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Vorschaltgerdt zum Betrieb von Gasentladungslampen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät zum
Betrieb von Gasentladunqslampen aus dem lsechselspannungsnetz nach dem Gattungsbegriff
des Hauptanspruchs.
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Normalerweise enthalten derartiqe Vorschaltqeräte eine Zündschaltung
und einen die Brennspannunq der Lampe stabilisierenden Balast, der meistens aus
einer Drossel besteht. Die Zündschaltung hat die Aufgabe, so lange Hochspannungsimpulse
auf die Lampe bzw. die Lampen zu geben, bis diese brennen; von da an bleibt die
Zündschaltung außer Betrieb. An dem Ballast fällt dagegen ein erheblicher Anteil
der Netzspannung ab, um die negative Lampenkennlinie zu kompensieren. Infolqedessen
muß die Brennspannung der Lampe erheblich niedriger als die Netzspannung gewählt
werden.
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Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Zündschaltung gleichzeitig
einen Teil der zum Betrieb der Gasentladungslampen erforderlichen Energie liefert,
so daß der Ballast entlastet ist und entsprechend schwächer ausgelegt werden kann.
Außerdem wird die Betriebseneraie den Lampen den hochfrequenten Impuls zugefiihrt;
dadurch wird der Lampenwirkungsgrad gesteigert. Somit crgeben sich Einsparungen
an Herstellungs- und Betriebskosten und die Netzspannung muß nur wenig höher als
die Brennspannunq der Lampen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung beschrieben. Ilierin sind Fig. 1 das schematische Schaltbild des neuen
Vorschaltqerätes, Fig. 2 - 6 Oszilloramme der Spannungen an verschiedenen Stellen
der Schaltuna nach Fig. 1 und Fig. 8 ein Schema, worin diejenigen Schaltungspunkte
angegeben sind, an denen die mit gleichen Ziffern bezeichneten Kurven in Fig. 2
- 7 aufgenommen wurden.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorschaltgerät enthält einen
Netzanschluß, zwei gegeneinander geschaltete Spannungsverdoppiungskreise zur Zündung
der Gasentladungsimpen, eine Niederspannunasauelle mit Gleichrichter zur Speisung
eines Spannungsreglers und den Spannungsregler. Die Bemessung der verschiedenen
Bauteile ist aus der im Anhang beigefügten Teileliste ersichtlich.
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Die Netzspannung wird an den Transformator T1 anqelegt, der über die
Dioden X5 und X6 und den Kondensator C7 eine Gleichspannung auf den Spannungsregler
gibt. Ferner wird die Netzspannung auf die beiden gegeneinandergeschalteten Spannungsverdopp
erkreise gegeben, deren einer aus den Kondensatren C1 und C2 und den Dioden X1 und
X2 und deren anderer aus den Kondensatoren C3 und C4 und den Dioden X3 und X4 besteht.
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Durch Addition der an den Kondensatoren C2 und C3 anstehenden Spannungen
ergibt sich die Hochspannung, die zur Ionisierunq des in den Lampen befindlichen
Gases zur Zündung derselben erforderlich ist. Die Ausgangskondensatoren C2 und C3
müssen groß genug sein, um die Ionisierung in den Lampen bei der hohen
Spannung
zu erzeugen, aber nicht so qroß, daß sie die gezündeten Lampen beschädigen würden,
wenn sie sich in sie entladen.
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Wenn die Lampen einmal mit der hohen Spannung gezündet sind, wird
die übertragene Energie durch die Kondensatoren C1 und C4 begrenzt. Die Kondensatoren
C2 und C3 werden nicht mehr zur Spannungsverdopplung verwendet, nachdem die Lampen
gezündet sind. Die Kondensatoren C1 und C4 laden sich abwechselnd in den beiden
Halbwellen der Netzspannung auf die Scheitel spannung auf. Während der ersten 900
einer Netzspannungsperiode wird der Strom den Lampen in Serie mit dem Kondensator
C4, den Dioden X1 und X4, dera als Spannungsregler dienenden Transistorschalter
#1 und der Diode X2 zugeführt, wobei sich der Kondensator C1 auflädt.
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In den nächsten 180° liefert der Kondensator C1 die in ihm gespeicherte
Energie an die Lampen. Während der letzten 900 der Periode lädt sich der Kondensator
C1 mit der entgegengesetzten Polarität auf, bis der Augenblickswert der Netzspannung,
vermehrt um den Spannungsabfall an den Lampen, gleich der Ladung des entgegengesetzt
geladenen Kondensators C4 ist.
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Auf dem Rest der letzten 90° der Periode entlädt die Netzleitung den
Kondensator C1 und lädt ihn im nächsten 900-Intervall wieder in der entgegengesetzten
Polarität auf. Da die Kondensatoren Ladungen beider Polaritäten erhalten, müssen
Wechselstromkondensatoren verwendet werden. Der Kondensator C4 wird in gleicher
Weise wie C1 während des um 180° verschobenen Intervalls verwendet. Demgemäß wirken
die Kondensatoren C1 und C4 als Ballastkondensatoren und nicht als Spannungsverdopplerkondensatoren,
sobald die Lampen gezündet sind. In den normalen Zündschaltungen wird dagegen ein
Spannungsverdopplerkreis mit Elektrolytkondensatoren verwendet.
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Der Pegler enthält die oben erwähnte Cleichspannungssuelle (Transformator
T1, Dioden X5 und X6 und Kondensator C7), einen Multivibrator (Transistoren Q3 und
04, Widerstände R5 - R8, Kondensatoren C5 und C6), einen Leistungsverstärker (Transistor
Q2 und Widerstände R2 - P4) und den Schalttransistor 01.
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Um die Bedeutunq des Reglers zu erläutern, wird auf Fig. 2 verwiesen.
Sie zeigt die an den i Betrieb befindlichen Gasentladungslampen auftretenae Spannung.
In den Intervallen 0 - 900 und 180 - 2700 wird die Energie unmittelbar auf die Lampen
übertragen, und zwar über denjenigen Kondensator C1 oder C4, der gerade nicht aufgeladen
ist. Demnach begrenzen der Kondensator C1 oder C4, der Transistorschalter Ol und
der Lampenwiderstand die unmittelbar von der Netzleitung qelieferte Energie.
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Während dieser Zeiten ist der Transistorschalter voll geöffnet, um
die von der Metzleitunq zur Verfügung stehende Leistung bestmöglich auszunutzen.
Während der Intervalle 90 - 1800 und 270 - 3600 wird dagegen die Lampenenergie von
den Ladungen der Kondensatoren Cl oder C4 oder der Netzleitung geliefert, jenachdem
welche Quelle die höhere Spannung aufweist.
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Um die Cröße der Kondensatoren C1 und C4 zu begrenzen, ist die Sperrzeit
des Transistorschalters am größten, wenn die der Lampe zugeführte Energie allein
von der gespeicherten Ladulig eines der Transistoren C1 oder C4 aufgebracht werden
muß. Wenn der Transistorschalter während dieser Zeit zu lang offen ist, sinkt die
Kondensatorladung zu schnell ab und die Gasentladungslampen beginnen zu flackern;
wenn der Transistorschalter zu lang gesperrt ist, lädt sich der Kondensator nicht
auf die große Gleichstromkomponente der an die Lampen gelieferten Energie bewirkt,
daß die Lampen einseitig leuchten.
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Zur Betätigung des Schalttransistors wird ein Oszillator verwendet,
der als Multivibrator O-3, O-4 ausgebildet ist und kurze Impulse auf einen Transistorverstärker
0-2 gibt, der den Sdelttransistor Q-1 im Lampenkreis steuert. Der Steuerstrom des
Schalttransistors muß so eingestellt werden, daß der Schalttransistor bei niedriqer
Lampenspannung voll aeöffnet wird, während des Intervalls hoher Lampensnannunq aber
weitgehend gedrosselt wird. Diese Wirkungsweise ist in dem Oszillogramm der Fig.
7 dargestellt,welche die Steuerimpulse und den Spannungs- und Stromverlauf im Lampenkreis
zeigt.
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Nachstehend ist eine Ubersicht iiber den Arbeitsablauf des Vorschaltgerätes
gegeben.
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0°-90° Der Strom fließt von der gemeinsamen neqativen Klemme 2 über
C-2, X-l und C-l zu Punkt 3. Die Summe der Spannungen an den Kondensatoren C-l und
C-2 ist aleich 325 Volt.
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Ferner fließt der Strom in der anderen Hälfte der Zündschaltung von
der Klemme 2 über X-3 und C-4 zu Punkt 3. C-4 lädt sich also ebenfalls auf 325 Volt
auf.
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90°-180° Keine Vorkommnisse.
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180°-270° Der Strom fließt von Punkt 3 über C-l und X-2 zur Klemme
2. C-l entlädt sich und lädt sich wieder in entgegengesetzter Richtung auf 325 Volt
um.
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Ferner fließt der Strom beim Punkt 3 über C-4, X-4 und C-3 zur Klemme
2. C-4 war in dem Intervall O - 900 auf 325 Volt aufgeladen worden; diese Spannung
addiert sich nun zu der Netzspannung von 325 Volt, so daß C-3 mit einer Spannung
von 650 Volt aufgeladen wird. Das ist die Spannungsverdopplunqsphase für C-3.
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270°-360° keine Vorkommnisse.
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360°-450 Der Strom fließt von der Klemme 2 über C-2, X-l und C-l zum
Punkt 3. C-l war in dem Intervall 180 - 2700 auf 325 Volt aufgeladen worden; diese
Ladespannung überlagert sich nun der Netzspannung von 325 Volt, so daß C-3 auf 650
Volt aufgeladen wird.
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Die Ladungen von C-3 und C-2 von je 650 Volt ergeben durch die Serienschaltung
eine Gesamtspannunq, die viermal so groß wie die Scheitelspannung des Netzes ist
(4 x 325 = 1300 Volt).
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Diese Spannung wird zur Zündung der Gasentladungslampen verwendet.
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Nachdem die Lampen gezündet haben, wirken C-2 und C-3 als kleine Tiefpässe
für die Gleichspannungsversorgung, wodurch Flackererscheinungen der Lampen vermieden
werden.
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Teileliste zu Figur 1 R2 - Kohlewiderstand 100 OHM 2W R3 - Kohlewiderstand
56K, 0,5W R4, R5 und R8 - Kohlewiderstände 1K, 0,5W R6 und R7 - Kohlenwiderstände
150K, 0,5 W C1 und C4 - Polyesterkondensatoren 6MF, 400V C2 und C3 - Polyesterkondensatoren
2MF, 400V C5 - Glimmerkondensator 0,068MF, 100V C6 - Glimmerkondensator 0,O0lMF,
100V C7 - Elektrolytkondensator 100MF, 35V X1 - X6 - Dioden 1,0 2 , 1000 V X7 -
Zenerdiode 22V, 1W Q1 - - Transistor DTS-714 DELCO Q2 - Transistor 40310 RCA Q3
und Q4 - Transistoren 2N1613 T1 - Transformator 40 Volt Dauerspannung sekundär bei
100 mA; 240V primär