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Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät zur Helligkeitssteuerung
von Entladungslampen mit einem an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen
Brückenwechselrichter,
der vier jeweils paarweise in Serie geschaltete und die beiden Brückenzweige
bildende steuerbare Schaltelemente aufweist, mit einem an den Ausgang
des Brückenwechselrichters angeschlossenen
Lastkreis, der aus wenigstens einem LC-Resonanzkreis und der Entladungslampe besteht,
und mit einer an die Steuereingänge
der steuerbaren Schaltelemente angeschlossenen Steuerschaltung,
durch deren rechteckförmige
Steuersignale die beiden Schaltelemente eines Brückenzweiges gegenphasig mit
vorgegebener Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, wobei zur Helligkeitssteuerung
die Steuersignale für
die beiden Brückenzweige
in ihrer Phasenlage relativ zueinander von einem gleichphasigen
Zustand bis zu einem gegenphasigen Zustand verschiebbar sind.
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Bei einem aus der
DE 32 48 017 C2 bekannten
Vorschaltgerät
der eingangs genannten Art werden die Schaltelemente durch Steuersignale
angesteuert, deren Tastverhältnnis
jeweils 50 % beträgt. Ein
vergleichbares Vorschaltgerät
ist auch in der
EP 472
265 A2 beschrieben.
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Ein aus der
US 4 388 563 bekanntes Vorschaltgerät für eine Leuchtstoffröhre enthält wiederum
einen Brückenwechselrichter
aus vier jeweils paarweise in Serie geschalteten, die beiden Brückenzweige
bildenden steuerbaren Schaltelementen, wobei wenigstens eine Leuchtstoffröhre an den
Ausgang der Brücke
angeschlossen ist. Der Brücke
ist eine Steuerschaltung zugeordnet, durch die zwei in verschiedenen
Brückenzweigen
liegende, mit derselben Eingangsklemme verbundene Schaltelemente gegenphasig
mit einem Tastverhältnis
von 50 % angesteuert werden, während
das Tastverhätlnis
der Steuersignale für
die beiden restlichen Schaltelemente jeweils variiert wird.
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Bei diesen Anordnungen tritt jedoch
das Problem auf, daß bei
deren Verwendung in der Helligkeitssteuervorrichtung in einer Entladungslampe
der gezündete
Zustand bzw. die Helligkeitssteuerung nicht aufrechterhalten werden
kann, wenn die der Entladungslampe zugeführte Energie bei geringen Temperaturen
verringert wird, so daß die
Lampe ausfällt
oder flackert.
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In der europäischen Offenlegungsschrift
EP 0 390 285 A2 ist
eine Anordnung beschrieben, bei der zur Beseitigung einer Fehlfunktion
oder eines Flackerns der Entladungslampe zu der Zeit eines geringen
Lichtflusses auf eine Begrenzung der der Lampe zugeführten Ausgangsleistung
hin dem der Entladungslampe zugeführten Hochfrequenz-Wechselstrom
ein Gleichstrom mit einem solchen Pegel überlagert wird, daß die Entladung
in dem Zustand eines geringen Lichtflusses aufrechterhalten wird, wobei
ein stabiler Leuchtbetrieb in dem Zustand eines geringen Lichtflusses
ermöglicht
wird. Ferner ist in dem japanischen Patent Nr. 64-3318 eine weitere Maßnahme angegeben,
um den Leuchtbetrieb mit der Überlagerung
eines Gleichstromes zu stabilisieren, um damit das Flackern zu verhindern.
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Bei jeder der zuvor genannten bekannten Anordnungen
bleibt jedoch das Problem, daß in
dem Fall, daß die
Anordnung als Helligkeitssteuervorrichtung für eine Entladelampe vorgesehen
ist, der Helligkeitssteuerbereich zur Erzielung eines Dimmer-Effektes
der Entladungslampe dadurch eingeschränkt ist, daß die Entladungslampe in dem
Zustand versagen kann, in dem die der Entladungslampe zuzuführende Energie
bei geringen Temperaturen auf einen kleinen Wert begrenzt wird.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Vorschaltgerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem die zuvor genannten Probleme
beseitigt sind, die der Entladungslampe zugeführte Energie ohne eine Variation
der Frequenz regulierbar ist, ein stabiler Betrieb selbst in dem
Zustand gegeben ist, bei dem die der Entladungslampe zugeführte Energie
auf kleine Werte begrenzt wird, und eine zur Erzielung eines Dimmer-Effektes
dienende Helligkeitssteuerung in einem relativ weiten Bereich erfolgen
kann.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung
dadurch gelöst,
daß das
Tastverhältnis
der Steuersignale für
zumindest einen Brückenzweig
von 50 % verschieden ist, um dem Lastkreis eine zusätzliche Gleichstromkomponente
zuzuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer Ausführungsform einer
in Form eines Vorschaltgeräts
vorgesehenen Helligkeitssteuervorrichtung für eine Entladungslampe,
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2 bis 10 Wellenformdiagramme zur
Erläuterung
verschiedener Betriebsaspekte der in 1 gezeigten
Vorrichtung,
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11 ein
Schaltbid einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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12 und 13 Wellenformdiagramme zur Erläuterung
des Betriebs der in 11 gezeigten Ausführungsform,
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14 ein
detailliertes Schaltbild einer Steuerschaltung der Ausführungsform
der 11,
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15 ein
Wellenformdiagramm zur Erläuterung
des Betriebs der Steuerschaltung von 14,
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16 bis 18 Wellenformdiagramme zur
Erläuterung
weiterer Betriebsaspekte der Vorrichtung,
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19 und 20 anhand von Schaltbildern weitere
Betriebsaspekte der Vorrichtung,
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21 und 22 einen weiteren Betriebsaspekt
der in 11 gezeigten
Schaltung,
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23 und 24 Schaltbilder, die weitere
Ausführungsformen
der Vorrichtung zeigen, und
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25 und 26 Diagramme zur Erläuterung von
Betriebsaspekten der Vorrichtung der in 24 gezeigten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
einer in Form eines Vorschaltgeräts
vorgesehenen Helligkeitssteuervorrichtung für eine Entladungslampe gezeigt,
bei der eine in eine Wechselspannung umgewandelte Gleichspannung
verwendet wird. Im vorliegenden Fall sind zwei parallele Serienkreise
aus jeweils zwei steuerbaren Schaltelementen S1 und S2 bzw. S3 und
S4 an eine Gleichspannungsquelle E angeschlossen während ein
Lastkreis mit einem Serienresonanzkreis aus einer Induktionsspule
L1 und einem Kondensator C2 sowie einer zum Kondensator C2 parallelen
Entladungslampe Z zwischen eine Verbindungsstelle zwischen den Schaltelementen
S1 und S2 und eine Verbindungsstelle zwischen den Schaltelementen
S3 und S4 dieser beiden Serienkreise geschaltet ist. D.h, die vorliegende
Helligkeitssteuervorrichtung für
eine Entladungslampe ist in einer sogenannten Vollbrücken-Anordnung
vorgesehen, in der die Schaltelemente S1-S4 in einer Brückenschaltung
enthalten sind, in der allgemein einander diagonal gegenüberliegende
Paare der Schaltelemente S1 und S4 sowie S2 und S3 durch eine Steuerschaltung 11 abwechselnd
ein- und ausgeschaltet werden, um dadurch den Lastkreis mit einem
Wechselstrom zu versorgen. Überdies
sei hier angenommen, daß die
Schaltelemente S1-S4 MOS-Feldeffekttransistoren sind, die parasitäre Dioden
aufweisen, die einen Stromfluß in
der umgekehrten Richtung bewirken.
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Bei der vorhergehenden Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe wird angenommen, daß, wie in 2 gezeigt, zu einer Zeit t0 Steuersignale
V1 und V4 von der Steuerschaltung 11 zu den Schaltelementen
S1 und S4 einen hohen Pegel annehmen, während Steuersignale V2 und
V3 zu den Schaltelementen S2 und S3 einen geringen Pegel annehmen.
Zu diesem Zeitpunkt werden die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet,
wie dies durch Wellenformen (a) und (d) der 2 gezeigt ist, während die anderen Schaltelemente
S2 und S3 ausgeschaltet werden, wie dies durch Wellenformen (b) und
(c) der 2 gezeigt ist,
wodurch ein Stromfluß von
der Gleichstromquelle E durch das Schaltelement S1, die Induktionsspule
L1, den Kondensator C2 die Entladungslampe Z und das Schaltelement
S4 bewirkt und der Strom dem Lastkreis zugeführt wird. Im nächsten Zeitpunkt
t2 besitzen die Steuersignale V1 und V4 den niedrigen Pegel, während die
Steuersignale V2 und V3 einen hohen Pegel aufweisen, worauf die
Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet werden, wie dies durch die
Wellenformen (a) und (d) gezeigt ist, während die Schaltelemente S2
und S3 eingeschaltet werden, wie dies durch die Wellenformen (b)
und (c) gezeigt ist. Falls die Schaltfrequenz der Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe in einem Bereich gewählt wird, der höher als eine
Resonanzfrequenz des Lastkreises ist, der die Induktionsspule L1,
den Kondensator C2 und eine Last enthält, so bewirkt nun die in dem
Resonanzkreis gespeicherte Energie einen Stromfluß über einen
Pfad aus der Induktionsspule L1, der Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z, der parasitären Diode des Schaltelements
S3, der Gleichstromquelle E und der parasitären Diode des Schaltelements
S2. Ab einer Zeit, zu der der Strom in dem Resonanzkreis auf Null
gebracht wird, sind die Schaltelemente S2 und S3 in positiver Richtung
eingeschaltet, und es wird ein Stromfluß von der Quelle E in einer
Richtung umgekehrt zu der des vorherigen Flusses über einen
Pfad bewirkt, der das Schaltelement S3, die Parallelschaltung aus dem
Kondensator C2 und der Entladungslampe Z, die Induktionsspule L1
und das Schaltelement S2 enthält.
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Wird der Zeitpunkt t4 erreicht, so
nehmen die Steuersignale V1 und V4 der Steuerschaltung 11 wieder
den hohen Pegel an, gleich wie zur Zeit t0, während die Steuersignale V2
und V3 den niedrigen Pegel annehmen, so daß die Schaltelemente S1 und
S4 eingeschaltet und die anderen Schaltelemente S2 und S3 ausgeschaltet
werden. Auch zu diesem Zeitpunkt bewirkt eine in dem Resonanzkreis
gespeicherte Energie einen Stromfluß über einen Pfad, der die Induktionsspule
L1, die parasitäre
Diode des Schaltelements S1, die Gleichstromquelle E, die parasitäre Diode
des Schaltelements S4 und die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z enthält. Ab dem Zeitpunkt, zu dem
der Strom in dem Resonanzkreis auf Null gebracht wird, fließt der Strom
wiederum über
einen Pfad aus der Gleichstromquelle E, dem Schaltelement S1, der
Induktionsspule L1, der Parallelschaltung aus dem Kondensator C2
und der Entladungslampe Z, und dem Schaltelement S4, und der Lastkreis
wird mit Strom versorgt. Solange für die Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe ein gleichbleibender Betrieb vorgesehen ist, wird
der Laststrom in positiver Richtung auch zur Zeit t0 durch die Schaltelemente
S1 und S4 geführt,
nach dem Stromfluß durch die
parasitären
Dioden der Schaltelemente S1 und S4. Überdies ist ein solcher Aufbau
auch möglich,
um Dioden in umgekehrter Richtung zu den Schaltelementen S1 bis
S4 eines bipolaren Transistors parallelzuschalten und für einen
Energiefluß in
dem Resonanzkreis zu sorgen.
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Darüber hinaus kann die Anordnung,
wie in 3 gezeigt, auch
so getroffen werden, daß zwischen
dem Zeitpunkt für
das Ein- und Ausschalten der Serienschaltung aus den Schaltelementen
S3 und S4, wie dies anhand der Wellenformen (c) und (d) zu sehen
ist, und dem Zeitpunkt für
das Ein- und Ausschalten der anderen, in Serie geschalteten Schaltelemente
S1, S2, wie dies anhand der Wellenformen (a) und (b) zu sehen ist,
eine zeitliche Verzögerung
auftritt, und die beiden Serienkreise aus S1, S2 und S3, S4, die
parallel an die beiden Enden der Gleichstromquelle E angeschlossen
sind, werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Setzt man hier
voraus, daß die
Schaltfrequenz wie zuvor höher
als die Resonanzfrequenz gewählt
ist, so sind die Schaltelemente S2 und S4 zur Zeit t0 eingeschaltet,
wie dies durch die Wellenformen (b) und (d) gezeigt ist, während die
Schaltelemente S1 und S3 ausgeschaltet sind, wie dies durch die
Wellenformen (a) und (c) gezeigt ist, und dem Lastkreis wird keine
Spannung zugeführt.
Wird der Zeitpunkt t1 erreicht, so wird das Schaltelement S3 eingeschaltet,
während
das Schaltelement S4 ausgeschaltet wird, wie dies in den Wellenformen
(c) und (d) zu sehen ist, wodurch der Laststrom von der Quelle E über das
Schaltelement S3, die Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der
Entladungslampe Z, die Induktionsspule L1 und das Schaltelement
S2 geführt
wird. Zum Zeitpunkt t2 wird das Schaltelement S2 ausgeschaltet,
wie dies in der Wellenform (b) zu sehen ist, und die an die Last angelegte
Spannung verschwindet. Zu der gleichen Zeit, zu der das Schaltelement
S2 abgeschaltet wird, wird das Steuersignal V1 von der Steuerschaltung 11 geliefert,
um das Schaltelement S1 einzuschalten, wie dies in der Wellenform
(a) zu sehen ist. In diesem Fall bewirkt die in dem Resonanzkreis
gespeicherte Energie einen Stromfluß in der gleichen Richtung
wie die des vorherigen Stromflusses über einen Pfad aus der Induktionsspule
L1, der parasitären
Diode des Schaltelements S1, der parasitären Diode des Schaltelements
S3, dem Kondensator C2 und der Entladungslampe Z.
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Zum Zeitpunkt t3 wird das Schaltelement
S3 abgeschaltet, wie dies in der Wellenform (c) von 3 zu sehen ist, worauf das Steuersignal
V4 von der Steuerschaltung 11 geliefert wird, um das Schaltelement
S4 einzuschalten, wie dies in der Wellenform (d) gezeigt ist. Daraus
ergibt sich, daß stets dann,
wenn in dem Resonanzkreis noch Energie verbleibt, ein Stromfluß über einen
Pfad bewirkt wird, der die Induktionsspule L1, die parasitäre Diode
des Schaltelements S1, die Gleichstromquelle E, die parasitäre Diode
des Schaltelements S4 und die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z enthält. Nach dem Zeitpunkt, zu
dem der Strom in dem Resonanzkreis zu Null gebracht wird, werden
beide Schaltelemente S1 und S4 in positiver Richtung eingeschaltet,
und es wird ein Laststromfluß in
einer zur vorhergehenden Richtung umgekehrten Richtung über einen
Pfad bewirkt, der die Gleichstromquelle E, das Schaltelement S1,
die Induktionsspule L1, die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z und das Schaltelement S4 enthält. Zu dem
Zeitpunkt, zu dem der Strom in dem Resonanzkreis auf Null gebracht und
dem Steuersignal V4 der Steuerschaltung 11 ein hoher Pegel
verliehen wird, wird gleichzeitig das Schaltelement S4 in positiver
Richtung eingeschaltet. Da in diesem Fall das Schaltelement S1 zu
dieser Zeit t3 bereits eingeschaltet wurde, fließt der Laststrom über den
Pfad aus der Quelle E, dem Schaltelement S1, der Induktionsspule
L1, der Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe
Z sowie dem Schaltelement S4.
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Ist der Zeitpunkt t4 erreicht, so
wird die Zufuhr des Laststromes über
den vorhergehenden Pfad unterbrochen. Zur gleichen Zeit wird das
Steuersignal V2 zum Einschalten des Schaltelements S2 angelegt,
und durch die in dem Resonazkreis gespeicherte Energie wird ein
Stromfluß über einen
Pfad bewirkt, der die Induktionsspule L1, die Parallelschaltung
aus dem Kondensator C2 und der Last Z, das Schaltelement S4 und
die parasitäre
Diode des Schaltelements S2 enthält. Überdies
wird bei Erreichen des Zeitpunktes t5 das Schaltelement S4 ausgeschaltet,
und es wird ein solches, einen hohen Pegel aufweisendes Steuersignal
V3 der Steuerschaltung 11 geliefert, wie dies durch die Wellenform
(c) gezeigt ist. Solange die Energie zu dieser Zeit in dem Resonanzkreis
verbleibt, fließt
ein Strom über
einen Pfad aus der Induktionsspule L1, der Parallelschaltung aus
dem Kondensator C2 und der Entladungslampe Z, der parasitären Diode
des Schaltelements S3, der Spannungsquelle E und der parasitären Diode
des Schaltelements S2. Wird die Energie des Resonanzkreises Null,
so wird der Laststrom über
den Pfad geliefert, der die Versorgungsquelle E, das Schaltelement
S3, die Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe
Z, die Induktionsspule L1 und das Schaltelement S2 enthält.
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Eine Reihe vorhergehender Vorgänge wird wiederholt,
und die Gleichspannung von der Gleichspannungsquelle E wird in eine
dem Lastkreis zugeführte
Wechselspannung umgewandelt. Bei dem unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Betriebsaspekt
wurde die Einschaltzeit der einander diagonal gegenüberliegenden
Paare von den Schaltelementen S1, S4 und S2, S3 kürzer als
bei dem in bezug auf 2 behandelten
Aspekt gewählt,
und die dem Lastkreis zugeführte
Leistung kann verringert werden. Hier sollte die Schaltfrequenz
vorzugsweise so gewählt werden,
daß sie
in einem Bereich liegt, der höher
als die Resonanzfrequenz ist.
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Im einzelnen wurde mit der vorhergehenden Ausbildung
die Möglichkeit
geschaffen, die dem Lastkreis für
die Entladungslampe zugeführte
Leistung dadurch zu variieren, daß die Phasenlage des Ein-/Ausschaltzeitpunkts
der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich
des Zeitpunkts für
das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente S1 und S2 variiert wird, d.h.
der Einschalt/Ausschalt-Betrieb zwischen einem Serienkreis aus den
Schaltelementen S1 und S2 und dem anderen Serienkreis aus den Schaltelementen S3
und S4 variiert wird, die Schaltfrequenz dieser Schaltelemente S1
bis S4 jedoch unverändert
bleibt. Entsprechend ist eine einfachere Auslegung insbesondere
des Filters (nicht gezeigt) und der dieses umgebenden Elemente möglich. Da
die Schaltfrequenz nicht variiert wird, ist es überdies möglich, jegliche Einwirkung
auf weitere Ausrüstungsteile
wie Infrarot-Fernsteuereinrichtungen und dergleichen zu vermeiden.
Da die Ausgangsfrequenz selbst dann unverändert bleibt, wenn als Entladungslampe,
eine HID-Lampe verwendet wird, ist es auch möglich, jegliche Gefahr eines
Herbeiführens
des Phänomens
einer akustischen Resonanz zu verringern, das leicht auftreten kann,
wenn die Frequenz variiert wird.
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Während
beim vorhergehenden Betriebsaspekt davon ausgegangen wurde, daß die Schaltphase
der Schaltelemente S3 und S4 gegenüber der Schaltphase der Schaltelemente
S1 und S2 verzögert
wird, kann im wesentlichen die gleiche Funktion wie oben auch dann
erhalten werden, wenn im Gegensatz dazu die Schaltphase der Schaltelemente S3
und S4 voreilt.
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Gemäß der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen,
um eine Fehlfunktion der einer Helligkeitssteuerung unterworfenen
Entladungslampe selbst dann zu vermeiden, wenn die der Entladungslampe
zugeführte
Energie bei niedrigen Temperaturen erheblich begrenzt wird, um den
Helligkeitssteuerbereich der Entladungslampe hinreichend zu vergrößern. In
diesem Zusammenhang und unter Bezugnahme auf 4 werden die Schaltelemente S1 und S2
so gesteuert, daß sie
mit verschiedenen Einschalt-Perioden,
d. h. mit unterschiedlicher Einschaltdauer, betrieben werden. Überdies
sind die Schaltelemente S1 und S2 für einen zueinander gegenphasigen
Ein-/Ausschalt-Betrieb
vorgesehen. Die restlichen Schaltelemente S3 und S4 sind so gesteuert, daß sie mit
gleichen Einschalt-Perioden betrieben werden.
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Im vorliegenden Fall werden die Schaltelemente
S1 und S4 so angesteuert daß sie
vor dem Zeitpunkt t0 gemeinsam eingeschaltet sind, so daß ein Laststromfluß über einen
Pfad bewirkt wird, der die Gleichstromquelle E, das Schaltelement
S1, die Induktionsspule L, die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z, und das Schaltelement S4 enthält. Ist
der Zeitpunkt t0 erreicht, wird das Schaltelement S4 abgeschaltet,
so daß der
Laststrom in dem obengenannten Pfad fließt. Zu diesem Zeitpunkt t0
wird das einen hohen Pegel aufweisende Steuersignal V3 von der Steuerschaltung 11 an
das Schaltelement S3 geliefert, wodurch bewirkt wird, daß die in
dem Resonanzkreis gespeicherte Energie entladen wird, um einen Strompfad
zu bilden, der durch die Induktionsspule, die Parallelschaltung
aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe Z, und die jeweiligen
parasitären
Dioden der Schaltelemente S3 und S1 führt. Zum nächsten Zeitpunkt t1 wird das
Schaltelement S1 ausgeschaltet, um den obengenannten Strompfad zu
unterbrechen, während
das einen hohen Pegel aufweisende Steuersignal V2 von der Steuerschaltung 11 zur
gleichen Zeit an das Schaltelement S2 geliefert wird, zu der das
Schaltelement S1 ausgeschaltet wird, und ein anderer Strompfad wird
durch die in dem Resonanzkreis gespeicherte Energie gebildet, der
durch die Induktionsspule L1, die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z, die parasitäre Diode des Schaltelements
S3, die Gleichspannungsquelle E und die parasitäre Diode des Schaltelements
S2 führt.
Zu der Zeit, zu der der Strom in dem Resonanzkreis Null geworden
ist, fließt der
Laststrom über
den Pfad aus der Gleichspannungsquelle E, dem Schaltelement S3,
der Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe
Z, der Induktionsspule L1 und dem Schaltelement S2.
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Ist der Zeitpunkt t2 erreicht, so
werden beide Schaltelemente S2 und S3 abgeschaltet, und die Laststromversorgung über den
obengenannten Pfad wird unterbrochen. Zur gleichen Zeit werden die Steuersignale
V1 und V4 von der Steuerschaltung 11 an die Schaltelemente
S1 und S4 geliefert, um diese einzuschalten, und die in dem Resonanzkreis
gespeicherte Energie führt
dann zu einem Strompfad über
die parasitäre
Diode des Schaltelements S1, die Spannungsquelle E, die parasitäre Diode
des Schaltelements S4 und die Parallelschaltung aus dem Kondensator
C2 und der Entladungslampe Z. Zu der Zeit, zu der der Strom von
dem Resonanzkreis Null wird, fließt der Laststrom über einen
Pfad aus der Energiequelle E, dem Schaltelement S1, der Induktionsspule
L, der Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe
Z und dem Schaltele ment S4. Ist der Zeitpunkt t3 erreicht, so wird
das Schaltelement S4 abgeschaltet, wobei der Laststrom durch den
obengenannten Pfad unterbrochen wird, und zu diesem Zeitpunkt wird
die Energie in dem Resonanzkreis über die parasitäre Diode
des Schaltelements 53 auf die gleiche Weise wie zum Zeitpunkt t0 entladen.
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Bei dem oben erwähnten, im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Betriebsaspekt
werden die Schaltelemente S1 und S2 derart mit unterschiedlichen
Einschalt-Perioden betrieben, daß eine Periode, bei der die
Schaltelemente S1 und S4 gleichzeitig eingeschaltet sind, länger wird
als eine Periode, bei der die Schaltelemente S2 und S3 gleichzeitig
eingeschaltet sind, wodurch die Periode, bei der der Laststrom fließt, für die Periode
gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1 und S4 und die Periode
gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S2 und S3 verschieden
gemacht wird, und ein Unterschied hinsichtlich der in diesen Einschalt-Perioden
in dem Resonanzkreis gespeicherten Energie auftritt. In dem Fall,
daß die
Einschalt-Periode
des Schaltelements S2 kürzer
als die des Schaltelements S1 gewählt wird, wie beim vorliegenden
Aspekt, wird die in dem Resonanzkreis während der Periode gleichzeitig
eingeschalteter Schaltelemente S1 und S4 gespeicherte Energie erhöht, und
eine die Energie begleitende Gleichstromkomponente wird dem Lastkreis
zugeführt.
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Bei einem anderen Betriebsaspekt
der 5 wird die Einschalt-Periode
des Schaltelements S2 kürzer
gewählt
als die des Schaltelements S1, und die Periode gleichzeitig eingeschalteter
Schaltelemente S1 und S4 oder S2 und S3 wird dadurch variiert, daß eine Verzögerung der
Schaltphase der Schaltelemente S3 und S4 gegenüber der Schaltphase der Schaltelemente
S1 und S2 in der anhand von 4 beschriebenen
Anordnung eingeführt wird,
so daß die
dem Lastkreis zugeführte
Energie variiert wird, um die Energieversorgung der Entladungslampe
Z zu verringern. In diesem Fall kann die Vorrichtung auf dieselbe
Weise wie im Fall der Fig. 4 betrieben
werden, mit der Ausnahme, daß die
Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1 und S4 oder
S2 und S3 kürzer
als in dem Fall der 4 gewählt wird.
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Während
bei dem Aspekt der 4 die
Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich der
Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S1 und S2 verzögert ist,
ist beim Betriebsaspekt der 5 vorgesehen,
daß die
Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich der
Ein schalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S1 und S2 voreilt.
Auch in diesem Fall kann die der Entladungslampe Z zugeführte Energie
wirksam verringert werden. Mit einer solchen Anordnung kann das
Ziel ohne ein Verändern
der Schaltfrequenz erreicht werden, und die in Verbindung mit einer
Variation der Schaltfrequenz einhergehenden Probleme können vermieden
werden. Überdies
ist es, mit der Periode gleichzeitig eingeschalteter Elemente, deren
Länge für die Schaltelemente
S1 und S4 und die Schaltelemente S2 und S3 unterschiedlich gewählt wird,
möglich,
die Gleichstromkomponente wirksam der Entladungslampe Z zuzuführen. Überdies
dient in dem Fall, daß die
Helligkeitsaussteuerung der als Last verwendeten Entladungslampe
Z bei geringen Temperaturen schwächer
gewählt
ist, die zugeführte
Gleichstromkomponente dazu, die Helligkeitssteuerung der Entladungslampe
mit dieser Gleichstromkomponente selbst auf ein Abfallen der Wechselstromkomponente
hin aufrechtzuerhalten, wodurch jegliche Fehlfunktion der Helligkeitssteuerung
der Entladungslampe Z verhindert und das Flackern aufgrund einer
sogenannten Wanderung verringert wird. Folglich kann die Helligkeitssteuerung
der Entladungslampe leichter ausgedehnt werden, und es kann ein
stabiler Betrieb der Entladungslampe verwirklicht werden.
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Bei einem weiteren, in 6 gezeigten Betriebsaspekt
ist im Gegensatz zu dem vorhergehenden Aspekt der 4 die Einschalt-Periode des Schaltelements
S1 kürzer
gewählt
als die Einschalt-Periode des Schaltelements S2, und die Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S3 und S4 ist bezüglich der Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S1 und S2 verzögert. In diesem Fall ist die
Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S2 und S3, wie
in 6 zu sehen ist, länger gewählt als
die Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1 und S4,
wodurch eine Gleichstromkomponente von einer gegenüber dem
vorhergehenden Aspekt umgekehrten Polarität in der Induktionsspule L1
zu speichern ist, wobei auch diese Komponente dazu dient, jegliche
Fehlfunktion der Entladungslampe Z zu verhindern.
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Bei einem Betriebsaspekt der 7 ist die Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich
der Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S1 und S2 stärker verzögert als
im Fall der 6, so daß die der
Entladungslampe Z zugeführte
Energie weiter verringert werden kann. In 8 ist ein weiterer Betriebsaspekt gezeigt,
bei dem die Einschalt-Periode des Schaltelements S1 länger gewählt ist
als die Einschalt-Periode des Schaltelements S2, und die Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S3 und S4 ist bezüglich der Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S1 und S2 verzö gert. Auch mit diesem Arbeitsaspekt
der 8 ist es möglich, eine
Fehlfunktion der Lichtsteuerung der Entladungslampe Z zu verhindern
und die Stromversorgung der Entladungslampe Z zu verringern. Überdies
ist es auch möglich, denselben
Betrieb wie bei dem vorhergehenden Aspekt selbst dann zu erhalten,
wenn wie bei einem weiteren, in 9 gezeigten
Arbeitsaspekt, die Einschalt-Perioden der Schaltelemente S3 und
S4 relativ zueinander variiert werden.
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Während
bei den vorhergehenden Aspekten die Zufuhr der Gleichstromkomponente
zu der Entladungslampe Z dadurch erreicht wird, daß dafür gesorgt
wird, daß der
Energiespeicherungszustand in dem Resonanzkreis unausgeglichen ist,
wird die der Entladungslampe Z in der Praxis zugeführte Gleichstromkomponente
im wesentlichen konstantgehalten. Hier ist der Zustand, bei dem
die Fehlfunktion der Entladungslampe Z auftreten kann, der Zustand,
bei dem eine schwache Helligkeits steuerung erfolgt, und es ist
eher wünschenswert,
daß die
der Entladungslampe Z zugeführte
Gleichstromkomponente angehoben wird, wenn die der Entladungslampe
Z zugeführte
Energie verringert wird. Hier ist gemäß einem Aspekt, bei dem die
der Entladungslampe Z zugeführte
Energie herabgesetzt oder verringert wird, die Verzögerung der
Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S3 und S4 gegenüber der
der Schaltelemente S1 und S2 größer gewählt. In
diesem Fall ist die Anordnung so getroffen, daß die Verzögerung der Einschalt/Ausschalt-Phase
der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich
der der Schaltelemente S1 und S2 größer gewählt ist, wobei die Einschalt-Perioden der
Schaltelemente S3 und S4 relativ zueinander in großem Umfang
variiert werden und die der Entladungslampe Z zugeführte Gleichspannung
wirksam erhöht
werden kann, wenn die der Entladungslampe Z zugeführte Energie
abnimmt.
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Im einzelnen wird die Änderung
der Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S3 und S4, wie
z.B. in den 4 und 5 oder zusätzlich in 10 gezeigt, gegenüber der
Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S1 und S2 größer gemacht,
um die Einschalt-Perioden der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander
in großem
Umfang variieren zu können,
und die vorhergehende Funktion kann dann gut erzielt werden. Dies
bedeutet z. B. bezüglich
des in 3 gezeigten Zustandes, daß es mit
dem Betriebsaspekt der 5 möglich ist, die
der Entladungslampe Z zugeführte
Spannung zu verringern, und mit dem Aspekt der 10 die der Entladungslampe Z zugeführte Energie
weiter herabgesetzt werden kann. Folglich werden die Einschalt-Perioden
der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander beträchtlich
variiert, so daß das
Ausmaß des Ungleichgewichts
des Energiespeicherungszustands im Resonanzkreis zunimmt und die der
Entladungslampe Z zugeführte
Gleichstromkomponente schließlich
angehoben wird.
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In 11 ist
eine mehr praktische Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt. Im vorliegenden Fall ist, wie sich anhand der jeweiligen
Wellenformdiagramme der 12 und 13 an betreffenden Teilen
der besonderen Ausführungsform
ergibt, die Anordnung so gewählt,
daß die
Einschalt-Perioden der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander
variiert werden und die Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente
S3 und S4 bezüglich
der Einschalt/Ausschalt-Phase der Schaltelemente S1 und S2 voreilt.
Hier ergibt sich aus 13, daß die der
Entladungslampe Z zugeführte
Energie auf einen verringerten Wert gebracht werden kann, und es
kann die gleiche Funktion wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen
verwirklicht werden.
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Andererseits wird bei der in 11 gezeigten Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe der positive Spitzenwert IL1P des
durch die Induktionsspule L1 fließenden Stromes IL1 dadurch
größer als
der negative Spitzenwert IL1N gemacht, daß die Einschalt-Perioden
der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander variiert werden,
wie sich dies aus den 12 und 13 ergibt, wodurch auch der
positive Spitzenwert IZP des Lampenstromes
IZ größer gemacht
wird als der negative Spitzenwert IZN, wie ebenfalls
aus den 12 und 13 zu ersehen ist, und die
der Entladungslampe Z zugeführte
Energie kann dadurch verringert werden, daß eine Anordnung verwendet
wird, um dem Lampenstrom IZ die Gleichstromkomponente
zu überlagern.
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14 zeigt
einen detaillierten Schaltplan der Steuerschaltung 11 der
Helligkeitssteuervorrichtung für
eine Entladungslampe der 11 mit
einem Schwingkreis 12, der Rechtecksignale einer Grundfrequenz
erzeugt, Ansteuerschaltungen 13 und 14 zum Ansteuern
der Schaltelemente S1 und S2 entsprechend den Signalen des Schwingkreises 12,
einem Verzögerungskreis 15,
durch den Signale bereitgestellt werden, die um eine feste Periode
bezüglich der
Ausgangssignale des Schwingkreises 12 verzögert sind,
und Ansteuerkreisen 16 und 17 zur Ansteuerung
der Schaltelemente S3 und S4 entsprechend den Signalen von dem Verzögerungskreis 15.
Der Schwingkreis 12 besteht aus einem Zeitgeber IC12a und
dem Zeitgeber IC12a extern zugeordneten Elementen wie einem Widerstand
R12, variablen Widerständen
VR11 und VR12, Dioden D11 und D12 und einem Kondensator C11, wobei
er solche Rechtecksignale erzeugt, wie dies durch eine Wellenform (a)
in 15 gezeigt ist. Mit
einem Einstellen der variablen Widerstände VRll und VR12 ist es hier
möglich,
das Verhältnis
zwischen Perioden hohen und niedrigen Pegels der Rechtecksignale
zu variieren.
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Der Ansteuerkreis 13 für das Schaltelement S1
besteht aus einem Abschaltkreis 31 zum Festsetzen einer
Periode bezüglich
der Ausgangssignale des Schwingkreises 12, um das Auftreten
irgendeines Kurzschlusses zwischen dem Schaltelement S1 und der
Gleichstromquelle E aufgrund eines gleichzeitigen Einschaltens mit
dem anderen Schaltelement S2 zu verhindern, sowie aus einem Pegelverschiebekreis 32.
Bei den vorhergehenden Betriebsaspekten wurde nicht angesprochen,
daß das
gleichzeitige Einschalten der Schaltelemente S1 und S2 oder S3 und
S4, die mit der Gleichstromquelle E in Reihe geschaltet sind, bewirkt,
daß ein
Kurzschluß bezüglich der
Quelle E auftreten kann. Um dies zu verhindern, ist die Ausschalt-Periode
vorgesehen, bei der die Schaltelemente S1 und S2 oder S3 und S4
gleichzeitig zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens der Schaltelemente
S1 und S2 oder S3 und S4 ausgeschaltet werden. Der Ausschaltkreis 31 besteht aus
drei variablen Widerständen
VR13 bis VR15, zwei Dioden D13 und D14, einem Kondensator C12 und
einem Trennverstärker
B1. D.h., daß solche
Signale V1 von einer Wellenform (c) – der 15 erzeugt werden, die mit dem Anstieg
der Ausgangssignale Va des Schwingkreises um ein Zeitintervall verzögert werden,
das durch eine Zeitkonstante der variablen Widerstände VR13
und VR14 und des Kondensators C12 bestimmt ist (eine Periode von
t0 bis t1 in 15).
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Der Pegelverschiebekreis 32 besteht
aus einem Stromspiegelkreis CM3 mit Transistoren Q11 bis Q14, einem
Trennverstärker
B2 und einem Konstantspannungskreis 33, der eine Zenerdiode
ZD1 und einen Kondensator C18 enthält, um die Spannung der Gleichstromquelle
E auf einem konstanten Spannungswert zu halten. Bei diesem Pegelverschiebekreis 32 werden
die Ausgangssignale des Abschattkreises 31 durch einen
Strom bei dem Stromspiegelkreis CM3 ersetzt, um Signale an den Trennverstärker B2
zu liefern, der bei einem verschiedenen Potential arbeitet, und
Ausgangssignale dieses Trennverstärkers B2 werden dem Schaltelement
S1 als die Steuersignale V1 geliefert. Die Ansteuerschaltung 14 für das Schaltelement
S2 enthält
einen Abschaltkreis 41 zum Festsetzen der Abschalt-Periode,
um den Kurzschluß zwischen
der Gleichstromquelle E und dem Schaltelement S2 aufgrund des gleichzeitigen Einschaltens
mit dem Schaltelement S1 zu verhindern, und zwar bezüglich des
Ausgangssignals Va des Schwingkreises 12. In diesem Fall
ist es möglich, dafür zu sorgen,
daß ein
Betriebsbezugspotential des Schaltelements S2 mit dem Bezugspotential
der Steuerschal tung 11 zusammenfällt und der Pegelverschiebekreis 42 überflüssig ist.
Der Abschaltkreis 41 enthält ein Inverter-Glied I1, variable
Widerstände VR16
bis VR18, Dioden D15 und D16, einen Kondensator C13 und einen Trennverstärker B3.
Bei diesem Abschaltkreis 41 werden die Ausgangssignale
Va des Schwingkreises 12 invertiert, wie dies durch eine Wellenform
(b) in 15 gezeigt ist,
und Signale mit einem gegenüber
dem Anstieg der Ausgangssignale Va des Schwingkreises 12 verzögerten Anstieg,
wie durch eine Wellenform (d) der 15 gezeigt,
sind um eine Periode verzögert,
die durch eine Zeitkonstante der variablen Widerstände VR16
und VR17 und des Kondensators C13 bestimmt ist und in 15 der Zeitdauer t4-t5 entspricht.
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Der Verzögerungskreis 15 enthält allgemein einen
Verzögerungsperioden-Festsetzkreis 51 zum Festsetzen
der Verzögerungsperiode
des Ausgangssignals Va des Schwingkreises 12 und einen
Verzögerungssignal-Erzeugungskreis 52 zur
Erzeugung der verzögerten
Signale, wobei das Ausgangssignal Va des Schwingkreises 12 als
Ganzes entsprechend der Verzögerungsperiode
verzögert
wird, die durch den Verzögerungsperioden-Festsetzkreis 51 festgesetzt
wurde. Im einzelnen enthält
der Verzögerungsperioden-Festsetzkreis 51 variable
Widerstände VR19
und VR20, eine Diode. B17, einen Kondensator C14 und Inverter-Glieder
I3 und I4, und die durch die Zeitkonstante des variablen Widerstands
VR19 und des Kondensators C14 bestimmte Periode, z.B. eine Periode
t0-t2, wird die Verzögerungsperiode
für das
Ausgangssignal Va des Schwingkreises 12 sein. Genauer beginnt
die Aufladung des Kondensators C14 mit dem Anstieg des Ausgangssignals
Va des Schwingkreises 12, wie durch eine Wellenform (e) der 15 gezeigt ist, und es ergibt
sich ein Ausgangssignal Vd des Inverter-Gliedes I3, wie dies durch
eine Wellenform (f) der 15 gezeigt
ist, wenn die Spannung über
dem Kondensator C14 eine Schwellenspannung des Inverter-Gliedes
I3 erreicht.
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Der Verzögerungssignal-Erzeugungskreis 52 enthält ein UND-Glied
AND1, durch das das Ausgangssignal Vd des Inverter-Gliedes I3 und
das Ausgangssignal Va des Schwingkreises 12 einer UND-Verknüpfung unterzogen
werden, einen Verzögerungskondensator
C15, einen Stromspiegelkreis CM1 zum Aufladen des Kondensators C15
mit einem Ausgangssignal VG des UND-Gliedes AND1, einen Komparator
CP1 zum Vergleichen der Spannung über dem Kondensator C15 mit
einer vorbestimmten Spannung, ein Inverter-Glied I2 zum Invertieren
des Ausgangsssignals Va des Schwingkreises 12, ein UND-Glied
AND2, durch das ein Ausgangssignal Vf des Inverter-Gliedes I2 und
ein Ausgangssignal Vi des Komparators CP1 einer UND-Verknüpfung unterworfen
werden, ein ODER-Glied OR1, durch das ein Aus gangssignal Vj des
UND-Gliedes AND2 und ein Ausgangssignal Ve des Verzögerungsperioden-Festsetzkreises 51 einer
ODER-Verknüpfung unterworfen
werden, und einen Stromspiegelkreis CM2 zum Entladen des Kondensators
C15 entsprechend einem Ausgangssignal V1 eines UND-Gliedes AND3,
durch das ein Ausgangssignal Vk des ODER-Gliedes OR1 und das Ausgangssignal
Vf des Invertergliedes I2 einer UND-Verknüpfung unterworfen werden.
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Bei dem Verzögerungssignal-Erzeugungskreis 52 wird
in diesem Fall das Ausgangssignal Vg des UND-Gliedes AND1 zum Zeitpunkt
der Ausführung
der UND-Verknüpfung
zwischen einem solchen Ausgangssignal Vd des Inverter-Gliedes I3
des Verzögerungsperioden-Festsetzkreises 51,
wie durch die Wellenform (f) der 15 gezeigt,
und dem Ausgangssignal Va des Schwingkreises 12 für eine Periode
einen hohen Pegel aufweisen, die der Verzögerungsperiode entspricht,
die bei dem Verzögerungsperioden-Festsetzkreis 51 festgesetzt
wurde, wie durch eine Wellenform (i) in 15 gezeigt, und der Kondensator C15 wird
durch den Stromspiegelkreis CMl, wie durch eine Wellenform (j) in 15 gezeigt, während dieser
Periode aufgeladen, während
der das Ausgangssignal Vg des UND-Gliedes AND1 den hohen Pegel aufweist.
Zu diesem Zeitpunkt wird die vorbestimmte Spannung, die als Bezugsspannung
in dem Komparator CP1 festgesetzt wurde, im wesentlichen auf Null
Volt gesetzt, und das Komparator-Ausgangssignal Vi wird auf dem
hohen Pegel gehalten, wie dies durch eine Wellenform (k) in 15 gezeigt ist.
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Zu dem obengenannten Betriebs-Zeitpunkt besitzt
das Ausgangssignal Vf des Inverter-Gliedes I2 einen niedrigen Pegel,
wie dies durch eine Wellenform (h) in 15 gezeigt
ist, und das Ausgangssignal Vj des UND-Gliedes AND2 wird den niedrigen
Pegel annehmen, wie dies in einer Wellenform (l) der 15 zu sehen ist, während das
Ausgangssignal Vi des Komparators CP1 während der Periode auf dem hohen
Pegel gehalten wird, während
der der Kondensator 15 aufgeladen wird. Mit dem Verschieben
des Ausgangssignals Va des Schwingkreises 12 zu dem niedrigen
Pegel, wie dies in der Wellenform (a) der 15 zu sehen ist, steigt hier das Ausgangssignal Vf
des Inverter-Gliedes I2 auf den hohen Pegel an, wie dies in der
Wellenform (h) zu sehen ist, wodurch das Ausgangssignal Vj des UND-Gliedes
AND2 zum hohen Pegel verschoben wird, wie dies in der Wellenform
(l) der 15 zu sehen
ist, und das Ausgangssignal Vk des ODER-Gliedes OR1 wird dadurch selbst
nach dem Abfallen des Ausgangssignals Ve des Inverter-Gliedes I4 des Verzögerungsperioden-Festsetzkreises 51 auf
den niedrigen Pegel auf dem hohen Pegel gehalten, wie dies in einer
Wellenform (m) der 15 gezeigt
ist. Zu diesem Zeitpunkt steigt das Ausgangssignal V1 des UND-Gliedes AND3
auf den hohen Pegel an, wie dies in einer Wellenform (n) der 15 zu sehen ist, so daß der Stromspiegelkreis
CM2 betätigt
wird und die Entladung des Kondensators C15 beginnt. Der Stromspiegelkreis
CM2 und der vorhergehende Stromspiegelkreis CM1 werden so gesetzt,
daß sie
ein Spiegelverhältnis
von 1:1 aufweisen, und der Kondensator C15 ist nach derselben Periode
wie der, die durch den Verzögerungsperioden-Festsetzkreis
51 gesetzt wurde, vollständig
entladen, wie dies durch die Wellenform (j) der 15 gezeigt ist.
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Ist der Kondensator C15 vollständig entladen,
so fällt
das Ausgangssignal Vi des Komparators CP1 auf den geringen Pegel
ab, wie dies in der Welleform (k) der 15 gezeigt
ist, wodurch das Ausgangssignal Vj des UND-Gliedes AND2 auf den niedrigen
Pegel gesetzt wird, wie dies in der Wellenform (l) der 15 gezeigt ist, und das
Ausgangssignal Vk des ODER-Gliedes OR1 fällt ebenfalls auf den niedrigen
Pegel ab, wie dies in der Wellenform (m) der 15 zu sehen ist. Mit diesem Ausgangssignal
Vk des ODER-Gliedes OR1 fällt
das Ausgangssignal V1 des UND-Gliedes AND auf den niedrigen Pegel
ab, wie dies in der Wellenform (n) der 15 zu sehen ist, und der Betrieb des
Stromspiegelkreises CM2 wird unterbrochen. D.h., daß der Verzögerungssignal-Erzeugungskreis 52 so
ausgelegt ist, daß das
Abfallen des Ausgangssignals Vk des ODER-Gliedes OR1 um dieselbe
Periode wie die, die durch den Verzögerungsperioden-Erzeugungskreis 51 gesetzt
wurde, verzögert
wird, und die Signale werden mit dem Ausgangssignal Va des Schwingkreises 12 als
Ganzes entsprechend der gesetzten Verzögerungsperiode des Verzögerungsperioden-Festsetzungskreises 51 verzögert. Überdies werden
auf der Basis eines solchen Ausgangssignals Vk die Ansteuerkreise 16 und 17 betrieben,
um die Schaltelemente S3 und S4 anzusteuern. Der Ansteuerkreis 16 für das Schaltelement
S3 enthält
einen Abschaltkreis 61 und einen Pegelverschiebekreis 62, während der
Ansteuerkreis 17 für
das Schaltelement S4 aus einem Abschaltkreis 71 besteht.
Der Abschaltkreis 61 besteht aus einem Inverter-Glied I5, variablen
Widerständen
VR24-VR26, Dioden D20 und D21, einem Kondensator D17 und einem Trennverstärker B5,
und er setzt eine Abschaltperiode fest, indem er bewirkt, daß der Ansteig
des invertierten Ausgangssignals Vm des Ausgangs des ODER-Glieds
OR1 um eine Periode verzögert
wird, die in 15 mit
t6-t7 gezeigt ist. Überdies
enthält der
Pegelverschiebekreis 62 einen Stromspiegelkreis CM4, der
durch Transistoren Q15-Q18, einen Trennverstärker B6 und einen Konstantspannungskreis 61 gebildet
ist, der aus einer Zener-Diode ZD2 und einem Kondensator C19 besteht,
um die Spannung der Gleichstromquelle E konstantzuhalten.
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Der Abschaltkreis 71 enthält variable
Widerstände
VR21-VR23, Dioden D18 und D19, einen Kondensator C16 und einen Trennverstärker B4,
und er setzt die Abschalt-Periode fest, indem er bewirkt, daß der Anstieg
eines invertierten Ausgangssignals des Ausgangs Vk des ODER-Gliedes
OR1 um eine Periode verzögert
wird, die in 15 durch
t2-t3 angegeben ist, wodurch eine Zeitdifferenz zwischen t1 und
t3 in 15 als eine Phasendifferenz
zwischen der Einschalt/ Ausschalt-Zeitvorgabe der Schaltelemente
S1 und S2 oder S3 und S4 gegeben ist.
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Mit der variablen Gestaltung des
Einschalt-Perioden-Verhältnisses
der Schaltelemente S1 und S2 genügt
es für
den Zweck, den Widerstandswert z.B. des variablen Widerstandes VR15
in 14 zu erhöhen, so
daß die
Abfallzeitvorgabe des Steuersignals V1 verzögert wird.
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In 16 ist
ein weiterer Betriebsaspekt gezeigt, bei dem der Schaltkreis der 11 verwendet wird. Bei den
vorhergehenden Betriebsaspekten wird die dem Lastkreis zugeführte Gleichstromkomponente
durch das Verhältnis
der Einschalt-Perioden der Schaltelemente S1 und S2 bestimmt. Werden
zu diesem Zeitpunkt die Einschalt-Perioden dieser Schaltelemente
S1 und S2 relativ zueinander verändert,
so kann das Problem auftreten, daß die der Entladungslampe Z
zugeführte
Energie selbst in dem Fall verringert wird, daß die Versorgungsenergie für die Entladungslampe
groß ist,
d.h. selbst in einem solchen Fall, bei dem die Lampe hinsichtlich
der Helligkeitssteurung in einem voll ausgesteuerten Zustand ist. Bei
dem vorliegenden Aspekt wird die Anordnung dagegen so getroffen,
daß auch
die Einschalt-Perioden der anderen Schaltelemente S3 und S4 relativ
zueinander verändert
werden, wenn die Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander variiert
werden. In dem Fall, daß z.B.
die Einschalt-Periode des Schaltelements S1 länger gemacht wird als die Einschalt-Periode
des Schaltelements S2, wie dies in Wellenformen (a) und (b) in 16 zu sehen ist, wird auch
die Einschalt-Periode des Schaltelements S4 so eingestellt, daß sie länger als
die Einschalt-Periode des Schaltelements S3 ist, wie dies in Wellenformen
(c) und (d) gezeigt ist, so daß es
möglich
ist, die Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1
und S4 zu verlängern,
um so die Energieversorgung für die
Entladungslampe Z als Ganzes zu erhöhen und damit der Entladungslampe
Z die Energie im wesentlichen im gleichen Umfang wie bei dem Aspekt
zuzuführen,
bei dem die Einschalt-Perioden der Schaltelemente S1 und S2 nicht
relativ zueinander variiert werden.
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In 17 ist
ein weiterer Betriebsaspekt gezeigt, bei dem der Einschalt/Ausschalt-Zeitpunkt
der Schaltelemente S3 und S4 bezüglich
des Einschalt/Ausschalt-Zeitpunkts
der Schaltelemente S1 und S2 verzögert wird. Wenn also in diesem
Fall die Einschalt-Periode des Schaltelements S1 länger gemacht
wird als die des Schaltelements S2, wie in Wellenformen (a) und
(b) der 17 zu sehen
ist, wird die Einschalt-Periode des Schaltelements S4 so festgesetzt,
daß sie
länger
als die des Schaltelements S3 ist, wie durch Wellenformen (c) und
(d) der 17 gezeigt ist,
wonach es möglich
ist, die Periode gliechzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1 und
S4 zu verlängern,
um die Versorgungsenergie für die
Entladungslampe Z als Ganzes der Helligkeitssteuervorrichtung für eine Entladungslampe
zu erhöhen.
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In 18 ist
ein weiterer Betriebsaspekt gezeigt, bei dem der Schaltkreis der 11 verwendet wird und die
Anordnung so getroffen ist, daß dann, wenn
die Tendenz besteht, daß die
der Entladungslampe Z zugeführte
Energie während
der vollen Helligkeitsaussteuerung der Entladungslampe bei einem Verändern der
Einschalt-Perioden der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander
in einer gleichen Weise wie beim vorhergehenden Aspekt verringert
wird, es möglich
ist, einer solchen Verringerung durch eine Änderung der Einschalt-Perioden
der Schaltelemente S3 und S4 relativ zueinander in Übereinstimmung mit
dem Verhältnis
entgegenzuwirken, in dem die Einschalt-Perioden der Schaltelemente
S1 und S2 zueinander stehen.
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In 19 ist
ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe gezeigt, bei der ein Vorwärmkondensator C3 zwischen die
beiden auf der Lichtquellenseite vorgesehenen Enden von Leuchtfäden der
Entladungslampe Z geschaltet ist, zusätzlich zu der zu der Entladungslampe
Z parallelen Resonanzkapazität
C2. In diesem Fall wird in einem nicht gezündeten Zustand der Entladungslampe
Z ein Stromfluß durch
den Kondensator C3 zu den Leuchtfäden bewirkt, um die Phase der
Schaltelemente S3 und S4 bezüglich
der der Schaltelemente S1 und S2 zu verändern und dadurch das Ausgangssignal
zu erhöhen.
Da die Spannung über
dem Kondensator C3 abfällt,
wenn die Entladungslampe Z gezündet
wird, nimmt der Strom durch den Kondensator C3 ab, und der Kondensator
C3 trägt
damit zum Vorwärmen
vor dem Zünden
bei. Diese Anordnung kann bei den jeweiligen vorhergehenden Ausführungsformen
verwendet werden, so daß die
Entladunslampe Z einer zur Erzielung eines Dimmer-Effekts dienen
Helligkeitssteuerung ohne Variation der Schaltfrequenz der Schaltelemente
S1-S4 unterworfen werden kann, während
jeg liche Fehlfunktion, ein Flackern der Entladungslampe Z oder dergleichen,
wirksam unterdrückt
und deren Auftreten durch eine Variation des Verhältnises
verhindert werden kann, in dem die Einschalt-Perioden der Schaltelemente
S1 und S2 zueinander stehen.
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Bei einer weiteren, in 20 gezeigten Ausführungsform
ist eine zweite Induktionsspule L2 zum Vorwärmen der Entladungslampe Z
vorgesehen. Auch mit dieser Anordnung ist es möglich, die Leuchtfäden vor
dem Zünden
der Lampe Z vorzuwärmen
und zusätzlich
die Gleichstromkomponente zu erhöhen,
die der der Entladungslampe Z zugeführten Energie zu überlagern
ist, indem dafür
gesorgt wird, daß die
gespeicherte Energie in der Induktionsspule L2 durch eine Variation
der Einschalt-Perioden-Verhältnisses
der Schaltelemente S1 und S2 relativ zueinander verändert wird,
so daß eine
Fehlfunktion der Entladungslampe in dem Zustand einer schwachen Helligkeitssteuerung
oder dem Zustand einer starken Helligkeitssteuerung bei niedrigen
Temperaturen auch weiterhin hervorragend verhindert werden kann.
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In 21 ist
ein weiterer Betriebsaspekt unter Verwendung des Schaltkreises der 11 gezeigt, bei dem die
Schaltfrequenz, d.h. der Schaltzyklus der Schaltelemente S2 und
S3 gegenüber
der bzw. dem der Schaltelemente S1 und S4 verändert und überdies die Schaltelemente
S2 und S3 hinsichtlich ihres Ausschalt-Zeitpunkts mit den Schaltelementen
S1 und S4 synchronisiert sowie bei Schaltzyklen eingeschaltet werden,
die doppelt so groß wie jene
der Schaltelemente S1 und S4 sind. Es wird insbesondere auf den
Betrieb Bezug genommen, der einer zeitlichen Steuerung folgt, bei
der Wellenformen sich gegenüber
jenen der vorhergehenden Aspekte ändern, wonach das Schaltelement
S3 zu dem Zeitpunkt t3 nicht eingeschaltet wird, sondern durch die in
dem Schwingkreis gespeicherte Energie eine Schwingung erzeugt wird.
Zum nächsten
Zeitpunkt t4 werden die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet, so
daß der
Laststrom IZ von der Quelle E über den Pfad
fließt,
der das Schaltelement S1, die Induktionsspule L1, die Parallelschaltung
aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe Z und das Schaltelement
S4 enthält.
D.h., es wird der Fluß eines
Ladestromes IZ bei einem Aspekt bewirkt,
bei dem die in dem Resonanzkreis gespeicherte Energie der Quellenspannung
hinzugefügt
wird, und die in der Induktionsspule L1 gespeicherte Energie wird
weiter erhöht. Zum
Zeitpunkt t6 werden die Steuersignale V2 und V3 zum Einschalten
der Schaltelemente S2 und S3 geliefert, worauf die in dem Resonanzkreis
gespeicherte Energie einen Stromfluß durch die Induktionsspule
L1 die Parallelschaltung aus dem Kondensator C2 und der Entladungslampe
Z, die parasitäre
Diode des Schaltelements S3, die Gleichspan nungsquelle E und die
parasitäre
Diode des Schaltelements S2 bewirkt, und nach einem Aufbrauch der
Energie bewirken die Schaltelemente S2 und S3, die nun in positiver
Richtung eingeschaltet sind, daß der
Faststrom IZ über einen Pfad geliefert wird,
der die Gleichstromquelle E, das Schaltelement S3, die Parallelschaltung
aus der Entladungslampe Z und den Kondensator C2, die Induktionsspule
1 und das Schaltelement S2 enthält. Überdies
sind die Schaltelemente S2 und S3 so ausgelegt, daß sie innerhalb
einer Periode eingeschaltet werden, in der diese eingeschaltet werden
können,
wodurch dem Resonanzkreis positive und negative Spannungen zuführbar sind.
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In 22 ist
ein weiterer Betriebsaspekt des in 11 gezeigten
Schaltkreises dargestellt, bei dem die Anordnung so getroffen ist,
daß die
Schaltelemente S3 und S4 in der Phasenlage des Einschalt/Ausschalt-Zeitpunkts
gegenüber
dem betreffenden Zeitpunkt der Schaltelemente S1 und S2 variiert
werden und die Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente
und S4 oder S2 und S3, die an einander diagonal gegenüberliegenden
Stellen vorgesehen sind, verkürzt
wird, um die der Entladungslampe Z zugeführte Energie zu verringern.
Zusätzlich zu
dem Umstand, daß die
der Entladungslampe zugeführte
Energie variiert werden kann, ohne die Schaltfrequenz zu verändern, ist
es daher möglich, die
Schaltfrequenz zwischen den einander diagonal gegenüberliegenden
Paaren der Schaltelemente S1, S4 und S2, S3 verschieden zu wählen, so
daß vorzugsweise
die Schaltelemente S1 und S4 eine Höhere oder geringere Schaltfrequenz
besitzen als die Schaltelemente S2 und S3. Dadurch wird bewirkt, daß die dem
Resonanzkreis zugeführten
positiven und negativen Spannungen unausgeglichen sind, und die
Beaufschlagung der Entladungslampe Z mit der Gleichspannung wird
dadurch wirksam. Demgemäß kann die
Entladungslampe Z selbst in einem Zustand einer schwachen Helligkeitssteuerung
bei geringen Temperaturen stabil betrieben werden, wobei jegliches
Flackern oder dergleichen verhindert werden kann. Ferner ist es
möglich,
die Tastverhältnisse der
beiden Schaltelemente in einer jeweiligen Serienschaltung, z.B.
die der Schaltelementente S3 und S4, relativ zueinander zu ändern, so
daß ein
Zeitverhältnis
von positiven zu negativen Perioden einer solchen auferlegten Spannung
VAB, wie durch eine Wellenform (e) der 22 gezeigt, steuerbar ist,
und es wurde auch die Möglichkeit
geschaffen, den Gleichspannungs-Überlagerungspegel
zu variieren.
-
Es kann überdies eine Anordnung vorgesehen
sein, bei der die Entladungslampe für das Starten des Schaltkreises
der 19 besser vorgewärmt wird.
Allgemein besitzt die nichtgezündete
Entladungslampe eine sehr hohe Impedanz, so daß sie nicht von der Resonanzwirkung
des Resonanzkreises beeinflußt
wird, und die Resonanzfrequenz nimmt ein Maximum an. Hier wird die
Schaltfrequenz der bei der minimalen Schaltfrequenz betriebenen Schaltelemente
bei der die Elemente S1 bis S4 enthaltenden Ausführungsform der 11 z.B. der Schaltelemente S2 und S3,
etwas höher
festgesetzt als die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises. Überdies
wird die Phasenlage des Einschalt/Ausschalt-Zeitpunkts der einander
diagonal gegenüberliegenden
Paare der Schaltelemente S1, S4 und S2, S3 von dem um 180° nacheilenden
Zustand in den gleichphasigen Zustand verändert, wobei die Steuersignale
für die
bei der maximalen Schaltfrequenz betriebenen Schaltelemente unter
solchen Elementen Sl-S4 wie bei der Ausführungsform der 11 als Bezugsgröße vorgesehen sind. Folglich
kann die Helligkeitssteuerung der Entladunslampe dadurch erhalten
werden, daß die
Periode gleichzeitig eingeschalteter Schaltelemente S1, S4 und S2,
S3 von dem Zustand kürzerer
Dauer zu dem Zustand längerer
Dauer verändert
wird, wobei die Glühfäden der Lampe
vorgeheizt werden, während
sie einen nichtgezündeten
Zustand annimmt, und danach der Lampe eine Entladungs-Startspannung
zugeführt
wird. Für
das Vorwärmen
und Starten der Entladungslampe Z ist es möglich eine Anordnung zu verwenden, bei
der, in der gleichen Weise wie im Fall von Helligkeitssteuervorrichtungen
für eine
Entladungslampe der normalerweise genannten Art, das Starten und die
Helligkeitssteuerung dadurch erfolgen, daß zuerst die Schaltfrequenz
der Vorrichtung von einem Zustand hoher Frequenz auf einen Zustand
gebracht wird bei dem die Frequenz der näher bei der Resonanzfrequenz
des Resonanzkreises liegt. Ist ein konstanter Helligkeitssteuerungszustand
erreicht, so wird die Periode gleichzeitig eingeschalteter Paare von
einander diagonal gegenüberliegenden
Schaltelementen S1, S4 und S2, S3 verändert, um die Helligkeitssteuerung
zur Erzielung eines entsprechenden Dimmer-Effektes zu verwirklichen.
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Gemäß einem weiteren Betriebsaspekt
sind Maßnahmen
getroffen, um zu verhindern, daß in
der Entladungslampe Schwankungen aufgrund von Schwankungen bei der
Quellenspannung auftreten. Entsprechend ist die Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe mit einem Schaltkreis zum Verhindern von Leistungsschwankungen
bezüglich der
der Entladungslampe Z zugeführten
Leistung versehen. In der Praxis wird in dem Schaltkreis der 14 ein solches Element wie
ein Fotokoppler oder dergleichen, dessen Widerstandswert auf der
Sekundäranschlußseite durch
einen primärseitigen
Strom variiert wird, zu dem variablen Widerstand VR19 parallelgeschaltet,
so daß ein
Strom, der zu einem Ausgangstransistor des Fotokopplers fließt, in Übereinstimmung
mit der Schwankung der Quellenspannung verändert wird, wodurch der Ladestrom
zu dem Konden sator C14 variiert wird, und der durch den Verzögerungsperioden-Festsetzkreis 51 festgesetzte
Zustand der Verzögerungsperiode
variiert werden kann. Mit dem Ansteigen der Quellenspannung wird
der dem Fotokoppler eingegebene Strom verringert, wodurch der Ausgangsstrom
des Fotokopplers herabgesetzt wird, und die für den Kondensator C14 erforderliche
Ladezeit wird verlängert,
wodurch die Periode gleichzeitig eingeschalterer Schaltelemente S1, S4 und S2, S3 verkürzt wird,
und wobei der durch die Entladungslampe Z fliegende Strom wirksam
unterdrückt
werden kann. Fällt
die Quellenspannung dagegen ab, wird eine Stabilisierung der der
Entladungslampe zugeführten
Energie durch eine Vorwärtskopplung
erreicht, die mit der Verwendung des vorhergehenden Schaltkreises
zur Verhinderung von Leistungsschwankungen hinzutritt, und eine
stabile Helligkeitssteuerung der Entladungslampe Z kann verwirklicht
werden.
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Während
die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Helligkeitssteuerung einer
einzi gen Entladungslampe in irgendeiner der vorhergehenden Ausführungsformen
der Helligkeitssteuervorrichtung für eine Entladungslampe erfolgte,
kann die Vorrichtung wirksam auch als Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Mehrzahl von Entladungslampen verwendet werden. In 23 ist eine Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
Entladungslampe gezeigt, die für
die Energieversorgung eines Paares von Entladungslampen Z und Z' durch die gleiche
Vorrichtung ausgelegt ist. Bei dieser Vorrichtung sind ein Serienkreis aus
einem Kondensator C4 und einer Entladungslampe Z sowie ein weiterer
Serienkreis aus einer weiteren Induktionsspule L2 und der weiteren
Entladungslampe Z jeweils zu dem Kondensator C2 parallelgeschaltet,
so daß nur
die aus der Resonanz resultierende Wechselstromkomponente zu der
Entladungslampe Z fließen
kann, während
dafür gesorgt ist,
daß eine
Gleichstromkomponente zu der anderen Entladungslampe Z' fließt. Indem
die Induktionsspule L2 zwischen die auf der Lichtquellenseite vorgesehenen
Enden beider Leuchtfäden
der anderen Entladungslampe Z' geschaltet
ist, ist es möglich,
einen Vorwärmstrom
zu erzeugen, der mit einer in der Induktionsspule L2 erzeugten Gleichstromkomponente durch
die Leuchtfäden
fließt,
und eine stabile Hellgkeitssteuerung der Entladungslampe Z' insbesondere bis
zu einem sehr niedrigen Hellgkeitssteuerungspegel zu erreichen.
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In 24 ist
eine weitere Ausführungsform einer
Helligkeitssteuervorrichtung für
eine Entladungslampe gezeigt, die für eine Mehrzahl von Entladungslampen
vorgesehen ist und bei der insbesondere die Schaltelemente S1-S6
individuell durch die Steuerschaltung 11 steuerbar sind. Unter Bezugnahme
auf einen Betriebsaspekt dieser Vorrichtung der 24 ergibt sich im Zusammen hang mit 25 folgendes: Die Schaltelemente
S1 und S4 werden vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet,
die Schaltelemente S2 und S3 sind von t1 bis t2 eingeschaltet, die
Schaltelemente S1 und S6 sind von t2 bis t3 eingeschaltet, alle
Schaltelemente S1-S6 sind von t3 bis t4 ausgeschaltet, die Schaltelemente
S1 und S4 sind von t4 bis t5 eingeschaltet, die Schaltelemente S2
und S5 sind von t5 bis t6 eingeschaltet, die Schaltelemente S1 und
S6 sind von t6 bis t7 eingeschaltet, und alle Schaltelemente S1-S6
sind von t7 bis t8 ausgeschaltet. Mit einer Wiederholung dieser
Reihe von Vorgängen
werden die gepaarten Schaltelemente S3, S5 und S4, S6 abwechselnd
eingeschaltet, so daß die
Helligkeitssteuerung einer Mehrzahl von Entladungslampen L und L' durch den gleichen
Vorgang wie den bei der vorhergehenden Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
einzelne Entladungslampe verwirklicht werden kann.
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26 zeigt
einen weiteren Betriebsaspekt der in 24 dargestellten
Vorrichtung, bei dem das Schaltelement S6 in einer früheren Hälfte einer
Einschalt-Periode des Schaltelements S1 eingeschaltet wird, während das
Schaltelement S4 in einer späteren
Hälfte
dieser Einschalt-Periode eingeschaltet wird, und das Schaltelement
S5 wird in einer früheren Hälfte einer
Einschalt-Periode
des Schaltelements S2 eingeschaltet, während das Schaltelement S3 während einer
späteren
Hälfte
der gleichen Einschalt-Periode eingeschaltet wird. D.h., daß die Schaltphase
der Schaltelemente S3 und S4 gegenüber der Schaltphase der Schaltelemente
S1 und S2 um 90° verzögert ist,
und auch die Schaltphase der Schaltelemente S5 und S6 um 90° verzögert ist,
so daß die
Helligkeitssteuerung der Mehrzahl von Entladungslampen durch den
gleichen Vorgang wie bei der vorhergehenden Helligkeitssteuervorrichtung
für eine
einzelne Entladungslampe verwirklicht werden kann.
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Es ist festzustellen, daß in den 2-10, 12, 13, 16-18, 21, 22, 25 und 26 die mit einem Bezugszeichen
VAB bezeichneten Wellenformen Spannungen
repräsentieren,
die dem Schaltkreis zugeführt werden,
der den Lastkreis mit der Entladungslampe zwischen den zwei Sätzen der
Schaltelemente enthält. Überdies
sind in den 11, 23 und 24 die Schaltelemente S1-S6 in der Form
von Feldeffekttransistoren gezeigt, und die Beschreibung der jeweiligen
Betriebsaspekte erfolgte auch unter der Voraussetzung, daß Feldeffekttransistoren
verwendet werden können.
Anstelle eines Feldeffekttransistors kann die gleiche Funktion jedoch
auch mit einem Schaltkreis erfüllt
werden, der dadurch gebildet wird, daß eine Diode in Sperrichtung
einem bipolaren Transistor, Thyristor oder dergleichen parallelgeschaltet
wird. Während
bei den jeweiligen Ausführungsformen von der Verwendung einer Gleichspannungsquelle
E ausgegangen wurde, ist es überdies auch
möglich,
eine Spannungsquelle zu verwenden, die eine gleichgerichtete Spannung
liefert, die aus einer gleichgerichteten Wechselspannung erhalten wird.