DE2936088A1

DE2936088A1 - Rechteck-dimmerschaltung mit feststehender frequenz und variablem impulsfaktor fuer hochleistungs-gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2936088A1
Application number: DE19792936088
Authority: DE
Inventors: Kenneth Paul Holmes
Original assignee: Esquire Inc
Current assignee: Esquire Inc
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1980-04-03
Also published as: ES8102765A1; AU524575B2; GB2030800A; FR2437139A1; GB2030800B; ES484036A0; CA1087242A; AU5081279A; IT7949915A0; BE878926A; US4170747A; MX147020A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dimmerschaltungen für Hochleistungs-Gasentladungslampen (HID) und insbesondere einen Dimmerschaltkreis, der die Lampe mit einem Rechteckstrom mit konstanter Frequenz versorgt, dessen Impulsfaktor sowohl von außen steuerbar ist, um eine Veränderung in der Lampenhelligkeit zu erzeugen als auch in Abhängigkeit von dem durch die Lampe fließenden Strom, der von einer einstellbaren Norm abweicht, intern regelbar ist.

Die in der US-PS 3 816 794 beschriebene Schaltung weist ein zweiteiliges, reaktives Vorschaltgerät auf, welches in Reihe zur Hochleistungs-Gasentladungslampe geschaltet ist. Eines der beiden Elemente des Vorschaltgerätes ist parallel zu den Hauptklemmen eines Triacs, der als gattergesteuerte Nebenschlußschal-

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tung arbeitet, geschaltet. Wenn der Triac leitend ist, ist durch den Triac ein Strompfad errichtet, welcher wenigstens teilweise das reaktive Element nebenschließt. Die Dauer des leitend seins bestimmt die Gesamtstrommenge durch das Vorschaltgerät und damit durch die Lampe, wodurch eine Einrichtung zum Festsetzen der Helligkeit der Lampe geschaffen ist.

Bei der in der US-PS 3 816 794 beschriebenen Schaltung wird eine niedere Gatterspannung oder Antriebsspannung für das Gatter des gattergesteuerten Nebenschlußtriacs über ein Potentiometer, einen isolierenden Transformatorschaltkreis, einen zweiten Triac und eine Zener-Diodenschaltung zusammen mit anderen Elementen erzeugt. Der gattergesteuerte Triac wird durch eine in Phase zur Netzspannung liegende Gatterquelle gezündet, die Amplitude wird durch eine Gattersignalsteuereinrichtung mit einer Zener-Diode gesteuert, um das Einschalten des Triacs zeitgenau zum Lampenstrom einzuschalten. Die Zener-Diode verhindert außerdem, daß der Triac nach einer Zeit, in der eine entgegengesetzt gepolte Vorschaltgerätspannung und Lampenstrom auftreten können, getrip^ert wird, was ein Flackern der Lampe bewirken würde.

In der US-PS 3894 265 ist eine Schaltung mit einem Steuerschaltkreis für einen gattergesteuerten Nebenschlußschaltkreis ähnlich der in der US-PS 3 816 794 beschriebenen Schaltung beschrieben, dessen Steuerschaltkreis einen progranmierbaren Einflachen-Transistor aufweist. Die Gattersteuerung des Nebenschlußtriacs erfolgt über eine Wechselstromgatteransteuerung. Hierdurch ist die Anschlußmög-

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lichkeit an Einphasen- und Dreiphasensysteme gegeben.

Variationen bei der Steuerung der Zeitschaltvorgänge für einen gattergesteuerten Halbleiter, der für wenigstens teilweisen Stromnebenschlußbetrieb eines mit einer HID-Lampe verbundenen Vorschaltgerätes vorgesehen ist, sind durch die deutschen Patentanmeldungen P 29 17 881.2, P 29 30 790.2 und P 29 32 702.4 bekannt.

Obwohl es viele Systeme für die Gattersteuerung einer Halbleiterschaltung für wenigstens teilweisen Stromnebenschluß eines Vorgibt;
schaltgerätes(welches mit einer HID-Lampe verbunden ist, an die eine Wechselstromnetzspannung angelegt ist, wird eine einzige kombinierte Schaltregler- und Transistor-Brückenanordnung vorgeschlagen, die bei konstanter Frequenz und veränderbarem Impulsfaktor des Stromes, der durch die Lampe im Hochfrequenzbereich, geregelt durch eine Spannungseinstelleinrichtung und erfaßt durch einen Stromaufnehmer in Reihe zur Lampe arbeitet und dadurch auf effektive Art und Weise einen Dunkel-/Heil-Strom durch die Lampe erzeugt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dimmerschaltung zu schaffen, die einen Betrieb der HID-Lampe bei konstanter Frequenz und variablem Nutzungsfaktor erlaubt.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dimmerschaltung zu schaffen, die bei konstanter Frequenz arbeitet und einen Betrieb der HID-Lampe bei variablem Impulsfaktor im Hochfrequenzbereich erlaubt, während der durch die Lampe

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fließende Strom in den Niederfrequenzbereich umgesteuert ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dimmerschaltung mit all den oben beschriebenen Vorteilen zu schaffen.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Induktanzspule in Reihe zur steuerbar zu dimmernden HID-Lampe auf. Der durch die Spule fließende Gleichstrom wird in seiner Polrichtung durch zwei Transistorschalter umgekehrt, die bei niedriger Frequenz (beispielsweise 60 Hz) arbeiten, wodurch wirksam ein Rechteckstrom erzeugt wird. Zwei andere Transistoren dienen dazu, den Stromdurchgang durch die Lampe und die Induktanzspule im Hochfrequenzbereich zu unterbrechen. Einer dieser Transistoren führt diesen Schaltvorgang in Verbindung mit jedem der beiden ersten Transistoren aus.

Jeder Transistor des zweiten Transistorenpaares ist mit einem Antriebsschaltkreis mit einem Zeitschalter verbunden. Die Einschaltung erfolgt in regelmäßigen Intervallen. Die Ausschaltung des Zeitschalters und damit des Transistors ist variabel. Ein Spannungsteiler ist mit einem Meßwiderstand in Reihe zur Lampe»unabhängig davon, welcher Transistor des zweiten Transistorpaares arbeitet, versehen und bestimmt die Triggerspannung für die hintere Kai te des Ausgangssignales vom Zeitschalter. Eine angelegte Steuerspannung bestimmt die Höhe an der Oberseite des Spannungsteilers. Der Meßwiderstand ist eines der Bauelemente im Spannungsteiler. Eine Stromerhöhung in der Induktanzspule wird durch den Widerstand erfaßt und bewirkt, daß der Zeitschalter bei Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes getriggert

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wird. Der vorbestimmte Wert kann durch eine entsprechende Einstellung einer Steuerspannung reduziert oder erhöht werden. Damit bleibt die Frequenz der Hochfrequenzschaltung bestehen, während der Impulsfaktor verändert wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild und Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Wellenformendiagramm zur Erläuterung des Schaltvorganges der vier in der Schaltung gemäß Fig. 1 vorhandenen Transistor-Schalter,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines bevorzugten Antriebsschaltkreises, der, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit Jedem der Transistoren 16 und 18 verbunden ist,

Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild eines Zeitschaltkreises zur Verwendung in einem Antriebsschaltkreis gemäß Fig. 5 und 6,

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild eines bevorzugten Antriebsschaltkreises, der mit jedem der Transistoren 28 und 30 gemäß Fig. 1 verbunden ist,

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Fig. 6 ein vereinfachtes Schaltbild der veränderbaren Steuereinrichtung, die mit dem Antriebsschaltkreis gemäß Fig. 5 zur Erzeugung des Hell-/Dunkel-Betriebes verbunden ist,

Fig. 7 ein Wellenform-Diagramm des durch die Lampe fließenden Stromes.

Die Strommenge, welche an eine HID-Lampe angelegt ist, bewirkt eine Veränderung der Helligkeit, alle anderen Faktoren bleiben annähernd gleich. Mit anderen Worten und anhand eines Beispieles erläutert, erzeugt ein Strom von ein Ampere, der an eine 400 Watt-Quecksilberdampfentladungslampe angelegt wird, eine relativ abgedunkelte Beleuchtung und ein Strom von drei Ampere , der an die gleiche Lampe angelegt wird, eine relativ helle Beleuchtung. Durch Anlegen eines Stromes zwischen diesen beiden Extremen ist es möglich, eine Helligkeitsabstufung zu erzeugen. Andere HID-Lampen, wie beispielsweise Metallhalogenlampen und selbstzündende Natriumhochdrucklampen wirken in ähnlicher Art und Weise.

Die im nachfolgenden beschriebene Schaltung verwendet eine Induktanzspule in Reihe zur Lampe. Es wird davon ausgegangen, daß die Lampe ein beständiges Betriebsstadium erreicht hat. An die Kombination ist eine Netzspannung angelegt, die bewirkt, daß ein Strom durch die Kombination fließt. Es wird weiterhin davon augegangen, daß der Betriebsstrom einen mittleren Wert aufweist (mittlere Lampenhelligkeit) und ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Netzspannung weggenommen. Die Induktanzspule erhält den Stromfluß

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aufrecht, welcher dann anfängt zu fallen. Dann wird wieder die Netzspannung angelegt, um ein erneutes Anheben des Stromes zu bewirken.

Das Ein- und Ausschaltung der Netzspannung wird auf einfache Art und Weise durch eine konstante Geschwindigkeit bei einer relativ hohen Frequenz, z. B. 20 KHz, bewerkstelligt. Um einen Betriebszustand mit größerer Helligkeit wählen zu können, ist es möglich, die Netzspannung bei Beibehalten der Frequenz in jedem Schaltzyklus langer anzulegen, wodurch die Absetzzeit der Netzspannung in jedem Zyklus reduziert wird. Nachdem der Betrieb ein höheres Ampereniveau erreicht hat, wird sich das Verhältnis von ein zu aus wiederum stabilisieren. In ähnlicher Art und Weise ist es möglich, für einen Dimmerbetriebszustand das Ampereniveau zu reduzieren.

Obwohl das An-Aus-Verhältnis oben erwähnt worden ist, wird statt dessen üblicherweise der Ausdruck "Impulsfaktor" verwendet, welcher das Verhältnis der An-Zeit zur gesamten Periodendauer angibt. Der Betrieb in der oben beschriebenen Weise erfolgt deshalb mit konstanter Frequenz und variablem Impulsfaktor.

Da das Anlegen einer Gleichspannung für eine HID-Lampe schädlich ist und zu außergewöhnlicher Elektrodenabnutzung führt und bei einigen Lampen den Wirkungsgrad und die Farbverteilung verringert, ist es möglich, die Polarität der Netzspannung an der Kombination mit relativ niedriger Frequenz, z. B. 60 Hz, umzukehren

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und ebenfalls die beschriebene Hochfrequenzschaltung für Hell-/ Dunkel-Steuerung anzuwenden. Wenn die Umkehrung der Polarität durch die Verwendung komplementärer Transistorschalter einfach bewerkstelligt wird und die Hell-/Dunkel-Steuerung durch die Verwendung eines separaten Hochfrequenztransistorschalters für jede im Betrieb auftretende Polrichtung bewerkstelligt wird, braucht der Gesamtschaltkreis oder Schaltteil des Schaltkreises zweckmässigerweise vier Transistorschalter in der im nachfolgenden beschriebenen Art und V/eise.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, die ein vereinfachtes Schaltbild des Schaltteiles der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Gleichstromspannung ist über Diode 4 und Sicherung 6 parallel zum Filterkondensator 8 an dem Schaltkreis über die "++"-Klemme und die "-"-Klemme angelegt. Die Hochleistungs-Gasentladungslampe 10 ist in Reihe zur Induktanzspule 12 geschaltet. Kondensator 14 liegt parallel zur Lampe 10.

Ein Doppelschaltkreis ist in Reihe zur Lampe-Induktanz-Reihenschaltung geschaltet. Der Emitter des npn-Transistors 16 ist mit dem einen Ende und der Emitter des npn-Transistors 18 ist mit dem anderen Ende dieser Reihenschaltung verbunden. Der Kollektor des Transistors 16 ist über die Diode 20 mit der Hochspannungsleitung 19 und der Kollektor des Transistors 18 ist über die Diode 22 mit der Eingangs-Hochspannungsleitung verbunden. Die Anoden dieser beiden Dioden sind mit der Hochspannungsleitung verbunden.

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Die Diode 24 liegt zwischen dem Emitter des Transistors 16 und der Hochspannungsleitung, wobei die Kathode dieser Diode mit der Hochspannungsleitung verbunden ist. Die Diode 26 liegt zwischen dem Emitter des Transistors 18 und der Hochspannungsleitung, wobei die Kathode der Diode mit der Hochspannungsleitung verbunden ist. Wie im nachfolgenden beschrieben, ist die Funktionsweise innerhalb der jeweiligen Betriebsperiode des Schaltkreises mit dem Transistor 16 einschließlich seiner zugehörigen Dioden im wesentlichen identisch mit der des Transistors 18 mit seinen zugehörigen Dioden.

Der Kollektor des npn-Transistors 28 ist mit dem gleichen Ende der Lampe-Induktanz-Kombination verbunden wie der Transistor 16 und der Kollektor des npn-Transistors 30 ist mit dem anderen Ende dieser Lampe-Induktanz-Kombination oder dem gleichen Ende wie der Transistor 18 verbunden. Die Diode 32 liegt parallel zur Kollektoremit- terverbindung des Transistors 28, wobei die Anode mit der gemeinsamen Leitung verbunden ist und die Diode 34 liegt parallel zur Kollektoremitterverbindung des Transistors 30, wobei die Anode mit der gemeinsamen Leitung verbunden ist. Funktionsmäßig sind die Transistoren 28 und 30 mit ihrer zugehörigen Diode innerhalb ihrer entsprechenden Betriebsperiode, wie im folgenden beschrieben, identisch.

Bei vereinfachter Funktionsweise ist eine niederfrequente Spannung an die Basis des Transistors 16 und an die Basis des Transistors 16 und an die Basis des Transistors 18 angelegt, um eine ab-2*3 wechselnde Leitfähigkeit dieser beiden Transistoren zu erzielen.

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D. h. zuerst wird der Transistor 16 in schalterähnlicher Art und Weise leitfähig und dann abgeschaltet und der Transistor 18 wird in schalterähnlicher Art und Weise leitfähig,um die Netzspannung an die Lampe-Induktanz-Kombination anzulegen. Die Netzspannung ist üblicherweise eine 360 Volt Gleichstromnennspannung. Dann wiederholt sich dieser Vorgang, d. h. wenn Transistor 16 leitend wird, wird Transistor 18 nicht leitend und wenn Transistor 18 leitend wird, wird Transistor 16 nicht leitend. Eine typische Schaltgeschwindigkeit für die Transistoren 16 und 18 beträgt 60 Hz, obwohl Jede andere Frequenz, die ausreichend schnell ist, um das Auftreten von Flackern der Lampe zu verhindern, geeignet ist.

Wenn der Transistor 16 leitend wird, liegt keine Spannung an der Basis des Transistors 28, so daß dieser nicht leitend ist.

An die Basis des Transistors 30 jedoch ist eine relativ hochfrequente Spannung angelegt, um diesen abwechselnd leitend und nicht leitend zu machen. Die an die Basis des Transistors 30 angelegte Spannung hat eine nominelle Hochfrequenz von 20 KiIz. In ähnlicher Weise wird, wenn der Transistor 18 leitend wird, keine Spannung an die Basis des Transistors 30 angelegt, so daß dieser nicht leitend wird. Die relativ hochfrequente Spannung jedoch, die zuvor an die Basis des Transistors 30 angelegt wurde, wird nun an die Basis des Transistors 28 angelegt.

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Die Induktanzspule 12 ist ein Speicherelement. Wenn beide Transistoren 16 und 30 leitend sind (Transistoren 18 und 28 nicht leitend), und davon ausgegangen werden kann, daß 360 Volt an der Induktanz 12 und der Lampe 10 anliegen, ist an der Lampe ungefähr ein Spannungsabfall von 130 Volt und an der Induktanzspule 12 ungefähr von 230 Volt zu verzeichnen. Der durch die Lampe fließende Strom übersteigt den nominellen Wert. Wenn der Transistor 30 nicht leitend ist, erscheint die 130 Volt Lampenspannung nunmehr an der Induktanzspule. Der durch die Lampe fließende Strom liegt nunmehr unterhalb dem Nominalwert. Die Diode 26 ist leitend, um den Stromrückkehrpfad durch die Lampe zu erzeugen.

Wenn vergleichsweise beide Transistoren 18 und 28 leitend sind (Transistoren 16 und 30 nicht leitend), steigt der Strom über den Nominalwert an und passiert die Lampe und den Transistor 28. Wenn der Transistor 28 nicht langer leitend ist, sinkt der Lampenstrom unter den Nominalwert, der Rückkehrpfad wird deshalb durch die Diode 24 geführt.

Unabhängig von der Veränderbarkeit des Impulsfaktors mit der Bewegung der Dimmer- oder Helligkeitssteuerung zeigt Fig. 2 den eben beschriebenen kombinierten Schaltvorgang. Zur Erleichterung der Darstellung wurde die Periodendauer des Hochfrequenzvorganges übertrieben dargestellt.

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• fit- In der Fig. 3 ist ein Antriebsschaltkreis gezeigt, der mit jedem Transistor 16 und 18 verbunden werden kann. Der Bereich innerhalb der gestrichelten Linien ist ein integrierter Schaltkreis 50 vom standardisierten Modell 75452, der auch als TTL AND GATES bezeichnet wird. ("TTL" steht hierbei für Transistor und Transistorlogik.) Auf Jeden Fall haben zwei AND-Gatter 52 und 54 eine gemeinsame Hemmeingangsklemme 56 und sind zur Aufnahme von alternierenden Zeitschaltsignalen an den Klemmen 58 und 60 geschaltet. Typisch ist, daß dieser Eingang von einem logischen Schaltkreis mit entgegengesetzten logischen Ausgängen für den alternierenden Antriebsschaltkreis stammt. Geerdete Emittertransistoren 62 und 64 sind entsprechend mit den AND-Gattern 52 und 54 verbunden, um den Transformator 66 im Gegentakt anzutreiben. Der Ausgang wird durch Dioden 68 und 70, die mit den entsprechenden Enden der Sekundärspule des Transformators 66 verbunden sind, gleichgerichtet. Der zwischen dem Diodenausgang und dem mittleren Abgriff der Transformator-Sekundärspule liegende Kondensator 72, die Reihenwiderstände 74 und 76, die parallel zu den Ausgangsklemmen der Schaltung liegen, erzeugen eine Filterung, so daß das Ausgangssignal, welches an die Basisemitterverbindungen entweder des Transistors 16 oder des Transistors 18 angelegt wird, während des Einschalt-Vorganges des Transistors hart angetrieben wird.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, gibt es, wenn beide Transistoren 16 und 18 nicht leitend sind, einen Zeitabschnitt, wo völlig abgeschaltet ist, wodurch unbeabsichtigtes,unregelmäßiges Zünden der Lampe, was zu Flattern oder unregelmäßigen Veränderungen der Helligkeit führen kann, verhindert wird.

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In der Fig. 5 ist ein Antriebsschaltkreis zum Betreiben Jeden Transistors 28 und 30 gezeigt. Jeder Schaltkreis verwendet einen Zeitschaltkreis mit den unten beschriebenen Funktionscharakteristiken. Da in Jedem der beiden Antriebsschaltkreise zwei Zeitschalter mit im wesentlichen identischer Bauweise verwendet werden, ist es zweckmäßig, einen Zeitschalter des Standardmodells 556, der durch viele Hersteller hergestellt wird, zu verwenden, welcher zwei identische Zeitschalter zur Verwendung,wie im nachfolgenden beschrieben, aufweist. Die eine Hälfte des Dual-Zeitschaltkreises ist funktionsmäßig mit jedem Transistor 28 und 30, wie im folgenden beschrieben, verbunden. Es können auch zwei Zeitschalter des Standardmodells 555, die ebenfalls durch viele Hersteller angeboten werden, verwendet werden. Letztendlich können auch Zeitschalter mit gesonderten Bauteilen, die wie diese Zeitschalter funktionieren, angewendet werden.

In Fig. 4 ist die vereinfachte innere Stiftverbindung mit der ersten Hälfte eines Zeitschalters vom Modell 556 dargestellt.

Im Betrieb ist ein Triggereingangssignal an den Stift 6 angelegt, wenn die Spannung an diesem unter einen vorbestimmten Wert absinkt. Üblicherweise liegt dieser Wert bei einem Drittel der Spannung V ,

die an den Stift 14 angelegt ist. Wenn dies auftritt, bewirkt ein interner Vergleicher 82, der das Triggereingangssignal und einen internen Spannungswert von einem Drittel V über einen Spannungs-

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teiler abtastet, daß ein internes Flip-Flop 80 sich verändert, so daß eine hohe Spannung an den Stift 5 angelegt wird. Mit dem Auf-

treten eines Triggerimpulses an Stift 6 wird am Ausgangsstift ^c> des Zeitschalters eine positiv verlaufende Führungskante einer Rechteckwelle erzeugt.

Wenn an Stift 3 keine Steuerspannung angelegt ist, errichtet der Spannungsteiler mit den inneren Widerständen 84, 86 und 88 an einem anderen Vergleicher 83 ein Eingangssignal mit zwei Drittel V , der an Stift 14 angelegten Spannung. Der Schwellwertein-

C C

gang an Stift 2 ist das andere Eingangssignal am Vergleicher 83. Wenn daher die Schwellwertspannung die zwei Drittel V übersteigt,

C C

verändert sich das Flip-Flop wiederum und produziert ein negativ verlaufendes Ausgangssignal an Stift 5 und damit die negativ verlaufende hintere Kante des Ausgangssignales. Der Wechsel am Flip-Flop 80 legt außerdem an Stift 1 ein Nullniveau. Damit folgt die Spannung am Entladungsstift 1 dem Spannungswert am Ausgangsstift 5.

D. h.,die Spannungswerte an beiden Stiften 1 und 5 steigen und fallen zusammen.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, ist der Entladestift des Zeitschalters 90 über den Basiswiderstand 92 mit dem pnp-Transistor 94 verbunden. Der Ausgangsstift des Zeitschalters 90 ist über den Basiswiderstand 96 mit dem npn-Transistor 98 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 94 und 98 sind miteinander und mit dem Widerstand 100 verbunden. Der Widerstand 100 ist in Reihe mit der Parallelschaltung von Widerstand 102 und Kondensator 104 verbunden. Zwischen den Ausgangsklemmen B und E liegt der Widerstand 106.

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Während des Betriebes der gezeigten Antriebsschaltung ist eine niedere Ausgangsspannung an die Basis der Transistoren 9k und 98 angelegt, wodurch Transistor 9k ein- und Transistor 98 ausgeschaltet ist. Vergleichsweise ist eine hohe Ausgangsspannung an die Basis der Transistoren 9k und 98 angelegt, die den Transistor 9^ aus-und den Transistor 98 einschaltet. Der Stromausgangswert an der Klemme B ist durch die Widerstandskondensatorkomponente gebildet um für den schnellen Schaltbetrieb des angeschlossenen Transistors eine Führungskante mit hohem Spitzenwert und für einen gut gesättigten Antriebsvorgang einen gleichförmigen mittleren Stromwert zu erzeugen.

Grundlegend kann festgestellt werden, daß das Anlegen eines Signals in regelmäßigen Intervallen an dem Schwellwertstift, d. h. alle 50 Mikrosekunden ein Impuls (20 KHz) mit einer Impulsdauer von 1 Mikrosekunde die Führungskante ebenfalls in regelmäßigen Intervallen erzeugt. Die hintere Kante ist durch die Zeitschaltung bestimmt, die durch das Anlegen eines Triggereingangsimpulses an den Zeitschalter 90 erfolgt. Veränderungen des Auftretens der Zeitschaltung beim Abschlußvorgang verändern,wie oben beschrieben, nicht die Frequenz des Ausgangssignales, sondern erzeugen eine Einrichtung zur Veränderung des Impulsfaktors.

In der Fig. 6 ist die Schaltung des Zeitschalters 90 zur Veränderung des Impulsfaktors des Schaltkreises, wie es für die Veränderung der Helligkeit der HID-Lampe erwünscht ist, dargestellt«

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Ein Spannungsteiler besteht aus den Widerständen 110 und 112 und dem Meßwiderstand 114, der zwischen dem Stift V und dem gemeinsamen Stift des Zeitschalters 90 geschaltet ist. Wenn davon ausgegangen wird, daß der Strom durch den Meßwiderstand nicht durch äußere Einflüsse beeinflußt wird (was tatsächlich der Fall ist und im nachfolgenden erklärt wird), dann variiert die angelegte Spannung V , die an der Klemme 116 (dem Stift V des Zeitschal-

CC CC

ters) anliegt, wodurch proportional das Triggereingangssignal am Zeitschalter verändert wird. Ein Herabsenken der V reduziert d

C C gewünschte Triggerspannung des Triggereingangssignales.

Wenn der an die Klemmen 118 und 120 an den Meßwiderstand 114 angelegte Strom von + nach - fließt (wie dargestellt) wird die Spannung an der Klemme 120 negativ in bezug zur gemeinsamen Zeitschalterklemme 118. Wenn der äußere Strom, der an den Meßwiderstand angelegt ist, steigt, sinkt die positive Spannung zwischen dem Triggereingang und der gemeinsamen Klemme bis zu einem Wert von einem Drittel V . Durch die Reduktion der Triggerspannung wird die rück-

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wärtige Kante der Rechteckwelle vorverlegt und dadurch der Impulsfaktor des Antriebsschaltkreises an der Ausgangsklemme B reduziert (Fig. 5). Hieraus wird ersichtlich, daß entweder die Reduzierung der Spannung V oder ein Anheben der Stromamplitude durch den Meßwider-

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stand den Impulsfaktor verkürzt. Oder bei feststehendem Wert V erfolgt durch die Aufnahme eines Stromes L^ mit vorbestimmter Amplitude ein Ausschalten des Signals an der Klemme B.

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Der Transistor 28 ist mit den Klemmen B (Basis) und E (Emitter) des Antriebsschaltkreises, wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, verbunden und die Basis ist mit einem komplementären Antriebseingang des angelegten Transistors 16 verbunden. In ähnlicher Art und Weise ist der Transistor 30 mit der Klemme B und E des anderen Antriebsschaltkreises, gemäß Fig. 5 und 6, verbunden und die Basis ist mit einem komplementären Antriebseingang des anliegenden Transistors 18 verbunden.

Beim Gesamtbetrieb ist der Transistor 16 eingeschaltet und die Transistoren 18 und 28 ausgeschaltet. Transistor 30 ist mit einer konstanten Hochfrequenz (z. B. 20 KHz) mit veränderbarem Impulsfaktor versehen. Wenn Transistor 30 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom zwangsweise durch die Diode 26. Wenn der Transistor 30 eingeschaltet ist, fließt durch den Transistor 30 und durch den Meßwiderstand 114 in Reihe mit dem Emitter ein Strom. Die Aufnahme des Stromes durch den Meßwiderstand endet wenn der Ausschaltstrom vom Steuer- und Antriebsschaltkreis 120 (der zwei Schaltkreise gemäß den Fig. 5 und 6 aufweist) an die Basis des Transistors 30 angelegt wird. Zusätzliche Antriebsschaltkreise in den Schaltkreisen 120 sind an die Basis der Transistoren 16 und 18 bei regulärer Niederfrequenz, wie bereits beschrieben, angelegt. Die Einstellung einer niedrigeren Steuerspannung reduziert den zu erfassenden Triggerimpuls und betreibt damit die Lampe bei einem effektiven niedrigeren oder gedimmerten Strom.

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Während dem abwechselnden Betrieb der Transistoren 16 und 18 wird Transistor 18 eingeschaltet und Transistor 16 und 30 werden ausgeschaltet. Transistor 28 wird dann mit konstanter Hochfrequenz mit veränderbarem Impulsfaktor ein- und ausgeschaltet. Wenn Transistor 28 ausgeschaltet wird, fließt durch die Diode 24 zwangsweise ein Strom. Wenn der Transistor 28 eingeschaltet wird, fließt durch den Transistor 28 und den Meßwiderstand 114 in Reihe zu dessen Emitter ein Strom. Die Stromaufnahme durch den Meßwiderstand endet wiederum wenn der Ausschaltstrom von dem Steuer- und Antriebsschaltkreis 120 an die Basis des Transistors 28 angelegt wird. Die Einstellung einer niedrigeren Steuerspannung (V) reduziert wiederum den aufzunehmenden Triggerimpuls und die Lampe wird deshalb mit einem effektiven gegenüber dem Niveau vor der Reduktion abgedimmerten Niveau betrieben. Umgekehrt wird die Lampe bei Einstellung einer höheren Spannung V mit effektivem hellerem Niveau betrieben.

In der Fig. 7 ist die Form des durch die Lampe 10 fließenden Stromes dargestellt. Wenn der Strom durch die Transistoren 16 und 30 mit angelegter 36O Volt Gleichspannung fließt, liegen ungefähr

an, 130 Volt an der Lampe und 230 Volt an der Induktanzspule 12{~Demgemäß steigt der Strom durch die Lampe gemäß der folgenden Funktion an; V (230 Volt) = Ldi/dt. Wenn der Transistor 30 nicht leitend ist, liegen ungefähr I30 Volt an der Induktanzspule an und der Strom durch die Lampe sinkt entsprechend der folgenden Funktion: V (I30 Volt) = Ldi/dt. Der Betrieb der Transistoren 18 und 28 erfolgt mit entgegengesetzter Polrichtung. Hieraus resultiert, wie dargestellt, die Welligkeit bei beiden Polaritäten des Ausgangssignales.

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Die Dioden 20 und 22 in den Kollektorkreisen der Transistoren 16 und 18 verhindern ein falsches Einschalten dieser Transistoren. D. h._f wenn die Diode 26 leitet, würde der Transistor 18 ohne die Anwesenheit der Diode 22 einschalten und em Emitter-Kollektorstrom fließen. Vergleichsweise wenn die Diode 24 leitet, würde der Transistor 16 ohne die Anwesenheit der Diode 20 einschalten.

Die beschriebene Schaltung kann entweder in Verbindung mit einer Dimmersteuerung von Hand, ζ. Β. durch einen Drehwiderstand oder in Verbindung mit einer automatischen Schaltung verwendet werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, die Lampe während einem bestimmten Zeitabschnitt des Tages abzudimmern. Dafür erzeugt eine Uhr für einige Stunden des Tages eine "helle" Spannung V und für die anderen Stunden des Tages eine "abgedunkelte" Spannung V , die mit dem Steuer- und Antriebsschaltkreis 120 verbunden ist.

Es ist ebenfalls ersichtlich, daß logische Signale leicht auf mehrere Lampenschaltkreise übertragen werden können, die jeweils mit der beschriebenen Schaltung ausgestattet sind. Damit ist die Übertragung über lange Leitungen von verschiedenen Leitungen nicht erforderlich. Auch wenn die Betriebsfrequenz konstant bleibt, ist kein komplexer Frequenzgenerator erforderlich. Wenn an einem Anwendungsort jedoch variable Frequenzen als Steuersignale zur Verfügung stehen, kann eine relativ einfache Frequenzspannungseinrichtung verwendet werden, um eine lineare Gleichspannungsregelung in der eben beschriebenen Art und Weise zu erzeugen. Weiterhin ist es selbstverständlich, daß Batterien als Hilfsspannungsquellen ver-

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wendet werden können. Wenn die übliche Spannungsversorgung ausfällt, kann die Dimmersteuerung,entweder von Hand oder automatisch, einfach durch den hier beschriebenen Schaltkreis vervollständigt werden. In vielen Fällen kann ein Dimmerbetrieb zur Reduzierung der Abflußleckleitung an den Batterien wünschenswert sein.

Um einen perfekt ausbalancierten Betrieb zu erzielen, kann die Induktanzspule 12 in zwei Spulen auf jeder Seite der Lampe 10 aufgeteilt sein.

Zum Schluß wird noch angemerkt, daß der Rechteckstrom gemäß Fig. 7 der ideale Antriebsstrom für eine HID-Lampe ist. Mit schnellem Umschalten von einer Polrichtung zur anderen tritt nur relativ geringe Entionisation auf. Wenn an die Lampe keine Spannungsspitzen angelegt werden, gibt es nur wenig Probleme beim Wiederzünden und der Amplitudenfaktor (Ic^,·+-,«/!™,,,) i^s"t weitgehend

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gleichförmig. Auf diese Art und Weise ist nicht nur die Schaltung gegenüber dem Betrieb mit einer sinusförmigen Spannungsquelle effizienter, sondern auch der Betrieb der Lampe ist in der beschriebenen Art und Weise für die Lampe weniger schädlich.

Obwohl eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese begrenzt ist, da Veränderungen und Modifikationen durch den Fachmann durchgeführt werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. An eine Gleichstromquelle anschließbare Dimmersehaltung zum Anlegen einer Spannung mit konstanter Frequenz und variablem Impulsfaktor an eine Hochleistungs-Entladungslampe, wobei der Wechsel des Verhältnisses von angelegter Gleichspannung verglichen mit der Gesamtperiode, in der diese Spannung angelegt wird,und einer großenteils reduzierten Spannung einen Bereich für die Dimmerströme der Lampe erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktanzspule (12) in Reihe zur Lampe (10) liegt, mit dieser Reihenschaltung ein Doppel-Schaltkreis verbunden ist, bestehend aus zwei Transistorschaltkreisen (16, 18), die abwechselnd und komplementär leitend sinci, wobei ein Strom mit niedriger Frequenz von der Gleichstromquelle in entgegengesetzter Richtung durch die Lampe (10) fließt,

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ein erster elektronischer Ein-Ausschalter (28) abwechselnd angeschlossen ist, um die Spannung von der Stromquelle zur Lampe, wenn der erste der beiden Transistorschaltkreise leitend ist, im Hochfrequenzbereich zu erzeugen und zu verweigern,

ein zweiter elektronischer Ein-Ausschalter (30) abwechselnd angeschlossen ist, um die Spannung von der Quelle zur Lampe, wenn der zweite der beiden Transistorschaltkreise leitend ist, im selben Hochfrequenzbereich zu erzeugen und zu verweigern,

erste und zweite Zeitschalteinrichtungen (90) mit den entsprechenden ersten und zweiten Schaltern (28, 30) verbunden sind, wobei jede Zeitschalteinrichtung mit einem frequenzkonstanten Zyklus-auslösenden Hochfrequenzsignal verbunden ist,

ein Stromaufnehmer (114) den Strom, der durch einen der Schalter (28, 30) und durch die Lampe (10) fließt, aufnimmt, wenn einer der Scha lter eingeschaltet ist, und

eine Spannungstriggerschaltung mit dem Stromaufnehmer (114) und einer eingestellten Spannung verbunden ist, um ein den Zyklus beendendes Signal für jeden Zeitschalter (90) zu erzeugen, wobei eine vorbestimmte eingestellte Spannung ein beendendes Signal in Abhängigkeit von der Zeit, in der der durch die Lampe fließende .'■t.rom einen vorbestimmten Wert erreicht, erzeugt, die Induktanzspule (12), die dem Auftreten des beendenden Signales folgt und vor dem Auftreten des den nachfolgenden Zyklus einleitenden Signales in der Lampe einen reduzierten Stromfluß bei großenteils re-

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duzierter Spannung aufrecht erhält.

2. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannungstriggereinrichtung Bauteile zum Verändern der eingestellten Spannung aufweist, wobei ein
Erniedrigen der Spannung den vorbestimmten Wert reduziert, den der durch die Lampe fließende Strom erreichen muß, um das beendende Signal zu erzeugen.

3. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit den beiden Transistorschaltkreisen
eine Schaltquelle mit konstanter Niederfrequenz und konstantem Impulsfaktor verbunden ist.

4. Dimmerschaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Niederfrequenzschaltquelle eine Gegentakt-Antriebsschaltung für jeden der beiden Transistorschaltkreise aufweist, um deren abwechselnde und komplementäre Leitfähigkeit zu bewirken.

5. Dimmerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Niederfrequenz-Schaltquelle einen logischen Antrieb aufweist, um die Aufeinanderfolge der Gegentakt-Schaltung auszulösen.

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6. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der beiden Schaltkreise einen Schalttransistor (16, 18) aufweist und jeder der beiden Zeitschalter (90) für den Schalttransistor einen schnellen Schaltstrom erzeugt, jeder Zeitschalter (90) Bauteile zur Erzeugung eines Ausgangssignales in erster Polrichtung in Abhängigkeit vom angelegten Hochfrequenzauslösesignal mit einem hohen Spitzenwert am Anfang und nachfolgendem flachen Ausgang sowie Bauteile zur Erzeugung eines Ausgangssignales in zweiter Polrichtung in Abhängigkeit vom angelegten beendenden Signal mit einem hohen Spitzenwert am Anfang und mit nachfolgendem flachen Ausgang aufweist.

7. Dimmerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschalteinrichtung einen Zeitschalter, der ein Ausgangssignal mit erster Polrichtung bei Anlegen des Auslösesignales erzeugt, einen Transistorschalter zum Einschalten bei Anlegen des Ausgangssignales mit erster Polrichtung und eine Widerstand-Kondensatorschaltung (102, 104) zur Erzeugung des Spitzenstromes an einem der elektronischen Ein- und Ausschalter bei Einschalten des Transistorschalters und einen nachfolgenden Konstantstrom mit erster Polrichtunp, aufweist.

8. Dimmerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitschalter bei Anlegen des den Zyklus beendenden Signales ein Ausgangssignal mit zweiter Polrichtung erzeugt, ein zweiter Transistorschalter beim Anlegen des Ausgangssignales mit zweiter Polrichtung einschaltet, die Widerstand-Kondensatorschaltung (102, 104) einen Spitzenstrom

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mit zweiter Polrichtung für den einen der beiden elektronischen Ein- und Ausschalter erzeugt, sobald der zweite Transistorschalter einschaltet und nachfolgend einen Konstantstrom mit zweiter Polrichtung erzeugt.

9. Dimmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungstriggereinrichtung einen
mit dem Stromaufnehmer (114) verbundenen Spannungsteiler aufweist, an welche die eingestellte Spannung angelegt wird, wobei ein hoher Aufnahmestrom und eine niedrige eingestellte Spannung das Auftreten des den Zyklus beendenden Signales vorverlegen.

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