DE1764624A1

DE1764624A1 - Vorrichtung zum Speisen bzw. Zuenden einer Gas- und/oder Dampfentladungsroehre mittels einer Hochfrequenzspannung

Info

Publication number: DE1764624A1
Application number: DE19681764624
Authority: DE
Inventors: Moerkens Jozef Cornelis; Hilbert Palmers; Giovanni Porro
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-07-28
Filing date: 1968-07-06
Publication date: 1971-09-09
Also published as: DE1764624B2; NL162814B; DE1764624C3; NL162814C; CH477801A; FR1581149A; GB1208489A; NL6710431A; BE718701A; ES356518A1; AT291391B

Description

Dr. Herbert Scholz ,„^,_o ^ , ^⁰⁰ Hamburg ι, 29,4.70 sch/κ

1 7 R L R 7 L Mönckebergstrtße 7 Patentanwalt I / ü t ü Z, H Telefon: 3392 21

Fernschreiber: 2-161587 a dpu d

P 17 64 624.1-33 PHiT 2588

Abschrift

N.VePhilips 'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland

Vorrichtung zum Speisen bzw. Sünden einer Gas-und/oder Dampf entladungsröhre mifcteli; einer Hochl'requenzspannung

Die ik'findung betrifft eine Vorrichtung zum cipei.-;au und Zünden einer Gat;- und/oder Dampfentladun^srühre mit einer Hochfrequenzspannung, wobei die Vorrichtung eLne Kapazität (erste Kapazität) und eine Induktivität (^rate Induktivität) , welche die Frequenz der Hochfrequena-Zündapannuri£ bedingen, sowie ein gesteuertes Hali)leiterscualtelement enthält, und die Eingangsklemmen der Vorrichtung durch eine erste Reihenschaltung der Entladunguröhre und einer wenigstens eine Induktivität enthaltenden StabiL Lu Lerungainipedanz verbunden sind«,

Unter Hochfrequenz wird dabei eine frequenz über 1000 Hz verüto-nden.

nlina bekannte Vorrichtung der eingangs erwähnten Art hat den Nachteil, daß aie verwickelt und kostspielig Lst.

Die vorliegende Erfindung bezweokt, weniger verwickelte

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und daher billigere Vorrichtungen zum Speisen bzw. Zünden einer Gas- und/oder Dampfentladung;rühre mittels einer Hochfre^r.uer z^r,rannung zu scnaffen.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Speisen und mit einer Hochfrequenzspannung Zünden einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre, wobei die Vorrichtung eine Kapazität (erste Kapazität) und eine Induktivität (erste Induktivität), welche die Frequenz der Hochfrequenzspannung bedingen, sowie ein gesteuertes Halbleiterschaltelement enthält, und die Eingangsklemmen der Vorrichtung durch eine erste Reihenschaltung der Entladungsröhre und einer wenigstens eine Induktivität enthaltenden Stabilisierimpedanz verbunden sind, weist das Kennzeichen auf, daß das Schaltelement eine zweite Reihenschaltung wenigstens der ersten Kapazität und der ersten Induktivität überbrückt und parallel zur Entladungsröhre zwei Zweige vorhanden aind, welche die erste Kapazität bzw. das gesteuerte Halbleiterschaltelement enthalten, wobei das Schaltelement in dem Zeitpunkt gesperrt wird, in dem die Richtung des durchfließenden Stromes umkehrt, und wobei ein Steuerkreis des gesteuerten Schaltelementes bei eingeschaltetem Zustand der Vorrichtung, jedoch noch nicht gezündeter Röhre, das Schaltelement a Sek. nach dem Sperren dieses Elementes leitend macht, wobei a größer ist als-r—, wobei V die Eigenfrequenz in Hz eines unterkritisch gedämpften Kreises darstellt, der von der die erste Kapazität enthaltenden Verbindung der'Eingangsklemmen gebildet iat.

Unter einem unterkritisch gedämpften Kreis wird ein Kreis verstanden, in dem der durch die Anachlußdrähte fließende Strom beim Anschalten an eine Gleichstromquelle zunächst ansteigt, dann abfällt gleich NuIL wird, und anschließend seine Richtung umzukehren versucht.

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Zum Zünden der Röhre wird in einer Vorrichtung nach der Erfindung eine der Spannung an ernte Kapazität entnommene Spannung an die Rühre angelegt. Beim Zündvorgang, manchmal daa Starten der Röhre genannt, geschieht mit der Spannung an bzw. deU Strom durch die erste Kapazität (ersten Kondensator) fOlg.eno.es:

Beim Starten wird der erste Kondensator über die Stabilisierinpedanz aufgeladen, bin daa Halbleiterfachaltelement leitend gemacht wird. Dann entlädt aich oer erste Kondensator über dieses Schaltelement und die erste Induktivität, bis der das Schaltelement durchfließende Strom seine Richtung umkehrt. In dem Zeitpunkt H, in dem die Richtung des das Halbleiterschaltelement durchfließenden Stromes umkehrt, wird dieses Element gesperrt, lach dew Zeitpunkt L wird der erste Kondensator wieder über die Stabiliüierimpedanz in der ursprünglichen Ricntung aufgeladen, was in einer; unterkritisch gedämpften Kreis erfolgt. Dies bedeutet, dab, wenn das Schaltelement gesperrt bleiben würde, die Spannung am ersten Kondensator, gegen die Zeit abgetragen, eine (gedämpfte) Schwingung um einen Gleichgewichtswert aufweisen würde, der nach längerer oder kürzerer Zeit erreicht werden sollte. Die Frequenz dieser Schwingung wäre etwa die Eigenfrequenz V des unterkritisch gedämpften Kreises. Der Gleichgewichtswert wird dabei τ-Ι*- Sek. nacii dem Durchgang durch einen Teil bzw· einen Scheitel dieser Schwingung erreicht»

Wenn nun das Schaltelement -—γ- Sek. nach dem Zeitpunkt II leitend gemacht wird, hat die Spannung am ersten Kondensator praktisch das Potential des Gleichgewichtswertee erreicht. Dieser Wert ist etwa gleich dem Augenblickawert der Netzspannung. Wird das Schaltelement nicht j—- Sek. nach M leitend gemacht, jedoch erst nach einer etwas längeren Seit, so hat die Spannung

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am ersten Kondensator den Gleichgewiohtswert überschritten·

Wenn dafür.gesorgt wird, daß das Schaltelement erst nach dem Verstreichen von j~f Sek. nach M leitend gemacht wird, kann

erreicht werden, daß am ersten Kondensator und demnach an der Entladungsröhre eine Spannung auftritt, die den Augenblickewert der Netzspannung überschreitet. Dies erleiohtert das Zünden der Entladungsröhre.

Wenn das Schaltelement dann wieder leitend gemaoht wird, entlädt sich der erste·Kondensator zum zweiten Mal, wobei 8ich der soeben beschriebene Vorgang wiederholt, jedoch unter der Bedingung, daß der Anfangspunkt dann bei der Spannung des ersten Kondensators liegt, zum Zeitpunkt, wo das Schaltelement wieder leitend gemaoht wird·

Ein Vorteil einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der das Schaltelement erst nach τ—*- Sek. leitend gemacht wird, besteht darin, daß zum Starten der Entladungsröhre keine Transformatoren oder nur Transformatoren mit einem kleinen Übersetzungsverhältnis notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zum Zeitpunkt, bei dem ein Schaltelement wieder leitend gemaoht wird, der erste Kondensator eine Spannung aufweist, die den Augenblickswert der Netzspannung überschreitet (in der Annahme, daß mit dem Leitendmachen nicht zu lange gewartet wird, also z.B. nicht bis J^T- Sek. nach dem Zeitpunkt M). Dadurch kann nämlich (wie es näher erläutert wird) der Strom durch die Stabilisierimpedanz klein gehalten werden, so daß die Ausmaße der letzteren gering sein können. Zur Erläuterung sei folgende« bemerkt:

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Die Spannung an der Stabilisierimpedanz wird durch die Netzspannung und die Spannung am ersten Kondensator bedingt. Da die Spannung am ersten Kondensator die Netzspannung überschreitet, wird die (instantane) Spannung an der Stahilisierimpedanz negativ, wodurch der die Impedanz durchfließende Strom herabgesetzt wird und sogar auf Null abfallen kann. Dadurch wird die mittlere Stromstärke durch die Stabilisierimpedanz kleiner sein als wenn der Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement leitend wird, weniger als j-~r- Sek. von seinem Sperrzeitpunkt entfernt wäre.

Bei Speisung aus einer Gleichstromquelle wird der beschrie« bene Auf- und Entladevorgang des ersten Kondensators sich so lange wiederholen, bis die Lampe gezündet ist. Falls die Vorrichtung aus einer MederfrequenzweohselstromcLuelle gespeist wird, wobei das Schaltelement der Vorrichtung in zwei Richtungen Strom durchlassen kann, treten zunächst eine oder mehrere Aufschwingungen des ersten Kondensators in einer Sichtung und anschließend (nach Änderung des Vorzeichens der Netz« spannung) eine oder mehrere Aufschwingungen in der anderen Richtung auf. Es ist auch denkbar, daß bei Speisung der Vorrichtung aus einer Niederfrequenzwechselstromquelle das Halbleiterschaltelement in nur einer Biohtung Strom durchlassen kann, In diesem i&lle ist kein dauerndes Aufschwingen des ersten Kondensators erreichbar, jedoch nur bei jeder zweiten Halbwelle der Speisewechselspannung. Nach dem Startvorgang wird man das Schaltelement gewöhnlich gesperrt halten. Die Entladungsröhre kann dann auf bekannte Weise mittels der erwähnten Stabilisierimpedanz betrieben werden.

Bei Speisung der Vorrichtung mit Gleichstrom wird die Stabilieierimpedanz einen ohmschen Teil besitzen müssen, um eine Stabilisierung des Röhrenstromea möglich zu machen. Ein induktiver Teil in der Stabilisierimpedanz ist aber in diesem

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Falle ebenfalls notwendig für den.unterkritisch gedämpften Charakter des Kreises, über den der erste Kondensator aufgeladen wird.

Falls die Vorrichtung mit einem Niederfrequenzwechselstrom gespeist wird, kann die Stabilisierimpedanz aus einer Induktivität (induktive Stabilisierung) oder aus einer Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität bestehen, wobei die Kapazitanz höher ist als die Induktanz (kapazitive Stabilisierung)·. .

Der Zeitpunkt, zu dem das Schaltelement leitend gemacht wird, kann z.B. ein wenig später liegen als 7J-7· Sek.nach M oder kann nach einem noch späteren Zeitpunkt verschoben werden. Im letzteren Falle wird eine noch höhere Aufschwingung der Spannung am ersten Kondensator erreicht.

Die Steuerelektrode des Halbleiterschaltelementes ist mit einem Steuerkreis verbunden. Das Schaltelement nuß über diesen Steuerkreis zum gewünschten Zeitpunkt stromleitend gemacht werden. Der Steuerkreis könnte z.B. an eine besondere Stromquelle, d.h. nicht an dieselbe Stromquelle wie die der Vorrich·· tung, angeschlossen werden.

Der Steuerkreis des Halbleitersohaltelementes ist vorzugsweise an dieselbe Stromquelle wie die Entladungsröhre angeschlossen. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß der ganze Kreis einfach sein kann.

Um die notwendige Verzögerung zum Leitendmachen des gesteuerten Schaltelementes zu erzielen, kann der Steuerkreis z.B. mit Verzögerungsrelais oder mit thermisohen Verzögerungsvorriohtungen ausgestattet sein·

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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Steuerkreis des Halbleiterschaltelementes aus derselben Stromquelle gespeist wird wie die Entladungsröhre, das eine und das andere derart, daß die Speisung dieses Steuerkreises über wenigstens die Stabilisierimpedanz erfolgt, enthält der Steuerkreis eine Kapazität (zweite Kapazität), deren eines Ende mit einer Steuerelektrode des Schaltelementes und deren anderes Ende mit einer Hauptelektrode des Schaltelementes verbunden ist, wobei die dem Steuerkreis zugeführte Spannung einer Reihenschaltung wenigstens der zweiten Kapazität und einer nicht ausschließlich von einer Kapazität gebildeten Steuerimpedanz zugeführt wird.

Diese Vorrichtung bietet den Vorteil, daß das verzögerte Leitendraachen (die verzögerte Zündung) des Schaltelementes damit in einfacher Weise verwirklicht worden ist. Der zweite Kondensator kann dabei über die Steuerimpedanz auf ein solches hohes Potential aufgeladen werden, daß das Halbleiterschaltelement ,rezündet wird. Darauf kann dieser Kondensator sich z.B. über die Steuerimpedanz und den Hauptelektrodenkreis des Schaltelementes zu entladen anfangen. Die Zeit, die notwendig ist, um nach dem Sperren des Schaltelementes den zweiten Kondensator (über die Steuerimpedanz) wieder auf der "Zündpotential¹¹ aufzuladen, ist die Verzögerungszeit*

Der zweite Kondensator ist vorzugsweise durch eine nicht ausschließlich von einem Kondensator gebildete Impedanz (Entlade impedanz) überbrückt.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Geschwindigkeit des Auflandens des zweiten Kondensators und demnach der Zeitpunkt, zu dew das Halbleiterschaltelement stromleitend

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gemacht wird, besser einstellbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß es durch die Einführung dieser Entladeimpedanz eine einfache Aufgabe ist, das Schaltelement nach der Zündung der Entladungsröhre gesperrt zu halten. Man braucht dann nämlich nur dafür zu sorgen, daß die Spannungsteilung über die Entladeimpedanz und die Steuerimpedanz (nach der Zündung der Röhre, also wenn diese eine niedrige Brennspannung angenommen hat) derart ist, daß die Spannung an der Entladeimpedanz (also am zweiten Kondensator) niedriger ist als das Zündpotential des Schaltelementes.

Es ist denkbar, daß.sich ein Teil der Steuerimpedanz des Schaltelementes in der Reihenschaltung der Stabilisierimpedanz und des Schaltelementes befindet. Dies kann z.B. eintreten, wenn sowohl die Stromstärke durch das Schaltelement beschränkt als auch der Zeitpunkt, zu dem dieses Element leitend gemacht wird, langer verzögert werden soll. In den Steu— erkreis des Schaltelementes wird dann z.B. ein Widerstand aufgenommen, der gleichzeitig mit dem Schaltelement in Reihe steht.

Vorzugsweise liegt der größte Teil der Steuerimpedanz in einer anderen Verbindung als die Reihenschaltung der Stabi- ψ lisierimpedanz und des Schaltelementes.

Ein Vorteil dieser Lösung ist, daß die Dämpfung in der zweiten Reihenschaltung klein bleiben kann, woduroh die Aufschwingung der Spannung an der Entladungsröhre groß sein kann. Diee erleichtert das Zünden dieser Röhre.

Etwaige vorgeheizte Elektroden der Entladungsröhre können auf verschiedene Weise geheizt werden, z.B. mit einem von einem besonderen Glühstromtransformator herrührenden Strom.

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Bei einer Vorrichtung zum Speisen einer mit vorgeheizten Elektroden versehenen Entladungsröhre liegen die Elektroden vorzugsweise in der Reihenschaltung der Stabilisierimpedanz und des Schaltelementes.

Diese Vorzugslösung hat den Vorteil, daß kein besonderer Glühstromtransformator notwendig ist, denn die Vorheizung der Elektroden kann dann durch den das Schaltelement durchfließenden Strom erfolgen.

Bei der soeben besprochenen Vorzugslösung kann der erste Kondensator z.B. die von den Eingangsklemmen abgekehrten Seiten der beiden Elektroden der Röhre miteinander verbinden. Dabei liegen die Röhrenelektroden im unterkritisch gedämpften Kreis, der den ersten Kondensator enthält.

Vorzugsweise aber ist der erste Kondensator derart geschaltet, daß er die den Eingangskiemmen zugekehrten Seiten der Röhrenelektroden miteinander verbindet.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Dämpfung im unterkritisch gedämpften Kreis kleiner und demnach die Aufschwingung der Spannung am ersten Kondensator größer ist. Dies veranlaßt wieder höhere verfügbare Zündspannungen für die Entladungsröhre, sowie einen größeren Aufheizstrom für die Elektroden»

Eine Elektrode der Entladungsröhre kann auf verschiedene Weisen an die erste Induktivität angeschlossen sein, z.B. unmittelbar ohne Zwischenschaltung anderer Elemente.

Bei einer Vorzugslösung einer Vorrichtung nach der Erfindung bildet wenigstens ein Teil der ersten Induktivität eine

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Transformatorwicklung, wobei die Entladungaröhre mit einer keinen Teil der ersten Induktivität bildenden Wicklung dieses Transformators verbunden ist.

Bei dieser Vorzugslösung sind sehr hohe Spannungen an der Röhre erzielbar, einesteils infolge der Spannungserhöhung, die durch die beschriebene Verzögerung im Leitendmachen des Schaltelementes entsteht, und andernteils infolge des Umstandes, daß die so erhaltene hohe Spannung nochmals herauftransformiert wird.

Die soeben beschriebene bevorzugte Ausführung kann auf verschiedene Weisen verwirklicht werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform 13t die Röhre von einem Überbrückungskreis überbrückt, der unter anderem aus der zweiten Reihenschaltung mit dem Schaltelement besteht, wobei eine Röhrenelektrode mit der Verbindung von der ersten Kapazität zum Schaltelement und eine andere Röhrenelektrode mit einer keinen Teil der zweiten Reihenschaltung bildenden Wicklung des Autotransformators verbunden ist, wobei eine Anzapfung dieses Transformators an das andere Ende der ersten Kapazität angeschlossen ist,

Mit diesem einfachen Kreis lassen sich besonders hohe Zündspannungen erzielen.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung ist das Schaltelement z.B. ein gesteuerter Halbleitergleichrichter«(Thyristor) oder z.B. ein Halbleiterschaltelement mit einer zweiseitigen Thyristoroharakteristik (manchmal "triac" genannt)·

Wenn die Vorrichtung mit einem Schaltelement versehen ist, das aus einem gesteuerten Halbleitergleichrichter besteht« ist vorzugsweise ein zweiter gesteuerter Halbleitergleichrichter gegensinnig parallel zum ersten geschaltet, wobei die Steuer-

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kreise dieser Gleichrichter praktisch gleich sind. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die Zündspitzen für die Entladungsröhre symmetrisch sind, d.h. daß die Zündspitzen in den geraden Halbwellen der Speisewechselspannung praktisch gleich denen in den ungeraden Halbwellen sind. Dies ist einer sicheren Zündung der Röhre zuträglich. Ein Vorteil zweier gegensinnig paralleler Thyristoren ist auch, daß manchmal bei Defekt eines Schalteleiaentes das andere Schaltelement der Röhre nachträglich zum Zünden bringen kann.

Bei einer nächsten Vorzugslösung, bei der das Schaltelement ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist, liegt dieses Element im Hittelzweig einer Brücke, wobei die kein Ende des I-Iittelsweiges bildenden Eckpunkte der Brücke sind und in jeden Brückenzweig ein Gleichrichter lie^t, derart, daß.zwei einander gegenüber liegende Brückenzweige gleichzeitig stromführend sein können.

Ein Vorteil dieser Lösung ist, daß dabei auch symmetrische Zündspitzen für die Entladungsröhre erreicht werden köni .en«

Bei einer nächsten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der in wenigstens einem Teil des das Halbleiter- i schaltelement (Elemente) enthaltenden Zweiges Ströme in zwei Richtungen fließen können, ist die Stabilisierimpedanz kapazitiv.

Ein Vorteil einer solchen Lösung ist, daß dabei auch Entladungsröhren gezündet und gespeist werden können, die eine die Netzspannung nur wenig unterschreitende Brennspannung haben« Zur Erläuterung sei folgendes bemerkt: Bei induktiver Stabilisierung von Lampen muß für einen guten Betrieb dieser Lampe die Netzspannung weni^ütens etwa 1 1/2 Hai der Brennspannung

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der Röhre betragen. Bei kapazitiv stabilisierten Lampen beträgt dieses Verhältnis nur 1,2. Die Vorrichtung nach der angegebenen Vorzugslösung besitzt somit'die Kombination zweier Vorteile, d.h. symmetrische Zündspitzen und die Möglichkeit der Anwendung von Entladungsröhren mit einer Verhältnismäßig hohen Brennspannung·

Wenn in wenigstens einem Teil des das Halbleiterschaltelement (Elemente) enthaltenden Zweiges Ströme in zwei Richtungen fließen können, liegt vorzugsweise in Reihe mit der ersten Induktivität und in.Reihe mit dem Schaltelement ein Hilfekon-· densator, der keinen Teil des der ersten Kapazität enthaltenden unterkritisch gedämpften Kreises bildet.

Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, daß die Zündung der Röhre weniger von Änderungen der Netzspannung abhängig ist. Zur Erläuterung sei folgendes bemerktt Der Hilfskondensator wird während des Zündvorganges bei jeder Entladung des ersten Kondensators (in einer Halbwelle der Speisewechselspannung) stets etwas weiter aufgeladen. Die Ladung, die dieser Hilfskondensator in einem gewissen Augenblick aufweist, hat eine hemmende Wirkung auf einen nächsten Entladungsstrom·»· impuls vom ersten Kondensator, und zwar umso stärker, desto höher die Netzspannung und demnach desto höher die Restladung des Hilfskondensator war. Die Stromstärke eines zwei·«· ten und dritten Stromimpulses wird daher durch die größere Entladung dieses Hilfskondensator beschränkt.

Die Erfindung wird anhand.der Zeichnungen, leiepielsweise näher erläutert. Es zeilen»

Pig. 1 ein Prinzipschema einer Vorrichtung nach der Erfindung!

Pig. 2 eine Graphik einiger gegen die Zeit abgetragener Spannungen in der Vorrichtung nach Pig. If

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Pig. 3 eine Vorrichtung nach Erfindung mit einer kapazitiv stabilisierten Entladungsröhre;

Pig. 4 eine weitere Vorrichtung nach der Erfindung mit einer induktiv stabilisierten Entladungaröhre, und

Pig· 5 eine Brüokenschaltung für eine Vorrichtung nach der Erfindung.

In Pig. 1 sind mit 1 und 2 die Eingangsklemmen der Vorriohtung bezeichnet, die von einer Reihenschaltung einer Induktivität 3 und eines Kondensators 4 überbrückt sind. Der Kondensator 4 ist von einer Entladungsröhre 5 mit vorgeheizten Elektroden 6 bzw. 7 und die Entladungsröhre 5 von einer Reihenschaltung einer Induktivität 8 und eines gesteuerten Halbleiterschalter 9 überbrückt. Das Halbleiterschaltelement 9 wird von einer Steuervorrichtung 10 stromleitend gemacht«

Der Zündvorgang der Vorrichtung nach Pig. 1 ist wie folgt; Die Klemmen 1 und 2 werden mit einer Wechselstromquelle von z.B. 50 Hz verbunden. Dann wird der Kondensator 4 über die" Induktivität 3 aufgeladen (dies erfolgt bei noch nicht gezündeter Röhre 5 und bei gesperrtem Zustand des Schaltelementes 9)· Wenn der Kondensator 4 auf einen bestimmten Wert aufgeladen worden ist, wird der Halbleiterschalter 9 von der Vorrichtung 10 leitend gemacht. Die Art und Weise, wie dies erfolgt, ist in Pig. 1 nicht näher dargestellt. Anschließend entlädt $ioh der Kondensator 4 über die Elektrode 6, die Induktivität 8, das Schaltelement 9 und die Elektrode 7. Im Zeitpunkt, zu dem der Strom duroh das Schaltelement 9» welohee ein Thyristor ist, den Nullwert erreicht, wird dieses Element gesperrt. Darauf wird der Kondensator 4 über die Induktivität 3 wieder aufgeladen. Zu einem Zeitpunkt später ale ηΧ~ Sek. naoh dem Sperren des Schaltelementes 9 wird dieses Bleaent von der Steuervorrichtung 10 wieder gezündet.

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Dieser Vorgang ist in Fig. 1 nicht näher dargestellt, denn Fig. 1 ist nur ein Prinzipschema. Nähere Einzelheiten über das Zustandekommen dieser Verzögerung werden im nachfolgenden _,.-■-''-"'' besprochen· ν im vorgehenden stellt die Eigenfrequenz der Reihenschaltung der Induktionsspule 3 und des Kondensators 4 dar,

■ Das aufeinanderfolgende Auf- und Entladen des Kondensators 4 erfolgt stets mit jeder zweiten Halbwelle der Speiseweohsel- Jk spannung und zwar, weil das Schaltelement 9 in nur einer Rieh·· tung Strom durchläßt. Der das Schaltelement durchfließende Strom heizt die Elektroden 6 und 7 auf. Wenn diese Elektroden ausreichend geheizt sind, wird zu einem gewissen Zeitpunkt beim Aufladen des Kondensators 4 die Spannung an der Röhre 5 die Lampe zünden. Bei einmal gezündeter Lampe wird dafür gesorgt, daß die Steuervorrichtung 10 den Schalter 9 nicht mehr leitend macht. In diesem Falle brennt die Lampe normalerweise auf der Stabilisierimpedanz 3. Der Einfluß des Kondensators 4 ist so klein, daß er im normalen Betriebszustand der Lampe vernachlässigbar ist.

In Fig. 2 stellt E den Verlauf der Netzspannung (an den Klem-" . men 1 und 2 der Vorrichtung von Fig. 1) als Funktion der Zeit t dar. Zum Zeitpunkt t. wird der Halbleiter 9 zum ersten Hai stromleitend gemacht. Die Kondensatorspannung (Kondensator 4 der Fig. 1) entspricht dann der Kurve E der Fig. £· Zum Zeitpunkt tp hat dieser Kondensator seinen maximalen negativen Spannungswert erreicht. In diesem Augenblick wird der durch das Schaltelement 9 fließende Elektrodenvorheizstrom, der in Fig. 2 mit I bezeichnet ist, gleich Null. Dann wird das Schaltelement 9 gesperrt und in der darauf folgenden Zeit steigt die Kondenuatorspannung wieder an. Zum Zeitpunkt t,,

wobei t.,-t₂ """Tu Sek. ist, hat die Kondensatorspannung wieder

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ungefähr den Wert*der Netzspannung erreicht. Zu einem etwas späteren Zeitpunkt t, ist der Netzspannungswert überschritten. Wenn der Thyristor 9 zum Zeitpunkt 4 stromleitend gemacht werden sollte, würde die Kondensatorepannung der Kurve E_Q^ entsprechen. Wird der Halbleitergleichrichter 9 erst zu einem noch späteren Zeitpunkt, z.B. tg, leitend gemacht, so wird die Kondensatorspannung E₀ und demnach die Spannung an der Entladungsröhre 5 den hohen Spitzenwert zum Zeitpunkt tjempfangen haben. Entsprechend dem Wert der Impedanzen des Kreises nach Fig. 1 können pro Halbwelle der Speisewechsel- _Λ spannung eine oder mehrere Spannungsspitzen, wie die bei t, ' oder t(- in Fig. 2 verwirklicht werden. t_? ist der Zeitpunkt des maximalen negativen Wertes der Kondensatorspannung beim Leitendmachen des Schaltelementes zum Zeitpunkt tg. Fig. 2 gibt nur ein Bild des Vorgangs zum Zünden der Röhre 5, jedoch nicht der Situation der gezündeten Röhre. Bei gezündeter Röhre ist die Situation praktisch gleich der bei einer Vorrichtung, bei der die Röhre nur mit einer induktiven Stabili« sierimpedanz versehen ist.

Fig· 3 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Zünden und Speisen einer 85 Watt Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe. In dieser Fig. sind mit 20 und 21 | die Eingangsklemmen der Vorrichtung bezeichnet, die z.B. wieder an ein Speisenetz mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 220 V angeschlossen werden. Die Klemmen 20 und 21 sind von einer Reihenschaltung einer Induktionsspule 22, eines Kondensators 23 und eines Kondensators 24 überbrückt· Der Kondensator 24 ist von der Entladungsröhre 25, die mit vorgeheizten Elektroden 26 bzw. 27 versehen ist, und die Rohre 25 von einer Reihenschaltung einer Induktivität 28, eines Kondensators 29 und eines mit 30 bezeichneten Schaltkreises Überbrückt. Dieser Schaltkreis besteht aus drei Parallelzweigen.

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Der der Röhre 5 am nächsten liegende Zweig der Vorrichtung 30 enthält einen Thyristor 31 und der von der Vorrichtung 30 am weitesten entfernt liegende Zweig der Vorrichtung 30 enthält einen Thyristor 32; diese Thyristoren 31 und 32 sind gegensinnig parallel geschaltet. Der Hittelzweig der Vorrichtung besteht aus einer Reihenschaltung von .drei Widerständen 331 34 und 35. Der Widerstand 33'ist von einem Kondensator 36 überbrückt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 33 und 34 ist über ein Schwellenelement ("diac") 37 und einen Widerstand 38 mit einer Steuerelektrode des Thyristors 32 verbunden« Der Widerstand 35 ist von einem Kondensator 39 überbrückt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 34 und 35 ist über "diac" 40 und einen Widerstand 41 mit einer Steuerelektrode des Thyristors 31 verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht nahezu derjenigen der Fig. 1. Hinsichtlich der Schaltvorrichtung 30 kann aber bemerkt werden, da: die gewünschte Verzögerung im Leitendmachen der Thyristoren 31 und 32 mit den Steuerimpedanzen 33 und 34 des Kondensators 35 (bzw. den Steuerimpedanzen 34 und 35 des Kondensators 36) erzielt wird. Wenn die Klemmen 20 und 21 an die Wechselstromquelle angeschlossen wenden, wird einer der Kondensatoren 36 oder 39 aufgeladen, bis der ^ttdiao° 37 bzw. der "diac" 40 durchschlägt. Dann wird der Thyristor (oder der Thyristor 31) stromleitend gemaoht. Von diesem Augenblick an entlädt sich der Kondensator 36 (oder 39) über den Widerstand 33 (oder 35). Wenn die Spannung am Kondensator 24 wieder aufschwingt, ist die Zeit, die verstreicht bis der Kondensator 36 oder 39 wieder den Durchsohlagswert des ^wdiaoe^M erreicht, die Verzögerungszeit zum Zünden des Thyristors. Ist einmal die Röhre 5 gezündet worden, so fällt ihre Spannung auf einen solohen niedrigen Wert ab, daß infolge des Spannungsabfalls an den Widerständen 33 bis 35 nur kleine Spannungen an den Kondensatoren 39 und 36 entstehen, die kleiner aind

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als die Durchschlagwerte der zugeordneten "diacs". Der Hilfskondensator 29 dient zur Beseitigung von Netzspaiinungsänderungen während des Zündvorganges. Bei einem praktischen Ausführungsbeis^iol betrug die Induktivität 22 ein Henry, der Kondensator 23 war 5,5/UP, der Kondensator 24 war 0,2/Ui¹. Die liöhre 25 war eine 35 VJatt-xlöhre mit oiner Breimspannung von etwa 180 V und einur Zündspannung von etwa 6oü V. Die Induktivität 28 hatte einen V/ert von 0,6 mil, der Hilfskondensator 29 war 1,64/Ui'¹. Die Widerstände 33 und 35 waren je 35 kOhni, die v/iderstände 33 und 41 waren je 82 Ohm, die Kondensatoren

36 und 39 hatten eine Kapazität von je 150 kpi¹, die "diacs"

37 und 40 hatten einen Durchschlagwert von 40 V mit einem Haltewert von 34 V. Der Widerstand 34 betrug 100 kOnm«

Die Eigenfrequenz V des Kreises 22, 23, 24 v/ar etwa 350 Hz. Die erhaltene Yerzögerungszeit zwischen dem Sperren und dem Leitendwerden eines Thyristors (31 oder 32) war größer als —r~

Sek. Die Spannung an der Röhre 25 wurde während des Ziindvorgan_&'es auf über 600 V aufgeschwungen.

ilach der Zündung der üöhre 25 fiel ihre Spannung auf etwa 130 V ab, wodurch die Spannung am Widerstand 35 (und die am Kondensator 39) und die Spannung am Widerstand 33 (und die am Kondensator 36) die Durchschlagspannung des "diacs" 40 (bzw.37) unterschritt. Damit wurde die Schaltvorrichtung 30 unwirksam gemacht.

In Fig. 4 ist eine weitere Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Die Klemmen 60 und 61 dienen zum Anschluii an eine Stromquelle von 220 V, 50 Hz und sind von einer Reihenschaltung einer Induktivität 62 und einer Entladungsröhre 63 überbrückt. Dies ist eine Natriumdampfentladungsröhre von etwa 400 Watt. Die Zündspannung dieaer Lampe beträgt etwa 3000 V und die Brennepannung 120 V. Die Lampe 63 ist von der Reihenschaltung

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einer Wicklung 64 eines Autotransforiaators 65 und eines Kondensators 66 überbrückt. Der Kondensator 66 ist seinerseits von einer zweiten Wicklung 67 des Autotransformators 65, einer Induktivität 68, einer Schaltvorrichtung 69 und eines Sieherungskondensators 70 überbrückt. Die Schaltvorrichtung 69 entspricht im wesentlichen der Schaltvorrichtung 30 der JIq·3. Entsprechende Elemente der Schaltvorrichtungen 30 und 61 haben entsprechende Bezugsziffern, nur sind die Bezugsziffern der Vorrichtung 69 mit Indizes versehen.

A Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht im wesentlichen derjenigen der Vorrichtung nach Fig. 3. Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 ist jedoch kein Aufheizen der Elektroden der Lampe 63 notwendig, sondern muß die zur Zündung dieser Lampe erforderliche hohe Zündspannung von 3000V erzeugt werden. Dies erfolgt dadurch, daß die in der Reihenschaltung des Kondensators 66, der Wicklung 67, der Induktivität 68, der Schaltvorrichtung 69 und des Kondensators 70 erzeugte hohe Spannung mittels eines Autotransformators 65 auf einen noch höheren Pegel gebracht wird. Diese herauftransformierte Spannung wird dann der Entladungsröhre 63 zugeführt. Die hohe Spannung in dieser Reihenschaltung des Kondensators 66, der Wicklung 67, usw. wird wieder durch Verzögerung des Zeitpunktes erhalten, in dem die

™ Thyristoren 31' und 32' stromleitend gemacht werden. Wenn die Lampe 63 gezündet ist, fällt ihre Spannung auf 120 V ab. Diese Spannung ist so niedrig, daß an den Widerständen 33' und 39' in der Schaltvorrichtung 69 und demnach an den Kondensatoren 35* und 36· nur solche niedrigen Spannungen auftreten, daß die Thyristoren 31' und 32· nicht mehr stromleitend gemacht werden* Der dann noch parallel mit der Röhre 63 liegende, von der Wicklung 64 und dem Kondensator 66 gebildete Kreis hat nur geringen Einfluß auf das Brennen der Lampe 63.

JBIn großer Vorteil des elektronischen Starters, wie er in z.B. der Schaltvorrichtung 69 der VLg, A oder der Sohaltrorriohtung

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30 der Fig. 3 dargestellt ist, liegt dn seiner langen Lebensdauer. Dieser elektronische Starter 1st weiterhin wenig verletzbar, da bewegliche Teile nicht vorhanden sind.

In einem konkreten Fall war in der Schaltung nach Fig. 4 die Induktivität 62 gleich 90 mH. Der Teil 64 des Autotransformator 65 war 20 mH, der Teil 67 von 65 war 0,5 mF, die Induktivität 68 betrug 1 mil, der Kondensator 66 war 0,1 /UF, der Kondensator 70 war 1 /uF, die Widerstände 45' und 33' waren je 27 kOhm, die Kondensatoren 36' und 39' waren je 82 kpF, die "diacs" 40' und 37' hatten einen Durchsohlagwert von 40 V und einen Haltewert von 34 V, die Widerstände 38' und 41' waren Λ 27 0hm und der Widerstand 34' war 100 kOhm.

Die Eigenfrequenz V des Kreises 62, 64, 66, 61 betrug in diesem Falle etwa 1500 Hz. Die erzielte Verzögerungszeit zwischen dem Sperren und dem Leitendwerden eines Thyristors (31'"oder 32«·) war größer als -τ— Sek. Die Spannung an der Röhre 63 wurde auf über 3000 V aufgeschwungen.

Auf ähnliche Weise wie bei Fig. 3 wurde naoh dem Zünden der Röhre 63 die Schaltvorrichtung 69 unwirksam gemacht.

Bei den besprochenen Ausführungsbeispielen wurde das Schaltelement unwirksam gemacht, wenn einmal die Lampe gezündet war. I Es ist aber denkbar, daß das Schaltelement auch danach in Funktion bleibt, z.B. zum Liefern einer für die Lampe erforderlichen Wiederzündungsspitze.

Bei den Ausführungsbeispielen wurde stets die Speisung nur einer Lampe beschrieben. Es ist aber denkbar, daß mit der Vorrichtung mehrere Lampen, z.B. zwei Lampen in Reihe, gezündet und gespeist werden.

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In Pig. 5 ist eine Schaltvorrichtung dargestellt, welche an die Stelle der Schaltvorrichtung 30 der Pig. 3 oder der Schaltvorrichtung 69 der Pig. 4 treten könnte.

In dieser Pigur ist an die Anschlußklemmen 80 und 81 dieser Schaltvorrichtung eine Gleichrichterbrücke 82 angeschlossen, dessen Zweige je einen Gleichrichter (83 bis 86) enthalten. Die Brücke besitzt einen Mittelzweig mit einem gesteuerten Halbleitergleichrichter 87. Der gesteuerte Halbleitergleichrichter 87 ist von einem Kreis überbrückt, der eine Parallelschaltung eines (zweiten) Kondensators 88 und eines Widerstandes 89 enthält und weiterhin mit einem Widerstand 90 versehen ist. Der Verbindungszweig der Widerstände 89 und 90 ist über einen "diac" 91 und einen Widerstand 92 mit der Steuerelektrode des gesteuerten Halbleitergleichrichters 87 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung nach Pig. 5 entspricht grundsätzlich derjenigen der bereits beschriebenen Schaltvorrichtungen 30 und 69 der Pig. 3 und 4. Bei einer Speisung mit Wechselstrom wird der Thyristor 87 aber während des Zündvorganges der Röhrenicht jede zweite Halbwelle, sondern jede Halbwelle leitendgemacht.

Pat entans prüoheι

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Claims

Patentansprüche:

1« Vorrichtung zum Speisen und mit einer Hoehfrequenzspannung Zünden einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre, wobei die Vorrichtung eine Kapazität (erste Kapazität) und eine Induktivität (erste Induktivität), welche die frequenz der Hochfrequenz-Zündspannung bedingen, sowie ein gesteuertes Halbleiterschaltelement enthält, und die Eingangsklemmen der Vorrichtung durch eine erste Reihenschaltung der Entladungsröhre und einer wenigstens eine Induktivität enthaltenden % Stabilisierimpedanz verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine zweite Heihenschaltung wenigstens der ersten Kapazität und der ersten Induktivität überbrückt und parallel zur Entladungsröhre zwei Zweige vorhanden sind, welche die erste Kapazität bzw. das gesteuerte Halbleiterschaltelement enthalten, wobei das Schaltelement in dem Zeitpunkt gesperrt wird, in dem die Richtung des durchfließenden Stromes umkehrt, und wobei ein Steuerkreis dee gesteuerten Schaltelementes bei eingeschaltetem Zustand der Vorrichtung, jedoch noch nicht gezündeter Röhre, das Schaltelement a Sek. nach dem Sperren dieses Elementes leitend macht, wobei a größer ist als τττι wobei ν die Eigenfrequenz in Hz eines un- λ terkritisch gedämpften Kreises darstellt, der von der die erste Kapazität enthaltenden Verbindung der Eingangsklemmen gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des Halbleitersohaltelementes an dieselbe Stromquelle angeschlossen ist wie die Entladungsröhre.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Steuerkreis dee Halbleiterschaltelementee über wenigstens die Stabilisier-

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impedanz gespeist wird, daduroh gekennzeichnet« daß der Steuerkreis eine Kapazität (zweite Kapazität) enthält, deren eines Ende mit einer Steuerelektrode des Sohaltelementes und deren anderes Ende mit einer Hauptelektrode des Schaltelementes verbunden ist, wobei die dem Steuerkreis zugeführte Spannung einer Reihenschaltung wenigstens der . zweiten Kapazität und einer nicht ausschließlich von einer Kapazität-gebildeten Steuerimpedanz zugeführt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität von einer nicht ausschließlich von einer Kapazität gebildeten Impedanz (Entlade-Impedanz) überbrückt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder. 4, daduroh gekennzeichnet, daß der größte Teil der Steuerimpedanz in eine andere Verbindung aufgenommen ist als die Reihenschaltung der Stabilisierimpedanz und des Schaltelementes·
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei der die Entladungsröhre mit vorgeheizten Elektroden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektroden in die Reihenschaltung der Stabilisierimpedanz und des Schaltelementes aufgenommen sind«
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet, daß die erste Kapazität die den Eingangsklemmen zugekehrten Seiten der Röhrenelektroden miteinander verbindet.
8. Vorrichtung nach Anspruoh 1, 2, 3, 4 oder 5, daduroh gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der ersten Induktivität eine Transformatorwicklung bildet, wobei die Entladungsröhre mit einer keinen Teil der ersten Induktivität bildenden Wioklung dieses Transformators verbunden ist»

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, deren Transformator ein Autotransformator ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre von einem Überbrückungekreis überbrückt ist, der unter anderem aus der zweiten Reihenschaltung mit dem Schaltelement besteht, wobei eine Röhrenelektrode mit der Verbindung von der ersten Kapazität zum Schaltelement und eine andere Höhrenelektrode mit einem keinen Teil der zweiten Reihenschaltung bildenden Wicklung des Autotransformators verbunden ist, wobei eine Anzapfung dieses Transformators an das andere Ende der ersten Kapazität angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der das Schaltelement ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter gesteuerter Halbleitergleichrichter gegensinnig parallel mit dem ersten gesteuerten Halbleitergleichrichter geschaltet ist und die Steuerkreise der beiden gesteuerten Gleichrichter praktisch gleich sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, bei der das Schaltelement ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist,-dadurch gekennzeichnet, daß dieses Element im Mittelzweig einer Brücke liegt, wobei die kein Ende des Mittelzweiges bildenden Eckpunkte der Brücke die Speisepunkte der Brücke sind und in jedem Brückenzweig ein Gleichrichter liegt, derart, daß zwei einander gegenüberliegende Brückenzweige gleichzeitig stromführend sein können·
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der in mindestens einem Teil des das Halbleiterschaltelement (Elemente) enthaltenden Zweiges Ströme in zwei Richtungen fließen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierimpedanz kapazitiv ist.

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176A62A
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der in mindestens einem Teil des das Halbleiterelement (Elemente) enthaltenden Zweiges Ströme in zwei Richtungen fließen können, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Induktivität und in Reihe mit dem Schaltelement ein Hilfskondensator geschaltet ist, der keinen Teil des der ersten Kapazität enthaltenden unterkritisch gedämpften Kreises bildet.

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