DE2360263C3 - Schaltungsanordnung zum Zünden einer Gas- und /oder Dampfentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe mit mindestens zwei Elektroden aus einer Wechselspannungsquelle, wobei eine Reihenschaltung aus wenigstens einer Induktivität und der Entladungslampe mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist und die Lampenelektroden an eine Gleichrichterdiodenbrücke angeschlossen sind, deren Gleichspannungsausgangsklemmen über einen Ti ansistor verbunden sind, wobei eine Steuerschaltung beim Zünden der Entladungslam- fco pe den Strom im Transistor während jeder Periode der Wechselspannung häufig unterbricht.

Die erwähnte Induktivität ist z. B. als Drossel ausgeführt oder mit einem Transformator zu einem Streutransformator kombiniert. ^hr>

Die Lebensdauer einer Entladungslampe, z. B. einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe, wird u. a. durch die Anzahl der Zündungen, die die Lampe erfährt, bestimmt Es hat sich hinsichtlich dieses Zündens ergeben, daß die Anzahl der Zündungen, die die Lampe aushalten kann, der mittleren Dauer zwischen der Spannungszufuhr zur Lampe und deren eigentlicher Zündung umgekehrt proportional ist Man könnte annehmen, daß dies der Tatsache zuzuschreiben ist, daß der Emitter, der die Lampenelektroden in der Regel bedeckt und zum Herabsetzen des Austrittspotentials dieser Elektroden bestimmt ist, einem kräftigen Ionenbeschuß während der Zündphase unterworfen ist

Eine möglichst kurze Zünddauer ist somit ein wichtiger Faktor für die Lebensdauer von Lampen, die oft geschaltet werden müssen.

Eines der Mittel zum Verkürzen der Zünddauer ist das Anlegen eines möglichst großen Potentialunterschiedes zwischen den Lampenelektroden während der Zündphase.

Gemäß einem älteren Vorschlag (DE-OS 23 23 011), der eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art beschreibt, wird der Strom von der Induktivität (induktivem Vorschaltgerät) während des Zündvorganges besonders häufig je Periode der Wechselspannungsquelle unterbrochen. Dabei fördern die sich auf diese Weise wiederholenden Spitzenspannungen, die die Folge dieser Stromunterbrechungen sind, eine schnelle Zündung der Entladungslampe. In dieser älteren Anordnung konnte man bei einer Netzspannung von 220 Volt Spitzenspannungen in der Größenordnung von 700 Volt erzielen. Dies führte zu einer Zünddauer von 03 bis 0,5 Sekunden.

Es wurde festgestellt, daß sich die Zünddauer durch Erhöhen der Zündspannung noch weiter verkürzen läßt was die Vorheizung der Elektroden sogar überflüssig machen kann und dadurch die Verwendung von Lampen erlaubt, deren Elektroden keiner Vorheizung bedürfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei der das Zünden von Entladungslampen in einer sehr kurzen Zeit erfolgt und es unwichtig ist ob die Lampen mit vorgeheizten Elektroden ausgerüstet sind oder nicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Steuerschaltung ein Transformator vorgesehen ist, dessen erste Wicklung zwischen dem Kollektor des Transistors und einer der beiden Gleichspannungsausgangsklemmen geschaltet ist und dessen zweite Wicklung entweder zwischen dem Emitter des Transistors und der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme oder zwischen der Basis des Transistors und dieser zweiten Gleichspannungsausgangsklemme geschaltet ist.

Hierdurch wird eine rasche Zündung der Lampe ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung besteht der Magnetkern des Transformators aus einem Ferritring, wodurch der Transformator einfach gehalten werden kann.

Wenn die zweite Transformatorwicklung zwischen der Basis des Transistors und der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme geschaltet ist, wird vorzugsweise diese zweite Transformatorwicklung über einen Kondensator oder über einen Widerstand mit der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme verbunden. Ein Vorteil davon ist die bessere Kontrollmöglichkeit der Steuerung des Transistors.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden in der Induktivität (induktivem Vorschaltgerät)

periodische Stromunterbrechungen mit ganz kurzen Zeitabschnitten verwirklicht, was eine elektrische Spannung in der Größenordnung von 1000 Volt zwischen den Lampenelektroden hervorruft. Eine Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe z. B. zündet darauf nach etwa 0,2 Sekunden. Dies führt einerseits zu einer bedeutenden Erhöhung der maximalen Anzahl Zündungen der Lampe und andererseits zur Möglichkeit, die Lampe ohne Nachteile mit nicht-vorgeheizten Elektroden zu versehen.

Außerdem läßt sich die Steuerschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung aus einer geringen Anzahl Schaltungselemente aufbauen, so daß diese Anordnung äußerst gedrängt sein kann, wodurch die Steuerschaltung und der klassische Bimetallstarter austauschbar werden können.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Entladungslampe,

F i g. 2 und 3 zwei andere Schaltungsanordnungen mit gleichfalls zu zündenden Lampen.

Die F i g. 1,2 und 3 beziehen sich auf das Zünden von Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen, die in der Regel mit einer Fluoreszenzschicht versehen sind.

In F i g. 1 sind eine Eingangsklemme 1 und eine Eingangsklemme 2 zum Anschließen an ein Netz von z. B. 220 Volt, 50 Hertz, angedeutet Die Klemme 1 ist über ein induktives Vorschaltgerät 6 mit einem Ende einer vorheizbaren Elektrode 3 einer Niederdiuckquecksilberdampfentladungslampe 5 verbunden, während die Klemme 2 mit einem Ende der vorgeheizten Elektrode 4 der erwähnten Lampe 5 direkt verbunden ist

Die anderen Enden der Elektroden 3 und 4 sind mit Anschlußklemmen 7 bzw. 8 verbunden, die je einen gemeinsamen Anoden-Kathodenpunkt für zwei Gleichrichterdiodengiuppen 9—10 und 11 — 12 darstellen, die zusammen eine Gleichrichterbrücke bilden. Die Gleichspannungsausgangsklemme 13 der Gleichrichterdiodenbrücke ist mit einem positiven Versorgungsleiter 15 verbunden, während die Gleichspannungsausgangsklemme 14 der erwähnten Gleichrichterbrücke mit einem negativen Versorgungsleiter 16 verbunden ist.

Die Basis eines npn-Transistors 17 ist mit einem Verbindungspunkt zweier Widerstände 18 und 19 verbunden, die zusammen einen Spannungsteiler bilden, der zwischen den Leitern 15 und 16 liegt, während außerdem ein Kondensator 20 dem Widerstand 19 parallel geschaltet ist.

Der Kollektor des Transistors 17 ist mit dem Leiter 15 über eine erste Wicklung 21 eines Transformators verbunden, während der Emitter des erwähnten Transistors 17 mit dem Leiter 16 über eine zweite Transformatorwicklung 22 verbunden ist; die Wicklungen 21 und 22 sind auf einem Ferritring 23 angeordnet.

In Fig.2, deren Bezugsziffern denen der Fig. 1 entsprechen, sind die Elektroden 3 und 4 vom nicht-vorgeheizten Typ. Ein Ende der zweiten Wicklung 22 auf dem Ferritring 23 ist mit der Basis des Transistors 17 verbunden und das andere Ende der erwähnten Wicklung 22 ist mit dem negativen Versorgungsleiter 16 über einen Kondensator 24 gekoppelt; andererseits ist der Emitter des Transistors 17 mit dem erwähnten Leiter 16 direkt verbunden.

In F i g. 3, deren Bezugsziffern denen der F i g. 1 und 2 entsprechen, ist die Basis des Transistors 17 einerseits

mit dem positiven Leiter 15 über einen Widerstand 25 und andererseits mit einem Ende der Wicklung 22 auf dem Ferritring 23 verbunden. Das andere Ende der erwähnten Wicklung 22 ist über einen Widerstand 26 mit dem negativen Leiter 16 verbunden, während außerdem der Emitter des erwähnten Transistors 17 mit dem Leiter 16 verbunden ist

Die in den Fig. 1, 2 und 3 wiedergegebenen Schaltungen gehören zu den Sperrschwingern. Es ist an sich bekannt, daß über einen kumulativen Effekt in einem derartigen Sperrschwinger mit einer kräftigen induktiven Kopplung zwischen dem Kollektor und dem Emitter oder zwischen dem Kollektor und der Basis eine äußerst kurze Schaltzeit verwirklicht werden kann. Dies gilt hier für die Schaltzeiten zwischen den Sperr- und den Sättigungszuständen des Transistors 17. Hinsichtlich der Schaltungen gemäß den F i g. 1 und 2 können sie dank der Kondensatoren 20 und 24 gleichfalls auf unstabile Weise funktionieren, während außerdem die erwähnten Kondensatoren die Übergangszeit vom leitenden in den gesperrten Zustand und umgekehrt verkürzen.

Die Schaltung nach F i g. 3, die keinen Kondensator enthält, ist vom monostabilen Typ und kann bei fehlendem Steuerimpuls prinzipiell nicht aus dem gesperrten Zustand in den leitenden Zustand übertreten. Es zeigt sich jedoch, daß durch die pulsierte Gleichstromspeisung über die Diodenbrücke die erforderlichen Bedingungen für die Schwingungsmöglichksit der Schaltung erfüllt werden.

Die Wiederholungsfrequenz der erwähnten Schaltungen, die vorwiegend durch den Induktivitätswert der Kollektorwicklung 21 bestimmt wird, beträgt ungefähr 25 kHz, was sofort nach dem Einschalten der Anordnung eine Reihe von Stromunterbrechungen und Stromschlüsse bei dieser Frequenz zwischen den Klemmen 13 und 14 während einer Periode der über die Diodenbrücke gelieferten pulsierten Gleichspannung auslöst. Dies veranlaßt entsprechende Unterbrechungen des Stromes, der in das Vorschaltgerät 6 fließt,

wobei infolge des sehr hohen ^y -Verhältnisses wegen

der großen Schaltgeschwindigkeit die erwähnten Unterbrechungen zwischen den Elektroden 3 und 4 Spannungen in der Größenordnung von 1000 Voit bei einer Netzspannung von 220 Volt und unter Verwendung eines induktiven Vorschaltgerätes auslösen, was ein praktisch unmittelbares Zünden der Lampe 5 zur Folge hat

Das Verhältnis -=- wird, besonders hinsichtlich der

Schaltungen nach den F i g. 1 und 2, praktisch durch die Schaltzeit der Diodengruppen 9—10 und 11 — 12 der Gleichrichterbrücke begrenzt. Daher sind Dioden erforderlich, die eine genügend kurze Wiederholungszeit aufweisen, um die große Schaltgeschwindigkeit des Sperrschwingers vorteilhaft anwenden zu können.

Nach dem Zünden der Lampe 5 sinkt die Spannung an den Klemmen 7 und 8 um mehr als die Hälfte ihres vorhergehenden Wertes ab und wird das Unterbrechen des Stromes beendet, weil der ohmsche Wert der Widerstandsbrücke, an die die Basis des Transistors 17 angeschlossen ist, derart eingestellt ist, daß das Schwingen der Schaltung bei dieser herabgesetzten Spannung (zwischen den Klemmen 7 und 8) verhindert wird.

Mit Hilfe der Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 erfolgt die Zündung im Mittel nach 0,2 Sekunden nach

dem Einschalten der Anordnung. Hinsichtlich der Schaltung nach F i g. 2 erfolgt die Zündung der Lampen zwischen 0,3 und 0,4 Sekunden nach dem Einschalten der Anordnung. Unter diesen Umständen kann die Vorheizung als überflüssig angesehen werden, da sie die Temperatur der Elektroden in einer derartig kurzen Zeit nur wenig" vergrößern kann, zumal da der Strom zum Heizen der Elektroden häufig vom Transistor unterbrochen wird.

Dies wurde durch einen Versuch bestätigt, bei dem die Elektroden 3 und 4 der Lampe 5 (Fig. 1) kurzgeschlossen wurden. Die Zündung der Lampe erfolgt dabei genau so rasch wie vor diesem Kurzschluß, was bedeutet, daß auch Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen mit Elektroden vom nichtvorgeheizten Typ (F i g. 2 und 3) verwendet werden können.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Lampe nicht gezündet wird, wenn z. B. diese Lampe 5 defekt ist, funktioniert die Startanordnung ununterbrochen, was eine Quelle intensiver Rundfunkstörungen bedeutet und gleichfalls die Gefahr der Beschädigung des Vorschaltgerätes 6 durch abnorme Heizung hervorruft. Auf folgende, nicht in den Figuren dargestellte Weise kann dieser Zustand vermieden werden: der Widerstand 19 nach den F i g. 1 und 2 und der Widerstand 26 nach F i g. 3 werden durch Widerstände mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ersetzt oder der Widerstand 18 (F i g. 1 und 2) und der Widerstand 25 (F i g. 3) werden durch Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ersetzt. Wenn jetzt die Zündung unterbleibt, wird zwar die pulsierte Gleichspannung ohne Unterbrechung den erwähnten Widerständen zugeführt, jedoch ändert die Erwärmung dieser temperaturempfindlichen Widerstände allmählich das Widerstandsverhältnis der Widerstandsbrücke derart, daß die Spannung an der Basis des Transistors 17 herabgesetzt wird und der Strom, z. B. nach ungefähr 10 Sekunden, unterbrochen wird.

Zur Erläuterung sei noch erwähnt, daß die erfindungsgemäße Anordnung mit Hilfe von Schaltungselementen verwirklicht wurde, deren elektrische Daten usw. nachstehend gegeben sind:

Dioden 9-10-11-12	BYXlO
Transistor 17	BU 105
Widerstand 18	100 kn
Widerstand 19	ikn
Kondensatoren 20—24	1OnF
Widerstand 25	56 kn
Widerstand 26	100Ω
Wicklung 21	20 Windungen
Wicklung 22	6 Windungen
Ferritring	14x9x5 mm 3E2

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Zünden einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe mit mindestens zwei Elektroden aus einer Wechselspannungsquelle, wobei eine Reihenschaltung aus wenigstens einer Induktivität und der Entladungslampe mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist und die Lampenelektroden an eine Gleichrichterdioden- ίο brücke angeschlossen sind, deren Gleichspannungsausgangsklemmen über einen Transistor verbunden sind, wobei eine Steuerschaltung beim Zünden der Entladungslampe den Strom im Transistor während jeder Periode der Wechselspannung häufig unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung ein Transformator (21 bis 23) vorgesehen ist, dessen erste Wicklung (21) zwischen dem Kollektor des Transistors (17) und einer der beiden Gleichspannungsausgangsklemmen (13) geschaltet ist und dessen zweite Wicklung (22) entweder zwischen dem Emitter des Transistors und der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme (14) oder zwischen der Basis des Transistors und dieser zweiten Gleichspannungsausgangsklemme geschaltet ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die zweite Transformatorwicklung zwischen der Basis des Transistors und der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Transformatorwicklung (22) über einen Kondensator (24) mit der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme (14) verbunden ist (F i g. 2).

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die zweite .Transformatorwicklung zwischen der Basis des Transistors und der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Transformatorwicklung (22) über einen Widerstand (26) mit der zweiten Gleichspannungsausgangsklemme (14) verbunden ist (F i g. 3).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (23) des Transformators (21 bis 23) aus einem Ferritring besteht.

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