DE2036627A1

DE2036627A1 - Speiseschaltung fur Gasentladungs lampen

Info

Publication number: DE2036627A1
Application number: DE19702036627
Authority: DE
Inventors: Joseph Licata; Joel S Spira
Original assignee: Lutron Electronics Co Inc
Current assignee: Lutron Electronics Co Inc
Priority date: 1969-07-23
Filing date: 1970-07-23
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1303113A; DE2036627B2; DE2036627C3; JPS5910037B1; US3619716A

Description

Patentanwälte O fi O R ft O 7 Dipl. Ing. C. Wallach . 4UJ0ÖZ7

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Halbach

β München 2 * n_{m m}

Kauf ingerstr. 8. ToL 24 0275

12 76^ - FkMi

Lutron Electronics Co., Ino. Coopersburg, Penne./USA Speietßohaltung für Gasentladungslampen

Die Erfindung besieht sich auf eine Weohselspannungsversorgung und insbesondere auf eine Weohselspannungsversorgung sun Betrieb von Gasentladungsröhren, die die Verwendung eines VorsohaltgerKtes oder anderer Induktivitäten, die normalerweise mit Gasentladungslampen verbunden sind, Überflüssig macht.

Oasentladungsröhren, die an einer 60-Hz-Quelle betrieben werden, werden üblicherweise mit einem sogenannten Vorschaltgerät (Ballast) versehen, das aus einer In Reihe mit der Lampe geschalteten Induktivität (oder einem Widerstand) besteht. Dieses Vorschaltgerät erfüllt mehrere Funktionen. Eine Funktion 1st es, den Lampenetrom xu begrenzen, der sonst aufgrund der negativen Widerstandskennlinie der elektrischen Entladung in dar Lampe unkontrolliert anwachsen würde· Weitere Funktionen sind die Zündung der Lampe und die Spannungsregelung. Dies ergibt sich daraus, daß die Lampe eine relativ

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hohe Startspannung (Zündspannung) benötigt« daß ihre Be» trlebsspannung naoh der Zündung des Lichtbogens aber beträchtlich niedriger 1st. Das in Reihe geschaltete Vorschaltgerät (Ballast) nimmt die Differenz zwischen der Netzspannung und der Lanpenbelrlebsspannung mif · Bs ist zu beaohten, daß die volle Netzspannung oder mehr sur Zündung des Laapenlichtbogens zur Einleitung der Leitfähigkeit erforderlich 1st. Sine dritte wesentliche Punktion des Vorsohaltgerätes (Ballastes)besteht bei gewlasen Arten von Rühren darin« daß es als Transformator oder Autotransformator zur Lieferung der Kathodenheizspannung und eines SpannungsstoSes zur Einleitung der Lichtbogenentladung dient*

Vorschaltgerät« (Bailast) mit einem ReihenwieSerstand haben einen relativ geringen Wirkungsgrad uM.werden im allgemeinen nicht verwendet. Normalerweis® hat das Vorschaltgerät die Fora einer SerieninäuIttivltiLfc ©der «ia®s Transformators. Diese VorsohaltgerKte Bind, wenn sie ®a üblichen 60-Hz-Netz betrieben werden» groS_e schwer« laut und aufwendig. Weiterhin muß bei der Gestaltung der lampenhalterung das erforderliche Vorschaltgerät berücksichtigt werden. Zur Begrenzung der Oröße und des Aufwandes für das Vorschaltgerät (Ballast) wurden bereits Leuchtstoffröhren aus Hochfrequenzenergiequellen mit Frequenzen von bis stt einigem 1000 Hz betrieben* Die Verwendung von hutneren Frequenzen ist auch für den Betrieb von Leuohtstoffröhrssi vorteiUmft« da diese bei höheren Frequenzen (als 60 Kz) einen grö3@reä Leucht» wirkungsgrad (mehr Lumen/Watt), grdSere Lebenndauer und leichteres Startvernögen aufweist.

Wenn höhere Frequenzen zum Betrieb von Leuchtstoffröhren verwendet werden und eine 604Iz-Quells zur Verfügung steht, so

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let as erforderlich, frequenzumformende Vorrichtungen, wie z.B. mechanische rotierende Umformer oder elektronische Frequenzwandler zu verwenden. Die Größe und der Aufwand für solche UmformergerXte macht in vielen Füllen die Vorteile der geringeren OrUBe* der Vorschaltgerät« und des vergrößerten Larapenwirkungsgrades zuniohte. Weiterhin bedingt die Verwendung von Umformern in vielen Fällen spezielle Verdrahtungsnetze und Verzweigungesohaltungen mit begrenzter KapazltKt und verringert die Zuverlässigkeit des Beleuchtungssystem*. Folglich hat die Verwendung von Quellen mit höheren Frequenzen keine weite kommerzielle Verbreitung gefunden.

Naoh den Grundgedanken der Erfindung ist mit der 60-Hz-Quelle und der LeuohtetoffrUhre eine Sohaltelnheit (Modulator) verbunden, die innerhalb der 60-Hz-Wellenform mit einer gegebenen Frequenz ein- und ausschaltet. Diese Schalteinheit kann z.B. fUr 100 Nikroaekunden leitend oder"EIN* und für 900 Nlkrosekunden nicht leitend oder "AUS" sein, derart, dafi eine 1000-Hs-Orundsohwingung in die 60-Hz-Vellenform eingeführt wird. SelbstverstltndllQh kann das Verhältnis der AUS- und BIN-ZeIten beliebig verändert werden und verschiedene Xmpulsfolgefrequenzen Aufwelsen. Wie welter unten beschrieben wird, kann die Impulssehaltung ein Impulsformer-M etzwerk mit einer Verzögerungsleitung ansteuern, das parallel zur Rühre liegt und das zur Verwendung als Olelohepannunga/Veohselspannungswandler oder Frequenzwandler an aloh bereite neu 1st. Diese Sehalteinheit, die in der neuen Kombination naoh der Erfindung (mit einer Gasentladungsröhre) verwendet wird, kann konventionelle Schaltkreise mit gesteuerten Olelohrlohtern, Transistoren o.dgl. verwenden.

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Die Modulation einer Niederfrequenz-Sinusschwingung (Frequenzen wie 50 oder 60 Hz, wie sie in Bleuohtungsnetzen verwendet werden) mit verschiedenen "EIN"-Zeiten und Impulsfolgefrequenzen erbringt in Leuchtstoff-Beleuohtungekreisen viele vorteilhafte Wirkungen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Ubliohe Vorschaltgeräte entfallen können. Dies ist deshalb möglich, weil die Dauer der Leitfähigkeit kurz 1st, so daB entweder keine strombegrenzende Impedanz benötigt wird, oder daß sie durch verschiedene einfache und kleine Widerstände, Induktivitäten, Kondensatoren oder Kombinationen davon gebildet sein kann. Eine Regelung der Ausgangsleistung kann in diesem Fall durch Veränderung entweder der Impulefolgefrequenz oder der "EIN"-Zeit erreicht werden. Die Kathodenheizepannung kann aus der modulierten Sinuswelle mit Hilfe von kleinen, wenig aufwendigen und auf die hohe Modulationsfrequenz abgestimmten Transformatoren gewonnen werden. Weil die Röhre bei der hohen Modulationsfrequenz betrieben wird, gewinnt man alle Vorteile von vergrößertem Leuohtwirkungsgrad, längerer Lebensdauer und leichtere» Starten. Weil das Vorschaltgerät entfällt, verringern sich das Geräusch, die Größe, das Gewicht und die Kosten des Systems wesentlich. Bei höheren Frequenzen entfällt auch das Geräusoh oder 1st aufgrund der kleineren und einfacheren induktiven und kapazitiven Bauteile in starkem Maße verringert und entfällt auch aufgrund des Betriebes bei einer Frequenz oberhalb des Hörbereiches. Weiterhin ist die Wärme, die von dem neuen System erzeugt wird, geringer als in üblichen Vorsohaltaystemen, so daß die Lampen mit besserem Wirkungsgrad bei höheren Strumen und Liohtpegeln betrieben werden können.

Das erfindungegemäße System eignet sich auch, zum abwechselnden, sich ergänzenden Betrieb von zwei oder mehr Lampen, wo-

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bei die Komplexität und die Hoohfrequenzstörungen verringert werden. Somit kann die niederfrequente Weohselspannungsquelle einen kontinuierlichen Sinusstrom führen. Dieser Strom wird aufeinanderfolgend zwischen zwei oder mehr Lampen umgeschaltet, die jeweils aufeinanderfolgend während einer gegebenen "EJN"-Zeit leiten. Diese Anordnung ermöglicht die Einsparung von Bauelementen und verringert Hoohfrequenzstörungen, well die Eingangeleistung eine kontinuierliche niederfrequente Sinusschwingung anstelle einer zerhackten Sinusschwingung ist. Es ist außerdem möglioh, eine gemeinsame Sohalteinheit oder Modulator für jeweils eine größere Anzahl von Lampen zu verwenden. Ein einzelner Modulator kann zehn oder mehr Lampen betreiben, so daS die Kosten für den Modulator pro Lampe sehr klein werden.

Die erflndungsgenrRee Kombination eignet sich auch Licht leistungsregelung und zur automatischen Regelung de· Liohts gegenüber Netzspannungssohwankungen· Die Lichtausgangsleistung kann duroh Xndern der LeltfHhigkeltsdauer der Lamp« gelindert werden. Duroh ein· Potentiometerverstellung kann deshalb eine gesteuerte Verdunklung einer Leuchtstoffröhre erreicht werden. Es ist weiterhin möglich^ eine konstant· Beleuchtungsstärke trotz sich ändernder Eingang··pannung dadurch zu erreichen, daß «in passender Steuerfrei«, der die Leitfähigkeitsdauer entgegengesetzt zu Änderungen der Netzspannung verändert, vorgesehen 1st.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Lamp· parallel zu einem Netzwerk alt einer Verzögerungsleitung angeschaltet sein, das zur Verwendung als Impulsformer-Netzwsrk ausgebildet ist. Diese Schaltung kann entsprechend der Erfindung als Frequenzwandler an sioh oder

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als OleichapaimufigeyWeahaelspannungswandler an sioh verwendet werden. Dieses; Netzwerk besteht aus in Reih» geschalteten Drosseln mit an den Verbindungsstellen der verschiedenen Drosseln angeschalteten Kondensator®n. Im einzelnen besteht jeder Abschnitt der Verzögerungsleitung aus mindestens einer Induktivität und mindestens einem Kondensator_s al® su einem geschlossenen Serienkreis äsusamaengesish&ltst sind. Für die vorliegende Erfindung kann ein «inselnes? Abschnitt v©i*w@ndet werden. Bin Netzwerk dieeer Art ist auf den Söffe« IO und 11, Abschnitt 6 der X*lteraturat®ll® "Principles ©ff Madlar", MoOraw Hill Co., Ins. 19Λ6 (2° Auflag®) gaseigt. Schaltungen dieser Art werden zur Formung eines Reohteeklmpulses in der Treiberstuf β von R&daratoduiatoren vanrondet· ErfindtsngsgeraSB wird eine Schaltung dieser Art ao &wg®l®gt₉ d&B si® schwingt, wobei die Schaltung anfXnglleh %\m&®h&t Ladezeit aus der lapulMehalfrisig gA&am rend der "AUS"-Zeit <£®r IrapulasöIml^iMs ©its» um M&üul&töTB) eine Bntladesehwingnng erzeugt« dl© ©l®«^fpoip^©t@a Tarbraucherlast, wie z.B. einer LeuohtetoffrSH*® w,'m;®tMw% wird« Bs lXfit sich zeigen« «tai Si® ÄuagiBsswelleiifoFffi äl@a©3 isfuarti» gen Modulators» olmohl si© ni@ht ganz siimsffeäig ist_£ ausreichend für den Betrieb von Qaiiezitladwissrtforea 1st» \mä auoh für eine beliebig« «ndor® AEwenä^mg^ ül® teins g@nän@ Sisiuswellenform benötigt, befriedigend ist. Mm In <ä®n ¥@r^g®~» rungsieitungs^OBSillatoren verwendeten Drossele kusmen eine oder mehrer· als Keiswieklung für Heisdräfet® ©_aä. Sienende Windungen enthalten.

Weiterhin kamt die- Drossel Ie dm Y®ra5|s®£Wg©i©it«g^">©@^iila« tor «ine in Reih· mit der Leu@htstoff3?i$iw® g@säimlt®t© SelsmdKrwicklung aufweisen. Die® würde ein® mit &mr RHtif© in @®ri® liegende Hooheponnung ergeben^ wob®i J@tesh ü&qs® l@sli@pasinuiig an keinem der verschiedenes* Halbleiter®!«®^© iß a@r inpulsformendeh Schaltung anliegtο

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Ein wichtiges Merkmal der verschiedenen entsprechend der Erfindung aufgebauten Schaltungen 1st es« daß die Spannung« die der Rühre zugeführt wird, eine erhebliche Wechselspannungskoniponente enthält, soweit sie nicht eine reine Wechselspannung ist. Insbesondere im stromgespeisten Betrieb, der später beschrieben wird, 1st di« Elngangsspannung der Rühre unabhängig davon, ob die Energieversorgung ein Weohselspannungs- oder Oleiohspennungsnetz 1st, eine reine Wechselspannung. Dies bedeutet einen wesentlichen Vorteil, weil die meisten Gasentladungsröhren mit bestem Wirkungsgrad arbeiten, wenn eine Wechselspannung an die Lampe angelegt wird. Obwohl die meisten Oasentladungslampen an Oleich- und Wechselspannung betrieben werden können, bewirkt eine Oleichspannung eine vorzeitige Schwärzung oder Verdunklung an einem Ende von bestimmten Typen von Gasentladungslampen, insbesondere von Leuchtstoffröhren. Oleiohstrombetrieb ergibt außerdem einen geringeren Wirkungsgrad als Wechselstrombetrieb. Z.B. beträgt der Wirkungsgrad einer Lampe bei Gleiohstrombetrleb ungefähr 70 % ihres Wirkungsgrades bei hochfrequentem Wechsele tr orabetr leb. Bei Olelchstroabetrieb ergibt sich außerdem eine um 10 bis 20 % verringerte Lebensdauer der Leuchtstoffröhre. Bei Anlegen einer Gleichspannung an Quecksilber-Dampflampen ergibt eich aufgrund der überheizung der einen Elektrode eine Verringerung der Lebensdauer. Bestimmte Natrlum-Dampflampen können Oberhaupt nicht alt Oleichspannung betrieben werden. Der Hauptvorteil von Oleichspannungsbetrieb 1st es, das kein strotaoskoplscher Effekt auftritt. Entsprechend der vorliegenden Erfindung betriebene Geräte arbeiten jedooh bei einer ausreichend hohen Frequenz, um jedes strohoskopische Problem auszuschalten.

Durch die Erfindung soll somit eine Spelseschaltung für Oa a entladungsröhren gesohaffen werden, die übliche Vorschaltgeräte überflüssig macht, und die die Röhren bei einer relativ

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hohen Frequenz betreibt* Die Speisesohaltung soll ale Ansteuerschaltung für Gasentladungsröhren dienen, und eine Sinuswelle mit einer gegebenen Impulefolgefrequenz und einer gegebenen LeitfHhiglceited&uer für jeden Impuls steuerbar modulieren. Des weiteren 40II nach der Erfindung eine Vielzahl von Gasentladungsröhren aus einem Wechselstromkreis betrieben werden, der zwischen den verschiedenen Röhren zur Erzielung einer gegebenen Impulsfolgefrequenz und LeitfXhlglceltsdauer für jede Röhre umgeschaltet wird. Die erfindungsgemäße Speiseschsltung soll die Speisung von mehreren Gasentladungsröhren unter Vermeidung von Vorsehaltgerüten für die Röhren ermöglichen. Durch die Erfindung soll weiterhin ein einfacher und wenig aufwendiger Frequenzwandler oder Oleichspannungs/Wechseispannungswandler geschaffen werden, der aus einem modifizierten Impulsformer-Netzwerk gebildet 1st.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungebeispiele anhand der Zeichnung; in der Zeichnung seigern

Fig. 1 eine Schaltung der Kombination eines Modulators und einer Gasentladungsröhre nach der Erfindung;

Fig. 2 zwei torgesteuerte Schalter, die zur Verwendung in der Modulatorschaltung nach Fig» I geeignet sind;

Fig. 2 den Auegangsimpulsetrom des Modulators nach

den Fig. 1 und 2, wenn der Modulator aus einer Sinusspannungsquelle betrieben wird;

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Pig. 4 den Auegangsimpulsstrom einer Schaltung entsprechend Pig. 1, wenn der Modulator an einer Gleiohspannungsquelle betrieben wird;

Fig. 5 den gemeinsamon Betrieb mehrerer Rühren an einer Eingangespannung in* Form einer kontinuierlichen sinusförmigen Schwingung}

Fig. 6 die Verteilung der Stromirapulse in der Schaltung naoh Fig. 5»

Fig. 7 eine Schaltung ähnlich der Schaltung nach Fig. 1, die eine NetzepannungBregelung einschließt;

Fig. 8 die Verwendung eines Verzögerungsleitungs-Netzwerkes in einer Schaltung mit einem Modulator und einer Gasentladungsröhre als Last, wobei die Verzögerungsleitung im Spannungsepelsebetrieb arbeitet;

Fig. 9 entspricht Fig. 8 und zeigt eine In Stromspeisebetrieb arbeitende Verzögerungsleitung;

Fig. 10 die Strom-Zeitkennllnie von Fig. 9, wenn die Lastimpedanz größer als die charakteristische Impedanz des Netzwerks ist;

Fig. 11 die Strom-Zeitkennlinie von Fig. 9» wenn die Lastimpedanz ungefähr gleich der charakteristischen Impedanz des Netzwerkes ist;

Fig. 12 die Strom-Zeitkennlinie von Fig. 9» wenn die Lastimpedanz ungefähr gleich der charakteristischen

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Impedanz des Netzwerkes ist und dl® Impulsladezeit in der Nähe der Impulsperiode liegt;

Fig. 13 ein Sehaltbild einer speziellen Schaltung, die ähnlich der Schaltung nach Fig. 9 ist;

Fig. 14 eine Schaltung nach den) Grundgedanken der Schaltung nach Fig. 9* wobei jodooh mehrere Lampen und Sohwingungsnetzwerke für Jede Lamp® zusammen mit einem gemeinsamen Impulamodulator verwendet werden$

Fig. 15 eine Schaltung ähnlich der Schaltung von Fig. 1A die aber einzelne B©kwingimgan©t£w@rlce_ff di® Modifikationen des Metawark®« na@h Figo 3 sind;, verwendet.

In Fig. 1 ist ein® Schaltung g«elgfe₉ dl® ά%® Sf&nzipien der vorliegenden Erfindung arl£ut©rta w©b@i ciia© Spannungs quelle an die Anschluss© 20 wsä 21 uM in leilie aalt einem Impulsmodulator 22, einer Oaeantladuragsrötee 23 -«ad einer strombegrenzonden Impedanz 2^ gesohalfe@t lat. Bi® Höhre 25 kann von einer gewUnsQfrt®ft_e koai®rzi@ll ®rMltIieh@n Art sein. Ss ist möglioli, die Iiip»äanss fortfallen zu die LeltfShigkeitsdAuer der Whv® 23 ausi^eiüteEd kurs macht wird. Die Ionisation hat kein® 'Zeit-, si@h in hohen MaSe auszubilden« w@rai ai® Leitfüiigteitestiit ausrei chend kurz gemacht wird« Z»B« kann bsi «sin®!* röhre eine Impulszeit von weniger als den verwendet werden. Daher ist di® Lampe relativ hoch und die Laiap© arbeitet_s

keinen extrem hohen Wert erreichen kann, befriedigend und brennt nicht aufgrund übermäßiger Heizung aus. Mit Hilfe des Trans format ore 25 Bit den Heizwiclclungen 26 und 27 kann, wenn die Rühre 23 HelzdrMhte für geheizte Kathoden aufweist, eine H ei ze penn luftversorgung gewonnen werden. Der Transformator 25 könnte ein Autotransforsator und in Serie alt der Rühre 22 gesohaltet sein. Eine passende Startschaltung (nicht gezeigt) kann vorgesehen werden, wenn sie für die ausgewählte, spezielle Röhr· benOtigt wird.

Die alt den Anschlüssen 20 und 21 verbundene Spannungequelle lcönnt« sine übllohe niederfrequent« Wechselspannungsquelle sein, wobei der Ausdruck: "Niederfrequenz" verwendet wird, um die in Hauelichtnetzen und Icoseerziellen Beleuchtungsschaltungen verwendeten üblichen Frequenzen von 50 oder 60 Hs su bezeichnen, flg. 3 zeigt dl· sinusförmige Spannung«- wellenform dieeer Niederfrequenzquell· als gestrichelte Linie 28.

Der Modulator 22 1st als Impulstsodulator aufgebaut und führt daher der Röhre die in Fig. 3 gezeigt· Xotpulsspannung zu. Die Inpulsfolgefrequenz trägt, wi· in Fig. 3 gezeigt, ungefähr 1000 Hz und kann von ungefähr 2CXI Hs bis su einer gewünschten, oberen Frequenzgrenze vvrtndert werden. Der Modulator und damit der Xnpulastroa kann eine typisch· Leitfähigkeltsselt von ungefähr 100 MlkroselEunden und eine Sperrselt von ungefähr 900 Mlkrosekunden aufweisen. Diese Zeiten können beliebig verändert werden. Es bat βloh herausgestellt, daß keine Wiederzündung mit Jede· aufeinanderfolgenden Spannungsimpuls aus dem Modulator 22 erforderlich ist, wenn die Rühre 23 einmal gezündet wurde. Die» ergibt sieh daraus, daß die Sntionleierungsseit der Röhr« ausreichend lang ist, so

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BAD ORiGiNAL

daß die Röhre zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen nicht entionisiert wird, wenn die Impulsfolgefrequenz ausreichend hooh ist.

Der Transformator 25 kann kleiner sein als ein entsprechender Transformator« der für Niederfrequenzbetrieb entworfen ist, weil die Rühre 23 nun aus einer Quelle' mit relativ hoher Frequenz gespeist wird. Genau so kann dl® atrombtgrensende Impedanz, die ein Reaktanzglied sein kann, eine kleinere OrUSe haben, weil die Frequenz des Stromes, der durch sie geführt wird, vergrößert ist. Weiterhin hat die Rühre 23 einen vergrößerten Leuohtwirkungsgrad und längere Leberidauer, weil sie mit einer relativ hohen Frequenz betrieben wird. Außerdem kann die Ausgangsleistung der Lampe 23 dadurch gesteuert oder verringert werden, daß der Modulator derart aufgebaut wird; daß die Impulslänge gesteuert werden kann.

Der Modulator 22 kann in irgendeiner gewünschten Art aufgebaut werden, ®r kann z.B. wie in Fig. 2 gezeigt, zwei gegeneinander geschaltete vorgesteuert® Schalter 29 und 30 enthalten, die so lange leitend sind, wie ein Torsignal ihren Tor«! 31 und 32 zugeführt wird. Eine passende, an die Tore 31 und 32 angeschaltete Impulszeitschaltung liefert getaktet« Zündimpulee an die Tore 31 und 32.

Bs hat sich als möglich herausgestellt, eine Gleichstromquelle an die Anschlüsse 21 und 22 anzuschalten« wobei der Modulator 22, wie in Pig. 4 gezeigt, aus der Oleiohspannungsquelle Impulse erseugt. Somit arbeitet die Roh» mit Jedem der aufeinanderfolgenden Impulse aus dem Modulator 22, wenn die Rühre einmal gezündet ist und die Impulsefolgeseit

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kleiner als die Ionisierungszeit der Röhre ist, obwohl die dureh die geetriohelte Linie 34 gezeigte Gleichspannung unterhalb der Röhrenzündepennung liegt. Bs ist zu beachten, daß der Heiztransformator 25 und die strombegrensende Impedanz mit der relativ hohen Impulsfolgefrequenz des Modulators 22 betrieben werden/

Ein einzelner Modulator könnte mit einer Vielzahl von Rühren 23 nach Fig. 1 oder einer der übrigen Sohaltbeisplele betrieben werden. Zur Sicherung einer geeigneten Zündung und Leitfähigkeit aller dieser parallel geschalteten Rühren können beliebige passende Mittel verwendet werden. Damit ergibt sich durch die Einsparung der Vorschaltgerätβ für jede Lampe eine beträchtliche Wirtschaftlichkeit und die Kosten für den Modulator für eine der vielen Lampen werden sehr klein. Weiterhin kann der Modulator 22 mit dem EIN- und AUS-Schalter 35 in derselben Wanddose kombiniert werden, so daß der Konstrukteur der Halterung für die Lampe 23 (oder einer Vielzahl von solchen Lampen) bei seinem Entwurf für die Halterung das unförmige Vorschaltgerät oder das Gehäuse für den Modulator 22 nicht berücksichtigen muß.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine Vielzahl von Röhren so angeordnet werden, daß ihnen aufeinanderfolgend die Stromimpulse aus einer Stromversorgung mit kontinuierlichem sinusförmigem Strom zugeführt werden» Fig. zeigt eine Sohaltung, in der drei Röhren 40, 41 und 42 (die entsprechende Gruppen von Röhren sein könnten) mit den mit einer passenden Niederfrequenzquelle verbundenen Anschlüssen 20 und 21 in Reihe geschaltet sind. Die Röhren 40, 41 und 42 sind jeweils mit entsprechenden Impulsmodulatoren in Serie geschaltet, die als gegeneinander geschaltete Paare von

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torgesteuerten Sehaltem 43-44« 45-46 und 47=4 sind. Jedes Sohaiterpaar ist mit miner ®ntBpv®®h9W&®n Iapulsseitgebersehaltimg versehen, wi@ S₀B. di® ggebersohaltungen 49* 50 und 51* die den Strom au© äa Schlüssen 50 und 31 aufeinanaitrfolg^nd oder to» te* 40 sur Röhre 4l, ssur Röhr® 42«#iffiid swüök sur 1Sif®-4© vmeoh&lten. Somit wird ein k©g*tiraii@rli©h©r wM s&fm&ffävml~ gtr Strom aua dtr an di» AasöMÜ®3® SO und 21 aag®is©halt®- ttn Quelle entnomiBta, wob©i die Heehfrequeßsafe^iPimgaR w©-> seatlioh verringert werden.

Die kontinuierliche, sinusförmig© SteoaWellsEsfoim ist in Fig. 6 gezeigt. In Fig. δ sind di© SfesOäulup^ls® se ά@η ren 40, 41 und 42 entsprechend seteaf^ierfc üm>t3ßBt<®llt_B swart als Xmpul® mit von links nmh liefet© Sßhraffurlinleii (mit 1 bessl^tmafclo als naoh recht® abfallendes Sete&fftelisissi und als Irapule »it geteswstesi Sehra&fftelialQES fsife sseiohnet). Wie su erlc®sm@a IsSt₅, ist ii© Stromimpuls« von

Ee ist zu imaehttn,, dai in d<m Hg₀ 5 «ad 6 äi© r®nd der der Impuls ^raAUS^a iet, ö©pp©lt θ® lang ls% wie d ^eiEIN^w-IiapuliBdauer_a weil sieti

stroia auftsilefio Bs igt su ^

Anzahl von Röhran v«rtf<md@t werden kasm« Strom aufteilen^ wobei das Verhaltais der Impulsdauer passend g@-wll.hlt sein

Die Verwendung

wünschte Steuerfunktion©n in der B

vorher gezeigt» ist eine Abdunkelet, Dauer der leitenden Irap«le® lsi dew Sehalfe«ag mmk fig» I

BÖglioh, Pig. 7 zeigt die Art und Weise, in der der Grundgedanke der Erfindung zur Aue regelung der Wirkung der schwankenden Netzspannung verwendet werden kann. Bs ist zu beachten, daß die Schaltung von Fig. 7 den Modulator naoh Pig. 2 in der Schaltung nach Pig. 1 verwendet und eine Drossel 50 ale stronbegrenzende Impedanz aufweist. Soait sind die Anschlüsse 20 und 21 in Fig. 7 mit einer Wechsel-Stromquelle Bit schwankender Spannung verbunden. Damit würde normalerweise die Ausgangsleistung der Röhr· 23 schwanken. Entsprechend der Erfindung ist die Impulszeitgeberschaltung weiterhin sit einer passenden Schaltung zur Veränderung der Impulsleitfähigkeitsdauer in Abhängigkeit von der schwankenden Netzspannung versehen. Sin parallel zu den Anschlüssen 20 und 21 geschalteter Potentialtransformator 57 legt eine EinganjPBspannung an die Iopuls-Zeltgeberschaltung an. Die Impuls-Zeitgeber»chaltung ist passend angeordnet, so daß die iKpulsleitfihlgkeitsdauer oder die Impulsfolgefrequenz umgekehrt zur Auegangespannung des Traneformators 51 verändert wird. Eine Verringerung der Netzspannung vergröflert daher die Impulsdauer derart, dafi die Lichtintensität konstant gehalten wird. Entsprechend verringert eine Erhöhung der Netzspannung die Impulsdauer, so daß die Lichtintensität konstant bleibt. Bin in Serie mit den Ausgang dee Transformators 51 geschalteter einstellbarer Widerstand kann zur manuellen Einstellung der Auagange-Llohtintensität oder zur Verdunkelung dienen.

Die Fig. 8 und 9 stellen AuefUhrungsbeispiele der Erfindung dar, in denen auf den Inpulsraodulator eine aus einen modifizierten Xoipulsfomemetzvrerk gebildete Oszillatorschaltung folgt* wobei die Kombination dazu dient, einen hochfrequenten Strom an eine oder mehrere Leuchtstoffröhren abzugeben.

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BAD ORSGiNAU

In Flg. 1 1st «Int Schaltung dargestellt, dl· EingangsanschlUsae 60 und 61, ·1η·η Modulator 62, ein Sohwlngungsnetzwerk 7* und «in· Leuchtstoffröhre 64 aufweist. An die AnsohlUsse 60 und 61 kann entweder eine niederfrequente Weohselstroaenerglequelle oder eine Gleichstromquelle angeschaltet werden, wie es bereite in Verbindung mit Pig· I beschrieben wurde. Der Modulator 62 kann der gleiche sein wie der Modulator 22 in den Pig. 1 und 2, wobei es lediglich notwendig ist, dafl der Modulator Ö2 zur Umwandlung der an die AnsohlUsse 60 und 6l angelegten Spannung in Impulse dient. Die Lampe 64 kann von einer beliebigen gewünschten Art sein.

Das Netzwerk 74 ist in Stromepsieehetrleb geschaltet (eine kurzgeschlossene Verzögerungeleitung) und besteht aus zwei Drosseln 71 und 72 und dem Kondensator 73» die, wie dargestellt, verbunden sind. Schaltungen dieser Art (mit zusätzlichen Stufen) sind als Impulsformereohaltungen mit Verzögerungeleitungen für Radarmodulatoren gut bekannt.

Erflndungageraäß folgt diese Schaltung, die in weiteren als Sohwlngungsnetzwerk bezeichnet werden soll, auf den Impulsmodulator, und dient zur Erzeugung eines Auegangs-Schwinget roee· mit einer im allgemeinen sinusförmigen Wellenform.

Die Pig. 10, 11 und 12 stellen den Strom dar, der der Röhre vom Schwingungsnetzwerk 74 bei verschiedener Auslegung des Netzwerkes 74 zugeführt wird. Pig. 10 zeigt das System, wenn die Impedanz der Röhre 64 wesentlich (z.B 5 mal) größer als die charakteristische Impedanz des Netzwerkes 74 ist. In Pig. 10 sind die Impulse 75 und 76 die vom Modulator 6?. ge-

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lieferten Impulse. Diese Impulse haben ein· Periode f und eine Leltflihlgkeltsdauer t und können so aufgefaßt werden, daß sie das Netzwerk 7*ⁿaufladen", daß daraufhin, wl· in Flg. 10 gezeigt, mit einer Periode 29 schwingt. Somit werden der Rühre 64 während der Periode T sechs Stromimpuls· (einschließlich Impuls 75) mit einer Wtllenforn« - die in etwa einer Sinusschwingung entsprioht, sugcfUart· Ea 1st zu erkennen, daß die Schwingungsform umso mm? sinusförmig ist, je mehr sieh die Impulsdauer t dem Wert von 9 annähert. Bei einer Impulsfolgefrequenz des Modulators 62 von 1000 Hz wird der Rühre 64 damit ein Ansteuerstroii von ungefähr 6000 Kz zugeführt«

Wie in Fig. 10 gezeigt, bildet sich In der Sah&ltung eine Resonanzschwingung aus, well die. Leatirapedanz Ylel größer als die charakteristische Impedanz des Netzwerkes ?4 Ist· Das Netzwerk kann, wie es in den Fig. 11 und 12 geastigt ist, durch ungefähres Angleichen der Laetimped&nz an die oharakt·- ristlsohe Impedanz des Netzwerke« aperiodisch gao&eht. wer» den. Bs ergibt sich dann eine sinusförmige Schwingung, wobei die Periode t der Impulse 75 und 76 ungefähr glulctt 2 mal θ + t ist. Eine bessere oder gleichmütiger® Wellen«» form erhält man nach Flg. 12 dadurch, daß die Period« T der Impulse 75 und 76 entsprechend der Schwlngungsperiode 2 mal θ verringert wird, und daß T- θ + t geweht wlrä, wobei t ungefähr gleich θ ist.

Bin wesentlicher Vorteil der Schaltung nach Fig* 9 ist es« da/3 sie auoh bei Anlegen einer Betriebsgleiohepannung an di» Anschlüsse 60 und 61 eine Im wesentlichen rein® Wüohselstrcn·- Eingangsleistung an die Röhre abgibt. Bei einem speziellen.

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gung heraus, wenn dl· Röhr· "AUS* let, wobei ei« sum Starten ein· höh· Spannung erzeugt.

Die Schaltung naoh Fig. 8 1st der Schaltung naoh Fig. 9 ähnlich, arbeitet jedoch sehr in Spannungaspeisebetrieb als im Stromspeisebetrieb./Das Schwingungsnetzwerk 63 in Fig. 8 1st parallel zur Röhre 64 geschaltet und besteht aus den Drosseln 64 und 65 und den Kondensatoren 66 und 67. Die Schaltung arbeitet in einer Ähnlichen Art« wie sie vorher in Verbindung mit den Fig. 10, 11 und 12 beschrieben wurde.

Im Vorstehenden wurde die Kombination einer Oleioh- oder Weohselepannungsquelle, eines Modulators und eines Sohwingungsnetzwerkes in Verbindung mit einer Leuchtetofflanpen last beschrieben. Bs 1st jedoch offensichtlich, dafi irgendeine beliebige Art von I*st verwendet werden kann, insbesondere, wenn die Lastimpedanz viel größer (im Stromspelsebetrieb) als die charakteristische Impedanz des Netzwerkes (wie In Fig. 10} let. Damit kann die Schaltung als Frequenzwandler an sich arbeiten, wenn die an die Anschlüsse 60 und 61 angelegte Eingangsleistung der Fig. und 9 ein Wechselstrom ist oder als Oleiohspannunga/Veohselsp&nnungswandler, wenn den Anschlüssen 60 und 61 Gleichstrom zugeführt wird. Flg. 13 zeigt eine Schaltung» die zur Durchführung des Stromspeisebetriebs naoh Flg. 9 ausgebaut ist. In Flg. 13 besteht die Energiequelle aus einer mit den Anschlüssen 80 und 8l eines Regeltransformatore verbundenen 120-V-60-Hz-Quelle. Der Ausgang des Regeltransformator» 82 ist zwischen 0 und 140 V regelbar und mit einem Trenntraneformator 83 verbunden. Die Sekundärwicklung des Trenntranaforraators ist mit einem Vollweg-

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Brückengleiohriohter 84 verbunden« der eine Elngangsgleiohspannung an den Impulsmodulatorteil der Sohaltung liefert»

Der Inpulsmodulator besteht aus einer Innerhalb des gestrichelt dargestellten Reohtecks 85 angeordneten Schaltung und entspricht dem Modulator 22 naoh Fig. 1 oder dem Modulator 62 naoh den Pig. t und 9* Der Modulator 85 weist mit einer passenden Iapuls-Zeitgebersohaltung verbundene EingangsansohlUsse 86 und 87 auf. An die Anschlüsse 86 und 87 kann eine Übliche Impuls-ZeItgeberbohaltung angeschlossen werden; für Versuchszwecke wurdi ein kommerziell erhUfc· Hoher Impulsgenerator, hergestellt von der Tektronios Corporation, als Quelle für die Zeitsteuerlmpulse verwendet.

Als Abschluß für den Impulsgenerator ist ein Widerstand (47 Ohm) parallel zu den Anschlüssen 86 und 87 angeschaltet und ein Widerstand 89 (2,2 Kiloohm) ist als strombegreneender und entkoppelnder Widerstand mit der Basis des Transistors 90 (2N4OJ57) verbunden. Der Kollektor des Transistors 90 ist mit der Basis des Transistors 91 (2N40JT) verbunden» Der Kollektor des Transistors 91 1st seinerseits über den Widerstand 98 (10 Ohm) mit der Basis des Lelstungetransistors (MJ423) verbunden.

Passende Entkopplungswiderstände 93 (33 Ohm), 94 (220 Ohm), 95 (33 Ohm) und 99 (I Kiloohm) sind zusammen mit Entkopp lungskondensatoren 96 (50 Mikrofarad) und 97 (50 Mikrofarad) vorgesehen. Die Widerstünde 93« 94 und 99 sind Jeweils mit entsprechend bezeichneten, durch Batterien dargestellten Vorspannungaquellen verbunden. Natürlich kann eine übliche Olelohriohterspannungsversorgung für diesen Zweck verwendet werden.

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Der Emitter-Kollektorkrtie des Lelstungstransistors 92 1st In Reihe mit dem Ausgang des Olelchrlohters 84, der Diode 100 (1N647) und dem Widerstand 101 (IO Kiloohm) geschaltet. Die Diode 100 schützt den Transistor 92 gegen Umkehrung des Stromes und der Widerstand 101 verniohtet Energie aus dem Sohwingungsnetfzwerk, wenn die Lampe ausgeschaltet 1st, wie es Im folgenden beschrieben wird. Die Lampe 110 war eine von Sylvania hergestellte 40 Watt Leuchtstofflampe vom Typ P40CW Life-Line. Bine Starthilfe in Form einer Netallfolie war als Nachbildung der gestrichelt dargestellten Halterung 101a entlang der Rühre angebracht und, wie gezeigt, mit einer ihrer Elektroden verbunden. Die KathodenheizdrXhte der Lampe 110 wurden durch zwei 6 V Batterien 112, 11J5 geheizt, wobei es klar ist, daß eine passende Transformatorsohaltung fUr diesen Zweok verwendet werden kann.

Das Schwingungenetzwerk wurde aus den Drosseln 120, 121 und 122 und den Kondensatoren 123 und 124 gebildet. Es 1st zu sehen, daß das Netzwerk in Stromspeisebetrieb nach Fig. 9 geschaltet ist. Die Drosseln 120, 121 und 122 hatten jeweils eine Induktivität von 1,7 Millihenry und die Kondensatoren 123 und 124 waren 0,17 Mikrofarad/400 Volt Kondensatoren.

Die Schaltung nach Pig. 13 arbeitet wie folgts Bei Anlegen eines positiven Impulses an die.Anschlüsse 86 und 87 wird der normalerweise leitend vorgespannte Transistor 90 gesperrt. Damit wird der Transistor 91 "EIN" geschaltet, der normalerweise so vorgespannt ist, daß er gesperrt ist. Damit sohaltet ein an die Anschlüsse 86 und 87 angelegter positiv verlaufender Impuls den Transistor 92 für die Dauer des EIngangsirapulses durch.

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Wenn der Transistor 92 durohgesohaltet ist* ersohelnt die Auegangespannung des Gleichrichters 84 längs des Widerstandes 101 und damit länge des Schwingungsnetzwerkes und der Rühre 110. Das aus den Drosseln 120, 121 und 122 und den Kondensatoren 123 und 124 bestehende Sohwingungsnetzwerk wird während der Dauer der Impulse längs des Widerstandes 101 aufgeladen und die Schaltung sohwlngt nach Beendigung des Impulses« wie es in Fig. gezeigt ist. Somit wird die Rühre 110 duroh den in Fig. 10 gezeigten Sohwingungsstront angesteuert und die Rühre wird gemäß der Erfindung in einer hochfrequenten Betriebsart betrieben.

Bs ist zu erkennen, daß die Schaltung von Fig. 15 einen speziellen Modulator verwendet, der nur auf positive Impulse an den Anschlüssen 86 und 87 anspricht. Natürlich könnte die Schaltung so abgeändert werden, daß positive und negative Impulse den Modulator steuern köranem. H@i~ terhin ist es offensichtlich, daß alle Vorspannungen mit Hilfe von relativ kleinen Transformatoren direkt aus der Hochfrequenzschaltung gewonnen werden können»

Es ist außerdem verständlich, daß die lampe 110 duroh eine allgemeine Belastung ersetzt werden kann, die eine im allgemeinen sinusförmige Wellenform erfordert. Z.B. könnte eine Wicklung der Drosseln 120, 121 und 122 als Hochfrequenzeingang für eine Torspannungsschaltung verwendet werden.

In Fig. 14 ist eine die allgemeinen Grundgedanken der Schal· tung von Fig. 9 verwendende Schaltung angegeben» bei der jedooh eine Vielzahl von Gasentladungsröhren won einem gemeinsamen Modulator 62 betrieben wird. In Flg. 14 sind

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drei Lampen 100, 101 und 102 gezeigt, die von irgendeiner gewünschten Art von Gasentladungslampen, wie z.B. Leuchtstoff rühren, sein können. Jede Röhre 100 bis 102 1st mit eines entsprechenden Oszillatornetzwerk 103, 104, 105 verbunden. Die Oszillatornetzwerke 103, 104 und 103 sind jeweils, wie la fall von Fig. 9* von der stromgespeisten Art und es ist zu erkennen, daß sie alt den Netzwerken nach Fig. 9 identisoh sind, wenn die Spule 71 nach Fig. 9 entfernt wird. Weiterhin hat sich in Verbindung mit Schaltungen nach der in Fig. 9 dargestellten Art gezeigt, daß die Spule H fortgelassen werden kann. Vorzugsweise kann jedoch die Spule 71 eine extren niedrige Induktivität, z.B. 1 Mikrohenry, verglichen alt einen typischen Wert von einigen Millihenry für die Spule 72 haben, wobei die kleine, induktive Impedanz der Spule 71 verhindert, dafi hohe Stronimpulse aus den Modulator 62 direkt durch den Kondensator 73 gezogen werden, die den Modulator beschädigen können. Ein kleiner Widerstand kann genau so diese strombegrenzende Wirkung ergeben.

In Fig. 14 bestehen die impulsformenden Netzwerke 103 bis 103 aus entsprechenden Drosseln 106, 107 und 108 und Kondensatoren 109, 110 und 111. Jede der einzelnen Schaltungen ist dann in Reihe mit passenden Entkopplungeimpedanzen 112, 113, 114 geschaltet, die im wesentlichen die Parallel geschalteten Kreise voneinander entkoppeln und die die strombegrensende Impedanz darstellen, die zur Begrenzung des vom Modulator 62 direkt durch die Kondensatoren 109, HO und 111 gezogenen Impuls stromes notwendig sind.

Wenn eine Schaltung der Art, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, verwendet wird, so ist es offensichtlich, daß sich

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wesentliche Einsparungen ergeben, weil nur ein einziger Iepulsmodulator 62 für eine Vielzahl von einzelnen Lampen benötigt wird. Be let zu beaehten, daß eine belie« blge Anzahl von Lampen verwendet werden kann. Weiterhin wird die OrUSe der in den Schwingungsnetzwerken 102, 104 und 105 verwendeten Bauteile klein gehalten, weil sie Jeweils nur in Verbindung mit einer einzelnen Lampe betrieben werden. Dies maoht es außerdem möglich, die Sohwingungsnetzwerke in der NMhe der Lampen anzuordnen, so daß keine langen Übertragungeleitungen zur übertragung der Hoohfrequensenergie vom Sohwingungsnetzwerk zu zugehörigen Oasentladungsröhre benötigt werden..

Fig. 15 ist Ähnlich Fig. 14, zeigt aber eine modifizierte Ausführung des Netzwerkes nach Fig. 8, das in Verbindung mit den Lampen 100, 101 und 102 verwendet wird. Die Schwingungsnetzwerke in Pig. 15 bestehen aus uen entsprechenden in Serie geschalteten Drosseln 120, 121 und 122, und den Kondensatoren 123, 124 und 125 für die Röhren 100, 101 und 102. Jedes der Sohwingungsnetzwerke von FIg* 15 ist im wesentlichen identisch mit dem Netzwerk nach Fig. 8, wobei die Drossel 65 und der Kondensator 67 entfernt ist. Versuche haben gezeigt, daß diese Bauteile weggelassen werden können, um den einfacheren Serlenschwlngkreis nach Fig. 15 zu entwickeln.

Obwohl ein bevorzugtes AusfUhrungsbelspiel der Erfindung beschrieben wurde, sind doch viele Abänderungen und Modifikationen nun für den Fachmann erkennbar. Deshalb ist die Erfindung nicht durch diese spezielle Offenbarung, son· dem nur durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt.

Claims

Patentansprüche t

1.) Speiseeohaftung für Gasentladungslampen

""ait einer Spannungequelle, dadurch g e k e η η selohnet, dafl ein Impulemodulator (22) In Serie alt der Spannungequelle und der Oaeentladung·- lampe geschaltet ist und dafi der Impulsmodulator ab« wechselnd leitend und nloht leitend 1st, derart, daß der Gasentladungslampe Spannungsimpulse zugeführt werden.

2. Speleeeohaltung naoh Anspruch 1, dadurch

gek »nni ι lohnet , daS die Spannungsquelle ein· Wechselspannungequelle mit relativ niedriger Frequenz ist.

3· Speisesohaltung naoh Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daS die Spannungsquelle ein· Oleiohipannungequell· 1st»

4. Speisssohaltung naoh eintm der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet , daß «in stro0b«grensend«8 Olied mit dar Oaetntladungalanpe in Reih· geichaltet ist.

5* Speieeechaltung naoh einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,

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dafl für die Heizung der Gasentladungslampe eine HeIzsohaltnng vorgesehen 1st, die mit der Spelsesohaltung verbundene und auf dl· Frequenz des Xnpulsmodulators abgestimmte Transformatoren enthält.

6. Spelsesohaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Gasentladungslampen Jeweils parallel geschaltet sind.

7. Spelsesohaltung naoh einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch zwei Gasentladungslampen und Sohaltglleder zur aufeinander* folgenden, abwechselnden Anschaltung der ersten und der zweiten Gasentladungslampe an den Impulsmodulator.

8. Speiseschaltung naoh einen der vorhergehenden Ansprüche, daduroh g e k · η n> zelohnet, dafl mit dem Impulsmodulator Steuersohaltralttel zur Steuerung der Impulsdauer der Impulse verbunden sind.

9· Spelsesohaltung naoh einem der vorhergehenden AnsprUohe, daduroh gekennzeichnet , dafi ein Schwingungsnetzwerk parallel zur Gasentladungslampe gesohaltet 1st, das mindestens eine erst· Drossel und einen ersten Kondensator aufweist, die su einander pra llel gesohaltet sind.

10. Spelsesohaltung naoh Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet, dafl dl· oharakteristisohe

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Impedanz des Sohwingungsnetswerkes wesentlich kleiner al· die Impedanz der Lampe lat.

11. Energieversorgung naoh Anepruoh 9* daduroh gekennzeichnet da8 das Schwingungenetzwerk weiterhin eine zweite Drossel und einen zweiten Kondensator aufweist, und dafi die zweite Drossel mit der ersten Drossel und dem zweiten Kondensator in Reihe geschaltet ist.

12. Energieversorgung naoh Anspruch 9, daduroh gekennzeichnet , dafl das Sohwlngunganetzwerk eine zweite Drossel aufweist, die in Reihe sowohl mit der ersten Drossel als auch mit dem ersten Kondensator geschaltet ist.

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L e e r s e i t e