdiode (36) sowie dem den Strom des Startkreises begrenzenden Schaltelement (33) parallel zur Stromquelle geschaltet ist und daß ein Überbrückungs-Kondensator (44) parallel zur Stromquelle an der Lastseite des den Strom begrenzenden Schaltelements (33) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt der Durchbruchsspannung der Schaltdiode (36) in der Halbperiodenwellenform zwischen 70 und 110° Hegt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchsspannung der Schaltdiode (36) derart in bezug auf die Zeitkonstante des Kippkondensators (34) und der Drossel oder des Widerstands (33), die den Strom des Startkreises begrenzen, gewählt ist, daß die Schaltdiode (36) bei' mindestens dem Zweifachen während jeder Halbperiode durchbricht.