DE2818242C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Stromversorgungsschal­ tung zum Betrieb einer Gasentladungslampe, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 21 35 062 ist eine Schal­ tungsanordnung bekannt, bei der eine Leuchtstofflampe in der üblichen Weise über einen Netzschalter und eine Drossel zur Strombegrenzung an eine Netzspannung ange­ schaltet werden kann. Zusätzlich liegt an der Leucht­ stofflampe ein Wechselrichter, dessen Pufferbatterie ständig aus dem Netz nachgeladen wird. Der Wechselrich­ ter hat zwei Aufgaben und dient einerseits dazu, nach dem Einschalten des Netzschalters die Leuchtstofflampe mittels der von ihm abgegebenen hohen Spannung zu zünden und der andererseits beim Ausfall des Netzes die Leuchtstofflampe aus der Pufferbatterie mit elektrischer Energie versorgt.

Damit der Wechselrichter diese Funktionen erfüllen kann, ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die den Wechsel­ richter in Gang setzt. Die Steuerschaltung enthält da­ zu einen Steuereingang, der mit der Netzwechselspan­ nung verbunden ist, um beim Absinken der Netzspannung unter einen festgelegten Grenzwert den Wechselrichter einzuschalten. Die Einschaltung des Wechselrichters zum Zünden bei Netzbetrieb wird über einen Stromfühler gesteuert, der an die Steuerschaltung angeschlossen ist und in dem Stromzweig liegt der über den Netzschal­ ter und die Drossel zu der Leuchtstofflampe führt. Al­ lerdings ist das Fehlen eines Stromes in diesem Strom­ pfad mehrdeutig, denn es kann sowohl bedeuten, daß der Netzschalter ausgeschaltet ist als auch daß der Netz­ schalter eingeschaltet ist, aber die Lampe noch nicht brennt. Nur im letzteren Fall darf der Wechselrichter eingeschaltet werden, weshalb ein zusätzlicher Span­ nungssensor erforderlich ist, um die Spannung hinter dem Netzschalter zu überwachen. Die Steuerschaltung erfordert zusätzliche logische Verknüpfungen, um die erhaltenen Signale so miteinander zu verknüpfen, daß der Wechselrichter nur gemäß den obigen Bedingungen in Gang gesetzt wird.

Außerdem ist das von dem Stromfühler abgegebene Signal ein Wechselsignal, das gleichgerichtet und gesiebt werden muß, um daraus ein geeignetes Steuer­ signal für die Steuerschaltung zu erzeugen. Insgesamt ist deswegen ein nennenswerter Bauteileaufwand not­ wendig.

Die DE-OS 25 56 734 zeigt ebenfalls eine Stromversor­ gungsschaltung, um eine Leuchtstofflampe im Notfall mittels eines Wechselrichters an einer Batterie zu be­ treiben, die normalerweise vom Netz gepuffert ist. Erst beim Ausfall des Netzes wird der Wechselrichter eingeschaltet, um die Leuchtstofflampe zu betreiben.

Im Normalfall wird die Leuchtstofflampe über ein Vor­ schaltgerät am Netz betrieben.

Der Wechselrichter enthält eine integrierte Schaltung, in der im wesentlichen sämtliche zur Steuerung des Wechselrichters notwendigen Halbleiter zusammenge­ faßt sind. Insbesondere enthält sie zwei mit einer Schalthysterese versehene Komparatoren, um sowohl die Netzwechselspannung als auch die Spannung der gepuf­ ferten Batterie zu überwachen und sie enthält ferner die Treiberstufe für zwei im Gegentakt arbeitende Leistungstransistoren, die kollektorseitig mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind. An der Sekundärseite des Transformators ist über Kondensatoren die Leuchtstofflampe angeschlossen. Dadurch wird sekundärseitig ein Resonanzkreis ge­ bildet. Mit der Schwingfrequenz dieses Resonanzkrei­ ses ist die Steuerung der Leistungstransistoren synchronisiert, um die Umschaltverluste möglichst geringzuhalten. Außerdem liegt in den Kollektor­ leitungen der beiden Leistungstransistoren ein Stromfühler, mit dessen Hilfe das Steuersignal an der Basis der beiden Leistungstransistoren so einge­ regelt wird, daß die Transistoren gerade eben in der Sättigung betrieben werden. Hierdurch wird eine un­ nötige Steuerleistung zum Ansteuern der Leistungs­ transistoren vermieden.

Eine Zündung der Leuchtstofflampe im Normalbetrieb am Netz mit Hilfe des Wechselrichters ist nicht vor­ gesehen. Der Wechselrichter und seine Steuerschaltung haben keine äußere Beschaltung, durch die beim Ein­ schalten der Netzspannung für die Leuchtstofflampe der Wechselrichter kurzfristig in Betrieb gesetzt wer­ den könnte.

Die DE-OS 21 24 844 zeigt einen aus Halbleiterelementen aufgebauten Starter für am Netz über ein Vorschaltge­ rät betriebene Leuchtstofflampe. Der Starter enthält eine zu der Leuchtstofflampe parallelliegende Serien­ schaltung aus einer Vierschichtdiode sowie einer Gleich­ richterdiode und hat die Aufgabe, nach dem Einschalten der Netzspannung einen Heizstrom in beiden Lampenwendeln der Leuchtstofflampe zu erzeugen, da in diesem Zustand die Spannung an den Wendeln der Lampe größer ist als die Durchbruchspannung der Vierschichtdiode. Wenn dagegen die Lampe zündet, sinkt die Lampe an der Leuchtstoff­ lampe unter den Haltestrom der Vierschichtdiode, die daraufhin in den Sperrzustand zurückkehrt und den Heiz­ strom abschaltet.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Schaltung derart zu verbessern, daß der das Ein- bzw. Ausschalten des Wechselrichters be­ wirkende Schaltungsteil vereinfacht wird und einen stabilen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Stromver­ sorgungsschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Ausführungs­ beispiel der Stromversorgungsschaltung gezeigt.

In der Zeichnung ist eine Stromversorgungsschaltung gezeigt, um eine Gasentladungslampe 12 an einer Wechsel­ spannungsquelle 1, 2 oder im Falle von deren Ausfall an einer Gleichspannungshilfsquelle zu betreiben. Hier­ zu ist ein mit einer Gleichspannungsquelle, 12 beispiels­ weise einer Batterie 14 verbundener Wechselrichter 10 vorgesehen, um die Gasentladungslampe 12, beispielsweise eine Leuchtstofflampe, im Notbetrieb zu starten, wobei der Wechselrichter 10 der Lampe 12 Wechselstrom mit einer Frequenz zuführt, die wesentlich höher als die Netzfrequenz ist. Weiterhin ist eine Drossel 16 vorge­ sehen, um über zwei Eingangsanschlüsse 1 und 2 eine Verbindung mit einem Wechselspannungsnetz, beispiels­ weise 220 V-Netz, herzustellen und die Lampe 12 während normaler Bedingungen mit Netzfrequenz, beispielsweise 50 Hz zu betreiben, d. h. wenn die Netzspannung über einem ersten festgelegten Wert liegt. Notzustände werden hier so definiert, daß sie bei einem Abfall der Netzspannung unter einen zweiten festgelegten Wert vorliegen.

Der Wechselrichter 10 arbeitet im Resonanzbetrieb und enthält ein Paar Transistoren Q _A und Q _B , die in einem verlustarmen Schaltbetrieb verwendet werden können. Um die Transistoren Q _A , Q _B in dem verlustarmen Schalt­ betrieb zu verwenden, ist eine Drossel L ₁ als Puffer­ induktivität vorgesehen, die in Serie mit der Batterie 14 geschaltet ist. Ein erster Transformator T 1 dient zur Kopplung des Wechselrichters 10 mit der Lampe 12 und befindet sich in einem Resonanzkreis mit Kapazi­ täten C 101 und C 102, um die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 10 einzustellen und eine sinusförmige Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Induktivität L ₁ ist an einem Punkt 22 mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung P des Transformators T 1 elektrisch verbunden. Es sind Mittel zum Steuern des Wechselrich­ ters 10 vorgesehen, die in dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel eine integrierte Steuerschaltung 20 mit zehn Anschlüssen sind. Die Steuerschaltung 20 enthält Mit­ tel zur Basisansteuerung der Schalttransistoren Q _A und Q _B , um sie umzuschalten, wenn die Kollektorspan­ nung null ist, d. h. wenn die Momentanspannung an dem Kondensator C 101 null ist. Da sich die Primärspannung an dem Transformator T 1 mit der Grundfrequenz ändert, ändert sich die Spannung am Punkt 22 und demzufolge die Spannung an der Induktivität L ₁ mit der doppelten Grundfrequenz. Der Strom durch die Induktivität L ₁ ist ein Gleichstrom mit der zweiten Harmonischen als Komponente. Dieser Strom fließt abwechselnd durch die zwei Transistoren Q _A und Q _B . Auch wenn die Transistoren erforderlich sind, um den Kollektorstrom zu schalten, erfolgt dies im wesentlichen bei der Kollektorspannung null mit einem daraus resultierenden niedrigen Leistungs­ verbrauch.

Weiterhin sind ein Rückkopplungssignal an die Steue­ rung 20 liefernde Mittel vorgesehen, die ein Umschalten der entsprechenden Transistoren Q _A und Q _B im Gleich­ takt mit der Resonanzgrundfrequenz des Wechselrichters 10 bewirken und in Gestalt einer Hilfswicklung S 2 ausgeführt sind, die magnetisch mit der Primärwicklung P des ersten Transformators T 1 gekoppelt ist. Somit folgt die Steuerschaltung 20 und insbesondere eine darin enthaltene Nulldurchgangs-Detektorschaltung der Resonanzfrequenz des ersten Transformators T 1 und stellt sicher, daß die Transistorumschaltung er­ folgt, wenn die Spannung an dem Kondensator C 101 null ist.

Ein höherer Wirkungsgrad des Wechselrichters 10 kann dadurch erzielt werden, daß der Basisstrom der entspre­ chenden Transistoren proportional zu deren Kollektor­ strom gemacht wird. Zu diesem Zweck ist eine Anordnung vorgesehen, die einen Rückkopplungsstrom an die Steue­ schaltung 20 liefert, um einen dem Transistorkollektor­ strom proportionalen Basisstrom zu bewirken, wobei diese Anordnung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Form eines Rückkopplungstransformators T 2 hat. Der Transformator T 2 weist eine Rückkopplungswicklung D auf, die magnetisch mit den entsprechenden Kollektoren der Transistoren Q _A und Q _B über zwei Wicklungen A bzw. B gekoppelt ist. Somit kann die durch die Steuerschal­ tung 20 verbrauchte Leistung auf dasjenige zum Starten und Steuern der Schwingung des Wechselrichters bzw. Wandlers 10 erforderliche Maß vermindert werden.

Es ist ein Transformator T 3 mit hoher Streureaktanz vorgesehen, um den Wechselrichter 10 mit einer Netz­ spannungsquelle von 220 V und 50 Hz zu verbinden. Eine Schaltungsanordnung überwacht die Netzwechselspannung und koppelt die Sekundärwicklung S des eine hohe Streu­ reaktanz aufweisenden Transformators T 3 mit einer nichtlinearen Last während einer Halbwelle der Netz­ spannung, um der Batterie 14 Ladestrom zuzuführen. Der Halbwellenladestrom wird der nichtlinearen Last 1 in Gestalt der Batterie 14, über eine Diode D 101 zugeführt und ist in der Größe durch die Streurreaktanz des Transformators T 3 begrenzt. Aufgrund dieser Transformatorreaktanz ist die sinusförmige Spannung an den Anschlüssen der Wicklung S auf die Batteriespan­ nung begrenzt, wenn die Diode D 101 leitet. Während der anderen Halbwelle leitet die Diode D 103 einen Halbwellenstrom durch eine Anzeigelampe 24 und den zwei Anschlüsse aufweisenden Batteriestecker 26. Die Batterie muß angeschlossen sein und die Wechselspan­ nung von 220 V zur Verfügung stehen, um die Lampe 24 zu speisen, die das Laden der Batterie 14 anzeigt. Die Verwendung lediglich einer Halbwelle senkt die Scheinnennleistung des Transformators T 3. Zur Über­ wachung der Netzspannung ist ein Schaltkreis vorge­ sehen, um die Sekundärwicklung S des Transformators T 3 mit einer linearen Last jeweils während der anderen Halbwelle zu koppeln. Zu diesem Zweck wird während dieser Halbwelle, in der die Batterie 14 nicht geladen wird, der Kondensator C 104 über die Diode D 102 geladen. Die resultierende Gleichspannung ist mit dem Anschluß 7 der Steuerschaltung 20 über eine lineare Last verbunden, die einen Spannungsteilerwiderstand R 104 und R 105 umfaßt. Die Gleichspannung an dem An­ schluß 7 ist proportional zu dem Durchschnittswert der 50 Hz Speisespannung und wird nicht durch die vorstehend beschriebene Klemmwirkung der Batterie beeinflußt. Eine Z-Diode D 120 ist in der gezeigten Weise in den Stromkreis zwischen die Diode D 102 und den Kondensator C 104 geschaltet, um zu verhindern, daß die Batterie­ spannung aus der Batterie 14 den Wechselrichter 10 ge­ sperrt hält. Weiterhin ist auf dem Transformator T 3 eine Heizwicklung H vorgesehen, um die Glühwendel 27 der Lampe 12 zu heizen, um dadurch das Starten der Lampe zu unterstützen.

Die Steuerschaltung 20 enthält Mittel zum Einschalten des Wechselrichters 10, wenn die Netzwechselspannung un­ ter dem zweiten vorgegebenen Wert ist, und zum Ab­ schalten des Wechselrichters 10, wenn die Netzwechselspan­ nung oberhalb des ersten vorgegebenen Wertes ist. Zu diesem Zweck enthält die Steuerschaltung 20 einen ersten Schaltkreis zum Messen der Netzspannung und einen zweiten Schaltkreis, um die Gleichspannung der Batterie zu messen. Ferner enthält sie Logikmittel, um die Ausgangssignale der beiden Schaltkreise zu ver­ knüpfen, um den Wechselrichter 10 anzusteuern, wenn die Batteriespannung unter einem vorgegebenen Wert oder die Netzspannung über dem ersten vorbestimmten Wert liegt.

Es wird nun die Arbeitsweise der den Wechselrichter 10 enthaltenden Schaltungsanordnung bei Notzuständen er­ läutert. Unter der Annahme, daß der Wechselrichter 10 eingeschaltet ist, liefert die Steuerschaltung 20 ein kleines Basisstromsignal an einen der Transistoren Q _A und Q _B . Unter der weiteren Annahme, daß dieser Basis­ strom dem Transistor Q _A zugeführt ist, schaltet dieser Transistor Q _A durch und es beginnt ein Strom durch die Induktivität L ₁, die Mittelanzapfung der Primärwicklung P des Transformators T 1 und von dort durch die Primär­ wicklung P und durch die Wicklung A des Rückkopplungs­ transformators T 2 zum Transistor Q _A und von dort zurück zur Batterie 14 zu fließen. Der ursprünglich an den Transistor Q _A gelieferte Basisstrom wird durch einen Strom aus der Wicklung D des Rückkopplungstransformators T 2 zur Steuerschaltung 2 verstärkt, um aus deren An­ schluß 1 in die Basis des Transistors Q _A zu fließen. Dieser Basisstrom ist proportional zum Kollektorstrom des Transistors Q _A und ist ausreichend gewählt, um den Transistor in der Sättigung zu halten.

Bei einem bestimmten Magnetfluß kommt der Rückkopp­ lungstransformator T 2 steil in die Sättigung, wodurch plötzlich der Ausgangsstrom seiner Wicklung D gesenkt wird, wodurch wiederum der Basisstrom zum Transformator Q _A sinkt. Ein plötzlicher Anstieg in der Kollektoremitter­ spannung des Transistors A senkt scharf die Stroman­ stiegsgeschwindigkeit in diesem Gleichstromkreis. Diese schnelle Änderung des Kollektorstromes kehrt die Pola­ rität der Wicklung S ₂ des Transformators T 1 und somit die Polarität der Spannung an den Anschlüssen 3 und 4 der Steuerschaltung 20 um. Diese Polaritätsumkehr signa­ lisiert der Steuerschaltung, den Basisstrom vom Transistor Q _A auf den Transistor Q _B umzuschalten.

Die Steuerschaltung 20 liefert nun einen kleinen Basis­ strom über den Anschluß 9 an die Basis des Transistors Q _B und verbindet gleichzeitig die Basis des Transistors Q _A mit dessen Emitter, um den Ausschaltvorgang des Transistors Q _A zu beschleunigen. Der Transistor Q _B beginnt infolge dieses kleinen Basisstromsignales von der Steuerschaltung zu leiten und es fließt ein Strom durch die Wicklung B des Rückkopplungstransformators T 2, um in dessen Wicklung D einen Strom zu induzieren, der der Steuerschaltung 20 zugeführt wird. Die Steuerschal­ tung 20 liefert nun diesen Strom als Basisstrom aus dem Anschluß 9 zur Basis des Transistors Q _B ; somit ist der Basisstrom des Transistors Q _B proportional zu des­ sen Kollektorstrom, so daß der Transistor in Sättigung gehalten wird.

Die Wicklung P des Transformators T 1 hat eine gewisse Streureaktanz und bildet zusammen mit dem Kondensator C 101 ein schwingendes System. Dieses schwingende System geht durch die nächste Halbwelle und drückt den durch die Wicklung B des Rückkopplungstransforma­ tors T 2 fließenden Strom auf null, und somit wird auch der Basisstrom des Transistors Q _B gesenkt. Wenn die Spannung an der Wicklung P des Transformators T 1 und dadurch die Spannung an der Wicklung S ₂ dieses Transformators null erreicht, wird dieser Zustand der Steuerschaltung 20 signalisiert, die wiederum den Basisstrom von dem Transistor Q _B auf den Transistor Q _A umschaltet und die Basisemitterstrecke des Transistors Q _B kurzschließt, um den Ausschaltvorgang des Transistors Q _B zu beschleunigen. Die Schaltungsanordnung ist dann in der Lage, die nächste Halbwelle zu durchlaufen, wo­ bei dann der Transistor Q _B leitend ist.

Wenn die Umschaltung ohne den geringsten Zeitbedarf bzw. ohne Zeitverzögerung durchgeführt werden könnte, würde die vorstehend beschriebene Arbeitsweise der Schaltungsanordnung völlig verlustfrei sein. Normaler­ weise wird jedoch die Umschaltung in Zeiträumen von weniger als einer Mikrosekunde durchgeführt, und der Stromfluß aus der Batterie 14 befindet sich im wesent­ lichen auf einem konstanten Pegel mit einer kleinen Welligkeit. Die Welligkeit wird durch die Induktivität L ₁ bestimmt und addiert sich zu oder subtrahiert sich von der Batteriespannung, die an die Anzapfung der Primär­ wicklung P des Transformators T 1 angelegt wird. Es ist diese Induktivität L ₁, die die Spannung am Punkt 22 in der Weise einstellt, daß die Transistoren bei einer Kollektorspannung von null umgeschaltet wer­ den können. Solange diese Induktivität L ₁ einen einen kritischen Wert überschreitenden Wert hat, arbeitet dieses Schaltungsanordnung in der beschriebenen Weise. Für den Fall, daß beide Transistoren Q _A und Q _B sper­ ren, zwingt die Stromänderungsgeschwindigkeit in der Induktivität L ₁ die daran anliegende Spannung auf einen Wert, bei dem die Z-Diode D 104 zu leiten beginnt, um die an die Schaltungsanordnung angelegte Spannung zu begrenzen. Diese begrenzende Wirkung senkt den Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung schnell und somit ist dieser Betriebszustand zu vermeiden. Eine derartige Begrenzungswirkung kann momentan während des Startens auftreten oder wenn der Wechselrichter 10 gesperrt wird. Unter diesen Umständen stellt sie einen zulässigen Betriebszustand dar.

Die den Verbraucher für den Wechselrichter 10 darstellen­ de Lampe 12 ist mit einer Wicklung S ₁ des Transforma­ tors T 1 verbunden. Für Leuchtstofflampen zur Notbe­ leuchtung wird die Vorschaltlast durch Kondensatoren C 102 gebildet, die den Laststrom durch die Lampe 12 bestimmen. Diese Kapazität in Verbindung mit dem Konden­ sator C 101 und die Induktivität der Primärwicklung P des Transformators T 1 bestimmen die Betriebsfrequenz des Systems (die Induktivität der Wicklung P und die Kapazität des Kondensators C 101 bestimmen die Schwing­ frequenz, wenn die Wicklung S ₁ unbelastet ist). Es wird eine Serienschaltung aus zwei Kondensatoren verwendet, um die Spannung an einem Kondensator zu senken, um so­ mit die Betriebssicherheit des Gesamtsystems zu erhöhen. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters 10 ist hoch genug für 40 W Blitzstartlampen und 65 W Schnellstart­ lampen unter schlechten Betriebsbedingungen.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, wird das Laden der Batterie 14 aus der Wicklung S des 50 Hz Transfor­ mators T 3 bewirkt. Dies ist die gleiche Wicklung, die der Anzeigelampe 24 den Strom liefert. Der Strom fließt vom Ende der Wicklung S zu dem Pluspol der Batterie 14 und von dort über die Diode D 101 und zum Anfang der Wicklung S. In der anderen Halbwelle fließt der Strom von dem Anfang der Wicklung S über die Diode D 103 zur Lampe 24 und von dort zu dem Stecker 26 und weiter zum Ende der Wicklung S des Transformators T 3. Wenn die Batterie nicht angeschlossen ist, wird die Anzeige­ lampe 24 nicht gespeist, was zeigt, daß das System gewartet werden muß. Auch wenn die Anzeigelampe 24 oder ihre zugehörige Schaltungsanordnung defekt werden (Leerlauf oder Kurzschluß), ist zwar der Hauptlade­ kreis für die Batterie nicht unterbrochen, aber die Lampe leuchtet nicht wieder auf und zeigt deshalb an, daß das System untersucht werden muß; das System bleibt jedoch in Betrieb. Für den Fall, daß die Batterie 14 nicht in den Stromkreis geschaltet ist und die Netz­ spannung außerordentlich hoch ist, besteht die Mög­ lichkeit, daß diese Spannung direkt an den Anschlüssen 3 und 10 der Steuerschaltung 20 anliegen würde. Eine derartig hohe Spannung könnte die integrierte Schaltung zerstören; aus den Strombegrenzungscharakteristiken der Wicklung S Nutzen ziehend, leitet die Z-Diode D 104, um so die Spannungsspitzen an der Induktivität L ₁ zu be­ grenzen und dadurch die integrierte Schaltung der Steuerschaltung 20 zu schützen. Dies bedeutet, daß die Z-Diode D 104 so bemessen sein muß, daß sie die zu erwartende Energie vernichten kann.

Die Wicklung S des Transformators T 3 liefert auch ein Einweg-gleichgerichtetes Signal über die Diode D 102 und eine Z-Diode D 120 zum Filterkondensator C 104 und der Spannungsteilerschaltung R 104 und R 105, um somit ein Signal an den Anschluß 7 der Steuerschaltung 20 an­ zulegen. Wen diese Einweg-gleichgerichtete Spannung bzw. pulsierende Spannung bei abnehmender Netzspannung ab­ nimmt, erreicht sie schließlich einen Punkt, wo die Steuerschaltung 20 zu arbeiten beginnt; dies ist der Wechselrichtereinschaltpunkt. Aufgrund der Natur des Einweg-gleichgerichteten Signales und dem Differenzier­ glied in der integrierten Schaltung der Steuerschaltung 20 arbeitet die integrierte Steuerschaltung mit einer Hysterese. Somit ist der "Ausschalt"-Punkt des Wechsel­ richters 10, wie er durch die Netzwechselspannung gesteuert ist, höher als der "Einschalt"-Punkt des Wechselrichters 10. Durch Einstellen des Verhältnisses der Widerstände R 104 und R 105 kann entweder der Einschalt- oder der Ausschaltpunkt des Wechselrichters 10 über einen relativ weiten Bereich gesteuert werden; jedoch können nicht sowohl der Einschaltpunkt als auch der Ausschaltpunkt des Wechselrichters wegen der relativ festen Werte dieser "eingebauten" Hysterese getrennt eingestellt werden. An die Anschlüsse 3 und 10 der Steuerschaltung 20 ist die Batterie-Gleichspannung oder die Transformatorwicklungs-Ladespannung angelegt. Diese gleiche Spannung ist über den Spannungsteiler R 102 und R 103 an den Anschluß 5 der Steuerschaltung 20 angelegt. Wenn die Spannung am Anschluß 5 unter einen Wert ab­ fällt, der durch den Aufbau der integrierten Schaltung (IC) bestimmt ist, stoppt die Steuerschaltung 20 die Zu­ fuhr von Steuersignalen zu den Transistoren Q _A und Q _B und schaltet somit den Wechselrichter 10 ab. Diese Span­ nung ist normalerweise auf etwa die Hälfte der Batterie- Nennspannung eingestellt, aber sie kann durch das Ver­ hältnis der Widerstände R 102 und R 103 eingestellt wer­ den. Ein Teil der Hysterese ist durch die Art und Weise bedingt, wie diese Steuerfunktion in der IC-Steuerschal­ tung realisiert ist. Diese Hysterese sorgt für eine Sichere Ein/Ausschaltung des Wechselrichters 10. Nach­ dem der Wechselrichter abgeschaltet hat, steigt die Spannung an, wodurch der Wechselrichter wieder einge­ schaltet wird. Dies sorgt für ein wiederholtes Blitzen der Fluoreszenzlampe, was wiederum anzeigt, daß die Batterie entladen ist.

Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß, falls die Batterie nicht angeschlossen ist, die Spannung an den Anschlüssen 3 und 10 der Steuerschaltung 20 bis zu einem Punkt ansteigt, der gleich dem Scheitelwert der in der Wicklung S des 50 Hz Transformators T 3 erzeugten Wechselspannung ist. Diese Spannung könnte für die integrierte Schaltung zu hoch sein und deshalb schaltet, wenn die Spannung über den Anschlüssen 3 und 10 der Steuerschaltung 20 etwa 30 V überschreitet, ein interner Regler in der Steuerschaltung 20 die Funktion dieser Steuerschaltung ab, um die Spannungs­ belastung für einige Bauteile in dieser integrierten Schaltung auf ein Minimum zu reduzieren. Somit blockiert das Anlegen einer zu hohen Spannung an den Wechsel­ richter 10 dessen Betrieb. Dies erhöht die Betriebs­ sicherheit des Systems, da es die elektrische Belastung besser in der integrierten Schaltung verteilt. Da die während des Betriebes an den Transistoren Q _A und Q _B auftretende Spannung die doppelte Speisespannung der Gleichstrombatterie ist, wird die Spannung durch Abschal­ ten dieser Transistoren bei ungewöhnlich hohen Span­ nungswerten einfach auf die Batteriespannung gesenkt, wodurch die Wahrscheinlichkeit sinkt, daß die Transistoren Q _A und Q _B unter diesen sehr ungewöhnlichen Bedingungen ausfallen. Wenn die Spannung der Batterie 14 über die Durchbruchspannung der Z-Diode D 104 ansteigt, beginnt die Z-Diode D 104 zu leiten und es wird durch die Impe­ danz der Wicklung S des Transformators T 3 eine Span­ nungsregelung erreicht. Die an die Schaltungsanordnung angelegte Spannung wird somit auch unter sehr ungünsti­ gen Überspannungsbedingungen auf einen sicheren Wert begrenzt. Falls die Spannung weiter ansteigt, weil eine falsche Spannung an der Primärwicklung P des Trans­ formators T 3 anliegt, und wenn sich keine Batterie in dem Stromkreis befindet, besteht der wahrscheinlichste Fehlerfall der Z-Diode D 104 darin, zu leiten, und dies schließt dann die Gleichstromspeisespannung für den Wechselrichter kurz.

Es wird nun die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung im Normalbetrieb (wie eingangs definiert) erörtert, d. h. wenn die Netzspannung oberhalb des ersten Wertes liegt. Unter der Annahme, daß die Netzspannung bereits an den Eingangsklemmen 1 und 2 anliegt, wird durch Schließen eines Schalters 28 die Netzspannung über die Drossel 16 an die Lampe 12 angelegt. Da kein Start­ knopf oder Lampenstarter zum Starten der Lampe 12 vor­ gesehen ist, sind Mittel zum Übersteuern der Wechsel­ richtersteuerung für die Einschaltung des Wechselrich­ ters vorgesehen, um die Lampe 12 im Normalbetrieb zu starten, und zum Abschalten des Wechselrichters 10, nachdem die Lampe aus der Netzwechselspannung betrie­ ben wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um­ fassen diese Mittel eine die Lampenspannung überwachen­ de Anordnung mit einem im Durchbruchsbereich arbeiten­ den Halbleiter, wie beispielsweise einer Zenerdiode D 122, die in Reihe mit zwei Dioden D 124 und D 126 und einem Widerstand R 107 der Lampe 12 parallelge­ schaltet ist. Eine Leuchtkode D 130 ist ebenfalls mit diesem Zweig in Reihe geschaltet, und ein Kondensator C 107 ist der Dioden-Reihenschaltung parallelgeschaltet. Das Anlegen der Netzspannung an die Lampe 12 bewirkt, daß die Z-Diode D 122 leitend wird, wodurch die Leucht­ diode (LED) D 130 eingeschaltet wird. Die von der Diode D 130 emittierten Photonen bewirken, daß ein Fototransistor Q _P leitend wird, wodurch die Entladung des in der Netzspannungsüberwachung liegenden Konden­ sators C 104 über einen Strombegrenzungswiderstand R 108 möglich ist, was die integrierte Steuerschaltung 20 als eine Senkung der Netzspannung am Anschluß 7 erkennt.

Der Wechselrichter 10 wird deshalb eingeschaltet, wo­ durch ein Starten der Lampe 12 herbeigeführt wird. Nach dem Starten der Lampe hört, wenn die Lampenspan­ nung auf den normalen Betriebswert abfällt, die Z- Diode D 122 auf zu leiten, wodurch die Leuchtdiode D 130 und der Fototransistor Q _P abgeschaltet werden. Es sind Verzögerungsmittel vorgesehen, damit der Wechselrichter 10 für eine vorbestimmte Zeit arbeitet, nachdem die Lampenspannung einen normalen Betriebs- bzw. Dauer­ wert erreicht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen diese Verzögerungsmittel ein RC-Zeitglied mit einem Widerstand R 109 und einem Kondensator C 104, das eine Zeitverzögerung von vorgegebener Dauer liefert. Der Kondensator C 104 lädt sich dann allmählich über einen Ladewiderstand R 109 auf und nach einer kurzen Ver­ zögerung wird am Anschluß 7 der Steuerschaltung 20 eine geeignete Spannung ermittelt und der Wechselrichter 10 ausgeschaltet. Die Wahl des Wertes des Widerstandes R 109 in Verbindung mit dem Kondensator C 104 kann variiert werden, um eine längere oder kürzere Ladungs­ zeit für den Kondensator zu bewirken. Somit kann die Dauer der Zeitverzögerung vor dem Ausschalten des Wech­ selrichters eingestellt werden, um die angemessene Vor­ wärmung der Lampe für eine lange Lebensdauer sicherzu­ stellen. Es sei bemerkt, daß die Leuchtdiode D 130 und der Fototransistor Q _P einen Optokoppler bilden, der vorteilhafterweise in der Form einer integrierten Schal­ tung ausgebildet sein kann.

Somit wird deutlich, daß die Lampe 12 durch Öffnen und Schließen des Schalters 28 ein- und ausgeschaltet wer­ den kann, ohne daß der Wechselrichter 10, außer zum Starten der Lampe, aktiviert wird. Der Wechselrichter 10 dient deshalb zum Starten der Lampe während normaler Bedingungen und beim Ausfall der Netzwechselspannung auch zum Starten und Betreiben der Lampe während Not­ situationen.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Anordnung kann ein Lampensockel als ein Sicherheitslampenhalter dienen. Wie gezeigt, sind Mittel in der Schaltungsanordnung zum Verbinden der Lampe 12 vorgesehen, die ein erstes Paar Anschlüsse 32, 32′ und ein zweites Paar Anschlüsse 34, 34′ umfassen. Der Anschluß 32′ ist über den Eingangs­ anschluß 2 mit Erde verbunden. Wenn die Lampe 12 aus dem Stromkreis herausgenommen wird, ist der die Lampen­ spannung überwachende Schaltkreis mit der Z-Diode D 122 im Leerlauf, da deren Erdverbindung über den Anschluß 32 und den Lampenglühfaden 30 unterbrochen ist. Infolgedessen schaltet sich während normaler Bedingungen (wenn die Netzwechselspannung oberhalb eines vorgegebenen Wertes ist), der Wechselrichter 10 nicht ein. Wenn, als weiteres Beispiel, nur das Glühfa­ denende 27 der Lampe 12 aus dem Stromkreis herausge­ nommen ist, kommt eine Person, die mit den mit dem Glühfaden 27 verbundenen Lampenstiften in Berührung kommt, effektiv nur mit Erde in Kontakt, da der Glüh­ faden 30 geerdet ist; es tritt also kein elektrischer Schlag auf. Wenn nur das Glühfadenende 30 der Lampe 12 aus dem Stromkreis herausgenommen ist, arbeitet der Wechselrichter nicht, und eine die mit dem Glühfaden 30 verbundene , berührende Person erhält keinen elektrischen Schlag, da die Lampe ohne Starthilfe aus dem Wechselrichter nicht ionisiert. Sollte die Lampe 12 im Notbetrieb teilweise aus dem Stromkreis genommen werden (wenn der Inverter 10 in Betrieb ist), wird eine mit den Lampenstiften, die mit dem Glühfaden 30 verbunden sind, in Kontakt kommende Person vor einem starken elektrischen Schlag aufgrund der Tatsache ge­ schützt, daß die Wicklung S 1 des Transformators T 1 eine sehr kleine Kapazität gegen Erde hat, wodurch der Stromfluß begrenzt wird. Diese verkleinerte Kapazität gegen Erde ist vorwiegend dadurch erreicht worden, daß die Wicklung physikalisch klein und elektrisch so weit wie möglich von dem Außengehäuse und anderen Wicklungen entkoppelt ist.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann die Steuerschaltung 20 als eine einzige monolithische integrierte Schaltung gefertigt sein. In dieser Form ist die Verwendung von Hilfsstromquellen besonders praktikabel.

Claims (13)

1. Stromversorgungsschaltung zum Betrieb einer Gas­ entladungslampe,
- mit einer an eine Netzspannungsquelle (1, 2) angeschlossenen Induktivität (16) zum Betrieb der Gasentladungslampe (12) bei Netzfrequenz im Normalbehriebszustand, wenn die Netzspannung ober­ halb eines ersten vorgegebenen Wertes liegt,
- mit einem an eine Gleichspannungsquelle (14) ange­ schlossenen Wechselrichter (10) zum Starten der Lampe (12) im Normalbetrieb und zum Starten und Be­ treiben der Lampe (12) im Notbetrieb, wenn die Netz­ spannung unterhalb eines zweiten vorgegebenen Wertes liegt, wobei der Wechselrichter (10) Wechselspannungsenergie mit einer Frequenz einspeist, die wesentlich höher als die Netzfrequenz ist,
- mit zur Steuerung des Wechselrichters (10) vorge­ sehenen Mitteln (20), die eine Meßeinrichtung enthal­ ten, die in Abhängigkeit von einem auf die Netzspan­ nung bezogenen Signal arbeitet, und
- mit den Wechselrichter (10) zum, Starten der Lampe (12) im normalen Betriebszustand einschaltenden Übersteuerungsmitteln, die den Wechselrichter (10) beim Betrieb der Lampe aus dem Netz abschal­ ten, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Meßeinrichtung den Wechselrichter (10) bei unter dem zweiten vorgegebenem Wert liegender Netzspannung ein- und bei über dem ersten vor­ gegebenem Wert liegender Netzspannung ausschaltet, wobei der erste vorgegebene Wert höher ist als der zweite vorgegebene Wert, und
- daß die Übersteuerungsmittel eine Überwachungs­ schaltung (R 107, D 126, D 124, D 122) zum Überwachen der Spannung an der Lampe (12) sowie Schaltmittel (D 130, C 104, R 108, 90) aufweisen, die den Wechsel­ richter (10) in Gang setzen, wenn die Spannung an der Lampe (12) oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt und den Wechselrichter (10) ausschalten, sobald die Lampe mit einer Spannung brennt, die einen zweiten darunter liegenden Wert aufweist.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Sensor (T 3, D 102, D 120, R 108, R 105, R 104) aufweist, der mit der Netzspannungsquelle (1, 2) verbunden ist und ein von der Netzspannung abhängiges Signal liefert.

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (R 107, D 126, D 122, D 124, D 130) wenigstens eine mit einem als Schaltmittel dienenden Optokoppler (D 130) in Serie liegende Z-Diode (D 122) aufweist, der ausgangs­ seitig mit dem Sensor (T 3, D 102, D 120, R 108, R 105, R 104) verbunden ist und bei leitender Z-Diode (D 122) das Signal des Sensors (T 3, T 102; D 120, R 108, R 105, R 104) im Sinne einer unter dem ersten Wert liegenden Netzspannung verändert.

4. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Zeitglied (R 109, R 104) vor­ handen ist, das den Wechselrichter (10) für eine Zeit eingeschaltet hält, bis nach dem Zünden der Lampe (12) der normale Brennbetrieb erreicht ist.

5. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zeitglied ein RC-Glied (R 109, R 104) ist, das mit dem Sensor (T 3, D 102, D 120, R 108, R 105, R 104) verbunden ist und sein Signal im Sinne einer unter dem ersten Wert liegenden Netz­ spannung verändert hält, bis der normale Brennbetrieb der Lampe (12) erreicht ist.

6. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen weiteren Sensor (R 102, R 103) zum Überwachen der Spannung der Gleichspan­ nungsquelle (14) aufweist, der an die Meßeinrichtung angeschlossen ist, um unabhängig von dem Signal des ersten Sensors (T 3, D 102, D 120, R 108, R 105, R 104) den Wechselrichter (10) abzuschalten, wenn die Span­ nung der Gleichspannungsquelle (14) unter einem fest­ gelegten Wert liegt.

7. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lampe (12) zwei Anschlußpaare (32, 32′, 34, 34′) aufweist, von denen der eine An­ schluß (32′) des einen Paares (32, 32′) mit Erde und der andere Anschluß (32) dieses Paares (32, 32′) mit einem Ende der Überwachungsschaltung (R 107, D 126, D 124, D 122) verbunden ist, und daß das andere Ende der Überwachungsschaltung (R 107, D 126, D 124, D 122) über das andere Anschlußpaar (34, 34′) mit dem Wechselrichter (10) verbunden ist, damit bei entfernter Lampe (12) die Überwachungsschaltung (R 107, D 126, D 124, D 122) spannungslos ist.

8. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wechselrichter (10) im Resonanz­ betrieb arbeitet und zwei im Schalterbetrieb wirksame Transistoren (Q _A und Q _B ) aufweist.

9. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wechselrichter (10) einen Span­ nungssensor (S₂) aufweist, der ein Rückkopplungssignal liefert, um die Transistoren (Q _A , Q _B ) entsprechend der Resonanz des Wechselrichters (10) umzuschalten.

10. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wechselrichter (10) einen Strom­ sensor (T 2) aufweist, um ein dem Kollektorstrom der Transistoren (Q _A , Q _B ) proportionales Basissteuersignal für die Transistoren zu liefern.

11. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stromsensor (T 2) transformato­ risch mit den beiden Kollektoren der beiden Transisto­ ren (Q _A , Q _B ) gekoppelt ist.

12. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wechselrichter (10) einen Transformator (T 1) enthält, an dessen Ausgang die Lampe (12) angeschlossen ist und daß der Transforma­ tor (T 1) eine Primärwicklung (P) mit Mittelanzapfung aufweist, die über eine Drossel (L₁) an die Gleich­ spannungsquelle (14) angeschlossen ist und an der ein Steuersignal für den Wechselrichter (10) abge­ griffen wird.

13. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 10 und 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannungssensor (S₂) eine Hilfswicklung auf dem Transformator (T 1) ist.