[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Zündung von Gasentlasungslampen,
insbesondere von Leuchtstoffröhren, mit einer Diodenbrücke am Eingang, einem über
eine Steuerelektrode ein- und ausschaltbaren Leistungshalbleiter im Heizstromkreis
der Entladungslampe, einer phasenschiebenden Anordnung zur Festlegung des Zündzeitpunktes
und einer Einrichtung zur Festlegung der Dauer der Elektrodenaufheizung.
[0002] Eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise in der
AT-PS 350 664 beschrieben. Die Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein an die Basis eines Transistors angeschlossener Steuerkreis vorgesehen ist, der
einen Zweig enthält, der wenigstens während des letzten Teiles des Zündvorganges der
Lampe eingeschaltet ist und eine derart kleine Zeitkonstante hat daß während einer
Halb
periode der Wechselspannungsquelle der Transistor mehrmals durchverbindet und sperrt.
Als Nachteil der bekannten Anordnung dürfte die hohe Schaltfrequenz anzusehen sein,
die sie erzeugt, um innerhalb einer halben Periode der Wechselspannung das Zünden
der Entladungslampe herbeizuführen. Die Impulse der Schaltfrequenz sind nämlich außerordentlich
spitz, sodaß es leicht zu einer Störung von nachrichtentechnischen Einrichtungen kommen
kann. Andere bekannte elektronische Starterschaltungen benötigen zusätzlich Drosseln
und/oder Transformatoren, durch die das Volumen der Schaltungsanordnung unerwünscht
vergrößert wird.
[0003] Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, eine Schaltungsanordnung zur elektronischen
Zündung von Gasentladungslampen, insbesondere für Leuchtstoffröhren zu schaffen, die
wenig Raum beansprucht und beim Einschalten des Beleuchtungskörpers keine störenden
Spannungsspitzen mit hoher Frequenz erzeugt. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe
dadurch, daß sie einen Digitalzähler aufweist, der über eine erste Gatterkombination
ansteuerbar ist, von der ein Eingang zu einem Abgriff zwischen zwei in Reihe liegenden
Zenerdioden geführt ist, die mit einem Widerstand eine Serienschaltung bilden, die
zwischen der Bezugsleitung und einem Pol am Eingang vorgesehenen Diodenbrücke liegt,
ein zweiter eingang über einen Transistor in Emitterfolgeschaltung mit der phasenschiebenden
Anordnung i.n Verbindung steht, und weitere Eingänge der ersten Gatterkombination
an Ausgänge einer zweiten Gatterkombination angeschaltet sind, deren Eingänge jeweils
mit einer Gruppe der in zwei Gruppen zusammengefaßten Ausgänge des Digitalzählers
verbunden sind, und ein Ausgang aus der zweiten Gatterkombination, der auch zu einem
Eingang der ersten Gatterkombination führt, mittelbar oder unmittelbar mit der Steuerelektrode
des Leistungshalbleiters verbunden ist, und daß der Rücksetzeingang des Digitalzählers
am Abgriff eines aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Spannungsteilers
liegt, der dem zur Glättung der Betriebsspannung vorgesehenen Kondensator parallel
geschaltet ist.
[0004] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß nach
einer genau vorbestimmten Zeit ein Zündimpuls exakt im Bereich des Scheitelpunktes
des Wechselstromes ausgelöst wird, so daß mit Sicherheit stets die größtmögliche Zündspannung
gegeben ist.
[0005] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie nicht an bestimmte,
unabänderliche Gatterkombinationen gebunden ist, sondern verschiedene Kombinationen
zuläßt, es also dem Fachmann ermöglicht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
den gegebenenfalls jeweils vorhandenen oder leicht erhältlichen Gattern aufzubauen.
Eine vorteilhafte Gatterkombination besteht beispielsweise aus zwei UND-Gattern und
einem an die Ausgänge dieser Gatter angeschlossenen ODER-Gatter für die erste Gatterkombination
und einem ODER-Gatter und einem NAND-Gatter für die zweite Gatterkombination. Es ist
aber auch durchaus möglich, die erste Gatterkombination aus zwei NAND-Gattern und
einem weiteren NAND-Gatter aufzubauen, in welchem Falle die zweite Gatterkombination
aus einem NAND-Gatter und einem ODER-Gatter zusammengesetzt ist.
[0006] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Spannung für die phasenschiebende Anordnung
vom heißen Ende eines Widerstandes abzunehmen, der vom Minuspol der Diodenbrücke gegen
Masse geschaltet ist. Der Spannungsverlauf an diesem Widerstand entspricht nämlich
dem einer exakten Vollweggleichrichtung, d. h. es treten dort aneinandergereihte Halbperioden
der Netzwechselspannung auf, die über die phasenschiebende Anordnung einem Transistor
in Emitterschaltung zugeführt werden, die als Stromverstärker wirkt.
[0007] Weitere Einzelheiten und Eigenschaften der Erfindung können der folgenden Beschreibung
entnommen werden, in der die
Fig. 1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel zeigen, wogegen in den
Fig. 3 und 4 verschiedene Gatterkombinationen dargestellt sind, die jeweils in einem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder Fig. 2 an Stelle der dort vorgesehenen Gatterkombinationen
eingesetzt werden können.
[0008] In Fig. 1 sind die Eingangsklemmen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit
1 und 2 bezeichnet. Mit diesen beiden Anschlüssen liegt die Anordnung im Heizstromkreis
einer Gasentladungslampe oder -röhre und ersetzt dort den üblichen Glimmstarter od.dgl.
Die Anschlüsse 1, -2 liegen an einer Diodenbrücke (Brückengleichrichterschaltung)
mit den Dioden 3, 4, 5 und 6. Der Pluspol der Diodenbrücke liegt an einer Elektrode
des steuerbaren Leistungshalbleiters 32, der Minuspol ist über einen Widerstand 7
an die Bezugsleitung (Masseleitung) angeschlossen. Vom Pluspol der Diodenbrücke führt
ein Stromkreis über einen hochohmigen Widerstand 7 und zwei Zenerdioden 9 und 10 in
Reihenschaltung ebenfalls zur Bezugsleitung. Die Durchbruchspannung der ersten Zenerdiode
9 liegt über der an der Lampe im Betrieb auftretenden Spitzenspannung, die Durchbruchspannung
der zweiten Zenerdiode 10 entspricht der Betriebsspannung für die Steuerschaltung.
Die Stromversorgung für die Steuerschaltung bei nicht durchgeschaltetem Leistungshalbleiter
erfolgt über den Widerstand 11, der mit der Zenerdiode 14, die die Versorgungsspannung
annähernd konstant hält, in Reihe liegt. Zur besseren Stabilisierung liegt dieser
Zenerdiode 14 ein Widerstand 13 parallel, der einen Teil der Belastung übernimmt.
An die Zenerdiode 14 ist eine Diode 12 angeschlossen, die zum Glättungskondensator
15 führt.
[0009] Der eigentliche Steuerteil besteht aus einem Digitalzähler 24, vor dessen Eingang
ein ODER-Gatter (bei negativer Taktflanke des Zählers
24 ein NOR-Gatter) 23 liegt, dessen Eingänge von zwei UND-Gattern 21, 22 angesteuert
werden. Der Rücksetzeingang des digitalen Zählers 24 liegt am Abgreifpunkt eines aus
einem Kondensator 25 und einem Widerstand 26 gebildeten Spannungsteilers, der dem
zur Glättung der Betriebsspannung dienenden Kondensator 15 parallel geschaltet ist.
Diese Anordnung hat den Zweck, beim Einschalten der Gasentladungslampe den Zähler
zunächst auf O zurückzusetzen, um einen definierten Ausgangspunkt zu haben. Drei Ausgänge
des Zählers 24 liegen an Eingängen eines NAND-Gatters 27, sechs Ausgänge an den Eingängen
eines ODER-Gatters 28. Der Ausgang dieses Gatters ist einerseits mit einem Eingang
eines vor dem Zählereingang vorgesehenen UND-Gatters 21 verbunden, anderseits zu einem
Eingang eines weiteren UND-Gatters 29 geführt, dessen Ausgang über einen Kondensator
30 an einer Elektrode des steuerbaren Leistungshalbleiters 32 liegt. Der zweite Eingang
dieses UND-Gatters 29 ist an die Kathode der die Betriebsspannung stabilisierenden
Zenerdiode 14 geführt. Der Ausgang des NAND-Gatters 27, das an drei Ausgängen des
zählers 24 liegt, ist mit je einem Eingang der beiden vor dem Zählereingang vorgesehenen
UND-Gatters 21, 22 verbunden.
[0010] Wird die Gasentladungslampe oder -röhre in Betrieb genommen, so erfolgt, solange
die Röhre noch nicht gezündet hat, ein Spannungsanstieg über die Anschlüsse 1 und
2, die größer ist als die Spitzenspannung, die an der brennenden Röhre anliegt. Infolgedessen
fließt ein Strom über den Widerstand 8 und die beiden Zenerdioden 9 und 10. Am Eingang
des UND-Gatters 22 tritt demnach eine Spannung auf, die der Betriebsspannung der Steuerschaltung
entspricht. Dadurch wird der Ausgang dieses UND- Gatters 22 log. 1, welcher Impuls
über das ODER-Gatter 23 dem Zählereingang als Takt zugeführt wird. Dieser Vorgang
wiederholt sich bei jeder Halbwelle der von der Diodenbrücke gerichteten, an den Anschlüssen
1 und 2 auftretenden Wechselspannung, bis der Zähler 24 in jenen Bereich gezählt hat,
in dem einer seiner Ausgänge das ODER-Gatter' 28 auf log. 1 gesteuert hat, wodurch
der Leistungshalbleiter 31 eingeschaltet wird und den Heizstromkreis für die Vorheizung
der Leuchtstoffröhren schließt.
[0011] Der nunmehr fließende Laststrom bewirkt am Serienwiderstand 7 einen Spannungsabfall,
dessen zeitlicher Verlauf genau dem Verlauf der Sinushalbwellen aus der Diodenbrücke
entspricht. Die am heißen Ende des Widerstandes 7 auftretende Spannung wird über einen
Widerstand 20 und einen Kondensator 19 der Basis eines Transistors 17 zugeführt. Da
die am Widerstand 7 auftretenden Halbwellen der Wechselspannung negativ gerichtet
sind, tritt bei Spannungsabfall unter Null ein Stromfluß über den Widerstand 20 und
den Kondensator 19 auf und die Basis des Transistors 17 schaltet
diesen durch, was zu einem Spannungssprung über den Widerstand 18 im Emitterstromkreis
des Transistors 17 führt. Der Zeitpunkt des Spannungssprunges wird mittels der phasenschiebenden
Anordnung, bestehend aus dem Kondensator 19 und dem Widerstand 20, so gelegt, daß
er möglichst exakt im Scheitelpunkt einer Halbwelle erfolgt.
[0012] Steigt die Spannung am Widerstand 7 wieder gegen Null an, entlädt sich der Kondensator
19 über die Diode 16 und der Transistor 17 wird gesperrt. Am Widerstand 18 erfolgt
jetzt ein Spannungssprung nach log.O. Dieser Vorgang wird über das UND-Gatter 21 und
das ODER-Gatter 23 während der Vorheizzeit als Takt dem Zähler 24 zugeführt, u. zw.
solange, bis die Ausgänge des Zählers 24, die das ODER-Gatter 28 ansteuern, vom Zustand
log. 1 auf den Zustand log. O umschalten und dadurch auch den Ausgang des ODER-Gatters
28 auf log. 0 setzen, was bewirkt, daß das UND-Gatter 21 weitere Taktimpulse sperrt
und auch der Ausgang des UND-Gatters 29 auf log. 0 gesetzt wird. Da das Sperren im
Scheitelpunkt einer Halbwelle, also immer im günstigsten Punkt der Wechselspannung
erfolgt, resultiert in der Vorschaltdrossel ein größstmöglicher Induktionsspannungsimpuls,
mit dem die Lampe oder Röhre sicher gezündet werden kann. Da sich dieser Spannungsimpuls
auch im Stromkreis, über den Widerstand 8 und die beiden Zenerdioden 9 und 10 auswirkt,
erhält auch das UND-Gatter 22 und auch das folgende ODER-Gatter 23 einen Taktimpuls,
der den Zähler 24 um eine Stelle weiter taktet. Es ist somit erforderlich, daß zumindest
der erste Ausgang des Zählers 24 nicht in die Logik des ODER-Gatters 28 einbezogen
wird. Da nach dem Zünden der Röhre oder Lampe noch weitere Halbwellen über der Brennspannung
der Röhre oder der Lampe auftreten, die die Zenerdiode 9 durchschalten können, ist
es vorteilhaft, auch die zweite und eventuell auch die dritte Stelle des Zählers 24
nicht in die Logik des ODER-Gatters 28 einzubeziehen , sondern offen zu lassen, was
nur den Verlust einiger Halbwellen (3 bis 7) beim Vorheizen bedeutet, da ansonsten
die Zenerdiode 9 genau auf die Spannungsspitzen bemessen sein muß bzw. ihre Toleranz
genau festgestellt werden müsste.
[0013] Sollte die Gasentladungsröhre nicht beim ersten Versuch zünden, was immerhin möglich
sein könnte, tritt, wie bereits beschrieben, wieder ein Spannungsanstieg über die
Anschlußklemmen 1 und 2 auf. Infolgedessen setzt wieder ein Stromfluß über den Widerstand
8 und die beiden Zenerdioden 9 und 10 ein,der bewirkt, daß die an der Zenerdiode 10
auftretende Spannung dem UND-Gatter 22 einen Spannungssprung zuführt, wodurch über
das ODER-Gatter 23 der Zähler 24 wieder den. Vorheiz- und Zündzyklus aufnimmt.
[0014] Da nach jedem Ablauf eines Zündz
yklusses die Ausgänge des Zählers 24 für das NAND-Gatter 27 jeweils um eine Stelle
weitergeschaltet werden, schaltet der Ausgang des NAND-Gatters 27 auf log. O, wenn
alle seine Eingänge auf log. 1 sind, was binär gerechnet der Anzahl der Zündversuche
entspricht, was bewirkt, daß auch die UND-Gatter 21 und 22 gesperrt werden und weitere
Zündversuche unterbleiben. Statt des NAND-Gatters 27 könnte ein weiterer Ausgang des
Zählers 24 dazu benützt werden, über einen Inverter die Gatter 21 und 22 anzusteuern.
[0015] Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde als steuerbarer
Halbleiter ein Transistor, beispielsweise ein V-MOS Feldeffekt-Leistungstransistor
vorausgesetzt. In Fig. 2 ist als Leistungshalbleiter ein über das Gate abschaltbarer
Thyristor (bekannt unter der Kurzbezeichnung GTO) angenommen. Das Gate eines solchen
Thyristors 34 wird über einen Widerstand 33 direkt vom ODFR- Gatter 28 angesteuert.
Zusätzlich werden eine weitere Zenerdiode 36 u.nd eine Diode 35 benötigt, durch welche
Dioden die Spannungsversorgung der Steuerschaltung über den Widerstand 11 bei nicht
durchgeschaltetem Thyristor 34 sichergestellt ist. In diesem Falle liegt die Kathode
des Thyristors 34 über den Widerstand 13 am Minuspotential. Schaltet das ODER-Gatter
28 auf log. 1 (positive Versorgungsspannung), dann erhält das Gate des Thyristors
34 über den Widerstand 33 eine positive Triggerspannung, die während der gesamten
Vorheizzeit anliegt (Gleichstromtriggerung). Da bei durchgeschaltetem Thyristor 34
der Widerstand 13 und die Zenerdiode 14 im Laststromkreis liegen, liegt die Kathode
des Thyristors 34 auf der positiven Versorgungsspannung, die gleich der Durchbruchspannung
der Zenerdiode 14 ist.
[0016] Schaltet das ODER-Gatter 28 am Ende des Vorheizzyklusses während einer Halbwelle
auf log. 0 (negative Versorgungsspannung), dann erhält das Gate über den Widerstand
33 einen negativen Spannungsimpuls, worauf der Thyristor 34 sperrt und wieder eine
Selbstinduktionsspannung für die Zündung in der Vorschaltdrossel erzeugt wird.
[0017] Wie bereits eingangs ausgeführt, ist es ohneweiters möglich, auch andere Gatterkombinationen,
wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, zu verwenden. So können beispielsweise, wie Fig. 3 zeigt,
die beiden UND-Gatter 21 und 22 durch NAND-Gatter 37, 38 und das ODER-Gatter 23 durch
ein MAND-Gatter 39 (bei negativer Taktflanke UND-Gatter) ersetzt werden, wobei keine
weiteren Änderungen der Schaltungsanordnung vorzunehmen sind.
[0018] In Fig. 4 ist eine weitere Variante dargestellt, bei der ein Zähler 40 seinen Eingängen
gegenüber invertierte Ausgänge liefert. Bei dieser Variante wird statt des ODER-Gatters
28 ein NAND-Gatter 42 und statt des NAND-Gatters 27 ein ODER-Gatter 42 gesetzt, so
daß der Steuerungsablauf wieder derselbe ist wie bei der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1.
[0019] Durch die Wahl digitaler Elemente für die Ablaufsteuerung des erfindungsgemäßen Starters
und durch die Ableitung des Taktes von der Netzfrequenz ist der Ablauf eines Zündzyklusses
zeitlich exakt definiert und unabhängig von äußeren Einflüssen, wie z. B. der Umgebungstemperatur,
die bei analogen Schaltungen berücksichtigt werden muß, und die dort zu erheblichen
Streuwerten des Vorheiz- und Zündzyklusses führt. Die einzigen analogen Elemente,
die bei der Erfindung verwendet werden, sind der Transistor 17, der Kondensator 19
und der Widerstand 20, deren Toleranz allerdings unkritisch ist. Ein wesentlicher
Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß im günstigsten Zeitpunkt des Wechselspannungsverlaufes
ein größtmöglicher Spannungsimpuls zur Zündung der Gasentladungs
lampe oder -röhre zur Verfügung steht, so daß praktisch schon beim ersten Versuch
eine Zündung erfolgt. Dies ist insofern vorteilhaft, weil oftmaliges Starten einer
Gasentladungslampe oder -röhre die Lebensdauer derselben herabsetzt.
[0020] Vorteilhafterweise wird man für die digitalen Bauelemente der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zur elektronischen Zündung von Gasentladungslampen C-Mos Bausteine verwenden, die
gegen eventuelle Schwankungen der Betriebsspannung weniger empfindlich sind als die
entsprechenden TTL-Schaltkreise und auch weniger Strom aufnehmen als diese. Dem derzeitigen
Stand der Technik entsprechend kann es sich bei größeren Stückzahlen als wirtschaftlich
erweisen, sogenannte kundenspezifische IC anzufertigen, bei denen in einem Stück alle
digitalen Schaltelemente und Zähler enthalten sind.
1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Zündung von Gasentladunglamnen. insbesondere
von Leuchtstoffröhren, mit einer Diodenbrücke am Eingang, einem über eine Elektrode
ein-und ausschaltbaren Leistungshalbleiter im Heizstromkreis der Entladunasröhre,
einer phasenschiebenden Anordnung zur Festlegung des Zündzeitpunktes und einer Einrichtung
zur Festlegung der Dauer der Elektrodenaufheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltungsanordnung einen Digitalzähler (24; 40) aufweist, der über eine erste Gatterkombination
(21,22,23; 37,38,39) ansteuerbar ist, von der ein Eingang zu einem Abgriff zwischen
zwei in Reihe liegenden Zenerdioden (9,10) geführt ist, die mit einem Widerstand (8)
eine Serienschaltung darstellen, die zwischen der Bezugsleitung und einem Pol der
am Eingang vorgesehenen Diodenbrücke (3,4,5,6) liegt, ein zweiter Eingang über einen
Transistor (17) in Emitterfolgeschaltung mit der phasenschiebenden Anordnung (19,20)
in Verbindung steht, wobei die Basis des Transistors (17) über die phasendrehende
Anordnung (19,20) an einen Pol der Diodenbrücke (3,4,5,6) angeschlossen ist, der über
einen Widerstand (7) mit der Bezugsleitung in Verbindung steht, und daß weitere Eingänge
der ersten Gatterkombination (21,22,23; 37,38,39) an Ausgänge einer zweiten Gatterkombination
(27,28; 41,42) angeschaltet sind, deren Eingänge jeweils mit einer Gruppe der in zwei
Gruppen unterteilten Ausgänge des Digitalzählers (24; 40) verbunden sind, und ein
Ausgang aus der zweiten Gatterkombination (28; 42), der auch zu einem Eingang der
ersten Gatterkombination (21,22,23; 37,38,39) führt, mittelbar oder unmittelbar mit
der Steuerelektrode des Leistungshalbleiters (32; 34) verbunden ist, und daß der Rücksetzeingang
des Digitalzählers (24; 40) am Abgriff (A) eines aus einem Kondensator (25) und einem
Widerstand (26) bestehenden Spannungsteilers liegt, der dem zur Glättunq der Betriebsspannung
vorgesehenen Kondensator (15) parallel geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gatterkombination
aus zwei UND-Gattern (21,22) und einem an die Ausgänge dieser beiden Gatter angeschlossenen
ODER-Gatter (23) besteht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gatterkombination
aus zwei NAND-Gattern (37,38) und einem an die Ausgänge dieser beiden Gatter angeschlossenen
weiteren NAND- Gatter (39) besteht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gatterkombination
aus einem eine Gruppe der Ausgänge des Digitalzählers (24) aufnehmendes ODER-Gatter
(28) ist und für die andere Gruppe der Zählerausgänge ein NAND-Gatter (27) vorgesehen
ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gatterkombination
aus einem eine Gruppe der Ausgänge eines invertierenden Digitalzählers (40) aufnehmendes
NAND-Gatter (42) ist und für die andere Gruppe der Zählerausgänge ein ODER-Gatter
vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors (17) in Emitterfolgeschaltung
über die phasendrehende Anordnung (19,20) an einen Pol der Diodenbrücke (3,4,5,6)
angeschlossen ist, der über einen Widerstand (7) mit der Bezugsleitung in Verbindung
steht.
7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der über eine Elektrode steuerbare Leistungshalbleiter (32) ein V-MOS-Feldeffekttransistor
ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der über eine Elektrode steuerbare Halbleiter (34) ein auch über die Steuerelektrode
abschaltbarer Thyristor (GTO-Thyristor) ist.