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Die Verminderung des Brennstroms der Gasentladungslampe wird durch
Änderung der Phasenlage der Halbbrücken bewerkstelligt; dabei führt jedoch die Verminderung
der Bedämpfung der Serienresonanzkreise zu einer Vergrößerung der Resonanzströme
bzw. Spannungen, die das Maß der Verminderung des Brennstroms übersteigen. Dementsprechend
steigen die Verluste
in den Schaltelementen des Brückenwechselrichters
und dessen Belastung durch Blindströme.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen
zu schaffen, bei dem bei einer Verminderung des Brennstromes die Blindströme in
den Blindelementen weniger stark ansteigen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Vorschaitgerät
durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.
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Aufgrund des Schaltungsaufbaus des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes
tritt im Heizungsfall, d. h. wenn beide Halbbrücken im Gleichtakt arbeiten, kein
Resonanzstrom auf, weil der aus Vorschaltdrossel und Kondensatoren bestehende Schwingkreis
nur zwischen den Ausgängen der Halbbrücke wirksam ist. Der Gleichtaktbetrieb bedeutet
aber, daß dieser Schwingkreis nicht angeregt wird. Gleichzeitig wird erreicht, daß
bei Gleichtaktbetrieb auch keine wesentlichen Spannungsabfälle an der Vorschaltdrossel
fließenden Ströme wirken gegensinnig auf den Magnetkreis. Eine Resonanz zwischen
den beiden Kondensatoren und der Primärwicklung des Transformators der Heizeinrichtung
wird durch die vorzugsweise hohen Induktivität der Wicklung vermieden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung bleibt auch bei einer Veränderung
der Phasenlage zwischen den Ausgängen der Halbbrücken wirksam, da die Erregung in
diesem Falle in eine Gleichtakt- und eine Gegentaktkomponente zerlegt werden kann
und das oben beschriebene Schaltungsverhalten für die Gleichtaktkomponente weiterhin
gültig ist.
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Bei der Schaltung nach dem Stand der Technik werden hingegen im Heizfall,
d. h. wenn die Halbbrücken im Gleichtakt betrieben werden, die dort enthaltenen
beiden Schwingkreise durch die Gasentladungslampe nicht bedämpft, da keine treibende
Differenzspannung für die Gasentladungslampe existiert; entsprechend hoch sind die
Resonanzströme und Verluste.
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Wenn mit dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät mehr als eine Gasentladungslampe
betrieben werden, enthält der Transformator für jede weitere Gasentladungslampe
je zwei weitere Sekundärwicklungen, von denen jede an eine zugehörige Lampenelektrode
angeschlossen ist und diese heizt, wobei die Primärwicklung des Transformators einenends
über je einen Kondensator mit jeder Lampenelektrode verbunden ist.
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Um einen zusätzlichen Netztransformator für die Stromversorgung der
Steuerungseinrichtung des Brükkenwechselrichters einzusparen, können die Vorschaltdrosseln
und der Transformator je eine zusätzliche galvanisch getrennte Wicklung aufweisen,
die rückwirkungsfrei an den Stromversorgungseingang der Steuereinrichtung angeschlossen
sind und die Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung liefern. Die rückwirkungsfreie
Ankoppelung der Zusatzwicklungen an die Steuereinrichtung erfolgt im einfachsten
Falle durch jeweils eine Diode, die in der Verbindung zwischen jeder Zusatzwicklung
und dem Stromversorgungseingang liegt. Das Anlaufen der Schaltung, d. h. die erstmalige
Stromversorgung kann in diesem Falle durch einen hochohmigen Ladewiderstand erfolgen,
durch den der Siebkondensator am Stromversorgungseingang der Steuereinrichtung hochohmig
auf einen zum Anlaufen erforderlichen Wert aufgeladen wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Vorschaltgerät gemäß der Erfindung zur Versorgung
einer einzelnen Gasentladungslampe und
F i g. 2 ein Vorschaltgerät gemäß der Erfindung
zur Versorgung zweier Gasentladungslampen, wobei die Stromversorgung für die Steuerungseinrichtung
des Brückenwechselrichters über Zusatzwicklungen der Vorschaltdrosseln und des Transformators
erfolgt.
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In F i g. list ein Vorschaltgerät 1 für eine Gasentladungslampe 2
veranschaulicht, das einen aus zwei Halbbrücken 3 und 4 gebildeten Brückenwechselrichter
5 sowie eine die elektronischen Schalter der Halbbrücken 3 und 4 steuernde Steuerungseinrichtung
6 enthält. Die beiden Halbbrücken 3 und 4 sind parallel geschaltet und liegen an
gemeinsamen Stromversorgungseingängen 7 und 8, die somit Stromversorgungseingänge
des Brükkenwechselrichters 5 bilden.
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Die Halbbrücken 3 und 4 enthalten in bekannter Weise jeweils zwei
im Gegentakt betriebene elektronische Schalter, beispielsweise MOS-Transistoren,
bipolare Transistoren od. dgl., die durch die Steuereinrichtung 6 periodisch auf-
und zugesteuert werden. Die elektronischen Schalter jeder der beiden Halbbrücken
3 und 4 sind entsprechend ihrer Arbeitsweise durch Umschalter 9 und 10 schematisch
veranschaulicht, wobei der bewegliche Kontakt 11 bzw. 12 gleichbedeutend mit dem
Ausgang jeder der Halbbrücken 3 und 4 ist. Je nach Stellung der beiden Umschalter
9 und 10 ist der Ausgang 11 bzw.
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12 der Halbbrücken 3 und 4 wahlweise mit dem Brükkeneingang 7 oder
dem Brückeneingang 8 verbunden.
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Die Steuerung der beiden Umschalter 9 und 10 erfolgt mittels der Steuereinrichtung
6, die entsprechend einer gestrichelten Linie 13 die Umschalter 9 und 10, d. h.
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genau genommen die elektronischen Schalter der beiden Halbbrücken
3 und 4 auf- und zusteuert.
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Die Steuereinrichtung 6 ist so ausgelegt, daß die beiden Halbbrücken
3 und 4, ausgehend von der Gleichphasigkeit, die einer gleichsinnigen Betätigung
der beiden Schalter 9 und 10 entspricht, kontinuierlich in die Gegenphasigkeit gesteuert
werden können, bei der die beiden Schalter 9 und 10 exakt gegensinnig umgeschaltet
werden. so daß zwischen den Ausgängen 11 und 12 der beiden Halbbrücken 3 und 4 eine
Spannung anstcht, deren Scheitelwert gleich der Spannung zwischen den Brückeneingängen
7 und 8 ist.
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Zwischen den beiden Ausgängen 11 und 12 der Halbbrücken 3 und 4 liegt
eine Serienschaltung, bestehend aus einer ersten Wicklung 14 einer Vorschaltdrossel
25, der Gasentladungslampe 2 mit den beiden Lampenelektroden 15 und 16 sowie der
zweiten Wicklung 17 der Vorschaltdrossel 25. Die beiden Wicklungen 14 und 17 sind
so auf einen gemeinsamen ferromagnetischen Kern gewickelt, daß sich bei einer gleichsinnigen
Strombeaufschlagung ihr Magnetfeld kompensiert und nur eine geringe Streuinduktivität
wirksam ist, d. h. die eine Wicklung 14 bzw. 17 liegt mit ihrem Wicklungsanfang
an dem zugehörigen Brückenausgang 11 bzw. 12 und die andere Wicklung 14 bzw. 17
ist mit ihrem Wicklungsanfang an eine zugehörige Lampenelektrode 15 oder 16 angeschlossen.
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Parallel zu der Gasentladungslampe 2 liegt die Serienschaltung aus
zwei Kondensatoren 18 und 19, deren Verbindungsstelle 20 an die Primärwicklung 21
eines Transformators 22 mit zwei Sekundärwicklungen 23 und 24 angeschlossen ist.
Das andere Ende der Primärwicklung 21 liegt an dem Brückeneingang 8, während die
Sekundärwicklung 23 der Lampenelektrode 16 und die Sekundärwicklung 24 der Lampenelektrode
15 parallel geschaltet ist, um diese zu heizen.
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Zur Erläuterung der Betriebsweise des Vorschaltgerätes 1 sei angenommen,
daß dieses mit den Brückenwechselrichtereingängen
7 und 8 an eine
nicht weiter veranschaulichte Gleichspannungsquelle mit hinreichend hoher Ausgangsspannung
angeschlossen ist; ebenso enthalte die Steuerungseinrichtung 6 eine Stromversorgungsquelle.
Wenn nun die Steuerungseinrichtung 6 in Gang gesetzt wird, beginnt sie, die elektronischen
Schalter 9 und 10 der beiden Halbbrücken 3 und 4 periodisch mit gleichem Tastverhältnis
umzuschalten, und zwar sei angenommen, daß zunächst die beiden Halbbrücken 3 und
4 durch die Steuerungseinrichtung 6 gleichphasig betrieben werden, d. h. die beiden
Ausgänge 11 und 12 der Halbbrücken 3 und 4 sind jeweils gleichzeitig entweder mit
dem Stromversorgungseingang 7 oder dem Stromversorgungseingang 8 verbunden. Als
Folge hiervon fließt in die Wicklungen 14 und 17 Strom von den Ausgängen 11 und
12 gleichzeitig hinein oder aus diesen in Richtung auf die Ausgänge 11 und 12 hinaus.
Die beiden magnetischen Felder der Wicklungen 14 und 17 kompensieren sich hierdurch.
und es kommt praktisch nur deren ohmscher Widerstand zur Wirkung. Der Strom durch
die beiden Wicklungen 14 und t7 fließt durch die Kondensatoren 18 und d9 zu der
Primärwicklung 21 des Transformators 22 und von da zu dem Brückenwechselrichtereingang
8, so daß zwei durch die Primärwicklung 21 galvanisch miteinander verbundene Wechselstromkreise
erhalten werden, von denen der eine die Halbbrücke 3, die Wicklung 14, den Kondensator
18 sowie die Primärwicklung 21 und der andere die Halbbrücke 4, die Wicklung 17,
den Kondensator 19 und wiederum die Primärwicklung 21 enthält.
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Der auf diese Weise in der Primärwicklung 21 erzeugte Wechselstrom
induziert in den Sekundärwicklungen 23 und 24 jeweils Spannungen, durch die die
Lampenelektroden 15 und 16 auf die Betriebstemperatur aufgeheizt werden.
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Der Kondensator 18 ebenso wie der Kondensator 19 bilden bei dieser
Schaltung mit der Primärwicklung 21 einen Serienresonanzkreis, dessen Eigenfrequenz
normalerweise weit unterhalb der Schaltfrequenz der Halbbrücken 2, 3 liegt und der
außerdem durch die an den Sekundärwicklungen 23 und 24 angeschlossenen Lampenelektroden
15 und 16 stark gedämpft ist.
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Sobald durch diese Betriebseinstellung des Vorschaltgerätes 1 die
Lampenelektroden 15 und 16 hinreichend aufgeheizt sind, erfolgt eine Verstellung
der Phasenlage der beiden Halbbrücken 3 und 4 gegeneinander, dadurch daß den beiden
Halbbrücken 3 und 4 durch die Steuereinrichtung 6 in bekannter Weise phasenverschobene
Schaltwellen zugeführt werden, wodurch nunmehr, entsprechend dem Maß der Gegenphasigkeit,
zwischen den Ausgängen 11 und 12 eine Wechselspannungsdifferenz entsteht. Die von
der Wechselspannungsdifferenz ausgelösten und über die Wicklungen 14 und 17 der
Vorschaltdrossel 25 führenden Ströme wirken nunmehr gleichsinnig auf den Magnetkreis.
Die dabei wirksame Induktivität und die Reihenschaltung der Kondensatoren 18 und
19 sind so gewählt. daß sie zur Schaltfrequenz des Wechselrichters in Resonanz stehen.
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Die mit der Phasenverschiebung rasch ansteigende Resonanzspannung
zündet die Gasentladungslampe 2, wobei dann die Vorschaltdrossel 25 den Brennstrom
der Gasentladungslampe 2 begrenzt.
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Bei genau gegenphasigem Betrieb der beiden Halbbrücken 3 und 4 ist
der Brennstrom der Gasentladungslampe 2 maximal, was außerdem bedeutet, daß der
Verbindungspunkt 20 zwischen den beiden Kondensatoren 18 und d9 keine Wechselspannungskomponente
mehr gegenüber dem Brückenwechselriehtereingang 8 auf-
weist, womit in dieser Betriebssituation
die in den Sekundärwicklungen 23 und 24 induzierte Spannung und damit die Heizspannung
für die Lampenelektroden 15 und 16 zu null geworden ist.
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Durch kontinuierliche Regelung der Phasenlage zwischen den beiden
Halbbrücken 3 und 4 läßt sich entsprechend der Brennstrom für die Gasentladungslampe
2 kontinuierlich regeln. wobei bei einer Abnahme des Brennstroms der Gasentladungslampe
2, ausgehend von dem Maximalwert gleichzeitig der Strom durch die Lampenelektroden
15 und 16 wieder ansteigt, weil bei zunehmend gegenphasigem Betrieb der beiden Halbbrücken
3 und 4 der Knotenpunkt 20 erneut eine Wechselspannung gegenüber dem Brückenwechselrichtereingang
8 zu führen beginnt, die transformatorisch den beiden Lampenelektroden d5 und 16
mittels der galvanisch getrennten Sekundärwicklung 23 und 24 zugeführt wird.
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In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vorschaltgerätes
1 veranschaulicht, das wiederum einen Brückenwechselrichter 5 mit zwei Halbbrücken
3 und 4 sowie eine Steuereinrichtung 6 zum Ansteuern der elektronischen Schalter
9 und 10 der beiden Halbbrücken 3 und 4 enthält. Der wesentliche Unterschied zu
dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 besteht darin, daß bei Fig.2 der Brückenwechselrichter
5 insgesamt zwei Gasentladungslampen 2a und 2b speist. Im folgenden sind die den
elektrischen Bauelementen nach F i g. 1 entsprechenden Bauelemente der Schaltung
nach F i g. 2 mit denselben Bezugszahlen versehen, wobei, entsprechend der Zuordnung
zu den beiden Gasentladungslampen 2a und 2b, an die Bezugszahl a oder b angehängt
ist.
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Wie vorher liegt jede der Gasentladungslampen 2a und 2b über zugehörige
Wicklungen 14a, 17a bzw. 14b, 17b der Drossel 25a bzw. 25b an den beiden Ausgängen
11 und 12 der Halbbrücken 3 und 4. Die Wicklungen 14a und 17a sind wiederum auf
einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt, und zwar in der gleichen Weise wie dies vorher
in F i g. 1 beschrieben ist. Entsprechendes gilt für die beiden Wicklungen 14b und
17b, die jedoch von den Wicklungen 14a und 17a magnetisch unabhängig sind.
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Jede der Lampenelektroden 15a bis 16b ist über einen eigenen zugeordneten
Kondensator mit der Primärwicklung 21 des für alle Gasentladungslampen 2a und 2b
gemeinsamen Transformators 22 verbunden, während das andere Ende der Primärwicklung
21 wie bei F i g. 1 mit dem Brückenwechselrichtereingang 8 in Verbindung steht.
Für jede Lampenelektrode 15a bis 16b enthält der Transformator 22 eine eigene Sekundärwicklung
23a, 24a, 23b und 24b, von denen jede eine der Lampenelektroden 15a bis 166 speist.
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Das insoweit beschriebene Vorschaltgerät 1 nach F i g. 2 arbeitet
genau so wie das Vorschaltgerät 1 nach Fig. 1, lediglich mit dem Unterschied, daß
anstelle einer Gasentladungslampe 2 zwei Gasentladungslampen 2a und 2b über eigene
Vorschaltdrosseln betrieben bzw.
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über eigene Sekundärwicklungen des Transformators 22 geheizt werden,
und zwar abhängig davon, mit welcher relativen Phasenlage die beiden Halbbrücken
3 und 4 durch die Steuereinrichtung 6 betrieben werden.
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Eine erneute Beschreibung der Funktionsweise erübrigt sich insoweit.
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Zusätzlich enthält der Eisenkern, der die beiden Wicklungen 14a und
17a trägt, eine weitere galvanisch getrennte Wicklung 30a, während der Eisenkern
mit den Wicklungen 14b und 17b eine galvanisch getrennte Wicklung 30b trägt. Auf
dem Transformator 22 ist schließlich eine zusätzliche Sekundärwicklung 31 vorgesehen,
die
gemeinsam mit den anderen beiden Wicklungen 30a und 30b der Stromversorgung der
Steuerungseinrichtung 6 dient. Die Zusatzwicklungen 30a, 30b und 31 sind hierzu
mit einem Wicklungsende (e) mit einem Masseanschluß 32 der Steuerungseinrichtung
6 verbunden. Die anderen Enden der Zusatzwicklungen 30a, 30b und 31 führen hingegen
über je eine zugeordnete Diode 33, 34 und 35 zu einem Lade- oder Siebkondensator
36, der anderenends mit dem Masseanschluß 32 verbunden ist. Auf diese Weise kann
ohne zusätzlichen Netztransformator eine Stromversorgung der Steuereinrichtung 6
erreicht werden. Wenn nämlich der Brückenwechselrichter 5 in Tätigkeit ist, entsteht
entweder in den Zusatzwicklungen 30a und 30b oder der Zusatzwicklung 31 des Transformators
22 eine Wechselspannung, die über die zugehörige Diode 32,34 oder 35 gleichgerichtet
und in dem Ladekondensator 36 geglättet wird. Die so erhaltene Gleichspannung wird
in die Steuerungseinrichtung 6 eingespeist.
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Die Verwendung von Zusatzwicklungen sowohl bei den Wicklungen 14
und 17 als auch bei dem Transformator 22 ist deshalb erforderlich, weil bei gleichphasigem
Betrieb der beiden Halbbrücken 3 und 4 in den Zusatzwicklungen 30 keine Wechselspannung
induziert wird.
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Hingegen erzeugt die Zusatzwicklung 31 keine Wechselspannung, wenn
die beiden Halbbrücken 3 und 4 gegenphasig betrieben werden, weil dann, wie oben
ausgeführt, der Knotenpunkt 20 keine Wechselspannung führt.
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Durch die Dioden 33 bis 35 wird neben der Gleichrichtung der Wechselspannungen
auch eine rückwirkungsfreie Ankopplung der Zusatzwicklungen 30 bzw.
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31 an den Siebkondensator 36 erreicht, wozu alle Dioden mit ihrer
Kathode an dem Siebkondensator 36 liegen.
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Damit das Vorschaltgerät 1 nach F i g. 2 überhaupt zu arbeiten beginnen
kann, führt von dem Brückenwechselrichtereingang 7 ein Widerstand zu dem Siebkondensator
36.
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Nachdem die Versorgungsspannung an die Brückenwechselrichtereingänge
7 und 8 angeschaltet ist, wird über den Widerstand 38 der Siebkondensator 36 geladen.
Sobald die Spannung an dem Siebkondensator 36 einen vorbestimmten Wert überschreitet,
was mit Hilfe einer in der Steuerungseinrichtung 6 vorhandenen und in bekannter
Weise aufgebauten Diskriminatorschaltung erkannt wird, wird ein entsprechender elektronischer
Schalter in der Steuereinrichtung 6 geschlossen und die Spannung von dem Siebkondensator
36 an die Oszillatoren der Steuereinrichtung 6 angeschaltet, die daraufhin zu schwingen
beginnen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, beginnen sofort die elektronischen
Schalter 9 und 10 der beiden Halbbrücken 3 und 4 zu schalten, was dann umgehend
zu einer induzierten Spannung in den Zusatzwicklungen 30a, 30b oder 31 führt, die
daraufhin niederohmig den Siebkondensator 36 nachladen und die Versorgungsspannung
für die Steuereinrichtung 6 aufrechterhalten. Der Vorwiderstand 38 kann also hochohmig
und verlustleistungsarm ausgeführt werden, da seine Aufgabe nur darin besteht, den
Siebkondensator 36 für den Start ausreichend aufzuladen.
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L e e r s e i t e