DE2432761C2 - Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung - Google Patents

Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Oszillatoren dieser Art werden beispielsweise als Wechselrichter für den Betrieb von Leuchtstofflampen mit hoher Frequenz von einer Gleichstromquelle aus verwendet. Solche Wechselrichter braucht man in Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs, in Lastkraftwagen und auf kleinen Booten. Eine erfolgreiche Schaltung ist in der britischen Patentschrift 13 08 284 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.
In der genannten Patentschrift ist ein im C-Betrieb arbeitender Oszillator mit einem einzigen Transistor beschrieben, bei welchem der Kollektor des Transistors über einen Parallelresonanzkreis mit der positiven Eingangsklemme verbunden ist und der Emitter mit der negativen Eingangsklemme. Die Basis ist über eine Rückkopplungswicklung und einen Vorspannungskondensator mit dem Emitter verbunden und die Rückkopplungswicklung isl mit einer Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt. Eine Ladeinduktivität ist zwischen die positive Eingangsklemme und
den Parallelresonanzkreis geschaltet
Im Betrieb Hießt anfänglich ein schwacher Strom durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors, so daß dieser leitend wird und Strom dem Parallelresonanzkreis zugeführt wird. Die Rückkopplungswicklung greift diesen Strom ab und stellt den Durchlaßzustand rasch her. Nach kurzer Zeit beginnt sich die Polarität des Potentials über den Parallelresonanzkreis umzukehren, so daß die Rückkopplungswicklung den Transistor
ίο nichtleitend macht Die Ladeinduktivität regelt die Ladegeschwindigkeit für den Kondensator im Parallelresonanzkreis, wenn der Transistor leitend gemacht worden ist
Der Wirkungsgrad des Betriebs des Oszillators hängt von der Genauigkeit der Phaseneinsteilung und der Form des Tfansistorimpulses mit Bezug auf diejenige der Resonanzkreis-Wellenform ab. F i g. 3 der genannten Patentschrift zeigt Wellenformen, die auftreten, wenn der Stromimpuls zu spät im richtigen Augenblick und zu früh eintrifft Wenn der Stromimpuls zu spät
- eintrifft verursacht der hohe Wert des Kollektorstroms bei der Abschaltung eine hohe Spannungsspitze zwischen dem Kollektor und dem Emitter, die zerstörend wirken kann; Wenn der Stromimpuls zu früh eintrifft wird durch den Schwingkreis zu viel Energie aufgenommen, welche dieser fast sofort an die Stromquelle als Rückstrom zurückführt Obwohl der mittlere Durchlaßstrom in den Wechselrichter als von einem relativ mäßigen Wert bezeichnet werden kann, besteht er in der Tat aus einem großen Durchlaßstromimpuls und aus einem sehr großen Sperrstromimpuls. Der effektive Strom in den Oszillator kann daher sehr groß werden und sogar zur Zerstörung des Oszillators führen.
Die Phaseneinstellung des Stromimpulses hängt von der Summe der Spannungen über die Rückkopplungswicklung und den Vorspannungskondensator ab. Der Vorspannungskondensator hat das Bestreben, eine zunehmende Ladung aufzunehmen, so daß ein Widerstand zur Entladung des Kondensators mit einer solchen Geschwindigkeit vorgesehen ist, daß die Summe der Spannungen über die Rückkopplungswicklung und den Vorspannungskondensator derart ist, daß der Transistor im richtigen Augenblick leitend gemacht wird. Wenn jedoch der Oszillator mit einer relativ hohen Spannung, wie 110 und 240 Volt, betrieben wird, kann der Spannungsabfall über den Widerstand derart sein, , daß ein unannehmbar hoher Leistungsverbrauch erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oszillator zu schaffen, bei dem der Leistungsverbrauch wesentlich reduziert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 (Kennzeichen) gelöst Wenn der Wechselrichter zum Betrieb einer Entlass dungslampe verwendet wird, tritt eine zusätzliche Schwierigkeit auf. Wenn die Schaltung für den richtigen Betrieb eingestellt wird, wenn die Lampe gezündet hat, arbeitet während der Periode bevor die Lampe zündet, der Wechselrichter mit einer viel niedrigeren Frequenz infolge des Umstandes, daß die Last effektiv abgeschaltet ist, wodurch der induktive Effekt des Belastungskreises (es befindet sich normalerweise ein induktiver Ballast in Reihenschaltung mit der Lampe) aufgehoben wird. Während dieses Vorzündmodus trifft der Stromimpuls zu früh mit Bezug auf die Resonanzkreissignalform ein; wenn der Vorzündmodus andauert, beispielsweise wegen einer fehlerhaften Lampe, so kann der Wechselrichter sich selbst zerstören. Ähnliche Proble-
me treten auf, wenn die Lampe abgeblendet wird.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann dieses Problem mit einer Anordnung überwunden werden, bei welcher die Ausgangsleistung eirer Ausgangswicklung entnommen wird, die mit der Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist Eine Hilfswicklung ist, wie vorangehend beschrieben, mit dem Vorspannungskondensator verbunden, und befindet sich in Reihenschaltung sowie in Gegenphasigkeit zu einer zweiten Hilfswicklung, die mit der Ausgangswicklung induktiv gekoppelt ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer Aus;führungsform eines im C-Betrieb arbeitenden Oszillators mit automatischer Vorspannung,
F i g. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform mit einer weiteren Hilfswicklung und
F i g. 3 die Ausbildung des Transformators von F i g. 3.
F i g. 1 zeigt einen im C-Betrieb arbeitenden Oszillator mit automatischer Vorspannung, bei welchem ein bipolarer npn-Flächentransistor 11 an seinem Kollektor 12 über einen Parallelresonanzkreis 13 und eine Ladeinduktivität 21 mit einer positiven Stromversorgungsklemme 14 verbunden ist, während sein Emitter 15 mit einer negativen Stromversorgungsklemme 16 verbunden ist und seine Basis 17 über eine Rückkopplungswicklung 18 mit einem Vorspannungskondensator 19, welche Wicklung 18 mit einer Induktivität 20 des Parallelresonanzkreises 13 induktiv gekoppelt ist, der ferner einen Kondensator 22 umfaßt. Die Induktivität 20 ist die Primärwicklung eines Transformators 23 mit vier Sekundärwicklungen, von denen eine die Rückkopplungswicklung 18 bildet, während die anderen 24,24a und 246 mit einer Entladungslampe 60 mit beheizten Elektroden 61 und 62 verbunden sind. Der Vorspannungskondensator 19 befindet oich in Reihenschaltung mit der Streuinduktivität der Rückkkopplungswicklung 18, wodurch ein Serienkreis erhalten wird, der die Basis 17 mit dem Emitter 15 verbindet. Die eine Belegung 25 des Kondensators 19 ist über einen Widerstand 26 mit der Klemme 14 verbunden, während die andere Belegung 29 unmittelbar mit der anderen Klemme 16 verbunden ist. Insoweit ist die beschriebene Schaltung im wesentlichen wie in der GB-PS 13 08 284 dargestellt.
Die Schaltung nach F i g. 1 weist zusätzlich eine Hilfswicklung 80 auf dem Transformator 23 auf, die in Serie mit einer Diode 81 und einem Widerstand 82 zum Kondensator 19 parallelgeschaltet ist. Die Diode 81 ist so gepolt, daß sie den Abfluß der negativen Ladung, die sich am Kondensator 19 ansammelt, ermöglicht.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i f>. 1 ist wie folgt. Eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) ist an die Klemmen 14 und 16 angeschlossen. Wie gewöhnlich ist bei im C-Betrieb arbeitenden Oszillatoren mit automatischer Vorspannung, wenn die Spannungsquelle erstmalig an die Klemmen 14 und 16 angeschaltet wird, der Transistor 11 nicht auf einen C-Betrieb vorgespannt, sondern beginnt aufgrund der positiven Spannung, die an die Basis 17 von der Klemme 14 über den Widerstand 26 und die Wicklung 18 gelegt wird, leitend zu werden, wodurch die Schwingung durch Rückkopplung von der Induktivität 20 zur Basis 17 über die Wicklung 18 eingeleitet wird. Nachdem die Schwingungen begonnen haben, baut sich jedoch eine negative Vorspannung am Vorspannungskondensator i9 auf. welche den C-Betrieb herbeiführt.
Der Transistor 11 leitet dann nur, wenn die Spannung an der Basis 17 im Bezug auf die Spannung am Emitter
15 positiv ist; dies ist bei Impulsen der Fall, die etwa '/3 der Periodendauer der Spannung einnehmen. Infolgedessen treten Stromimpulse durch den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 11, den Resonanzkreis 13 und die Induktivität 21 hindurch und halten im wesentlichen Sinusschwingungen im Resonanzkreis 13 aufrecht, was zu einer sinusförmigen Spannung am Kreis 13 führt Als Folge der induktiven Kopplung der Rückkopplungswicklung 18 mit der Induktivität 20 tritt eine Spannung an der Wicklung 18 auf, welche die gleich Frequenz wie die Spannung über dem Resonanzkreis 13 hat. Die Polarität der Spannung über die Wicklung 18, wenn die Stromimpulse durch den Transistor fließen, ist derart, daß die Belegung 25 des Vorspannungskondensators 19 während dieser Impulse zunehmend negativ wird. Nach jeder Aufladung entlädt sich der Kondensator 19 bis das Potential der Elektrode 15 nur geringfügig negativ ist.
Die Basis-Emitter-Spannung über den Transistor 11 besteht aus der Summe der Spannungen am Vorspannungskondensator 19 und an der Rückkopplungswicklung 18. Der Transistor 11 wird leitend, wenn die negative Spannung am Kondensator 19 ausreichend niedriger als die positive Spannung über die Wicklung 18 wird, während er nichtleitend wird, wenn das Umgekehrte der Fall ist.
Bei der Schaltung nach F i g. 1 erfolgt die Entladung des Kondensators 19 in erster Linie über den Widerstand 82, die Diode 81 und die Hilfswicklung 80 und nur in einem geringen Maße über den Widerstand 26, so daß die Verlustleistungserfordernisse des Widerstandes 26 klein sind. Die Hilfswicklung 80 und die Diode 81 bilden eine positive Hilfsschiene von niedrigerer Spannung als die Klemme 14, so daß der Kondensator 19 sich während jeder zweiten Halbperiode entladen kann, ohne daß eine übermäßige Verlustleistung erhalten wird. Die Entladungsgeschwindigkeit wird durch eine entsprechende Wahl des Wertes des Widerstandes 82 eingestellt.
Hierbei ist zu erwähnen, daß es nicht möglich ist, die Verlustleistung dadurch herabzusetzen, daß der Kondensator 19 kleiner gemacht wird, da dies zu einem nicht ausreichenden Strom zum Basis-Emitter-Übergang des Transistors 11 für einen wirksamen Betrieb führen würde.
In Abänderung zu Fig. 1 kann auch eine einzige Wicklung 18 anstelle der gesonderten Rückkopplungsund Hilfswicklungen in Fig. 1 verwendet werden. Die
so eine Seite der Wicklung 18 ist mit der Klemme 16 verbunden, während die andere Seite über den Kondensator 19 mit der Basis 17 des Transistors 11 verbunden ist, die ferner über den Widerstand 26 mit der Klemme 14 verbunden ist. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 19 und der Wicklung 18 ist über die Diode 81 mit der einen Elektrode eines Speicherkondensators verbunden, dessen andere Elektrode mit der Klemme 16 verbunden ist.
Die positive Speisespannung zur Entladung des Kondensators 19 wird durch die Diode 81 geliefert, welche den Speicherkondensator auflädt.
Eine weitere Abänderungsform zu F i g. 1 ist in F i g. 2 daijestcllt. Bei dieser Ausführungsform ist dasjenige Ende der Wicklung 80. welches nicht mit der Diode 81
b5 verbunden ist, über eine Wicklung 86 mit der Klemme
16 statt direkt, wie in F-" i g. i gezeigt, verbunden. Der Aufbau des Transformators 23 ist in F i g. 3 gezeigt und wird durch zwei benachbarte Wicklungsabschnitte A
und Sauf einem Ferritkern Cgebildet. Der Wicklungsabschnitt Λ enthält Wicklungen 20, 18 und 80 und der Wicklungsabschnitt B Wicklungen 24, 24a, 24t und 86. Der Aufbau ist derart, daß eine Streuinduktivität zwischen den Abschnitten A und B erhalten wird, die an die Stelle eines Vorschaltgerätes im Lampenkreis tritt, um den Strom durch die Lampe zu begrenzen.
Bei einem offenen Stromkreis kann die Ausgangsspannung über Wicklung 24 beispielsweise gewöhnlich eine Effektivspannung von 300 Volt für eine Lampe von 40 Watt, 1,20 m Länge und 38 mm Durchmesser sein. Wenn die Lampe zündet, fällt die A.usgangsspannung auf die Brennspannung der Lampe, gewöhnlich 100 Volt, ab. Es wird daher jede Vorziindspannung am Wicklungsabschnitt B auf ein Drittel ihrer Amplitude herabgesetzt, sobald die Lampe zündet. Die Wicklungen 80 und 86 bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 sind in Gegenphase geschaltet, so daß im Vorzündintervall die Entladungsspannung am Kondensator 19 herabgesetzt ist. Wenn die Lampe zündet, nimmt die Frequenz des Oszillators zu und die Ausgangsspannung der Wicklung 86 fällt auf ein Drittel ihres Vorzündwertes ab. Die Entladungsrestspannung für den Kondensator 19 nimmt daher zu, so daß die richtige Phaseneinstellung bei der erhöhten Frequenz aufrecht erhalten wird.
Die durch die Wicklungen 80 und 86 gelieferte Restspannung ist so vorgesehen, daß sie gerade ausreicht, den Kondensator 19 mit der richtigen Geschwindigkeit zu entladen, welche für die Schwingungsfrequenz angemessen ist Die von der Wicklung 86 erzeugte Spannung hängt von dem Strom durch die Lampe ab, von dem die Schwingungsfrequenz ebenfalls abhängt Hierdurch wird das Problem der fehlerhaften Phaseneinstellung während des Vorzündmcdus überwunden. Die Schaltung ist ferner besonders geeignet, wenn ein Transduktor zwischen die Sekundärwicklung 24 und der Lampe 60 geschaltet ist, um ein Abblenden der Lampe zu ermöglichen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
45
50
55
65

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung, wobei der Kollektor über einen Parallelresonanzkreis mit einer ersten Eingangsklemme, dessen Emitter mit einer zweiten Eingangsklemme und dessen Steuerelektrode über eine Rückkopplungswicklung und einen Vorspannungskondensator mit dem Emitter verbunden ist, wobei die Rückkopplungswicklung mit einer Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist und ein eine Diode aufweisender Entladungsweg parallel zum Vorspannungskondensator vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsweg für den Vorspannungskondensator (19) eine weitere mit der Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) induktiv gekoppelte Wicklung (80) in Reihe zur Diode (81) geschaltet ist
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in dem Entladungsweg für den Vorspannungskondensator (19) ein Widerstand (82) in Reihe geschaltet ist
3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Ausgangsleistung von einer Ausgangswicklung (24) entnommen wird, welche mit der Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) gekoppelt ist und daß die weitere Wicklung (80) in Reihe und gegenphasig zu einer Hilfswicklung (86) geschaltet ist, die induktiv mit der Ausgangswicklung (24) gekoppelt ist
4. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen die erste Eingangsklemme (14) und den Parallelresonanzkreis (13) eine Induktivität (21) geschaltet ist.
5. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) die Primärwicklung eines Transformators (23) ist, von dem die Rückkopplungswicklung (18) eine Sekundärwicklung ist
DE2432761A 1973-07-30 1974-07-08 Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung Expired DE2432761C2 (de)

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