DE2440738C3

DE2440738C3 - Brightness control circuit for gas discharge tubes

Info

Publication number: DE2440738C3
Application number: DE19742440738
Authority: DE
Inventors: George Lambertville N.J. Gray (V.St.A.)
Original assignee: Lutron Electronics Co" Inc., Coopersburg, Pa. (V.St.A.)
Priority date: 1973-08-27
Filing date: 1974-08-26
Publication date: 1977-09-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Helligkeitssteuerschaltung mit in Sättigung betriebenem Halbleiterelement zum Anschluß von Gasentladungsröhren an eine elektrische Leistungsquelle, mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Form eines Impulsstromes mit relativ hoher Frequenz, mit einer Impulsmodulatorschaltung, die einen Transistor mit Basis-, Kollektor- und Emitterelektroden einschließt, wobei die elektrische Leistungsquelle, die Emitter- und Kollektorelektroden des Transistors und die Gasentladungsröhre in Reihe geschaltet sind und das Ausgangssignal der Basis des Transistors zugeführt ist, und mit Steuereinrichtungen zur Änderung des Ausgangssignals der Oszillatorschaltung zur Steuerung der Lichtleistung der Leuchtstoffröhre.The invention relates to a brightness control circuit with a semiconductor element operated in saturation for connecting gas discharge tubes to an electrical power source, with an oscillator circuit for generating an output signal in the form of a pulse current with a relatively high frequency, with a pulse modulator circuit including a transistor with base, collector and emitter electrodes, wherein the electrical power source, the emitter and collector electrodes of the transistor and the gas discharge tubes are connected in series and the output signal is fed to the base of the transistor, and with control means for changing the output signal of the oscillator circuit for controlling the Light output of the fluorescent tube.

Vorschaltgeräte zum Anschluß von Gasentladungsröhren an eine elektrische Leistungsquelle sind gut bekannt und benötigen im allgemeinen eine große und aufwendige Induktivität, um einen übermäßigen Strom durch die Gasentladungsröhre hindurch zu verhindern, weil diese eine negative Widerstandscharakteristik aufweist.Ballasts for connecting gas discharge tubes to a source of electrical power are good known and generally require a large and expensive inductance to carry an excessive current to prevent through the gas discharge tube, because this has a negative resistance characteristic having.

Weiterhin ist bereits eine Helligkeitssteuerschaltung der eingangs genannten Art bekannt (US-Patentschrift 36 81 654), die einen Schalttransistor verwendet, dessen Kollektor-Emitterstrecke in Reihe mit einer Gasentladungsröhre geschaltet ist. Dieser Schalttransistor wird immer im Sättigungszustand betrieben und die Steuerung der Lichtleistung erfolgt durch eine Änderung der Impulsdauer (Impulsbreitenmodulation). Auch bei dieser Helligkeitssteuerschaltung wird die Gasentladungsröhre in einem Bereich negativer Widerstandscharakte-Furthermore, there is already a brightness control circuit of the type mentioned known (US Patent 36 81 654), which uses a switching transistor, its Collector-emitter path is connected in series with a gas discharge tube. This switching transistor is always operated in the saturation state and the light output is controlled by changing the Pulse duration (pulse width modulation). In this brightness control circuit, too, the gas discharge tube in an area of negative resistance characteristics

ristik betrieben, so daß Maßnahmen zur Strombegrenzung erforderlich sind. Weiterhin ist der Helligkeitssteuerbereich relativ klein.ristics operated, so that measures to limit current required are. Furthermore, the brightness control range is relatively small.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Helligkeitssteuerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ohne die Verwendung einer großen Induktivität eine Änderung der Helligkeit von Gasentladungsröhren über einen weiten Bereich möglich ist.The invention is based on the object of providing a brightness control circuit of the type mentioned at the beginning to create a change in the brightness of gas discharge tubes without the use of a large inductance is possible over a wide range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Amplitude des das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung bildenden Impulsstromes ausgehend von einem Minimalwert, der ausreicht, um den Transistor in die Sättigung anzusteuern, derart vergrößerbar ist, daß die Lichtleistung der Gasentladungsröhre sich direkt mit der Amplitude des Impulsstromes an der Basis des Transistors ändert, obwohl dieser Transistor dauernd gesättigt ist.This object is achieved in that the amplitude of the output signal of the Oscillator circuit forming pulse current starting from a minimum value which is sufficient to the To drive the transistor into saturation, can be enlarged in such a way that the light output of the gas discharge tube changes directly with the amplitude of the pulse current at the base of the transistor, although this Transistor is continuously saturated.

Hierbei werden Impulse konstanter Breite verwendet, bei denen die negative Widerstandscharakteristik der Gasentladungsröhre zumindest weitgehend verringert, wenn nicht sogar in eine positive Widerstandscharakteristik umgewandelt ist. Beim Erhöhen der Amplitude der Impulse ausgehend von einem Wert, der ausreicht, um den Transistor in die Sättigung zu treiben, ergibt sich die überraschende Wirkung, daß trotz der bereits bei der kleinsten Impulsamplitude erreichten Sättigung der Lampenstrom durch die Gasentladungsröhre noch weiter zunimmt.Here, pulses of constant width are used, with which the negative resistance characteristic the gas discharge tube at least largely reduced, if not even in a positive resistance characteristic is converted. When increasing the amplitude of the pulses starting from a value that sufficient to drive the transistor into saturation, there is the surprising effect that despite the The lamp current through the gas discharge tube is already saturated at the smallest pulse amplitude continues to increase.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in Reihe mit der Gasentladungsröhre geschaltete Servoverstärkereinrichtungen vorgesehen, die den Stromfluß durch die Gasentladungsröhre überwachen und mit der Oszillatorschaltung verbundene Lichtleistungs-Steuerschaltungseinrichtungen zur Änderung der Größe des Impulsstromes an die Basis des Transistors einschließen, so daß ein vorgegebener Stromfluß in der Gasentladungsröhre aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird die Lichtleistung der Gasentladungsröhre gegen Änderungen der Netzspannung, gegen Auswirkungen der Alterung und gegenüber Unterschieden bei unterschiedlichen Gasentladungsröhren und anderen Bauteilen stabilisiert.According to an advantageous embodiment of the invention, they are in series with the gas discharge tube Switched servo amplifier devices are provided, which control the flow of current through the gas discharge tube monitor and light power control circuit devices connected to the oscillator circuit for Including change in the size of the pulse current to the base of the transistor, so that a predetermined Current flow is maintained in the gas discharge tube. In this way the light output becomes the Gas discharge tube against changes in the mains voltage, against the effects of aging and against Differences in different gas discharge tubes and other components stabilized.

Die Servoverstärkereinrichtungen können einen relativ einfachen Aufbau aufweisen, weil sie relativ langsam arbeiten. Auf Grund der Ansteuerung der Gasentladungsröhren mit kurzen Impulsen verhalten sich diese scheinbar wie geringfügig positive Widerstände und die Schaltung ist relativ stabil. Weil weiterhin der Strom durch die Gasentladungsröhren proportional zur Lichtleistung ist, können die Servoschaltungseinrichtungen auf ein Maß des Gasentladungsröhren-Stromes ansprechen. Entsprechend wird der Gasentladungsröhren-Strom gemessen und zur Änderung der Impulsansteuerung der Gasentladungsröhre verwendet. Wenn der Gasentladungsröhrenstrom und damit die Lichtleistung ansteigt, wird die Basisansteuerung des Transistors verringert, so daß die Lichtleistung stabilisiert wird.The servo amplifier devices can have a relatively simple structure because they are relatively work slowly. Behave because of the activation of the gas discharge tubes with short pulses These seem like slightly positive resistances and the circuit is relatively stable. Because the Current through the gas discharge tubes is proportional to the light output, the servo switching devices can respond to a measure of the discharge tube current. The gas discharge tube current becomes accordingly measured and used to change the pulse control of the gas discharge tube. When the gas discharge tube current and thus the light output increases, becomes the base control of the transistor decreased so that the light output is stabilized.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran-Sprüchen. Further advantageous refinements and developments of the invention emerge from the sub-claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Helligkeitssteuerschaltung zum Betrieb einer Gasentladungsröhre in einer Wechselspannungs-Betriebsweise, F i g. 2 eine dem Blockschaltbild nach F i g. 1 ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch ein Servosystem und eine Überspanntings-Schaltung sowie eine Helligkeitssteuerung über den Verstärker des Servosystems vorgesehen ist,Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the Brightness control circuit for operating a gas discharge tube in an alternating voltage mode, F i g. 2 a block diagram according to FIG. 1 similar embodiment, but in which a servo system and an overvoltage circuit and a brightness control is provided via the amplifier of the servo system,

F i g. 3 ein ausführliches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Helligkeitssteuersrhaltung, die in ihrer Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 entspricht.F i g. 3 is a detailed circuit diagram of a preferred embodiment of the brightness control retention shown in FIG their mode of operation of the circuit according to FIG. 2 corresponds.

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Helligkeitssteuerschaltung dargestellt, bei der ein üblicher 60-Hz-Wechselstromnetz-Eingang an den Anschlüssen 10 und 11 zum Betrieb einer Gleichstrom-Leistungsversorgung 12 angeschaltet ist. Die Gleichstrom-Leistungsversorgung 12 speist ihrerseits einen Oszillator 13, der eine A.usgangsspannung von beispielsweise ungefähr 20 kHz bis 100 kHz erzeugt und dieser Ausgang wird dem Verstärker-Treiber 14 zugeführt, der einen Impulsausgang an den Impulsmodulator 15 liefert. Der Impulsmodulator 15 besteht aus einem Leistungstransistor, dem die Basis-Ansteuerleistung von dem Verstärkertreiber 14 zugeführt wird.In Fig. 1 is an embodiment of the brightness control circuit with a standard 60 Hz AC mains input on the terminals 10 and 11 for operating a DC power supply 12 is switched on. The DC power supply 12 in turn feeds an oscillator 13, which has an output voltage of, for example, approximately 20 kHz to 100 kHz generated and this output is fed to the amplifier driver 14, the one Pulse output to the pulse modulator 15 supplies. The pulse modulator 15 consists of a power transistor, to which the base drive power is supplied from the amplifier driver 14.

Der Impulsmodulator 15 ist dann mit einem relativ kleinen Transformator verbunden, der aus induktiv gekoppelten Wicklungen 16 und 17 besteht, die zur Erzeugung eines Wechselstrom-Impulsausgangs für die Leuchtstoffröhre 18 aus dem von dem Impulsmodulator 15 zugeführten Eingangs-Gleichstromimpuls verwendet werden. Es ist festzustellen, daß die gekoppelten Wicklungen 16 und 17, verglichen mit einer üblichen Vorschaltinduktivität, wie sie normalerweise für Leuchtstoffröhren (oder andere Gasentladungsröhren) verwendet wird, klein sind, weil die Wicklungen 16 und 17 den Stromanstieg für lediglich eine sehr kurze Zeit, verglichen mit dem Betrieb mit den üblichen 60 Hz, begrenzen.The pulse modulator 15 is then connected to a relatively small transformer, which is made of inductive coupled windings 16 and 17, which are used to generate an alternating current pulse output for the Fluorescent tube 18 used from the input DC pulse supplied by the pulse modulator 15 will. It should be noted that the coupled windings 16 and 17, compared with a conventional Ballast inductance, as normally used for fluorescent tubes (or other gas discharge tubes) is small, because the windings 16 and 17 the current rise for only a very short time, compared to operating at the usual 60 Hz.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 hat es sich herausgestellt, daß, wenn der Impulsstrom durch den Modulator 15 eine Dauer von weniger als ungefähr 30 Mikrosekunden aufweist, die Leuchtstoffröhre nicht dazu neigt, einen ansteigenden Strom zu führen, was bisher ein schweres induktives Vorschaltgerät für bekannte Leuchtstoffröhren notwendig machte. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Oszillator 13 eine Frequenz von ungefähr 20 kHz auf, wobei der Verstärker-Treiber 14 den Impulsmodulator für ungefähr 20 Mikrosekunden in jeder Periode einschaltet. Die Impulslänge kann kürzer als 20 Mikrosekunden sein, doch beginnen in der Praxis die Schaltverluste von zur Zeit aus wirtschaftlichen Gründen verwendbaren Transistoren stark anzusteigen.In the embodiment according to FIG. 1 it has been found that when the pulse current through the Modulator 15 has a duration of less than about 30 microseconds, the fluorescent tube does not tends to carry an increasing current, which was previously a heavy inductive ballast for made known fluorescent tubes necessary. In a particular embodiment of the invention the oscillator 13 has a frequency of approximately 20 kHz, the amplifier driver 14 the Pulse modulator turns on for approximately 20 microseconds in each period. The pulse length can be shorter than 20 microseconds, but in practice the switching losses start from economical ones at the moment Reasons usable transistors to rise sharply.

Wenn Impulslängen von ungefähr 30 Mikrosekunden oder weniger verwendet werden, hat es sich herausgestellt, daß die Leuchtstoffröhre 18 nach F i g. 1 sich wie eine geringfügig positive Impedanz verhält. Entsprechend kann die Induktivität 17 entweder äußerst klein gemacht oder vollständig fortgelassen werden, so daß lediglich die Nebenschlußinduktivität 16 verbleibt.When using pulse lengths of about 30 microseconds or less, it has been found that the fluorescent tube 18 according to FIG. 1 behaves like a slightly positive impedance. Accordingly the inductance 17 can either be made extremely small or omitted entirely, so that only the shunt inductance 16 remains.

In F i g. 1 ist der Verstärker-Treiber 14 so eingestellt, daß, wenn er einen Ausgang an den Impulsmodulator 15 liefert, der Basis-Ansteuerstrom den Transistor des Impulsmodulators 15 in den gesättigten Zustand bringt Dennoch hat es sich herausgestellt, daß eine Vergrößerung der Basis-Ansteuerung selbst bei gesättigtem Transistor eine Änderung in der Lichtleistung der Röhre 18 hervorruft, so daß die Basis-Ansteuerung proportio nal zur Lichtleistung der Leuchtstoffröhre und dami' zum Leuchtstoffröhren-Strom ist. Die Gründe für diese Betriebsweise sind nicht vollständig verständlich, si<In Fig. 1, the amplifier driver 14 is set so that when it has an output on the pulse modulator 15 supplies, the base drive current brings the transistor of the pulse modulator 15 into the saturated state Nevertheless, it has been found that an increase in the base drive even with saturated Transistor causes a change in the light output of the tube 18, so that the base control proportio nal to the light output of the fluorescent tube and to fluorescent tube electricity. The reasons for this mode of operation are not fully understandable, si <

wurden jedoch bei vielen unterschiedlichen Arten im Handel erhältlichen Transistoren in dem Impulsmodulator 15 festgestellt.however, many different types of commercially available transistors have been incorporated into the pulse modulator 15 found.

F i g. 2 zeigt die Schaltung nach F i g. 1 mit weiteren Bauteilen, wobei den Bauteilen nach F i g. 1 gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet wurden. In Fig.2 ist ein Servoverstärker 30 mit dem mittelangezapften Ausgang eines Strom-Symmetriertransformators 31 verbunden, der seinerseits den Strom zwischen den parallelgeschalteten Leuchtstoffröhren 32 und 33 symmetriert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzapfung so angeordnet sein könnte, daß die parallelen Ströme nach Wunsch unsymmetrisch werden, wenn dies: erwünscht ist, um beispielsweise die Helligkeit einer Röhre gegenüber einer anderen zu steuern. Insbesondere können die Leuchtstoffröhren 32 und 33 (ebenso wie die Röhre 18 nach Fig. 1) Leuchtstoffröhren mit einer Länge von 244 cm (96 Zoll) sein. Im Fall der Fig.2 werden die Ströme durch die Leuchtstoffröhren 32 und 33 durch die gutbekannte Wirkung des Strom-Symmetriertransformators 31 symmetriert. Wie dies jedoch noch später zu erkennen ist, können die Röhren 32 und 33 zur Verringerung von Hochfrequenzstörungen räumlich so angeordnet sein, daß der Stromfluß durch diese Röhren in entgegengesetzten Richtungen verläuft.F i g. 2 shows the circuit according to FIG. 1 with further components, the components according to F i g. 1 same Components have been designated with the same reference numerals. In Fig.2 is a servo amplifier 30 with the connected to the center-tapped output of a current balancing transformer 31, which in turn supplies the current balanced between the fluorescent tubes 32 and 33 connected in parallel. It should be noted that the Tapping could be arranged so that the parallel currents become unbalanced as desired, if this: is desired, for example to the Control the brightness of one tube in relation to another. In particular, the fluorescent tubes 32 and 33 (as well as tube 18 of Fig. 1) fluorescent tubes with a length of 244 cm (96 inches) being. In the case of Figure 2, the currents through the fluorescent tubes 32 and 33 are determined by the well-known Effect of the current balancing transformer 31 balanced. However, as this can be seen later, the tubes 32 and 33 can be spatially arranged to reduce high-frequency interference in such a way that that the current flow through these tubes is in opposite directions.

In der Schaltung nach Fig. 1 steuerte die Helligkeitssteuerung 19 die Helligkeit der Lampe 18 durch Änderung der Basis-Ansteuerung an den gesättigten Impulsmodulator 15. In F i g. 2 arbeitet die Helligkeitssteuerschaltung 19 über den Servoverstärker 30, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird.In the circuit of Fig. 1, the brightness control controlled 19 the brightness of the lamp 18 by changing the base control to the saturated one Pulse modulator 15. In FIG. 2, the brightness control circuit 19 operates through the servo amplifier 30, such as this is explained in more detail below.

In der Schaltung nach Fig.2 ist weiterhin eine Hochspannungs-Schutzschaltung 34 vorgesehen, die den Impulsmodulator 15 gegen Beschädigungen während des Einschalten schützt, wenn die Spannung längs des Transistors übermäßig hoch sein kann. Der Servoverstärker 30 nach Fig.2 ist in neuartiger Weise so angepaßt, daß er in dem elektronischen Vorschaltgerät aufgrund der kombinierten Verwendung einer geringen Impulslänge zur Betätigung der Leuchtstoffröhren und der proportionalen Wirkung zwischen der Basis-Ansteuerung des gesättigten Transistors und dem Röhrenausgang und der Ausgangslichtleistung wirkt. Diese Merkmale ermöglichen die Verwendung eines relativ langsamen Servoverstärkers, so daß die Schaltungsanordnung des Servoverstärkers 30 vereinfacht wird.In the circuit of Figure 2 is still a High-voltage protection circuit 34 is provided that the pulse modulator 15 against damage during protection against switching on if the voltage across the transistor may be excessively high. the Servo amplifier 30 according to Figure 2 is in a novel way adapted to be used in the electronic ballast due to the combined use of a short pulse length for activating the fluorescent tubes and the proportional effect between the base drive of the saturated transistor and the Tube output and the output light power acts. These features enable the use of a relatively slow servo amplifier, so that the circuit arrangement of the servo amplifier 30 is simplified will.

Der Servoverstärker 30 arbeitet derart, daß, wenn der Leuchtstoffröhren-Strom ansteigt, der Servoverstärker eine Verringerung des Ausgangs-Ansteuersignals von dem Verstärker-Treiber 14 hervorruft, so daß der Leuchtstoffröhren-Strom auf einen ausgeglichenen Wert verringert wird und umgekehrt. Auf diese Weise kann die Schaltung bei einem festen Leuchtstoffröhren-Strom unabhängig von Änderungen der Netzspannung oder der Bauteileigenschaften betrieben werden.The servo amplifier 30 operates so that when the fluorescent tube current increases, the servo amplifier causes a reduction in the output drive signal from the amplifier driver 14, so that the Fluorescent tube current is reduced to a balanced value and vice versa. In this way with a fixed fluorescent tube current, the circuit can be operated independently of changes in the mains voltage or the component properties.

Die Helligkeitssteuerschaltung 19 kann dann über den Servoverstärker 30 beispielsweise dadurch arbeiten, daß die Bezugsspannungsquelle in dem Servoverstärker 30 geändert wird.The brightness control circuit 19 can then work via the servo amplifier 30, for example, by that the reference voltage source in the servo amplifier 30 is changed.

Die Hochspannungs-Schutzschaltung 34 ist ebenfalls mit dem Servoverstärker 30 verbunden und arbeitet derart, daß, wenn die Spannung längs des Impulsmodulators 15 irgendeinen vorgegebenen Wert übersteigt, der Servoverstärker 30 die Basis-Ansteuerung verringert, so daß die Spannung längs des Impulsmodulators 15 verringert wird.The high voltage protection circuit 34 is also connected to the servo amplifier 30 and operates such that when the voltage across the pulse modulator 15 exceeds any predetermined value, the servo amplifier 30 reduces the basic control, so that the voltage across the pulse modulator 15 is reduced.

Fig.3 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer Ausführungsform des Vorschaltgerätes, das in Verbindung mit Fi g. 2 beschriebene Merkmale einschließt. Bei der Ausführungsform nach Fig.3 wird die Eingangs-Netzleistung zum Betrieb der Schaltung mit den Anschlüssen 110 und 111 verbunden. Die Anschlüsse 110 und 111 sind dann mit dem (schematisch dargestellten) Gleichrichter 112 verbunden, der beispielsweise ein Zweiweg-Brückengleichrichter mit einem Gleichspannungs-Ausgangsanschluß 113 und einem negativen Ausgangsanschluß 114 sein kann. Der Gleichrichter 112 entspricht damit der Gleichspannungs-Leistungsversorgung 12 nach den Fig. 1 und 2: ;Fig.3 shows a detailed circuit diagram of a Embodiment of the ballast, which in connection with Fi g. 2 includes features described. at the embodiment of Figure 3 is the input network power connected to terminals 110 and 111 to operate the circuit. The connections 110 and 111 are then connected to the rectifier 112 (shown schematically), for example a Full-wave bridge rectifier with a DC voltage output connection 113 and a negative output terminal 114 may be. The rectifier 112 thus corresponds to the DC power supply 12 according to FIGS. 1 and 2:;

Der Gleichspannungsausgang an den Anschlüssen 113 und 114 ist längs eines Speicherkondensators 115 angelegt und wird dann in Reihenschaltung parallelgeschalteten Leistungstransistoren 116 und 117 zugeführt, die die Aufgabe des Leistungstransistors in den Impulsmodulatoren 15 nach Fig.2 erfüllen. Aufgrund des relativ hohen, in dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 3 zu führenden Stromes, sind zwei parallelgeschaltete Transistoren vorgesehen. Selbstverständlich könnten einer oder mehrere derartiger Transistoren verwendet werden, wenn dies erforderlich ist Eine Transistortype, die für die Tranistoren 116 und 117 verwendbar ist, ist der Tranistor TlP 54 der Firma Texas Instruments. Vergleichbare Transistoren anderer Hersteiler wurden untersucht und das gleiche ungewöhnliche Ergebnis einer Vergrößerung des Leuchtstoffröhren-Stromes als Funktion der Basis-Ansteuerung eines gesättigten Transistors wurde festgestellt.The DC voltage output at terminals 113 and 114 is along a storage capacitor 115 applied and is then supplied in series connection to power transistors 116 and 117 connected in parallel, which fulfill the task of the power transistor in the pulse modulators 15 according to FIG. Because of of the relatively high, in the embodiment according to Fi g. 3 current to be carried, two transistors connected in parallel are provided. Of course you could one or more such transistors can be used if required The transistor type which can be used for the transistors 116 and 117 is the transistor TIP 54 from Texas Instruments. Comparable transistors from other manufacturers were examined and the same unusual Result of an increase in the fluorescent tube current as a function of the base drive of a saturated transistor was determined.

Die Emitter jedes der Transistoren 116 und 117 sind über Widerstände 118 und 119 mit dem Anschluß A verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren 116 und 117 sind miteinander und mit dem Basisanschluß B verbunden, wobei ein Widerstand 120 die Basisanschlüsse mit dem Anschluß A verbindet. Eine Widerstands-Kapazitätsschaltung mit einem Widerstand 121 und einem Kondensator 122 ist parallel zur Emitter-Kollektorstrecke jedes Transistors 116 und 117 angeschaltet. Es ist zu erkennen, daß die Anschlüsse A und B die Eingangs-Steueranschlüsse sind, die die Basis-Ansteuerung zur Ansteuerung des aus den Transistoren 116 und 117 gebildeten Impulsmodulators empfangen, wie dies weiter unten beschrieben werden wird.The emitters of each of the transistors 116 and 117 are connected to the terminal A through resistors 118 and 119. The base connections of the transistors 116 and 117 are connected to one another and to the base connection B , a resistor 120 connecting the base connections to the connection A. A resistance-capacitance circuit with a resistor 121 and a capacitor 122 is connected in parallel to the emitter-collector path of each transistor 116 and 117. It can be seen that the connections A and B are the input control connections which receive the base control for controlling the pulse modulator formed from the transistors 116 and 117, as will be described further below.

Der Anschluß A ist dann mit der Mittelanzapfung zwischen den Transformator-Wicklungsabschnitten 16 und 17 verbunden, die den Wicklungen 16 und 17 nach F i g. 2 entsprechen, und diese Wicklungen sind dann mit zwei parallelgeschalteten, 244 cm langen Leuchtstoffröhren 130 und 131 mit hoher Lichtleistung verbunden. Ein Transformator 132, der die Wicklungen 16 und 17 aufweist, ist außerdem mit drei Heizwicklungen 133,134 und 135 versehen. Die Wicklung 133 ist sowohl mit dem Heizfaden 136 der Röhre 130 als auch mit dem Heizfaden 137 der Röhre 131 verbunden. Die Wicklung 134 ist mit dem Heizfaden 138 der Röhre 131 verbunden, während die Wicklung 135 mit dem Heizfaden 139 der Röhre 130 verbunden ist. Die beiden Röhren 130 und 131 sind aufgrund der Verbindung der Heizfäden 138 und 139 mit dem Anschluß C eines Strom-Symmetriertransformators 140 parallel geschaltet, während die anderen Enden der Röhren mit den Heizfäden 136 bzw. 137 miteinander durch die Leitung 141 verbunden sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß, obwohl die Röhren 130 und 131 parallel geschaltet sind, der Strom durch die Röhren beispielsweise von dem oberen Ende der Wicklung 17 zum Anschluß C in räumlichThe connection A is then connected to the center tap between the transformer winding sections 16 and 17 which correspond to the windings 16 and 17 according to FIG. 2, and these windings are then connected to two parallel-connected, 244 cm long fluorescent tubes 130 and 131 with high light output. A transformer 132, which has windings 16 and 17, is also provided with three heating windings 133, 134 and 135. The winding 133 is connected to both the filament 136 of the tube 130 and the filament 137 of the tube 131. The winding 134 is connected to the filament 138 of the tube 131, while the winding 135 is connected to the filament 139 of the tube 130. The two tubes 130 and 131 are connected in parallel due to the connection of the filaments 138 and 139 to the connection C of a current balancing transformer 140, while the other ends of the tubes with the filaments 136 and 137 are connected to one another by the line 141. It should be noted, however, that although tubes 130 and 131 are connected in parallel, the current through the tubes, for example, from the top of winding 17 to terminal C in space

entgegengesetzten Richtungen durch die Röhren fließt, die räumlich so befestigt sind, wie dies in F i g. 3 gezeichnet ist, damit Hochfrequenzstörungen von den Röhren verringert werden.flows in opposite directions through the tubes which are spatially fixed as shown in FIG. 3 is drawn to reduce radio frequency interference from the tubes.

Die Wechsejspannungs-Anschlüsse 110 und 111 sind weiterhin mit einem relativ kleinen Transformator 150 verbunden, der eine relativ niedrige Spannung erzeugt, und der in Kombination mit der Diose 151 eine 24-Volt-Spannungsversorgung bildet. Die Ausgangsspannung wird dann über einen Widerstand 152 einer emittergesteuerten Multivibratorschaltung zugeführt, die die Transistoren 153 und 154 umfaßt, die beispielsweise Transistoren vom Typ 2 N 4125,sein können.The AC terminals 110 and 111 are still with a relatively small transformer 150 connected, which generates a relatively low voltage, and in combination with the socket 151 a 24 volt power supply forms. The output voltage then becomes a through resistor 152 fed to the emitter-controlled multivibrator circuit, comprising transistors 153 and 154, which may be, for example, type 2 N 4125 transistors be able.

Die Multivibratorschaltung schließt allgemein übliche Bauteile ein, die einen Betrieb der Schaltung bei einer Frequenz von ungefähr 20 kHz bewirken. Die Widerstände 153' bis 162 können zweckmäßigerweise die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte aufweisen, und in dieser Tabelle sind in gleicher Weise die Kapazitätswerte der Kondensatoren 163 und 164 angegeben. Der Ausgang der Multivibratorschajtung mit den Transistoren 153 und 154 ist eine Rechteckschwingung, die dem Transistor 170 zugeführt wird (der vom Typ MJE 341 sein kann), und dieser Transistor 170 wird mit einer unsymmetrischen Rechteckschwingung derart angesteuert, daß der Transistor für lediglich ungefähr ein Viertel der Zeit durchgesteuert bzw. eingeschaltet ist.The multivibrator circuit includes common components that allow operation of the circuit at a Effect frequency of about 20 kHz. The resistors 153 'to 162 can expediently the in the values given in the table below, and in this table are in the same way the Capacitance values of the capacitors 163 and 164 are given. The multivibrator shaft exit with transistors 153 and 154 is a square wave that is fed to transistor 170 (the may be of type MJE 341), and this transistor 170 will have an asymmetrical square wave driven in such a way that the transistor is switched on or off for only about a quarter of the time. is switched on.

Der Emitter-Kollektorkreis des Transistors 170 speist den Transformator 171, der ein Transformator mit zwei Wicklungen ist, dessen Sekundärwicklung 172 von der Primärwicklung 173 isoliert ist. Ein Widerstand 174 ist parallel zur Primärwicklung 173 angeschaltet. Der Transformator 171 dient zur Erzielung einer Stromverstärkung, weil er ein Untersetzungsverhältnis von der Wicklung 173 zur Wicklung 172 aufweist und er ergibt weiterhin eine Gleichspannungsisolation an den Ausgangsanschlüssen A und B, die die gleichen Anschlüsse A und B sind, die die Basisansteuerung für die Transistoren 116 und 117 liefern. Entsprechend ist die Sekundärwicklung 172 mit den Anschlüssen A und B verbunden, wobei ein Widerstand 175 in der Verbindung zum Anschluß Bliegt.The emitter-collector circuit of transistor 170 feeds transformer 171, which is a two-winding transformer whose secondary winding 172 is isolated from primary winding 173. A resistor 174 is connected in parallel with the primary winding 173. The transformer 171 is used to achieve a current gain, because it has a reduction ratio from the winding 173 to the winding 172 and it also provides direct voltage insulation at the output connections A and B, which are the same connections A and B that are the base control for the transistors 116 and 117 deliver. Secondary winding 172 is correspondingly connected to terminals A and B , with a resistor 175 being connected to terminal B.

Die Kombination des Transistors 170 mit dem Transformator 171 dient als Verstärker-Treiber 14 nach F i g. 2, während der Multivibrator mit den Transistoren 153 und 154 als Oszillator 13 nach F i g. 2 dient.The combination of the transistor 170 with the transformer 171 serves as an amplifier driver 14 according to F i g. 2, while the multivibrator with the transistors 153 and 154 as an oscillator 13 according to FIG. 2 serves.

Der Servoverstärker 30 nach F i g. 2 ist in F i g. 3 gezeigt und schließt den Transistor 180 ein, der als veränderliche Impedanz wirkt, die durch die Einstellung des Potentiometers 181 gesteuert ist. Es ist zu erkennen, daß der Leuchtstoffröhrenstrom von dem Mittelanzapfungs-Anschluß C des Symmetriertransformators 140 mit der Kollektorelektrodc des Transistors 180 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 180 ist mit Erde verbunden, so daß die Spitzenspannung längs der Emitter-Kollektorstirccke des Transistors 180 ein Maß des Stromes durch die Leuchtstoffröhren 130 und 131 und damit der Lichtleistung dieser Röhren ist.The servo amplifier 30 according to FIG. 2 is in FIG. 3 and includes transistor 180 which acts as a variable impedance controlled by the setting of potentiometer 181. It can be seen that the fluorescent tube current from the center tap connection C of the balancing transformer 140 is connected to the collector electrode of the transistor 180. The emitter of transistor 180 is connected to ground so that the peak voltage across the emitter-collector junction of transistor 180 is a measure of the current through fluorescent tubes 130 and 131 and thus the light output of these tubes.

Das Steuerpotentiometer 181 ist in Reihe mit festen Widerständen 182 und 183 geschaltet, die längs des Kondensators 184 angeschaltet sind. Der Transistor 180 kann ein Transistor vom Type MPSUOl sein. Ein Widerstand 185 ist zwischen den Kollektor- und Basis-Elektroden eingeschaltet. Die Emitter-Kollektorstreckc des Transistors 180 ist dann mit dem Transistor 186 verbunden (der ein Transistor vom Typ 2 N 4123 ist) und der im Nebenschluß zum Oszillator mit den Transistoren 153 und 154 geschähet ist.The control potentiometer 181 is connected in series with fixed resistors 182 and 183 across the Capacitor 184 are turned on. The transistor 180 can be a transistor of the MPSUOL type. A Resistor 185 is connected between the collector and base electrodes. The emitter-collector stretch c of transistor 180 is then connected to transistor 186 (which is a type 2 N 4123 transistor) and which is shunted to the oscillator with transistors 153 and 154.

Die Kopplungsschaltung zwischen dem Transistor 180 und dem Transistor 186 schließt Dioden 187 und 188, die vom Typ 1 N 34 sein können, und Widerstände 189 und 190sowie Kondensatoren 191 und 192lein.The coupling circuit between transistor 180 and transistor 186 includes diodes 187 and 188, which may be of the 1N34 type, and resistors 189 and 190 and capacitors 191 and 192 .

Ein Kondensator 193 ist parallel zur Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 186 angeschaltet Weil der Transistor 186 im Nebenschluß mit dem OszillatorA capacitor 193 is parallel to the emitter-collector path of transistor 186 turned on Because transistor 186 is shunted with the oscillator

ίο geschaltet ist, verringert ein Anwachsen des Stromes in der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 186die Tür den Oszillator zur Verfügung stehende Spannung, so daß die Größe der Schwingung und damit der Ansteuerung des Transistors 170 verringert wird. Djes ergibt eipe geringere Ansteuerleistung für die Impulsmodulator-Transistoren 116 und 117 und.damit an die Leuchtstoffröhren 130 und 131, so daß dem Transistor 180 ein geringerer Strom zugeführt wird, was eine geringere Spitzenspannung an dem Transistor· 180 ergibt, die nachfolgend gleichgericnlet wird so daß eine geringere Spannung zum Einschalten des Transistors 186 erzeugt wird. Entsprechend wird eine Servo-Schlel· fe gebildet, die die Spitzenspannung an dem Transistor 180 begrenzt, um den Leuchtstoffröhren-Strom in den Röhren 130 und 131 zu stabilisieren.ίο is switched, an increase in the current in the collector-emitter path of the transistor 186 reduces the voltage available to the oscillator, so that the magnitude of the oscillation and thus the control of the transistor 170 is reduced. Djes results Eipe smaller driving power for the pulse modulator transistors 116 and 117 und.damit to the fluorescent lamps 130 and 131 so that the transistor 180 is supplied with a lower current, resulting in a lower peak voltage across the transistor · 180 which is gleichgericnlet below so that a lower voltage for turning on transistor 186 is generated. Accordingly, a servo key is formed which limits the peak voltage at transistor 180 in order to stabilize the fluorescent tube current in tubes 130 and 131.

Wie es weiter oben erwähnt wurde, kann der in dem Transistor 180 zur Erzeugung einer vorgegebenen Spannung erforderliche Strom durch die Einstellung des Potentiometers 181 geändert werden, das den Transistör 180 ansteuert. Entsprechend kann der Leuchtstoffröhren-Strom auf irgendeinen Wert, ausgehend von der vollen Lichtleistung, auf weniger als 1% der vollen Lichtleistung stabilisiert werden.
Diese Helligkeitssteuerung kann elektronisch beispielsweise durch Verwendung einer elektronisch veränderbaren Impedanz anstelle des Potentiometers 181, das mechanisch eingestellt wird, durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein elektronisches Steuersystem verwendet werden, um schnell und kontinuierlieh den Basis-Eingang des Transistors 180 zu verändern, so daß sich ein Blitzen der Leuchtstoffröhren 130 und 131 beispielsweise mit 10 Blitzen pro Sekunde ergibt, indem die eingestellte Spannung zwischen einer großen Lichtleistung und einer verringerten Lichtleistung geändert wird.As mentioned above, the current required in transistor 180 to generate a predetermined voltage can be changed by adjusting potentiometer 181, which controls transistor 180. Correspondingly, the fluorescent tube current can be stabilized at any value, starting from the full light output, to less than 1% of the full light output.
This brightness control can be carried out electronically, for example, by using an electronically variable impedance instead of the potentiometer 181 which is mechanically adjusted. For example, an electronic control system can be used to rapidly and continuously change the base input of transistor 180 so that the fluorescent tubes 130 and 131 flash, for example at 10 flashes per second, by changing the set voltage between a high light output and a reduced light output is changed.

Es ist wünschenswert, daß Schaltungseinrichtungen vorgesehen sind, um die Transistoren 116 und 117 gegen unnormal hohe Spannungen zu schützen, wie sie in den ersten Sekunden nach dem Einschalten der Schaltung und bevor die Heizfäden aufgeheizt und die Röhren einen normalen Strom zu leiten beginnen, auftreten. Wenn die volle Ansteuerung während dieser Zeit den Transistoren 116 und 117 zugeführt wird, wie dies sich aufgrund der vorstehend beschriebenen Servoschleife ergeben würde, wurden sehr hohe Impulse längs der Transistoren 116 und 117 während des Startens auftreten. Die Transistorschaltung unter Einschluß der Transistoren 195 (der vom Typ 2 N 4125 sein kann) ist zur Verhinderung dieser Situation vorgesehen.It is desirable that circuitry be provided to protect transistors 116 and 117 from abnormally high voltages such as occur in the first few seconds after the circuit is turned on and before the filaments heat up and the tubes begin to conduct normal current. If full drive were applied to transistors 116 and 117 during this time, as would result from the servo loop described above, very high pulses would appear across transistors 116 and 117 during start-up. The transistor circuitry including transistors 195 (which may be of the 2N 4125 type) is provided to prevent this situation.

Die Spitzenspannung an den Transistoren 116 und 117 wird längs der Diode 1% gemessen und wird gedämpft und dem Transistor 195 über die Widerstände 197, 198 und 199, den Kondensator 200 und die Zcncrdiode 201 einschließende Schaltung zugeführt.The peak voltage across transistors 116 and 117 is measured across diode 1% and is attenuated and applied to transistor 195 via resistors 197, 198 and 199, capacitor 200 and Zcncrdiode 201 including circuit.

Der Emitter des Transistors 195 ist über den Widerstand 202 mit dem Anschluß D verbunden. Der Emitter des Transistors 195 ist weiterhin über den Widerstand 203 mit Erde und mit dem Kollektor des Transistors 186 The emitter of transistor 195 is connected to terminal D via resistor 202. The emitter of transistor 195 is also connected to ground via resistor 203 and to the collector of transistor 186

709637/348709637/348

über den Widerstand 204 verbunden. Im Betrieb wird die Spitzenspannung, die an die Transistoren 116 und 117 angelegt ist, abgeschwächt und der Basis des Transistors 195 zugeführt. Wenn diese Spannung ausreicht, um den Transistor 195 einzuschalten, so wird der Transistor 186 eingeschaltet, so daß eine geringere Ansteuerung an die Transistoren 116 und 117 geliefert wird; so daß die Spitzenspannung an den Transistoren 116 und 117 verringert wird. Dann wird eine Vorspannung an den Emitter des. Transistors 195 angelegt; so daß dieser nicht einzuschalten beginnt, bis die Spitzenspannung an den Transistoren 116 und 117 nahezu so groß ist, wie dies zulässig ist Entsprechend wird die Hochspannungs-Schutzschaltung 34 nach F i g. 2 in der Schaltung nach F i g. 3 durch die Schaltung mit dem Transistor 195 gebildet.connected through resistor 204 . In operation, the peak voltage applied to transistors 116 and 117 is attenuated and applied to the base of transistor 195 . When this voltage is sufficient to turn on transistor 195, transistor 186 is turned on so that less drive is provided to transistors 116 and 117; so that the peak voltage across transistors 116 and 117 is reduced. A bias is then applied to the emitter of transistor 195; so that this does not begin to switch on until the peak voltage at the transistors 116 and 117 is almost as great as is permissible. The high-voltage protection circuit 34 according to FIG. 2 in the circuit according to FIG. 3 formed by the circuit with the transistor 195.

Die Schaltung nach F i g. 3 ergab befriedigende Betriebseigenschaften urter Verwendung der in der folgenden Tabelle angegebenen Bauteile. Es ist zu erkennen, daß andere Werte dieser Bauteile und Modifikationen der Schaltung verwendet werden können und daß integrierte Schaltungselemente mit Vorteil dazu verwendet werden könnten, um Raum zu sparen.The circuit according to FIG. 3 showed satisfactory operating characteristics when using the components specified in the following table. It can be seen that other values of these components and Modifications of the circuit can be used and that integrated circuit elements with Advantage could be used to save space.

Tabelle der BauteileTable of components WiderständeResistances 118,119
120
121
152
S53 118.119
120
121
152
S53 .56 Ω, 5 Watt
22 Ω
56 Ω, 2 Watt
560 Ω
120 Ω.56 Ω, 5 watts
22 Ω
56 Ω, 2 watts
560 Ω
120 Ω

154 155 156 157 158 159 160 161 162 174 175 181 182 183 185 189 190 197 198 199 202 203 204154 155 156 157 158 159 160 161 162 174 175 181 182 183 185 189 190 197 198 199 202 203 204

KondensatorenCapacitors

115 122 163 164 184 191 192 193 200115 122 163 164 184 191 192 193 200

2200 Ω2200 Ω

27 K27 K

33003300

47004700

470470

270270

6800 Ω6800 Ω

6,έΩ,1 Wai6, έΩ, 1 Wai

25 K25 K

2700 Ω2700 Ω

220220

1 K1 K

3900 Ω3900 Ω

680 Ω680 Ω

47 K, 2 Wall47 K, 2 wall

22002200

IKIK

47 K, 1 Watt47 K, 1 watt

3300 Ω3300 Ω

680 Ω680 Ω

1200 μί 0,002 μί, 1 kV 5μί 0,012 μί 500 μί, 50 V 0,039 μί 0,022 μί 0.22 μf 0,05 μί, 600 V1200 μί 0.002 μί, 1 kV 5μί 0.012 μί 500 μί, 50 V 0.039 μί 0.022 μί 0.22 μf 0.05 μί, 600 V

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Brightness control circuit with a semiconductor element operated in saturation for connecting gas discharge tubes to an electrical power source, with an oscillator circuit for generating an output signal in the form of a pulse current with a relatively high frequency, with a pulse modulator circuit which includes a transistor with base, collector and emitter electrodes, wherein the electrical power source, the emitter and collector electrodes of the transistor and the gas discharge tube are connected in series and the output signal is fed to the base of the transistor, and with control means for changing the output signal of the oscillator circuit for controlling the light output of the fluorescent tube, characterized in that the amplitude of the output signal of the oscillator circuit (13) forming the pulse current, starting from a minimum value which is sufficient to drive the transistor (116, 117) into saturation, can be increased in such a way that the light The output of the gas discharge tube changes directly with the amplitude of the pulse current at the base of the transistor, although this transistor is continuously saturated.

2. brightness control circuit according to claim I, characterized by in series with the gas discharge tube (18,32,33) connected servo amplifier devices (30) which monitor the current flow through the gas discharge tube and with the oscillator circuit (13, 14) connected light power control circuit devices for changing the Include size of the pulse current to the base of the transistor (116, 117) , so that a predetermined current flow is maintained in the gas discharge tube.

3. brightness control circuit according to claim 2, characterized by with the servo amplifier devices connected circuits (19) for changing the adjustment value of the predetermined current such that there is a control of the light output of the gas discharge tube.

4. brightness control circuit according to claim 3, characterized by overvoltage protection circuit devices (34) for preventing an overvoltage along the emitter-collector electrodes of the transistor (116, 117) by modulating the amplitude of the pulse current such that the current through the gas discharge tube depending on an excessive Voltage on transistor (116,117) is reduced.

5. brightness control circuit according to one of the preceding claims / characterized in, that the output signal of the oscillator circuit (13) forming the pulse current has a pulse duration that is short enough to allow the gas discharge tube, which is normally a negative Has resistance characteristic, is operated with a resistance characteristic that a has a less negative course.

6. brightness control circuit according to claim 5,. Characterized in that the pulse current is a Has pulse repetition frequency between 10 kilohertz and 100 kilohertz.

7. Heiiigkeitssieuerschaitung according to one of the preceding claims, characterized in, that the gas discharge tube is a fluorescent tube with high light output.

8. brightness control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the pulse current has a single pulse duration of less than 30 microseconds.

9. brightness control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that an inductive impedance (17) is connected in series with the gas discharge tube (18).

10. Brightness control circuit according to one of the preceding claims, characterized by a second gas discharge tube (33) which is connected in parallel to the first gas discharge tube (32), and current symmetry transformer devices (31, 140) for connecting one end of the gas discharge tubes (32, 33, 130, 131) with each other, with the other ends of the gas discharge tubes being directly connected to one another and with a coupling transformer for decoupling the pulse current output from the pulse modulator to the gas discharge tubes, which have tapping devices to create an output connection for the gas discharge tubes connected in parallel.

11. brightness control circuit according to claim 10, characterized in that the gas discharge tubes connected in parallel are spatially to one another and are arranged at a small distance from each other and that the parallel currents in the gas discharge tubes flow in opposite directions.