DE29602914U1 - Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz für ein aktives Oberwellenfilter eines elektronischen Vorschaltgeräts - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz für ein aktives Oberwellenfilter eines elektronischen Vorschaltgeräts

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Description

Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz für ein aktives Oberwellenfilter eines elektronischen
Vorschaltgeräts
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für elektronische Vorschaltgeräte mit einem aktiven Oberwellenfilter zum Betreiben von Gasentladungslampen, die den Einschaltstrom begrenzt und das elektronische Vorschaltgerät vor Überspannungen schützt.
Aktive Oberwellenfilter enthalten in der Regel große Kondensatoren, insbesondere Elektrolyt-Kondensatoren, die parallel zu den Eingangsanschlüssen des elektronischen Oberwellenfilters angeordnet sind. Diese großen Kondensatoren verursachen in dem elektronischen Oberwellenfilter unerwünscht hohe Eingangsströme.
Zur Begrenzung dieser hohen Einschaltströme wurden verschiedene Schaltungsanordnungen vorgeschlagen, die wie in Fig. 2 gezeigt mit den weiteren Komponenten des elektronischen Vorschaltgeräts verschaltet sind. Das elektronische Vorschaltgerät umfaßt in der Regel eine Gleichnchterschaltung 2, die über eine Anordnung 1 zur Funkentstörung an die Netzspannung U116^2 angeschlossen ist. Die Gleichrichterschaltung 2 wandelt die eingangsseitige Wechselspannung Unetz in eine gleichgerichtete Zwischenkreisspannung um, die über ein elektronisches Oberwellenfilter 4 dem (nicht gezeigten) Wechselrichter des elektronischen Vorschaltgeräts zugeführt wird. Der Wechselrichter besitzt abwechselnd schaltende Halbleiterschalter und erzeugt somit aufgrund der Zwischenkreisspannung eine hochfrequente Wechselspannung variabler Frequenz. Ebenso kann das Tastverhältnis zwischen den Einschaltzeiten der Halbleiterschalter des Wechselrichters variabel sein, so daß durch Verändern der Frequenz und/oder des Tastverhältnisses die von dem Wechselrichter angesteuerte Gasentladungslampe dimmbar ist. Die Schaltungsanordnung 3 zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz ist zwischen den Gleichrichter 2 und dem elektronischen Oberwellenfilter 4 mit einem zuvor beschriebenen Elektrolyt-Kondensator C3 geschaltet und setzt die von der Gleichrichterschaltung gelieferte Spannung Ue in eine an das Oberwellenfilter 4 angelegte Spannung Ua um.
Eine beispielhafte bekannte Schaltungsanordnung 3 ist in der EP-Bl-O 272 514 beschrieben. Die darin offenbarte Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung bei getakteten Stromversorgungsgeräten umfaßt einen Feldeffekt-Transistor, dessen Source-Drain-Strecke zwischen den Eingangsanschluß 5" und den Ausgangsanschluß 6" der
Schaltungsanordnung 3 geschaltet ist. Der Gateanschluß des Feldeffekt-Transistors wird über ein Verzögerungsglied angesteuert, um die Aufladung des Elektrolyt-Kondensators C3 zu verzögern. Die eigentliche Einschaltstrombegrenzung und der Schutz vor Überspannung erfolgt durch eine . entsprechende Anordnung, die einen Strommeßwiderstand und einen damit verbundenen Verstärker enthält. Liegt die an dem Strommeßwiderstand auftretende Spannung oberhalb eines bestimmten Schwellwertes schaltet der Verstärker den Feldeffekt-Transistor in den gesperrten Zustand. Der Ausgang des Verzögerungsglieds ist mit dem Ausgang des Verstärkers im Sinne einer ODER-Schaltung mit dem Gateanschluß des Elektrolyt-Transistors verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung in Kombination mit einem Überspannungsschutz für ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem elektronischen Oberwellenfilter anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Verschaltung der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung mit einem elektronischen Vorschaltgerät.
Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 3, wobei die wesentlichen Schaltungselemente ein zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz dienender Feldeffekt-Transistor T2 und ein Bipolar-Transistor Tl zur Ansteuerung des Feldeffekt-Transistors sind. Der Feldeffekt-Transistor ermöglicht im leitenden Zustand über seine durchgeschaltete Source-Drain-Strecke ein Aufladen des (in Fig. 2 dargestellten) Elektrolyt-Kondensators C3 des an die Ausgangsanschlüsse 6' und 6" der Schaltungsanordnung 3 angeschlossenen elektronischen Oberwellenfilters 4. Im gesperrten Zustand ist die Source-Drain-Strecke des Feldeffekt-Transistors T2 unterbrochen und der Ausgangsanschluß 6" von dem Eingangsanschluß 5" getrennt, so daß der Eingangskondensator C3 des Oberwellenfilters 4 nicht mehr aufgeladen wird. Der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung 3 zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz ist wie folgt:
Nach dem Einschalten der Netzspannung Un^2 liegt aufgrund der Gleichrichterschaltung 2 (vgl. Fig. 2) eine halb wellengleichgerichtete pulsierende Gleichspannung an der Schaltungsanordnung 3 an. Da vor dem Einschalten der Netzspannung Unejz die in Fig. 1 gezeigten Kondensatoren Cl und C2 entladen sind folgt die Eingangsspannung Ue dem Momentanwert dieser pulsierenden Gleichspannung.
Zwischen der Basis und dem Emitter des Bipolar-Transistors Tl ist ein Widerstand R4 als Teil einer Spannungsteiler schaltung angeordnet, wobei die Spannungsteilerschaltung des weiteren einerseits Widerstände R9 und RIO und den Kondensator C2 sowie andererseits weitere Widerständed Rl, R2, R3 und eine Zener-Diode Dl umfaßt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die an dem Widerstand R4 anliegende Spannung über die Spannungsteilerschaltung indirekt der Eingangsspannung Ue folgt. Da die an dem Widerstand R4 abfallende Spannung der Basisspannung des Bipolar-Transistors Tl entspricht bestimmt sie somit dessen Schaltverhalten. Übersteigt die an dem Widerstand R4 abfallende Spannung einen bestimmten Basisspannung-Schwellwert, in der Regel 0,7 V, wird der Bipolar-Transistor Tl leitend geschaltet, wodurch andererseits über weitere Widerstände R5 und R6 und eine weitere Zener-Diode D3 die an dem Feldeffekt-Transistor T2 anliegende Gatespannung auf einen unterhalb von 0,7 V liegenden Spannungswert begrenzt wird.
Sinkt nach dem Einschalten der Netzspannung Unetz die der pulsierenden Zwischenkreisspannung folgende Emgangsspannung Ue unter einen bestimmten durch die Widerstände R4, R9 und RIO des Spannungsteilers festgelegten Schwellwert, d.h. sinkt die an dem Widerstand R4 anliegende Basisspannung des Bipolar-Transistors Tl unter einen bestimmten Basisspannung-Schwellwert, sperrt dagegen der Transistor Tl, so daß über weitere Widerstände R7 und R8 der zwischen den Gate- und den Sourceanschluß des Feldeffekt-Transistors T2 geschaltete Kondensator Cl aufgeladen wird, wobei sich noch der Feldeffekt-Transistor T2 im gesperrten Zustand befindet. Überschreitet nun die an dem Ladekondensator Cl anliegende Spannung die Threshhold-Spannung des Feldeffekt-Transistors T2, wird dieser leitend geschaltet und der Ladekondensator Cl kurzgeschlossen, so daß über die Source-Drain-Strecke des Feldeffekt-Transistors T2 der Eingangskondensator C3 des Oberwellenfilters 4 langsam aufgeladen wird, wobei die Aufladung in der Nähe des Nulldurchgangs der Netzspannung Unetz beginnt. Mit Hilfe einer mit den Widerständen R9 und RIO sowie dem Kondensator C2 verbundenen Diode D2 kann die Spannung an diesen Schaltungsteilen gegen 0 V reduziert werden, so daß
gewährleistet ist, daß der Bipolar-Transistor Tl gesperrt und somit der Feldeffekt-Transistor T2 leitend bleibt.
Mit Hilfe der Diode D2 wird jedoch nicht die über den Spannungsteiler mit den Schaltungselementen Rl, R2, R3 und Dl dem Widerstand R4 zugeführte Spannung reduziert, so daß der Bipolar-Transistor Tl erneut leitend wird, wenn die Eingangsspannung Ue einen durch die Schaltungselemente Rl, R2, R3 und Dl festgelegten Schwellwert überschreitet. In diesem Fall wird - wie bereits oben beschrieben - die Gatespannung des Feldeffekt-Transistors T2 auf 0 V gesenkt, so daß der Feldeffekt-Transistor T2 sperrt und als Überspannungsschutz dient. Dieser Zustand bleibt bestehen bis die Basisspannung des Bipolar-Transistors Tl wieder unter den Basisspannung-Schwellwert absinkt, wodurch der Bipolar-Transistor Tl in den gesperrten Grundzustand zurückgeschaltet und der Feldeffekt-Transistor T2 erneut leitend wird. Der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt sich folglich abhängig von dem Verlauf der pulsierenden Eingangs-Gleichspannung Ue, so daß eine wirksame Einschaltstrombegrenzung und ein wirksamer Überspannungsschutz für das elektronische Vorschaltgerät gewährleistet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß aufgrund der durch den Widerstand R5 und den Ladekondensator Cl festgelegten Zeitkonstante kurzzeitige Spannungsspitzen mit einer Dauer von maximal &Igr;&mgr;&bgr; nicht den Überspannungsschutz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aktivieren.
Als weiteres Schaltungselement ist in Fig. 1 ein wärmeempfindlicher Widerstand RIl zwischen Source- und Drainanschluß des Feldeffekt-Transistors T2 geschaltet, der den Feldeffekt-Transistor T2 vor kurzzeitigen Spannungsspitzen schützt. Für einen wirksamen Überspannungsschutz ist es nicht erforderlich, den Feldeffekt-Transistor T2 in Bezug auf die maximal auftretene Eingangsspannung Ue zu dimensionieren, da die Ausgangsspannung Ua der Schaltungsanordnung 3 stets um die Drain-Source-Durchbruchspannung gegenüber Ue reduziert ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 3 besitzt - wie oben ausführlich beschrieben einen Überspannungsschutz. Schließt jedoch ein Anwender das elektronische Vorschaltgerät irrtümlich zwischen zwei Phasen an, würden die Lampen trotz des Überspannungsschutzes weiterbrennen, so daß die Fehlschaltung des elektronischen Vorschaltgeräts nicht für den Anwender erkennbar ist. In diesem Fall würde an dem als Überspannungsschutzelement dienenden Feldeffekt-Transistor T2 die volle Überspannung abfallen, was jedoch zu einer sehr hohen Verlustleistung an dem Feldeffekt-Transistor T2 fuhren würde. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine zusätzliche
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Überspannungsabschaltung in dem elektronischen Vorschaltgerät, z.B. in dem elektronischen Oberwellenfilter, vorzusehen, die den Betrieb des Wechselrichters des elektronischen Vorschaltgeräts unterbricht, wenn die Überspannungsschutzschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 3 aktiviert ist, so daß hohe Verlustleistungen vermieden werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Einschaltstrombegrenzung nicht bei Gleichstrom anspricht, da in diesem Fall nur der Kondensator C2 über die Widerstände R9 und RIO aufgeladen wird und nach ca. 100ms derart stark aufgeladen ist, daß die über die Widerstände dem R9 und RIO dem Basiswiderstand R4 des Bipolar-Transistors Tl zugeführte Spannung nicht ausreicht, den Bipolar-Tranistor Tl leitend zu schalten, so daß, demzufolge der Feldeffekt-Transistor T2 stets leitend ist und der Elektrolyt-Kondensator des elektronischen Oberwellenfilters direkt über die Eingangsspannung Ue schlagartig ohne Einschaltstrombegrenzung aufgeladen wird. Dieser Gleichspannungszustand kann z.B. im Notbetneb einer Rettungswegleuchte auftreten, wobei jedoch im Notbetrieb stets nur ein Teil der Beleuchtungsanlage betrieben wird, so daß der Ausfall der Einschaltstrombegrenzung bei Gleichspannungversorgung in der Realität kein Problem darstellt. : :.

Claims (6)

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung (3) fur elektronische Vorschaltgeräte zum Betreiben von Gasentladungslampen, wobei die Schaltungsanordnung (3) zwischen eine Versorgungsspannungsquelle (Ue) und ein elektronisches Oberwellenfilter (4) des elektronischen Vorschaltgeräts zur Einschaltstrombegrenzung und zum Überspannungsschutz des elektronischen Vorschaltgeräts schaltbar ist,
mit einem Feldeffekt-Transistor (T2), dessen Source-Drain-Strecke zwischen einen Ausgangsanschluß (6") der Schaltungsanordnung (3) und einen Eingangsanschluß (5") der Schaltungsanordnung (3) geschaltet ist, wobei der andere Eingangsanschluß (51) mit dem anderen Ausgangsanschluß (6') direkt verbunden ist,
mit einem Bipolar-Transistor (Tl), dessen Basisspannung über einen Spannungsteiler (Rl, R2, R3, Dl; R4, R9, RIO, C2) abhängig von der Versorgungsspannung (Ue) ist,
mit einem Ladekondensator (Cl)5 der parallel zu der Gate-Source-Strecke des Feldeffekt-Transistors (T2) geschaltet ist und der zudem mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Bipolar-Transistors (Tl) derart verbunden ist, daß der Ladekondensator (Cl) aufgeladen wird, wenn der Bipolar-Transistor (Tl) sperrt und die Basisspannung des Bipolartransistors (Tl) unterhalb eines bestimmten Basisspannung-Schwellwertes des Bipolar-Transistors (Tl) liegt, bis die Spannung des Ladekondensators (Cl) einen Gatespannung-Schwellwert des Feldeffekt-Transistors (T2) überschreitet, bei dem der Feldeffekt-Transistor (T2) leitend geschaltet wird, so daß der Eingangsanschluß (5") der Schaltungsanordnung (3) mit dem Ausgangsanschluß (6") der Schaltungsanordnung (3) über die leitende Source-Drain-Strecke des Feldeffekt-Transistors (T2) verbunden ist und sich der Ladekondensator (Cl) entlädt und einen Eingangskondensator (C3) des elektronischen Oberwellenfilters (4) auflädt, wobei der Feldeffekt-Trasistor (T2) leitend geschaltet bleibt, bis die an dem Bipolar-Transistor (Tl) anliegende Basisspannung den Schwellwert des Bipolar-Transistors (Tl) überschreitet, wodurch der Bipolar-Transistor (Tl) leitend geschaltet und dadurch der Ladekondensator (Cl) kurzgeschlossen wird, so daß die Gatespannung des Feldeffekt-Transistors (T2) unter den Gatespannung-Schwellwert sinkt und der Feldeffekt-Transistor (T2) gesperrt wird bis die von der Eingangsspannung (Ue) abhängige Basisspannung wieder unter den Basisspannung-Schwellwert des Bipolar-Transistors (Tl) absinkt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit der Basis des Bipolar-Transistors (Tl) verbundene Spannungsteiler (Rl, R2, R3, R4, Dl) einen parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des Bipolar-Transistors (Tl)
geschalteten ersten Widerstand (R4) umfaßt, dessen eines Ende mit dem einen Eingangsanschluß (5") der Schaltungsanordnung (3) verbunden ist und dessen anderes Ende einerseits über eine erste Widerstandschaltung (R9, RIO) und einen Kondensator (C2) und andererseits über eine zweite Widerstandschaltung (Rl, R2) mit dem anderen Eingangsanschluß (5') verbunden ist, wobei die zweite Widerstandschaltung (Rl, R2) einen über eine Diode (Dl) zu dem ersten Widerstand (R4) parallel geschalteten zweiten Widerstand (R3) aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Ausgangsanschluß (6") der Schaltungsanordnung (3) über eine weitere Diode (D2) mit der ersten Widerstandschaltung (R9, RIO) und dem zweiten Kondensator (C2) verbunden ist, die die an der ersten Widerstandschaltung (R9, RIO) und dem ersten Widerstand (R4) anliegende Spannung absenkt, wenn der Feldeffekt-Transistor (T2) leitend geschaltet ist, so daß der Bipolar-Transistor (Tl) gesperrt bleibt, bis eine über die zweite Widerstandschaltung (Rl, R2, R3) und die Diode (Dl) an der Basis des Bipolar-Transistors (Tl) hervorgerufene Spannung den Basisspannung-Schwellwert des Bipolar-Transistors (Tl) überschreitet.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansrüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu der Source-Drain-Strecke des Feldeffekt-Transistors (T2) zum Schutz vor Spannungsspitzen ein wärmeempfindlicher Widerstand (Rl 1) geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ladekondensator (Cl) über eine dritte Widerstandschaltung (R5, R6) mit dem Kollektor und dem Emitter des Bipolar-Transistors (Tl) und über eine vierte Widerstandschaltung (R7, R8) mit dem anderen Eingangsanschluß (51) und dem anderen Ausgangsanschluß (61) der Schaltungsanordnung (3) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsanordnung (3) derart mit dem elektronischen Vorschaltgerät verbunden ist, daß über eine in dem elektronischen Vorschaltgerät vorgesehen zusätzliche Überspannungsabschaltung der Betrieb eines Wechselrichters des elektronischen
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Vorschaltgeräts unterbrochen wird, wenn der Feldeffekt-Transistor (T2) sperrt und die Basisspannung des Bipolar-Transistors (Tl) den Basisspannung-Schwellwert überschreitet.
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