DE1764995C3

DE1764995C3 - Schaltungsanordnung zur Zündung und Speisung einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe

Info

Publication number: DE1764995C3
Application number: DE1764995A
Authority: DE
Inventors: Jozef Cornelis Moerkens; Hilbert Palmers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-09-30
Filing date: 1968-09-19
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE1764995A1; BE721663A; GB1223733A; NL155707B; DE1764995B2; FR1582392A; NL6713336A; ES160112U; US3569776A; ES160112Y; CH487572A; AT296431B

Description

30

35

Die Erfindung bezieht sich aul eine Schaltungsanordnung zur Zündung und Speisung einer mit Wechselstrom betriebenen und mit vorheizbaren Elektroden versehenen Gas- und/oder Dampfentladungslampe, die über eine induktive Stabilisierungsimpedanz am Netz liegt und deren Elektrodenheizkreis einen die vom Netz abgewendeten Elektrodenenden überbrückenden Halbleitergleichrichter aufweist.

Bei einer aus der DT-AS 1193165 bekannten Anordnung dieser Art besteht der Halbleitergleichrichter aus der Reihenschaltung einer Vierschichtdiode und einer üblichen Diode. Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist, daß die zur Zündung der Lampe verfügbare Spannung höchstens etwa gleich dem Höchstwert der Speisewechselspannung ist. Ein anderer Nachteil ist, daß der Widerstand in der Reihenschaltung, die eine überbrückung der Lampe bildet, auch dann, wenn diese Reihenschaltung Strom führt, n<<.h verhältnismäßig groß ist, so daß der Elektrodenvorerhitzungsstrom beschränkt und eine unerwünschte Wärmeentwicklung in der Reihenschaltung erzeugt wird.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden oder wenigstens zu verringern.

Die Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitergleichrichter ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist, dessen Steuerkreis bei noch nicht gezündeter Lampe den gesteuerten Halbleitergleichrichter zwischen 30 und 135' nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung zündet, wobei parallel zur Lampe wenigstens eine Kapazität geschaltet ist, die zwischen dem 40- und 150fachen des Lampenbetriebs-Scheinwiderstandes liegt und mindestens 95% des Scheinwiderstandes dieses Parallelkieises bildet.

Ein Vorteil einer erfindungsgemaßen Anordnung ist daß die zur Zündung verfügbare Spannung größer als der Höchstwert der Speisewechselspannung sein kann. Dies läßt sich wie folgt erklären: Wenn angenommen wird, daß bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der gesteuerte Halbleitergleichrichter zu

einem Zeitpunkt leitend gemacht wird, der ₄y Sekunden nach einem Nulldurchgang der Speisewechselspannung liegt, so ergibt sich ein Strom durch die Reihenschaltung der Induktivität, der beiden Elektroden der Entladungslampe und des gesteuerten Gleichrichters (wenn wenigstens die Stromrichtung des gesteuerten Gleichrichters der Polarität der Netzspannung entspricht). Selbstverständlich fließt auch ein kleiner Strom durch den die Lampe überbrükkenden Kondensator. Dieser Strom ist jedoch infolge der verhältnismäßig großen impedanz dieses Kondensators vernachlässigbar klein. Da die Elektroden der Entladungslampe nur einen geringen Widerstand haben, bedeutet das Leitendmachen des gesteuerten Gleichrichters eigentlich nur die Anschaltung einer Induktivität an eine Wechselspannungsquelle. Wird die Induktivität zum erwähnten Zeitpunkt, d. h. Λ Sekunden nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, eingeschaltet, so wird der Strom etwa A Sekunden nach diesem Nulldurchgang der

Speisewechselspannung gleich Null. Der Strom ist dabei bestrebt, seine Richtung zu ändern, wird aber durch den gesteuerten Halbleitergleichrichter daran gehindert. Dies bedeutet tatsächlich, daß der Kreis, in dem sich der Halbleitergleichrichter befindet, abgeschaltet wird. Mit anderen Worten, der Kurzschluß über die die Lampe überbrückende Kapazität wird beseitigt. Dieser Kondensator hatte jedoch dadurch, daß der gesteuerte Gleichrichter leitend war, keine Ladung. Zum Zeitpunkt, zu dem der gesteuerte Halbleitergleichrichter nichtleitend wird, d. h. _4/ Sekunden nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, ist aber die Netzspannung gerade maximal. Infolgedessen wird der Kondensator auf etwa das Zweifache des Höchstwertes der Netzspannung aufgeladen. Diese Spannung liegt nunmehr an der Entladungslampe und fördert deren Zündung.

Wäre der gesteuerte Gleichrichter zu einem etwas früheren Zeitpunkt, z. B. α Sekunden nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, wobei α kleiner als _4/ ist, leitend gemacht, so würde der den gesteuerten Gleichrichter durchfließende Strom erst (-:.--in Sekunden nach dem erwähnten Nulldurchgang der Speisewechselspannung Null werden.

Dies kommt daher, weil der Widerstand im Kreis klein gegenüber 2 .τ JL ist (wobei L der Wert der in Reihe mit der Entladungslampe liegenden Induktivität ist). Je kleiner α ist, um so mehr nähert sich

( γ - a j dem -τ , d. h. um so näher liegt der Zeitpunkt des Nichtleiterdwerdens des gesteuerten Halb-

leitergleichrichters einem folgenden entsprechenden Nulldurchgang der Speisewechselspannung, und um so niedriger ist somit der Augenblickswert der Netzspannung zum Zeitpunkt des Nichtlei'endwerdens des gesteuerten Halbleitergleichrichters, d h. um so niedriger wird die Spannungsspitze über dem Kondensator.

Wenn der gesteuerte Gleichrichter 30 Bogen°rad vor einem Nulldurchgang der Netzspannung nichtleitend wird (d. h.a= ^-\ so ist die augenblickliehe Netzspannung gerade gleich dem halben Spitzenwert der Netzspannung (nämlich sin 30° = i). Vorstehend wurde angegeben, daß beim Nichtleitendwerden des gesteuerten Gleichrichters die Spannung über dem Kondensator auf etwa das Zweifache des Augenblickswertes der Netzspannung aufgeschaukelt

wird. Bei a = _J2/ ^Wlrd somit auf das Zweifache des halben Spitzenwertes, d. h. auf den Spitzenwert der Netzspannung, aufgeschaukelt. Zur Erzielung einer Zündspannung, die größer als der Scheitelwert der Netzspannung ist, muß α somit größer als

12, Sekunden sein.

Auf entsprechende Weise läßt sich eine obere Grenze für α ableiten, und zwar a = ry? . Mit Rücksicht auf Verluste stellt es sich jedoch heraus, daß eine praktischere obere Grenze durch a = „γ gegeben

Aus dem Vorstehenden gehl somit hervor, daß bei einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der Zeitpunkt des Leitendmachens des gesteuerten

Gleichrichters im Zeitraum zwischen

und

g"r Sekunden nach einem Nulldurchgang der Speisewechselspannung liegt, die Spannung über der Entladungslampe bis über den Höchstwert der Netzspannung aufgeschaukelt werden kann.

In der Regel wird die Anordnung zu einem beliebigen Zeitpunkt an die Speisewechselsparnung angeschlossen. Dabei tritt meistens während weniger Perioden der Wechselspannung ein Einschwingvorgang auf, bevor der gesteuerte Gleichrichter im angegebenen Zeitintervall leitend gemacht wird.

Da der Widerstand eines gesteuerten Halbleitergleichrichters, wenn dieser sich im leitenden Zustand befindet, sehr klein ist, wird in der Reihenschaltung, welche die vom Netz abgewendeten Enden der Elektroden miteinander verbindet, nur wenig Wärme entwickelt.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte auch einleuchten, daß durch die Anwendung eines gesteuerten Gleichrichters als Zündgerät die Dauer des Elektrodenvorerhitzungsstroms eingestellt werden kann. Es ergibt sich somit die Möglichkeit, einen für die Zündung der Lampe günstigen Kompromiß zwischen verfügbarer Spannung und Vorerhitzungsstrom einzustellen. Im allgemeinen empfiehll es sich, den Zeitpunkt des Leilendmachens des gesteuerten Gleichrichters vor 4, Sekunden nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung zu wählen. In diesem Falle kann nämlich der Elektrodenstrom verhältnismäßig lange (je Periode der Speisewechselspannung) fließen, wodurch diese Elektroden schnell aufgeheizt werden können.

Die Impedanz der in der die Lampe überbrückenden Reihenschaltung befindlichen Kapazität muß zwischen zwei Grenzen liegen. Diese Impedanz muß nämlich als ein bestimmtes Vielfaches der Impedanz der Lampe, und zwar kleiner als das ISOfache der Impedanz der Lampe im Betriebszustand sein. Dies ist erforderlich, um beim Zündvorgang über der Lampe nicht eine sehr kurzzeitige hohe Spannung, sondern eine Spannung, die sowohl hoch ist als auch während einer relativ längeren Zeit über der Lampe auftritt, zu erhalten. Die Lampe zündet dabei nämlich viel zuverlässiger. Für die Impedanz der Kapazität ist auch eine untere Grenze erforderlich. Die Impedanz der Kapazität darf nämlich nicht kleiner als etwa das 40fache der Impedanz der Lampe im Betriebszustand sein. Diese letzte Anforderung ist nötig, um zu verhindern, daß die Stromform während des Brennens der Lampe zuviel von der Sinusform abweicht. Dies kann nämlich eine Herabsetzung der Lebensdauer der Lampe mit sich bringen. Ein anderer Grund, weshalb die Impedanz der Kapazität nicht zu niedrig sein darf, liegt in der Tatsache, daß sonst der erwähnte Einschwingvorgang der Induktivität nicht so verläuft, wie vorstehend beschrieben wurde.

Es ist zwar an sich bekannt, zur Speisung und Zündung einer mit vorerhitzten Elektroden versehenen Lampe einen Heizkreis zu benutzen, in dem ein gesteuertes Halbleiterelement, und zwar ein Transistor liegt. In diesem bekannten Fall enthält der Heizkreis jedoch auch Impedanzen. Die unvermeidlichen Verluste in diesen Impedanzen schränken den Vorerhitzungsstrom ein, was ein Nachteil ist.

Die die Kapazität enthaltende Reihenschaltung kann an die Seite der Elektroden der Entladungslampe angeschlossen werden, die dem Netz zugewendet ist.

Vorzugsweise ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der die Kapazität enthaltende Parallelkreis an die vom Netz abgekehrten Enden der Lampenelektroden angeschlossen, wobei dieser Parallelkreis aus einer Reihenschaltung der Kapazität und einem Widerstand besteht.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Lösung ist, daß sämtliche Elemente zum Zünden der Entladungslampe in einer Hilfsvorrichtung vereinigt werden können, die mit nur zwei Anschlußklemmen an die Lampe angeschlossen werden kann.

Der Widerstand in Reihe mit der Kapazität dient zur Begrenzung des Kondensatorstroms durch den gesteuerten Gleichrichter.

Wenn die Kapazität an die dem Neiz zugewendete Seite der Lampenelektroden angeschlossen ist, wird der Kondensatorstrom durch den ^steuerten HaIbleiiergleichrichter zwar durch den Widerstand der Lampenelektroden beschränkt, so daß kein zusätzüjher HilfsWiderstand erforderlich ist. aber dem steht gegenüber, daß die Anordnung nicht auf einfache Weise mit nur zwei Klemmen angeschlossen werden kann. Ein. zweiter Nachteil ist. daß bei schadhafter oder aus der Fassung entfernter Lampe nach wie vor Strom durch den Kondensator fließt. Diese Nachteile treten bei der erwähnten bevorzugten Lösung nicht auf.

Ein Ausführungsbeisp^:el der Erfindung ist in der

Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, in der einige in der Anordnung nach F i g. 1 auftretende Spannungen über der Zeit aufgetragen sind.

In Fig. 1 sind 1 und 2 die Anschlußklemmen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Diese Klemmen sind zum Anschluß an ein Speisenetz von 220 V, 50 Hz, bestimmt. Die Klemmen 1 und 2 sind durch die Reihenschaltung einer Induktivität 3 und einer Niederdruckquecksilbcdampfentladungslampe 4 überbrückt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist 3 eine Drosselspule, aber die Induktivität kann unter Umständen auch ein Streutransformator sein. Die Lampe 4 ist mit vorerhitzten Elektroden 5 und 6 versehen. Die von den Klemmen 1 und 2 abgewendeten Seiten der Elektroden 5 und 6 der Entlasungslampe 4 sind durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes 7 und eines Kondensators 8 miteinander verbunden. Die erwähnten Seiten der Elektroden 5 und 6 sind gleichfalls über einen gesteuerten Halbleitergleichrichter 9 (Thyristor) miteinander verbunden. Der gesteuerte Halbleitergleichrichter ist mit einem Steuerkreis versehen, der unter anderem aus zwei Widerständen 10 und 11 besteht, die miteinander in Reihe geschaltet die Hauptelektroden des Thyristors 9 überbrücken. Der Verbindungspunkt der Widerstände 10 und 11 ist über ein Durchschlagelement 12 (diac) mit der Steuerelektrode des Thyristors 9 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 10 und H ist weiter über den Kondensator 13 mit der Kathode des Thyristors 9 verbunden. Schließlich ist der Verbindungspunkt des Durchschlagelementes 12 und der Steuerelektrode des Thyristors 9 über den Widerstand 14 mit der Kathode des Thyristors 9 verbunden.

Die Zündung der Lampe 4 geschieht wie folgt: Wenn die Klemmen 1 und 2 an das Speisenetz angeschlossen werden, wird über die Induktivität 3 und den Widerstand 10 der Hilfskondensator 13 im Steuerkreis des Thyristors 9 aufgeladen. Wenn dieser Kondensator 13 den Durchschlagswert des Schwellcnelements 12 erreicht hat, wird der Thyristor 9 leitend gemacht. Sodann fließt ein Strom in der Reihenschaltung der Induktivität 3, der Elektrode 5, des Thyristors 9 und der Elektrode 6. Wenn der Strom durch den Thyristor 9 Null wird, wird dieser nichtleitend. Der Kondensator 8 wird jetzt rasch auf etwa das Zweifache der augenblicklichen Netzspannung aufgeladen. Wenn die Lampe nicht zündet, wird etwas später der Thyristor 9 wieder leitend gemacht. Darauf fängt der Elektrodenvorerhitzungsstrom wieder zu fließen an, und so weiter. Dies wiederholt sich, bis die Lampe 4 zündet. Wenn die Lampe gezündet ist, fällt die Spannung über ihr auf einen so niedrigen Wert ab, daß sich über dem Widerstand 11 und somit auch über dem Kondensator 13 eine Spannung ergibt, bei der das Element 12 nicht mehr durchschlägt. Mit anderen Worten, der Thyristor 9 wird dann nicht mehr leitend gemacht.

Bei einer praktischen Ausführungsform hatte die Induktivität 3 einen Wert von 1,2 Henry. Die Lampe 4 war für 40 Watt bemessen. Die Brennspannung betrug 103 V. Im Betriebszustand dieser Lampe betrug

ίο der Lampenstrom etwa 0,44 A. Der Kondensator 8 hatte einen Wert von 0,15 μ¥. Der Widerstand 7 betrug 30 Ohm, der Widerstand 10 war 100 kOhm, der Widerstand 11 war 20 k Ohm, der Kondensator 13 betrug 56 kpF, das Durchschlagelement 12 hatte einen Durchschlagwert von 32 V und einen Haltewert von 27 V, und der Widerstand 14 betrug 200 Ohm. Bei dieser Ausführungsform entsprach die Impedanz "des Kondensators 8 (0,15 μ¥) somit etwa 21 2000hm. Die Innenimpedanz der Lampe4 war im 103

Betriebszustand etwa

0.44

Ohm, d. h. etwa 240 Ohm.

Der Quotient der Impedanz der Kapazität (für 50 Hz)

und der Impedanz der Lampe betrug somit

einen

= etwa 90. Es ergab sich über der Lampe eine Spitzenspannung von etwa 550 V..

In F i g. 2 ist die Netzspannung E_n (Spannung über den Klemmen 1 und 2 in Fi g. 1) als Funktion der Zeit aufgetragen. f₀ stellt einen Nulldurchgang dieser Netzspannung dar. Diese Netzspannung hat Höchstwert zu einem Zeitpunkt t₂. der

Sekunden von I₀ entfernt ist Kurz vor t₂, d. h.

zum Zeitpunkt I₁, wird der Thyristor9 (Fig. 1) leitend gemacht. Der Strom durch den Thyristor 9 ist in F i g. 2 mit t bezeichnet Dieser Strom wird zum Zeitpunkt r₃ Null. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich über der Lampe eine Spannung E_b (etwa 550 V), und zwar infolge der raschen Aufladung des Kondensators 8 (Fig. 1). Die erwähnte Spannung schwingt aus (F i g. 2), bis sich über der Lampe wiederum die Netzspannung ergibt. Aus F i g. 2 geht hervor, daß mit Hilfe der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sowohl ein verhältnismäßig lange dauernder Vorerhitzungsstrom i, der länger als eine Halbperiode dauert, als auch eine hohe Zündspannung (£,,) erreicht wird.
Die Zündanordnung mit der beschriebenen Aus-

So führungsform, welche die Elemente 7 bis 14 (F i g. 1) enthält, ließ sich in einem Raum von 2,5 χ 3,5 χ 4,5 cm unterbringen. Diese Zündanordnung kann als gesondertes Bauteil ausgebildet werden, Der beanspruchte Raum ist nicht viel größer als der für einen Glimm-

SS lichtzündstarter erforderliche Raum. Das beschriebene elektronische Gerät ist jedoch erheblich wenigei verletzlich als ein Glimmlichtzündstarter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Zündung und Speisung einer mit Wechselstrom betriebenen und mit

,vorheizbaren Elektroden versehenen Gas- und/ oder Dampfentladungslampe, die über eine induktive Stabilisierungsimpedanz am Netz liegt und deren Elektrodenheizkreis einen die vom Netz abgewendeten Elektrodenenden überbrückenden Halbleitergleichrichter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitergleichrichter ein gesteuerter Halbleitergleichrichter (9) ist, dessen Steuerkreis (10—14) bei noch nicht gezündeter Lampe (4) den gesteuerten Halbleitergleichrichter zwischen 30 und 135° nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung zündet, wobei parallel zur Lampe (4) wenigstens eine Kapazität (8) geschaltet ist, die zwischen dem 40- und 150fachen des Lampenbetriebs-Schein-Widerstandes liegt und mindestens 95% des Scheinwiderstandes dieses Parallelkreises (7, 8) bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der cie Kapazität (8) enthaltende Parallelkreis (7, 8) an die von Netz (1, 2) abgekehrten Enden der Lampenelektroden (5, 6) angeschlossen ist, wobei dieser Parallelkreis aus eintr Reihenschaltung der Kapazität (8) und einem Widerstand (7) besteht.