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Vorschaltgerät für den Betrieb von GasentladungslamPen.
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Gasentladungen haben bei statisches Betrieb eine fallende Strom-Spannungs-Kennlinie,
weshalb zur Strombegrenzung eine Vorschalteinrichtung benötigt wird. ublicherweise
werden als Vorschalteinrichtung für Entladungslampen Drosselepulen benutzt. Diese
Drosselspulen haben ein nicht unerhebliches Gewicht und weisen ein erhebliches Volumen
auf.
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Für verschiedene Anwendungen wäre es wünschenswert, ein Gerät zur
Strombegrenzung in den verhältnismäßig kleinen Sockel von Entladungslampen einbauen
zu können. Die üblicherweise verwendeten Drossel spulen erlauben einen solchen Einbau
infolge ihres Gewichtes und ihres Volumens nicht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Vorschaltgerät
für Entladungslampen anzugeben, das vor allem im Gewicht und Volumen wesentlich
die Drosseln unterbietet und das sich gegebenenfalls auch in einen
Lampensockel
einbauen läßt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Strombegrenzung in der
Entladungslampe mittels eines periodischen Ein- und Ausschaltens des Stromes bewirkt
wird, wobei ein Halbleiterschalter verwendet wird, der mittels einer Steuer- oder
Regeleinrichtung betrieben wird.
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Ein derartiges Vorschaltgerät hat den Vorteil, leicht und billig zu
sein und außerdem verlustarm zu arbeiten.
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Ein Vorschaltgerät für Entladungslampen, das im Lampensockel untergebracht
werden k hat außerdem den Vorteil, daß sich hiermit auch birnen- oder kugelförmige
Entladungslampen in einfacher Weise realisieren lassen, wodurch die Einsatz- und
Absatzchancen von Eztladungslampen gesteigert werden.
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Es ist auch vorteilhaft, daß der Halbleiterschalter eine Betriebs
spannung von mindestens 350 V sowie einen Betriebsstrom (effektiv) von 0,3 A bis
1 A aufweist und mit Schaltfrequenzen im Bereich von 1 MHz oder darüber betrieben
werden kann.
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Halbleiterschalter mit den genannten Kenndaten lassen sich in einem
erfindungsgemäßen Vorschaltgerät vorteilhafter Weise auch zum Betrieb von handelsüblichen
Entladungslampen verwenden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung und an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild deserfindungsgemäßen Vorschaltgerätes,
Fig. 2 ein Spannungs-Diagra=m der gleichgerichteten Netzspannung, Fig. 3 ein schematisches
Strom-Zeit-Diagra des Ent-
ladungslampenstromes i, Fig. 4 ein Strom-Zeit-Diagramm
zweier Entladungslampenstromimpulse bei zwei Schaltimpulsen.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes.
Als Spannungsquelle dient das Netz mit 220 V Wechselspannung. Die Netzanschlüsse
1 und 2 werden huber Verbindungsleitungen 3 und 4 zunächst an einen Störschutz,
bezeichnet durch die'Baugruppe 5, angeschlossen. Dieser Störschutz kann z. B. aus
zwei Drosselspulen von Je ca. 1 mH bestehen, wobei die eine zwischen den Verbindungsleitungen
3 und 6 geschaltet ist, während die andere zwischen den Verbindungsleitungen 4 und
7 geschaltet ist, und aus einem Kondensator bestehen, der zwischen den Verbindungsleitungen
3 und 4 geschaltet ist und z. B. eine Kapazität von ca.
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10 nF aufweist. Aus dem Störschutz, bezeichnet durch die Baugruppe
5, führen Verbindungsleitungen 6 und 7 zu einer Gleichrichterbrücke, bezeichnet
durch die Baugruppe 8. Von dieser Gleichrichterbrücke wird der gleichgerichtete
Wechselstrom mittels der Verbindungsleitungen 9 und 10 dem Halbleiterschalter, bezeichnet
durch II, zugeführt. Dieser Halbleiterschalter wird vorzugsweise in einen integrierten
Schaltkreis eingebaut. Der Halbleiterschalter wird mittels Impulsen, bezeichnet
durch den Pfeil 16, die von der Steuer- oder Regeleinrichtung, bezeichnet durch
die Baugruppe 15, abgegeben werden, geschaltet. Im Falle einer Regeleinrichtung
wirken die durch die Halbleiterschaltertätigkeit hervorgerufenen Impulse, bezeichnet
durch den Pfeil 17, wiederum auf di Regeleinrichtung ein. Die vom Halbleiterschalter,
bezeichnet durch das Kästchen 11, erzeugten Stromimpulse (i) werden über die Verbindungsleitung
12 der Entladungslampe zugeführt und verlassen die Entladungslampe 14 über die Verbindungsleitung
13.
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Fig. 2 stellt ein Spannungs-Zeit-Diagramm der gleichgerichteten Netzspannung
dar, wie sie durch das Einschalten einer Gleichrichterbrücke 8 aus Fig. 1 aus der
sinusförmigen Netzspannung hervorgeht. Die ursprünglich negativen Sinus-Halbwellen
der Netzspannung sind an der Zeitachse (t) in den positiven Spannungsbereich gespiegelt,
so daß ein pulsierender Gleichstrom, bestehend aus den sinusformigen Halbwellen
21, 22, 23 entsteht.
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Auf der Zeitachse ist die Zeit t in ms aufgetragen, während auf der
Spannungsachse die Spannung in V aufgetragen ist. Die gerade Linie 24 in Fig. 2
deutet in etwa die Brennspannung der Entladungslampe an.
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Fig. 3 stellt ein Strom-Zeit-Diagra=m dar. Auf der Zeitachse ist die
Zeit t in ms aufgetragen, während senkrecht dazu der bei der Entladung fließende
Strom aufgetragen ist. Die Einhüllende der zeitlichen Stromterläufe 26, 27, 28 zeigt
auf, daß ein Entladungsstrom in der Entladungslampe nur solange fließt, so lange
die anliegende Spannung entsprechend der Fig. 2 größer als die Brennspannung der
Röhre ist. Sinkt die Spannung unter die Brennspannung ab, so ist der Stromfluß in
der Röhre so lange unterbrochen bis die nächstfolgende Sinus-Halbwelle entsprechend
Fig. 2 einen Wert erlangt, der oberhalb der Brennspannung liegt. Das Ab- und Anschalten
der Entladungslampe innerhalb der Zeiträume 29 bzw. 30 nach Fig. 3 wird vom Auge
nicht wahrgenommen, da die Frequenz der aufeinanderfolgenden Perioden entsprechend
hoch ist. Die kastenförmig und schraffiert angedeuteten Stromverläufe 26,27,28 weisen
darauf hin, daß kein zeitlich konstanter Stromverlauf sorliegt.Der Strom wird nämlich
durch die Tätigkeit des Halbleiterschalters 11 der Fig. 1 in'eine Vielzahl von Einzelimpulsen
unterteilt, wodurch sich eine Strombegrenzung, angedeutet durch den Spitzenstrom
'n Höhe der Linie 31, in der Entladungslampe erzielen läßt. Da die Strichbreite
im Maß-
stab der Fig. 3 bereits um ein Vielfaches größer ist als
die Breite der tatsächlichen Stromimpulse, wie sie durch den Halbleiterschalter
11 der Fig. 1 bewirkt werden, soll mit der Schraffur der Stromverläufe 26, 27, 28
lediglich das Vorhandensein vieler Einzelimpulse angedeutet werden.
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In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf zweier Stromimpulse aufgetragen,
wie sie durch den Halbleiterschalter 11 der Fig. 1 erzeugt werden. Mit t wird wiederum
die Zeit, mit i wiederum die Stromstärke bezeichnet. Nach Einschalten des Halbleiterschalters
steigt der Strom gemäß der üblichen Stromkennlinie in Entladungslampen bis zu einem
Spitzenstrom, dargestellt durch die Linie 34, an. Bei Erreichen des Spitzenstromwertes
schaltet der Halbleiterschalter 11 in Fig. 1 den Strom ab, weshalb der Strom in
der Entladungslampe rasch absinkt.
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Nach einer Strompause 35 folgt ein dem beschriebenen Stromimpuls 32
folgender Stromimpuls 33. Die Frequenz der Stromimpulse liegt im Bereich von 1 MHz.
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Mittels der Stromimpulse 32, 33 aus Fig. 4, die von einem Halbleiterschalter
11 der Fig. 1 erzeugt werden, kann der Stromfluß in der Entladungslampe 14 aus Fig.
1 begrenzt werden, ohne daß weitere strombegrenzende Maßnahmen, wie etwa der Einbau
von Drosselspulen, erfolgen müssen. Durch eine Variation der Dauer der Stromimpulse
32 und 33 nach Fig. 4 kann der Spitzenstrom in der Entladungslampe 14 variiert werden
und somit den Erfordernissen der verschiedenen Entladungslampen angepaßt werden.
Eine Regelung der Dauer der Stromimpulse eriolgt über die Steuer- oder Regeleinrichtung
15 aus Fig. 1. Mittels eines Helligkeitsensors 17, der auf die Regeleinrichtung
einwirkt, kann eine automatische Regelung des Spitzenstromes in der Entladungslampe
bewirkt werden.
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Das ZUnden der Entladungslampe kann entweder mittels einer eigens
vorgesehenen Startvorrichtung, z. B durch Heizen der Elektroden in der Entladungslampe
erfolgen oder aber dadurch erfolgen, daß an die Entladungslampe zunächst eine höhere
Spannung als die Brennspannung der Lampe angelegt wird.
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Der in der Baugruppe 5 der Fig. 1 vorgesehene Störschutz verhindert
vor allem eine Rückwirkung der vom Halbleiterschalter 11 erzeugten Hochfrequenz
zum Netz hin. Die im erfindungsgemäßen Vorschaltgerät erzeugte Hochfrequenz verursacht
dadurch keine Störungen in anderen an das Netz angeschlossenen Geräten.
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Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät kann als Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen
Jeder Art benutzt werden.
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2 Patentansprüche 4 Figuren
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