DE3111561A1

DE3111561A1 - Vorrichtung zum betreiben einer entladungslampe

Info

Publication number: DE3111561A1
Application number: DE19813111561
Authority: DE
Inventors: Nanjou Yokohama Aoike; Hisao Fujisawa Kanagawa Kobayashi; Yasunobu Tokyo Koshimura
Original assignee: Toshiba Electric Equipment Corp
Current assignee: Toshiba Electric Equipment Corp
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS56134494A; AU6845481A; FR2478932A1; JPS6342400B2; GB2074801A; DE3111561C2; GB2074801B

Description

Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben bzw. Ansteuern einer Hochintensitäts-Entladungslampe mit einer Hochfrequenzspannung.

Bekanntlich kann eine Vorrichtung zum Betreiben einer Leuchtstofflampe oder -röhre mit kompakten Abmessungen, niedrigem Gewicht und hervorragender Lichtausbeute durch Speisung der Lampe mit einer Hochfrequenzspannung gebildet werden. Die JA-OS 54-91,971 und die entsprechende USA-Patentanmeldung 864 578 (27.12.1977) beschreiben den Betrieb einer Hochintensitäts- bzw. Hochleistungs-Entladungslampe mit einer Hochfrequenzspannung. Es ist jedoch bekannt, daß eine derartige Entladungslampe, etwa eine Hochdruck-Quecksilberlampe, eine Hochdruck-Natriumdampflampe, eine Metallhalogenidlampe und dgl., je nach dem eingeschlossenen Material, der Form der Röhre, dem Dampfdruck usw. eine als akustische Resonanz bezeichnete unerwünschte Erscheinung hervorruft, bei welcher der Lichtbogen flackert oder erlischt, wenn eine Spannung einer bestimmten Frequenz innerhalb des Hochfrequenzbereichs angelegt wird. Aus diesem Grund lassen sich solche Lampen nicht in stabiler Weise betreiben. Für den Betrieb einer solchen Entladungslampe ist es daher erforderlich, den diese akustische Resonanz verursachenden Frequenzbereich zu vermeiden. Obgleich dieser Frequenzbereich in Abhängigkeit von der Art, den Einzel(exemplar)abweichungen und der Betriebszeit der Entladungslampe sowie der dieser zugeführten elektrischen Leistung variiert, umfaßt er im allgemeinen einen Bereich von einigen kHz bis zu 80 kHz, d. h. einen ziemlich weiten Bereich. Es ist schwierig, die Frequenz der anzulegenden Spannung auf einen Wert außerhalb des angegebenen Frequenzbereichs einzustellen, und dies stellt ein großes Hindernis für die industrielle Fertigung von Entladungslampen-Ansteuervorrichtungen dar.

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Es wurde nun bereits eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochintensitäts-Entladungslampe mit einer Rechteckwellen-Wechselspannung vorgeschlagen (vgl. USA-Patentanmeldung 189 714 vom 22.9.1980). Wenn die Lampe mit einer Rechteckwellen-Wechselspannung betrieben wird, tritt keine akustische Resonanz auf, so daß die oben erwähnten Probleme vermieden werden. Eine derarige Vorrichtung ist jedoch weiterhin mit folgenden Problemen behaftet: Ihr Schaltungsaufbau ist kompliziert und erfordert eine große Zahl von elektronischen Bauteilen und Elementen, so daß die Kosten für die Vorrichtung entsprechend hoch sind, und die Rechteckwellenspannung enthält eine Vielzahl höherer Frequenzkomponenten, welche die Funkfrequenzen (radio frequencies) beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe, die für verschiedene Arten von Hochintensitäts- bzw. Hochleistungs-Entladungslampen verwendbar ist und mit welcher akustische Resonanz vermieden wird.

Mit dieser Vorrichtung sollen auch die ungünstigen Auswirkungen auf Rundfunkwellen (radio waves) vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß akustische Resonanz erst dann auftritt, wenn die für diese Erscheinung verantwortlichen Bedingungen über eine bestimmte Zeitspanne hinweg vorliegen (d. h. von mehr als 0,1 s bis 10 s). Im Hinblick hierauf wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochleistungs-Entladüngslampe geschaffen, mit welcher eine Spannung mit einer Grundwellenkomponente hoher Frequenz und einer Dreifachfrequenzkomponente (triple frequency component) derselben an die Entladungslampe angelegt wird, um die Bedingungen für akusti-

sehe Resonanz und -damit auch deren Auftreten auszuschalten, auch wenn die Frequenz der Grundwellenkomponente in einem Bereich liegt, in welchem normalerweise akustische Resonanz auftritt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Pegel oder Werte des Lampenstroms 11 der Grundwellenkomponente und der Lampenstrom 13 der Dreifachfrequenzkomponente, die beide durch die Entladungslampe fließen, so eingestellt, daß sie der Beziehung 0,2 = 13/11 = 0,6 genügen, so daß der Einfluß des Stroms 13 der Dreifachfrequenzkomponente ausreichend sichergestellt ist und die Entladungslampe stabil betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß enthält die an die Hochleistungs-Entladungslampe angelegte Spannung lediglich die Grundwellenkomponente und die Dreifachfrequenzkomponente, jedoch im wesentlichen keine letztere übersteigenden Frequenzkomponente*V so daß die Probleme bezüglich Funkwellen-Störsignalen, die mit in der Rechteckwellenspannung enthaltenen höheren Frequenzen verbunden sind, nicht auftreten.

Der Ausdruck "Spannung, die im wesentlichen keine Frequenzkomponenten über der Dreifachfrequenz enthält" bedeutet, daß derartige Komponenten in einem solchen Anteil vorhanden sein können, daß das Verhältnis, d. h. der Effektivwert, der die Dreifachfrequenz übersteigenden Frequenzkomponenten relativ zu den verschiedenen, praktisch in der anzulegenden Spannung enthaltenen Komponenten so klein ist, daß durch diese höheren Komponenten verursachte Funkwellen-Störsignale im wesentlichen keinen ungünstigen Einfluß besitzen. Wie aus der FouriSrschen Reihe für die Rechteckwelle hervorgeht, besteht die Rechteckwellenspannung aus der Grundwellenkomponente sowie einer unendlichen Zahl von Wellenkomponenten mit Frequenzen, die ein ungeradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz betragen. Das

Verhältnis, d. h. der Effektivwert, des Fünffachen oder Mehrfachen der Grundfrequenz beträgt etwa 0,0566. Erfindungsgemäß beträgt jedoch dieses Verhältnis in der an die Hochleistungs-Entladungslampe anzulegenden Spannung weniger als 0,0566.

Im folgenden sind bevorzugte-Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben bzw. Ansteuern einer Entladungslampe,

Fig. 2A eine graphische Darstellung der Wellenform einer Hochfrequenz-Grundwelle,

Fig. 2B eine graphische Darstellung der Wellenform einer durch Zusammensetzen (überlagerung) der Hochfrequenz-Grundwelle gemäß Fig. 2A mit der Dreifachfrequenzkomponente nach Fig. 2B erhaltenen Mischwelle,

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen der Arbeitscharak-

teristika einer Metallhalogenid- bzw. Halogenlampe • von 250 W bzw. einer Hochdruck-Quecksilber

lampe von 250'W,

Fig. 4A und 4B graphische Darstellungen der Betriebsbedingungen einer Metallhalogenidlampe von 250 W bzw. einer Quecksilberlampe von 250 W beim Betrieb mit einer Mischwelle,

Fig. 5 ein Schaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 6 ein Äquivalentschaltbild für einen Teil der Schaltung nach Fig. 5,

.. ..111.1.5,61

Fig. 7 eine Schaltbild einer anderen Ausführungsform der ^;

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer '

Entladungslampe,

Fig. 8 ein Äquivalentschaltbild für einen Teil der Schaltung nach Fig. 7,

Fig. 9 ein Schaltbild noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 10 und 11 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Im folgenden ist das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert.

Die in Fig. 1 in Blockschaltbildform dargestellte Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe weist einen Wechselrichter 6 zum Umwandeln einer von einem an eine j

Wechselstromquelle 2 angeschlossenenenGleichrichterkreis 4 gelieferten, einer Vollweggleichrichtung unterworfenen Spannung in eine Hochfrequenzspannung auf. Der Wechselrichter 6 erzeugt eine Grundwellenkomponente von 37 kHz gemäß Fig. 2A sowie eine Dreifachfrequenzkomponente gemäß Fig. 2B, die durch Multiplizieren der Grundfrequenz mit dem Faktor 3 erhalten wird. Der Wechselrichter 6 liefert sodann eine durch Zusammensetzen der beiden Komponenten erhaltene Spannung gemäß Fig. 2C zu einer Entladungslampe 8. Bei dieser Entladungslampe 8 handelt es sich um eine Hochintensitäts- bzw. Hochleistungs-Entladungslampe, etwa eine Hochdruck-Quecksilberlampe, eine Hochdruck-Natriumlampe, eine Metallhalogenidlampe oder dgl., die bei AnIegung einer bestimmten Frequenzkomponente innerhalb des Hochfrequenzbereichs mit dem eingangs geschilderten Problem der akustischen Resonanz behaftet ist. Diese Entladungslampe vermag also normalerweise nicht stabil zu arbeiten.

Erfindungsgemäß mit einer Metallhalogenidlampe von 250 W und einer Hochdruck-Quecksilberlampe von 250 W durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der Lampenbetrieb im gepunkteten Frequenzbereich I gemäß Fig. 3A etwas instabil wird/ während er in den (einfach) schraffierten Frequenzbereichen II stark instabil wird und in dem doppelt schraffierten Bereich III der Lichtbogen erlischt. In den nicht markierten Frequenzbereichen IV arbeitet die Lampe in stabiler Weise. Obgleich die Frequenzbereiche, in denen akustische Resonanz auftritt, je nach der Art, den Exemplarstreuungen und der Betriebsdauer der Lampen sowie der den Lampen zugeführten elektrischen Leistung variieren, sind alle Hochleistungs-Entladungslampen mit dem Problem akustischer Resonanz behaftet.

Wenn somit vom Wechselrichter 6 nur die Grundwelle von 37 kHz gemäß Fig. 2A an die Entladungslampe 8 angelegt wird, arbeitet diese in einem instabilen Bereich I oder II gemäß Fig. 2A bzw. 3B. Da nun bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Entladungslampe 8 mit der Mischwelle gespeist wird, die durch Zusammensetzung der Grundwelle gemäß Fig. 2A und deren Dreifachfrequenzkomponente gemäß Fig. 2B erhalten wird, zeigt die Entladungslampe δ keine akustische Resonanz, vielmehr arbeitet sie in äußerst stabiler Weise. Obgleich die Mischwelle an sich die Frequenz enthält, die normalerweise zu einer akustischen Resonanz führt, werden die Voraussetzungen für einen instabilen Betrieb der Lampe aufgrund der Grundwelle bzw. die Voraussetzung dafür, daß die akustische Resonanzwelle in der Entladungslampe über eine bestimmte Zeitspanne hinweg auftritt, durch die Dreifachfrequenz gestört. Die Dreifachfrequenz gemäß Fig. 2B beträgt 111 kHz, so daß sie dem Bereich IV gemäß Fig. 3A und 3B entspricht. Die Entladungslampe 8 arbeitet daher stabil, wenn sie nur mit der Dreifachfrequenzkomponente gespeist wird. Die aus der Dreifachfrequenzkomponente und der Grundwelle gebildete Mischwelle führt demzufolge nicht zum Auftreten von akustischer Resonanz in der Entladungslampe.

Im folgenden ist das Verhältnis zwischen der Dreifachfrequenzkomponente und der Grundwellenkomponente im einzelnen erläutert. Fig. 4A veranschaulicht die Wellenform bzw. die Kennlinien einer 250 W-Metallhalogenidlampe, bei welcher das Verhältnis 13/11 des Lampenstroms 13 entsprechend der Dreifachfrequenzkomponente zum Lampenstrom 11 entsprechend der Grundwellenkomponente auf der Ordinate aufgetragen ist, während der Betriebszustand der Entladungslampe 8 auf der Abszisse aufgetragen ist. Die Kurven 10, 12 und 14 in Fig. 4A stehen für eine Grundwellenkomponente von 20 kHz, 30 kHz bzw. 40 kHz. Der linke Bereich gemäß Fig. 4A stellt also den Bereich dar, in welchem die Entladungslampe stabil arbeiten kann. Fig. 4B ist eine ähnliche Darstellung für eine 250 W-Quecksilberlampe, wobei die Kurven 16, 18 und 20 für 20 kHz, 30 kHz'bzw. 40 kHz stehen. Erfindungsgemäß hat es sich herausgestellt, daß ähnliche Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Frequenz der Grundwellenkomponente für verschiedene Arten von Hochleistungs-Entladungslampen oder für Entladungslampen unterschiedlicher Nennleistungen variiert wird. Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß das Verhältnis 13/11 zwischen dem Lampenstrom 13 der Dreifachfrequenzkomponente und dem Lampenstrom 11 entsprechend der Grundwellenkomponente nur so gewählt zu sein braucht, daß die Bedingung 0,2 = 13/11 erfüllt ist. Wenn dieses Verhältnis 13/11 zu groß ist, ist die elektrische Leistung der Dreifachfrequenzkomponente zu groß, so daß sich je nach der Frequenz das Problem von Funkwellen-Störsignalen ergibt. Aus diesem Grund ist es nötig, daß die Bedingung 0,2 = 13/11 =0,6 erfüllt ist. Eine Hochfrequenz-Erzeugungsschaltung wird daher so ausgelegt, daß sie eine der obigen Bedingung ' genügende Mischwelle liefert, indem das Verhältnis zwischen der Dreifachfrequenzkomponente und der Grundwellenkomponente auf vorstehend beschriebene Weise eingestellt wird. Das Funkwellen-Störsignal oder der Schaltverlust bei Verwendung eines Halbleiter-Schaltelements kann auch dann auf ein Mindest-

maß herabgesetzt werden, wenn die Frequenz £er Dreifachfrequenzkomponente vergleichsweise hoch ist. Da Frequenzen, welche das Fünffache der Grundfrequenz übersteigen, praktisch nicht vorhanden sind, wird das mit derartigen FrequenzkomponentQi verbundene Problem der Funkwellen-Störsignale vermieden. Der Anteil von Komponenten einer Frequenz, die höher ist als das Fünffache der Grundfrequenz, d.h. der Effektivwert, wird daher so festgelegt, daß er nicht mehr beträgt als 0,0566. Obgleich die Frequenz der Grundwellenkomponente an sich keiner besonderen Einschränkung unterworfen ist, liegt sie vorzugsweise über der Audio- bzw. Tonfrequenz von 15,5 kHz und unter der Frequenz von 50 kHz, um ein Ansteigen der Dreifachfrequenz über einen Wert von 150 kHz zu verhindern.

Fig. 5 ist ein Schaltbild einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, wobei den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert sind. Bei dieser Ausführungsform umfaßt eine Hochfrequenz(erzeugungs)schaltung 6 einen Gegentakt-Wechselrichter, an dessen Eingangsklemme eine Spule bzw. Induktivität 22 angeschlossen ist, um die Übertragung der Hochfrequenzkomponente vom Gleichrichterkreis 4 zum Wechselrichter 6 zu verhindern. Der Wechselrichter 6 ist über die Spule 22 an die Ausgangsklemmen des Gleichrichterkreises 4 angeschlossen, so daß ihm eine un-'geglättete pulsierende Spannung zugeführt wird. Der Wechselrichter 6 weist zwei Transistoren 24 und 26 auf, deren Emitter mit der Spule 22 verbunden sind. Eine Primärwicklung 27 eines Ausgangstransformators 28 ist zwischen die Kollektoren der Transistoren 24 und 26 geschaltet. An die Primärwicklung 27 des Ausgangstransformators 28 ist ein Resonanzkondensator 30 angeschlossen, während eine Steuerwicklung 25 des Transformators 28 zwischen die Basiselektroden der Transistoren 24 und 26 geschaltet ist. Die Basiselektroden der Transistoren 26 und 24 sind über Wider-

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stände 32 bzw. 34 mit der Plusausgangsklemme des Gleichrichterkreises 4 und außerdem mit einer Mittelanzapfung 29 des Transformators 28 verbunden. Eine Sekundärwicklung 31 des Transformators 28 ist über einen Kondensator 38 und eine Induktivität bzw. Spule 36 zur Begrenzung des Lampenstroms sowie zur Einführung einer Parallelresonanz an die Entladungslampe 8 angeschlossen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. erläutert. Wenn an den Wechselrichter (Umsetzer) 6 eine Spannung angelegt wird, schaltet .einer der Transistoren

24 und 26 durch. Hierbei fließt ein Strom über die Anoden-Ausgangsklemme des Gleichrichterkreises 4, die Mittelanzapfung 29, einen Teil der Primärwicklung 27, den jeweils durchgeschalteten Transistor 24 oder 26 und die Spule 22 zur Kathoden-Ausgangsklemme des Gleichrichterkreises 4, um in der Primärwicklung 27 eine Spannung zu erzeugen. Infolgedessen werden die Primärwicklung 27 und der Resonanzkondensator 30 auf die durch den Pfeil 40 in Fig. 6 angegebene Weise in Parallelresonanz versetzt. Die Ausgangsspannung des Ausgangstransformators 28 wird durch Umkehrung der Polaritäten des Parallelresonanzkreises invertiert, so daß das Basispotential der an die Steuerwicklung

25 angeschlossenen Transistoren 24 und 26 in bezug auf das Emitterpotential invertiert wird. Infolgedessen geht der durchgeschaltete Transistor 24 oder 26 in den Sperrzustand über, während der andere, bisher nicht durchgeschaltete Transistor in den Durchschaltzustand übergeht. Infolgedessen wird eine Resonanzspannung induziert, welche die der vorherigen Polarität entgegengesetzte Polarität besitzt. Durch die Invertierung der Resonanzspannung werden die Transistoren 24 und 26 abwechselnd durchgeschaltet und gesperrt, wobei sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge wiederholen. Die Entladungslampe 8 wird gestartet, wenn eine durch die beschriebene Resonanzoperation induzierte Sinuswellenspannung über die Induktivität bzw. Spule 36 und den Kondensator 38 angelegt wird. Die Frequenz der Sinuswellenspannung ist auf etwa 50 kHz einge-

Nach dem Einschalten der Entladungslampe 8 ändert der Strom im Resonanzkreis seine Richtung auf die durch die Pfeile 42 und 44 in Fig. 6 gezeigte Weise. Hierbei wird Spannungsresonanz durch einen geschlossenen Stromkreis 42 aus dem Resonanzkondensator 30, der Spule bzw. Induktivität 36, dem Kondensator 38 und der Entladungslampe 8 einerseits sowie einem geschlossenen Stromkreis 44 aus der zusammengesetzten bzw. Mischinduktivität von Primärwicklung 27 und Sekundärwicklung.31 des Ausgangstransformators 28, der Spule 36, dem Kondensator 38 und der Entladungslampe 8 andererseits hervorgerufen. Der durch den Pfeil 44 angedeutete erste Resonanzkreis schwingt auf der Frequenz der Grundwellenkomponente von z. B. 37 kHz, während der durch den Pfeil 42 angegebene zweite Resonanzkreis auf der dreifachen Frequenz von z. B. 111 kHz schwingt. Die zusammengesetzte Spannung (Uberlagerungsspannung) dieser Resonanzkreise (vgl. Fig. 2C) wird an die Entladungslampe 8 angelegt. Diese zusammengesetzte Spannung enthält praktisch keine Frequenzkomponenten über dem Fünffachen der Grundfrequenz , was durch entsprechende Einstellung der Schaltung skonstanten erreicht werden kann. Obgleich die Entladungslampe 8 an sich von der Art ist, bei welcher aufgrund der Grundwellenkomponente 37 kHz normalerweise akustische Resonanz auftreten würde, sind die Entstehungsbedingungen für die akustische Resonanz durch die dreifache Frequenz von 111 kHz gestört, so daß die Lichtbogenbildung stabilisiert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind den Lampenstrom der Entladungslampe 8 begrenzende Elemente 36 und 38 an der Hochfrequenzseite vorgesehen, so daß die Entladungslampe 8 sowie die Hochfrequenzschaltung kleine Abmessungen und niedriges Gewicht besitzen können.

Im folgenden ist die spezielle Ausführungsform gemäß Fig. im einzelnen erläutert.

Entladungslampe 8: Metallhalogenidlampe von 250 W Wechselstromquelle 2: 50 Hz, 200 V (Effektivwerte)

Resonanzkondensator 30: 0,0134 nF Primärwicklung 27 des Ausgangs trans formators 28: 760 μΗ Sekundärwicklung 31 des Ausgangstransformators 28: 444 μΗ Spule 36: 304 μΗ Kondensator 38: - 0,0195 \iF

Die Resonanzfrequenzen f1 und f2 der beiden Resonanzkreise 42 bzw. 44 gemäß Fig. 6 lassen·sich anhand dieser Konstanten nach folgenden Gleichungen bestimmen:

2tt/L(31 + 36) -c{38) 2π/(444 + 304)*0.0195

= 4I₇7 kHz

(36)-C(30 + 38)

0,0134 ⁺ 0_r0195 * 103,0 kHz

Die Frequenz des zweiten Resonanzkreises 44 beträgt etwa das 2,5-fache derjenigen des ersten Resonanzkreises 42. Durchgeführte Messungen haben gezeigt, daß aufgrund der verteilten Konstante (distributed constant) der Schaltung die Frequenz des ersten Resonanzkreises 42 auf 37 kHz und diejenige des zweiten Resonanzkreises 44 auf 111 kHz eingestellt sind. Hierbei wurde festgestellt, daß die Lichtbogenbildung bzw. Entladung der Entladungslampe 8 stabil erfolgte, die Entladungslampe 8 selbst somit stabil arbeitete und Funkwellen-Störsignale nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß auftraten.

Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher den Teilen von Fig. 5 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet

und daher nicht mehr im einzelnen erläutert sind. Während bei dieser Ausführungsform eine Strom- bzw. Spannungsquelle 46 vorgesehen ist, die einen geglätteten Gleichstrom liefert, kann wahlweise auch eine Stromquelle 46 benutzt werden, die einen nicht-geglätteten Gleichstrom erzeugt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Hochfrequenz(erzeugungs)schaltung 6, ähnlich wie bei der Konstruktion nach Fig. 5 einen Gegentakt-Transistor bzw. -Wechselrichter. Hierbei wirkt jedoch ein Teil 48 der Eingangs- oder Primärwicklung 27 des Ausgangstransformators 28 auch als Ausgangswicklung. Eine Reihenschaltung aus einer Spule 50 und einem Kondensator 52 ist zwischen die Klemmen der Ausgangswicklung 48 geschaltet, während eine Spule 54 und die Entladungslampe 8 in Reihe zwischen die Klemmen dieser Reihenschaltung geschaltet sind.

Die Resonanzkreise dieser Ausführungsform sind in Fig. 8 veranschaulicht. Vor der Betätigung bzw. dem Einschalten der Entladungslampe 8 wird der Resonanzkreis auf die durch den Pfeil 56 in Fig. 8 gezeigte Weise durch den Resonanzkondensator 30 und die Primärwicklung 27 des Ausgangstransformators 28 gebildet. Beim Einschalten der Entladungslampe 8 bilden sich der erste./, durch den P.feil 58 dargestellte Resonanzkreis aus dem Resonanzkondensator 30, der Spule 54 und der Entladungslampe 8 sowie der zweite, durch den Pfeil 60 angegebene Resonanzkreis aus dem Kondensator 52, der Spule 50, der Spule 54 und der Entladungslampe 8. Der erste Resonanzkreis 58 schwingt auf der Frequenz der Grundwellenkomponente, während der zweite Resonanzkreis 60 auf der Frequenz der Dreifachfrequenzkomponente schwingt? die zusammengesetzte bzw. Misch- oder Überlagerungsspannung dieser Resonanzkreise wird, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5, an die Entladungslampe 8 angelegt. Infolgedessen tritt keine akustische Resonanz auf, und die Entladungslampe 8 kann stabil arbeiten.

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Fig. 9 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher den Teilen von Fig. 1 und 5 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind zur Rauschbzw. Störsignalunterdrückung ein Konstantspannungselement 62 und ein Kondensator 64 parallel zwischen die Wechselstromquelle 2 und den Gleichrichterkreis 4 eingeschaltet. Obgleich bei dieser Ausführungsform die Hochfrequenz(erzeugungs)schaltung 6 ebenfalls einen Gegentakt-Wechselrichter verwendet, wird hierbei der Basisstrom der Transistoren 24 und 26 im Wechselrichter von der Kollektorstromstrecke dieser Transistoren 24 und 26 abgenommen. Primärwicklungen 68 und 70 eines Stromtransformators 66 sind mit den Kollektoren der Transistoren 24 und 26 in Reihe geschaltet, während eine Sekundärwicklung 72 an einen Gleichrichter- und Glättungskreis 74 angeschlossen ist, wobei das Ausgangssignal der Sekundärwicklung 72 gleichgerichtet und geglättet und dadurch in eine Spannung umgewandelt wird, die an die Basiselektroden der Transistoren 24 und 26 angelegt wird. Die Basiswiderstände 32 und 34 sind daher so eingestellt bzw. mit solchen Größen gewählt, daß der Basisstrom nur während der Anfahrperiode geliefert werden kann. Dioden 76 und 78, ein Konstantspannungselement 80 und ein Kondensator 82 sind zur Begrenzung einer übermäßigen Kollektor-Emitter-Spannung der Transistoren 24 und 26 zum Schütze der letzteren vorgesehen. Der Resonanzkreis der Hochfrequenzschaltung 6 bai dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen demjenigen bei der Ausführungsform nach Fig. 5, nur mit dem Unterschied, daß eine Induktivität bzw. Spule 83 mit der Sekundärwicklung 31 des Ausgangstransformators 28 parallel^geschaltet ist, um die Induktivität an der Ausgangsseite des Transformators 28 herabzusetzen. Da die Schaltung gemäß Fig. 9 auf dieselbe Weise arbeitet wie diejenige nach Fig. 5, erübrigt sich eine nähere Erläuterung dieser Arbeitsweise.

Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Hochfrequenz(erzeugungs)schaltung 6 einen ersten Hochfrequenz(erzeugungs)kreis 6-1 zur Lieferung der Grundwellenkomponente und einen zweiten Hochfrequenz(erzeugungs)kreis 6-2 zur Abnahme eines Teils des Ausgangssignals des Hochfrequenzkreises 6-1 und zur Lieferung der Dreifachfrequenzkomponente aufweist.'Die Ausgangssignale dieser Hochfrequenzkreise 6-1 und 6-2 werden parallel zueinander an die Entladungslampe 8 angelegt, um diese zu betätigen bzw. anzusteuern. Der erste Hochfrequenzkreis 6-1 umfaßt einen Transistor-Wechselrichter der Art gemäß Fig. 1 sowie einen Resonanzkreis zur Erzeugung ausschließlich der Grundwellenkomponente. Der zweite Hochfrequenzkreis 6-2 umfaßt einen Transistor-Wechselrichter, an den das Ausgangssignal des Wechselrichters des ersten Hochfrequenzkreises 6-1 anlegbar ist, sowie einen Resonanzkreis zur Erzeugung der Dreifachfrequenzkomponente. Die Ausgangssignale dieser Hochfrequenzkreise 6-1 und 6-2 können in Reihe mit der Entladungslampe 8 geliefert werden, oder das Ausgangssignal des Gleichrichterkreises 4 kann zur Erzeugung der Dreifachfrequenzkomponente dem zweiten Hochfrequenzkreis 6-2 zugeführt werden.

In Fig. 11 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Hochfrequenz(erzeugungs)-schaltung 6 einen Transistor-Zerhacker 84, einen ersten Resonanzkreis 86 zur Erzeugung der Grundwellenkomponente, einen zweiten Resonanzkreis 88 zur Lieferung der Dreifachfrequenzkomponente und ein Vorschaltgerät (ballast) 90 zur Strombegrenzung aufweist. Für den Transistor-Zerhakker 84 kann ein üblicher Transistor-Zerhacker ohne Abwandlung benutzt werden. Die beiden Resonanzkreise 86 und 88 können den Resonanzkreisen bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Das Vorschaltgerät 90 kann erforderlichenfalls ebenfalls ein Resonanzkreis sein. Die Anschlußreihenfolge der beiden Resonanzkreise 86 und 88

• ·

• K ·

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kann auch umgekehrt sein. Da diese Ausführungsform auf dieselbe Weise arbeitet wie die vorher beschriebenen Ausführungsformen, erübrigt sich eine nähere Beschreibung.

Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr lassen sich die Wirkungen und Vorteile der Erfindung auch dann erzielen, wenn es sich bei der Hochintensitäts- bzw. Hochleistungs-Entladungslampe um eine solche handelt, welche Licht durch Atome emittiert, beispielsweise eine Quecksilberlampe oder eine Metallhalogenidlampe, in welcher molekulares Zinnhalogenid für die Emission von Licht durch Moleküle eingeschlossen ist. Die Hochfrequenzschaltung brauchtnicht unbedingt ein Wechselrichter (Umsetzer) oder ein Zerhacker zu sein, vielmehr braucht sie lediglich in der Lage zu sein, die Grundwellenkomponente und die Dreifachfrequenzkomponente der Entladungslampe zuzuführen. Wenn die Hochfrequenzschaltung einen Wechselrichter umfaßt, kann dieser vom Parallel-, Reihen oder Einzelelement-Typ sein. Auch im Fall eines Zerhackers kann die Hochfrequenzschaltung vom selbstoerregten oder extern erregten Typ sein. Die Bauteile zur Erzeugung der Grundwellenkomponente sowie der Dreifachfrequenzkomponente können getrennt voneinander ausgebildet oder aber unter Verwendung eines einzelnen Magnetkreises oder dgl. zusammengefaßt sein. Wesentlich ist, daß sowohl die Grundwellenkomponente als auch die Dreifachfrequenzkomponente an die Entladungslampe angelegt werden. Obgleich auch Frequenzen von mehr als dem Fünffachen der Grundfrequenz vorhanden sein können, muß das Verhältnis solcher Frequenzkomponenten zur Gesamtspannung, d. h. der Effektivwert, so gewählt sein, daß die durch diese Frequenzkomponenten hervorgerufenen ungünstigen Einflüsse in Form von Funkwellen-Störsignalen vernachlässigbar sind. Obgleich die Phasen der Grundwellen- und der Dreifachfrequenzkomponente nicht unbedingt zu koinzidieren brauchen, werden vorteilhafte Eigenschaften bzw. Kennlinien dann gewährleistet, wenn sie tatsächlich oder nahezu miteinander koinzidieren.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß eine Hochleistungs-Entladungslampe erfindungsgemäß dadurch betrieben bzw. angesteuert wird, daß an diese Lampe eine Hochfrequenzspannung angelegt wird, welche die Grundwellenkomponente und die Dreifachfrequenzkomponente in einem bestimmten gegenseitigen Verhältnis enthält. Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe geschaffen, die keine akustische Resonanz einführt und die für verschiedene Hochleistungs-Entladungslampen einsetzbar ist, bei denen unterschiedliche akustische Resonanzen auftreten. Da weiterhin praktisch keine Frequenzkomponenten vorhanden sind, welche die Dreifachfrequenz übersteigen, lassen sich die ungünstigen Einflüsse von Funkwellen-StörSignalen (radio wave noise) vermeiden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Λ Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe/ insbesondere zur Lieferung einer Hochfrequenzspannung zu einer zu betreibenden bzw. anzusteuernden Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenzgenerator (6) eine Hochfrequenzspannung erzeugt und diese der Entladungslampe (8) zuführt, daß die Hochfrequenzspannung im wesentlichen eine Grund(hoch)-frequenzkomponente und eine Dreifachfrequenzkomponente mit einer das Dreifache der Grundfrequenzkomponente betragenden Frequenz enthält und daß das Verhältnis (13/11) eines über die Entladungslampe fließenden Stroms (13) der Dreifachfrequenzkomponente zu einem über die Entladungslampe fließenden Strom (11) der Grund-(hoch) frequenzkomponente 0,2 ^ 13/11 = 0,6 beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Grund(hoch)frequenzkomponente im Bereich von 15,5 - 50 kHz liegt.