DE1921448B2 - Schaltungsanordnung zur Speisung einer elektrischen Entladungslampe - Google Patents

Description

Widerstandes 16 und enthält eine Diode 18, die so gepolt ist, daß sich das Vorschaltgerät 14 nach Öffnung des Schalters 12 über sie and die Entladungslampe 10 entladen kann. Die Entladungslampe 10 :<ann z. B. eine Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, aine polykristalline Aluminium-Entladungslampe mit Natrium- und/oder Quecksilberfüllung, eine herkömmliche Leuchtstofflampe oder eine sonstige Entladungsvorrichtung sein.

Das Verhältnis der Widerstandswerte des Vorschaltgerätes 14 und der Lampe 10 ist derart gewählt, daß der bei geschlossenem Schalter 12 durch die Reihenschaltung der Widerstände 16, 14, 10 fließende Strom langsam ansteigt und die Lampe 10 innerhalb kürzester Zeit zerstören würde, wenn nicht andere strombegrenzende Mittel zusätzlich vorgesehen wären: Der durch den steigenden Strom zunehmende Spannungsabfall am Widerstand 16, der auch an dem Umschalter 12 liegt, sorgt für eine Unterbrechung des Stromkreises, sobald dieser Spannungswert einen vorher festgesetzten Grenzwert übersteigt. Von diesem Zeitpunkt an wird die Lampe 10 von dem als Energiespeicher wirkenden Vorschaltgerät 14 gespeist. Der jetzt in dem aus den Widerständen 14, 10 und der Diode 18 gebildeten Stromkreis fließende Lampenstrom nimmt dabei stetig ab. Nach einer durch eine Verzögerungsschaltung bestimmten Zeitspanne schließt der Schalter 12 wiederum, und der zuvor beschriebene gesamte Schaltungsablauf beginnt von neuem. Die Verzögerungsschaltung wird dabei jeweils beim Öffnen des Schalters 12 angestoßen.

Fig.2 zeigt den beschriebenen Schaltungsablauf in einer graphischen Darstellung des Lampenstroms / als Funktion der Zeit i. Für den gestrichelt eingezeichneten mittleren Lampenstrom /gilt die Bezeichnung:

i = I -

E T

(I)

Jl)

Wenn E die Lampenspannung, Γ die vorbestimmte -to Öffnungszeit des Schalters 12, / der überwachte maximale Lampenstrom und L die Induktivität des Vorschaltgerätes 14 ist, dann ergibt sich die Lampenleistung zu

(2)

Wenn man die Größen /, Tund L als im wesentlichen >o konstant ansieht, so zeigen diese Gleichungen, daß die Lampenleistung im wesentlichen unabhängig von der Speisespannung V ist, da die Lampenspannung E abhängig ist vom Lampenstrom. Diese Lampenspannung kann sich aber, insbesondere bei neueren γ, Lampentypen, auf Grund verschiedener Umwelteinflüsse oder zunehmenden Alters der Lampe ändern. Steigt beispielsweise die Lampenspannung E, so sinkt der Mittelwert des Lampenstromes, wie dies aus Gleichung 1 ersichtlich ist. Damit aber ist gewährleistet, daß die t>o Lampe mit ihrer konstanten Leistung betrieben wird, für die sie gebaut ist. Die Formel 2 zeigt außerdem, daß ein relativ stark »pulsierender Strom« wünschenswert ist, um die Abhängigkeit der Lampenleistung von der Lampenspannung möglichst weit herabzusetzen. t>>

Bei bekannten, eingangs genannten Schaltungen, bei denen die Lampe jeweils bei Erreichen eines Minimalwertes des Lampenstromes wieder an die Speisespan- nungsquelle geschaltet wird, ist dagegen die Lampenleistung durch die Beziehung gegeben:

ÜJC _ * HlIfI'

Die Lampenleistung Pändert sich hierbei im gleichen Maß wie die Lampenspannung E

Fig.3 zeigt eine spezielle Ausführungsform der grundsätzlichen Schaltung nach Fig. 1. Die entsprechenden Grundbauteile sind daher auch mit gleichen Be/ugszeichen beziffert. Der Transistor Q1 ist ein Bestandteil des Schalters 12 und wird durch einen an sich bekannten, mit den Transistoren Q2 und Q3 bestückten Schmitt-Trigger ein- bzw. ausgeschaltet. Ein Transistor Q4 besorgt die nötige Basisspeisung für den Transistor Q1, damit dieser eingeschaltet bleibt. Die Transistoren Q3 und Q4 sind leitend, wenn der Transistor Q 2 gesperrt ist.

Ist der Transistor Q\ leitend, so steigt der Lampenstrom 10 linear gemäß dem in F i g. 2 gezeigten Kurvenverlauf an. Der diesem Strom entsprechende Spannungsabfall an dem Widerstand R i speist die aus den Bauteilen R 2, R 4 und der Diode D 2 bestehende Überwachungseinrichtung für den maximalen Lampenstrom. Ist der Spannungswert an einem Kondensator Cl, der zwischen den Verbindungspunkten der Diode D 2 und dem Widerstand R 4 sowie der Lampe 10 und dem Widerstand R 1 liegt, genügend gestiegen, so wird Q2 leitend und Qi wird sperrend, so daß der Spannungsabfall am Widerstand R 1 zu Null wird. Der Kondensator C1 entlädt sich dann über den Widerstand R 4 zur Basis des Transistors Q 2, der dadurch für eine Zeitdauer leitend ist, die durch die Entladungszeit des Kondensators C1 bestimmt wird.

Durch diese Schaltung ist somit nicht nur der Lampenstrom, sondern gleichzeitig auch die Zeitspanne T, während der der Schalter 12 geöffnet ist, bestimmt. Die Widerstände R 7, R 8 und R 9 sind an sich bekannte Teile eines herkömmlichen Schmitt-Trigger-Kreises, R 3 wird zur Strombegrenzung benötigt, und R 5 hat die Funktion eines Vorspannungswiderstandes. Die Entladezeit des Kondensators Cl ist verhältnismäßig kurz, so daß der Lampenstrom bei leitendem Transistor Q 1 nicht nennenswert abfällt.

Eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 zeigt Fig.4. Sie enthält zusätzlich eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 10 und einem Kondensator C2 parallel zu Widerstand 16, wobei die Zeitkonstante (R 10 · C2) so gewählt ist, daß die Spannung am Kondensator C2 proportional dem Mittelwert des durch die Entladungsvorrichtung fließenden Stromes ist und daß diese Spannung die am Kondensator Cl anliegende Spannung übersteigt, sobald die Lampe in normalem Brennbetrieb arbeitet. Der Entladekreis von Kondensator C2 führt über einen Entladewiderstand RW ebenfalls über den Transistor Q2. Die Entladekreise der Kondensatoren Ci und C2 enthalten jeweils eine Entkopplungsdiode D4bzw. D 3.

Der Widerstand R 2 bildet zusammen mit dem Kondensator Cl einen Tiefpaß, wodurch dieser den Spitzenwert des Lampenstromes erfassende Strompfad unempfindlich gegen steile Stromimpulse wird, die den Schmitt-Trigger umschalten könnten.

Erreicht die Spannung am Kondensator Cl einen genügend großen Wert, um den Transistor Q 1 leitend zu machen, schaltet der Trigger um, und der Transistor

Q 1 wird sperrend. Danach wird sich, wie bei F i g. 3, der Kondensator C 1 zur Basis des Transistors Q 2 über den Widerstand /?4 entladen. Die Einschaltzeil des Transistors Q2 ist konstant und durch die Entladungszeit des Kondensators Cl bestimmt. Somit bleibt der Transistors Qi, wenn er einmal ausgeschaltet ist, für eine konstante Zeitspanne sperrend. Transistor Q i ist während der Zeitspanne leitend, die der Spitzenwert des Lampenstromes benötigt, um den zur Auslösung des Schmitt-Triggers erforderlichen Grenzwert zu erreichen.

Während der Anheizzeit der Lampe arbeitet daher die Steuerschaltung mit sich ändernden Einschaltinlervallen des Transistors 12.

Während des Anheizens ist nämlich die Lampenspannung relativ gering. Das hat zur Folge, daß die während dieser Zeit an dem Kondensator C2 entstehende Spannung noch klein ist, da sich sehr kurze Einschaltzeiten für den Transistor Q1 ergeben (z. B. nur 30 μ$). Nachdem die Lampe angewärmt ist und unter konstanten Bedingungen arbeitet, nimmt die Spannung an dem Kondensator C2 zu und übersteigt schließlich die am Kondensator Ci anliegende Spannung. Danach steuert die Schaltung R 10, R 11, C2 den Lampenstrom und bewirkt das Schalten des Schmitt-Triggers. Durch die große Zeitkonstante des aus R 10 und C2 gebildeten Tiefpasses wird die Spannung an dem Kondensator C2 proportional dem Mittelwert des Lampenstromes. Erreicht die Spannung einen genügend großen Wert, um den Transistor Q2 leitend werden zu lassen, so sperrt der Transistor Q1 und bleibt so lange gesperrt, bis sich C2 auf einen Wert entladen hat, daß Q1 wieder leitend werden kann. Die Entladezeit von C2 wird klein gehalten im Vergleich zur Abnahme des Stromes, der über die Diode D1 und die Lampe fließt, derart, daß der Lampenstrom sich nur unwesentlich verringert ha wenn der Transistor Q1 wiederum leitend wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin dung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenscha '> tung aus einem Kondensator C3 einer Diode D5 un einem Widerstand R13 parallel geschaltet ist zu Reihenschaltung der Lampe 10 und des Vorschaltgerä tes 14, und eine zusätzliche Verbindung über einei Widersland Ri2 von den Emitterelektroden de

in Transistoren Q2, Q3 des Schmitt-Triggers zun Verbindungspunkt der Kapazität C3 mit der Diode Di vorgesehen ist. Dadurch läßt sich der Mittelwert de Lampenstromes abhängig von der Speisespannunj steuern. Die Lampenleistung soll nämlich bei eine

Ii Änderung der Speisespannung von ±10% möglichs konstant bleiben. Bei der beschriebenen Schaltung is nun die Spannung am Kondensator C3 proportiona der Speisespannung. Da diese Spannung relativ groß is im Vergleich zu der am Widerstand R 9 liegende]

2" Spannung, wird der Strom über R 12 proportional de Speisespannung werden. Dieser Strom ist so eingestell daß er gleich dem Strom durch den Widerstand /?9 bc leitendem Transistor Q3 ist. Deshalb verteilt sich de durch den Widerstand RS fließende Strom gleichmäßij

2Ί auf die beiden Zweige mit den Widerständen Λ 9 um R 12. Bei einem Anstieg der Speisespannung um etwi 10%, wächst nun der Strom im Widerstand /?12 in gleichen Maß. Da der Strom im Widerstand Ri annähernd konstant ist, wird der Strom im Widerstani

»ι R 9 um ca. 10% sinken und entsprechend auch di Spannung am Widerstand R 9 und damit das Auslöscni veau des Schmitt-Triggers. Die Folge davon is schließlich, daß der eingeregelte Mittelwert de Lampenstromes ebenfalls um 10% sinkt, so daß die voi

i" der Lampe aufgenommene Leistung konstant bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung lur Speisung einer elektrischen Entladungslampe über ein induktives Vorschaltgerät, mit einer kontaktlosen Schaltvorrichtung und einer ihr zugeordneten Steuerschaltung, durch die die Reihenschaltung aus Entladungslampe und Vorschaltgerät bei einem vorgegebenen Grenzwert des Lampenstromes von einem ersten, die Speisespannungsquelle enthaltenden Stromkreis in einen Entladestromkreis für das Vorschaltgerät geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die anschließende Umschaltung von dem Entladestromkreis auf den ersten Stromkreis nach einer vorgegebenen konstanten Zeitspanne erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis eine Diode (18) enthält, die der Entladungslampe (10) und dem Vorschaltgerät (14) parallel geschaltet ist, und daß als Schaltvorrichtung ein steuerbarer Schalter (12) in dem ersten, die Speisespannungsquelle enthaltenden Stromkreis dient, der durch die Steuerschaltung bei dem vorgegebenen Grenzwert des Lampenstromes geöffnet und erst nach der vorgegebenen konstanten Zeitspanne wieder geschlossen wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltung für den steuerbaren Schalter (12) über ein erstes /?C-GIied (R2, Cl) und einen Entladewiderstand (R4) eine Spannung zugeführt wird, die dem von der Speisespannungsquelle gelieferten Lampenstrom proportional ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des RC-GWedes (R 2, Cl) so bemessen ist, daß die Spannung an dem Kondensator (Ci) dem Spitzenwert des von der Speisespannungsquelle gelieferten Lampenstromes proportional ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem von der Speisespannungsquelle gelieferten Lampenstrom proportionale Spannung zusätzlich über ein zweites RC-GWed (R 10, C2) und einen Entladewiderstand (R 11) der Steuerschaltung zugeführt wird, wobei dieses WC-Glied so bemessen ist, daß die Spannung an seinem Kondensator (C2) dem Mittelwert des von der Speisespannungsquelle gelieferten Lampenstromes proportional ist und die Spannung an diesem Kondensator im Normalbetrieb der Entladungslampe größer als die Spannung an dem Kondensator (C X) des ersten /?C-G!iedes ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Schmitt-Trigger mit zwei durch einen Widerstand (R 9) gekoppelten Transistoren (Q 2, Q3) enthält und daß diesem Widerstand (R 9) ein /?C-Glied (R 12, C3) parallel geschaltet ist, dessen Kondensator (Ci) über eine Diode (D5) und einen Widerstand (R 13) der Entladungslampe (10) und dem Vorschaltgerät (14) paralls:l liegt, und daß die Bemessung so gewählt ist, daß die Spannung an diesem Kondensator (C3) proportional der Speisespannung ^V^ist.

Es sind Schallungsanordnungen zur Speisung einer Entladungslampe über ein induktives Vorschaltgerät und einen Schaltregler bekannt (US-PS 32 22 572; 32 65 930), bei denen die Verbindung zum Speisenetz bei ■ Erreichen eines maximalen Lampenstromes unterbrochen wird, worauf das Vorschaltgerät über eine Diode die Lampe vorübergehend speist. Sobald hierbei der Lampenstrom einen vorgegebenen unteren Grenzwert erreicht, wird Vorschaltgerät und Entladungslampe

in wieder an die Speisespannungsquelle angeschaltet.

Auf diese Weise läßt sich zwar das Volumen des Vorschaltgerätes reduzieren; jedoch ist die Lampenleistung nicht unter allen Umständen konstant zu halten. Das gilt insbesondere bei Veränderungen der Lampen-

i". spannung, beispielsweise infolge von Alterungserscheinungen.

Der im Anspruch I angegebenen Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Abhängigkeit der Lampenleistung von Änderungen der Lampen-

.'» spannung weitgehend unabhängig zu machen.

Die im Anspruch 1 gekennzeichnete erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht darauf, daß die Zeitintervalle, in denen die Speisung von der Speisespannungsquelle her unterbrochen ist, konstant sind. Im

-'"> Gegensatz dazu sind diese Zeitabschnitte beim Stande der Technik variabel, da sie vom Erreichen eines vorgegebenen unteren Grenzwertes des Lampenstromes abhängig sind.
Die Dauer der Speisung der Entladungslampe aus der

κι Speisespannungsquelle wird vorzugsweise durch die Aufladezeitkonstante eines /?C-Gliedes bestimmt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung zweier unterschiedlich bemessener und sich in ihrer Wirkung ablösender /?C-Glieder: Eines mit kleiner Zeitkonstante

j> sorgt dabei im Anlaufbetrieb der Entladungslampe für entsprechend kurze Einschaltzeiten, während das andere im Normalbetrieb für eine Konstanthaltung des mittleren Lampenstromes mit Hilfe längerer Einschaltzeiten sorgt.

ίο Bei Verwendung eines Schmitt-Triggers im Rahmen der den Schalter steuernden Steuerschaltung läßt sich schließlich auch die Lampenleistung bei verhältnismäßig stark schwankender Versorgungsspannung mit einfachen Mitteln konstant halten: Hierzu wird der

π Ansprechwert des Schmitt-Triggers abhängig von der Speisespannung verändert.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in schemati-

■>n scher Darstellung,

F i g. 2 den Verlauf des Lampenstromes abhängig von der Zeit,

Fig.3 das erste Ausführungsbeispiel in detaillierter Darstellung und

Vi F i g. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel.

An dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 soll der grundsätzliche Aufbau einer Schaltungsniöglichkeit und ihre Wirkungsweise erläutert werden. Eine Entladungslampe 10 ist über die Reihenschaltung eines Vorschalt-

Mi gerätes 14, eines Stromfühlers 16, der vorteilhaft aus einem Widerstand besteht und eines Schalters 12 an die Pole 11 einer Gleichspannungsquelle V angeschlossen. Durch zwei zusätzliche Verbindungen zwischen dem Schalter 12 und dem Widerstand 16 wird die bei einem

h"i Stromfluß am Widerstand 16 abfallende Spannung zum Umschalter 12 geführt. Ein zweiter Stromkreis führt vom negativen Pol der Speisespannungsquelle zum Verbindungspunkt des Vorschaltgerätes 14 und des