DE4325050A1 - Schaltungsanordnung zum Starten einer vorheizbaren Entladungslampe - Google Patents

Description

Zum Zünden einer Gasentladungslampe, zum Beispiel einer Leucht­ stofflampe, ist eine Zündspannung erforderlich, die größer ist, als die Brennspannung der Entladungslampe. Der Betrag der er­ forderlichen Zündspannung ist dabei temperaturabhängig. Für ei­ ne kalte Entladungslampe ist eine größere Zündspannung erfor­ derlich als für eine erwärmte.

Zur Aufrechterhaltung der Gasentladung ist bei einer Leucht­ stofflampe Glühemission von Elektroden aus den Lampenelektroden erforderlich. Im Betrieb werden die Elektroden durch den Entla­ dungsstrom selbst am Glühen gehalten.

Um die Elektroden vor dem Start der Lampe zum Glühen zu brin­ gen, sind diese als Wolfram-Heizwendel mit einem Überzug auf Erdalkalioxiden zur Erleichterung der Glühemission ausgebildet. Die Heizwendel weisen einen Widerstand von einigen Ohm auf und werden vor dem Start elektrisch vorgeheizt. Da Entladungslampen eine negative Stromspannungscharakteristik aufweisen, werden diese Lampen mit einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Element, zum Beispiel einer Drossel betrieben.

Als Starter für Leuchtstofflampen sind Bimetall-Glimmstarter unter der Bezeichnung Osram Typ ST 111 und Philips Typ S 10 be­ kannt. Diese Starter werden parallel zu einer Leuchtstofflampe geschaltet. Die Leuchtstofflampe ist über eine Drossel an eine Wechselspannungsquelle mit einer Netzspannung von 230 Volt ef­ fektiv angeschlossen. In dem Starter sind Bimetallelektroden vorgesehen, über die bei der Netzspannung eine Glimmentladung mit kleinem Strom stattfindet. Diese Glimmentladung erwärmt und verbiegt die Bimetallelektroden, bis sich diese berühren und einen Kurzschluß bilden. Dann fließt über die in der Leucht­ stofflampe vorhandenen Heizwendeln ein hoher Strom, der die Heizwendeln zum Glühen bringt. Da der Strom ab dem Schließen des Bimetallschalters nicht mehr über die Bimetallkontakte fließt, kühlen diese ab und öffnen im Starter den Schalter.

Beim Öffnen des Schalters ist in der Drossel mit Induktivität L die Energie I²×L/2 gespeichert, wobei I der beim Zeitpunkt des Öffnens fließende momentane Strom ist. Diese Energie er­ zeugt beim Öffnen einen Puls erhöhter Spannung an der Entla­ dungslampe, so daß diese zündet. Die erforderliche Zündspannung hangt dabei von der Bauart der Entladungslampe sowie von der momentanen Temperatur der Entladungslampe ab. Nach dem Zünden brennt die Entladungslampe mit einer Wechselspannung mit festem Absolutwert. Diese Spannung wird als Brennspannung bezeichnet und betragt bei gängigen Lampentypen 100 Volt. Bei dieser Span­ nung zündet der Glimmstarter nicht mehr. Die Drossel begrenzt den Strom in der Entladungslampe.

Bei Verwendung eines solchen Bimetallglimmstarters zum Starten einer Leuchtstofflampe beträgt die Zeit vom Einschalten der Leuchtstofflampe bis zum Brennen der Lampe etwa 2 Sekunden. Fehlerhafte Startversuche können zu noch längeren Zeiten füh­ ren.

Fehlstartversuche sind bedingt durch ungenügende Vorheizung der Heizwendeln oder ein Abschalten des Starters im Nulldurchgang des Stromes. Fehlstartversuche verringern die Anzahl der maxi­ mal möglichen Schaltzyklen pro Lampe und damit die Lebensdauer der Lampe.

Die Bimetallglimmstarter arbeiten mit fest vorgegebenen Schalt­ zeiten, die von der Geometrie der Bimetallelektroden im Starter abhängen. Eine Kontrolle des Zustands der Lampe erfolgt während des Vorheizens nicht. Die Vorheizzeit ist fest und in der Regel länger als erforderlich. Bei erhöhtem Vorheizstrom besteht zu­ dem die Gefahr der Beschädigung der Heizwendel.

Aus der niederländischen Patentschrift NL 155 707 ist ein elek­ tronischer Starter bekannt, bei dem die Länge der Vorheizzeit automatisch geregelt wird. Die Starterschaltung umfaßt einen Thyristor. Vor dem Zünden des Thyristors liegt an der Starter­ schaltung die momentane Netzspannung an. Der Thyristor wird ge­ zündet, wenn die Netzspannung einen Wert von 200 Volt über­ schreitet. Der Thyristor schaltet ab in der negativen Halbwelle der Netzspannung, wenn der Strom auf Null absinkt. Solange der Thyristor gezündet ist, fließt ein Heizstrom über die Heizwen­ deln. Der Heizstrom ist dabei gleichgerichtet. In jeder Netzpe­ riode wird ein Startversuch gemacht. Sobald die Lampe brennt, erreicht die am Starter anliegende Spannung, die gleich der Brennspannung der Lampe ist, nur noch 100 Volt. Damit kann der Thyristor nicht mehr gezündet werden. Dadurch wird der Starter deaktiviert.

Mit dieser Starterschaltung erfolgt das Starten ohne Flackern in einer Zeit von etwa 0,5 Sekunden. Die Starterschaltung ist jedoch nur für Entladungslampen verwendbar, die im warmen Zu­ stand bei Netzspannung starten. Die Starterschaltung ist daher insbesondere für ältere Leuchtstofflampen mit einem Röhren­ durchmesser von 35 mm (T12) geeignet.

Neuere Leuchtstofflampen mit kleinem Röhrendurchmesser (T8) können mit dieser Schaltung dagegen nicht gestartet werden, da sie eine höhere Zündspannung haben.

Da der Thyristor gezündet wird, wenn die Netzspannung einen Wert von 200 Volt überschreitet, wird für die Vorheizung der Lampen ein Bruchteil der positiven Heizwelle verwendet. Das führt zu einer Verlängerung der Aufheizzeit und damit der Startphase.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 42 16 476.7 wird ei­ ne Starterschaltung für vorheizbare Entladungslampen vorge­ schlagen, bei der über einen Leistungsteil mit einem Gleich­ richterelement und einem steuerbaren Schaltelement ein Heiz­ stromkreis zum Vorheizen der Entladungslampe beim Nulldurchgang der Halbwellen einer ersten Polarität geschlossen wird, solange die Lampe nicht brennt. In einem Logikteil wird anhand logi­ scher Pegel, die durch eine Pegelanpassung aus der an der Lampe anliegenden Wechselspannung abgeleitet werden, während den Halbwellen einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Polari­ tät anhand der an der Entladungslampe anliegenden Spannung festgestellt, ob die Entladungslampe brennt. Durch Unterbrechen des Heizstromkreises beim Ausklingen der Heizwellen der ersten Polarität, solange noch ein Strom fließt, wird in der Drossel ein Hochspannungsimpuls zum Zünden der Entladungslampe indu­ ziert. Die zum Zünden verwendete Energie ist dabei die in der Drossel gespeicherte Energie von 1/2 L×I². L ist dabei die In­ duktivität der Drossel und I der Strom, bei dem der Heizstrom­ kreis unterbrochen wird. Da in der vorgeschlagenen Schaltungs­ anordnung der Strom, bei dem der Heizstromkreis unterbrochen wird, konstant ist, ist die Schaltungsanordnung jeweils für ei­ ne feste Umgebungstemperatur der Lampe optimiert. Zum Betrieb von Leuchtstofflampen bei unterschiedlicher Umgebungstemperatur ist daher jeweils eine optimierte Schaltungsanordnung mit angepaßter Dimensionierung der Bauelemente wünschenswert, um die Lampenlebensdauer zu maximieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanord­ nung zum Starten einer vorheizbaren Entladungslampe anzugeben, bei der der Strom, bei dem der Heizstromkreis zur Induktion ei­ nes Hochspannungsimpulses zum Zünden der Entladungslampe unter­ brochen wird, eine Funktion der Umgebungstemperatur ist. Die Starterschaltung soll insbesondere geeignet sein zum Zünden von Entladungslampen, deren Zündspannung auch im warmen Zustand oberhalb der verfügbaren Netzspannung liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schal­ tungsanordnung nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Er­ findung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird, solange die Lampe nicht brennt, während der Halbwellen einer ersten Polari­ tät, zum Beispiel der positiven Halbwellen, ein Heizstromkreis zum Vorheizen der Entladungslampe geschlossen. Der Heizstrom­ kreis wird beim Nulldurchgang der Halbwellen der ersten Polari­ tät geschlossen. Der Heizstromkreis umfaßt neben einem Gleich­ richterelement ein steuerbares Schaltelement, dessen Widerstand im leitenden Zustand temperaturabhängig ist. Eine Schwellwert­ schaltung, an der im wesentlichen die über das Schaltelement abfallende Spannung anliegt, bewirkt bei Absinken der über das Schaltelement abfallenden Spannung unter einen vorgegebenen Schwellwert eine solche Ansteuerung des Schaltelementes, daß der Heizstromkreis unterbrochen wird und in der Drossel ein Hochspannungsimpuls induziert wird. Da sich der Widerstand des Schaltelementes in abhängig der Temperatur ändert, ändert sich der Strom im Heizstromkreis, bei dem die über das Schaltelement abfallende Spannung unter den vorgegebenen Schwellwert absinkt. Folglich wird der Heizstromkreis bei von der Umgebungstempera­ tur abhängigem Strom unterbrochen. Der Source-Drain-Widerstand eines Leistungs-MOS-Fets ändert sich im Temperaturbereich von + 20°C bis -20°C so, daß der resultierende Strom beim Unterbre­ chen des Heizstromkreises an die erforderliche Energie zum Zün­ den bei der entsprechenden Temperatur angepaßt ist.

Das Schaltelement wird von einem Steuerelement eines Logikteils angesteuert. In dem Logikteil wird während der Halbwellen einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Polarität, zum Beispiel der negativen Halbwellen, aufgrund der an der Entladungslampe anliegenden Spannung festgestellt, ob die Lampe brennt. Solange die Lampe nicht brennt, wird das Schaltelement so angesteuert, daß es leitend wird. Die Entladungslampe wird dabei in Reihe mit einer Drossel geschaltet und an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen.

Der Heizstrom wird in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beim Nulldurchgang der Halbwelle der ersten Polarität einge­ schaltet. Dadurch wird eine effektive Vorheizung hergestellt. Gleichzeitig wird die Vorheizung durch Kontrolle, ob die Lampe brennt, begrenzt.

Um bei einer defekten Entladungslampe kontinuierliche Startver­ suche zu vermeiden, die zu einer Zerstörung der Schaltungsan­ ordnung führen können, liegt es im Rahmen der Erfindung, im Lo­ gikteil ein Zeitglied vorzusehen, das mit dem Steuerelement verbunden ist und das bewirkt, daß das Steuerelement durch ent­ sprechende Ansteuerung des Schaltelementes nach einer vorgebba­ ren Zeit den Heizstromkreis unterbricht. Auf diese Weise wird die Starterschaltung nach dieser vorgebbaren Zeit deaktiviert.

Als Schwellwertschaltung wird im Logikteil vorzugsweise ein Schmitt-Trigger vorgesehen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung als Steuerelement ein aus zwei NAND-Gattern aufgebautes RS-Flipflop zu verwenden. An den er­ sten Eingang des RS-Flipflops wird eine logische Null angelegt, wenn die an der Entladungslampe anliegende Spannung einen vor­ gegebenen Spannungswert, der zwischen der Brennspannung der Entladungslampe und der Nennspannung der Wechselspannungsquelle liegt, während der negativen Halbwelle unterschreitet. Dann schaltet der Ausgang des RS-Flipflops auf eine logische Eins und steuert das Schaltelement so an, daß es leitend wird. An dem ersten Eingang des RS-Flipflops liegt eine logische Eins an, falls der vorgegebene Spannungswert während der negativen Halbwellen nicht unterschritten wird. Dies ist der Fall, wenn die Lampe brennt. Die logischen Pegel am ersten Eingang des RS- Flipflops werden durch eine Pegelanpassung aus der an der Ent­ ladungslampe anliegenden Wechselspannung abgeleitet. Der Aus­ gang des Schmitt-Triggers ist mit dem zweiten Eingang des RS- Flipflops verbunden. Dadurch wird bei Unterschreiten des Schwellwertes der an dem Schaltelement anliegenden Spannung der Ausgang des RS-Flipflops auf eine logische Null geschaltet. Der Ausgang des RS-Flipflops wird zur Ansteuerung des Schaltelemen­ tes verwendet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Steuerelement mindestens ein erstes NAND-Gatter, an dessen Ein­ gänge eine logische Null angelegt wird, wenn die an der Ent­ ladungslampe anliegende Spannung einen vorgegebenen Spannungs­ wert, der zwischen der Brennspannung der Entladungslampe und der Nennspannung der Wechselspannungsquelle liegt, während der negativen Halbwelle unterschreitet. Der Ausgang des NAND-Gat­ ters wird zur Ansteuerung des Schaltelementes verwendet. Wird der vorgegebene Spannungswert nicht unterschritten, so liegt an den Eingängen des NAND-Gatters eine logische Eins an. Die logi­ schen Pegel an den Eingängen des NAND-Gatters werden durch eine Pegelanpassung aus der an der Entladungslampe anliegenden Wech­ selspannung abgeleitet.

Vorzugsweise ist der Ausgang des ersten NAND-Gatters mit einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters verbunden. Das Zeit­ glied zu der Aktivierung der Starterschaltung im Falle des Nichtzündens der Lampe ist mit einem zweiten Eingang des zwei­ ten NAND-Gatters verbunden. Der Ausgang des zweiten NAND-Gat­ ters ist mit einem Halteglied verbunden, das eine logische Null für eine vorgegebene Zeit speichert. Das Halteglied ist mit den Eingängen eines dritten NAND-Gatters verbunden, dessen Ausgang das Schaltelement ansteuert. Es ist ein viertes NAND-Gatter vorgesehen, das mit dem dritten NAND-Gatter und einem Wider­ stand den Schmitt-Trigger bildet, wobei der Ausgang des dritten NAND-Gatters den Ausgang des Schmitt-Triggers bildet. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann die logische Null in dem Halteglied solange gespeichert werden, daß die Heizung der Hei­ zwendeln nach dem Zünden der Lampe für eine begrenzte Zeit, vorzugsweise zwei Perioden der Wechselspannung, fortgesetzt wird. Langzeittests haben ergeben, daß dadurch die Zahl der er­ reichbaren Schaltzyklen pro Lampe um einen Faktor 2 erhöht werden kann. Außerdem verhindert die längere Vorheizzeit ein Flackern der Lampen während des Starts. Der Grund dafür wird in einer Asymmetrie mancher Lampen gesehen, die bewirkt, daß beim Vorheizen der Glühelektroden eine Elektrode heißer wird als die andere.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele und der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Starten einer vor­ heizbaren Entladungslampe mit einem RS-Flipflop im Lo­ gikteil.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Starten einer vor­ heizbaren Entladungslampe mit einem Halteglied.

Eine Entladungslampe LA, zum Beispiel eine Leuchtstofflampe, ist über eine Drossel L1 und einen Schalter S1 mit einer Wech­ selspannungsquelle U_n verbunden (siehe Fig. 1). Die Wechsels­ pannungsquelle U_n liefert eine Netzspannung von 230 V_eff. Die Elektroden der Entladungslampe LA sind als Heizwendeln H1 und H2 ausgebildet. Auf diese Weise kann die Lampe LA elektrisch über die Heizwendeln H1, H2 vorgeheizt werden.

Die Heizwendeln H1, H2 sind mit einem Leistungsteil verbunden. Das Leistungsteil der Schaltung umfaßt zum Beispiel eine Diode D3 und einen Leistungstransistor TR1, die in Serie verschaltet sind. Die Diode D3 ist dabei in Durchlaßrichtung für positive Halbwellen gepolt. Als Diode D3 wird zum Beispiel der Typ 1 N 4007 verwendet. Der Transistor TR1 ist zum Beispiel ein Lei­ stungs-MOS-Fet vom Typ BUZ 80 A. Der Transistor TR1 stellt ein ansteuerbares Schaltelement dar, dessen Source-Drain-Widerstand mit zunehmender Temperatur zunimmt. Bei einer Temperatur von 20°C ist der Source-Drain-Widerstand 2,6 Ω, bei -20°C ist er 2,0 Ω. Über den Transistor TR1 kann ein Heizstromkreis über die Heizwendeln H1, H2 geschlossen werden.

Die Gateelektrode des Transistors TR1 wird von einem Logikteil der Schaltung angesteuert. Der Logikteil der Schaltung umfaßt als Steuerelement zum Beispiel ein RS-Flipflop, das aus zwei NAND-Gattern D2, D3 aufgebaut ist. Als Gatter werden dabei zum Beispiel die Typen 4011 B verwendet. Der Ausgang des RS- Flipflops G2, G3 ist mit der Gateelektrode des Transistors TR1 verbunden. Der erste Eingang ist über einen Widerstand R6 von zum Beispiel 180 kΩ mit einem Gleichspannungspegel von zum Bei­ spiel 12 Volt, verbunden. Der erste Eingang ist außerdem über einen Widerstand R5 und einen Widerstand R1 mit einem Anschluß der Lampe LA verbunden. Der Widerstand R1 hat einen Widerstand von zum Beispiel 10 kΩ, der Widerstand R5 hat einen Widerstand von zum Beispiel 4,7 M Ω. Die Widerstände R1, R5 und R6 bewir­ ken, daß an dem ersten Eingang ein Gleichspannungspegel, der als logische Null erkannt wird, anliegt, wenn in der negativen Halbwelle die an der Entladungslampe LA anliegende Spannung ei­ ne Schwelle von zum Beispiel - 150 Volt unterschreitet. Der Wert für die Schwelle wird so festgelegt, daß er sicher zwi­ schen der Brennspannung der Lampe LA, die zum Beispiel 100 Volt beträgt, und der Nennspannung der Wechselspannungsquelle U_n, der zum Beispiel 230 Volt effektiv beträgt, liegt. Wird diese Schwelle nicht unterschritten, so liegt am ersten Eingang der Gleichspannungspegel entsprechend einer logischen Eins an.

Bei Unterschreiten der Schwelle von zum Beispiel - 150 Volt an der Lampe LA wird das RS-Flipflop G2, G3 durch anliegende logi­ sche Null an den ersten Eingang eingeschaltet. Am Ausgang des RS-Flipflops G2, G3 erscheint eine logische Eins, die bewirkt, daß der Transistors TR1 leitend wird. Damit ist der Heizstrom­ kreis geschlossen. Während der nächsten positiven Halbwelle be­ ginnt ein Heizstrom über die Diode D3 und über den Transistor TR1 zu fließen.

Um zu erkennen, wann die über den Transistor TR1 abfallende Spannung unter einen vorgegebenen Schwellwert von zum Beispiel 2,1 Volt abfällt, umfaßt der Logikteil ein Schmitt-Trigger, das aus zwei in Reihe verschalteten NAND-Gattern G4, G5 und einem in die Rückkopplung verschalteten Widerstand R3 aufgebaut ist. Über einen Widerstand R2 sind die Eingänge des NAND-Gatters G5 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Wi­ derstand R5 verbunden. Der Widerstand R2 hat zum Beispiel 3 MΩ. Der Widerstand R3 hat zum Beispiel 4,7 MΩ. Die NAND-Gatter G4, G5 sind zum Beispiel vom Typ 4011 B. Der Ausgang des Schmitt- Triggers, der von dem Ausgang des NAND-Gatters G4 gebildet wird, ist über einen Kondensator C4 mit zum Beispiel 1 nF mit einem zweiten Eingang des RS-Flipflops G2, G3 verbunden. Die Dimensionierung der Widerstände R1 und R2 ist so, daß der Schmitt-Trigger R3, G4, G5 das Flipflop G2, G3 abschaltet, so­ bald die über die leitende Source-Drain-Strecke des Transistors TR1 abfallende Spannung unter 2,1 Volt sinkt. Dadurch wird ein Hochspannungsimpuls in der Drossel L1 induziert. Um den Hoch­ spannungsimpuls beim Abschalten des Transistors TR1 vom Eingang des Schmitt-Triggers G4, G5 fernzuhalten, wird die Spannung nicht direkt am Drain von TR1 sondern am Widerstand R1, der ge­ meinsam mit einem Kondensator C1 einen Tiefpaß bildet, abgenom­ men.

Da der Heizstromkreis unterbrochen wird, solange noch ein Strom fließt, der zu einem Spannungsabfall über den Transistor TR1 führt, wird beim Unterbrechen des Heizstromkreises in der Dros­ sel L1 ein Hochspannungsimpuls induziert. Dieser Hochspannungs­ impuls liegt an den Elektroden der Lampe LA an und führt, falls die Entladungslampe LA schon genügend vorgeheizt ist, zum Zün­ den der Lampe.

Wenn die Lampe LA bei dem Zündversuch gezündet wird und brennt, liegt an der Lampe LA eine Brennspannung von ca. 100 Volt an. Daher wird die Spannung von - 150 Volt an der Lampe nicht mehr unterschritten. Damit kann am ersten Eingang keine logische Null mehr geschaltet werden. Der Heizstromkreis über den Tran­ sistor TR1 bleibt damit unterbrochen.

Sollte die Lampe LA bei dem Zündversuch nicht gezündet haben, liegt an der Lampe LA weiterhin die Netzspannung der Wechsels­ pannungsquelle U_n an. Es wird bei Unterschreiten von - 150 Volt an der Lampe auf den ersten Eingang des RS-Flipflops G2, G3 dann wieder eine logische Null geschaltet, die über den Ausgang des RS-Flipflops G2, G3 zum Schließen des Heizstromkreises führt.

Um kontinuierliche Startversuche zu vermeiden, falls die Lampe LA defekt ist, ist der zweite Eingang mit einem Zeitglied verbunden. Das Zeitglied umfaßt einen Kondensator C3, der zwi­ schen Nullpotential der Schaltung und einem Widerstand R7 ge­ schaltet ist. Der Widerstand R7 ist mit seinem zweiten Anschluß an einen Gleichspannungspegel von zum Beispiel 12 Volt ange­ schlossen. Der Widerstand R7 hat zum Beispiel 10 MΩ. Der Kon­ densator C3 hat zum Beispiel eine Kapazität von 47 nF.

Parallel zu dem Widerstand R7 ist der Kondensator C3 mit dem Eingang eines invertierenden Elementes G1 verbunden. Das inver­ tierende Element G1 ist zum Beispiel ein Gatter vom Typ 4011 B. Der Ausgang des invertierenden Elementes G1 ist über einen Wi­ derstand R8 mit einem Gleichspannungspegel von zum Beispiel 12 Volt verbunden. Parallel dazu ist der Ausgang des invertieren­ den Elementes G1 über einen Widerstand R4 mit dem zweiten Ein­ gang RC des RS-Flipflops G2, G3 verbunden. Der Widerstand R8 hat zum Beispiel 47 kΩ. Der Widerstand R4 hat zum Beispiel 4,7 MΩ. Nach Ablauf einer durch die Dimensionierung des Kondensa­ tors C3 und des Widerstands R7 vorgebbaren Zeit schaltet der Ausgang des invertierenden Elementes auf eine logische Null. Damit wird über den zweiten Eingang das RS-Flipflop G2, G3 abgeschaltet. Das RS-Flipflop G2, G3 kann zwar während jeder negativen Halbwelle wieder gesetzt werden, es wird jedoch so­ fort nach Abklingen der negativen Halbwelle, vor der positiven Halbwelle über R4 wieder resettet. Das bewirkt, daß kein Heiz­ strom eingeschaltet wird.

Parallel zu dem Widerstand R5 ist der Widerstand R1 mit einem Kondensator C1 verbunden. Der Kondensator C1 hat eine Kapazität von zum Beispiel 47 nF und eine Spannungsfestigkeit von 630 Volt. Der zweite Anschluß des Kondensators C1 ist mit einer Di­ ode D1 verbunden. Die Diode D1 ist eine Zenerdiode zum Beispiel vom Typ Z13. Die Diode D1 ist für die positive Halbwelle in Sperrichtung gepolt und mit dem zweiten Anschluß mit Nullpoten­ tial der Schaltung verbunden. Parallel zu der Diode D1 ist der Kondensator C1 mit einer Diode D2 verbunden. Die Diode D2 ist für positive Halbwellen in Durchlaßrichtung gepolt. Die Diode D2 ist zum Beispiel vom Typ 1 N 4148. Der zweite Anschluß der Diode D2 ist mit einem Kondensator C2 verbunden, dessen zweiter Anschluß auf Nullpotential liegt. Der Kondensator C2 hat eine Kapazität von zum Beispiel 4,7 µF und eine Spannungsfestigkeit von 16 Volt. Der Kondensator C2 dient als Gleichspannungsquelle für den Logikteil. Bedingt durch die Dimensionierung der Diode D1 als Zenerdiode Z13 wird die Gleichspannungsquelle auf zum Beispiel 12 Volt stabilisiert. Neben ihrer Funktion als strom­ begrenzende Elemente in der Stromversorgung der Schaltung die­ nen R1 und C1 auch als Tiefpaßfilter, der Spannungsspitzen vom Eingang des Logikteils, das heißt von den Widerständen R5 und R2, fernhält.

Die Anpassung der Zündenergie an Lampen unterschiedlicher Lei­ stung erfolgt über die Wahl des Leistungs-MOS-Fets TR1. Ein Source-Drain-Widerstand von 2,6 Ω bei 20°C ist für 40 Watt Lam­ pen geeignet. Für Lampen kleinerer Leistung wird ein entspre­ chend kleinerer MOS-Fet mit höherem Source-Drain-Widerstand eingesetzt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Ent­ ladungslampe LA′, zum Beispiel eine Leuchtstofflampe, über eine Drossel L1′ und einen Schalter S1′ mit einer Wechselspan­ nungsquelle U_n verbunden. Die Wechselspannungsquelle U_n′ lie­ fert eine Netzspannung von 230 Volt effektiv. Die Elektroden der Entladungslampe LA′ sind als Heizwendeln H1′ und H2′ ausge­ bildet (siehe Fig. 2). Auf diese Weise kann die Lampe LA′ elektrisch über die Heizwendeln H1′, H2′ vorgeheizt werden.

Die Heizwendeln H1′, H2′ sind mit einem Leistungsteil verbun­ den. Das Leistungsteil der Schaltung umfaßt eine Diode D3′ und einen Leistungstransistor TR1′, die in Serie verschaltet sind. Die Diode D3′ ist in Durchlaßrichtung für positive Halbwellen gepolt. Als Diode D3′ wird zum Beispiel der Typ 1 N 4007 ver­ wendet. Der Transistor TRIP ist zum Beispiel ein Leistungs-MOS- Fet vom Typ BUZ 80. Der Transistor TR1′ stellt ein ansteuerba­ res Schaltelement dar, über das ein Heizstromkreis durch die Heizwendeln H1′, H2′ geschlossen werden kann.

Der Source-Drain-Widerstand des Transistors TR1′ ist tempera­ turabhängig. Bei 20°C beträgt er 2,6 Ω, bei -20°C 2,0 Ω.

Die Gateelektrode des Transistors TR1 wird von einem Logikteil der Schaltung angesteuert. Solange die Lampe nicht brennt, wird die Gateelektrode des Transistors TR1 vor Beginn der positiven Halbwelle so angesteuert, daß der Transistor TR1′ leitet. Dazu umfaßt der Logikteil ein erstes NAND-Gatter G1′, dessen Eingän­ ge über einen Widerstand R3′ von zum Beispiel 170 kΩ mit einem Gleichspannungspegel von zum Beispiel 12 Volt verbunden sind. Die Eingänge sind außerdem über einen Widerstand R2′ und einen Widerstand R1′ mit einem Anschluß der Lampe LA′ verbunden. Der Widerstand R1′ hat einen Widerstand von zum Beispiel 10 kΩ, der Widerstand R2′ hat einen Widerstand von zum Beispiel 4,7 MΩ. Die Widerstände R1′, R2′ und R3′ bewirken, daß an den Eingängen des ersten NAND-Gatters G1′ ein Gleichspannungspegel, der als logische Null erkannt wird, anliegt, wenn in der negativen Halbwelle die an der Entladungslampe LA′ anliegende Spannung der Schwelle von zum Beispiel - 150 Volt unterschreitet. Der Wert für die Schwelle ist so festgelegt, daß er sicher zwischen der Brennspannung der Lampe LA′, die zum Beispiel 100 Volt be­ trägt, und der Netzspannung der Wechselspannungsquelle U_n′, die zum Beispiel 230 Volt effektiv beträgt, liegt. Wird diese Schwelle nicht unterschritten, so liegt an den Eingängen des ersten NAND-Gatters G1′ der Gleichspannungspegel entsprechend einer logischen Eins an. Der Ausgang des ersten NAND-Gatters G1′ ist mit einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters G2′ verbunden. Der Ausgang des zweiten NAND-Gatters G2′ ist mit den Eingängen eines dritten NAND-Gatters G3′ verbunden, dessen Aus­ gang mit der Gateelektrode des Transistors TR1′ verbunden ist. Liegt an den Eingängen des ersten NAND-Gatters G1′ eine logi­ sche Null an, was gleichbedeutend mit einem Unterschreiten der Schwelle von - 150 Volt in der negativen Halbwelle ist, so liegt am Ausgang des dritten NAND-Gatters G3′ eine logische Eins an, so daß der Transistor TR1′ leitet.

Der Ausgang des dritten NAND-Gatters G3′ ist mit einem Anschluß eines Widerstands R6 verbunden. Der andere Anschluß des Wider­ standes R6 ist mit den Eingängen eines vierten NAND-Gatters G4′ verbunden. Der Ausgang des vierten NAND-Gatters G4′ ist über einen Kondensator C4 mit den Eingängen des dritten NAND-Gatters G3′ verbunden. Parallel dazu sind die Eingänge des vierten NAND-Gatters G4′ über einen Widerstand R5′ mit dem Verbindungs­ punkt zwischen den Widerständen R1′ und R2′ verbunden. Als Gat­ ter werden zum Beispiel die Typen 4011 B verwendet. Der Wider­ stand R6′ hat zum Beispiel einen Wert von 4,7 MΩ, der Wider­ stand R5′ von 3 MΩ. Die NAND-Gatter G4′, G3′ und der Widerstand R6′ bilden ein Schmitt-Trigger, an dem im wesentlichen die über die Source-Drain-Strecke des Transistors TR1′ abfallende Span­ nung anliegt.

Zwischen den Ausgang des zweiten NAND-Gatters G2′ und die Ein­ gänge des dritten NAND-Gatters G3′ ist parallel zum Kondensator C4′ ein Halteglied geschaltet. Dazu ist der Ausgang des zweiten NAND-Gatters G2′ über einen Widerstand R8′ von zum Beispiel 100 kΩ mit dem Nullpotential der Schaltung verbunden, das dem Pegel entsprechend einer logischen Null entspricht. Parallel zu dem Widerstand R8′ ist der Ausgang des zweiten NAND-Gatters G2′ über eine Diode D4′ und einen Widerstand R7′ von zum Beispiel 470 kΩ mit den Eingängen des dritten NAND-Gatters G3′ verbun­ den. Der mit dem Widerstand R7′ verbundene Anschluß der Diode D4′ ist über einen Kondensator C5′ mit einer Kapazität von zum Beispiel 68 nF mit einem Gleichspannungspegel von zum Beispiel 12 Volt verbunden. Die Diode D4′ ist so gepolt, daß der Konden­ sator C5′ bei Anliegen einer logischen Null am Ausgang des zweiten Gatters G2′ auf einen Pegel entsprechend einer logi­ schen Null aufgeladen wird. Der Widerstand R8′ und der Konden­ sator C5′ sind so dimensioniert, daß der Pegel der logischen Null in dem Kondensator C5′ für zwei Perioden der Wechselspan­ nung gespeichert wird, ohne daß am Ausgang des zweiten NAND- Gatters G2′ erneut eine logische Null anliegt. Dadurch wird si­ chergestellt, daß auch nach dem Zünden der Lampe LA′ die elek­ trische Heizung der Heizwendeln H1′, H2′ während zwei Perioden der Wechselspannung fortgesetzt wird.

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Hochspannungsimpuls zum Zünden der Lampe LA′ dadurch induziert, daß am Ausgang des Schmitt-Triggers G4′, G3′, R6′ ein Pegel entsprechend einer lo­ gischen Null generiert wird, sobald die über den Transistor TR1′ abfallende Spannung einen vorgegebenen Schwellwert unter­ schreitet. Die Widerstände R5′ und R6′ sind so dimensioniert, daß dieses der Fall ist, sobald der Schwellwert von 2,1 Volt am Transistor TR1′ unterschritten wird. Über den Kondensator C4′ wird in diesem Fall ein kurzer positiver Puls auf die Eingänge des dritten NAND-Gatters G3′ gegeben, so daß der Ausgang des dritten NAND-Gatters G3′ und damit des Schmitt-Triggers eine logische Null wird. Die Länge dieses positiven Pulses ist ab­ hängig vom Widerstand R7′ und dem Kondensator C4′. Nach Abklin­ gen dieses positiven Pulses liegt an den Eingängen des dritten NAND-Gatters G3′ wieder die im Kondensator C5′ gespeicherte lo­ gische Null an, so daß am Ausgang des dritten NAND-Gatters G3′ wieder eine logische 1 zur Ansteuerung des Transistors TR1′ zur Verfügung steht.

Ein zweiter Eingang des zweiten NAND-Gatters G2′ ist mit einem Zeitglied verbunden, das die Starterschaltung im Fall einer de­ fekten Lampe deaktiviert. Dazu ist der zweite Eingang über ei­ nen Kondensator C3′ mit zum Beispiel 22 nF mit einem Gleich­ spannungspegel von zum Beispiel 12 Volt verbunden. Parallel da­ zu ist der zweite Eingang über einen Widerstand R4′ mit zum Beispiel 4,7 MΩ mit dem Nullpotential der Schaltung verbunden.

Parallel zu dem Widerstand R5′ ist der Widerstand R1′ mit einem Kondensator C1′ mit einer Kapazität von zum Beispiel 47 nF ver­ bunden. Der zweite Anschluß des Kondensators C1′ ist mit einer Diode D1′ verbunden. Die Diode D1′ ist eine Zenerdiode zum Bei­ spiel vom Typ Z13. Die Diode D1′ ist für die positive Halbwelle in Sperrichtung gepolt und mit dem zweiten Anschluß mit Nullpo­ tential verbunden.

Parallel zu der Diode D1′ ist der Kondensator C1′ mit einer Di­ ode D2′ verbunden. Die Diode D2′ ist für positive Halbwellen in Durchlaßrichtung gepolt. Für die Diode D2′ wird zum Beispiel der Typ 1 N 4148 verwendet. Der zweite Anschluß der Diode D2′ ist mit einem Kondensator C2′ verbunden, dessen zweiter An­ schluß auf Nullpotential liegt. Der Kondensator C2′ hat eine Kapazität von zum Beispiel 4,7 µF und eine Spannungsfestigkeit von 16 Volt. Der Kondensator C2′ dient als Gleichspannungsquel­ le für den Logikteil. Bedingt durch die Dimensionierung der Di­ ode D1′ wird die Gleichspannungsquelle auf zum Beispiel 12 Volt stabilisiert. Neben ihrer Funktion als strombegrenzende Elemen­ te in der Stromversorgung der Schaltung dienen R1′ und C1′ auch als Tiefpaßfilter, der Spannungsspitzen vom Eingang des Logik­ teils, das heißt dem Widerstand R2′ und dem Widerstand R5′ fernhält.

Mit den beschriebenen Schaltungsanordnungen wurden beim Starten einer Leuchtstofflampe mit 36 Watt und einem Durchmesser von 26 mm unter Verwendung einer verlustarmen Drossel Zeitabstände zwischen Einschalten des Schalters S1 bzw. S1′ und Brennen der Lampe von unter 70 msec gemessen. Diese Zeit wird physiologisch als sofort wahrgenommen.

Um die Zahl der Bauelemente und damit die Kosten der Schal­ tungsanordnung weiter zu reduzieren, ist es möglich, den Logik­ teil monolithisch zu integrieren. Bei einer solchen Lösung wer­ den die Zeitglieder durch Zähler ersetzt. Leistungsbauelemente, und solche Bauelemente, die hohe Spannung führen, werden extern zugeschaltet.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zum Starten einer vorheizbaren Entla­ dungslampe,

• - bei der die Entladungslampe in Reihe mit einer Drossel ge­ schaltet ist und mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist,
• - bei der über einen Leistungsteil mit mindestens einem Gleich­ richterelement und einem steuerbaren Schaltelement, dessen Widerstand im leitenden Zustand temperaturabhängig ist, ein Heizstromkreis zum Vorheizen der Entladungslampe beim Null­ durchgang der Halbwellen einer ersten Polarität geschlossen wird, solange die Lampe nicht brennt,
• - bei der, solange die Lampe nicht brennt, ein Steuerelement eines Logikteils aufgrund der an der Entladungslampe anlie­ genden Spannung während der Halbwellen einer zweiten, der er­ sten entgegengesetzten Polarität das Schaltelement so ansteu­ ert, daß dieses leitend wird,
• - bei der das Steuerelement eine Schwellwertschaltung umfaßt, an der im wesentlichen die über das Schaltelement abfallende Spannung anliegt und die bei Absinken der über das Schaltele­ ment abfallenden Spannung unter einen vorgegebenen Schwell­ wert eine solche Ansteuerung des Schaltelementes bewirkt, daß der Heizstromkreis unterbrochen wird und in der Drossel ein Hochspannungsimpuls induziert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Logikteil ein Zeitglied umfaßt, das mit dem Steuer­ element verbunden ist, so daß das Steuerelement durch entspre­ chende Ansteuerung des Schaltelementes nach einer vorgebbaren Zeit den Heizstromkreis unterbricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schwellwertschaltung ein Schmitt-Trigger umfaßt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,

• - bei der das Steuerelement ein aus zwei NAND-Gattern (G2, G3) aufgebautes RS-Flipflop umfaßt,
• - bei der an den ersten Eingang () des RS-Flipflops (G2, G3) eine logische Null angelegt wird, in die an der Entladungs­ lampe (LA) anliegende Spannung einen vorgegebenen Spannungs­ wert, der zwischen der Brennspannung der Entladungslampe (LA) und der Nennspannung der Wechselspannungsquelle (U_n) liegt, während der negativen Halbwelle unterschreitet, so daß der Ausgang des RS-Flipflops (G2, G3) auf eine logische Eins schaltet,
• - bei der an dem ersten Eingang () des RS-Flipflops eine logi­ sche Eins anliegt, falls der vorgegebene Spannungswert unter­ schritten wird,
• - bei der der Ausgang des Schmitt-Triggers (G2, G3) mit dem zweiten Eingang des RS-Flipflops () verbunden ist,
• - bei der die logischen Pegel am ersten Eingang des RS- Flipflops (G2, G3) durch eine Pegelanpassung aus der an der Entladungslampe (LA) anliegenden Wechselspannung abgeleitet werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 in Verbindung mit An­ spruch 2, bei der das Zeitglied (C3, R7) mit dem zweiten Eingang () des RS-Flipflops (G2, G3) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,

• - bei dem das Steuerelement mindestens ein erstes NAND-Gatter (G1′) umfaßt, an dessen Eingänge eine logische Null angelegt wird, wenn die an der Entladungslampe (LA′) anliegende Span­ nung einen vorgegebenen Spannungswert, der zwischen der Brennspannung der Entladungslampe und der Nennspannung der Wechselspannungsquelle (U_n′) liegt, während der negativen Halbwelle unterschreitet und dessen Ausgang zur Ansteuerung des Schaltelementes (TR1′) verwendet wird,
• - bei der an den Eingängen des ersten NAND-Gatters (G1′) eine logische Eins anliegt, falls der vorgegebene Spannungswert nicht unterschritten wird,
• - bei der die logischen Pegel an den Eingängen des ersten NAND- Gatters (G1′) durch eine Pegelanpassung aus der aus der Ent­ ladungslampe (LA′) anliegenden Wechselspannung abgeleitet werden.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,

• - bei der der Ausgang des ersten NAND-Gatters (G1′) mit einem ersten Eingang eines zweiten NAND-Gatters (G2′) verbunden ist,
• - bei der das Zeitglied (C3′, R4′) mit einem zweiten Eingang des zweiten NAND-Gatters (G2′) verbunden ist,
• - bei der der Ausgang des zweiten NAND-Gatters (G2′) mit einem Halteglied verbunden ist, das eine logische Null für eine vorgegebene Zeit speichert,
• - bei der das Halteglied (C5′, R8′) mit den Eingängen eines dritten NAND-Gatters (G3′) verbunden ist, dessen Ausgang das Schaltelement (TR1′) ansteuert,
• - bei der ein viertes NAND-Gatter (G4′) vorgesehen ist, das mit dem dritten NAND-Gatter (G3′) und einem Widerstand (R6′) den Schmitt-Trigger bildet, wobei der Ausgang des dritten NAND- Gatters (G3′) den Ausgang des Schmitt-Triggers bildet.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,

• - bei der das Halteglied mindestens einen Kondensator (C5′) um­ faßt,
• - bei der der Ausgang des zweiten NAND-Gatters (G2′) über eine Diode (D4′) mit einem Anschluß des Kondensators (C5′) verbun­ den ist,
• - bei der der andere Anschluß des Kondensators (C5′) mit dem Pegel einer logischen Eins verbunden ist,
• - bei der der Ausgang des zweiten NAND-Gatters (G2′) über einen Widerstand (R8′) mit dem Pegel einer logischen Null verbunden ist,
• - bei der die Diode (D4′) so gepolt ist, daß der Anschluß des Kondensators (C5′) bei Anliegen einer logischen Null am Aus­ gang des zweiten NAND-Gatters (G2′) auf den Pegel einer logi­ schen Null aufgeladen wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der als Gleichspannungsversorgung für den Logikteil ein Kondensator verwendet wird, der über eine Diode während der an­ steigenden Flanke der Wechselspannung aufgeladen wird und der durch eine parallel geschaltete Zenerdiode auf einem vorgebba­ ren Gleichspannungspegel gehalten wird.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der als Schaltelement ein Leistungs-MOS-Fet verwendet wird, dessen Gate von dem Steuerelement angesteuert wird und der mit einer die Halbwelle der ersten Polarität durchlassenden Diode in Reihe geschaltet ist.