EP0060292A1 - Schaltungsanordnung für den betrieb von gasentladungslampen - Google Patents

Schaltungsanordnung für den betrieb von gasentladungslampen

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Publication number
EP0060292A1
EP0060292A1 EP81902659A EP81902659A EP0060292A1 EP 0060292 A1 EP0060292 A1 EP 0060292A1 EP 81902659 A EP81902659 A EP 81902659A EP 81902659 A EP81902659 A EP 81902659A EP 0060292 A1 EP0060292 A1 EP 0060292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas discharge
discharge lamp
ignition
circuit
circuit arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP81902659A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Ruff
Friedrich Haydn
Horst Ebhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elektro Neon Elger Gesmbh Drh Ebhardt und H Stark
Original Assignee
Elektro Neon Elger Gesmbh Drh Ebhardt und H Stark
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elektro Neon Elger Gesmbh Drh Ebhardt und H Stark filed Critical Elektro Neon Elger Gesmbh Drh Ebhardt und H Stark
Publication of EP0060292A1 publication Critical patent/EP0060292A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/07—Starting and control circuits for gas discharge lamp using transistors

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for the operation of gas discharge lamps, in particular fluorescent tubes, in which the gas discharge lamp is connected to a current source, in particular a direct current source, an ignition circuit having an ignition transformer and an auxiliary voltage source which can be switched off after the ignition has been provided being provided for igniting the gas discharge lamp.
  • a current source in particular a direct current source
  • an ignition circuit having an ignition transformer and an auxiliary voltage source which can be switched off after the ignition has been provided being provided for igniting the gas discharge lamp.
  • inductances series chokes
  • inductances are generally used to limit the current or in conjunction with one to the lamp parallel starter used for ignition.
  • the preheating of the electrode limits the life of the lamp due to the thermal stress on the filament.
  • the lamp is usually not ignited the first time the starter tries to ignite, which results in a so-called plackerstart.
  • the electrodes may be continuously heated because the lamp does not ignite.
  • the series choke must have a sufficiently large inductance to limit the lamp current sufficiently or to generate a sufficiently large ignition tip, which requires a large number of turns, on the other hand, the entire lamp current flows through the winding, which means that the dimensions and the weight of the choke are relative grow up.
  • the wire diameter is reduced, the ohmic losses of the choke increase, which reduces the economy of the arrangement and causes the same to heat up.
  • a transformer can be used for starting and operation, which when switched on generates such a powerful ignition tip that ignition of the lamp is ensured.
  • the transformers used here are again relatively large and complex arrangements.
  • the lamp life is substantially reduced, generally by 30-50%, due to the high and powerful ignition tip required.
  • the aim of the invention is to provide a circuit arrangement of the type mentioned, in which the disadvantages of the known circuit arrangements are avoided and, above all, a substantial reduction in the spatial dimensions and the weight of the starting and operating arrangement is brought about, in particular for the construction of To enable gas discharge lamps in the form of lamp units which can be screwed into normal incandescent lamp holders and to achieve a substantial improvement through the selected gentle type of ignition, in particular in connection with direct current operation.
  • Another goal is to increase the service life of the gas discharge lamps as much as possible by igniting them without high-energy voltage peaks and by eliminating the preheating of the electrodes.
  • a full-wave rectifier is provided as the current source, to which a charging capacitor and a voltage-dependent electronic switching element are connected in parallel, with which a switching contact in series with the charging capacitor can be actuated, the charging capacitor supplying the operating voltage for the gas discharge lamp to a voltage which can be selected with the switching element is rechargeable and the full-wave rectifier as an auxiliary chip ubenscuelle for the gas discharge lamp, which can be switched off after the ignition of the gas discharge lamp via the control element designed in particular as a calf conductor holding element, and wherein the ignition circuit is connected to the charging capacitor and the secondary winding of the ignition transformer is connected to the operating circuit of the gas discharge lamp.
  • the circuit arrangement according to the invention ensures a particularly low weight, small dimensions and low power loss.
  • the current source required for the operation of the gas discharge lamp is formed by the capacitor, the kilf voltage source by the full-wave rectifier.
  • the design of the circuit for direct current avoids the stroboscopic effect and ensures optimal utilization of the lamp current and thus better efficiency.
  • the majority of the circuit arrangement according to the invention can be manufactured in the form of an integrated circuit, as a result of which not only can size and weight be reduced, but can also be manufactured more economically.
  • Another advantage of the circuit arrangement according to the invention is the possibility of dimming the light value of the lamp by a factor of 3-5 by changing the value of a single ohmic resistor almost without loss.
  • the circuit arrangement according to the invention also enables the cold start of gas discharge lamps with limited Lamp length when operated at 110 volts AC. Last but not least, the power loss that occurs in conventional start-up and operating arrangements is reduced to about half.
  • a cataphoresis effect that occurs during DC operation during lamp operation does not appear in lamps up to a length of 50 cm, since the rate of migration of the mercury is balanced with the diffusion of anguish.
  • Periodic polarity reversal of the lamp current can be provided for longer lamps, the gentle way of starting also being of great advantage here.
  • a conventional arrangement can be used as the ignition device, which in conjunction with a small ignition transformer supplies the necessary voltage pulses.
  • the primary winding of the ignition transformer is expediently connected in series with the charging capacitor.
  • the voltage of the current source changes during operation of the gas discharge lamp in such a way that the value is higher when the gas discharge lamp is not lit than when the gas discharge lamp is lit.
  • the pulses are generated only when the lamp is not ignited and the arrangement stops working automatically when the gas discharge lamp is ignited.
  • FIG. 1 shows the principle of the circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows an embodiment with a charging capacitor that supplies the operating voltage for the gas discharge lamp
  • FIG. 3 shows an embodiment that has an ignition circuit with a thyristor
  • FIG. 4 shows an embodiment that has an ignition circuit with a four-layer diode ', which automatically ends the ignition process by decreasing the operating voltage when the lamp lights up
  • Fig. 5 shows an embodiment with a control element which connects the gas discharge lamp to the auxiliary voltage source via a resistor
  • Fig. 6 shows a variant 5
  • FIG. 7 an embodiment in which the control element is formed by the combination of a resistor and a capacitor
  • FIG. 8 an embodiment in which a PTC thermistor is provided as the control element.
  • the one pole of a current source 1 is connected to the one pole of a gas discharge lamp 3 via an ignition circuit 2 closed.
  • the other pole of the gas discharge lamp 3 is connected on the one hand to the other pole of the current source 1, and on the other hand via a control element 4 to the auxiliary voltage source 5.
  • the ignition circuit 2 comes into action by generating voltage peaks of high voltage but very low energy
  • the control element 4 connects the gas discharge lamp 3 to the auxiliary voltage source 5, the voltage of which is, to a limited extent, higher than the lamp burning voltage. This combination makes it possible to ignite a gas discharge lamp without preheating the electrodes with zeno pulses of very low energy or with relatively low ignition voltages brought about by the auxiliary voltage source 5.
  • the current source 1 has a full-wave rectifier 6, to the electronic output of which a voltage-controlled / sensor element 8 is connected, which contains a control circuit 7 with which a switch contact 9 can be actuated, via which a charging capacitor 10 is connected to the Full-wave rectifier 6 can be connected.
  • Parallel to the charging capacitor 10 is the ignition circuit 2, to which the series circuit of the gas discharge lamp 3, a diode 14 and a current limiting circuit 11, for example a constant current source, is connected via diodes 12, 13.
  • the series connection point of the gas discharge lamp 3 with the diode 14 is the series connection of a diode 15 and the control element 4, which leads to the one output of the full-wave rectifier 6.
  • the electronic switching element 8 has the property of keeping the switching contact 9 closed up to a certain voltage and keeping it open above this voltage.
  • the switch contact 9 is when creating a change sel voltage to the input terminals of the full-wave rectifier 6 closed. As a result, the charging capacitor 10 is charged to the absolute value of the voltage currently present. When the AC voltage reaches a certain, selectable value, the switch contact 9 is opened and the charging process at the charging capacitor 10 is interrupted. When the charging voltage reaches the stated value again, the charging capacitor 10 is recharged. This charging process is carried out four times in each period, since the absolute value of the input voltage reaches a value in both the rising and the falling branch of the eel wave, and this in both the positive and the negative half-wave, which leads to the closing of the switching contact 9.
  • the charging capacitor 10 is charged to a voltage which is somewhat higher than the lamp operating voltage but less than the output voltage of the full-wave rectifier 6 and which can be selected by the response voltage of the control circuit 7, for example by means of a voltage divider.
  • the full-wave rectifier 6 also represents the auxiliary voltage source according to FIG. 1, which supports the ignition process of the gas discharge lamp 3 via the control element 4.
  • the charging capacitor 10 acts as a DC voltage source from which the gas discharge lamp 3 is fed.
  • the lamp current is set by the current limiting circuit 11, in the simplest case an ohmic resistor, but advantageously a constant current source.
  • the diodes 12 and 13 are used for decoupling so that the voltage peaks do not run back into the power supply.
  • the diode 12 can also be replaced by an Eochfre frequency inductor, the diode 13 by a capacitor without a change in function.
  • the lamp is under control during the ignition process element 4 to the auxiliary voltage source 5, which in this case is formed by the full-wave rectifier 6, switched. After the lamp has been ignited, this connection is automatically interrupted by means of the control element 4.
  • the high voltage is supplied to the gas discharge lamp 3 via the diode 16. In this case, the fully drawn ignition circuit 2 and the diode 13 are omitted.
  • the ignition circuit 3 shows an embodiment of the ignition circuit 2 and the current limiting circuit 11 in the form of a constant current source.
  • the ignition circuit is a common thyristor pulse circuit.
  • the series connection of a resistor 18 and a capacitor 19 is connected to the current source 1, which is not shown in detail in this exemplary embodiment, to the terminals B, C according to FIG. 2, the connection point of which is connected to an ignition transformer 17a via a thyristor tetrode 20.
  • a control electrode of the thyristor tetrode 20 is located at the dividing point of a voltage divider formed from the resistors 21, 22.
  • the output of the ignition circuit or also the secondary winding of the ignition transformer 17a leads via the diodes 12, 13 to one pole of the gas discharge lamp 3, the other pole of which leads via the diode 14 and the current limiting circuit 11 of the current source 1.
  • the current limiting circuit 11 has a transistor 24, the base of which is connected via a resistor 27 to one pole of the current source 1, the other pole of which is connected to the emitter of the transistor 24 via a current-determining resistor 25.
  • the series connection of the base-emitter path of the transistor 24 and the resistor 25 is bridged by a Zener diode 26.
  • a shutdown element 23 Parallel to the current source 1 there is also a shutdown element 23 which prevents the generation of further ignition pulses after the gas discharge lamp 3 has been ignited, in particular via the cathode-side control connection of the thyristor tetrode 20.
  • the ignition is supported by the full auxiliary voltage, which is supplied by the full-wave rectifier 6 according to FIG. 2 via the terminal A and is greater than the lamp voltage, via the control element 4.
  • the capacitor 19 is charged via the resistor 18 until its voltage exceeds the value set with the voltage divider formed by the resistors 21, 22, as a result of which a current surge is sent through the ignition transformer 17a and a voltage pulse is generated which is generated via the diode 13 of the gas discharge lamp 3 is fed.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the ignition circuit 2 which is modified compared to the exemplary embodiment according to FIG. 3, in which a four-layer diode 28 is used instead of the thyristor 20 and which otherwise corresponds to the exemplary embodiment according to FIG.
  • the function of the circuit corresponds to that of the thyristor circuit.
  • FIG. 5 shows an embodiment according to FIG. 2, in which, as in the embodiments according to FIGS. 3 and 4, the current source 1 and the auxiliary voltage source 5 are not shown and only their connections A, 3, C are indicated.
  • This Fig.5 shows above all an example of the off formation of the control element 4.
  • the series connection of a diode 29 and a capacitor 50 is connected to the terminals A, B, which can be short-circuited, for example, by means of the switching contacts 9 according to FIG , whose collector. on the one hand via a resistor 31 via the terminal is connected on the other hand to the base of a transistor 36 and the emitter of which is connected to the terminal A, to which the emitter of the transistor 36 is also connected, the collector of which is connected to the one pole of the gas discharge lamp 3 via a resistor 35 and the diode 15.
  • the voltage across the charging capacitor 10 (FIG. 2) is high. As a result, capacitor 30 is also charged via diode 29 to a low voltage value, which is not sufficient to switch transistor 34 on via voltage divider 32, 33. As a result, the transistor 36 is in the conductive state, so that it applies the gas discharge lamp 3 to the auxiliary voltage source 5 (terminal A) via the diode 15 and the resistor 35.
  • the operating current of the gas discharge lamp 3 causes the voltage of the charging capacitor 10 (FIG. 2) to drop, as a result of which the voltage across the capacitor 30 becomes greater, the transistor 34 becomes conductive and the base-middle section of the transistor 36 short-circuits. This blocks it and interrupts the connection between the gas discharge lamp 3 and the auxiliary voltage source (terminal A).
  • a capacitor 37 is connected in parallel with the resistor 33.
  • the connection point between the resistor 33 and the capacitor 37 is on the one hand via a resistor 38 to the gas discharge lamp 3, and on the other hand via a Zener diode 43 to the base of the transistor 34 connected.
  • a photo resistor 42 can also be connected, in which case the zener diode 43, the resistors 33, 38, the capacitor 37 and the transistor 34 can be omitted.
  • the capacitor 37 is charged via the resistor 38. After a certain delay time, the voltage on the capacitor
  • the photo resistor 42 ensures that when the gas discharge lamp 3 is on, the auxiliary voltage source is switched off by the gas discharge lamp 3.
  • the switch-on and switch-off process is improved and the switching threshold is independent of network fluctuations.
  • the resistor 38 can be replaced by a photoresistor which has an optical contact with the gas discharge lamp 3 and, when the gas discharge lamp 3 is on, reduces its resistance so that the gas discharge lamp is separated from the auxiliary voltage source (terminal A) via the transistors 34 and 36.
  • FIG. 7 shows a simple control element in which a capacitor 39 slowly charges to a high voltage as long as the gas discharge lamp 3 is not ignited.
  • the capacitor 39 acts as an auxiliary voltage source and supports the ignition process. In this case, however, a small residual current always flows after the ignition, in particular limited by the resistor 40.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown.
  • the auxiliary voltage can also be switched off in many other ways, for example by means of an optocoupler.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Schaltungsanordnung für den Betrieb von Gasentladungslampen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den betrieb von Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstoffröhren, bei der die Gasentladungslampe an eine Stromquelle, insbesondere eine Gleichstromquelle, angeschlossen ist, wobei zur Zündung der Gasentladungslampe eine einen Zündtransformator aufweisende Zündschaltung und eine nach erfolgter Zündung abschaltbare Hilfsspannungsquelle vorgesehen sind.
Bei Gasentladungslampen sind nach der Bauart der Elektroden allgemein zwei Ausführungsformen zu unterscheiden, nämlich solche mit vorheizbaren Elektroden (Wendelelektroden), die eine relativ niedrige Zündspannung benötigen, und solche mit nicht vorheizbaren Elektroden, die höhere Zündspannungen benötigen.
Bei Weehselstronbetrieb werden für den Start und den Betrieb on Gasentladungslampen mit vorheizbaren Elektroden im allgemeinen Induktivitäten (Vorεchaltdrosseln) zur Begrenzung des Stromes bzw. in Verbindung mit einem zur Lampe parallel geschalteten Starter zur Zündung verwendet. Die Vorheizung der Elektrode beschränkt durch die thermische Beanspruchung der Glühwendel die Lebensdauer der Lampe. Außerdem erfolgt die Zündung der Lampe meist nicht beim ersten Zündversuch des Starters, wodurch sich ein sogenannter Plackerstart ergibt.
Bei defekter Lampe kann der Fall eintreten, daß die Elektroden dauernd geheizt werden, da die Lampe nicht durchzündet. Die Vorschaltdrossel muß einerseits eine genügend große Induktivität besitzen, um den Lampenstrom ausreichend zu begrenzen bzw. eine genügend große Zündspitze zu generieren, wodurch eine große Windungszahl erforderlich ist, anderseits fließt der gesamte Lampenstrom durch die Wicklung, wodurch die Abmessungen und das Gewicht der Drossel relativ groß werden. Bei Verkleinerung des Drahtdurchmessers steigen die ohmsehen Verluste der Drossel an, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anordnung vermindert wird und eine Erwärmung derselben auftritt.
Bei Lampen mit nicht vorgeheizten Elektroden kann zum Start und Betrieb ein Transformator verwendet werden, der beim Einschalten eine so hohe leistungsstarke Zündspitze erzeugt, daß eine Zündung der Lampe gewährleistet ist. Die dabei verwendeten Transformatoren sind aber wieder relativ große und aufwendig gebaute Anordnungen. Außerdem wird durch die erforderliche hohe und leistungsstarke Zündspitze die Lebensdauer der Lampe wesentlich, im allgemeinen um 30 - 50%, vermindert.
Start- und Betriebsanordnungen zum Betrieb von Gasentladungslampen mit Gleichstrom arbeiten unter Benützung einer Vervielfacherschaltung mit Ladekondensatoren und Induktivitäten (Glättungsdrosseln) zur Verminderung des Oberwellengehaltes. Der ITachteil dieser Anordnungen ist neben den großen Abmessungen der einzelnen Bauteile der Umstand, daß die Lampenbrennspannung der Gleichspannung annähernd entsprechen muß, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Anordnungen dieser Art haben überdies einen kapazitiven cos = 0,5, der kompensiert werden muß.
Sowohl die bekannten Start- und Betriebseinrichtungen für Wechselstrom.betrieb als auch die angeführten Anordnungen für Gleichstronbetrieb weisen beträchtliche Abmessungen und ein beträchtliches Gewicht auf, was unerwünscht ist. Außerden werden die Lampen bei Verwendung der üblichen Starteinrichtungen durch hohe energiereiche Zündspitzen beim Startvorgang so belastet, daß eine Verminderung άer Lebensdauer der Lampe im allgemeinen um 30 - 50. % eintritt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen vermieden werden und vor allem eine wesentliche Verkleinerung der räumlichen Abmessungen und des Gewichtes der Start- und Betriebsanordnung herbeigeführt wird, insbesondere um den Bau von Gasentladungslampen in Form von in normale Glühlampenfassungen einschraubbaren Lampeneinheiten zu ermögliche und durch die gewählte schonende Art der Zündung insbesondere in Verbindung mit einem Gleichstrombetrieb eine wesentliche Verbesserung zu erreichen. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Lebensdauer der Gasentladungslampen durch eine Zündung ohne energiereiche Spannungsspitze und durch Wegfall des Vorheizens der Elektroden möglichst weitgehend zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist als Stromquelle ein Vollweggleichrichter vorgesehen, dem ein Ladekondensator und ein spannungsabhängiges, elektronisches Schaltelement parallel geschaltet sind, mit dem ein in Reihe mit dem Ladekondensator liegender Schaltkontakt betätigbar ist, wobei der die Betriebsspannung für die Gasentladungslampe liefernde Ladekondensator auf eine mit dem Schaltelement wählbare Spannung aufladbar ist und der Vollweggleichrichter als Hilfsspan nungscuelle für die Gasentladungslampe dient, die nach der Zündung der Gasentladungslampe über das insbesondere als Kalbleitersehaltelement ausgebildete Steuerelement abschaltbar ist, und wobei die Zündschaltung mit dem Ladekondensator in Verbindung steht und die Sekundärwicklung des Zündtransformators gesondert vom Betriebsstromkreis der Gasentladungslampe an diese angeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet ein besonders geringes Gewicht, geringe Abmessungen und eine geringe Verlustleistung. Die für den Betrieb der Gasentladungslampe erforderliche Stromquelle wird dabei durch den Kondensator, die Kilfsspannungsquelle durch den Vollweggleichrichter gebildet.
Dadurch, daß zur Zündung neben der vom Zündgenerator an die Gasentladungslampe gelieferten Zündspannung eine Hilfsspannungsquelle an die Gasentladungslampe gelegt wird, wird ein Sofortstart bei größtmöglicher Schonung der Elektroden der Gasentladungslampe erzielt, wobei auch die Zündschaltung selbst äußerst einfach gehalten werden kann.
Die Auslegung der Schaltung für Gleichstrom vermeidet den stroboskopischen Effekt und gewährleistet eine optimale Ausnutzung des Lampenstromes und damit einen besseren Wirkungsgrad.
Der überwiegende Teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann in Porm einer integrierten Schaltung gefertigt werden, wodurch nicht nur Abmessung und Gewicht reduziert werden können, sondern auch wirtschaftlicher gefertigt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgenäßen Schaltungsanordnung ist die Möglichkeit, durch Verändern des Wertes eines einzigen ohmschen Widerstandes den Lichtwert der Lampe um den Faktor 3 - 5 nahezu verlustlos zu dimmen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht auch den Kaltstart von Gasentladungslampen mit begrenzter Lampenlänge bei Betrieb an 110 Volt Wechselspannung. Nicht zuletzt wird eine Reduzierung der bei üblichen Start- und Betriebsanordnungen auftretenden Verlustleistung auf etwa die Hälfte erreicht.
Ein bei Gleichstrombetrieb im Laufe des Betriebes der Lampe auftretender Kataphorese-Effekt (Auswanderung des Quecksilbers zur .arbeitenden Elektrode hin) tritt bei Lampen bis zu einer Länge von 50 cm nicht in Erscheinung, da sich die Auswanderungsgeschwindigkeit des Quecksilbers mit der Eückdiffusion ausgleicht.
Für längere Lampen kann eine periodische Umpolung des Lampenstromes vorgesehen werden, wobei auch hier die schonende Art des Startes von großem Vorteil ist.
Als Zündeinrichtung kann eine übliche Anordnung verwendet werden, die in Verbindung mit einem kleinen Zündtransformator die notwendigen SpannungsImpulse liefert.
Zweckmäßigerweiεe ist die Primärwicklung des Zündtransformators in Reihe mit dem Ladekondensator geschaltet.
Eine vorteilhafte Variation hiezu besteht darin, daß parallel zum Ladekondensator die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators angeschlossen ist, wobei parallel zum Kondensator die Reihenschaltung einer Thyristortetrode, einer Vierschichtdiode od.dgl. und der Primärwicklung des Zündtransformators geschaltet ist.
Die Spannung der Stromquelle ändert sich beim Betrieb der Gasentladungslampe in der Form, daß der Wert bei nicht leuchtender Gasentladungslampe höher ist als bei leuchtender Gasentladungslampe. Dadurch werden die Impulse nur bei nicht gezündeter Lampe erzeugt und die Anordnung hört automatisch auf zu arbeiten, wenn die Gasentladungslampe gezündet ist.
Die verwendeten Zündtransformatoren unterscheiden sich wesentlich von den eingangs geschilderten Transformatoren zum Start und zum Betrieb von Gasentladungslampen an Wechselstrom, da sie nur Spannungsspitzen mit sehr geringer Energie erzeugen müssen und daher ein sehr geringes Gewicht und ein sehr kleines Volumen (weniger als 1 cm3) besitzen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele uargestellt sind.
Fig.1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäβen Schaltungsanordnung, Fig.2 ein Ausführungsbeispiel mit einem Ladekondensator, der die Betriebsspannung für die Gasentladungslampe liefert, Fig.3 ein Ausführungsbeispiel, das eine Zündschaltung mit einem Thyristor aufweist, Pig.4 ein Ausführungsbeispiel, das eine Zündschaltung mit einer Vierschichtdiode' aufweist, die durch das Kleinerwerden der Betriebsspannung beim Leuchten der Lampe automatisch den Zündvorgang beendet, Fig.5 ein Ausführungsbeispiel mit einem Steuerelement, das mit Hilfe eines Schalttransistors über einen Widerstand die Gasentladungslampe mit der Hilfsspannungsquelle verbindet, Fig.6 eine Variante zum Ausführungsbeispiel nach Fig.5, Fig.7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuerelement durch die Kombination eines Widerstandes und eines Kondensators gebildet ist, und Fig.8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem als Steuerelement ein Kaltleiter vorgesehen ist.
In der in Fig.1 dargestellten Prinzipschaltung ist an den einen Pol einer Stromquelle 1 über eine Zündschaltung 2 der eine Pol einer Gasentladungslampe 3 an geschlossen. Der andere pol der Gasentladungslampe 3 ist einerseits mit dem anderen Pol der Stromquelle 1 , anderseits über ein Steuerelement 4 mit der Hilfsspannungsquelle 5 verbunden.
Für den Start der Gasentladungslampe 3 tritt nun einerseits die Zündschaltung 2 in Aktion, indem εie Spannungsspitzen von hoher Spannung, aber sehr geringer Energie erzeugt, anderseits schließt das Steuerelement 4 die Gasentladungslampe 3 an die Hilfsspannungsquelle 5 an, deren Spannung in begrenztem Ausnaß höher ist als die Lampenbrenn spannung. Diese Kombination ermöglicht es mit Zünoimpulsen von sehr geringer Energie bzw. mit relativ geringen durch die Hilfsspannungsquelle 5 herbeigeführten Zündspannungen eine Gasentladungslampe ohne Vorheizen der Elektroden zu zünden.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stromquelle 1 einen Vollweggleichrichter 6 auf, an elektronisches dessen Ausgang ein spannungsgesteüertes/senaitelement 8 angeschlossen ist, das eine Steuerschaltung 7 entnält, mit der ein Schaltkontakt 9 betätigbar ist, über das ein Ladekondensator 10 an den Vollweggleichrichter 6 anschließbar ist. Parallel zum Ladekondensator 10 liegt die Zündschaltung 2, an die über Dioden 12,13 die Reihenschaltung der Gasentladungslampe 3, einer Diode 14 und einer Strombegrenzungsschaltung 11, beispielsweise eine Konstantstromquelle, angeschlossen ist. Am Verbindungspunkt der Gasentladungslampe 3 mit der Diode 14 liegt die Reihenschaltung einer Diode 15 und des Steuerelementes 4, das zu dem einen Ausgang des Vollweggleichriehters 6 führt.
Das elektronische Schaltelement 8 besitzt die Eigenschaft bis zu einer bestimmten Spannung den Schaltkontakt 9 geschlossen und oberhalb dieser Spannung geöffnet zu halten.
Der Schaltkontakt 9 ist beim Anlegen einer Wech selspannung an die Eingangsklemmen des Vollweggleichrichte 6 geschlossen. Dadurch wird der Ladekondensator 10 auf den Absolutwert der momentan anliegenden Spannung aufgeladen. Erreicht die Wechselspannung einen bestimmten, wählbaren Wert, so wird der Schaltkontakt 9 geöffnet und der Ladevorgang am Ladekondensator 10 unterbrochen. Erreichtdie Ladespannung wieder den genannten Wert, so wird der Ladekondensator 10 erneut aufgeladen. Dieser Ladevorgang wird viermal in jeder Periode durchgeführt, da der Absolutwert der Eingangsspannung sowohl beim aufsteigenden als auch beim abfallenden Ast der Ealbwelle und dies sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle einen Wert erreicht, der zum Schließen des Schaltkontaktes 9 führt. Im Zuge des Ladevorganges wird der Ladekondenεator 10 auf eine Spannung aufgeladen, die etwas höher als die Lampenbrennspannung, aber kleiner als die Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters 6 ist und die durch dieAnsprechspannung der Steuerschaltung 7, beispielsweise mittels eines Spannungsteilers, wählbar ist.
Der Vollweggleichrichter 6 stellt gleichzeitig die Hilfsspannungsquelle nach Fig.1 dar, die über das Steuerelement 4 den Zündvorgang der Gasentladungslampe 3 unterstützt. Der Ladekondensator 10 fungiert dabei als Gleichspannungsquelle, von der die Gasentladungslampe 3 gespeist wird. Durch die Strombegrenzungsschaltung 11, im einfachsten Fall ein ohmscher Widerstand, vorteilhafter aber eine Konstantstromquelle, wird der Lampenstrom eingestellt.
Zum Start der Gasentladungslampe 3 werden von der Zündschaltung 2 Spannungsimpulse der Betriebsspannung überlagert. Die Dioden 12 und 13 dienen der Entkopplung, damit die Spannungsspitzen nicht in die Stromversorgung zurücklaufen. Die Diode 12 kann auch durch eine Eochfre quenzdrossel, die Diode 13 durch einen Kondensator ersetzt werden, ohne daß sich eine Änderung der Funktion ergibt. Während des Zündvorganges ist die Lampe über das Steuer element 4 an die Hilfsspannungsquelle 5, die in diesem Fall durch den Vollweggleichrichter 6 gebildet wird, geschaltet. Uach dem Zünden der Lampe wird diese Verbindung mittels des Steuerelementes 4 automatisch unterbrochen.
Als Zündschaltung kann im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels auch, wie in Fig.2 strichliert dargestellt ist, ein Zündtransformator 17 verwendet werden, der in Serie zum Ladekondensator 10 geschaltet ist und der bei jedem Ladestromstoß einen Zündspannungsimpuls generiert. Die Hochspannung wird über die Diode 16 der Gasentladungslampe 3 zugefüiirt. In diese Falle entfällt die voll gezeichnete Zündschaltung 2 und die Diode 13.
In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Zündschaltung 2 und der Strombegrenzungsschaltung 11 in Form einer Konstantstromquelle dargestellt. Die Zündschaltung ist eine übliche Thyristor-Impulsschaltung.
An die Stromquelle 1 , die bei diesem Ausführungsbeispiel nicϊjt detailliert dargestellt ist, ist an die Klemmen B,C nach Fig.2 die Serienschaltung eines Widerstandes 18 und eines Kondensators 19 angeschlossen, deren Verbindungspunkt über eine Thyristortetrode 20 mit einem Zündtransformator 17a in Verbindung steht. Eine Steuerelektrode der Thyristortetrode 20 liegt am Teilerpunkt eines aus den Widerständen 21,22 gebildeten Spannungsteilers. Der Ausgang der Zündschaltung bzw. auch die Sekundärwicklung des Zündtransformators 17a führt über die Dioden 12,13 zu dem einen Pol der Gasentladungslampe 3, deren anderer Pol über die Diode 14 und die Strombegrenzungsschaltung 11 der Stromquelle 1 führt.
Die Strombegrenzungsschaltung 11 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Transistor 24 auf, dessen Basis über einen Widerstand 27 an den einen Pol der Stromquelle 1 angeschlossen ist, deren anderer Pol über einen strombestimmenden Widerstand 25 an den Emitter des Transistors 24 gelegt ist. Die Reihenschaltung der Basis-Emitterstrecke des Transistors 24 und des Widerstandes 25 ist durch eine Zenerdiode 26 überbrückt.
Parallel zur Stromquelle 1 liegt ferner ein Abschalteglied 23, das nach dem Zündender Gasentladungslampe 3 die Erzeugung weiterer Zündimpulse verhindert, insbesondere über den kathodenseitigen Steueranschluß der Thyristortetrode 20.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zündung durch die volle, vom Vollweggleichriehter 6 nach Fig.2 über die Klemme A gelieferte Hilfsspannung, die größer als die Lampenbrennspannung ist, über das Steuerelement 4 unterstützt.
Der Kondensator 19 wird über den Widerstand 18 solange aufgeladen, bis seine Spannung den mit dem durch die Widerstände 21,22 gebildeten Spannungsteiler eingestelltenWert übersteigt, wodurch ein Stromstoß durch den Zündtransformator 17a geschickt und ein SpannungsImpuls generiert wird, der über die Diode 13 der Gasentladungslampe 3 zugeführt wird.
In Fig.4 ist eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 geänderte Ausführung der Zündschaltung 2 dargestellt, bei der eine Vierschichtdiode 28 anstelle des Thyristors 20 verwendet wird und die im übrigen dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 entspricht. Die Funktion der Schaltung entspricht der der Thyristorschaltung. Durch Wahl der Triggerspannung der Vierschichtdiode 28 kann auch hier eine automatische Beendigung des Zündvorganges nach erfolgter Zündung der Gasentladungslampe 3 erreicht werden, da durch den Betriebsstrom der Gasentladungslampe 3 die Spannung am Ladekondensator 10 (Fig.2) unter den Wert der Triggerspannung der Vierschichtdiode 28 absinkt.
Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach Fig.2, bei dem wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3 und 4 die Stromquelle 1 und die Hilfsspannungsquelle 5 nicht dargestellt und nur deren Anschlüsse A,3,C angedeutet sind. Diese Fig.5 zeigt vor allem ein Beispiel für die Aus bildung des Steuerelementes 4.
An die beispielsweise mittels des Schaltkontakte 9 nach Fig.2 kurzschließbaren Klemmen A,B ist die Reihenschaltung einer Diode 29 und eines Kondensators 50 angeschlo sen, dem ein aus den Widerständen 32,33 gebildeter Spannungsteiler parallel liegt, dessen Verbindungspiinkt cur Basis eiues Transistors 34 führt, dessen Kollektor. einerseits über einen Widerstand 31 üit der Klemme anderseits mit der Basis eines Transistors 36 verbunden ist und dessen Emitter an der Klemme A liegt, an die auch der Emitter des Transistors 36 angeschlossen ist, dessen Kollektor über einen Widerstand 35 und die Diode 15 an dem einen Pol der Gasentladungslampe 3 liegt.
Solange die Gasentladungslampe 3 nicht gezündet ist, ist die Spannung am Ladekondensator 10 (Fig.2) hoch. Dadurch wird auch der Kondensator 30 über die Diode 29 auf einen geringen Spannungswert aufgeladen, der nicht ausreicht, um den Transistor 34 über den Spannungsteiler 32,33 durchzuschalten. Dadurch ist der Transistor 36 in leitendem Sustand, so daß dieser die Gasentladungslampe 3 über die Diode 15 und den Widerstand 35 an die Hilfsspannungsquelle 5 (Klemme A) legt. Nach erfolgter Zündung sinkt durch den Betriebsstrom der Gasentladungslampe 3 die Spannung des Ladekondensators 10 (Fig.2), wodurch die Spannung am Kondensator 30 grösser wird, der Transistor 34 leitend wird und die Basis-Emitte strecke des Transistors 36 kurzschließt. Dadurch sperrt dieser und unterbricht die Verbindung zwischen der Gasentladungslampe 3 und der Hilfsspannungsquelle (Klemme A) .
Fig.6 zeigt eine Variante des Steuerelementes nach
Fig.5.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt parallel zum Widerstand 33 ein Kondensator 37. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 33 und dem Kondensator 37 ist einerseits über einen Widerstand 38 mit der Gasentladungslampe 3, anderseits über eine Zenerdiode 43 mit der Basis des Transistors 34 verbunden. Parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transiεtors
36 kann auch ein Fotowiderstand 42 geschaltet sein, in welchem Falle die Zenerdiode 43, die Widerstände 33,38, der Kondensator 37 und der Transistor 34 weggelassen v/erden können. Nach Sünden der Gasentladungslampe 3 wird über den Widerstand 38 der Kondensator 37 aufgeladen. Nach einer gewissen Verzögerungszeit ist die Spannung an dem Kondensator
37 so groß, daß der Transistor 34 leitend wird, wodurch der Transistor 36 die Gasentladungslampe 3 von der Hilfsspan nungsquelle 5 trennt.
Durch den Fotowiderstand 42 wird erreicht, daß bei leuchtender Gasentladungslampe 3 die Hilfsspannungsquelle von der Gasentladungslampe 3 abgeschaltet wird.
Durch Verwendung der Zenerdiode 43 wird der Einund Ausschaltvorgang verbessert und die Schaltschwelle von Netzsehwankungen unabhängig.
In dieser Schaltungsanordnung kann auch z.B. derWiderstand 38 durch einen Fotowiderstand ersetzt werden, der mit der Gasentladungslampe 3 einen optischen Kontakt hat und bei leuchtender Gasentladungslampe 3 seinen Widerstand so verringert, daß über die Transistoren 34 und 36 die Gasentladungslampe von der Hilfsspannungsquelle (Klemme A) getrennt wird.
Fig.7 zeigt ein einfaches Steuerelement, bei dem ein Kondensator 39, solange die Gasentladungslampe 3 nicht gezündet ist, langsam auf eine hohe Spannung auflädt. Der Kondensator 39 fungiert beim Zünden der Gasentladungslampe 3 als Hilfsspannungsquelle und unterstützt den Zündungsvorgang. Nach der Zündung fließt in diesem Falle aber immer ein geringer, vor allem durch den Widerstand 40 begrenzter Reststrom.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.8 ist zwischen die Gasentladungslampe 3 und die Hilfsspannungsquelle 5 als Steuerelement 4 ein Widerstand 41 mit positivem Tempe raturkoeffizienten (Kaltleiter) geschaltet, der nach Zündung der Gasentladungslampe 3 seinen Widerstand so vergrößert, daß nur mehr ein geringer Heststrom durch ihn fließen kann.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Abschaltung der Hilfsspannung nach Zündung der Gasentladungslampe 3 auch auf mannigfach andere V/eise, beispielsweise mittels eines Optokopplers, erfolgen.

Claims

P a t e n t a n s p rü c h e :
1. Schaltungsanordnung für den Betrieb von Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstoffröhren, bei der die Gasentladungslampe an eine Stromquelle, insbesondere eine Gleichstromquelle, angeschlossen ist, wobei zur Zündung der Gasentladungslampe eine einen Zündtransformator aufweisende Zündschaltung und eine nach erfolgter Zündung abschaltbare Hilfsspannungsquelle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle ein Vollweggleichrichter (6) vorgesehen ist, dem ein Ladekondensator (10)und ein spannungsabhängiges, elektronisches Schaltelement (8) parallel geschaltet sind, mit dem ein in Reihe mit dem Ladekondenεator (10) liegender Schaltkontakt (9) betätigbar ist, wobei der die Betriebsspannung für die Gasentladungslampe (3) liefernde Ladekondensator (10) auf eine mit dem Schaltelement (8) wählbare Spannung aufladbar ist und der Voilweggleichrichter (6) als Hilfsspannungsquelle für die Gasentladungslampe (3) dient, die nach der Zündung der Gasentladungslampe (3) über das insbesondere als Halbleiterschaltelement ausgebildete Steuerelement (4) abschaltbar ist, und daß die Zündschaltung (2,17) mit dem Ladekondensator (10) in Verbindung steht und die Sekundärwicklung des Zündtransformators (17,17a) gesondert vom BetriebsStromkreis der Gasentladungslampe (3) an diese angeschlossen ist.
2. Schaltungεanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Zündtransformatorε (17) in Reihe mit dem Ladekondenεator. (10) geschaltet ist (Fig.2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ladekondensator (10) die Reihenschaltung eines Widerstandes (18) und eines Kondensators (19) angeschlossen ist, wobei parallel zum Kondensator (19) die Reihenschaltung einer Thyristortetrode (20), einer Vierschichtdiode (28) od.dgl. und der Primärwicklung des Zündtransformators (17a) geschaltet ist (Figuren 3 und 4).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den kathodenseitigen Steueranschluß der Thyristortetrode (20) ein Abschalteglied (23) angeschlossen ist, mit dem die Erzeugung von Zündimpulsen nach erfolgter Zündung der Gasentladungslampe (3) unterbrechbar ist (Fig.3).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement (4) eine Transistorschaltung vorgesehen ist, bei der mit der Hilfsspannungsquelle insbesondere parallel zum Schaltkontakt (9), ein Spannungsteiler (32,33) in Verbindung steht, dessen Teilerpunkt mit der Basis eines ersten Transistors (34) verbunden ist, dessen Kollektor an der Basis eines zweiten Transistors (36) liegt, dessen Kollektor mit der Gasentladungslampe (3) und dessen Emitter mit der Hilfsspannungsquelle in Verbindung steht (Fig.5).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (33,38) einerseits an die Gasentladungslampe (3), anderseitε an die Hilfsspannungsquelle (Klemme A) angeschlossen ist (Fig.6).
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilerpunkt des Spannungsteilers (32, 33 bzw.33,38) an die Basis des ersten Transistors (34) über eine Zenerdiode (43) angeschloεsen ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Gasentladungslampe (3) liegende Widerstand (38) als lichtabhängiger Bauteil, insbesondere als Fotowiderstand, ausgebildet ist, der mit der Gasentladungslampe (3) in optischem Kontakt steht (Fig.6).
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitterstrecke des zweiten Transistors (36) ein lichtelektrischer Bauteil, insbesondere ein Fotowiderstand (42), geschaltet ist (Fig.6).
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement (4) ein über eine Widerstand (40) aufladbarer Kondensator (39) vorgesehen ist, der nach Zündung der Gasentladungslampe (3) einen Nebenschluß zur Hilfsspannungsquelle, insbesondere zum Schaltkontakt (9), bildet (Fig.7).
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelement (4) ein Widerstand (41) mit positivem Temperaturkoeffizienten, insbesondere ein Kaltleiter, vorgesehen ist (Fig.8).
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Inventor name: RUFF, REINHARD

Inventor name: HAYDN, FRIEDRICH