DE3046617C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Hilfsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches elektronisches Hilfsgerät ist bereits in der DE-OS 29 25 691 vorgeschlagen. Ein Vorteil dieses elektronischen Hilfsgeräts besteht darin, daß eine damit ausgerüstete elektrische Speiseschaltung für eine Gas- und/oder Dampfentladungslampe mit einem verhältnismäßig kleinen, einen Vorschaltkondensator enthaltenden Vorschaltgerät in Serie mit dieser Lampe auskommt. Allerdings kann bei diesem elektronischen Hilfsgerät die Lampe in der erwähnten Schaltung beim Zünden manchmal versagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hilfsgerät der eingangs erwähnten Art anzugeben, das eine einwandfreie Zündung der Lampe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Abspruches 1 gelöst.

Ein Vorteil dieses elektronischen Hilfsgeräts besteht darin, daß in einer damit ausgerüsteten elektrischen Speiseschaltung für eine Gas- und/oder Dampfentladungslampe mit einem einen Vorschaltkondensator enthaltenden Vorschaltgerät bei dieser Lampe in viel geringerem Maße die Zündung versagt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der Schaltung nach der erwähnten DEOS 29 25 691 eine Restladung des Vorschaltkondensators in Einschaltzeitpunkt das Zündversagen der Lampe zur Folge haben kann. Eine derartige Restladung am Vorschaltkondensator ist beispielsweise vorhanden, wenn die Lampenschaltung erst ganz kurz vor dem erneuten Einschalten abgeschaltet wurde. Die erwähnte Restladung des Kondensators kann in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der erneuten Einschaltung bei der bereits beschriebenen Schaltung dazu führen, daß der Lampe keine ausreichend hohe Zündspannung zugeführt wird. Dies geschieht daher, weil die Lampe beim Zünden manchmal praktisch ununterbrochen vom ersten Schaltelement kurzgeschlossen wird. Dann zündet die Lampe nicht.

Eine Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, daß der Vorschaltkondensator von einem hochohmigen Widerstand überbrückt wird. Die Restladung des Kondensators fließt dann verhältnismäßig rasch über diesen Widerstand weg. Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch, daß mit dem Widerstand zusätzliche Verluste im Betriebszustand der Lampe eingeführt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Lösung im elektronischen Hilfsgerät selbst gesucht. Dabei wurde erkannt, daß beim Zünden der Lampe ein andauernd gesperrtes, die Lampe überbrückendes erstes Halbleiterschaltelement zu einer ausreichend hohen Zündspannung an der Lampe führt, und zwar auch, wenn der Vorschaltkondensator eine Restladung besitzt.

Beim Zünden einer Entladungslampe mit einem erfindungsgemäß elektronischen Hilfsgerät wird durch die Wirkung des zweiten Schaltelements erreicht, daß das erste Schaltelement nur nach jeweils jeder zweiten Halbperiode der Wechselspannungsspeisung leitet. In den dazwischen liegenden Halbperioden können Zündspannungen an der Lampe vorhanden sein. Die beschriebene Wirkung des zweiten Schaltelements wird u. a. durch den Gleichrichter in seiner Steuerschaltung bewirkt.

Das zweite Schaltelement hat z. B. eine zweiseitige Thyristorkennlinie (Triac) und wird beim Zünden der Lampe über seinen Steuerkreis jede zweite Halbperiode leitend gemacht.

Die kleine Zeitkonstante der Steuerschaltung des zweiten Schaltelements wird beispielsweise dadurch erhalten, daß diese Steuerschaltung mit einem ohmschen Widerstand in Serie mit einem verhältnismäßig kleinen Kondensator ausgerüstet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß elektronischen Hilfsgeräts enthält der zweite Steuerkreis einen Widerstandsspannungsteiler, ist die Steuerelektrode des zweiten Schaltelements an einen Abzweigpunkt dieses Spannungsteilers angeschlossen und ist das Verhältnis der Widerstandsteilung derart, daß bei gezündeter Entladungslampe die Spannung an der Steuerelektrode des zweiten Schaltelements nicht ausreicht, um dieses Schaltelement in den Zustand mit niedriger Durchschlagspannung zu bringen.

Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß der Steuerkreis des zweiten Schaltelements (zweiter Steuerkreis) sowohl eine sehr geringe Zeitkonstante hat als auch selbst für den Übergang der Wirkung des elektronischen Hilfsgeräts vom Zündzustand auf den Betriebszustand der Lampe sorgt.

Bei einer Verbesserung dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Hilfsgeräts ist im zweiten Steuerkreis der Spannungsteiler von einer Zenerdiode überbrückt und sind die Durchlaßrichtung des Gleichrichters und die Zenerrichtung der Zenerdiode elektrisch gleichgerichtet. Hierdurch wird das zweite Schaltelement gegen gefährlich hohe Steuerspannungen geschützt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung des elektrischen Hilfsgeräts in einer elektrischen Schaltung zum Zünden und Betrieb einer mit zwei Innenelektroden versehenen Gas- und/oder Dampfentladungslampe, wobei das elektronische Hilfsgerät parallel zur Lampe geschaltet und die Schaltung mit zwei Anschlüssen für eine Wechselspannungsquelle versehen ist, die durch eine Serienschaltung wenigstens aus einem Vorschaltkondensator und einem eine Spule enthaltenden Vorschaltgerät und der Lampe verbunden sind.

Eine Verbesserung der eben genannten Verwendung, bei der eine Elektrode der Lampe vorheizbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Hilfsgerät an das den Anschlüssen der Schaltung abgewandte Ende dieser Elektrode angeschlossen ist.

Ein Vorteil dieser Verbesserung besteht darin, daß die Vorheizung dieser vorheizbaren Lampenelektrode jetzt auch über das elektronische Hilfsgerät erfolgt. Die Vorheizung fördert die Zündung der Lampe. Die elektrische Schaltung kann mit einer einzigen Lampe oder mit mehreren in Serie geschalteten Lampen ausgerüstet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese Zeichnung stellt eine elektrische Schaltung eines erfindungsgemäßen elektronischen Hilfsgeräts dar, sowie eine Schaltung mit zwei in Serie geschalteten Lampen, die mit Hilfe des elektronischen Hilfsgeräts gezündet und gespeist werden.

In der Figur ist das elektronische Hilfsgerät der Teil, der von dem mit gestrichelter Linie gezeichneten Rechteck umgeben ist.

In der Figur sind 1 und 2 Anschlüsse für eine Wechselspannungsquelle von 220 V, 50 Hz. Der Anschluß 1 ist an einen Vorschaltkondensator 3 angeschlossen, dessen andere Seite an eine als Primärwicklung 4 eines Transformators 5 ausgebildete Spule angeschlossen ist. Eine Sekundärwicklung des Transformators ist mit 5 a bezeichnet. Die andere Seite der Wicklung 4 ist an eine vorheizbare Elektrode 6 einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 7 angeschlossen. Die Lampe 7 besitzt eine zweite vorheizbare Elektrode 8. In Serie mit der Lampe 7 liegt eine gleichartige Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 9, die mit vorheizbaren Elektroden 10 und 11 versehen ist. Die Elektrode 8 ist mit der Elektrode 10 verbunden. Die Elektrode 11 ist mit dem Eingangsanschluß 2 verbunden.

Die Sekundärwicklung 5 a ist einerseits an die Elektrode 8 der Lampe 7 und zum anderen über ein als S.B.S. (silicon bilateral switch) ausgeführtes Durchschlagselement 12 an die Elektrode 10 der Lampe 9 angeschlossen.

Das elektronische Hilfsgerät ist mit vier Eingangsanschlüssen A, B, C und D ausgerüstet. Zunächst werden die zwei Eingangsanschlüsse B und D und ihre gegenseitigen Verbindungen beschrieben.

Der Eingangsanschluß B ist an die Elektrode 6 und der Eingangsanschluß D an die Elektrode 11 angeschlossen. Dabei sind diese Anschlüsse B und D an die den Anschlüssen 1 und 2 abgewandten Enden dieser Elektroden angeschlossen.

Die Anschlüsse B und D sind miteinander durch eine Serienschaltung aus einem Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten 20, einer Spule 21 und einem Halbleiterschaltelement mit zweiseitiger Thyristorkennlinie (Triac) 22 verbunden. Das Schaltelement 22 ist das erste gesteuerte Halbleiterschaltelement. Eine Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements 22 ist über einen Widerstand 23 mit dem Anschluß D verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen der Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements 22 und dem Widerstand 23 ist an einen Widerstand 24 angeschlossen, dessen andere Seite an ein als S.B.S. (silicon bilateral switch) ausgeführtes zweites gesteuertes Halbleiterschaltelement 25 angeschlossen ist. Die andere Seite des Schaltelements 25 ist mit einem Widerstand 26 verbunden, dessen andere Seite an den Anschluß D angeschlossen ist.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand mit positivem Temperturkoeffizienten 20 und der Spule 21 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Schaltelement 25 und dem Widerstand 26 durch einen nichtlinearen Widerstand 27, der als Spitzenspannungsunterdrücker arbeitet, verbunden.

Der Steuerkreis des zweiten Schaltelements 25 enthält eine Serienschaltung aus einem Gleichrichter 30, einem Widerstand 31 und einem Spannungsteiler 32, 33. Diese Serienschaltung ist zum ersten Schaltelement 22 parallel geschaltet. Der Abzweigpunkt zwischen den Widerständen 32 und 33 des Spannungsteilers ist mit der Steuerelektrode des zweiten Schaltelements 25 verbunden. Der Spannungsteiler 32, 33 ist durch eine Zenerdiode 34 überbrückt, deren Zenerrichtung elektrisch die gleiche Richtung wie die Durchlaßrichtung des Gleichrichters 30 hat. Das Schaltelement 25 (S.B.S.) weist bei fehlendem Steuersignal an seiner Steuerelektrode eine Durchschlagspannung von etwa 8 V auf. Bei ausreichendem Steuersignal an dieser Steuerelektrode beträgt die Durchschlagspannung jedoch nur etwa 1 V. Ein Ersatzschema eines S.B.S. findet man beispielsweise im Handbuch "Silicon Controlled Recifier Manual" von General Electric, 1967, Seite 81.

Weiter besteht ein erster Eingangszweig des Steuerkreises des Halbleiterschaltelements 22 aus einer Serienschaltung aus einem Widerstand 40, einem Widerstand 41, einem einstellbaren Widerstand 42 und einem Kondensator 43. Dieser Eingangszweig ist zwischen den Anschlüssen A und D angeschlossen. Der Anschluß A ist an den Anschluß 1 angeschlossen. Ein zweiter Eingangszweig des Steuerkreises des Halbleiterschaltelements 22 besteht aus einer Serienschaltung aus dem Widerstand 27 und dem gemeinsamen Kondensator 43. Dieser zweite Eingangszweig überbrückt die Serienschaltung der Spule 21 und des ersten Schaltelements 22.

Weiter ist die Serienschaltung der Widerstände 41, 42 und des Kondensators 43 von einer Serienschaltung aus zwei einander gegengesetzt gerichteten Zenerdioden 50 und 51 überbrückt.

Schließlich sind die Anschlüsse B und D durch einen Funkentstörkondensator 60 und die Anschlüsse C und D durch einen Kondensator 61 verbunden. Der Kondensator 61 sorgt dafür, daß die Lampen 7 und 9 nacheinander zünden.

Abgesehen vom Steuerkreis 30 bis 34 ist die beschriebene Schaltung im wesentlichen gleich der Beschreibung nach der DE-OS 29 25 691.

Jetzt wird die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung erläutert. Dabei wird zunächst angenommen, daß der Kondensator 3 keine Restladung aufweist. Wenn die Anschlüsse 1 und 2 mit der Spannungsquelle von 220 V, 50 Hz verbunden werden, fließt zunächst ein Strom im Kreis 1, 40, 41, 42, 43, 11, 2, wodurch sich der Kondensator 43 auflädt, bis ein Durchschlagswert des Elements 25 erreicht ist. Dies ist infolge des Gleichrichters 30 der niedrige Durchschlagspannungswert, wenn der Anschluß 1 gegen den Anschluß 2 positiv ist, und der hohe Durchschlagspannungswert, wenn der Anschluß 1 gegen den Anschluß 2 negativ ist. Das Schaltelement 22 wird dabei nur dann leitend, wenn der hohe Durchschlagspannungswert des Elements 25 erreicht wird. Zur Erläuterung sei erwähnt, daß beim Erreichen der niedrigen Durchschlagspannung des Elements 25 die Ladung des Kondensators 43 nicht ausreicht, um damit über das Element 25 das erste Schaltelement 22 leitend zu machen.

Wenn das Schaltelement 22 leitet, lädt sich über dieses Element der Kondensator 3 auf. Beim Stromnulldurchgang wird das Element 22 wieder gesperrt. Durch die elektrische Vorspannung am Kondensator 3 entsteht zwischen den Elektroden 6 und 11 eine so hohe Spannung, daß der Widerstand 27 seinen niederohmigen Wert annimmt. Hierdurch wird der Kondensator 43 schnell über den dabei verhältnismäßig geringen Widerstand 27 aufgeladen. Beim erneuten Erreichen der hohen Schwellenspannung des Elements 25 wird das Halbleiterschaltelement 22 wiederum über seine Steuerelektrode leitend. Dabei fließt ein Strom im Kreis 2, 11, 22, 21, 20, 6, 4, 3 zum Eingangsanschluß 1. Da auch durch die Wicklung 4 Strom fließt, wird in der Wicklung 5 a eine Spannung induziert, die dafür sorgt, daß die Elektroden 8 und 10 vorgeheizt werden. Unterschreitet am Ende einer derartigen Halbperiode der Strom durch das Element 22 seinen Haltestromwert, so kommt dieses Element wieder in den gesperrten Zustand.

In jeder zweiten Halbperiode wird, wie oben beschrieben, das Schaltelement 22 über den Eingangskreis 27, 43 wieder leitend gemacht. In den zwischenliegenden Halbperioden bleibt das Schaltelement 22 gesperrt. Dieser Vorgang geht weiter, bis die Entladungslampen 7 und 9 zünden. Dann wird die Spannung zwischen den Elektroden 6 und 11 gleich der gemeinsamen Bogenspannung der beiden Lampen. Diese Spannung reicht nicht aus, um den spannungsabhängigen Widerstand 27 im niederohmigen Zustand zu halten; er geht daher in einen hochohmigen Zustand über. Die Situation dabei ist derart, daß das Leitendmachen des Halbleiterschaltelements 22 vom ersten Eingangsabzweig 40, 41, 42, 43 übernommen wird. Für jede Halbperiode des Speisenetzes wird dabei über diese Widerstände 40 bis 42 der Kondensator 43 aufgeladen, bis der hohe Durchschlagswert des Schwellenelements 25 erreicht wird. Bei der summierten Bogenspannung der Lampen 7 und 9 ist das Steuersignal an der Steuerelektrode des Elements 25 nämlich ungenügend, um diesem Element seinen niedrigen Durchschlagswert zu geben. Die Steuerelektrode des Schaltelements 22 empfängt daher jede Halbperiode einen Impuls, bei dem dieses Schaltelement leitend wird. Der einen Teil des Vorschaltgeräts bildende Kondensator 3 sorgt u. a. dafür, daß die Entladungslampen stets eine ausreichende Wiederzündspannung erhalten.

Wenn die Entladungslampen 7 und 9 gezündet sind, wird die Spannung an der Transformatorwicklung 5 a derart herabgesetzt, daß der Durchschlagswert des Elements 12 nicht mehr erreicht wird. Damit endet das Vorheizen der inneren Elektroden 8 und 10. Die Temperatur der Elektroden 8 und 10 wird nämlich im Betriebszustand schon von den Entladungen in den beiden Lampen 7 und 9 ausreichend hoch gehalten.

Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge jeder der Entladungslampen 1,2 m und ihr Durchmesser 26 mm. Das Füllgas besteht aus Argon. Die Bogenspannung jeder Lampe beträgt 125 Volt. In diesem Fall nimmt eine jede Lampe etwa 34 Watt auf. Das Vorschaltgerät, das aus der Kombination 3, 4 besteht, nimmt dabei nur etwa 9 Watt auf, so daß insgesamt dem Netz 77 Watt entzogen werden. Die Systemausbeute, d. h. die Ausbeute der vollständigen elektrischen Anordnung einschließlich des Vorschaltgeräts, beträgt dabei 88 Lumen/ Watt. Beim Starten geht der Widerstand 27 dabei in den niederohmigen Zustand über, wenn eine Mindestspannung von 350 Volt zwischen den äußeren Lampenelektroden erreicht ist. Dadurch wird das Zünden bei kalten Elektroden vermieden.

Die Schaltungselemente haben bei diesem Ausführungsbeispiel ungefähr die nachstehend angegebenen Werte:

Kondensator 3 (μF)
3,4
Kondensator 43 (nF)	470
Kondensator 60 (nF)	10
Kondensator 61 (nF)	15
Spule 4 (Henry)	1,4
Spule 21 (mHenry)	1
Widerstand 23 (kOhm)	1
Widerstand 24 (Ohm)	150
Widerstand 26 (kOhm)	27
Widerstand 31 (kOhm)	94
Widerstand 32 (kOhm)	20
Widerstand 33 (kOhm)	10
Widerstand 40 (kOhm)	100
Widerstand 41 (kOhm)	10
Schwellenwert Element 12 (Volt)	50
Schwellenwert Element 25 (Volt): @	ohne Steuersignal:	8
mit Steuersignal	1

Wenn die beschriebene Anordnung nicht die Schaltungselemente 30 bis 34 hätte, d. h. wenn der Steuerkreis des zweiten Schaltelements 25 nicht vorgesehen wäre, würde man eine Schaltung erhalten, die der beschriebenen Schaltung nach der bereits erwähnten DE-OS 29 25 691 vergleichbar ist. Wenn sich dabei vor dem Verbinden der Eingangsanschlüsse 1 und 2 mit der Wechselspannungsquelle eine Restladung am Kondensator 3 befinden würde, könnte folgende Situation eintreten:

Die Restladung (oder Anfangsladung) am Kondensator 3 ist derart und der erste leitende Zustand des Schaltelements 22 beim Lampenstart erfolgt zu einem solchen Zeitpunkt in einer Periode der Wechselspannungsspeisung, daß das erste Schaltelement 22 danach nicht mehr gesperrt wird. Diese Situation tritt nämlich auf, wenn zum Zeitpunkt der Sperrung des Schaltelements 22 diesem ein neuer Steuerimpuls zugeführt wird. In diesem Fall sind die Lampen 7 und 9 praktisch ununterbrochen kurzgeschlossen und werden daher nicht zünden. Ein derartiger Fall würde beispielsweise bei einer Restspannung von etwa 500 Volt am Kondensator 3 und einem Leitendwerden des Schaltelements 22 bei 5,5 msec nach einem Nulldurchgang der Netzspannung auftreten.

In der erfindungsgemäßen Schaltung sorgt der Steuerkreis 30 bis 34 dafür, daß beim Starten der Lampen 7 und 9 das Schaltelement 22 nur jede zweite Halbperiode leitet. Ein ununterbrochener Kurzschluß der Lampe ist damit vermieden. Die Lampen können dabei zünden.

Claims (5)

1. Elektronisches Hilfsgerät zum Zünden und Betrieb einer mit zwei Elektroden ausgerüsteten Gas- und/oder Dampfentladungslampe an einer Wechselspannungsquelle, an die die Lampe über ein Vorschaltgerät, das einen Vorschaltkondensator enthält, anschließbar ist, wobei dieses Hilfsgerät mit mindestens zwei Eingangsanschlüssen zum Anschließen an die Elektroden der Entladungslampe ausgerüstet ist und diese Eingangsanschlüsse miteinander durch einen Zweig verbunden sind, der ein erstes mit einer Steuerelektrode versehenes gesteuertes Haltleiterschaltelement enthält, das durch einen Steuerkreis so gesteuert wird, daß es im Betriebszustand der Lampe im letzten Teil jeder Halbperiode Strom führt, und wobei im Steuerkreis ein zweites, als Durchschlagselement ausgebildetes gesteuertes Halbleiterschaltelement vorgesehen ist, das einerseits mit der Steuerelektrode des ersten Schaltelementes und andererseits mit einem von der Wechselspannung über einen Widerstand aufladbaren Kondensator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement (25) zum Steuern seiner Durchschlagspannung eine Steuerelektrode aufweist, die an einen zweiten Steuerkreis (30 bis 34) angeschlossen ist, der parallel zu einem wenigstens das erste Schaltelement enthaltenden Teil des die Eingangsanschlüsse verbindenden Zweigs (20, 21, 22) liegt, einen Gleichrichter (30) enthält und weiter eine derart geringe Zeitkonstante besitzt, daß wenigstens nach dem Einschalten des Hilfsgeräts (20 bis 61) bei nicht gezündeter Lampe (7, 9) der zweite Steuerkreis das zweite Schaltelement zu Beginn jeder zweiten Halbperiode in seine niedrige Durchschlagspannung steuert, bei der die Ladung des Kondensators (43) nicht ausreicht, um damit über das zweite Schaltelement (25) das erste Schaltelement (22) leitend zu machen.

2. Elektronisches Hilfsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerkreis (30 bis 34) einen Widerstandsspannungsteiler (32, 33) enthält, die Steuerelektrode des zweiten Schaltelements (25) an einen Abzweigpunkt dieses Spannungsteilers angeschlossen und das Verhältnis der Widerstandsteilung derart ist, daß bei gezündeter Entladungslampe (7, 9) die Spannung an der Steuerelektrode des zweiten Schaltelements nicht ausreicht, um dieses Schaltelement in den Zustand mit niedriger Durchschlagspannung zu bringen.

3. Elektronisches Hilfsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Steuerkreis (30 bis 34) der Spannungsteiler (32, 33) von einer Zenerdiode (34) überbrückt ist und die Durchlaßrichtung des Gleichrichters (30) und die Zenerrichtung der Zenerdiode elektrisch gleichgerichtet sind.

4. Verwendung des elektronischen Hilfsgeräts nach einem der bisherigen Ansprüche in einer elektrischen Schaltung zum Zünden und Betrieb einer mit zwei Innenelektroden versehenen Gas- und/oder Dampfentladungslampe, wobei das elektronische Hilfsgerät parallel zur Lampe geschaltet und die Schaltung mit zwei Anschlüssen (1 und 2) für eine Wechselspannungsquelle versehen ist, die durch eine Serienschaltung wenigstens aus einem Vorschaltkondensator (3) und einem eine Spule (4) enthaltenden Vorschaltgerät und der Lampe (7, 9) verbunden sind.

5. Verwendung nach Anspruch 4, bei der eine Elektrode der Lampe vorheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Hilfsgerät (20 bis 61) an das den Anschlüssen (1, 2) abgewandte Ende dieser Elektrode (6 bzw. 11) angeschlossen ist.