DE1589306C

DE1589306C - Vorrichtung zum Zünden und Betrieb von elektrischen Entladungslampen, insbesondere solchen mit Zündspannungen von mehr als 1000 Volt

Info

Publication number: DE1589306C
Application number: DE19671589306
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 8000 München Fähnrich
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, 8000 München
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1967-10-19
Publication date: 1973-03-29

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zünden und Betrieb elektrischer Entladungslampen, insbesondere von wechselstromgespeisten Hoch- und Höchstdrucklampen mit Gas- oder Dampffüllung, wie Natrium- oder Quecksilberdampf-Hochdrucklampen mit oder ohne Zusätzen, mit einer Zündspannung größer als 1000 V.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art nach der USA.-Patentschrift 3 310 687 ist ein HF-Trafo in einem die Entladungslampe enthaltenden HF-Schwingkreis vorgesehen, wobei die Entladungslampe in Serie mit der Sekundärwicklung des HF-Trafos und mit der Vorschaltdrossel angeordnet ist und bei der die Primärwicklung in einem Impulskreis liegt, der mindestens einen Zündkondensator und einen gesteuerten Halbleiter umfaßt, der von einem Steuerkreis gesteuert wird.

Dabei ist die Schaltung derart, daß Teile des Impulskreises auch zum Betriebsstromkreis gehören. Das ist nun in jedem Fall ungünstig. Denn liegt bei dieser bekannten Vorrichtung der gesteuerte Halbleiter des Impulskreises mit im Betriebsstromkreis, so muß der Halbleiter für den Betriebsstrom ausgelegt sein, oder es müssen nichterwähnte Anpassungsmittei vorgesehen werden, was die Vorrichtung kompliziert und verteuert. Ferner darf die Zündvorrichtung nach dem Zünden nicht abgeschaltet werden, da sonst kein Lampenstrom mehr fließen kann.

Liegt der gesteuerte Halbleiter des Impulskreises nicht im Betriebsstromkreis, wohl aber, wie auch noch vorgeschlagen, in der angegebenen Parallelschaltung zur Lampe, so ist zu befürchten, daß der Halbleiter nach dem Zünden der Lampe nicht schnell genug schließbar ist, um seine Nebenschlußwirkung zu verhindern, die zu Kurzschluß, zumindest aber zum Nichtweiterbrennen der Lampe führen kann.

Es sind außerdem noch die deutschen Patentschriften 1184 010 und 1193 601 bekanntgeworden, in denen automatisch abschaltende Zündgeräte beschrieben sind, die Funkenstrecken enthalten und nur zum Zünden gleichstromgespeister Entladungslampen dienen. Diese Zündgeräte können nur kurzzeitig in Betrieb genommen werden, da sie sonst Schaden nehmen.

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 309 567 bekannt, eine Xenonentladungsröhre bei einem Druck unter einer Atmosphäre an einem Gerät impulsartig zu betreiben, das aus einem Vorschaltgerät und einem Steuergerät besteht. Das Steuergerät kann über besondere Schaltmittel außer Betrieb gesetzt werden. Das Gesamtgerät besitzt keine vom Lampenbetrieb abhängigen, automatisch arbeitenden Schaltmittel. Im übrigen ist es sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Nachteile der bekannten Geräte zu überwinden und eine Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe zu schaffen, bei der die sichere Inbetriebnahme der Zündvorrichtung bei etwa 80% der Nenn-Netzspannung erreicht und ein sicheres Abschalten der Zündvorrichtung bei etwa 130% der Nennbrennspannung der Lampe gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird das bei einer Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe mit einer Zündspannung größer als 1000 Volt dadurch gelöst, daß der Steuerkreis als

ίο eine vom Impulskreis versorgte Steuerbrückenschaltung ausgebildet ist, bei der wenigstens ein Teilzweig mindestens ein Glied des Impulskreises enthält und bei der das Steuerglied in dem Brückenzweig liegt, und daß mindestens ein Stoßkondensator' des im übrigen vom Lampenversorgungsnetz getrennten Impulskreises in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe angeordnet ist, wobei in dem Überbrückungszweig ein Widerstand und/oder ein Kondensator angeordnet ist, und der Impulskreis und die Steuerbrückenschaltung so bemessen sind, daß nach erfolgter Zündung beim Übergang zum Lampenbetrieb der Impulskreis und die Steuerbrückenschaltung automatisch abgeschaltet werden.
Durch die im wesentlichen vom Netz getrennte Ausbildung des Impulskreises in Kombination mit der Steuerbrückenschaltung werden sämtliche Nachteile der bekannten Schaltungen für den gesteuerten Halbleiter vermieden, und es wird darüber hinaus durch geeignete Dimensionierung der einzelnen Glieder erstmals erreicht, eine einwandfreie Funktion und ein sicheres Abschalten des gesamten Zündapparates zu gewährleisten.

Der Aufbau der Steuerbrückenschaltung, des Impulskreises und des Überbrückungszweiges kann dabei in weiten Grenzen variieren. So kann z: B. der den Halbleiterschalter enthaltende Zweig der Steuerbrückenschaltung außer den Impulskreis-Gliedern, der Primärwicklung und der Drossel noch einen Widerstand und gegebenenfalls auch zwei entgegengesetzt geschaltete Zenerdioden enthalten, während im anderen Zweig nur ein Widerstand mit Parallelkondensator oder zwei Widerstände oder gegebenenfalls ein Dämpfungswiderstand und ein Kondensator angeordnet sind. Dabei liegen einseitig, auch zweiseitig schaltende Triggerdioden entsprechend dem gewählten Halbleiterschalter im Brückenkreis.

Die Steuerbrückenschaltung kann aber auch im Grenzfall der Selbststeuerung auf ein einziges Glied, den Halbleiter, zusammenschrumpfen. Als Glied des Impulskreises für die Lampen-Überbrückungsschaltung kommt besonders der Stoßkondensator in Frage, wobei ihm entweder ein Ladewiderstand oder ein weiterer Kondensator, z. B. auch der HF-Rückschlußkondensator, vorgeschaltet ist.

Der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt zweckmäßig so, daß die Glieder des HF-Kreises, des Impulskreises, sowie der Steuerbrückenschaltung und des Überbrückungszweiges eine Einheit bilden, die mindestens zum Teil in Kunstharz oder Siliconkautschuk eingegossen ist. Für den Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es andererseits von besonderem Vorteil sein, die Glieder des Impulskreises ohne die Primärwicklung mit der Steuerbrückenschaltung und dem Uberbrückungszweig zu einer Einheit zusammenzufügen, da diese dann auswechselbar an das Netzteil und an die Primärwicklung des HF-Trafos an- und abkuppelbar ist. Die Erfindung ist in den schematischen Schalt-

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zeichnungen 1 bis 5 beispielhaft dargestellt und er- (λ,2 μΡ gewählt werden müssen. Infolge des lüederläutert. ohmigen Anschlusses des Primärkreises für höhere In F i g. 1 ist 3 eine elektrische Hoch- oder Höchst- Frequenzen ist es zusätzlich erforderlich, einen druckentladungslampe mit Gas- oder Dampffüllung, Dämpfungswiderstand 16 von etwa 6 Ω vorzusehen, wie Natrium- oder Quecksilber-Hockdrucklampe, 5 F i g. 4 zeigt weiter eine Schaltung, die der der z.B. eine 400-W-Natrium-Hochdrucklampe, die bei Fig. 3 ähnelt. Es wurde lediglich die Steuerbrückeneiner Netzspannung von etwa 220 V eine Brennspan- schaltung für den Halbleiterschalter verändert. Der nung von etwa 105 V und einen Betriebsstrom von Widerstand 11 ist entfallen und nur der Kondensarund 4 A aufweist, wobei ein Anlauf strom von etwa tor 12 erhalten geblieben, während im anderen Zweig 6 A für annähernd 3 Minuten erforderlich ist. Die io zwei entwegengesetzt geschaltete Zenerdioden 17, 18 Entladungslampe 3 liegt in einem vom HF-Trafo 5 mit etwa 180 V Zenerspannung eingefügt wurden, betriebenen HF-Schwingkreis; die Zündspannung be- Der Widerstand 16 hat etwa 5 kQ.
trägt bei etwa 100 kHz etwa 1 bis 5 kV_s etwa Fig. 5 zeigt eine Schaltung für Zünden und Be-1.... 5 Funkten pro Netzhalbwelle. trieb von Entladungslampen, bei der die gesamte Hierbei liegt die Entladungslampe 3 in Serie zur 15 Steuerbrückenschaltung zu einem einzigen Glied, dem Drossel 1 und Sekundärwicklung 2 und die Reihen- Halbleiterschalter 8 zusammengeschrumpft ist. Der schaltung von Sekundärwicklung 2 und Lampe 3 par- Halbleiterschalter ist hier eine bei etwa 200 V selbstallel zum Rückschlußkondensator 4, der eine Kapa- schaltende Vierschichtdiode. Zur Erhöhung der zität von 0,05 .. . 0,25 μΡ aufweist. Sperrspannung ist dieser selbstschaltenden Vier-Auf der Primärseite des Trafos 5 ist ein Impuls- ao schichtdiode eine Siliziumdiode 20 in Reihe sowie ein kreis, der aus Primärwicklung 6, Drossel 7, Halb- Widerstand 19 parallel geschaltet. Durch die Bauleiterschalter 8 und Stoßkondensator 9 besteht, vor- elemente 19 und 20 wird eine Belastung der Viergesehen. Als Halbleiterschalter 8 ist ein Thyristor ein- schichtdiode in Sperr-Richtung vermieden. Die Diode gesetzt. Der Stoßkondensator 9 hat eine Kapazität 20 kann auch antiparallel zur Vierschichtdiode gevon 0,1 μΡ (0,1 . . . 0,25 μΡ) und ist für höhere Stoß- as schaltet werden, in welchem Fall der Widerstand 19 ströme geeignet. Drossel 7 ist eine Ferritkern-Drossel entfallen kann. Der Uberbrückungszweig entspricht mit einer Induktivität, die zusammen mit dem Stoß- völlig dem der Schaltung nach F i g. 1.
kondensator eine Frequenz von etwa 100 kHz ergibt. Allen erfindungsgemäßen Schaltungen ist gemein-Eine Steuerbrückenschaltung umfaßt in ihrem einen sam, daß die Funken in beiden Netzhalbwellen auf-Zweig außer den zum Impulskreis gehörenden Glie- 30 treten und jeder Zündspannungsstoß als gedämpfte dem, dem Thyristor 8, der Primärwicklung 6, der Schwingung auftritt. Bei den Schaltungen nach Drossel 7 auch noch den Widerstand 10, während der F i g. 3 und 4 schließt sich an den hochfrequenten andere Zweig den Widerstnd 11 aufweist, dem der Stoß eine tonfrequente Schwingung auf Grund des Kondensator 12 parallel geschaltet ist. In der Brücke kapazitiven Spannungsteilers an, die die Zündung der liegt der Halbleiter 13, der eine einseitig schaltende 35 Lampe erleichtert. Die Schaltung nach Fig. 4 ist Triggerdiode ist, über die sich im Zündmoment des dann vorteilhaft, wenn bei dem bei der Schaltung Thyristors der Kondensator 12 mit etwa 50 nF ent- nach F i g. 3 beschriebenen niederohmigen Anlädt. Der Schaltaugenblick wird durch den aus den Schluß tonfrequente Schwingungen mit größeren beidene Widerständen 10, 11 gebildeten Spannungs- Amplituden entstehen.

teiler bestimmt. Die Widerstände haben die Größen- 4° Es versteht sich von selbst, daß noch eine große Ordnung von etwa 100 bis 200 kQ. Zahl von Variationsmöglichkeiten im Rahmen der Als Glied des im übrigen von Lampenversorgungs- erfindungsgemäßen Kombination von Steuerbrückennetz getrennten Impulskreises, das in Überbrückungs- schaltung, Impulskreis und Uberbrückungszweig anschaltung zur Entladungslampe angeordnet ist, dient gebbar sind. So können z. B. Widerstände und Konhier der Stoßkondensator 9, der an den Brücken- 45 densatoren gemeinsam im Überbrückungskreis vorgleichrichter 14 angeschlossen ist, wobei dem Brük- oder eingeschaltet sein, auch kann die Primärwickkengleichrichter 14 ein Ladewiderstand 15 von etwa lung und Sekundärwicklung des HF-Trafos als Auto-10 kQ vorgeschaltet ist. trafowicklungen im Überbrückungskreis liegen.

F i g. 2 zeigt als Schaltbild eine ähnliche Zünd- und Beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Vor-

Betriebsvorrichtung. Hier werden aber an Stelle der 50 richtung sorgt man zweckmäßig dafür, daß die Glie-

einseitig schaltenden Halbleiterschalter zweiseitig der des HF-Kreises, des Impulskreises sowie der

schaltende Halbleiterschalter verwendet. Zur Aus- Steuerbrückenschaltung und des Uberbrückungs-

steuerung wird entsprechend ebenfalls eine zweiseitig zweiges eine Einheit bilden, die mindestens zum Teil

schaltende Triggerdiode 13 eingesetzt. Dafür kann in Kunstharz oder Silicon-Kautschuk eingegossen

der Brückengleichrichter 14 entfallen. 55 sind.

Die Schaltung nach F i g. 3 entspricht der der Für den Gebrauch der erfindungsgemäßen Vor-F i g. 2, jedoch wurde hier der Ladewiderstand 15 richtung kann es andererseits von besonderem Vorfortgelassen und durch den HF-Rückschlußkonden- teil sein, die Glieder des Impulskreises ohne die Prisator 24 als Vorwiderstand für den Stoßkondensator 9 märwicklung mit der Steuerbrückenschaltung und im Uberbrückungszweig 9, 24 ersetzt. Da sich da- 60 dem Überbrückungszweig zu einer Einheit zusamdurch auch ein kapazitiver Spannungsteiler ergibt, mmenzufügen, da diese Einheit im Bedarfsfalle auswird bei einer Stoßkapazität von 0,1 μΡ für den HF- wechselbar an das Netzteil und an die Primärwick-Rückschlußkondensator 24 eine Kapazität von etwa lung des HF-Trafos an- und abkuppelbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb elektrischer Entladungslampen, insbesondere von wechselstromgespeisten Hoch- und Höchstdrucklampen mit Gas- oder Dampffüllung, wie Natrium- oder Quecksilber-Hochdrucklampen und einer Zündspannung größer als 1000 Volt, bei der ein HF-Trafo einen die Entladungslampe enthaltenden HF-Schwingungskreis betreibt und die Entladungslampe in Serie mit der Sekundärwicklung des HF-Trafos und mit der Vorschaltdrossel angeordnet ist-, und bei der die Primärwicklung in einem Impulskreis liegt, der mindestens einen Zündkondensator und einen gesteuerten Halbleiter umfaßt, der von einem Steuerkreis gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis als eine vom Impulskreis (6, 7, 8, 9) versorgte Steuerbrückenschaltung ausgebildet ist, bei der wenigstens ein Teilzweig mindestens ein Glied (8) des' Impulskreises enthält und bei der das Steuerglied (13) in dem Brückenzweig liegt, und daß ein Stoßkondensator (9) des im übrigen vom Lampenversorgungsnetz getrennten Impulskreises in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei in dem Überbrückungszweig ein Widerstand (15) und/ oder ein Kondensator (24) angeordnet ist und der Impulskreis und die Steuerbrückenschaltung so bemessen sind, daß nach erfolgter Zündung beim Übergang zum Lampenbetrieb der Impulskreis und die Steuerbrückenschaltung automatisch abgeschaltet werden.

2. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbrückenschaltung einen ersten Zweig mit Widerstand (10) sowie den Impulskreis gehörenden Gliedern, Drossel (7), Primärwicklung (6) und einen Thyristor als Glied (8) umfaßt, während der andere Zweig einen Widerstand (11) aufweist, dem ein Kondensator (12) parallel geschaltet ist, und die Brücke einen Halbleiter als einseitig schaltende Triggerdiode (13) enthält, wobei die Brücke an das Steuergitter des Thyristors angeschlossen ist, und daß der zum Impulskreis (6, 7, 8) gehörende Stoßkondensator (9) an den Brückengleichrichter (14) angeschlossen ist, der in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei dem Brückengleichrichter (14) ein Widerstand (15) vorgeschaltet ist.

3. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbrückenschaltung einen ersten Zweig mit Widerstand (10) sowie den zum Impulskreis gehörenden Gliedern, Drossel (7), Primärwicklung (6) und einen gesteuerten Fünf-Schicht-Halbleiter als Halbleiterschalter (8) umfaßt, während der andere Zweig einen Widerstand (11) aufweist, dem ein Kondensator (12) parallel geschaltet ist, und die Brücke eine zweiseitig schaltende Triggerdiode (13) enthält, wobei die Brücke an das Steuergitter des Fünf-Schicht-Halbleiters angeschlossen ist, und daß der im Impulskreis liegende Stoßkondensator (9) in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei im Überbrükkungszweig ein Widerstand (15) vorgeschaltet ist.

4. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbrückenschaltung einen ersten Zweig mit Widerstand (10) sowie den zum Impulskreis gehörenden Gliedern. Drossel (7), Primärwicklung (6) und einer gesteuerten Fünf-Schicht-Halbleiter als Halbleiterschalter (8) umfaßt', während der andere Zweig einen Widerstand (11) und einen im Impulskreis liegenden Dämpfungswiderstand (16) aufweist, wobei ein Kondensator (12) dem Widerstände (11) parallel geschaltet ist, und die Brücke eine zweiseitig schaltende Triggerdiode (13) enthält, wobei die Brücke an das Steuergitter des Fünf-Schicht-Halbleiters angeschlossen ist, und daß der im Impulskreis liegende Stoßkondensator (9) in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei im Überbrükkungszweig der HF-Rückschlußkondensator (24) vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbrückenschaltung einen ersten Zweig mit Widerstand (10), zwei entgegengesetzt geschaltete Zenerdioden (17, 18) sowie die zum Impulskreis gehörenden Glieder, Drossel (7), Primärwicklung (6) und einen gesteuerten Fünf-Schicht-Halbleiter als Halbleiterschalter (8) umfaßt, während der andere Zweig einen Kondensator (12) und einen im Impulskreis liegenden Dämpfungswiderstand (16) aufweist und die Brücke eine zweiseitig schaltende Triggerdiode (13) enthält, wobei die Brücke an das Steuergitter des Fünf-Schicht-Halbleiters angeschlossen ist, und daß der im Impulskreis liegende Stoßkondensator (9) in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei im Überbrückungszweig der HF-Rückschlußkondensator (24) vorgeschaltet ist.

6. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sonderfall der Selbststeuerung die gesamte Steuerbrückenschaltung zu einem einzigen Impulskreis-Glied, einer als Halbleiterschalter (8) dienenden selbstschaltenden Vierschichtdiode zusammenschrumpft, der ein Widerstand (19) parallel und eine Siliciumdiode (20) in Reihe vorgeschaltet ist, und daß der zum Impulskreis (6, 7, 8) gehörende Stoßkondensator (9) an den Brückengleichrichter (14) angeschlossen ist, der in Überbrückungsschaltung zur Entladungslampe (3) angeordnet ist, wobei dem Brückengleichrichter (14) ein Widerstand (15) vorgeschaltet ist.

7. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumdiode (20) an Stelle des Widerstandes (19) antiparallel zur Vierschichtdiode (8) geschaltet ist.

8. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb einer elektrischen Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder des HF-Kreises (2, 4), des Impulskreises (6, 7, 8, 9), der Steuerbrückenschaltung und des Überbrückungszweiges (14, 15; 9, 15; 9, 24) als Einheit ausgebildet und mindestens zum Teil in Kunstharz oder Silicon-Kautschuk eingegossen sind.

9. Vorrichtung zum Zünden und Betrieb elektrischer Entladungslampen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder des Impulskreises (7, 8, 9) ohne Primärwicklung (6) des HF-Trafos (5) gemeinsam mit den Gliedern der Steuerbrückenschaltung und denen des Überbrückungszweiges (14, 15; 9, 15; 9, 24) eine Einheit bilden, die an das Netzteil und an die Primärwicklung (6) des HF-Trafos (5) zum Austausch an- und abkuppelbar ist.