DE3841095A1

DE3841095A1 - Schaltungsanordnung eines halbbrueckenwechselrichters

Info

Publication number: DE3841095A1
Application number: DE19883841095
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Rudolph; Matthias Horn
Original assignee: NARVA VEB
Current assignee: NARVA VEB
Priority date: 1987-11-16
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-06-13
Also published as: DD267617A1

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

Claims

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.