DE3841095A1 - Schaltungsanordnung eines halbbrueckenwechselrichters - Google Patents
Schaltungsanordnung eines halbbrueckenwechselrichtersInfo
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B41/14—Circuit arrangements
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- H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines
Halbbrückenwechselrichters für die Zündung und den
Betrieb von Gas- und Dampfentladungslampen, insbesondere
für die verzögerte Zündung und den Betrieb von
Niederdruckentladungslampen.
Bekannte Vorschaltgeräte bestehen aus einer Drossel-
Starteranordnung, die die Zündung und den Betrieb von
Niederdruckentladungslampen ermöglicht (Sturm, C. H.:
Vorschaltgeräte und Schaltungen für
Niederdruckentladungslampen; Girardet-Verlag, Essen). Die
Nachteile dieser Anordnung bestehen im hohen
Materialaufwand für den Drosselkern und für die
Kupferwicklung, der großen Masse und besonders bei Lampen
kleiner Leistung im erreichbaren niedrigen
Gesamtwirkungsgrad durch große Drosselverluste.
Es sind daher elektronische Vorschaltgeräte entwickelt
worden, die die gleichgerichtete Netzwechselspannung in
eine Wechselspannung höhrerer Frequenz (ca. 20 bis 100
kHz) umwandeln und die obengenannten Nachteile nicht
aufweisen. Insbesondere hat sich die Halbbrückenschaltung
des Wechselrichters des elektronischen Vorschaltgerätes
durchgesetzt, was vor allem auf die geringe
Spannungsbelastung der Schalttransistoren zurückzuführen
ist.
Bei einer bekannten Schaltung (vergl. EP 00 93 469)
lassen sich durch Steuerung der Frequenz und des
Tastverhältnisses des Halbbrückenwechselrichters
definierte Heiz- und Zündbedingungen für die
Niederdruckentladungslampe einstellen. Nachteilig bei
dieser Schaltung ist der hohe Schaltungsaufwand sowie die
große Toleranzabhängigkeit der Heiz-, Zünd- und
Betriebsparameter von den verwendeten Bauelementen.
In der Patentschrift AT 3 80 373 wird ein elektronisches
Vorschaltgerät beschrieben, das mit geringerem Aufwand
eine verzögerte Zündung einer Niederdruckentladungslampe
ermöglicht. Nachteilig bei dieser Schaltung ist die
große Toleranzabhängigkeit der Heizparameter von der
Versorgungsspannung des Wechselrichters und dem
Widerstand der Wendeelektroden sowie der
Betriebsleistung der Niederdruckentladungslampe von der
Versorgungsspannung des Wechselrichters.
Zweck der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung eines
Halbbrückenwechselrichters für den Betrieb von
Niederdruckentladungslampen anzugeben, die eine geringe
Toleranzabhängigkeit der Heiz-, Zünd- und
Betriebsparameter von den eingesetzten Bauelementen sowie
von der Versorgungsspannung des Wechselrichters aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung für die Zündung und den Betrieb von
Niederdruckentladungslampen mit vorgeheizten Elektroden
zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
parallel zu den beiden gleich großen Emitterwiderständen
der Schalttransistoren eines Halbbrückenwechselrichters
als Darlingtontransistor ausgebildete elektronische
Schalter angeordnet sind, wobei der eine dieser beiden
Darlingtontransistoren durch einen Zeitschalter nach
einer frei wählbaren Zeit (Heizzeit der Wendelelektroden
der Niederdruckentladungslampe) nach dem Zuschalten der
Versorgungsspannung des Halbbrückenwechselrichters
eingeschaltet wird, wodurch während der einen Halbwelle
der arithmetische Mittelwert der Spannung der
entsprechenden Steuerwicklung des gesättigten
Steuertransformators des Halbbrückenwechelsrichters
gegenüber dem nicht eingeschalteten Zustand des
Darlingtontransistors reduziert wird. Diese Spannung
liegt, mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis
transformiert, über der Primärwicklung des
Steuertransformators an und steuert einen
Schnellwertschalter, der durch das Absinken der Spannung
über der Primärwicklung geöffnet wird. Damit gibt der
Schwellwertschalter die Stromversorgung für den anderen
Darlingtontransistor frei, der dadurch ebenfalls
eingeschaltet wird.
Durch diese Schaltungsanordnung ist es möglich, zwei sich
auf unterschiedlichem elektrischen Potential befindliche
elektronische Schalter aus einer Zeitbasis mit Hilfe
eines Schwellwertschalter und des für selbstschwingende
Halbbrückenwechselrichter für Niederdruckentladungslampen
ohnehin notwendigen Steuertransformators anzusteuern und
damit die Vorteile des symmetrischen Betriebs des
Wechselrichters beim Heizen der Wendelelektroden der
Lampe (gute Stabilität der Heizparameter, großer
zulässiger Wertebereich von Heizstrom und Heizspannung)
zu nutzen.
Infolge der Verwendung von Darlingtontransistoren als
Schalter ist der Spannungsabfall im eingeschalteten
Zustand (Sättigungsspannung) weitgehend strom- und
exemplarunabhängig. Daher ergibt sich auch eine gute
Stabilität der Lampenleistung und der Betriebsfrequenz
des Halbbrückenwechselrichters, da die Schwingfrequenz
über den gesättigten Steuertransformator wesentlich durch
das Spannungs-Zeit-Integral und damit die
Sättigungsspannung bestimmt wird.
Es ist möglich, daß von einem Halbrückenwechselrichter
mehrere Niederdruckentladungslampen gezündet und
betrieben werden. Dazu sind dann die Lampenzweige
parallel geschaltet und jeder Lampenzweig enthält einen
zu einer Niederdruckentladungslampe parallelgeschalteten
Kondensator und eine in Reihe zu ihr geschaltete Drossel.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und
der Zeichnung näher erläutert werden.
Die Figur zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen
Halbbrückenwechselrichters zum Zünden mit vorgeheizten
Elektroden und Betrieb von Niederdruckentladungslampen.
Der Halbbrückenwechselrichter wird aus einer
Gleichspannung mit dem Pluspol 1 und dem Minuspol 2
versorgt. Nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung
werden zunächst mit Hilfe einer an sich bekannten nicht
gezeichneten Anschwingschaltung Triggerimpulse auf den
Schalttransistor V 4 geschaltet und dort verstärkt. Diese
verstärkten Impulse regen den infolge noch nicht
gezündeter Entladungslampe La 1 wenig bedämpften
Resonanzkreis mit der Drossel L 3 und dem Kondensator C 3
zu Schwingungen an. Aufgrund der Rückkopplung über den
Steuertransformator Tr 1 werden die Schalttransistoren V 3;
V 4 alternierend ein- und ausgeschaltet.
Durch das Zuschalten der Versorgungsspannung wird der
Zeitschalter 3 in Betrieb gesetzt, der vor dem
Anschwingen des Wechselrichters den Darlingtontransistor
V 7/V 8 sperrt. Mit dem Anschwingen des
Halbbrückenwechselrichters werden die Emitterwiderstände
R 1; R 2 der Schalttransistoren V 3;V 4 wirksam, da auch der
Schwellwertschalter 4 durch die positive Spannung über
der Wicklung w 1 des Steuertransformators Tr 1 über die
Diode V 10 eingeschaltet wird, den Kondensator C 2 entlädt
und damit den Darlingtontransistor V 5/V 6 sperrt.
Der Schwellwertschalter 4 besteht einfacherweise aus
einem Transistor, an dessen Basis ein Schwellwertelement
(Diode, Leuchtdiode, Z-Diode) geschaltet ist, wobei es
sich i. a. empfiehlt, die auszuwertende Spannung durch
einen RC-Tiefpaß von Störspitzen zu befreien.
Durch den Spannungsabfall an den Emitterwiderständen R 1;
R 2 wird die Sättigungszeit des Steuerübertragers Tr 1 und
damit die sich einstellende Schwingfrequenz des
Halbbrückenwechselrichters wesentlich beeinflußt. Die
Emitterwiderstände R 1; R 2 sind zu dem Zweck der
schonenden Zündung der Niederdruckentladungslampe La 1 so
dimensioniert, daß sich nach dem Anschwingen des
Halbbrückenwechselrichters eine Spannung über La 1
einstellt, die einerseits einen genügend großen Heizstrom
durch die Wechselelektroden der Lampe La 1 treibt,
andererseits nicht zur Zündung führt (Heizphase der Lampe
La 1). Dabei ist die Heizzeit durch den Zeitschalter 3
vorgegeben und kann frei gewählt werden.
Nach Ablauf der Heizzeit wird durch den Zeitschalter 3
der Darlingtontransistor V 7/V 8 eingeschaltet und damit
der arithmetische Mittelwert der Spannung der Wicklung w 3
des Steuertransformators Tr 1 während der positiven
Halbwelle gegenüber der Heizphase reduziert. Die positive
Halbwelle der Spannung über der Wicklung w 3 des
Steuertransformators liegt, mit dem entsprechenden
Übersetzungsverhältnis transformiert, über der Wicklung
w 1, und öffnet über die Diode V 10 den Schwellwertschalter
4. Damit kann sich der Kondensator C 2 über die Diode V 9
und den Widerstand R 8 aufladen und die Stromversorgung
des Darlingtontransistors V 5/V 6 über den Widerstand R 7
gewährleisten. Infolge der nunmehr eingeschalteten
Darlingtontransistoren V 5/V 6 sowie V 7/V 8 ist der
jeweilige arithmetische Mittelwert der Halbwellen der
Spannung über den Wicklungen w 1; w 2; w 3 des
Steuertransformators Tr 1 gegenüber der Heizphase der
Lampe La 1 reduziert, wodurch sich die Sättigungszeit des
Steuertransformators Tr 1 vergrößert. Daher verschiebt
sich die Schwingfrequenz des Halbrückenwechselrichters
in Richtung der Resonanzfrequenz des Lastkreises, über
dem Kondensator C 3 stellt sich eine größere Spannung als
beim Heizen der Elektroden der Entladungslampe La 1 ein
und La 1 kann zünden.
Nach dem Zünden stellt sich die Betriebsfrequenz des
Halbbrückenwechselrichters ein, der die Entladungslampe
La 1 mit der Betriebsleistung versorgt. Im Brennbetrieb
von La 1 sind die Darlingtontransistoren V 5/V 6 sowie V 7/V 8
weiterhin eingeschaltet.
In bekannter Weise sind die Drossel L 1; L 2 und die
Widerstände R 3-R 6 zur verlustarmen Ansteuerung der
Schalttransistoren V 3; V 4 des Halbbrückenwechselrichters
geschaltet. Die Dioden V 1; V 2 wirken als Freilaufdioden,
der Kondensator C 1 als SOAR-Kondensator für die
Schalttransistoren V 3; V 4. Als Auskoppelkondensatoren
dienen die Kondensatoren C 4; C 5.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1; 2 Klemmen der Gleichspannungsquelle
3 Zeitschalter
4 Schwellwertschalter
C 1 SOAR-Kondensator
C 2; C 3 Kondensatoren
C 4; C 5 Auskoppelkondensatoren
L 1-L 3 Drosseln
La 1 Lampe
R 1; R 2 Emitterwiderstände
R 3-R 8 Widerstände
Tr 1 Steuertransformator
V 1; V 2 Freilaufdioden
V 3; V 4 Schalttransistoren
V 5/V 6; V 7/V 8 Darlingtontransistoren V 9; V 10 Dioden
w 1-w 3 Wicklungen von Tr 1
3 Zeitschalter
4 Schwellwertschalter
C 1 SOAR-Kondensator
C 2; C 3 Kondensatoren
C 4; C 5 Auskoppelkondensatoren
L 1-L 3 Drosseln
La 1 Lampe
R 1; R 2 Emitterwiderstände
R 3-R 8 Widerstände
Tr 1 Steuertransformator
V 1; V 2 Freilaufdioden
V 3; V 4 Schalttransistoren
V 5/V 6; V 7/V 8 Darlingtontransistoren V 9; V 10 Dioden
w 1-w 3 Wicklungen von Tr 1
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung eines Halbbrückenwechselrichters für
die Zündung und den Wechselstrombetrieb einer oder
mehrerer Entladungslampen, der Emitterwiderstände für die
Schalttransistoren aufweist, aus einer
Gleichspannungsquelle gespeist wird und bei dem die
Klemmen der Gleichspannungsquelle miteinander verbunden
sind durch eine Reihenschaltung aus mindestens einem
Transistor und dem Lastkreis, mindestens bestehend aus der
Reihenschaltung der Wicklung eines Steuertransformators,
einer Drossel, einer Entladungslampe, welcher mindestens
ein Kondensator parallel geschaltet ist und einem
Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den
Emitterwiderständen (R 1; R 2) der Schalttransistoren (V 3;
V 4) des Halbbrückenwechselrichters Darlingtontransistoren
(V 5/V 6; V 7/V 8) geschaltet sind, wobei einer der beiden
Darlingtontransistoren (V 7/V 8 V 5/V 6) mit der Basis an
einen Zeitschalter (3) angeschlossen ist und der Eingang
eines Schwellwertschalters (4) an eine Wicklung (w 1) des
Steuertransformators (Tr 1) des Halbbrückenwechselrichters
geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zeitschalter (3) an die
Speisespannung des Halbbrückenwechselrichters mit dem
Pluspol (1) und dem Minuspol (2) angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertschalters
(4) über einen Widerstand (R 7) an die Basis des
Darlingtontransistors (V 5/V 6 V 7/V 8) geschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertschalters
(4) an einen Kondensator (C 2) geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Eingang des Schwellwertschalters
(4) über eine Diode (V 10) an eine Wicklung (w 1) des
Steuertransformators (Tr 1) geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (4) aus einem
Transistor besteht, an dessen Basis ein Schwellwertelement
(Diode, Leuchtdiode, Z-Diode) geschaltet ist.
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Legal Events
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