DE1489327B2 - Anordnung zur Steuerung des periodischen Betriebes einer Gasentladungslampe - Google Patents
Anordnung zur Steuerung des periodischen Betriebes einer GasentladungslampeInfo
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steue- die Zündung der Gasentladungslampe mit der Oszil-
rung des periodischen Betriebes einer Gasentladungs- latorschwingung zu synchronisieren. Diese Anordnung
lampe, die über einen Speicherkondensator gespeist besitzt eine Automatikschaltung, die verhindert, daß
wird, mit einer aus einem Zündkreis und einem Impuls- der Speicherkondensator auf eine höhere Spannung
geber bestehenden Steuereinheit, die sowohl die Zün- 5 als die Nennspannung aufgeladen wird. Hierzu wird
dung der Gasentladungslampe auslöst als auch über beim Erreichen der Nennspannung der Schwingvor-
ein im Ladekreis des Speicherkondensators angeord- gang und damit die Aufladung unterbrochen,
netes elektronisches Bauelement die erneute Aufladung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
des Speicherkondensators um die Entionisierungszeit Anordnung zur Steuerung des periodischen Betriebs
der Gasentladungslampe verzögert. io einer Gasentladungslampe zu schaffen, die auch bei
Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Berücksichtigung der Entionisierungszeit der Gasent-
Patentschrift 1 079 738 bekannt. ladungslampe eine möglichst hohe Blitzfrequenz
Beim periodischen Betrieb von Gasentladungs- ergibt.
lampen unterliegt die Frequenz der einzelnen Zün- Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadungen
einer Begrenzung durch die Entionisierungs- 15 durch, daß die Aufladung des Speicherkondensators
zeit der Lampe. Wenn an die Lampe vor Ablauf ihrer über einen Transformator und eine mit seiner Sekun-Entionisierungszeit
eine bestimmte kritische Spannung därwicklung in Reihe geschalteten Diode erfolgt, daß
gelegt wird, entsteht eine Dauerentladung, so daß der das elektronische Bauelement aus einem Schalttrannormale Betrieb der Lampe nicht mehr möglich ist. sistor besteht, dessen Schaltstrecke in Reihe an die
Bei bestimmten Arten von Lampenschaltungen kann 20 Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist
der während einer solchen Bauentladung fließende und mittels eines von einem Zündimpuls des Zünd-Strom
die Röhre zerstreuen. kreises ausgelösten und durch den Impulsgeber er-Aus der Veröffentlichung »Bulletin des Schweizer!- zeugten Steuerimpulses, dessen Impulsdauer gleich
sehen Elektrotechnischen Vereins«, 1961, Nr. 17, oder größer als die Entionisierungszeit der Gasent-S.
672, ist ein Transistor-Spannungswandler zur 25 ladungslampe ist, mindestens für die Dauer der EntSteuerung
des Betriebs einer Gasentladungslampe ionisierungszeit leitend gehalten wird und daß die
bekannt, die über einen Speicherkondensator gespeist Diode in bezug auf die während des leitenden Zustande
wird, bei dem die Aufladung des Speicherkondensators des Schalttransistors in der Sekundärwicklung induüber
einen Transformator und eine mit seiner Sekun- zierte Spannung in Sperrichtung gepolt ist.
därwicklung in Reihe geschalteten Diode erfolgt, bei 30 Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die für dem die Schaltstrecke eines Schalttransistors in Reihe die Ladung des Speicherkondensators erforderliche an die Primärwicklung des Transformators angeschlos- Energie bereits während der Entionisierungszeit in den sen ist und bei dem die Diode in bezug auf die während Transformator übertragen und darin gespeichert wird des leitenden Zustands des Transistors in der Sekun- und nach Ablauf der Entionisierungszeit sofort in den därwicklung induzierte Spannung in Sperrichtung 35 Speicherkondensator übertragen werden kann,
gepolt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebe-Mit dieser Anordnung kann der Speicherkondensa- nen Anordnung sind in den Unteransprüchen getor stufenweise auf die für die Zündungen der Gasent- kennzeichnet.
därwicklung in Reihe geschalteten Diode erfolgt, bei 30 Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die für dem die Schaltstrecke eines Schalttransistors in Reihe die Ladung des Speicherkondensators erforderliche an die Primärwicklung des Transformators angeschlos- Energie bereits während der Entionisierungszeit in den sen ist und bei dem die Diode in bezug auf die während Transformator übertragen und darin gespeichert wird des leitenden Zustands des Transistors in der Sekun- und nach Ablauf der Entionisierungszeit sofort in den därwicklung induzierte Spannung in Sperrichtung 35 Speicherkondensator übertragen werden kann,
gepolt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebe-Mit dieser Anordnung kann der Speicherkondensa- nen Anordnung sind in den Unteransprüchen getor stufenweise auf die für die Zündungen der Gasent- kennzeichnet.
ladungslampe erforderliche Soll-Spannung aufge- Im folgenden wird die oben beschriebene Anord-
laden werden. Sobald die Soll-Spannung erreicht ist, 40 nung an Hand zweier in den F i g. 1 bis 4 dargestellter
wird der Oszillator außer Betrieb gesetzt. Ein periodi- Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt
scher Betrieb dieser Anordnung ist nicht möglich, da F i g. 1 ein Schaltbild der oben beschriebenen An-
es dazu erforderlich wäre, die Zündung der Gasent- Ordnung in einer ersten Ausführungsform,
ladungslampe mit der Schwingung des Oszillators zu F i g. 2 ein Diagramm, aus dem die Arbeitsweise
synchronisieren. Dies würde jedoch bei einer aus- 45 der Anordnung der F i g. 1 hervorgeht,
reichend hohen Zündfrequenz dazu führen, daß der F i g. 3 ein Schaltbild der oben beschriebenen An-
Speicherkondensator noch innerhalb der Entionisie- Ordnung in einer weiteren Ausführungsform und
rungszeit geladen würde, wodurch eine Dauerentladung F i g. 4 ein Diagramm, aus dem die Arbeitsweise
der Gasentladungslampe verursacht würde. der Anordnung der F i g. 3 hervorgeht.
Bei der aus der deutschen Patentschrift 1 079 738 50 F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der oben bebekannten
Anordnung wird eine derartige Dauerent- schriebenen Anordnung, das mit der maximalen Blitzladung
dadurch verhindert, daß die Ladung des frequenz
Speicherkondensators um die Entionisierungszeit ver- 1
zögert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß während *m ~ ~
der Entionisierungszeit der aus einer Drossel und dem 55 d
Speicherkondensator bestehende Ladekreis unter- betrieben werden kann, wobei ta die Entionisierungsbrochen wird. Diese Ausbildung führt jedoch zu einer zeit der Gasentladungslampe der Anordnung ist. Die weiteren Verzögerung, da die zur Ladung des Speicher- Anordnung besitzt einen Transformator T mit einer kondensator erforderliche Energie erst nach Ablauf Primärwicklung Lp und einer Sekundärwicklung L8, der Entionisierungszeit in die Drossel übertragen 60 deren Windungsverhältnis 1 : η beträgt,
werden kann. Die Sekundärwicklung L8 ist an einen Speicher-Aus der Zeitschrift »Elektronik«, 1959, Nr. 4, S. 107 kondensator C und eine Aufladediode D angeschlosbis 110, ist ein weiterer Transistor-Oszillator-Span- sen. Parallel zum Speicherkondensator C liegt die nungswandler zur Steuerung des Betriebs einer Gas- Gasentladungslampe FT. Ein NPN-Schalttransistor 5" entladungslampe bekannt, bei dem der Speicherkon- 65 ist so angeordnet, daß seine Schaltstrecke in Reihe densator ebenfalls stufenweise aufgeladen wird. Ein zu der Primärwicklung Lp und der Gleichstromquelle E periodischer Betrieb dieser Anordnung ist ebenfalls geschaltet ist. Die Basis des Schalttransistors S ist an nicht möglich, da es dazu wieder erforderlich wäre, einen Impulsgeber 4 angeschlossen, der positive Im-
Speicherkondensators um die Entionisierungszeit ver- 1
zögert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß während *m ~ ~
der Entionisierungszeit der aus einer Drossel und dem 55 d
Speicherkondensator bestehende Ladekreis unter- betrieben werden kann, wobei ta die Entionisierungsbrochen wird. Diese Ausbildung führt jedoch zu einer zeit der Gasentladungslampe der Anordnung ist. Die weiteren Verzögerung, da die zur Ladung des Speicher- Anordnung besitzt einen Transformator T mit einer kondensator erforderliche Energie erst nach Ablauf Primärwicklung Lp und einer Sekundärwicklung L8, der Entionisierungszeit in die Drossel übertragen 60 deren Windungsverhältnis 1 : η beträgt,
werden kann. Die Sekundärwicklung L8 ist an einen Speicher-Aus der Zeitschrift »Elektronik«, 1959, Nr. 4, S. 107 kondensator C und eine Aufladediode D angeschlosbis 110, ist ein weiterer Transistor-Oszillator-Span- sen. Parallel zum Speicherkondensator C liegt die nungswandler zur Steuerung des Betriebs einer Gas- Gasentladungslampe FT. Ein NPN-Schalttransistor 5" entladungslampe bekannt, bei dem der Speicherkon- 65 ist so angeordnet, daß seine Schaltstrecke in Reihe densator ebenfalls stufenweise aufgeladen wird. Ein zu der Primärwicklung Lp und der Gleichstromquelle E periodischer Betrieb dieser Anordnung ist ebenfalls geschaltet ist. Die Basis des Schalttransistors S ist an nicht möglich, da es dazu wieder erforderlich wäre, einen Impulsgeber 4 angeschlossen, der positive Im-
pulse erzeugt, deren Dauer gleich der oder etwas größer als die Entionisieruhgszeit ta ist. Der Impulsgeber
4 wird durch den Zündkreis 2 betätigt, der auch die Gasentladungslampe zündet. ,
Diese Anordnung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß die Gasentladungslampe FT soeben gezündet
wurde und daß der Kondensator C völlig entladen ist. Der normalerweise nicht leitende Schalters
wird durch einen Impuls mit der Dauer /,/ des Impulsgebers 4 durchgeschältet. Dadurch wird eine Spannung
tiE in der Sekundärwicklung L4- des Transformators
Γ induziert. Diese Spannung sperrt die Diode ö, so daß kein Strom in den Speicherkonden-.
sator C fließt. Sornit bleibt also die Spannung E an der Gasentladungslampe FT für die Dauer der Entionisierungszeit
ta auf Null. Während dieser Zeit steigt der Strom / in der Primärwicklung Lp linear bis
auf
Etd
ι =
Die in der Primärwicklung Lp gespeicherte Energie
erreicht den Wert
.2Ip-.
Nach Ablauf der Entionisierungszeit ta schaltet der
Schalttransistor S ab. Das in dem, Transformator T zusammenbrechende Magnetfeld induziert |n der
Sekundärwicklung Ls eine Spannung, die die Diode öffnet. Die im Transformator T gespeicherte Energie
wird jetzt in den Kondensator C übertragen, so daß dieser auf die erforderliche Betriebsmindestspannung
E0 aufgeladen wird. Folglich ist
/2=Ta 1/2C£°2
2 Lp
E · ta η · E · ta
worin Ls = /72Lp.' Die Ladezeit beträgt
Ό — ta ==. [
wobei t0 die Zeit zum Erreichen der Betriebsmindestspannung
E0 am Kondensator C ist. ' ,._
Die Kapazität des Speicherkondensators C wird
durch die Betriebsdaten der Gasentladungslampe bei maximaler Zündfolge bestimmt. Die Ladezeit t0 — td
läßt sich jedoch durch Verkleinern von L8 so klein
wie erforderlich machen. Wenn L8 halbiert und das
Windungsverhältnis η konstant gehalten wird, so wird auch Lp halbiert. Um die gespeicherte Energie
konstant zu halten, muß E um -·-.■■' verringert werden,
so daß der Spitzenstrom um 12 erhöht wird. Die
-maximale Zündfolge ist dann .
-ι-
ta
Dadurch wird eine Annäherung an die maximale theoretische Zündfolge und dennoch eine Verhinderung
von Dauerentladungen möglich. ■
Für einen Betrieb über einen weiten Frequenzbereich läßt sich die Gasentladungslampe FT nicht nahe bzw.
bei ihrem maximalen Nennwert betreiben, sofern der Speicherkondensator C nicht verändert werden kann
und nicht mehrere Bereiche vorgesehen sind. Bei einer praktischen Anordnung können vier 6: 1-Bereiche
mit einer Kapazitätsveränderung von 216 : I vorgesehen werden. Für NF-Betrieb kann der Speicherkondensatör
C auf einen größeren Wert geschaltet . und die Energie pro Blitz proportional gesteigert .
werden. . . '
ίο Bei einer Energieübertragung der vorstehend beschriebenen
Art muß auch die in dem TransformatorT gespeicherte Energie proportional zunehmen.' Dazu
ist eine entsprechende Abänderung der Schaltung erforderlich.
Sofern die Öffnungszeit des Schalttransistors 5 und
die Induktivitäten des Transformators im gleichen Verhältnis wie die Steigerung der Entladungskapazität
erhöht werden, bleiben alle Spannungen und Ströme gleich, und die Energie pro Blitz wird wie gewünscht
vermehrt. Die erhöhte Aufladezeit ist kein Problem, da die Zeitspanne zwischen den Zündungen der Gasentladungslampe
für geringere Zündfolgen proportional verlängert wird. Eine Veränderung der Induktivität
des Transformators über einen weiten Bereich (z. B. 216 :1) ist jedoch nicht zweckmäßig. .
Die erhöhte Energie pro Zündung läßt sich auch durch Erhöhung der Speisespannung oder durch Verlängerung
der Öffnungszeit des Schalttransistors S um die Quadratwurzel des Verhältnisses der Kapazitätssteigerung
(d. h. um 15 : 1) erreichen. Diese Veränderungen bewirken, daß der Spitzenstrom um die.
Quadratwurzel der Veränderung des Kapazitätsverhältnisses (d. h. um 15 : 1) erhöht wird. Beschränkungen
des Schalttransistors S machen solche Strom- oder Spannungserhöhungen unerwünscht.
In Fig. 3 ist eine Anordnung zum Speichern von
mehr Energie pro Zündung gezeigt, ohne daß Veränderungen der Speisespannung, des Stromes oder an
. dem Transformator erforderlich sind. Ein Impulsgeber 6 für Impulse mit einer Zeitdauer ta zum Einschalten
des Schalters S wird von dem Zündkreis 2 „ betätigt, der auch die Gasentladungslampe FT zündet.
Weiterhin ist, eine Rückkopplungsschleife FL und
eine Verzögerungsschaltung 12 vorgesehen. Die Rückkopplungsschleife
weist ein Gatter 8 auf, das von einem Flip-Flop 10 gesteuert wird, das durch den
Zündkreis in den einen Und durch die Aufladung des Kondensators C auf die gewünschte Spannung in den
anderen Zustand geschaltet wird. Zu dem letztgenannten Zweck wird eine Zenerdiode D2 verwendet.
Die Zenerdiode Dz ist zwischen den einen Eingang des
Flip-Flops 10 und die Anschlußstelle den Kollektor des Schalttransistors S bzw. die Primärwicklung Lp
geschaltet. ■ ' .
·„ Die Anordnung nach F i g. 3 arbeitet wie folgt:
Ein Impuls des Zündkreises zündet die Gasentladungs-, lampe FT. Gleichzeitig führt der, Zündkreis 2 dem
Impulsgeber 6 einen Impuls zu, so daß dieser einen Impuls mit einer Dauer/,/ erzeugt, wobei.außerdem
das Flip-Flop 10 in seinen Ausgangszustand zurückgestellt wird, so daß das Gatter 8 geöffnet wird. Dar
Impuls des Impulsgebers 6. schaltet den Schalttransistor
S für die Dauer /,; durch. Während dieser Zeit ist die Diode D gesperrt, so daß an der Lampe FT
keine Spannung auftritt und sie sich völlig entionisieren kann. Am Ende des Impulses /,/ wird der Transistor S
abgeschaltet, so daß die in dem Transformator./* gespeicherte Energie in den Kondensator C übertragen
. wird. Wie durch die Entladungskennlinie nach F i g. 4
: veranschaulicht ist. wird die Spannung des Kondensators
C schrittweise bis auf einen Wert P1 erhöht,
der wesentlich niedriger sein kann als die erforderliche Betriebsspannung E0. Der Kondensator wird für eine
mit Hilfe der Verzögerungsschaltung 12 festgelegte Zeitspanne aufgeladen. Am Ende dieser Verzögerungszeitspanne wird durch das offene Gatter 8 dem Eingang
des Impulsgebers 6 ein Impuls zugeführt, der bewirkt, daß dieser einen zweiten Impuls mit einer
. Zeitdauer /,/ erzeugt, der den Schalttransistor S erneut
durchschaltet und vorübergehend Energie in dem Transformator T speichert. Die Verzögerung ist so
bemessen, daß zwischen den Impulsen ta ein Zwischenraum
entsteht, der zum Übertragen der Energie aus dem Transformator Γ in den Kondensator C
Zeit läßt. Nach dem zweiten Impuls /<; wird die Spannung
des Kondensators C wie in F i g. 4 gezeigt ist.
. auf den Wert c2 erhöht. Durch den Impulsgeber 6
werden in gleicher Weise aufeinanderfolgende Impulse erzeugt, wobei das Ende jedes Verzögerungsimpulses
die Erzeugung des nächsten Impulses des Impulsgebersö einleitet. Dieser Vorgang dauert an. bis die Spannung
in dem Kondensator C den erforderlichen Wert E0
erreicht! .Diese Spannung wird durch die ZenerdiodeD2
bestimmt. Da die Sekundärspannung mit Hilfe des Windimgsverhältnisses zu der Primärspannung in
Beziehung steht, läßt sich die Kondensatorspannung
.■.-'■ in dem Niederspannungs-Primärkreis bestimmen.
Wenn der Primärkreis die Spannung der ZenerdiodeDz
überschreitet, wird diese leitend und schaltet das ,* Flip-Flop IO um. das das Gatter S schließt. Darauf
werden durch den" Impulsgeber 6 keine Impulse mehr erzeugt, und das System bleibt bei vollständig aufgeladenem
Kondensator C in Ruhe, bis ein Zündimpuls die Gasentladungslampe FT zündet, das Flip-Flop 10
in seinen Ausgangszustand zurückstellt und den Impulsgeber 6 erneut einschaltet.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 3 ist ohne Rücksicht auf den Nennwert des Kondensators
im wesentlichen die gleiche. Wenn der Kondensator zum Erhalten einer maximalen Lichtausbeute der
Gasentladungslampe FT verändert wird, ändert sich
. die Anzahl der Aufladeraten, wobei jedoch der Betrieb stets weitergeht, bis der Kondensator bis auf den erforderlichen
Spannungswert £0 aufgeladen ist.
Bei Erhöhung der Kapazität kann die feststehende ■ Verzögerungszeit zum Ermöglichen des vollständigen
Ühcrtragens der Energie im Verlaufe jedes Übertragungsintervalls
aus dem Transformator T. in den : Kondensator C unzureichend werden, so daß bei
■ Beginn des nächsten Übertragungsintervalls in den
Transformator Γ etwas Strom einfließen kann. Dies beeinträchtigt den Betrieb der. Schaltung jedoch nicht.
Während des nächsten Übertragungsintervalls wird
·'■;. der Strom aus dem vorherigen Intervall lediglich
A addiert und somit die Energieübertragung pro Zyklus
vermehrt. Die einzige Auswirkung besteht in'einer !Erhöhung des Spitzenstromes über den Schalttran-,
sistor'S. Sofern dies unerwünscht ist. hält eine Strombegrenzungsvorrichtung in dieser Schaltung den Aufladespitzenstrom
auf einem feststehenden Wert. Dann sind zum Erreichen der endgültigen Betriebsspannung
des Kondensators einige zusätzliche Aufladeteilbeträge • erforderlich.
Bei dieser Schaltung ist eine Dauerentladung nicht
möglich, solange die Dauer der Impulse /,/ mindestens
, so groß ist wie die Fntionisierungszeit der Gasentladungslampe,
da an dem Entladungskondensator ta
Sekunden nach einer Entladung.keine Spannungsvermehrung auftreten kann.
Die oben beschriebene Anordnung arbeitet bei geeigneten Gasentladungslampen bei einer Frequenz
von 7000 Hz, was bedeutet, daß sie sich der theoretischen Arbeitshöchstfrequenz der Lampe sowie dem
theoretischen maximalen Wirkungsgrad nähert. Es kann eine die Verwendung eines Schalttransistors S
ίο zulassende niedrige Speisespannung und ein kleiner
Transformator mit z. B. Lp = 3 mH und L» = 1,2 H
verwendet werden. D:e Ausgangsspannung wird durch
die Zenerdiode D2 genau reguliert.
Claims (5)
1. Anordnung zur Steuerung des periodischen Betriebes einer Gasentladungslampe, die über einen
Speicherkondensator gespeist wird, mit einer aus einem Zündkreis und einem Impulsgeber bestehenden
Steuereinheit, die sowohl die Zündung der Gasentladungslampe auslöst als auch über ein
im Ladekreis des Speicherkondensators angeordnetes elektronisches Bauelement die erneute Aufladung
des Speicherkondensators um die Entioni-. sierungszeit der Gasentladungslampe verzögert,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufladung des Speicherkondensators (C). über : ■ einen Transformator (T) und eine mit seiner Sekundärwicklung
(La) in Reihe geschalteten Diode (D) . erfolgt, daß das elektronische Bauelement aus
einem Schalttransistor (S) besteht, dessen Schaltstrecke in Reihe an die Primärwicklung (Lp) des
Transformators angeschlossen ist und mittels eines von einem Zündimpuls des Zündkreises (2) ausgelösten
und durch den Impulsgeber erzeugten Steuerimpulses (t,i), dessen Impulsdauer gleich
oder größer als die Entionisierungszeit der Gasentladungslampe (FT) ist, mindestens für die Dauer
der Entionisierungszeit leitend gehalten wird und daß die Diode (D) in bezug auf die während des
leitenden Zustands des Schalttransistors in der Sekundärwicklung induzierte Spannung in Sperr-.
richtung gepolt "st. .
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei relativ langsamen Zündfolgen eine stufenweise Aufladung des Speicherkondensators (C) mittels einer von dem Schalttransistor
(5) zu dem Impulsgeber (.6) geführten Rückköpplungsschleife
erzielt wird, die eine Zenerdiode (Dz)
ein Flip-Flop (10) und ein Gatter (8) aufweist, und mittels der nach Ablauf des' Steuerimpulses (ta)
der Impulsgeber (6) zur Erzeugung eines weiteren Steuerimpulses (/,?) veranlaßt wird. -·.'./
.3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch ge-kennzeichnet,
daß zur Zurückstellung des Flip-Flops (10) bei Zündung der Gasentladungslampe
. (FT) ein.zweiter Eingang des Flip-Flops (10) mit
dem Zündkreis (2) verbunden ist.
4. Anordnung nach Ansprüche oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang! des
Tmpulsgebers (6) und einen zweiten Eingang des Gatters (8) eine einstellbare Verzögerungsschaltung
(12) zur Einstellung der Impulsfolgefrequenz des Impulsgebers (6) geschaltet ist. -
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der: Speicherkondensator
(C) eine auf unterschiedliche Werte einstellbare Kapazität aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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