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Schaltungsanordnung zur Inbetriebnahme und zum Betrieb einer .mit
Gleichstrom betriebenen Gasentladungslampe mit konstant gehaltenem Brennstrom Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Inbetriebnahme und zum Betrieb einer
gleichstrombetriebenen Gasentladungslampe mit zur Einleitung der Zündung vorgeheizten
Elektroden, deren Brennstrom durch einen in Reihe geschalteten Regeltransistor mit
einer Zenerdiode im Basiskreis konstant gehalten wird.
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Es ist bekannt, Gasentladungslampen über strombegrenzende Vorschaltdrosseln
zu betreiben. Bekanntermaßen werden die als Glühwendel ausgebildeten Elektroden
solcher Lampen zunächst durch einen über einen Thermoschalter fließenden Strom aufgeheizt,
bis die in der Vorschaltdrossel gespeicherte magnetische Energie -? 12 beim öffnen
des Thermoschalters durch einen Induktionsstromstoß die Zündung der Entladungsstrecke
einleitet.
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Für allgemeine Beleuchtungszwecke spielt eine Lichtintensitätsschwankung
infolge einer eventuellen Netzspannungsänderung keine wesentliche Rolle. Wenn es
sich jedoch um die Anregung von fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Briefmarken
oder Kodierungselementen für lichtelektrische Verteilzwecke mit ultravioletter Strahlung
handelt, kommt es auf möglichst hohe Konstanz des Brennstromes an, damit die Leuchtanregung
immer gleiche Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzintensitäten erzeugen kann.
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Es besteht also die Aufgabe, den Brennstrom mit größerer Genauigkeit,
als es mit Vorschaltdrosseln möglich ist, konstant zu halten. Da für Briefkodierungszwecke
ein Wechselstrombetrieb ausscheidet, beschränkt sich die Aufgabe der Erfindung auf
Konstanthaltung eines Brenngleichstromes. Anordnungen zur Konstanthaltung eines
Gleichstromes sind in mannigfaltiger Ausführung, neuerdings auch unter der Verwendung
von Transistoren, bekanntgeworden. Meistens liegen bei solchen Schaltungen ein oder
mehrere Regeltransistoren in Reihe mit der Speisequelle und dem Verbraucher. Die
Basis des Regeltransistors liegt gewöhnlich an einer konstanten Spannung, welche
z. B. an einem Spannungsteiler mit einer Zenerdiode abgegriffen wird (deutsche Auslegeschrift
1118 838).
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Eine ähnliche Schaltung für die vorstehend geschilderte Aufgabe würde
zwar den Brennstrom einer einmal gezündeten Gasentladungslampe konstant halten,
eine betriebssichere und die Elektroden schonende Zündung würde jedoch schwer möglich
sein. Bei einem konstanten Strom würde nämlich die Rufheizung der Elektroden so
langsam vor sich gehen, daß, abgesehen von der langen Zündverzugszeit, auch eine
die Lebensdauer beinträchtigende Unterheizung der Elektroden befürchtet werden müßte.
Andererseits würde die in der Zünddrossel gespeicherte magnetische Energie 2-12
infolge des verhältnismäßig niedrigen konstanten Stromes über keinen zu einer sicheren
Zündung unter ungünstigen Bedingungen (niedrige Außentemperaturen) notwendigen Energieüberschuß
verfügen.
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Bei einer Gasentladungslampe mit vorgeheizten Elektroden handelt es
sich nämlich, je nachdem, ob man den Zündvorgang oder den normalen Betrieb betrachtet,
um zwei sehr verschiedene Ersatzwiderstände. Vor der Zündung ist dieser im wesentlichen
durch den Widerstand der beiden Glühwendel repräsentiert und demzufolge verhältnismäßig
niederohmig. Nach der Zündung ist der Heizstromkreis aufgetrennt, und der Ersatzwiderstand
ergibt sich im wesentlichen durch die demgegenüber hochohmige Entladungsstrecke.
Infolgedessen würde während des Fließens des Aufheizstromes an einem in Reihe liegenden,
auf konstanten Strom regelnden Transistor eine verhältnismäßig große Spannung stehen,
so daß die Gefahr eines öberschreitens der Verlustleistungshyperbel des Transistors
droht.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist nun einen Weg, wie
mit einfachen Mitteln eine an sich bekannte Transistorregelschaltung mit einer Zenerdiode
als Vergleichsspannungsquelle im Basiskreis auch für den geregelten Betrieb einer
mit Gleichstrom betriebenen und mit einem Starter gezündeten Gasentladungslampe
zur Konstanthaltung des Lampenbrennstromes eingesetzt werden kann, indem sie sich
die vorstehend geschilderten unterschiedlichen
Ersatzwiderstände
einer Gasentladungslampe mit vorgeheizten Elektroden und Starterzündung zunutze
macht.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung zur Inbetriebnahme
und zum Betrieb einer mit Gleichstrom betriebenen Gasentladungslampe mit vorgeheizten
Elektroden und Starterzündung, deren Brennstrom durch einen in Reihe geschalteten
Regeltransistor mit einer Zenerdiode im Basiskreis konstant gehalten wird, insbesondere
zum Anleuchten von fluoreszierenden oderphosphoreszierenden Briefmarken oder Kodierungselementen
für Briefkodierungszwecke.
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Erfindungsgemäß ist die Reihenschaltung der Emitter-Kollektor-Strecke
des Regeltransistors mit dem Emitterwiderstand durch zumindest eine weitere Zenerdiode
mit einer solchen Durchbruchsspannung und Polung überbrückt, daß während des Elektrodenheizvorgangs
ihre Durchbruchsspannung überschritten wird und der zusätzlich fließende Durchbruchsstrom
eine beschleunigte Aufheizung bewirkt, während nach Zündung der Entladung die Durchbruchsspannung
nicht erreicht ist und der Brennstrom nur noch über die Emitter-Kollektor-Strecke
des Regeltransistors fließt.
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Erwähnt sei, daß eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung und
Strombegrenzung bei transduktorgeregelten Gleichrichteranordnungen mittels einer
Transistorgegentaktschaltung bekannt ist, bei welcher zur Erzeugung einer konstanten
Vergleichsspannung eine Zenerdiode dient und bei welcher diese Zenerdiode durch
die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors überbrückt ist, der von einer von
dem Verbraucherstrom abgeleiteten Gleichspannung gesteuert wird (deutsche Auslegeschrift
1106 851). Hier wird also der die Vergleichsspannung erzeugenden Zenerdiode
ein weiterer, nicht direkt zur Regelung dienender Transistor parallel geschaltet,
während bei der Erfindung dem Regeltransistor eine weitere, nicht die Vergleichsspannung
erzeugende Zenerdiode parallel geschaltet ist. Abgesehen von diesem Unterschied
liegt bei der bekannten Anordnung eine Spannungsregelung vor, d. h., die Regeltransistoren
liegen parallel zur Stromquelle, während bei der Erfindung der Regeltransistor in
Reihe zur Stromquelle und Verbraucher liegt. Es handelt sich also bei dieser Anordnung
sowohl um eine verschiedene Aufgabenstellung als auch einen anderen Lösungsweg.
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In Fortführung des Erfindungsgedankens wird der bekannte von der Zenerdiode
mitüberbrückte Emitterwiderstand als Regelwiderstand ausgebildet und dient dann
zugleich zur Anpassung des an ihm und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
entstehenden Spannungsabfalls an die Durchbruchsspannung der Zenerdiode. Der Zenerdiode
liegt also dann eine Reihenschaltung des Regelwiderstandes mit der Emitter-Kollektor-Strecke
des Regeltransistors parallel.
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Für die Ausbildung des Startschalters im Heizstromkreis der Lampe
bestehen zwei Möglichkeiten. Einmal kann dieser von Hand betätigt werden, oder er
kann, wie bei den bekannten Leuchtstofflampenbetriebssehaltungen üblich, als Thermoschalter
ausgebildet sein.
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Für besonders hohe Ansprüche an die Stabilisierung des Brennstromes
empfiehlt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für eine Anordnung mit Netzteil,
Gleichrichter und nachgeschalteter Siebkette eine zusätzliche Spannungsstabilisierung
am Ausgang der Siebkette in Form mehrerer in Reihe geschalteter Zenerdioden.
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Die Erfindung hat die nachstehend geschilderten Vorteile: Durch den
zusätzlich über die im Sinne der Erfindung eingeschaltete Zenerdiode fließenden
Heizstrom wird die Anheizzeit der Entladungslampe wesentlich verkürzt, und die Elektroden
befinden sich im Zündzeitpunkt auf einer höheren Temperatur, welche eine höhere
Lebensdauer der Entladungslampe mit sich bringt.
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Auf Grund der Beziehung Z 1= weist der Zündfunke eine größere Energie
auf. Der Regeltransistor wird während des Zündvorgangs vor Überlastung geschützt.
Außerdem ergibt sich bei fabrikneuen Entladungslampen eine Verkürzung der sonst
erforderlichen Einbrennzeit. Diese Vorteile werden nicht durch den Nachteil einer
weniger guten Regelung des Brennstromes im gezündeten Zustand erreicht.
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Nachfolgend wird an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung
näher erläutert.
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Wie die Zeichnung zeigt, handelt es sich zunächst um einen normalen
Netzteil mit Gleichrichter und Siebkette. Der Netztransformator 5 und das Schrittschaltumpolrelais
4 werden nach Schließen des Schalters 1 über die Sicherung 2a an das Wechselstromnetz
gelegt, wobei die Glühlampe 3 a den Einschaltzustand anzeigt. Das Schrittschaltumpolrelais
dient in an sich bekannter Weise zu einer Umpolung der Gleichspannung an der Entladungslampe
bei jedem neuen Einschalten und verhindert somit die sonst bei Gleichstrombetrieb
auftretende Kataphorese. Die Sekundärspannung des Transformators wird einem Brückengleichrichter
6 zugeführt, welcher die gleichgerichtete Spannung über den Ladewiderstand 7 der
aus der Drossel 8 und den beiden Kondensatoren 9 bestehenden Siebkette zuführt.
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Beim Einschalten kommt ein Gleichstromfluß vom Siebkondensator 9 über
den Widerstand 10, den Regelwiderstand 20, die Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors
15 und, wie noch gezeigt wird, die dem Regelwiderstand 20 und der Emitter-Kollektor-Strecke
parallelliegenden Zenerdioden 16 zustande, der weiter über den Strommesser 18, den
oberen Umschaltekontakt des Umpolrelais 4, zu der Heizwicklung 24 mit parallel
geschaltetem Regelwiderstand 22 des Thermoschalters 25, über die durch den Thermoschalter
25 verbundenen beiden Elektrodenwendeln der Entladungslampe 23, den oberen zweiten
Umschaltekontakt des Umpolrelais 4, die Zünddrossel 17 und ein für Überwachungszwecke
bestimmtes Relais 19 mit darunter gezeichnetem Umschaltekontakt26 verläuft. Der
Umschaltekontakt 26 dient zum Schließen eines nicht gezeichneten Meldestromkreises,
welcher den Betriebszustand der Gasentladungslampe anzeigt. Parallel zum Thermoschalter
25 liegt ein Kondensator 21. In diesem Stromkreis fällt an den beiden
Elektrodenwendeln der Entladungslampe 23 nur wenig Spannung ab; da auch die übrigen,
zum Teil nicht erforderlichen (Strommesser, Relais usw.), vorstehend aufgezählten
Elemente der Reihenschaltung einen verhältnismäßig niedrigen ohmschen Widerstand
aufweisen, entsteht der größte Spannungsabfall an der Emitter-Kollektor-Strecke
des Regeltransistors 15 bzw. an dem Regelwiderstand20. Hierdurch wird die Durchbruchsspannung
der
parallelliegenden Zenerdioden 16 überschritten, und zu dem durch den Regeltransistor
15 fließenden konstanten Strom tritt ein zusätzlicher kräftiger Zenerdurchbruchsstrom,
welcher eine schnelle Aufheizung der Elektrodenwendeln und, nach Öffnen des Kontaktes
des Thermoschalters 25, einen Zündimpuls bewirkt, der infolge des vorher erhöhten
Stromflusses über die Zünddrossel 17 auf Grund der Beziehung -2 -1' wesentlich
verstärkt ist und so eine sichere Zündung bewirkt. Im übrigen zeigt das Schaltbild
die an sich bekannte Erzeugung eines konstanten Basisstromes für den Regeltransistor
15 durch einen aus den Zenerdioden 12 und einem Widerstand 13 bestehenden Spannungsteiler,
von dessen Abgriff ein Einstellwiderstand 14 an die Basis des Regeltransistors 15
gelegt ist.
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Mit dem Widerstand 14 läßt sich dann ein konstanter Emitter-Basis-Strom
des Regeltransistors einstellen, der den gewünschten konstanten, über die Emitter-Kollektor-Strecke
fließenden Brennstrom zur Folge hat.
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Der Regelwiderstand 2.0 in der Emitterzuleitung dient neben
seiner bekannten Funktion in der Stromregelschaltung auch noch zur Anpassung des
Spannungsabfalls an die nicht kontinuierlich wählbare Durchbruchsspannung der Zenerdioden
16.
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Außerdem ist eine zusätzliche Spannungsstabilisierung in Form einer
Zenerdiodenkette 11 am Ausgang der Siebkette vorgesehen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wurden teilweise aus praktischen
Gründen an Stelle einer Zenerdiode erhöhter Durchbruchsspannung mehrere mit einer
jeweils kleineren Durchbruchsspannung in Serie verwendet. Für die Wirkung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ist dies belanglos. Selbstverständlich kann man den Thermoschalter
24, 25 durch einen von Hand betätigten Startschalter ersetzen.