DE2417262A1

DE2417262A1 - BRIGHTNESS CONTROL CIRCUIT FOR GAS DISCHARGE LAMPS

Info

Publication number: DE2417262A1
Application number: DE19742417262
Authority: DE
Inventors: Carl R Snyder
Original assignee: Esquire Inc
Current assignee: Esquire Inc
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1974-11-07

Description

Helligkeitssteuerschaltung für Gasent ladungslampen. Brightness control circuit for gas discharge lamps.

Die Erfindung betrifft eine Helligkeits-Steuerschaltung für Gasentladungslampen hoherLeuchtdichte, die über-einen mit der Gasentladungslampe verbundenen Vorwiderstand mit -Wechselstrom betrieben werden.The invention relates to a brightness control circuit for gas discharge lamps high luminance via a series resistor connected to the gas discharge lamp can be operated with alternating current.

Quecksilberdampflampen und andere Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte mit Metallzusätzen haben eine weite Verbreitung gefunden, etwa in Kaufhäusern; Schulen und dergleichen, und zwar insbesondere wegen ihrer verhältnismäßig hohen Licht ausbeute und dem geringen Unterhaltungsaufwand im Vergleich zu Glühlampen.Derartige Gasentladungslampen werden allgemein für großflächige Beleuchtungen verwendet, obwohl sie sich bisher in der Helligkeit nicht regeln ließen. Wenn die Helligkeit trotzdem geregelt werden sollte, mußten einige Lampen vollständig abgeschaltet werden oder aber auf eine Beleuchtung mit Glühlampen oder Fluoreszenzlampen umgeschaltet werden.Mercury vapor lamps and other high-luminance gas discharge lamps with metal additives have found widespread use, for example in department stores; schools and the like, in particular because of their relatively high light yield and the low maintenance costs compared to incandescent lamps are generally used for large area lighting, although they have previously been used could not be regulated in the brightness. If the brightness can be regulated anyway should, some lamps had to be switched off completely or on one Lighting can be switched with incandescent lamps or fluorescent lamps.

Das Abschalten von einigen Lampen weist Nachteile auf, da es einen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand erfordert, zusätzliche Schalter usw.. Auch ein zusätzliches Beleuchtungssystem erhöht den Schaltungsaufwand und die Komplexität der Gesamtanlage erheblich. Außerdem sind zusitzliche Befestigungen, Lampen und Zusatzeinrichtungen hierfür erforderlich.Turning off some lamps has disadvantages because it causes a requires additional wiring, additional switches, etc. Also a additional lighting system increases the circuit complexity and the complexity of the overall system is considerable. There are also additional fixings Lamps and additional equipment required for this.

Bisher war man der Meinung, daß sich Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte nicht direkt in der Helligkeit steuern lassen.So far it was of the opinion that gas discharge lamps of high luminance do not let the brightness be controlled directly.

Es herrscht die weitverbreitete Meinung, daß bei einer Verringerung der Leistungszufuhr zu derartigen Lampen ein Elektrodensprühen auftritt, so daß die Umgebung innerhalb der Lampe Schaden leiden kann. Dadurch wird auch die Lebensdauer der Lampen verringert und ein Flackern hervorgerufen. Außerdem waren die bekannten Helligkeitssteuerschaltungen für Glühlampen und Leuchtstofflampen nicht geeignet, da Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte beim Betrieb mit denselben erlöschen.There is a widespread opinion that if the Electrode spray occurs when power is supplied to such lamps, so that the environment inside the lamp can be damaged. This also increases the service life of the lamps decreased and caused a flickering. Besides, the known ones were Brightness control circuits are not suitable for incandescent lamps and fluorescent lamps, since high-luminance gas discharge lamps go out when operated with them.

Dies rührt daher, daß die üblichen Helligkekssteuerschaltungen die Lampen während kurzer Zeitabschnitte in jeder Halbwelle abschalten. Diese Betriebsweise ist zwar für Glühlampen und Leuchtstofflampen tragbar, nicht jedoch für Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte, da diese, wenn sie einmal erloschen sind, eine verhältnismäßig lange Abkühlungszeit benötigen, bevor sie wieder gestartet werden können. Es wurde nun gefunden, daß eine Helligkeitssteuerschaltung dann für Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte geeignet ist, wenn keine Abschaltung derselben während einer Halbwelle erfolgt, sondern wenn lediglich der Effektivwert geändert wird, ohne den Zeitpunkt oder die Neigung des Stromdurchganges durch Null, also bei Polaritätsunkehr, zu verändern. Die Verringerung des Stromes durch Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte ermöglicht eine wirksame Helligkeitssteuerung, ohne daß die Lampe Schaden leidet.This is because the usual Helligkeks control circuits the Switch off lamps for short periods of time in each half-wave. This mode of operation is portable for incandescent lamps and fluorescent lamps, but not for gas discharge lamps high luminance, as these, once they have gone out, are a proportionate take a long time to cool down before they can be started again. It was now found that a brightness control circuit then higher for gas discharge lamps Luminance is suitable if it is not switched off during a half-wave takes place, but if only the rms value is changed without the point in time or the tendency of the current to pass through zero, i.e. when the polarity is reversed change. The reduction of the current through high-luminance gas discharge lamps enables effective brightness control without damaging the lamp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Helligkeitssteuerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Helligkeitssteuerung von Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte ermöglicht, ohne daß deren Lebensdauer im Vergleich zur Lebensdauer bei Betrieb unter Vollast abnimmt.The invention is based on the object of a brightness control circuit to create of the type mentioned, which a brightness control of gas discharge lamps high luminance allows without affecting their service life compared to the service life decreases when operating at full load.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, daß der Vorwiderstand ein Reaktanzglied umfaßt, dem ein steuerbarer Nebenschlußweg parallelgeschaltet ist zum mindestens teilweisen Herumleiten des Stromes um das Reaktanzglied, und daß eine einstellbare Steuerspannungsquelle zum Steuern des Nebenschlußweges vorgesehen ist.The solution to the problem is to be seen in the fact that the series resistor comprises a reactance element to which a controllable shunt path is connected in parallel is for at least partially bypassing the current around the reactance member, and that an adjustable control voltage source is provided for controlling the shunt path is.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Helligkeitssteuer-Schaltung zeichnet sich dadurch aus, daß das Reaktanzglied zwei Reaktanzeinheiten umfaßt, daß der steuerbare Nebenschlußweg lediglich einer der Reaktanzeinheiten parallelgeschaltet ist, und daß die Steuerspannungsquelle so ausgebildet ist, daß sie den Nebenschlußweg während Zeitabschnitten leitend macht, in denen der Strom durch das Rektanzglied und die Spannung an demselben die gleiche Polarität haben.A preferred embodiment of this brightness control circuit is characterized in that the reactance element comprises two reactance units, that the controllable shunt path is connected in parallel to only one of the reactance units is, and that the control voltage source is designed so that it is the shunt path makes conductive during periods in which the current through the rectance element and the voltage across it have the same polarity.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.The invention is described below with reference to schematic drawings several exemplary embodiments described in addition.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung. Fig. 1 is a circuit diagram of a brightness control circuit according to Invention.

Fig. 2 zeigt die Amplitude und die Phasenbeziehungen der Lampenspannung, des Helligkeitsbereichs und des Stromes in der Schaltung nach Fig. 1. Fig. 2 shows the amplitude and the phase relationships of the lamp voltage, the brightness range and the current in the circuit according to FIG. 1.

Fig. 2a zeigt die relativen Ströme bei voller Stromstärke und bei niedriger Stromstärke.Fig. 2a shows the relative currents at full amperage and at low amperage.

Fig. 2b zeigt die Wellenformen beim Summieren von Strömen zum Einstellen einer mittleren Stromstärke.Fig. 2b shows the waveforms when summing currents for adjustment a medium amperage.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Steuerspannungsquelle für den Nebenschlußtriac.Fig. 3 shows a modified control voltage source for the shunt triac.

Fig. 4 zeigt die Amplituden- und Phasenbeziehungen bei den wichtigsten Spannungen und Strömen in der Schaltung nach Fig. 1.Fig. 4 shows the amplitude and phase relationships in the most important Voltages and currents in the circuit according to FIG. 1.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Lichtmenge als Funktion.5 shows the dependence of the amount of light as a function.

der Zeit beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 1. the time during operation of the circuit according to FIG. 1.

Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Leistung als Funktion üe Zeit bei der Schaltung nach Fig. 1.6 shows the dependence of the power as a function of time the circuit of FIG. 1.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer dreiphasigen Helligkeitssteuerschaltung mit einem einzigen Helligkeitsstellglied.Fig. 7 shows a preferred embodiment of a three-phase brightness control circuit with a single brightness actuator.

Fig. 8 zeigt die Zusammenschaltung mehrerer Lampenstromkrei mit einer einzigen Helligkeitssteuerschaltung.Fig. 8 shows the interconnection of several lamp circuits with one single brightness control circuit.

Fig. 9 zeigt eine Weiterbildung, bei der eine Indutionsspule in den Nebenschlußweg eingeschaltet ist.Fig. 9 shows a development in which an induction coil in the Shunt path is switched on.

Fig. 10 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform einer Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung.Fig. 10 shows another modified embodiment of a brightness control circuit according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung umfaßt eine Gasentladungslampe 10 hoher Leuchtdichte, welche in Reihe geschaltet ist mit zwei Induktivitäten 12 und 14, wobei die Gesamtschaltung an die Netzleitungen 16 und 18 angeschaltet ist. Parallel zu der Induktivität 14 ist ein steuerbarer Nebenschluß geschaltet, der einen Triac 20 bildet, dessen Hauptanschlüsse 22 und 24 mit den Anschlüssen der Induktivität 14 verbunden sind. Die Steuerelektrode 26 des Triac ist mit einem Widerstand 28 verbunden, dessen anderes Ende mit einer Sicherung 29 verbunden ist, die über eine zweite Sicherung 30 und mit den Steueranschlüssen weiterer Larnpenkreise verbunden ist. Der parallel zu den Netzleitungen liegende Kondensator 32 dient zur Korrektur des Phasenfaktors.The circuit shown in Fig. 1 comprises a gas discharge lamp 10 high luminance, which is connected in series with two inductors 12 and 14, the overall circuit being connected to the power lines 16 and 18. In parallel with the inductance 14, a controllable shunt is connected, the forms a triac 20, the main connections 22 and 24 of which with the connections of the Inductor 14 are connected. The control electrode 26 of the triac has a resistor 28 connected, the other end of which is connected to a fuse 29, which over a second fuse 30 and connected to the control connections of other Larnpen circles is. The capacitor 32 lying parallel to the power lines is used for correction the phase factor.

Wenn der Triac 20 leitend ist, so daß ein vollständiger Nebenschluß der Induktivität 14 besteht, fließt der größtmögliche Strom, in den Fig. 2 und 4 mit voller Lampenstrom" bezeichnet, durch die Gasentladungslampe 10. Wenn der Triac 20 sperrt, fließt der geringstmögliche Strom durch die Gasentladungslampe, entsprechend den minimalen Stromkurven in Fig. 2 und 4. Wenn man dafür sorgt, daß der Triac 20 nur während eines Teiles eines Zyklus leitet, wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, läßt sich der Strom durch die Gasentladungslampe 10 und daher auch die Lichtmenge zwischen dem niedrigsten und dem vollen Lampenstrom regeln. Bine kurze Leitdauer des Triac 20 führt zu der Kurve 101, eine etwas längere Leitdauer zu der Kurve 103 und eine noch längere Leitdauer zu der Kurve 105. Es ist offensichtlich, daß sich durch Steuern der Leitdauer des Triac 20 die Helligkeit er Gasentladungslampe 10 beeinflussen läßt.When the triac 20 is conductive, it is completely shunted of the inductance 14, the greatest possible current flows, in FIGS. 2 and 4 with full lamp current ", by the gas discharge lamp 10. When the triac 20 blocks, the lowest possible current flows through the gas discharge lamp, accordingly the minimum current curves in Fig. 2 and 4. If you ensure that the triac 20 conducts only during part of a cycle, as shown in dashed lines in FIG is, the current through the gas discharge lamp 10 and therefore the amount of light regulate between the lowest and the full lamp current. A short lead time of triac 20 leads to curve 101, a slightly longer conduction duration to curve 103 and an even longer lead time to curve 105. It is evident that the brightness of the gas discharge lamp 10 by controlling the conduction time of the triac 20 can influence.

Die Steuerung des Leitzustandes des Triac 20 geschieht mit einer einstellbaren Steuerspannungsquelle,. die mit der zweiten Sicherung 30 verbunden ist. Um die Wirkungsweise dieser Schaltung zu verstehen, seien vorerst die anhand von Fig. 4 dargestellten Phasenbeziehungen betrachtet. Die Spannung an der Induktivität 14, die ein Reaktanzglied bildet, eilt dem Lampenstrom um etwa 85 Grad vor und eilt der Netzspannung um etwa 30 Grad vor.The control of the control state of the triac 20 is done with an adjustable Control voltage source ,. which is connected to the second fuse 30. About the mode of action To understand this circuit, let us first of all be those shown with reference to FIG Phase relationships considered. The voltage across the inductor 14, which is a reactance element forms, leads the lamp current by about 85 degrees and leads the line voltage by about 30 degrees ahead.

Man erkennt, daß der Triac 20 nicht leiten sollte, bis der Strom durch und die Spannung an der Induktivität 14 dieselbe Polarität haben, die positiv oder negativ sein kann. Geht man von einer positiven Polarität aus, so geht der Strom durch die Induktivität 14 arst an der Stelle 107 in den positiven Bereich über.It can be seen that the triac 20 should not conduct until the current is through and the voltage across inductor 14 have the same polarity that is positive or can be negative. Assuming a positive polarity, the current goes through the inductance 14 arst at point 107 into the positive range.

In diesem Zeitpunkt ist die Reaktanzspannung bereits positiv.At this point in time the reactance voltage is already positive.

An der Stelle 109 wechselt die Reaktanzspannung ins Negative, obwohl der Strom durch die Induktivität 14 noch positiv ist.At point 109, the reactance voltage changes to negative, although the current through the inductance 14 is still positive.

Der Bereich 111, in dem eine Steuerspannung angelegt werden kann, liegt also zwischen den Stellen 107 und 109.The area 111, in which a control voltage can be applied, so lies between positions 107 and 109.

Es ist bekannt, daß der Steuerimpuls für einen Triac, der eine induktive Last schaltet, vorzugsweise eine Gleichspannung anstatt eines augenblicklichen Impulses sein sollte. Fig. 1 läßt erkennen, daß an die zweite Sicherung 30 ein Wechselspannungsschwellenschalter angeschaltet ist, der aus zwei mit ihren Katoden zusammengeschalteten Zehnerdioden 33 und 34 besteht.It is known that the control pulse for a triac, which is an inductive Load switches, preferably a DC voltage instead of an instantaneous pulse should be. Fig. 1 shows that the second fuse 30 is an AC voltage threshold switch is switched on, which consists of two Zener diodes connected together with their cathodes 33 and 34 exist.

An diesen Wechselspannungsschwellenschalter 33,34 ist ein Steuertriac 36 mit einem Hauptanschluß angeschlossen, dessen anderer Anschluß an den einen Pol einer Sekundärwicklung 38 eines Netztransformators 40 führt. Der an die zweite Sicherung 30 und an die Netzleitulo 16 angeschlossene Kondensator 44 dient zum Unterdrücken von Sptlnungssprüngen. Die Steuerspannung wird also von der Sekundärwklung 38 abgenommen und ist in Phase mit der Netzspannung an deNetzleitung 16 (Fig. 4).A control triac is attached to this AC voltage threshold switch 33, 34 36 connected to a main terminal, the other terminal of which is connected to one pole a secondary winding 38 of a network transformer 40 leads. The one to the second fuse 30 and connected to the Netzleitulo 16 capacitor 44 is used for suppression of sudden delays. The control voltage is therefore taken from the secondary circuit 38 and is in phase with the mains voltage on the mains line 16 (Fig. 4).

Mit der Steuerelektrode des Steuertriac 36 ist ein in beiden Stromrichtungen wirksamer Halbleiterschalter eingeschaltet, der einen sehr geringen Druchflußspannungsabfall von etwa 1 Volt hat, wenn eine bestimmte Schwellspannung überschritten ist, unabhängig von der Stromrichtung. Der Halbleiterschalter 42 ist Teil einer üblichen zweigliedrigen RC-Schaltung mit den Kondensatoren 45 und 46 und dem Widerstand 48. Diese Steuerschaltung wird von der Firma RCA unter der Bezeichnung AN 3697 hergestellt. Der Eingang dieser Steuerschaltung ist an die Sekundärwicklung eines Transformators 50 angeschaltet, der von einer Sekundärwicklung 54 des Netztransformators 40 über einen Stellwiderstand 52 gespeist wird. Die an die Steuerschaltung gelangende Spannung ist also in Phase mit der Netzspannung.With the control electrode of the control triac 36 is a flow in both directions effective semiconductor switch switched on, which has a very low flow voltage drop of about 1 volt when a certain threshold voltage is exceeded, independently from the direction of the current. The semiconductor switch 42 is part of a conventional two-part RC circuit with capacitors 45 and 46 and resistor 48. This control circuit is manufactured by RCA under the name AN 3697. The entrance of this Control circuit is connected to the secondary winding of a transformer 50, that of a secondary winding 54 of the mains transformer 40 via a variable resistor 52 is fed. The voltage reaching the control circuit is therefore in phase with the mains voltage.

Wenn im Betrieb die Schwellenspannung des Halbleiters 42 überschritten wird, gelangt ein Steuersignal an den Steuertriac 36, so daß dieser leitend wird. Dies ist der Fall, wenn die Steuerspannung die Zenerdiodenspannung der Zenerdioden 33 und 34 überschreitet. Dadurch ergibt sich ein breites Steuersignal zum Triggern der Steuerelektrode 26 des Triac 20.If the threshold voltage of the semiconductor 42 is exceeded during operation is, a control signal is sent to the control triac 36 so that it becomes conductive. This is the case when the control voltage is the zener diode voltage of the zener diodes 33 and 34 exceeds. This results in a broad control signal to the Triggering the control electrode 26 of the triac 20.

Fig. 2a zeigt die Summierung von Strömen an den;Stellen I (Strom durch die Induktivität 14) und I2 (Strom durch den Triac 20) in Fig. 1. Falls der Triac 20 nicht eingeschaltet ist, fließt kein Strom I2, sondern lediglich der Lampenstrom (IT ) der dann I1 ist. Dies ist der Zustand der niedrigsten Helligkeit. Wenn der Triac 20 dauernd angeschaltet ist, wird der gesamte Strom durch den Triac 20 um die Induktivität 14 herumgeleitet.Il ist dann im wesentlichen Null und IT dann gleich 12, wie durch die obere Kurve in Fig. 2a dargestellt ist.2a shows the summation of currents at the points I (current through the inductance 14) and I2 (current through the triac 20) in Fig. 1. If the triac 20 is not switched on, no current I2 flows, only the lamp current (IT) which is then I1. This is the lowest brightness state. If the Triac 20 is continuously on, all of the current through the triac 20 is around the inductance 14 bypassed.Il is then essentially zero and IT then the same 12, as shown by the upper curve in Fig. 2a.

Wenn der Triac 20 einen Winkel e nach dem Durchgang des Lampenstromes ins ,.-sitive eingeschaltet wird, fließt ein Strom I2 durch den Tr-4c, der zu dem Reaktanzstrom 11 -addiert wird, wie in den Fig. Q und 2b dargestellt ist. Zur gleichen Zeit nimmt der Strom I1 , der vorher anstieg, einen im wesentlichen gleichbleibenden Wert Ila an, bis der Triac 20 gesperrt wird.When the triac 20 is at an angle e after the passage of the lamp current ins, .- sitive is switched on, a current I2 flows through the Tr-4c, which leads to the Reactance current 11 is added, as shown in FIGS. Q and 2b. At the same Over time, the current I1, which previously increased, takes an essentially constant one Value Ila until the triac 20 is blocked.

Daher ist der Strom IT im Bezug auf die Zeit gleich I1 , bevor der Triac gezündet wird, und danach I2 + 11a , wenn der Triac gezündet ist, und schließlich I1 , nachdem der Triac 20 wieder sperrt.Therefore, the current IT is equal to I1 with respect to the time before the Triac is fired, and then I2 + 11a when the triac is fired, and finally I1 after the triac 20 blocks again.

Wie man aus Fig. 4 erkennt, ist es erforderlich, daß die Steuerspannung nicht über den Abschaltzeitpunkt hinaus bestehen bleibt.As can be seen from Fig. 4, it is necessary that the control voltage does not persist beyond the switch-off time.

Obgleich die Steuerspannung sich leicht durch eine Zehnerdiodenbegrenzerschaltung erzeugen läßt, können im Rahmen der Erfindung auch andere Steuerschaltungen vorgesehen sein um zu verhindern, daß die Steuerspannung für den Leistungstriac über den Abschaltzeitpunkt desselben hinaus bestehen bleibt. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt und bildet eine sogenannte Y-Schaltung. Die Gasentladungslampe 10 und die Vorwiderstände 12 und 14 sind in Reihe zwischen den beiden Punkten L1 und L2 der Y-Schaltung gelegt. Wie bei der Schaltung nach Fig. 1 ist die Induktivität 14 mit einem Triac 20 überbrückt, dessen Steuerelektrode mit einem Widerstand 28 und einer daran anschließenden Sicherung 29 verbunden ist. Die Sicherung 29 ist mit dem Steuerspannungsanschluß verbunden, der für mehrere Lampenkreise parallelgeschaltet sein kann. Der Anschluß der Sicherung 29 ist ferner mit einem Netzwerk 80 verbunden, welches in dem linken Schenkel der Y-Schaltung liegt. Das Netzwerk 80 kann identisch zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung sein mit dem Netztransformator 40 und der zweiten Sicherung 30, mit Ausnahme, daß keine Zenerdioden 33 und 34 in dem Netzwerk 80 vorhanden sind. Der Kondensator 44 ist getrennt angeschlossen, obgleich er tatsächlich einen Teil des Netzwerkes 80 bildet. Die Sekundärwicklung des Transformators in dem Netzwerk 80 im linken Schenkel der Y-Schaltung erzeugt eine Spannung, welche der Spannung zwischen L1 und L2 um 30 Grad voreilt. Durch Verwendung dieser Spannung als Steuerspannung für den Leistungstriac 20 ist es nicht erforderlich, diese zu begrenzen. Es können auch andere Steuerschaltungen im Rahmen der Erfindung verwendet werden, und es lassen sich auch andere Voreilungswinkel als 30 Grad verwenden.Although the control voltage can be easily adjusted by a decoder diode limiter circuit can be generated, other control circuits can be provided within the scope of the invention be to prevent that the control voltage for the power triac over the switch-off time the same remains. Such a circuit is shown in FIG and forms a so-called Y-connection. The gas discharge lamp 10 and the series resistors 12 and 14 are placed in series between the two points L1 and L2 of the Y circuit. As with the circuit after Fig. 1 is the inductor 14 with a Triac 20 bridged, its control electrode with a resistor 28 and one on it subsequent fuse 29 is connected. The fuse 29 is connected to the control voltage connection connected, which can be connected in parallel for several lamp circuits. The connection the fuse 29 is also connected to a network 80, which in the left Leg of the Y-circuit is. The network 80 can be identical to that in FIG. 1 the circuit shown with the mains transformer 40 and the second fuse 30, except that there are no zener diodes 33 and 34 in network 80. The capacitor 44 is connected separately, although in fact it is part of it of the network 80 forms. The secondary winding of the transformer in the network 80 in the left leg of the Y-circuit generates a voltage, which is the voltage advanced by 30 degrees between L1 and L2. By using this voltage as a control voltage it is not necessary for the power triac 20 to limit this. It can other control circuits can also be used within the scope of the invention, and leave it also use lead angles other than 30 degrees.

Durch Wahl der Zeit und der Amplitude der Steuerspannungsquelle ist es möglich, eine Begrenzung zu vermeiden.By choosing the time and the amplitude of the control voltage source is it possible to avoid a limitation.

Sobald der Triac 20 leitend geworden ist, muß die Steuerspannung auf Null zurückgehen bevor die Reaktanzspannung ihre Polarität umkehrt. Dies wird erreicht durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit Zenerdioden, welche eine Abschaltung bewirken, wenn die Steuerspannung unter einen vorbestimmten Wert fällt, wie in Fig. 4 dargestellt ist.Es kann wiederum eine Spannung verwendet werden, die der Netzspannung um 30 Grad voreilt, so daß die Zenerdioden 33 und 34 überflüssig sind.As soon as the triac 20 has become conductive, the control voltage must be on Go back to zero before the reactance voltage reverses polarity. This is achieved by the circuit shown in Fig. 1 with Zener diodes, which a shutdown cause when the control voltage falls below a predetermined value, as shown in Fig. 4. Again, a voltage can be used that corresponds to the mains voltage advanced by 30 degrees, so that the Zener diodes 33 and 34 are superfluous.

Das Einstellen der Anschaltzeitdauer des Steuertriac 36 und des Leistungstriac 20 geschieht durch Einstellen des Stellwiderstandes 52, etwa eines Potentiometers, der zwischen der Sekundärwicklung 54 des Netztransformators 40 und der Primärwicklung des Transformators 50 eingeschaltet ist.Die Anschaltzeit wird bestimmt durch die Amplitude der an den Halbleiterschalter 42 angelegten Spannung.The setting of the switch-on time of the control triac 36 and the power triac 20 is done by setting the variable resistor 52, such as a potentiometer, that between the secondary winding 54 of the mains transformer 40 and the primary winding of the transformer 50 is turned on. The turn-on time is determined by the amplitude of the voltage applied to the semiconductor switch 42.

Der Abschaltzeitpunkt der Zenerdioden verändert sich nicht.The switch-off time of the Zener diodes does not change.

Offensichtlich bewirkt das Abschalten der Zenerdioden und damit der Steuerspannung für den Leistungstriac 20 kein augenblickliches Abschalten des Leistungstriac 20. Die Induktivitäten 12 und 14 bewirken, daß Strom durch den Triac 20 weiterfließt, bis der Strom die Richtung umkehrt. Der Strom durch die Gasentladungslampe 10 ist nach einer derartigen Stromumkehr lediglich der Strom durch die Induktivität 14, wie in den Fig. 2, 2a, 2b und 4 dargestt ist.Obviously, the shutdown of the Zener diodes and thus the Control voltage for the power triac 20 no instantaneous shutdown of the power triac 20. The inductances 12 and 14 cause current to flow through the triac 20, until the current reverses direction. The current through the gas discharge lamp 10 is after such a current reversal only the current through the inductance 14, as shown in FIGS. 2, 2a, 2b and 4.

Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte mit Metallzusätzen haben verschiedene Betriebseigenschaften, die verhindern, daß sich Helligkeitssteuerschaltungen für Fluoreszenzlampen mit beheizten Kathoden dafür verwenden lassen, obgleich dies bei einigen Lampentypen begrenzt der Fall sein kann. Bei schnell startenden Fluoreszenziampen mit Heizkathoden ist es nicht erforderlich, auf ein Erlöschen der Lampe Rücksicht zu nehmen. Selbst bei sogenannten schnell startenden Fluoreszenzlampen ohne Heizelektroden mit niedrigem Druck ergeben sich keine Stabilitätsprobleme wie bei Hochdruck-Gasentladungslampen. Beim Erlöschen einer Fuoreszenzlampe nach der Stromrichtungsumkehr fängt diese augenblicklich wieder an zu leuchten, wohingegen energiereiche Gasentladungslampen eine bestimmte Abkühlungszeit benötigen, damit der Gasdruck so weit gesunken ist, daß eine abermalige Zündung möglich wird. Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte haben daher hinsichtlich der Stromregelung ungünstigere Eigenschaften als Fluoreszenzlampen.High luminance gas discharge lamps with metal additives have different Operating characteristics that prevent brightness control circuits for Fluorescent lamps with heated cathodes can be used for this, although this is the case some lamp types may be the case to a limited extent. With fluorescent lamps that start quickly with heating cathodes it is not necessary to take the lamp off gain weight. Even with so-called fast-starting fluorescent lamps without heating electrodes with low pressure there are no stability problems as with high-pressure gas discharge lamps. When a fluorescent lamp goes out after reversing the direction of the current, it starts immediately to light up again, whereas high-energy gas discharge lamps a certain Need to cool down so that the gas pressure has dropped so far that another Ignition becomes possible. Gas discharge lamps of high luminance therefore have in terms of the current control less favorable properties than fluorescent lamps.

Versuche haben ergeben, daß die Elektroden von Hochdruck-Gasentladungslampen bei niedrigem Strom zu Elektrodensprühen neigen, während dies bei Verwendung der Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung nicht der Fall ist.Tests have shown that the electrodes of high-pressure gas discharge lamps tend to spray electrodes when the current is low, while this is at Use of the brightness control circuit according to the invention is not the case.

Die tatsächlichen Betriebsdaten bei Verwendung einer Schaltung nach der Erfindung sind in den Kurven der Fig. 5 und 6 dargestellt. Die untere Kurve in Fig. 6 zeigt ein allmähliches Ansteigen der Lichtausstrahlung und der Leistungsaufnahme, wenn die Lampe im Bereich niedriger Helligkeit angeschaltet ist. The actual operating data when using a circuit according to of the invention are shown in the curves of FIGS. The lower curve in Fig. 6 shows a gradual increase in light emission and power consumption, when the lamp is switched on in the low brightness area.

- Der Lichtstrom erreicht einen konstanten Wert von etwa 29, und die Leistungsaufnahme beträgt etwa 10R.- The luminous flux reaches a constant value of about 29, and the Power consumption is around 10R.

Bei einer mit voller Leistung betriebenen energiereichen Gasentladungslampe ergibt das Heruntersteuern des Lampenstromes auf den minimalen Wert eine Verringerung des Licht stromes auf etwa 20% und eine Verringerung der Leistungsaufnahme auf weniger als 30%. Wenn die Lampe sich weiter abkühlt, nimmt die an der Lampe abfallende Spannung allmählich ab, so daß auch die Lichtleistung und die Leistungsaufnahme abnehmen. 20 Minuten nach dem Einstellen des niedrigsten Lichtstromes ist diese auf etwa 2% des anfänglichen Licht stromes gesunken und die Leistungsaufnahme auf etwa 10% der vollen Leistung. With a high-energy gas discharge lamp operated at full power the down-regulation of the lamp current to the minimum value results in a reduction the luminous flux to around 20% and a reduction in power consumption to less than 30%. As the lamp cools down further, the voltage across the lamp decreases gradually, so that the light output and the power consumption also decrease. 20 minutes after setting the lowest luminous flux, this is about 2% of the initial luminous flux and the power consumption to about 10% of the full performance.

Wenn die Gasentladungslampe von dem stabilisierten abgedunkelten Zustand an auf die volle Leistung geschaltet wird, steigt der Lichtstrom spontan auf über 30% (208 Leistungsaufnahme) und innerhalb von 4 Minuten auf die vollen Werte des Licht stromes und der Leistungsaufnahme. Zum-Vergleich sei erwähnt, daß eine kalte Lampe nicht spontan auf 30% des Lichtstromes ansteigt, sondern erst nach 2 - 3 Minuten, wie in Fig. 5 dargestellt ist. When the gas discharge lamp darkened from the stabilized State is switched to full power, the luminous flux increases spontaneously to over 30% (208 power consumption) and within 4 minutes to the full Luminous flux and power consumption values. For comparison it should be mentioned that a cold lamp does not spontaneously rise to 30% of the luminous flux, but only afterwards 2-3 minutes as shown in FIG.

Fig. 7 zeigt die Einfügung einer Steuerspannungsquelle in ein Dreiphasen-Beleuchtungssystem, Die Leitungen L1, L2 und L bezeichnen jeweils die drei Phasen des Stromnetzes, wobei jede Netzleitung mit einem getrennten Netztransformator 210, 212 und 214 verbunden ist. Der übrige Teil der betreffenden Steuerschaltung ähnelt der Schaltung nach Fig. 1 für eine einzelne Phase, mit Ausnahme des Steuernetzwerkes zum Ändern der Ampli-. Fig. 7 shows the insertion of a control voltage source in a three-phase lighting system, The lines L1, L2 and L each designate the three phases of the power grid, where each power line is connected to a separate power transformer 210, 212 and 214 is. The remaining part of the relevant control circuit is similar to the circuit according to Fig. 1 for a single Phase, with the exception of the control network to change the ampli.

tude der Steuerspannungen zum Zünden der einzelnen Diacs 42a, 42b und 42c.tude of the control voltages for igniting the individual diacs 42a, 42b and 42c.

Zum Beispiel ist in dem Netzwerk der ersten Phase die Sekundärwicklung des Transformators 210 mit dem Wechselspannungsanschluß eines Vollwellengleichrichters 216 verbunden,der die Dioden 218, 220,222 und 224 umfaßt. Die Brückengleichrichter 216, 228 und 230 sind als einheitliches Bauteil im Handel. Der andere Wechselspannungsanschluß des Brückengleichrichters 216 ist mit dem Eingang eines Trenntransformators 226 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Brückengleichrichter 228 in dem Netzwerk für die zweite Phase und der Brückengleichs chter 230 in dem Netzwerk für die dritte Phase geschaltet.For example, in the network of the first phase is the secondary winding of the transformer 210 to the AC voltage connection of a full wave rectifier 216, which comprises diodes 218, 220, 222 and 224. The bridge rectifiers 216, 228 and 230 are available as a single component. The other AC connection of the bridge rectifier 216 is connected to the input of an isolating transformer 226 tied together. Similarly, bridge rectifier 228 is in the network for the second phase and the bridge matcher 230 in the network for the third Phase switched.

Die Gleichstromanschlüsse der Brückengleichrichter 216, 228 und 230 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung ist an einen Widerstand 232 und einen damit verbundenen Stellwiderstand 234 angeschlossen. Man erkennt, daß der Widerstandswert des Stellwiderstandes 34 die Spannung an jedem Transformator 226, 236 und 238 in den einzelnen Phasennetzwerken beeinflußt. Auf diese Weise läßt sich mittels eines einzigen Stellwiderstandes jede der Helligkeitssteuerschaltungen in den einzelnen der drei Phasen steuern. Der Stellwiderstand kann an einer von der Helligkeitssteuerschaltung entfernten Stelle liegen. Die einzelnen Phasen können natürlich auch entsprechend nach der Schaltung von Fig. 1 getrennt gesteuert werden.The DC connections of the bridge rectifiers 216, 228 and 230 are connected in series, and the series connection is connected to a resistor 232 and an associated variable resistor 234 is connected. You can see that the Resistance of variable resistor 34 is the voltage across each transformer 226, 236 and 238 influenced in the individual phase networks. In this way you can each of the brightness control circuits in control each of the three phases. The variable resistor can be connected to one of the Brightness control circuit are remote point. The individual phases can can of course also be controlled separately according to the circuit of FIG.

Jede der in Fig. 7 dargestellten Phasen kann gemäß Fig. 8 geschaltet werden. Dabei ist jede Gasentladungslampe 310, 312 und 314 einer eigenen Lampenschaltung zugeordnet, die die Vorwiderstände, einen steuerbaren Nebenschlußtriac für einen der VorwiderstAndQund einen Kondensator für die Phasenkorrektur umfaßt.Each of the phases shown in FIG. 7 can be switched according to FIG. 8 will. Each gas discharge lamp 310, 312 and 314 is its own lamp circuit assigned to the series resistors, a controllable shunt triac for one the series resistor and a capacitor for phase correction.

Diese Phasenkorrekturkondensatoren haben die gleiche Wirkungsweise wie bei Helligkeitssteuerschaltungen für übliche Gasentladungslampen mit Vorwiderstand und sind ggf mit den Vorwiderständen zusammengebaut. Zum Beispiel ist cos t = 0,9 wenn die Lampen mit voller Stärke angeschaltet sind. Bei Verringerung der Lampenleistung ändert sich das Verhältnis der Induktionsspannung zu dem Strom, während das Verhältnis der kapazitiven Spannung zum Strom konstant bleibt. Dadurch wird auch der Leistungsfaktor verändert, der von etwa 90%Nacheilung auf etwa 50; Voreilung wechseln kann, obgleich in keinem Betriebszustand der Netzstrom den normalen Betriebsstrom für die volle Lichtleistung überschreitet. Dieselbe Steuerung beeinflußt gleichzeitig die Steuerelektroden jedes der Nebenschlußtriacs in einer Mehrfachlampenschaltung.These phase correction capacitors work in the same way as with brightness control circuits for conventional gas discharge lamps with a series resistor and are possibly assembled with the series resistors. For example cos t = 0.9 when the lights are on at full strength. When the lamp power is reduced the ratio of the induced voltage to the current changes while the ratio the capacitive voltage to the current remains constant. This also increases the power factor changed that from about 90% lag to about 50; Advance can change, although in any operating state the mains current does not exceed the normal operating current for the full Light output exceeds. The same control affects the control electrodes at the same time each of the shunt triacs in a multiple lamp circuit.

Anstelle der in den Fig. 1 und 8 dargestellten Schaltung der Reaktanzglieder können diese parallel geschaltet sein, um das induktive Verhalten der Schaltung zu verändern oder den Strom durch den Triac zu begrenzen. Zum Beispiel sind gemäß Fig. 9 die Reaktanzglieder 320 und 321 parallel geschaltet und in Serie mit der Gasentladungslampe 322. Die Gesamtschaltung ist von einem Kondensator 323 zur Korrektur des Leistungsfaktors überbrückt.Instead of the circuitry of the reactance elements shown in FIGS these can be connected in parallel to reduce the inductive behavior of the circuit to change or to limit the current through the triac. For example, according to 9 shows the reactance elements 320 and 321 connected in parallel and in series with the Gas discharge lamp 322. The overall circuit consists of a capacitor 323 for correction of the power factor bridged.

Die Induktivität 321 ist in Reihe mit einem Triac 324 geschaltet, dessen Steuerelektrode 325 über einen Strombegrenzungswiderstand 326 und eine Sicherung mit der Steuerspannungsleitung verbunden ist.The inductance 321 is connected in series with a triac 324, its control electrode 325 via a current limiting resistor 326 and a fuse is connected to the control voltage line.

Bei einer Zusammenschaltung mehrerer Lampenstromkreise nach den Fig. 1 und 8,.die der Eirifachheit halber als Serienschaltung bezeichnet werden soll, nimmt die Induktivität 12 den gesamten Lampenstrom auf, bildet also einen üblichen Vorwiderstand für eine bestimmte Lampe und Netzspannung. Der Triac 20 leitet ebenfalls den vollen Lampenstrom, wenn die Helligkeitssteuerschaltung auf den minimalen Helligkeitswert eingestellt ist.When interconnecting several lamp circuits according to Fig. 1 and 8, which for the sake of simplicity should be referred to as a series connection, the inductance 12 absorbs the entire lamp current, so it forms a conventional one Series resistor for a specific lamp and line voltage. The triac 20 conducts Likewise the full lamp current when the brightness control circuit is at the minimum brightness value is set.

Die Sperrspannung des Triac 20 wird bestimmt durch das Verhältnis der Impedanzen der Induktivitäten 12 und 14.The reverse voltage of the triac 20 is determined by the ratio the impedances of inductors 12 and 14.

Wie bereits erwähnt, muß die Induktivität 12 den gesamten Lampenstrom aufnehmen können. Da die in Serie geschaltete Induktivität 14 beim Ansteuern des Triac 20 im Nebenschluß zu diesem liegt, ist die Induktivität 12 im allgemeinen größer als die Induktivität 14, da letztere für die meiste Zeit nicht den vollen Lampenstrom aufzunehmen braucht. Bei einer Helligkeitssteuerschaltung für eine Gasentladungslampe 10 hoher Energiedichte kann es nötig sein für die Induktivität eine Impedanz von 90 Ohm zu wählen (1440 VA), während die Impedanz der Induktivität 14 bei 245 Ohm (550 VA) liegen kann. Die 90 Ohm Induktivität ist offenbar merklich kostspieliger als die 25 Ohm Induktivität.As already mentioned, the inductance 12 must carry the entire lamp current be able to record. Since the series-connected inductance 14 when driving the Triac 20 is shunted to this, the inductance 12 is generally larger than the inductance 14, since the latter is not full for most of the time Needs to absorb lamp current. In the case of a brightness control circuit for a gas discharge lamp 10 high energy density, it may be necessary for the inductance to have an impedance of 90 ohms to choose (1440 VA), while the impedance of inductor 14 at 245 ohms (550 VA) can be. The 90 ohm inductance is obviously noticeably more expensive than the 25 ohm inductance.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Parallelschaltung nimmt die Induktivität 320 den heruntergesteuerten Strom und die Induktivität 321 den Reststrom für volle Leistung auf. Keine dieser Induktivitäten braucht daher so groß zu sein wie übliche Induktivitäten. Der Triac 324 steuert lediglich den Strom durch die Induktivität 321, muß jedoch die volle Netzspannung sperren können.In the case of the parallel connection shown in FIG. 9, the inductance increases 320 the down-regulated current and the inductance 321 the residual current for full Performance on. None of these inductances therefore need to be as large as usual Inductors. Triac 324 only controls the current through the inductor 321, but must be able to block the full line voltage.

Ein entscheidender Konstruktionsparameter von Strombegrenzungsinduktivitäten ist normalerweise der höchstzulässige Strom derselben. Man kann diese Induktivitäten also so ausbilden, daß sich ohne Einbuße an Wirkungsgrad kleinere Einheiten ergeben.A critical design parameter of current limiting inductors is usually the highest permissible current of the same. One can use these inductors So train them in such a way that smaller units result without any loss of efficiency.

Eine weitere Möglichkeit der Anschaltung der Induktivitäten ist in Fig. 10 dargestellt.Hierbei ist die Hochdruck-Gasentladungslampe 410 in Reihe mit einer Wicklung 411 eines Streutransformators 412 geschaltet und in Reihe mit einer Induktivität 414, die zwischen die erste Wicklung 411 und die zweite Wicklung 413 des Streutransformators geschaltet ist.Die Verbindungsstelle zwischen der Induktivität 414 und der zweiten Wicklung 413 ist mit der Netzleitung verbunden. Die Induktivität 414 ist durch einen Triac 420 überbrückt, dessen Steuerelektrode mit einer Steuerspannungsquelle verbunden ist, die etwa gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen ausgebildet ist.Der Leistungsfaktor wird durch einen parallel zu der zweiten Wicklung 413 liegenden Kondensator beeinflußt.Another option for connecting the inductors is in Fig. 10. Here, the high-pressure gas discharge lamp 410 is in series with a winding 411 of a leakage transformer 412 connected and in series with a Inductance 414 between the first winding 411 and the second winding 413 of The connection point between the inductance 414 and the second winding 413 is connected to the power line. The inductance 414 is bridged by a triac 420, the control electrode of which is connected to a control voltage source is connected, which is formed approximately in accordance with the preceding embodiments The power factor is determined by a parallel to the second winding 413 Affected capacitor.

Wenn der Triac 420 nicht leitend ist, liegt die Netzspannung an der Wicklung 411 des Streutransformators (Autotransformator) über die Wicklung 413 und die Induktivität 414 an. Sobald der Triac 420 leitend wird während eines kurzen Zeitraumes, erhöht sich der Strom durch die Wicklung 411 in dem Maße, wie die Induktivität 414 überbrückt wird, so daß auch der Strom durch die Gasentladungslampe 410 zunimmt, wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Wenn die Steuerspannung von dem Triac 420 fortgenommen wird, bewirken die Impedanz der Induktivität 414 und der- Wicklung 411 ein Aufrechterhalten des Leitzustandes des Triac 420, wie anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 4 beschrieben ist.If the triac 420 is not conductive, the mains voltage is applied to the Winding 411 of the leakage transformer (autotransformer) via winding 413 and the inductance 414 on. As soon as the triac 420 becomes conductive for a short time Period of time, the current through the winding 411 increases as the inductance increases 414 is bridged so that the current through the gas discharge lamp 410 also increases, as in the previously described embodiments. When the control voltage is removed from the triac 420, effect the impedance of the inductor 414 and the winding 411 maintaining the conduction state of the triac 420, such as is described on the basis of the exemplary embodiments according to FIGS.

Claims

Dl. Brightness control circuit for a gas discharge lamp of high luminance, which is operated with alternating current via a series resistor, d u r c h g e -k e- n n e i c h n e t that the series resistor comprised a reactance element (14) which a controllable shunt path (20, 22, 24) is connected in parallel at least partial bypassing of the current around the reactance element (14), and that-an adjustable Control voltage source (40, 42, 36, 33, 34) provided for controlling the shunt path is.

2. brightness control circuit according to claim 1, d a d u r c h g e k It is noted that the reactance element comprises two reactance units (12, 14), that the controllable shunt path (20, 22, 24) is only one of the reactance units is connected in parallel, and that the control voltage source is designed so that it makes the shunt path conductive during periods of time when the current by the reactance element and the voltage across it have the same polarity.