DE3025421C2 - Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem Wechselstromnetz - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem WechselstromnetzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schallungsanordnung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs I. Eine solche w>
Schaltung ist aus der DE-OS 29 18 314 bekannt.
Werden Gasentladungslampen, beispielsweise Leuchtstofflampen, zum Beispiel zum Vermeiden des
Flackerverhaltens beim Einschalten der Lampe mit elektronischen Vorschaltgeräten betrieben, so arbeiten b5
diese Vorschaltgeräte mit Betriebsfrequenzen von meist
kHz bis 100 kHz. Dabei arbeitet das Vorschaltgerät an einer gleichgerichteten Netzspannung oder einer
Batteriespannung und zerhackt mitteis eines oder zweier Transistoren die Gleichspannung im Hochfrequenz-Rhythmus.
Ein entsprechendes Vorschaltgerät ist zum Beispiel aus der GB-PS 8 54 206 bekannt Wird ein solches
Vorschaltgerät mit gleichgerichteter Netzspannung betrieben, so nimmt das Gerät aus dem Netz impulsförmige
Ströme auf, die Rückwirkungen auf das Netz haben und die Kurvenform der Netz-Wechselspannung
verformen. Dies kann zum einen Störungen anderer Verbraucher bewirken und zu Fehlschaitungen
elektrischer Leistungsverbraucher führen. Zum anderen lassen einige Anwender bzw. einige nationale Vorschriften
nur bestimmte Maximalwerte für den Oberwellengehalt der Sinusstromaufnahme von elektronischen Geräten
zu. Die Senkung des Oberwellengeha'tes kann zwar mit herkömmlichen passiven Bauelementen erreicht
werden, diese Bauelemente sind jedoch voluminös und schwer, so daß ein entsprechendes Konzept in
zahlreichen Anw?ndungsfeldem nicht durchfüht bar ist.
Aus der DE-OS 22 17 023 ist eine Anordnung zum Verringern von Oberwellen in Netz-Wechselstrom bei
Gieichsiromverbrauchern, die aus dem Wechselstromnetz
gespeist werden, wobei sich zwischen dem Netzanschluß und dem Verbraucher ein Gleichrichter und ein
Ladekondensator befinden, bekannt. Bei dieser Anordnung ist jedem Gleichrichterventil eines Vollwellengleichrichters
mindestens ein gesteuerte? Ventil antiparallel geschaltet und eine aufwendige Steueranordnung
für diese Ventile vorgesehen.
Aus der DE-OS 28 25 708 ist ein Verfahren zum Verringern von Oberwellen im Netz-Wechselstrom bei
Gleichstromverbrauchern, die aus dem Wechselstromnetz gespeist werden, bekannt, wobei sich zwischen dem
Netzanschluß und dem Verbraucher ein Gleichrichter und ein Ladekondensator befinden. Bei diesem Verfahren
befindet sich zum Erzwingen eines der Gleichrichterspannung im wesentlichen folgendem Gleichrichterstroms
parallel zu der Reihenschaltung des Gleichrichters mit einer Drossel und parallel zu dem Ladekondensator
ein mit wesentlich höherer Frequenz als die Netzfrequenz
getasteter Schalter, der den über die Drossel fließenden Gleichrichterstrom schaltet, wobei die Ausgangsspannung
des Gleichrichters das Tastverhältnis des Schalters bestimmt. Zu diesem Zwecke wird an den
Eingang des das Tastverhältnis steuernden Pulsgenerators eine der Ausgangsspannung des Gleichrichters proportionale
Spannung gelegt, wobei diese Spannung die Dauer der Ausgangsimpulse des Pulsgenerators bestimmt.
Es wird also eine Spannung als Führungsgröße benötigt, um mittels eines Regeleingriffes die sinusförmige
Stromaufnahme zu ermöglichen.
Ohne Regeleingriff und somit mit geringerem appara-Ii-.
em Aufwand läßt sich eine sinusförmige Stromaufnahme eines über einen Gleichrichter aus einem Wechselspannungsnetz
gespeisten Gleichstromverbrauchers mit parallel geschaltetem Ladekondensator ermöglichen,
wenn der mit wesentlich höherer Frequenz als die Netzfrequenz getastete Schalter den über eine Induktivität
fließenden gleichgerichteter Wechselstrom mittels eines Sperrwandlers, der über einen weiteren Gleichrichter
den Ladekondensator beaufschlagt, schaltet und wenn der Sperrwandler in der Weise von einem Steuergenerator
getastet wird, daß sich das Tastverhältnis über eine Halbperiode der Netzspannung nur unwesentlich
ändert und daß die Induktivität vor jedem Einschaltvorgang des Schalters vollständig entmagnetisiert
ist (DE-OS 26 52 275).
Eine weitere Möglichkeit, die Stromaufnahme des
Netzgeräts ohne Regelung oberwellenarm zu halten, wird in der eingangs zitierten OffenlegungsschriFt
(F i g. 2a und 4b) beschrieben: Einem netzseitigen Brükkengleichrichter werden ein Schalttransistor in Reihe
mit einer Spule und einem Ladekondensator nachgeschaltet. Parallel zum Z.C-Glied befindet sich eine Diode,
und die gesamte Baugruppe wird durch einen kleinen HF-Filterkondensator überbrückt. Die Induktivität ist
dabei so dimensioniert, daß sie groß gegen die Schaltfrequenz (30 kHz) ist und bei der Netzfrequenz (60 Hz)
einen kleinen Wert hat; die Kapazität ist so groß gewählt, daß sie die mit doppelter Netzfrequenz auftretenden
Spannungsschwankungen ausfiltert- Die so geglättete
Kondensatorspannung wird auf einen aus zwei Transistoren bestehenden Wechselrichter gegeben, der
eine 20 kHz-Rechteckspannung abgibt. Diese Wechselspannung
wird einer Lampe über ein Resonanznetzwerk zugeführt; dieser Kreis besteht aus einem LC-Glied,
zu dessen Widerstand eine aus einer Vorspule und der Lampe gebildete Reaktanz parallel liegt. Eine
solche Ausführung hat den weiteren Vorteil, daß die Lampe eine sinusförmige Hochspannung mit einer konstanten
Amplitude erhält und somit die Lichte;;sbeute
besonders hoch ist. Die Schaltung ist allerdings noch relativ kompliziert; insbesondere ist außer den Wechselrichtertransistoren
noch ein weiterer, mit einer eigenen Schaltfrequenz arbeitender Transistor erforderlich.
Der zusätzliche Transistor kann entfallen, wenn man gemäß der DE-OS; 28 19 003 zwischen den Ausgang des
Brückengleichrichters und den Eingang des Wechselrichters
ein Querglied, bestehend aus einer Trenndiode in Reihe mit einem Ladekondensator, schaltet, aus dem
Wechselrichteraus;gang ein Gleichspannungssignal ableitet und dieses !Signal zwischen die Trenndiode und
den Ladekondensator führt. Eine solche Energierückkopplung stabilisiert die Amplitude der vom Wechselrichter
gelieferten Spannung. Es verbleiben jedoch" ein Restbrumm an der Last sowie Netzspannungsverzerrungen,
die häufig — wie der Seite 11, Abs. 2 der zitierten
Offenlegungsschrift zu entnehmen — zusätzliche Maßnahmen verlangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so
abzuwandeln, daß ihr Bauelementeaufwand geringer ist. dabei aber alle geschilderten Vorteile gewahrt bleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmale;', des Patentanspruchs
! gelöst.
Mittels der vorgeschlagenen Schaltung wird ermöglicht, daß die Schulter vom Netz her einen sinusförmigen
Strom aufnehmen uiici gleichzeitig sich über die
Schalter entsprechend den Netz-Sinus-Halbwellen ein variables Varwärts-Rückwärts-Stromverhältnis einstellt.
Dadurch ergibt sich am Mittenpunkt der in Reihe geschalteten Schalter eine zeit- und halbwellengleiche
Rechteckspannung konstanter Amplitude, und am Ladekondensator
entsteht eine belastbare Gleichspannung, die größer ist als die Spitze-Werte der Netzspannung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Die
F i g. I zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung, die
F i g. 2 ein Ausfühningsbeispiel für einen Steuergenerator
für die in der Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung,
während in der
Fig.3 die Kollektor-Nutzspannung Um und die Invers-
Vorwärts-Stromverschiebung eines Schalttransistors graphisch dargestellt ist.
Das in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt
einen Gegentaktwandler in Seriengegentaktschaltung. An eine Netzwechselstromquelle 1 ist über ein aus
Drossel 3 und Kondensator 2 bestehendes Störschutzglied ein Brückengleichrichter 4 geschaltet, der eine
Gleichspannung mit überlagerter doppelter Netz-Wechselfrequenz liefert. Parallel zum Gleichspannungsanschluß des Brückengleichrichters 4 liegt eine Reihenschaltung
einer schnellen Diode 5, die verhindert, daß der niederfrequente Brückengleichrichter 4 durch HF-Strom
beschädigt wird, und einem Stützkondensator 6. Die Schutzdiode 5 ist bei entsprechender Auslegung des
Brückengleichrichters 4 entbehrlich. Die als Sperrwandlerdrossel wirkende Induktivität 7 ist einerseits mit dem
Mittenpunkt der aus Stützkondensator 6 und Schutzdiode 5 gebildeten Reihenschaltung und andererseits mit
dem Mittenpunkt Aider von den in Reihe geschalteten
Transistoren "6 und 9 gebildeten Reihenschaltung, zu der
der Ladekondensator 10 parallel gescheitet ist. verbunden.
Die Transistoren 8 und 9 werden über einen Treibertransformator
11, der von einem Steuergenerator, beispielsweise dem in der Fig. 2 gezeigten Tastlückengenerator
anernierend mit Impulsen, welche ein Tastverhältnis von <0,5 aufweisen, gesteuert. Zur Leitung der
Inversströme ist antiparallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 8 die Diode 12 und antiparallel
zur Kollelktor-Emitter-Strecke des Transistors 9 die
Diode 13 geschaltet.
Parallel zum Ladekondensator 10 liegt eine aus zwei bezüglich des Ladekondensators in Sperrichtung gepolten
Stützdioden 14 und 15 gebildete Reihenschaltung, deren Mittenpunkt mit dem von der gleichgerichteten
Netzspannung beaufschlagten Anschluß der Induktivität 7 verbunden ist. Als Verbraucher wird eine Leuchtstofflampe
16, zu der ein Kondensator 17 parallel geschaltet ist, über eine Begrenzerdrossel 18 und einen
Koppelungskondensator 19 an den Mittenpunkt Λ/der
aus d~n beiden Transistoren 8 und 9 gebildeten Reihenschaltung
angeschlossen.
Die Anordnung arbeitet wie folgt:
Die am Stützkondensator 6 anliegenden 100 Hz-Halbsinus-Wellen
dienen als Speisespannung eines aus Induktivität 7 und Schalttransistoren 8 und 9 gebildeten
Drosselwandlers. Über den Treibertransformator 11 werden die beiden Transistoren 8 and 9 mit zeitgleichen
alternierenden Impulsen angesteuert. Dabei ergibt sich eine der momentanen Netzspannung entsprechende
Vorwärts-lnvers-Stro:nsteuerung der Transistoren 8 und 9, wobei sich netzseitig eine sinusförmige Stromaufnahme
ergibt.
L>ie am Kollektor des Transistors 9 anliegende KoI-lektor-Nutzspannunp
Um ist ebenso wie die Invers-Vcrwärtsstrom-Vecschiebung
des Stromes durch don Transistor 9 beziehungsweise durch die Diode 13 in der
Fig. 3 dargestellt. Mit 20 ist eine Netzsinushalbwelle bezeichnet. WährenJ der Zeit a leitet der Transistor 9.
die Induktivität 7 wird geladen. Während der Zeit b leitet der Transistor 8. während der Transistor 9 gesperrt
ist. Während der Zeit b entlädt sich zunächst die Induktivität 7 über die Diode 12 auf den Ladekondensator
10 (unschraffierte Fläche des Rechtecks 21), während anschließend (schraffierter Teil des Rechtecks 21)
eine Rücklieferung des Stromes vom Ladekondensator 10 über den Transistor 8 an die Induktivität 7 erfolgt. Ic
höher die Spannung des Nctzsinus 20, desto geringer werden die Rücklieferungszeiten. Insgesamt ergibt sich
am Punkt M eine zeitsymmetrische Rechteckspannung
mit konstanter Amplitude.
Das unterhalb des Bildes der Kollektor-Nutzspannung Um gezeigte zeitlich entsprechende Bild der In·
vers-Vorwärtsstrom-Verschiebung zeigt oberhalb der Zeitachse den durch den Transistor 9 fließenden Strom
/(4 und unterhalb der Zeitachse den durch die Diode 13
fließenden Strom Ivn. Während der durch die Diode 13
fließende Strom vom Ladekondensator 10 geliefert wird, wird der Transistorstrom vom Netz geliefert. Die
durch die abwechselnde Invers-Vorwarts-Stcucrung der beiden Transistoren 8 und 9 gewonnene konstante
Generatorrechteckspannung Uu mit zeitgleichen Halbwellen dient zum Betrieb der Leuchtstofflampe 16. Die
Lampe 16 wird am Mitienpunkt eines aus Begrenzcrdrosscl
18 und Kondensator 17 bestehenden LOReihenresonanzkreises,
der über einen Koppelungskonflonsiiior
19 nnnillrl /iir Kollrlctrir-Fmittcr-.Strrrlcf» rlt>s w
Transistors 9 geschaltet ist, verbunden. Dies hat den Vorteil, daß über die Filterwirkung der Begrenzerdrossel
18 und des Kondensators 17 die Lampenspannung sinusförmig verschliffen wird und daß der Reihenresonanzkreis
an seinem Mittenpunkt eine entsprechende Zündspannung liefert und nach Zündung der Lampe der
Lampenstrom jedoch durch die Begrenzerdrossel 18 begrenzt ist.
Die Dioden 14 beziehungsweise 15 dienen als Stützdioden, für die Phasen der Halbsinusspannung, in denen jo
Energie in die Induktivität 7 gepumpt wird. Der Treibertransformator 11 wird an seinen Eingangsklemmen 25
und 26 von einer alternierenden Rechteckspannung beaufschlagt, deren Tastverhältnis
<0,5 ist. Ein Tastverhältnis, das kleiner als 0,5 ist, ist vorteilhaft, da dann j5
während der Steuerlücken sich die Speicherladungen der Transistoren 8 und 9 wechselweise so abbauen können,
daß keine Querströme entstehen.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Tastlücken-Steuergenerator
für die in der F i g. 1 gezeigten Schaltungsan-Ordnung zeigt F i g. 2. Die notwendigen Tastlücken werden
dadurch erhalten, daß der aus der Spule 30 und den Kondensatoren 31 und 32 gebildete Schwingkreis mit
seinen positiven und negativen Spannungskuppen über einen Trimmer 35 und Basiskondensatoren 36 und 37 die
Transistoren 33 und 34 abwechselnd mit Tastpausen während der Sinusschrägen steuert Die Kollektoren
der Transistoren 33 und 34 sind mit den parallel zur Emitier-Kollektor-Strecke beider Transistoren geschalteten
Widerständen 38 und 39 sowie mit den Basen der so Transistoren 40 und 41 verbunden, so daß die Transistoren
40 und 4t ?bwechselnd durchgesteuert werden. Während der Tastpausen der Transistoren 33 und 34
liegt an den Basen der Transistoren 40 und 41 die über die Widerstände 38 und 39 geteilte Versorgungsspannung
Us mit UJl. Diese Spannung bewirkt, daß beim
Umschwingen der magnetischen Energie im an den
Klemmen 25 und 26 angeschlossenen Treibertransformator 11 die Transistoren 40 und 41 den Transformator
11 sehr stark bedampfen, so daß die Ausgangsspannung
eine sehr gute Treppenspannung darstellt, also insbesondere keine steuernden Oberschwingungsanteile aufweist.
Die Schaltung arbeitet selbstschwingend, indem dem aus Spule 30 und den Kondensatoren 31 und 32 gebildeten
Schwingkreis über einen Rückkoppelungswiderstand 42 vom Transformator 11 Schwingenergie eingekoppelt
wird. Infolge der Ohmschen Koppelung über den Widerstand 42 schwingt der Schwingkreis in Phase
mit der Ausgangstreppenspannung. Der Schwingkreis besitzt zwei Kondensatoren 31 und 32, damit die Rückkoppelungsspannung
phasenrichtig eingekoppelt werden kann. Der Anlauf der Schaltung erfolgt dadurch,
daß beim Hochgehen der Versorgungsspannung von 0 bis zur Spannung £Λ die Transistoren 33 und 34 über die
Basiswiderstände 43 und 44 und über die Kondensatoren 36 und 37 Strom ziehen. Ebenso erhält der Transistor
40 Strom über den Widerstand 38. da der Ausgangskondensator 45 auch aufgeladen wird. Somit ist
der Verstärkerweg während der Einschaltphase für eine Selbsterregung frei.
Mit Hilfe der Einstellung des Trimmers 35 sind die Tastzeiten einstellbar, während durch Veränderung des
Widerstandes 44 die Tastlücken variiert werden können. Durch eine Veränderung der Halbwellen-Tastzeiten ist
eine Konstanthaltung der Rechteckspannung am Punkt M beziehungsweise der am Ladekondensator 10 anlie
grncli'n Cilrirhsnnnnung erreichbar.
Mittels der erfindiingsgemäßen Schaltungsanordnung
gelingt es, mit geringem Aufwand ein elektronisches Vorschaltgerät für eine oder mehrere Gasentladungslampen,
insbesondere Leuchtstofflampen herzustellen, mit dem für den Betrieb einer oder mehrerer
Leuchtstofflampen eine konstante halbwellensynimetrisehe HF-Spannung gewonnen wird, wobei das Vorschaltgerät
gleichzeitig sinusförmigen Strom aus dem Wechse'-urom-Netz aufnimmt. Bei Verwendung einer
45 W-Leuchtstofflampe läßt sich zum Beispiel der verbleibende 100 Hz-Brumm des Lampenstromes auf unter
5% reduzieren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem Wechselstromnetz,
mit einem Brückengleichrichter und einem nachgeschalteten Kondensator,
mit einer nachgeschaiteten Anordnung, in der der
über eine Induktivität fließende gleichgerichtete Wechselstrom mit einer wesentlich höheren Frequenz
als die Netzfrequenz geschaltet und einem Ladekondensator zugeführt wird, mit einer parallel zum Ladekondensator angeordneten
Reihenschaltung von zwei alternierend schaltenden Schaltmitteln und
mit einem am Mittenpunkt der in Reihe geschalteten Schaitmittel angeschlossenen Z-C-Reihenkreis, zu
dessen Kapazität die Gasentladungslampe parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die nachgeschaltete Anordnung dadurch gebildet wird, riabdie Induktivität (7) zwischen dem Kondensator
(6) und dem Mitienpunki (M) der in Reihe
geschalteten Schaltmittel (8, 9) angeordnet ist, so daß diese Schaltmittel (8, 9) zugleich den durch die
Induktivität (7) fließenden gleichgerichteten Wechselstrom schalten und dem Ladckondensator(10)zuführen,
dessen Spannung auf diese Weise größer wird als der maximale Wert der gleichgerichteten
Wechselspannung.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I1 da- jo
durch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel Transistoren (8,9) ν jrgesehen sind.
3. Schaltungsanordnung n=»ch Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß antiparallel zu den Kollektor-Emitter-Strecken beider transistoren (8,9) je
eine Diode (12,13) geschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß paraliel
zum Ladekondensator (TO) eine Reihenschaltung zweier, bezüglich des Ladekondensators (10) in
Sperrichiung gepolter Stützdioden (14, 15) geschaltet
ist und der Mittenpunkt dieser Reihenschaltung mit dem von der gleichgerichteten Wechselspar,
nung beaufschlagten Anschluß der Induktivität (7) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Reihenkreis
(17, 18) über einen Koppelkondensator (19) an den Mittenpunkt (M)der in Reihe geschalteten
Schaltmittel (8,9) angeschlossen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe
geschalteten Schaltmittel (8, 9) alternierend mit einem Tastverhältnis
< 0,5 gesteuert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803025421 DE3025421C2 (de) | 1980-07-04 | 1980-07-04 | Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem Wechselstromnetz |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803025421 DE3025421C2 (de) | 1980-07-04 | 1980-07-04 | Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem Wechselstromnetz |
Publications (2)
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DE3025421A1 DE3025421A1 (de) | 1982-01-28 |
DE3025421C2 true DE3025421C2 (de) | 1985-03-21 |
Family
ID=6106447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803025421 Expired DE3025421C2 (de) | 1980-07-04 | 1980-07-04 | Schaltungsanordnung zur Versorgung einer Gasentladungslampe aus einem Wechselstromnetz |
Country Status (1)
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