DE2934942A1

DE2934942A1 - Schaltungsanordnung zum zuenden und betrieb einer gasentladungsroehre

Info

Publication number: DE2934942A1
Application number: DE19792934942
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Manfred 8150 Holzkirchen Karzmarzyk; Ing.(grad.) Augustin 8021 Taufkirchen Slowioczek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1981-04-02

Description

Schaltungsanordnung zum Zünden und 3etrieb einer
Gasentladungsröhre Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Gasentladungsröhre ohne eigene Zündelektrode.
Gasentladungsröhren müssen gezündet werden, damit sich zwischen ihren Elektroden eine Gasentladung ausbilden kann. Falls diese Zündung nicht über eine eigene Zündelektrode erfolgt, sondern über die Elektroden, an denen bei gezündeter Gasentladungsröhre eine verhältnismäßig geringe Brennspannung, d.h. eigentliche Betriebsspannung, zum Aufrechterhalten der Gasentladung steht, dann bedarf es einer Zündspannung, die um ein Vielfaches höher ist als die Betriebsspannung. Nach erfolgter Zündung muß diese hohe Zündspannung abgeschaltet werden.
Es besteht nun die Möglichkeit, die hohe Zündspannung über einen eigenen Generator zu erzeugen, der nach der Zündung abgeschaltet wird. Falls dieser Generator beispielsweise aus einer Spannungsvervielfacherschaltung besteht, könnte ein solches Abschalten durch geeignete Wahl der einzelnen Elemente geschehen, wo nach erfolgter Zündung ein oder mehrere Teile der Spannungsvervielfacherschaltung außer Betrieb gesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsversorgung fUr eine Gasentladungsröhre anzugeben, bei der mit minimalem Bauteileaufwand Zündspannung und Brennspannung geliefert werden und bei der die Zündspannung nach erfolgter Zündung automatisch abgeschaltet wird. Ein zusätzliches Zündhilfsgerät soll nicht erforderlich sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale vorgeschlagen, wie sie im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführt sind.
Dabei ist ein Schaltnetzteil mit Sperrschwinger nach dem Merkmal a) an sich bekannt und beispielsweise in der Zeitschrift "ELEKTRONIK" 1978, Heft 4, S. 102-107 beschrieben.
Bis zur Zündung arbeitet die verwendete Sperrschwingerschaltung im Leerlauf. Dadurch wird die sich am Schalttransistor jeweils beim Abschalten bildende hohe RUckschlagspannung voll auf die Sekundärseite übertragen und ungedämpft an die Gasentladungsröhre gelegt. Nach erfolgter Zündung wird der Transformator des Sperrschwingers durch den durch die Gasentladungsröhre fließenden Strom belastet, so daß die vorher hohe Spannung automatisch zusammenbricht bis auf die Höhe der nunmehr benötigten Brennspannung.
Durch eine äußere Beschaltung des Schalttransistors läßt sich die Höhe der Zündspannung näher bestimmen.
Zu diesem Zweck werden nach einer vorteilhaften Weiterbildung die im Kennzeichen des Anspruchs 2 aufgeführten Merkmale vorgeschlagen. Diese Beschaltung hat außerdem den Vorteil, daß die Verlustleistung des Shalttransistors gering gehalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Gasentladungsstrom über eine Impulsbreitenregelung der Steuerimpulse für den Schalttransistor geregelt. Zu diesem Zweck werden die im Kennzeichen des Anspruchs 3 aufgeführten Merkmale vorgeschlagen.
Bei dieser Lösung mit oder ohne Beschaltung des Schalttransistors ist die Leerlaufspitzenspannung durch die Güte des Transformators bei der vom Impuls generator vorgeschriebenen Betriebsfrequenz bzw. noch von der Beschaltung abhängig. Will man noch höhere Zündspannungen erzeugen, läßt man den Transformator bei seiner Eigenresonanz oder in deren Nähe arbeiten. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zu diesem Zweck die Merkmale vorgeschlagen, die im Kennzeichen des Anspruchs 4 aufgeführt sind.
Im Leerlauf ist der ohmsche Meßwiderstand zu vernachlässigen, und die Impulsgeneratorfrequenz ist praktisch nur von der Parallelschaltung aus dem ohmschen Widerstand des RC-Glieds und aus dem weiteren ohmschen Widerstand abnängig, abgesehen vom Kondensator des RC-Glieds. Nach der Zündung bestimmt jedoch die vom Gasentladungsstrom am ohmschen Meßwiderstand erzeugte Spannung die Frequenz des Impulsgenerators mit, dh.
sie wird automatisch erheblich hinaufgesetzt.
Zwar liegt die Eigenresonanzfrequenz des Transformators eines Sperrschwingers möglicherweise im Hörbereich und führt deshalb zu akustischen Störungen.
Sie wird Jedoch nur für den kurzen Zündvcrgang verwendet und wird für den Gasentladungsbetrieb durch die außerhalb des Hörbereichs liegende Betriebsfrequenz ersetzt. Die Amplitude der Leerlaufspitzenspannung als Zündspannung kann durch geeigneten Abstand der Zündfrequenz zur Eigenresonanzfrequenz bestimmt werden. Dies erfolgt durch geeignete Dimensionierung des weiteren ohmschen Widerstands.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung findet insbesondere in einem Netzgerät für einen Gaslaser ihre Anwendung.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch eine Schaltungsanordnung mit konstanter Frequenz, Fig. 2 schematisch eine Schaltungsanordnung mit automatischer Frequenzumschaltung.
In Fig. 1 ist eine Gasentladungsröhre mit 1 bezeichnet, die insbesondere aus einem Gaslaser besteht. Sie liegt mit ihren Elektroden an einem Kondensator 2, dabei eine der Elektroden über einen ohmschen Meßwiderstand 3.
Parallel zum Kondensator 3 liegt die Sekundärwicklung 5 eines Transformators 6. Dessen Primärwicklung 7 liegt einerseits an einer Klemme 8 für eine Versorgungsgleichspannung und führt andererseits über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 9 zu einem Bezugspotential. Parallel zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 9 liegt die Reihenschaltung aus einem Kondensator 10 und aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes 11 mit einer Diode 12. Mit der Basis des Schalttransistors 9 verbunden ist der Ausgang eines impulsbreitengeregelten Impulsgenerators 13. Dieser besitzt außerdem einen Steuereingang, dem die am ohmschen Meßwiderstand 3 abgegriffene Spannung zugeführt wird.
Diese Schaltungsanordnung zeigt, mit wie wenig Aufwand Zündspannung und Betriebsspannung für eine Gasentladungsröhre bewerkstelligt werden kann. Der benötigte Sperrschwinger ist üblicher Art und von dem Impulsgenerator 13 mit konstanter Frequenz getriggert. Im Leerlauf, d,h. bei ungezündeter Gasentladungsröhr 1, steht am Kondensator 2 die sehr hohe Leerlaufspannung, die als Zündspannung dient. Nach erfolgter Zündung geht die von der Sekundärwicklung 5 gelieferte Spannung unter der Last des Gasentladungsstroms automatisch auf die um ein Vielfaches geringere Betriebsspannung herunter.
Der ohmsche Meßwiderstand 3 dient zu einer stromabhängigen Impulsbreitenregelung über das Tastverhältnis der vom Impulsgenerator 13 an den Schalttransistor 9 gelieferten Steuerimpulse. Der Entladungsstrom kann dadurch konstant gehalten werden. Im stromlosen Zustand sorgte der ohmsche Meßwlderstand 3 über die Regelung für eine maximale Energieeinspeiche rung in den Transformator 6. Die Beschaltung des Schalt- transistors 9 mit dem Kondensator 10, ohmschem Widerstand 11 und Diode 12 bewirkt eine Verringerung der Verlustleistung im Schalttransistor 9.
Die Fig. 2 enthält wie die Fig. 1 eine Gasentladungsröhre 1, ihre Anschaltung über einen ohmschen Meßwiderstand 3 an den Ausgang eines Sperrschwingers mit Kondensator 2, Diode 4, Sekundärwicklung 5 und Primärwicklung 7 eines Transformators 6, so wie Klemme 8 für Versorgungsspannung und Schalttransistor 9. Dabei ist hier der Schalttransistor 9 nicht weiter beschaltet.
Sein Emitter liegt auf Bezugspotential. Seine Basis liegt am Ausgang eines RC-Generators 14. Der RC-Generator 14 besitzt als frequenzbestimmendes Glied einen Kondensator 15 und einen ohmschen Widerstand R1, beide als Außenbeschaltung gezeichnet und einseitig auf Bezugspotential gelegt. Die andere Seite des ohmschen Widerstandes R1 führt über einen weiteren ohmschen Widerstand R2 zu einem Steuereingang des RC-Generators 14, mit dem auch die gemeinsame Klemme des ohmschen Meßwiderstandes 3 und des Kondensators 2 verbunden ist. Die andere Klemme des ohmschen Meßwiderstandes 3 ist auf Bezugspotential gelegt.
Die vom RC-Generator 14 gelieferte Impulsfrequenz ist eine Funktion der Kapazität C des Kondensators 15 und eines frequenzbestimmenden Widerstands RG nach der Beziehung: Vor dem Zünden der Gaslaserröhre 1 ist der ohmsche Meßwiderstand 3 stromlos und trägt praktisch nichts zur Frequenzbestimmung bei. Für diesen Fall gilt: d.h. einfache Parallelschaltung der ohmschen Widerstände R1 und R2 für die Frequenzbestimmung. Die Impulsfrequenz ist dann in der Größenordnung der Eigenresonanzfrequenz des Transformators 6, beispielsweise 15 kHz.
Die Zündspannung ist dahn 7 bis 8 kV.
Nach dem Zünden ist der ohmsche Meßwiderstand 3 vom Entladungsstrom durchflossen. An um steht dadurch eine Spannung UM. Für RG gilt dann wobei RG')' RG2. U0 ist die Spannung am ohmschen Widerstand R1. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses R1 : RG sowie von UM kann die Frequenzänderung in weiten Grenzen vorbestimmt werden. Beispielsweise beträgt die Impulsfrequenz nach dem Zünden 22 kHz. Die Betriebsspannung hat dann 900 bis 1500 V.
5 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

PatentansDrUche 1. Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Gasentladungsröhre ohne eigene Zündelektrode, g e k e n n z e 1 c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: a) als Generator für die Betriebsspannung und die um ein Vielfaches höhere Zündspannung wird ein Schaltnetzteil mit einem Sperrschwinger verwendet; b) im Sperrschwinger liegen eine Gleichspannungsquelle (8), die Primärwicklung (7) eines Transformators (6) und ein Schalttransistor (9) in Reihe; c) die Sekundärwicklung (5) des Transformators (6) liegt über eine Längsdiode (4) und einen Querkondensator (2) an den Elektroden der Gasentladungsröhre (1); d) mit der Steuerelektrode des Schalttransistors (9) ist ein Impulsgenerator (13) verbunden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: e) der Schalttransistor (9) ist in Emitter-Basis-Schaltung betrieben; f) parallel zu seiner Kollektor-Emitter-Strecke liegt die Reihenschaltung aus einem Kondensator (10) und aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes (11) mit einer Diode (12).
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: g) im Stromkreis der Gasentladungsröhre (1) liegt ein ohmscher Meßwiderstand (3); h) der Impulsgenerator (13) hat einen Steuereingang, an den eine vom ohmschen Meßwiderstand (3) abgegriffende Spannung gelegt ist; i) das Tastverhältnis der Generatorimpulse ist abhängig von der abgegriffenen Spannung zum Zweck einer onstantregelung des Gasentladungsstromes.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t du r c h folgende Merkmale: k) der Impulsgenerator (14) enthält ein RC-Glied zur Frequenzbestimmung; 1) dem ohmschen Widerstand(R1) des RC-Gliedes ist der ohmsche Meßwiderstand (3), durch den der Gasentladungsstrom fließt, über einen weiteren ohmschen Widerstand (R2) parallelgeschaltet.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung bei einem Gaslaser.