DE2624123B2

DE2624123B2 - Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb von Entladungslampen

Info

Publication number: DE2624123B2
Application number: DE2624123A
Authority: DE
Inventors: Charles William Lancaster Pa. Buenzli Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Armstrong Cork Co
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1980-05-08
Also published as: FR2314636A1; CA1086815A; DE2624123A1; NL166599C; ES448788A1; LU75081A1; NO761883L; BE842505A; AT351637B; JPS5282A; FI761588A; US4042855A; SE7606649L; CH614332A5; NL7606180A; ATA407576A; GB1511757A; DK262376A; FR2314636B1; NL166599B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb von Entladungslampen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-Patentschrift 3579026 bekannten Art.

Zum Einschalten der bekannten Schaltungsanordnung muß in den den vollen Lampenstrom führenden Kreis vor oder hinter dem Gleichrichter ein Schalter eingefügt werden, wodurch der Schaltungsaufwand hierfür verhältnismäßig groß und insbesondere bei langen Zuleitungen ein verhältnismäßig hoher Leistungsverbrauch bedingt ist.

Der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Schaltungsanordnung möglichst einfach und leistungssparenJ auszubilden. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung braucht die Steuerschaltung bei geringer Spannung nur einen geringen Strom zu führen, so daß die Zuleitungen und die Fernsteuereinrichtung nur schwach ausgebildet zu werden brauchen. Dabei ist der Leistungsverbrauch der Steuerschaltung praktisch vernachlässigbar.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben von Entladungslampen.

Sie enthält einen Gegentakt-Leistungsoszillator mit der zugehörigen Hilfsschaltung und eine ohne Verluste arbeitende Stabilisierungsschaltung. Der Gegentakt-Leistungsoszillator besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren Ql und Ql und einem Transformator 7*1. Der Transformator 7*1 bewirkt eine Phasenumkehrung für die Transistoren, eine positive Rückkopplung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen und eine Anpassung der Belastungsimpedanz an die Impedanz der Transistoren. Die positive Rückformator Tl liefert die an die Basen der Transistoren anzulegende Steuerspannung über einen Strombegrenzungswiderstand Al. Die Rückkopplung ist so ausgebildet, daß der eine Transistor sich im gesättigten Zustand befindet, d. h. durchgeschaltet ist, wenn der andere Transistor sperrt.

Die Basen der Transistoren Ql und Ql sind mit den beiden Klemmen einer Wicklung 137* eines Transformators Tl verbunden. Die äußeren Klemmen der Primärwicklung 32 T des Transformators Tl sind je an den Kollektor eines der Transistoren Ql und Ql angeschlossen, deren Emitter mit Masse verbunden sind. Die Sekundärwicklung IT des Transformators Tl ist mit ihrer einen Klemme an die Basis des Transistors Ql und mit der zweiten Klemme über einen Widerstand Rl an die Basis des Transistors Ql angeschlossen. Die eine Klemme eines Widerstandes Rl ist mit der Basis des Transistors Ql und seine zweite mit einer Klemme eines Diac Dl verbunden.

Die zweite Klemme des Diac Dl ist über einen Widerstand R3 an den Kollektor des Transistors Ql und über einen Kondensator Cl an Masse angeschlossen. Ein Kondensator C3 ist zwischen eine Mittelanzapfung der Primärwicklung 32 T und die Masse der Schaltung geschaltet; die Mittelanzapfung der Primärwicklung 327* ist weiter an die positive Klemme einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Sekundärwicklung 407* des sättigbaren Transformators Tl ist über einen Schalter S kurzschließbar. Zusätzli-

jo ehe Sekundärwicklungen des Transformators Π sind an mehrere Entladungslampen und an eine verlustfrei arbeitende Stabilisierungsschaltung angeschlossen.

Der sättigbare Transformator Tl ist zwischen die Basen und Emitter der Transistoren geschaltet. Er ist

v-, so ausgelegt, daß er die Sättigung vor dem Transformator 7*1 erreicht und dieser mit geringem Fluß arbeiten kann, so daß die Eisenverluste verhältnismäßig gering sind. Die Eisenverluste des Transformators 7*2 sind wegen dessen geringen Volumen unbedeutend. Die Arbeitsfrequenz des Umformers wird durch den Transformator Tl gesteuert. Erreicht nämlich der Transformator Tl die Sättigung, so steigt sein Magnetisierungsstrom schnell an, wodurch sich die Basisspannung des in der Sättigung befindlichen Transistors

4^r) vermindert. Wenn der Transistor aus der Sättigung herauskommt, wird er infolge der Rückkopplungswirkung gesperrt, während der andere Transistor tief in die Sättigung getrieben wird. Dieser Vorgang wiederholt sich zweimal je Zyklus, und am Transformator

w Tl entsteht eine Rechteckwellen-Sekundärspannung. Oszillatoren der vorstehend beschriebenen Art sind symmetrisch und können unter bestimmten Umständen nicht selbst starten. Zur Gewährleistung des Starts ist daher eine Startschaltung vorgesehen. Der Wider-

v> stand A3, der Kondensator C3 und das Diac Dl bilden einen Kipposzillator, der der Basis des Transistors Ql über den Strombegrenzungswiderstand Rl Stromimpulse zuführt, die den Transistor Ql in die Sättigung treiben, der den Schwingungszyklus be-

bo ginnt. Das Diac Dl ist eine herkömmliche Halbleiterschaltung (1N5411 oder RCATeil 45412). Der Ladewiderstand R3 ist zwischen die eine Klemme des Diac Dl und den Kollektor des Transistors Q2 geschaltet, so daß die Stromimpulse dem Transistor Q1 zugeführt werden, wenn er sich in der Sättigung befindet, nachdem der Wechselrichter gestartet ist. Die Startimpulse haben daher nach seinem Start keine Auswirkung auf

ιιυμμιιιιΐ£ vuj

115	V =
0.716	A =
82,3	W
82	W
0,33
0,37	a"

10

20

Entladungslampen haben eine negative Arbeitsimpedanz. Ist keine größere positive Impedanz mit ihnen in Reihe geschaltet, so ziehen sie unkontrollierte Ströme und zerstören sich selbst und den Wechselrichter. Es ist wünschenswert, daß diese positive Impedanz möglichst wenig Leistung verbraucht; daher wird ein Blindwiderstand verwendet. Der Blindwiderstand speichert den Strom während eines Teils des Zyklus und speist ihn während des Rests des Zyklus zurück. Da die Leistung nicht verbraucht, sondern nur gespeichert wird, ergibt sich durch den Blindwiderstand eine verlustfrei arbeitende Last- oder Stabilisierungsschaltung. Bei der gezeigten Schaltung werden sowohl ein induktiver als auch ein kapazitiver Widerstand verwendet. Der einen Lampe ist eine Drossel Ll vorgeschaltet, der anderen ein Kondensator Cl. Die Werte der Drossel Ll und des Kondensators Cl werden so gewählt, daß bei der Arbeitsf^equenz des Wechselrichters der kapazitive Widerstand den induktiven Widerstand ausgleicht. Hierdurch wird die Impedanz der Lampen in einen positiven Widerstand transformiert, so daß im Transformator Tl ein minimaler Sekundärstrom fließt.

Der Kondensator C3 bildet bei der Wechselrichterfrequenz eine niedrige Impedanz, so daß am gleichen Netz arbeitende Wechselrichter sich gegenseitig nicht beeinflussen. Der Kondensator C3 bildet während der Stromspitzen einen Energiespeicher, so daß die Quelle eine recht hohe Impedanz haben kann. Die jeweils nur eine Windung aufweisenden Wicklungen IT des Transformators Tl heizen die Kathoden der Lampen vor, um zur Erleichterung ihrer Zündung ihre Zündspannungen abzusenken.

Die Sekundärwicklung 40 T des Transformators T2 bildet eine bei niedriger Spannung arbeitende, strombegrenzende, fernsteuerbare Ein-Aus-Steuereinrichtung. Ist der an einer entfernten Stelle angeordnete Schalter zwischen den Klemmen geöffnet, so arbeitet der Wechselrichter normal. Ist der Schalter geschlossen, so ist die Eingangsimpedanz an der Primärwicklung des Transformators 72 gering. Durch diese niedrige Impedanz wird der Basisstrom von den Transistoren geshunted und der Wechselrichter stillgesetzt. Die Spannung an dem Schalter ist kleiner als 6 W_eg und der Strom kleiner als 0,05 A_e„. Auch bei einem mit dem Schalter in Reihe geschalteten Widerstand von 20 Ohm arbeitet die Steuereinheit normal. Dies erlaubt lange Betriebszeiten bei niedrigen Strömen und Steuerspannungen.

Die Schaltung hat folgende Betriebswerte:

Eingangsspannung
Eingangsstrom
Eingangsleistung
Ausgangsleistung*
kapazitiver Lampenstrom*
induktiver Lampenstrom*

45	W
37	W
4,7	W

kapazitive Lampenleistung*
induktive Lampenleistung*
Verluste (rechnerisch)

* Diese Werte wurden numerisch aus Oszillogrammen integriert. Ihre Genauigkeit liegt in der Größenordnung von ±5%. Nenn-Arbeitsfrequenz 22 kHz.

Die Schaltung liefert die gleiche Lichtausbeute wie herkömmliche niederfrequente Stabilisierungsschaltungen mit 85% oder weniger Leistungsverbrauch. Dies führt zu einem Anstieg des Wirkungsgrades von wenigstens 11% gegenüber herkömmlichen Stabilisierungsschaltungen. Die Einsparungen können 15% des Leistungsverbrauchs betragen. Auch können hohe Installationskosten eingespart werden, wenn die mit Niederspannung arbeitende Fernsteuereinrichtung verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung können Drähte der Stärke 22 ohne Leitung verwendet werden, während bei der herkömmlichen Schaltung in Leitungen für die Steuerleitung die Drahtstärke 14 verwendet wird.

Die Schaltungsanordnung hat sich in der Praxis bewährt; sie enthält einen Wechselrichter, der beträchtliche Energieeinsparungen bei vernünftigen Kosten ermöglicht. Weiter kann die Lampe eine höhere Lichtausbeute bei gleichem Leistungsverbrauch wie bei herkömmlichen niederfrequenten Stabilisierungsschaltungen erreichen.

Herkömmliche Entladungslampen werden mit einem Ende eines Rohrs an die Klemmen 1 und 2 und mit dem anderen Ende des Rohrs an die Klemmen 5 und 6 angeschlossen. Das eine Ende eines zweiten Rohrs wird mit dem einen Ende an die Klemmen 3 und 4 und mit dem anderen an die Klemmen 5 und 6 angeschlossen.

Die Klemmen S-S sind an die Schalteinrichtung angeschlossen, die einen herkömmlichen einpoligen Ein-Aus-Schalter zur Betätigung der Fem-Steuerschaltung enthalten kann. Die positive und negative Klemme auf der rechten Seite des schematischen Schaltbilds, die durch den Kondensator C3 miteinander verbunden sind, sind ferner mit den Klemmen einer 115-V-Gleichspannungsquelle verbunden. Es ist möglich, sämtliche Stabilisierungs- oder Speiseschaltungen eines Entladungslampen-Beleuchtungssystems in einem Gebäude aus einer einzigen 115-V-Gleichspannungsquelle zu speisen. Es ist ebenso möglich, je Speiseschaltung eine 120-V-Wechselspannungsquelle vorzusehen und einen herkömmlichen phasengesteuerten Halbleitergleichrichter, um die Wechsel- in Gleichspannung umzuwandeln und dann die Gleichspannung zu der positiven und negativen Klemme der Schaltung zu führen. Eine typische verwendbare Gleichrichterschaltung ist in der US-PS 3 769 545 gezeigt und beschrieben. Zur Erzeugung der erforderlichen Gleichspannung von 115 V kann eine beliebige herkömmliche Gleichrichterschaltung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb von Entladungslampen, mit einer Gleichstromquelle, die über einen Wechselrichter eine hochfrequente stabilisierte Lampenspeisespannung liefert, wobei der Wechselrichter aus einem Gegentakt-Oszillator mit Halbleiter-Schaltern besteht, deren Steuerung über eine sättigbare Induktivität erfolgt, die zwischen den Transistorbasen liegt und von einer Rückkopplungswicklung des Steuertransformators gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbare Induktivität aus einem Transformator (7*2) besteht, dessen Primärwicklung (137*) zwischen die Basen der Transistoren (Ql, Ql) geschaltet und dessen Sekundärwicklung (40 T) an eine Fernsteuereinrichtung (RC) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (RC) aus einem Kurzschließer besteht.