DE2642272A1

DE2642272A1 - Elektronische vorschaltanordnung fuer gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2642272A1
Application number: DE19762642272
Authority: DE
Inventors: Robert Louis Steigerwald
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1977-05-05
Also published as: JPS5254278A; DE2642272C2; FR2330243B1; JPS5732880B2; GB1550460A; US4042856A; FR2330243A1

Description

Elektronische VorschaItanOrdnung für Gasentladungslarapen

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Vorschaltanordnungen für Gasentladungen und insbesondere auf hochfrequente Zerhacker-Vorschaltanordnungen, ohne große magnetische und kapazitive Komponenten, wobei die erfindungsgemäßen Vorschaltanordnungen zusätzliche Energiespeicherschaltungen aufweisen, um die Lampenionisation während der Täler der Eingangswechselspannung aufrecht zu erhalten.

Die übdiche Quecksilberlampe verwendet ebenso wie andere Gasentladungslampen üblicherweise elektromagnetische Vorschaltanordnungen mit massigen niederfrequenten Wandlern und Drosseln und großen Kondensatoren zur Korrektur des Leistungsfaktors. Ein wünschens-

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werter hochfrequenter Zerhacker-Vorschaltkreis , der höchst wirksam ist bei geringem Volumen und geringem Gewicht in Verbindung mit einer guten Kombination von Eigenschaften, die ein elektronischer Vorschaltkreis haben sollte, ist in der US-PS 3 89Ο 537 beschrieben.

Dieser einphasige, hochfrequente,transistorierte Zerhacker-Vorschaltkreis arbeitet mit einer vernachlässigbar gefilterten vollgleichgerichteten Netzspannung und formt elektronisch den Netzstrom, indem sie den Laststrom formt, um einen hohen Leistungseingangsfaktor zu erhalten. Zusätzlich weist die Gleichstrom-Zerhackervorschaltanordnung eine gute Regelung und Wellenform des Anfangstromes auf, sie hat ein geringes akustisches und hochfrequentes Strörungsrauschen, eliminiert akustische Resonanzeffekte durch Wobbein der Zerhackerfrequenz und ist stabil über einem brauchbaren Temperaturbereich.

Die vorstehend beschriebene Vorschaltariordnung ist besonders geeignet für Quecksilberdampflampen, wobei ein Merkmal darin besteht, daß während der Täler der vollgleichgerichteten sinusförmigen Netzspannung ein minimaler Lampenstrom für gute RückzündungsCharakteristiken bei jedem Zyklus aufrechterhalten wird, so daß die Rück- bzw. Wiederzündung in der Nähe des Beginnes des Zyklus auftritt, wenn die Sinusspannung wieder ansteigt. Ohne Zweifel ist während der Spitzen der mit einer Frequenz von 60 bzw. 50 Hz schwingenden Welle genügend Spannung vorhanden, um die Lampe normal zu betreiben, aber wenn die gleichgerichtete Spannung gegen null abfällt, steht nicht genügend Spannung zur Verfügung, um die Lampe bei ihrer normalen Spannung und Strom in Betrieb zu halten. Wenn die Zeit während der Täler länger ist als die Entionisierungszeit der Lampe, kann die Lampe löschen oder es kann eine erhebliche Spannung erforderlich sein für die Wiederzündung beim anschließenden Anstieg der Spannungswelle. Bekanntlich kann die Entionisierung der Lampe eine komplizierte Funktion der Zeit sein, aber aus Gründen der Einfachheit wird hier der Begriff

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'•Entionisierungszeit" verwendet. Für die Quecksilberdampflampe ist die Entionisierungszeit genügend lang, damit die Lampe nicht löscht und eine Wiederzündung mit der oben beschriebenen Vorschalt anordnung bei einer relativ kleinen Spannung erhalten wird, wenn die Netzspannung wieder ansteigt. Andere Gasentladungslampen wie beispielsweise die Lucalox-Larnpe (Warenzeichen der General Electric Company) haben jedoch eine kürzere Entionisierungszeit als die Quecksilberdampflampe, und zwar ist die Zeit etwa 2-4 mal so kurz. Demzufolge sind andere Techniken erforderlich_s um zu verhindern, daß derartige Lampen während der Täler der sinusförmigen Erregerspannung löschen und eine relativ hohe Spannung erforderlich ist, um sie wieder zu starten.

Erfindungsgemaß enthält eine elektronische Zerhacker-Vorsehaltanordnung, die durch eine niederfrequente vollgleichgerichtete Netzspannung erregt wird und wünschenswerterweise ein Hochfrequenzfilter zwischen dem Gleichrichter und den Eingangsklemmen des Zerhackers aufweist, zusätzlich eine kapazitive Energie speichernde Hilfseinrichtung, um für eine verstärkte Spannung für die Zerhackerschaltung zu sorgen und Energie zuzuführen, um die Lampenionisierung während der eine kleine Spannung bildenden Talbereiche der vollgleichgerichteten Netzspannung aufrechtzuerhalten. Der kapazitive Energiespeicher enthält einen Hilfskondensator, der sich während der Spitzenbereiche der gleichgerichteten sinusförmigen oder pulsierenden Spannung auflädt, wenn die Spannung am Zerhackereingang genügend groß ist_s um die Lampenentladung zu unterhalten. Beim Abtasten einer vorbestimmten kleinen gleichgerichteten Spannung wird ein Transistor oder eine andere steuerbare Hilfsschaltervorrichtung in Reihe mit dem Hilfskondensator eingeschaltet, um eine verstärkte Zerhackereingangsr spannung oder Lastkreisspannung und Energie während der Talbereiche an die Lampe zu liefern. Vorzugsweise arbeitet der steuerbare Hauptschalter, der den Betrieb der Zerhackerschaltung steuert, in der Weise, daß er den Lampenstrom während der Talbereiche formt, bis die Spannung wieder genügend hoch ansteigt, um die Lampenleitfähigkeit wieder aufrechtzuerhalten.

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Bei einer Gruppe von Ausführungsbeispielen sind der Hilfskondensator und der steuerbare Hilfsschalter in Reihe über die Zerhacker-Eingangsklemmen geschaltet, und der Hilfskondensator wird über ein Diodenpaar auf den Spitzenwert der Netzwechselspannung aufgeladen. Alternativ oder zur Unterstützung der vorstehenden Schaltung wird der Hilfskondensator von der transienten Spannung aufgeladen, die aufgrund von Streuinduktivität von.einem Lasttransformator in einer Inverterlastschaltung erzeugt wird. In jedem Fall ist die Zerhacker- ;;irigangsspannung groß genug, damit der Zerhacker betrieben werden kann, um den geformten stetigen oder unstetigen Lampenstrom zu liefern. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind der Hilfskondensator und der steuerbare Schalter in Reihe über die Inverterlampensehaltung geschaltet, so daß.die erhöhte Lastspannung direkt während der Talbereiche geliefert wird. Um den Lampenstrom nach der Entladung des Hilfskondensators zu formen, können eine zusätzliche Diode und Steuermittel vorgesehen sein, um einen zweiten Zerhackerkreis zu bilden, der während der Talbereiche arbeitet. Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Vorschaltanordnung besonders für Lucalox-Lampen geeignet und erfordert keine großen niederfrequenten magnetischen und kapazitiven Komponenten.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockdiagrammform von einem Ausführungsbeispiei einer Hochfrequenz· Zerhacker-Vorschaltanordnung mit der hier beschriebenen kapazitiven Energiespeicher-Hilfsschaltung zur Lieferung einer verstärkten Spannung an den Zerhacker während der Täler der sinusförmigen E^ngangsspannung.

Figur 2 zeigt einen Teil eines Wellendiagramms von einem sinusförmigen Revererenzsignal mit Steuerbandgrenzen zum Steuern des Betriebes des Leistungstransistors des Zerhackers .

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Figur 3 zeigt Wellenformen der Netzspannung und des elektronisch geformten Netzstromes für einen hohen Eingangsleistungsfaktor.

Figuren 4a und 4b sind ideale Wellenformen der Zerhacker-Eingangsspannung, der Hilfskondensatorspannung, der gleichgerichteten Lampenspannung und des gleichgerichteten Stromes für die Vorschaltanordnung gemäß Figur 1„

Figuren 5a und 5b sind ähnliche Kurvenbilder wie die Figuren 4a und 4b für eine andere Betriebsart während der Täler der Eingangs spannung,, um den Kapazitätswert des Hilfskondensators zu reduzieren«

Figur 6 ist ein schematisches Schaltbild ähnlich i\^Tie Figur 1. und enthält eine Modifikation der kapazitiven Energiespeicher-HiIfsschaltung für eine Verwendung mit einem zwei Transistoren aufweisenden Inverter und einer durch einen Transformator gekoppelten Lampe„

Figur 7 stellt die Zerhacker-Vorschaltanordnung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der kapazitiven Energiespeicher-HiIfschaltung dar, wobei der Hilfskondensator von einem Inverter mit einer durch einen Transformator gekoppelten Lampe geladen wird.

Figur 8 stellt die Zerhacker-Vorschaltanordnung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der kapazitiven Energiespeicher-Hilfsschaltung dar_s in der die Energie direkt in den Lastkreis entladen wird, wobei in gestrichelten Linien eine weitere Anordnung vorgesehen ist, in der ein zweiter Zerhacker wirksam ist_s um den Lampenstrom zu formen.

Die einphasige Gleichstom-Zerhacker-Vorschaltanordnung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, weist zwei Eingangsklemmen 11 und 12

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auf, die für eine Speisung mit Wechselstrom von 277 Volt und 60 bsw. 50 Hz geeignet sind, obwohl auch andere Frequenzen und Spannungen einschließlich einer 200 Volt-Spannungsquelle verwendet werden können, was von der jeweiligen Applikation abhängt. Ein Dioden-Brückengleichrlchter 13 oder ein anderer Vollweg-Gleichrichter, der mit den Wechselstrom-Eingangsklemmen verbunden ist, erzeugt an seinen Ausgangsklemmen eine vollgleichgerichtete sinusförmige Netzspannung, die in bezug auf 60 bzw. 50 Hz. im wesentlichen ungefiltert der Zerhackerschaltung zugeführt wird. Wünschenswerterwelse Ist- ein Hochfrequenz filter, das durch eine Filterdrossel 16 und einen parallel liegenden Filterkondensator 17 gebildet wird, am Glelchrlchterausgang vorgesehen_s aber der Filterkondensator 17 hat einen relativ kleinen Kapazitätswert in der Größenordnung von 1 Mikrofarad für Gasentladungslampen von 250 - 400 Watt und er hat die Funktion,- einen Zweig für den hochfrequenter. Strom zu bilden, der von dem Zerhacker gefordert wird. Die Filterlndutlvltät 16 Ist eine kleine Hochfrequenzdrossel, die für eine Hochfrequenzfilterung sorgt, um ein Rauschen auf der ankommenden Wechselstromleitung zu verhindern, und sie kann diese Funktion in "verbindung mit einem zusätzlichen Hochfrequenzkondensator 18 an den Klngangskleimnen ausüben. Selbstverständlich können auch noch andere elektromagnetische Störfilteranordnungen verwendet werden.

In der Zerhackerschaltung sind ein Leistungstransistor 19 und eine Leistungsfrellaufdxode 20 zwischen den Zerhacker-Eingangsklemmen 21 und 15 In Reihe geschaltet, und eine Freilaufdrossel 22 und eine Inverter-Lastsehaltung 23 sind über der Freilaufdlode in Reihe geschaltet. Auch wenn die Erfindung im weiteren Sinre auf andere Typen von Gasentladungslampen mit einer negativen Widerstandscharakteristik anwendbar ist, ist die Last vorzugsweise eine Lucalox-Lampe 24, eine Vieldampf-Gasentladungslampe, die mit Wechselstrom betrieben sollte. Um einen Lampenerreger-Wechselstrom zu erhalten, Ist eine Vollweg-Transistorbrücke 25 vorgesehen, obwohl auch andere Inverteranordnungen verwendet werden können. Für Lampen, die mit Gleichstrom betrieben werden können, ist der Brückeninverter erforderlich. Bekanntlich versorgt der

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Gleichstrom/Gleichstrom-Zerhacker die Last rait einem Strom, dessen Größe von dem Verhältnis der leitenden und nicht-leitenden Intervalle des Leistungstransistors abhängt, und die Freilaufdiode 20 sorgt für einen Strompfad des Laststromes während"der nicht-leitenden Intervalle des Leistungstransistors. Die Größe des augenblicklichen Lampen- oder Laststromes wird durch einen kleinen Widerstand 26 in Reihe mit einer Preilaufdrossel 22 oder durch einen anderen geeigneten Stromsensor abgetastet.

Während der Spitzenbereiche der vollgleichgerichteten pulsierenden oder sinusförmigen Spannung, die durch den Gleichrichter und das Hochfrequenzfilter den Zerhacker-Eingangsklemmen 21 und 15 zugeführt wird, ist die direkt vom Netz entwickelte Spannung genügend hoch, um die Lampenleitfähigkeit und die Lampenentladung aufrechtzuerhalten. Bevor auf die beschriebenen Ausführungsbei*- spiele der Erfindung eingegangen wird, die sich auf eine kapazitive Energiespeicher-Hilfsschaltung beziehen, um der Zerhackerschaltung während der Talbereiche der Wechselnetzspannung eine verstärkte Spannung zu liefern und Energie zuzuführen, um die

während

Lampen—ionisierungYder Talbereiche aufrechtzuerhalten, soll zunächst der normale Betrieb der Zerhacker-Steuerschaltung während der Spitzenbereiche betrachtet werden. Bezüglich darüber hinausgehender Informationen und einem detailierten Schaltbild von einer Ausführung der Zerhackersteuerung wird auf die bereits erwähnte US-PS 3 890 537 verwiesen. Die Steuerschaltung arbeitet auf der Basis eines kontinuierlichen Vergleiches des abgetasteten Lampenstromes mit einem vorgewählten Referenzsignal, um dadurch die hochfrequente Umschaltgeschwindigkeit des Leistungstransistors 19 zu bestimmten und die gewünschte Lampenstromform zu erzeugen. Andere wünschenswerte Betriebscharakteristiken umfassen das Formen des Netzstromes durch Formen des "Lampenstromes, um einen hohen Eingangsleistungfaktor von mehr als 90 % zu erhalten, das automatische Wobbein der hochfrequenten Zerhackergeschwindigkeit, um akustistische Resonanzprobleme zu reduzieren, und eine gute Regelung bei einer gewählten Eingangsleistung. Unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der Zerhacker-

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steuerung darstellt, wird ein sinusförmiges Steuersignal in Phase mit der Wechselnetzspannung durch einen Abwärtstransformator 27 erhalten, der über die Leitungen geschaltet ist und einen Dioden-Brückengleichrichter 28 speist. Ein Steuerfunktionsgenerator 29 formt das gleichgerichtete Steuersignal gemäß einer oder mehreren gewählten Steuerfunktionen in Abhängigkeit von der Lastart und der gewünschten Steuerung, wobei er an seinem Ausgang das oben erwähnt Referenzsignal erzeugt. Pur einen hohen Leistungsfaktor und eine gute Regelung bei einem gewählten Leistungspegel ist das Bezugssignal ein abgeflachtes sinusförmiges Signal mit einem elektronisch variablen Gewinn. In einem Komparator 30 mit Hysteresis wird das Referenzsignal mit einem Sensorsignal verglichen, das ein Maß für die Spannung über dem Stromsensor 26 ist, die mit dem augenblicklichen Strom variiert, um dadurch ein Ausgangssignal zu erzeugen, das durch einen geeigneten Verstärker 31 verstärkt und als Basis-Treibersignal dem Leistungs.transistor 19 zugeführt wird, um dessen abwechselnde leitende und nicht-leitende Intervalle zu bestimmen. Mit dieser Anordnung (s. Figur 2) werden die Grenzen des Ausschlages bzw. der Auslenkung des welligen Lampenstromes bestimmt durch Steuerbandgrenzen an jeder Seite des Referenzsignales und durch Anpassung dessen Form, d. h. das Referenzsignal plus Hysteresis und das Referenzsignal minus Hysteresis. Die Zerhackerfrequenz des Leistungstransistors liegt vorzugsweise zwischen 10 und 40 kHz und variiert systematisch, um akustische Resonanzeffekte zu vermeiden. Eine geeignete Inverter-Steuerschaltung 32 arbeitet in üblicher Weise, um abwechselnd die diagonal gegenüberliegenden Paare der Lasttransistoren leitend zu' machen, um der Lampe 24 Wechselstrom zuzuführen. Die Umschaltung der Transistoren im Lastzweig kann mit der Umschaltung des Leistungstransistors 19 synchronisiert werden, wie es durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, aber dies ist nicht entscheidend für den richtigen Betrieb der Vorschalt anordnung. Der erzwungene geformte Lampenstrom hat weiterhin vorzugsweise eine Wellenform, diejeine richtige Wellenform des Netzstromes für einen hohen Eingangsleistangsfaktor zur Folge hat. Für eine Gasentladungslampe mit den Charakteristiken einer Last mit Gegen-EMK ist die gewünschte Welle des Netzstromes etwa

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so, wie sie in Figur 3 gezeigt ist. Der geformte Netzstrom I„ , hat einen erhöhten Wert aufgrund der Zündung der Lampe in der Nähe des Wellenbeginns, aber er ist in Phase mit der sinusförmigen Netzspannung und kann so beschrieben werden, daß er in dem Zwischenabschnitt der Halbwelle etwa konstant ist und am Ende der Halbwelle in den Talbereichen der Netzspannung abfällt. Obwohl der Leistungstransistor in Figur 1 so dargestellt ist, daß er der steuerbare Hauptschalter für die Zerhackerschaltung ist, kann auch ein an der Steuerelektrode abschaltbarer Thyristor verwendet werden, um den Zerhackerbetrieb zu steuern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zu der Zerhacker-Vorsehaltanordnung und Steuerung eine kapazitive Energiespeicher-Hilfsschaltung hinzugefügt zum Speichern von Energie während der Spitzenbereiche der gleichgerichteten Netζ-Wechselspannung und zum Entladen dieser gespeicherten Energie während der eine niedrige Spannung aufweisenden Talbereiche, um dadurch Energie zuzuführen, damit die Lampenionisation während der Talbereiche aufrechterhalten ist. Mit der zusätzlichen Hilfsschaltung, die eine verstärkte Zerhackereingangsspannung oder Lastzweigspannung zuführen kann, wird die Lampenentladung in einer Lucalox-Lampe mit einer kurzen Entionisierungszeit (in bezug auf die Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz) nahe dem Beginn der nächsten Halbwelle bei einem relativ niedrigen Spannungspegel wiedergewonnen. Bekanntlich ist die Lucalox-Lampe eine Vieldampflampe, die von der General Electric Company gefertigt und vertrieben wird. In ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhält die kapazitive Energiespeicher-Hilfssehaltung, die insgesamt mit 35 bezeichnet ist, ihre Energie aus der Netzwechselspannungsleitung und wird von einem kleinen Hilfskondensator 36 und einem Hilfstransistor 37 oder einem anderen steuerbaren Hilfsschalter gebildet, die zwi- ' sehen den Zerhackereingangsklemmen 21 und 15 miteinander in Reihe geschaltet sind. Eine kleine Reihendrossel 38 begrenzt transiente Ströme in den Filterkondensator 17, wenn der Hilfstransistor 37 eingeschaltet wird. Der Hilfskondensator 36 wird auf den Spitzenwert der Netzwechselspannung durch ein Paar abwechselnd leitender

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Dioden 39 bzw. 40 aufgeladen, die zwischen die Eingangsklemmen des Gleichrichters 13 und den Hilfskondensator geschaltet sind. Weiterhin sind Mittel vorgesehen zum Abtasten der gleichgerichteten sinusförmigen Spannung und um den Hilfstransistor für die Dauer des Talbereiches unterhalb einer vorgewählten kleinen Spannung leitend zu machen. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsteiler aus zwei Reihenwiderständen 41 und 42 direkt zwischen die Ausgangsklemmen 14 und 15 des Gleichrichters geschaltet, und das Spannungspegelsignal an ihrer Verbindungsstelle ist die eine Eingangsgröße in einen Hilfskomparator 43, dessen andere Eingangsgröße die Gleichspannung V ist, die den Schwellwert des Talbereiches darstellt. Der Schwellwert der abfallenden Wechselspannungswelle von 60 Hz ist so gewählt, daß keine wesentliche Ionisierung in dem Talbereich auftritt. Wenn die gleichgerichtete sinusförmige Spannung unter den Schwellwert abfällt, erzeugt der Komparator 43 ein Einschalt-Ausgangssignal für einen Hilfstransistor 37, der kontinuierlich gespeist wird, bis die ansteigende sinusförmige Spannung in der nächsten Halbwelle über den vori -stimmten kleinen Schwellwert der Spannung ansteigt. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die den Beginn des Talbereiches markierende Spannung abzutasten und die Dauer des Basistreibersignales zu timen, wobei ein monostabiler Multivibrator verwendet wird. Anstelle eines Transistors kann ein durch eine Steuerelektrode abschaltbarer Thyristor oder ein steuerbarer Siliziumgleichrichter in die Schaltung eingeführt werden.

Die Arbeitsweise der kapazitiven Energiespeicher-Hilfsschaltung insbesondere während der Talbereiehe, wird unter Bezugnahme auf die Spannungs- und Stromwellen in den Figuren 4a und 4b erläutert. Unter der Annahme, daß der Hilfstransistor 37 nicht leitend gemach^ worden ist, lädt sich der Hilfskondensator 36 über entweder die Diode 39 oder die Diode 40 auf den Spitsenwert der Netzwechselspannung auf, beispielsweise auf etwa 390 Volt für eine 277 Volt-Spannungsquelle. Wenn die sinusförmige Eingangsspannung des Zerhackers, die in ausgezogenen Liniaa dargestellt ist, abzufallen beginnt, bleibt die in gestrichtelten Liniendargestellte Hilfskondensatorspannung etwa auf dem Spitzenwert. Die Lampen-

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spannung, die hier als gleichgerichtet dargestellt ist, obwohl sie tatsächlich eine Wechselspannung ist, hat einen kleinen Spitzenwert bei der Rückisündung nahe dem Beginn der Halbwelle und beginnt nahe dem Ende der Halbwelle abzufallen, wenn die fallende Zerhacker-Eingangsspannung nicht genügend hoch ist, um die Lampenentladung aufrechtzuerhalten. An diesem Punkt oder ein klein wenig darüber hinaus fällt das dem Komparator 42 zugeführte Spannungssensor-Signal, das die augenblickliche gleichgerichtete sinusförmige Netzspannung darstellt, unter die vorbestimmte kleine Differenzspannung V ab, wodurch ein Ausgangssignal geliefert wird, um den Hilfstransistor 37 für die Dauer des willkürlich definierten Talbereiches einzuschalten. Die volle Spannung auf dem Hilfskondensator 36 wird somit an die Zerhacker-Eingangsklemmen angelegt, und die Zerhacker-Eingangsspannung steigt abrupt an und beginnt dann während des Talbereiches zu fallen, wenn sich der Hilfskondensator entlädt und Lampenstrom und Energie zuführt, um die Lampenionisation aufrechtzuerhalten. Der von dem Hilfskondensator 36 gezogene Strom ist in einer vorbestimmten Weise geformt, vorzugsweise um einen Lampenstrom mit einem vorbestimmten konstanten Wert während des Talbereiches zuzuführen, was durch eine richtige Steuerung des Leistungstransistors 19 des Zerhackers erfolgt. Für die Lampenstromform, wie sie in Figur 4b gezeigt ist, hat das Referenzsignal in der Zer-

w_ahrend hackersteuerschali ung eine abgeflachte SinusformVaer Berg- und Talbereiche, und unmittelbar vor und hinter den Talbereichen besteht, wie es durch die gestrichelten Linie angedeutet ist, ein konstanter Wert, der gleich dem vorbestimmten konstanten Lampenstrom ist, der zur Aufrechterhaltung der Ionisation erforderlich ist. Weiterhin besteht ein erhöhter Wert der Lampenspannung während der Talbereiche (s. Figur 4a). Es sei bemerkt, daß sowohl die Lampenspannung als auch der Lampenstrom in dem Talbereich tatsächlich eine gewellte Form hat aufgrund des normalen Betriebes der Zerhackerschaltung, da der Transistor ein und aus schaltet. Wenn die ansteigende gleichgerichtete sinusförmige Spannung den Referenzwert zu überschreiten beginnt^ schaltet der Hilfskomparator 43 auf ein kleines Ausgangssignal und der Hilfstransistor 37 schaltet ab, aber die Netzwechselspannung ist zu

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dieser Zeit hoch genug, um die Lampenentladung zu unterhalten, da der Zerhacker und die Lampe wieder ihre Hauptleistung aus der Netzleitung erhalten.

Um den Kapazitätswert des Hilfskondensators 36 möglichst klein zu halten, sollte der der Lampe zugeführte Strom während der Talbereiche so klein und so schmal wie möglich sein, wie es ein richtiger Lampenbetrieb zuläßt. Um die Größe des energiespeichernden Hilfskondensators weiter herabzusetzen, ist eine Betriebsart wünschenswert, in der der von dem Hilfskondensator gezogene Strom intermittierend unstetig ist, wie es in den Figuren 5a und 5b gezeigt ist. Während der Talbereiche betätigt die Zerhackersteuerschaltung den Leistungstransistor 19, um die unstetige Lampenstromform mit alternierenden PeriodenYrelativ hohen und relativ kleinen Strömen zu erzeugen. Das Referenzsignal hat die gleiche Wellenform wie der gleichgerichtete Lampenstrom in Figur 5b, wo zu Darstellungszwecken vier Stromspitzen während der Täler gezeigt sind. Die Hilfskondensator-Spannung geht in Stufen nach unten, wie es in Figur 5a gezeigt ist.

Figur 6 stellt eine Abwandlung des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispieles dar, wobei die Inverterschaltung einen Lasttransformator enthält und die kapazitive Energiespeicher-Hilfseinrichtung 35' durch zusätzliche Mittel gebildet wird, um den Hilfskondensator durch die transiente Spannung aufzuladen, die aufgrund von Streuinduktivität des Lasttransformators erzeugt wird. Die Inverterlastschaltung 23' weist ein Paar abwechselnd leitender Transistoren 46 auf, die zwischen je ein Ende der Hauptwicklung des Lasttransformators 45 und die negative Zerhackerklemme 15 geschaltet sind, wobei die Mittelanzapfung der Hauptwicklung direkt mit der Freilaufdrossel 22 verbunden ist. Da der Zerhacker im wesentlichen eine Stromquelle ist, werden beim Umschalten der Leistungstransistoren transiente Spannungen aufgrund der Streuinduktivität zwischen den zwe'i Hälften der Primärwicklung des Transformators erzeugt. Die an den Invertertransistoren während der Umschaltung auftretende Spannung wird durch ein Paar abwechselnd leitender Rückkopplungsdioden 47 und 48 festgehalten

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(verriegelt), die zwischen je ein Ende der Primärwicklung des Transformators und den Hilfskondensator 36 geschaltet sind. Somit wird der Hilfskondensator von der Netzwechselspannung aufgeladen wie zuvor, und eine zusätzliche Spannung aus dem Lasttransformator, die anderenfalls ungenutzt bliebe, wird zur Unterstützung der Aufladung zurückgeleitet. Eine andere in Figur 6 gezeigte Abwandlung besteht darin, daß die kleine Induktivität bzw. Drossel 38, die in dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Hilfstransistor 37 in Reihe geschaltet ist, um transiente Ströme in den Kochfrequenz-Filterkondensator 17 zu begrenzen, eliminiert ist, und deren Funktion wird durch eine Sperrdiode 49 übernommen, die mit der Hochfrequenz-Filterdrossel 16 und dem Kollektor des Leistungstransistors 19 in Reihe geschaltet ist. Nachdem der Hilfstransistor 37 während der Talbereiche leitend gemacht worden ist, um eine verstärkte Zerhackereingangsspannung zu liefern, trennt die Sperrdiode 49 die kleine Spannung auf dem Filterkondensator 17 von der hohen Spannung auf dem Hilfskondensator 36.

Figur 7 zeigt die hochfrequente Zerhacker-Vorschaltanordnung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der kapazitiven Energiespeicher-Hilfsschaltung, die wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele eine verstärkte Zerhacker-Eingangsspannung liefert, in der aber das einzige Mittel zum Aufladen des Hilfskondensators die Spannung verwendet, die aufgrund der Streuinduktivität des Lasttransformators erzeugt wird. Der Lasttransformator hat in diesem Fall eine ausreichende Streuinduktivität oder ist so aufgebaut, daß er eine ausreichende Streuinduktivität aufweist. In dem Zerhacker wird die Lastschaltung 23¹¹ durch einen transistorisierten Vollweg-Brückeninverter 25' mit einem Lasttransformator 45' zur Lieferung von Energie an die Lampe 24 gebildet. Wie zuvor sind der Hilfstransistor 30 und der Hilfskondensator 36 zwischen den Zerhacker-Eingangsklemmen 21 und 15 in Reihe geschaltet, aber die kapazitive Energiespeicher-Hilfsschaltung 35'' enthält zusätzlich vier Dioden 50, um Mittel zum Aufladen des Hilfskondensators zu bilden. Wie in Figur 7 dargestellt ist, sind zwei dieser Dioden zwischen jedes Ende der Hauptwicklung des Lasttransformators 45' und die negative Zer-

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hacker-Eingangsklemme 15 geschaltet, während die anderen zwei Dioden einen Strompfad bilden zwischen jedem Ende der Hauptwicklung und dem Hilfskondensator 36. Ein diagonal gegenüberliegendes Paar ist zu Beginn von jeder Inverter-Halbwelle in Vorwärtsrichtung vorgespannt, um einen Pfad für den in der Streuinduktivität des Transformators gespeicherten Strom zu bilden. Durch richtige Auswahl des Hilfskondensators 36 und der Streuinduktivität, wobei ein hochfrequenter Betrieb des Inverters angenommen sei-, kann die Spannung auf dem Hilfskondensator 36 bis zu 1000 Volt hinaufgepumt werden und trotzdem in dem Spannungsbereich relativ billiger Transistoren liegen. Diese hohe Spannung gestattet-, daß eine beträchtliche Energie in einer relativ kleinen Kapazität gespeichert wird. Die Dioden 50 müssen auch für die Spitzenspannung ausgelegt sein, auf diu der Hilfskondensator aufgeladen wird. Während der Talbereiche wird der Hilfskondensator entladen, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde, und der Zerhacker-Leistungstransistor 19 wird mit einer hochfrequenten Zerhackergeschwindigkeit betrieben, um die Wellenform des Lampenstromes zu steuern.

Figur 8 stellt die Gleichstromzerhacker-Vorschaltanordnung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der kapazitiven Knergiespeicher-Hilfsschaltung dar, die von der Netzwechelsspannung aufgeladen wird, die aber im Unterschied von den vorstehenden Ausführungsbeispielen die Energie direkt in die Inverterlastschaltung entlädt. Die auf dem Hilfskondensator gespeicherte Energie wird in einer ungesteuerten oder gesteuerten Weise entladen und liefert verstärkte Spannung an die Inverterlastschaltung und Energie, um die Lampenionisation während der Talbereiche aufrechtzuerhalten. Die grundlegende kapazitive Energiespeicher-Hilfsschaltung 51 ist in Figur 8 in ausgezogenen Linien dargestellt, und eine Abwandlung zum Formen des Stromes, der durch den Hilfskondensator 36 entladen wird, erfordert zusätzliche Komponenten, die in gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Grundlösung ist identisch mit der derjenigen in Figur 1, mit der Abweichung, daß die eine Reihenschaltung bildenden Hilfskondensator 36, Hilfstransistor 37 und kleine Drossel 38 über die Vollweg-Inverterlast-

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schaltung 23 geschaltet sind. Ein kleiner Hilfswiderstand 26' zur Stromabtastung ist für die Grundschaltung nicht erforderlich. Somit wird der Hilfskondensator 36 auf den Spitzenwert der Netzwechselspannung aufgeladen, und wenn die gleichgerichtete sinusförmige Spannung auf einen vorbestimmten niedrigen Spannungswert abfällt, erzeugt der Komparator 43 ein Ausgangssignal, das in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel direkt der Basis des Hilfstransistors 37 zugeführt wird und diesen durchschaltet, um die Spitzenspannung auf dem Hilfskondensator 36 an den Vollweg-Brückeninverter anzulegen. Wie bereits ausgeführt wurde, entlädt sich der Kondensator ungesteuert und demzufolge ist die Wellenform des Lampenstromes nicht gesteuert.

In dem Ausführungsbeispiel enthält für eine gesteuerte Kondensatorentladung die kapazitive Energiespeicher-Hilfsschaltung zusätzliche Komponenten, um als ein zweiter Zerhacker während der Talbereiche zu arbeiten. Aus diesem Grund ist eine zweite Preilaufdiode 52 über der kleinen Drossel 38 und der Inverterlastschaltung 23 vorgesehen. Diese zweite Zerhacker-Steuerschaltung weist einen weiteren Komparator 30' mit Hysteresis auf, dem als die eine Eingangsgröße ein Spannungssignal zugeführt wird, das ein Maß für den durch den Sens,orwiderstand 26' abgetasteten augenblicklichen Lampenstrom ist, während die andere Eingangsgröße ein konstantes Gleichstrom-Referenzsignal ist, das hier durch eine Batterie 53 dargestellt ist. Ein AND-Gatter 5^ an der Basis des Hilfstransistors 37 erfordert, daß sowohl ein Ausgangssignal vom Komparator 30' als auch ein Ausgangssignal vom Komparator 43 vorliegt, um ein Basistreibersignal zum Hilfstransistor 37 weiterzuleiten. Mit dieser Anordnung ist der Hilfstransistor 37 an einer Durchschaltung gehindert, bis die vorbestimmte kleine Spannung abgetastet wird, die den Beginn des eine kleine Spannung aufweisenden Talbereiches markiert. Während des Talbereiches wird der Hilfstransistor 37 mit einer hochfrequenten Zerhackergeschwindigkeit betrieben, um einen konstanten Strom bei einem vorbestimmten Stromwert an die Lampe 2k zu liefern, damit die Lampenionisation aufrechterhalten wird.

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Zusammenfassend ist zu sagen, daß die hochfrequente Zerhacker-Vorsehaltanordnung, wie sie hier beschrieben ist, keine großen niederfrequenten magnetischen und kapazitiven Komponenten erfordert und sie ist in der Lage, einen Vorschaltkreis für Lucalox- und andere Lampen zu bilden, die eine Hilfsenergie während der Talbereiche erfordert, um eine Lampenionisation aufrechtzuer* halten. Die Zerhacker-Vorschaltanordnung arbeitet mit einer geringfügig gefilterten gleichgerichteten Netzwechselspannung und kann die vielen wünschenswerten Vorteile gemäß der in der ÜS-PS 3 890 537 beschriebenen Anordnung aufweisen, einschließlich der Lampen- und Netzstromformung für einen hohen Eingangsleistungsfaktor, gute Regelung bei einem gewählten Leistungspegel, hoher Wirkungsgrad usw.

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Claims

Ansprüche

."Ti Festkörper-Vorschaltanordnung für Gasentladungslampen 'gekennzeichnet durch:

eine Vollweg-Gleichrichtereinrichtung (13) für eine Speisung durch eine niederfrequente Netzwechselspannung und zur Lieferung einer gleichgerichteten pulsierenden Spannung an zwei Zerhacker-Eingangsklemmen (21, 15),

eine Zerhackerschaltung mit einer steuerbaren Hauptschaltvorrichtung (19) zum Steuern ihres Betriebes und einer Lastschaltung (23) zur Lieferung von Lampenstrom an eine Gasentladungslampe (24), wobei die Zerhackerschaltung durch eine ausreichend hohe Spannung während der Spitzenbereiche der gleichgerichteten pulsierenden Spannung zur Aufrechterhaltung der Lampenentladung gespeist ist_s

eine kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung (35) zum Speichern von Energie während der Spitzenbereiche und zum Entladen der gespeicherten Energie während der eine niedrige Spannung aufweisenden TaIbereiehe der gleichgerichteten pulsierenden Spannung, so daß eine verstärkte Spannung der Zerhackerschaltung zuführbar und die Lampenionisation während der Talbereiche aufrechterhaltbar ist, und eine Steuereinrichtung (27 - 31) zum Betätigen der steuerbaren Hauptschaltvorrichtung (19) mit einer hochfrequenten Sehaltgeschwindigkeit zur Erzeugung einer vorgewählten Lampenstromform wenigstens während der Spitzenbereiche der gleichgerichteten pulsierenden Spannung.
2. Pestkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung (35) einen Hilfskondensator (36), der mit einer steuerbaren Hilfssehaltvorrichtung (37) zwischen den Zerhackerr-Eingangsklemmen (21, 15) in Reihe geschaltet ist zur Lieferung einer verstärkten Zerhacker-Eingangsspannung, Mittel (39, 40) zum Aufladen des Hilfskondensators (36) von der Netzwechselspannung und Mittel (4l - 43) umfaßt zum Abtasten der gleichgerichteten pulsierenden Spannung und zum

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ORIGINAL INSPECTED

Durchschalten der steuerbaren Hilfsschaltvorrichtung (37), wenn die gleichgerichtete pulsierende Spannung unter eine vorbestimmte kleine Spannung abfällt, wobei die Steuereinrichtung (27 - 31) weiterhin die steuerbare Hauptvorrichtung (19) betätigt zum Erzeugen einer vorgewählten Lampenstromform in den Talbereichen der gleichgerichteten pulsierenden Spannung.
3. Festkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, Jadurch gekennzeichnet, daß die Lastschaltung (23') einen Lasttra. sformator (45) umfaßt und die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung (35¹) zusätzliche Mittel aufweist zum Aufladen des Hilfskondensators (36) durch die transiente Spannung, die durch die Streuinduktivität des Lasttransformators (45) erze? gbar ist.
4. Pestkörper-Vorsehaltanordnung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom durch einen Inverter mit einem Lasttransformator gebildet ist und die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung einen Hilfskondensator, der mit einer steuerbaren Hilfsschaltvorrichtung zwischen den Zerhacker-Eingangsklemmen in Reihe geschaltet ist, Mittel zum Aufladen des Hilfskondensators durch die transiente Spannung, die durch die Streuinduktivität des Lasttransformators erzeugbar ist, und Mittel umfaßt zum Abtasten der gleichgerichteten pulsierenden Spannung und zum Durchsehalten der steuerbaren Hilfsschaltvorrichtung, wenn die gleichgerichtete pulsierende Spannung unter eine vorbestimmte kleine Spannung abfällt, wobei die Steuereinrichtung weiterhin die steuerbare HauptschaItvorrichtung betätigt zur Erzeugung einer vorbestimmten Wellenstromform in den Talbereichen der gleichgerichteten pulsierenden Spannung.
5. Festkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung (35) einen Hilfskonden-

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sator (36) umfaßt, der in Reihe mit einer steuerbaren Hilfssehaltvorrichtung (37) und einer Drossel (38) der Lastschaltung (23) parallelgeschaltet ist.
6. Festkörper-Vorsehaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung ferner eine Diode (52) aufweist, die der Drossel (38) und der Lastsehaltung (23) parallel geschaltet ist, so daß zusammen mit der steuerbaren Hilfsschaltvorrichtung eine zweite Zerhackerschaltung gebildet ist, wobei eine zweite Steuereinrichtung die steuerbare Hilfsschaltvorrichtung mit einer hochfrequenten Umschaltgeschvrindigkeit betätigt zur Erzeugung einer vorgewählten Lampenstromform während der eine·.kleine Spannung aufweisenden Talbereiche der gleichgerichteten pulsierenden Spannung.
7. Festkörper-Vorschaltanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichne net, daß eine Vollweg-Gleichrichtereinrichtung und ein Hochfrequenzfilter vorgesehen ist für eine Speisung durch eine niederfrequente Netzwechselspannung und zur Lieferung der gleichgerichteten sinusförmigen Spannung an zwei Zerhackereingangsklemmen, und daß die Zerhackersehaltung eine steuerbare Hauptsehaltvorrichtung und eine Inverterlastschaltung aufweist zur Lieferung von Lampenstrom an die Gasentladungslampe .
8. Festkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die steuerbare Hauptschaltvorrichtung während der Talbereiche der gleichgerichteten sinusförmigen Spannung betätigt zur Erzeugung einer intermittierend unstetigen Lampenstromform.
9. Festkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung ein Paar abwechselnd

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leitender Dioden aufweist, die auf entsprechende Weise zwischen die Eingangsklemmen der Vollweg-Gleichrichtereinrichtung und den Hilfskondensator geschaltet sind zum Aufladen des Hilfskondensators auf den Spitzenwert der Netzwechselspannung.
10. Pestkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterlastschaltung einen Lasttransformator mit induktiv gekoppelten primären und sekundären Wicklungen aufweist und die kapazitive Energiespeicher-Hilfsanordnung ferner wenigstens ein zusätzliches Diodenpaar aufweist, die auf entsprechende Weise zwischen jedes Ende der Primärwicklung und den Hilfskondensator geschaltet sind zum zusätzlichen Aufladen des Hilfskondensators durch die transiente Spannung, die durch die Streuinduktivität des Lasttransformators erzeugbar ist.
11. Festkörper-Vorschaltanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen jedes Ende der Primärwicklung und den Hilfskondensator geschalteten Dioden abwechselnd leitend sind.

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