DE69114982T2 - Stromversorgungskreis. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung, die als eine Startervorrichtung einer Entladungslampe zu verwenden ist, und insbesondere auf eine Leistungsversorgungsschaltung, welche eine Leistungsumsetzungsschaltung eines zusammengesetzten Typs mit einer Zerhackerschaltung und einer Inverterschaltung ist.
• Es ist eine zusammengesetzte Leistungsversorgungsschaltung bekannt, die als Zerhacker zum Anheben der Spannung eines Gleichstromes und als Inverter zum Umsetzen des Gleichstromes in einen Hochfrequenz-Wechselstrom vor Versorgung der Last mit Leistung arbeitet. Figur 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt ein Schaltungsdiagramm einer derartigen Leistungsversorgungsschaltung.
• In Figur 1 wird ein Wechselstrom von einer Einphasen-Wechselstromquelle (Netz-Wechselstromversorgung) 2 durch eine Diodenbrücke 4 gleichgerichtet. Ein Anschluß einer Reihenschaltung aus einer Induktivität 6 und einer in Vorwärtsrichtung liegenden Diode 8 ist auf der Versorgungsseite der Schaltung angeordnet und mit dem positivseitigen gleichgerichteten Stromausgangsanschluß der Diodenbrücke 4 verbunden. Der negativseitige gleichgerichtete Stromausgangsanschluß der Diodenbrücke 4 ist mit einem Anschluß einer anderen Reihenschaltung aus einer Spule 10 und einer in Vorwärtsrichtung liegenden Diode 12 verbunden. Noch eine andere Reihenschaltung mit Kondensatoren 14 und 16 ist zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen der Diodenbrücke 4 verbunden.
• FETs (Feldeffekttransistoren) 18 und 20 eines Paares von Schaltvorrichtungen, die abwechselnd bei einer hohen Frequenz ein- und ausschalten, sind in Reihe verbunden. Die Kathode der Diode 8 (oder der verbleibende Anschluß der Reihenschaltung aus der Induktivität 6 und der Diode 8) ist mit Drain des FET 18 verbunden, während die Anode der Diode 12 (oder der verbleibende Anschluß der Reihenschaltung aus der Induktivität 10 und der Diode 12) an die Source des FET 20 angeschlossen ist. Der Knoten der Kondensatoren 14 und 16 ist mit dem Knoten der FETs 18 und 20 verbunden, die parallel zu jeweiligen rückwärts liegenden Dioden 22 und 24 angeschlossen sind. Die Kombination des FET 18 und der Diode 22 und diejeniege des FET 20 und der Diode 24 bilden so zahlreiche rückwärts leitende Schaltvorrichtungen. Ein Glättungskondensator 26 liegt zwischen Drain des FET 18 und Source des FET 20.
• Wenn eine Leistungsversorgungsschaltung mit der oben beschriebenen Konfiguration in Gebrauch genommen wird, liegt eine Last 32, beispielsweise eine mit einer Induktivität versehene Entladungslampe, zwischen dem Ausgangsanschluß der Schaltung oder dem Knoten der FETS 18 und 20 und dem Knoten der Kondensatoren 28, 30, deren verbleibende Anschlüsse an die jeweiligen Anschlüsse des Glättungskondensators 26 angeschlossen sind. Hochfrequenz-Wechselstsromleistung wird zu der Entladungslampe 32 gespeist, um diese einzuschalten, da die FETs 18 und 20 abwechselnd nach Empfang von Ansteuersignalen von Ansteuerschaltungen 34 und 36 ein- und ausschalten.
• Daher arbeiten in der Leistungsversorgungsschaltung die beiden Sätze einer FET-Dioden-Kombination unter Verwendung der FETs 18 und 20 und der Dioden 22 und 24, die parallel mit den jeweiligen FETs 18 und 20 geschaltet sind, als zwei Spannungsanhebezerhacker, da sie abwechselnd aktiviert werden, um die elektrischen Ladungen zu übertragen, die in den Kondensatoren 14 und 16 angesammelt sind, welche seriell jeweils zwischen den gleichgerichteten Stromausgangsanschlüssen zu den Induktivitäten 6 und 10 verbunden sind, und entladen gleichzeitig die in den Induktivitäten 6 und 10 gespeicherten elektrischen Ladungen zu dem Glättungskondensator 26, während die kombinierten FETs 18, 20 und der Glättungskondensator 26 als ein Halbbrückeninverter arbeiten, der die Last 32 mit einer Hochfrequenzleistung versorgt.
• Figur 2 der begleitenden Zeichnungen zeigt ein Schaltungsdiagramm einer anderen ähnlichen Leistungs- bzw. Stromversorgungsschaltung. In dieser Schaltung ist eine Diode 8 zwischen dem positivseitigen gleichgerichteten Stromausgangsanschluß einer Diodenbrücke 24 und Drain eines FET 18 verbunden, während eine andere Diode 12 zwischen Source eines anderen FET 20 und dem negativseitigen gleichgerichteten Stromausgangsanschluß der Diodenbrücke 4 angschlossen ist, wobei eine Induktivität 38, die als ein Zerhacker arbeitet, zwischen der Verbindung der Kondensatoren 14 und 16 und derjenigen der FETs 18 und 20 angeschlossen ist.
• In Figur 3, die ein Schaltungsdiagramm einer noch anderen Strombzw. Leistungsversorgungsschaltung zeigt, sind ein Kondensator 14 und eine Induktivität 38, die als ein Zerhacker arbeitet zwischen den positivseitigen gleichgerichteten Stromanschluß einer Diodenbrücke 4 und den Knoten FETs 18 und 20 geschaltet.
• Wiederum in jeder dieser Strom-bzw. Leistungsversorgungsschaltungen arbeiten die zwei Sätze einer FET-Dioden-Kombination unter Verwendung der FETS 18 und 20 und der Dioden 22 und 24, die parallel mit den jeweiligen FETs 18 und 20 geschaltet sind, als zwei Spannungsanhebezerhacker, da die FETs 18 und 20 abwechselnd aktiviert werden, um die elektrischen Ladungen in den Kondensatoren 28, 30 oder 14 zu der Induktivität 38 zu übertragen und gleichzeitig die in der Induktivität 38 gespeicherte elektrische Ladung zu einem Glättungskondensator 26 zu übertragen, während ein Halbbrückeninverter aus dem FET 18 und 29 und dem Glättungskondensator 26 die Last 32 mit einer Hochfrequenzleistung speist.
• In einer bekannten Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung wie diese in Figur 1 gezeigt ist, sollte bemerkt werden, daß ein großer elektrischer Strom, der durch eine durch A in der Zeichnung angedeutete Strecke fließt, auftritt, um übermäßig den Glättungskondensator 26 zu laden, wenn die Spannung V der Strom- bzw. Leistungsquelle, obwohl momentan, höher als die Spannung V zwischen den zwei Anschlüssen des Glättungskondensators 26 infolge eines Spannungsstoßes der Stromversorgungsleitung geworden ist. Wenn einer der FETS 18 und 20 unter dieser Bedingung einschaltet, können die in einer der Induktivitäten 6 und 10 angesammelten elektrischen Ladungen einen Überstrom verursachen, der durch den in Frage stehenden FET 18 oder 20 läuft. Während die Rate des Überstromes von den Umständen abhängen kann, ünter denen der Überstrom auftritt, kann sie 10mal höher als diejenige eines gewöhnlichen Stromes sein und den betreffenden FET 18 oder 20 zerstören.
• Eine bekannte Leistungs- bzw. Stromversorgungsschaltung, wie in Figur 1 gezeigt, wird auch von einem Problem einer übermäßig hohen Gleichspannung V begleitet, die zwischen den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators 26 in Erscheinung treten kann, da eine übermäßige Elektrizität in den Glättungskondensator 26 angesammelt wird, wenn die Last 32 Elektrizität bei einer relativ niedrigen Rate verbraucht.
• Eine bekannte Strom- bzw. Leistungsversorgungschaltung, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, hat inhärent ein Problem, daß die Spannungswellenform des ankommenden Stromes, wie in Figur 4A gezeigt, abgewandelt wird, um eine gerundete Stromwellenform zu zeigen, wie dies in Figur 48 gezeigt ist, bevor der Strom die Last 32 erreicht. Die Wellenform von Figur 48 umfaßt neben einer Grundwellenform eine tertiäre harmonische Komponente, wie dies in Figur 4C gezeigt ist, welche aus der Wechselstromversorgungsleitung leckt oder austritt und nachteilhaft den Betrieb des nahe gelegenen elektronischen Gerätes beeinträchtigt.
• Das zum Stand der Technik zählende Dokument japanische Patentanmeldung Nr. 21090 und die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 3-226276 offenbaren Schaltungsanordnungen ähnlich zu denjenigen, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt sind.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung vorzusehen, die gegen eine Zerstörung der Schaltvorrichtungen geschützt ist, selbst wenn die Stromquellenspannung momentan übermäßig hoch angehoben wird.
• Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung zu schaffen, die das Auftreten jeglicher Gleichstrom-Überspannung in ihr verhindern kann, wenn die Rate eines Energieverbauches der Last abgesenkt ist.
• Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung anzugeben, die die Wellenform des Stromes korrigieren kann, der zu ihrer Last gespeist ist, um dicht zu einer Sinuswelle zu werden.
• Zur Lösung dieser Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung eine Strom- bzw. Spannungsversorgungsvorrichtung vor, wie diese im Patentanspruch 1 angegeben ist.
• Diese Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
• Figur 1 ein Schaltungsdiagramm einer zum Stand der Technik zählenden Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung ist, welche deren Schaltungskonfiguration zeigt,
• Figur 2 ein Schaltungsdiagramm einer anderen, zum Stand der Technik zählenden Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung ist, wobei deren Schaltungskonfiguration gezeigt ist,
• Figur 3 ein Schaltungsdiagramm einer noch anderen, zum Stand der Technik zählenden Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung ist, wobei deren Schaltungskonfiguration gezeigt ist,
• Figuren 4A, 4B und 4C graphische Darstellungen sind, die zeigen, wie die Stromwellenform in jeglicher der zum Stand der Technik zählenden Stromversorgungsschaltungen abgewandelt wird, und
• Figur 5 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Anordnung eines Ausführungsbeispiels einer Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die vorliegende Erfindung wird in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung illustrieren. In die Zeichnungen und der betreffenden Beschreibung werden Schaltungskomponenten, die ähnlich sind zu denjenigen der oben beschriebenen Stromversorgungsschaltung nach dem Stand der Technik mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht weiter näher beschrieben.
• Figur 5 ist ein Schaltungsdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und zeigt deren Schaltungskonfiguration. In Figur 5 liegt eine Spannungsteilerschaltung, die eine Reihenschaltung ist, welche durch Widerstände R1 und R2 gebildet ist,um die Eingangsspannung zu erfassen, zwischen dem positivseitigen gleichgerichteten Stromausgangsanschluß einer Diodenbrücke 4 und dem Knoten einer Reihenschaltung aus Kondensatoren 14 und 16. Eine Hälfte der momentanen Eingangsspannung liegt an dieser Spannungsteilerschaltung. Der Knoten der Widerstände R1 und R2, wo die geteilte Spannung erzeugt ist, ist mit einem von zwei Eingangsanschlüssen einer Vergleicherschaltung 40 verbunden. Die Reihenschaltung der Kondensatoren 14 und 16 ist zwischen den beiden gleichgerichteten Stromausgangsanschlüssen der Diodenbrücke 4 angeordnet. Der Knoten der Kondensatoren 14 und 16 ist verbunden mittels einer Verbindungsleitung n zu den Knoten der FETS 18 und 29, die so zahlreiche Schaltvorrichtungen bilden.
• Eine Reihenschaltung, die durch einen Kondensator C1 und eine Diode D1 gebildet ist, deren Anode mit einem Glättungskondensator 26 verbunden ist, ist zwischen dem positivseitigen Anschluß des Glättungskondensators 26 und der Verbindungsleitung n angeordnet. Einer der beiden Anschlüsse einer anderen Spannungsteilerschaltung, die auch eine Reihenschaltung ist, die durch Widerstände R3 und R4 gebildet ist, ist mit dem Knoten einer Diode D1 und des Kondensators C1 verbunden, während ihr anderer Anschluß an die Verbindungsleitung n angeschlossen ist. Die Spannung V zwischen den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators 26 ist an die Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen R3 und R4 gelegt. Der Knoten der Widerstände R3 und R4, wo das Ausgangssignal der Spannungsteilerschaltung erzeugt wird, ist mit dem anderen Eingangsanschluß einer Vergleicherschaltung 40 verbunden.
• Der Ausgangsanschluß der Vergleicherschaltung 40 ist mit dem Eingangsanschluß einer Steuerschaltung 42 verbunden. Steuersignale von der Steuerschaltung 42 sind zu Ansteuerschaltungen 34 und 36 gespeist, die zum Ansteuern der jeweiligen FETS 18 und 20 ansprechen.
• In einer Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung mit einer Konfiguration, wie diese oben beschrieben ist, sind das Spannungsverhältnis der Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen R1 und R2 und dasjenige der Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen R3 und R4 jeweils auf vorbestimmte Werte eingestellt. Dann wird das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 40 invertiert, wann immer die momentane Eingangsspannung V die Spannung V zwischen den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators 26 aus dem einen oder anderen Grund überschreitet, der ein Spannungsstoß sein kann, der auf einer Strom- bzw. Leistungsversorgungsleitung auftritt. Unter dieser Situation wird das Vergleichsausgangssignal der Vergleicherschaltung 40 zu der Steuerschaltung 42 geschickt.
• Nach Empfang eines Vergleichsausgangssignales sendet die Steuerschaltung 42 Steuersignale zu den Ansteuerschaltungen 34 und 36, um den Betrieb FETs 18 und 19 zu stoppen. Folglich übertragen die Ansteuerschaltungen 34 und 36 keine weiteren Impulssignale zu den Gates der jeweiligen FETs 18 und 20, um die letzteren anzusteuern, welche dann ihre jeweiligen Schaltoperationen beenden. Auf diese Weise werden die FETS 18 und 20 davor geschützt, einem übermäßig großen elektrischen Strom ausgesetzt zu sein.

Claims (2)

1. Leistungsversorgungsvorrichtung mit

einer Vollwellengleichrichterschaltung (4) zum Gleichrichten des von einer Wechselstromquelle (2) eingespeisten Gleichstromes, um einen Quelleneingangsgleichstrom zu erzeugen,

ersten und zweiten Kondensatoren (14, 16), die in Reihe zwischen den zwei gleichgerichteten Stromausgangsanschlüssen der Vollwellengleichrichterschaltung (4) verbunden sind,

einer ersten Reihenschaltung, bei der einer der beiden Anschlüsse an den positivseitigen gleichgerichteten Stromausgangsanschluß der Vollwellengleichrichterschaltung (4) angeschlossen ist und die eine erste Diode (8) mit einer Vorwärtspolarität bezüglich der Richtung des Ausgangsstromes der Vollwellengleichrichterschaltung (4) aufweist,

einer zweiten Reihenschaltung, bei der einer der beiden Anschlüsse mit dem negativseitigen, gleichgerichteten Stromausgangsanschluß der Vollwellengleichrichterschaltung (4) verbunden ist,

einem Glättungskondensator (26), der zwischen dem anderen Anschluß der ersten Reihenschaltung und dem anderen Anschluß der zweiten Reihenschaltung verbunden ist,

ersten und zweiten, rückwärtsleitenden Schaltvorrichtungen (18, 20, 22, 24), die in Reihe miteinander angeordnet und beide parallel zu dem Glättungskondensator (26) verbunden sind, wobei der Knoten zwischen den ersten und zweiten rückwärts-leitenden Schaltvorrichtungen (18, 20, 22, 24) mit dem Knoten zwischen den ersten und zweiten Kondensatoren (14, 16) verbunden ist,

wobei die erste Reihenschaltung außerdem eine erste Induktivität (6) aufweist, und

wobei die zweite Reihenschaltung außerdem eine zweite Induktivität (10) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Leistungs- bzw. Stromversorgungsvorrichtung außerdem eine Spannungsvergleichereinrichtung (40, C1, D1, R1 - R4) zum Vergleichen der Eingangsspannung von der Vollwellengleichrichterschaltung (4) und der Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators (26) und eine Steuereinrichtung (42) zum Stoppen des Schaltbetriebes der rückwärtsleitenden Schaltvorrichtungen (18, 20, 22, 24) auf der Grundlage des Ausgangssignales der Spannungsvergleichereinrichtung (40, C1, D1, R2 - R4) wann immer die Eingangsspannung von der Vollwellengleichrichterschaltung (4) in unerwünschter Weise angehoben ist, aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichereinrichtung (40, C1, D1, R1 - R4) in Reihe mit der ersten Spannungsteilerschaltung (R1, R2), die zwischen den beiden Anschlüssen des ersten Kondensators (14) verbunden ist, und zwischen den beiden Anschlüssen der ersten rückwärtsleitenden Schaltvorrichtung (18, 22) verbunden ist und eine dritte Diode (D1) deren Anode mit dem anderen Anschluß der ersten Reihenschaltung (6, 8) verbunden ist, einen dritten Kondensator (C1) , eine zweite Spannungsteilerschaltung (R3, R4) die zwischen den beiden Anschlüssen des dritten Kondensators (C1) verbunden ist, und einen Vergleicher (40) zum Vergleichen des Ausgangssignales der ersten Spannungsteilerschaltung (R1, R2) mit derjenigen der zweiten Spannungsteilerschaltung (R3, R4) aufweist.