DE9005084U1

DE9005084U1 - Elektronisches Vorschaltgerät

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Publication number: DE9005084U1
Application number: DE9005084U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2000-05-05

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Elektronisches Vorschaltgerät 5

Technisches Gebiet

Die Neuerung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem von einer Transistorschalter-Brückenanordnung Gebrauch machenden Wechselrichter, dam ausgabeseitig wenigstens ein Lastkreis, bestehend aus der Reihenschaltung einer Drossel mit der Parallelschaltung aus einem Zündkondensaici. und sine Leuchtstoffs?" =>. angeschaltet ist und bei dem die hochfrequente wechselseitige Aru-euerung der Schaltertranixstoren des e-igengesteuerten Wechse.iichters ~it Hilfe eines die Selbstci-egungsbedingung gewährleistenden Sättigungsübertragers verwirklicht ist, dessen Primärwicklung im l.aststromkreis und dessen sekundäre Steuerwicklungen in den Steuerstromkreisen der Transistorschalter angeordnet sind.

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Zugrundeliegender Stand der Technik

Elektronische Vorschaltgeräte dieser Art sind beispielsweise 25 durch die Literaturstelle DE 31 52 951 C2 bekannt. Durch diese }< Literaturstelle ist es auch bereits bekannt, den Sättigungstransformator mit einer zusätzlichen Sekundär wicklung zu P versehen, die beim Einschalten der Leuchtstoffröhre, und zwar in deren Vorzündphase, zum Zwecke einer ausreichenden Vorheizf 30 zeit der Lampenelektroden kurzgeschlossen wird, um auf diese Weise einer erhöhte Schaltfrequenz des eigengegesteuerten ; Wechselrichters zu erhalten. Wie die Praxis jedoch zeigt, stößt die Verwirklichung dieses Vorschlags auf nicht unerhebliche Schwierigkeiten, die seine Verwirklichung bisher verhindert haben.

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Offenbarung der Neuerung

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein elektronisches Vorschaltgerät der einleitend beschriebenen Art eine spezielle Lösung für die ein- oder mehrfache Frequenzumschaltung des eigengesteuerten Wechselrichters unter Verwendung von zusätzlichen Sekundärwicklungen an7'.«geben, die ohne Schwierigkeiten realisierbar ist und auet; /on der Bemessung hinsichtlich der Schaltfrequenzen, auf die der eigengesteuerte Wechselrichter umschaltoar sein soll, keine Schwierigkeiten bereitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerurg durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Neuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit Hilfe der ein- oder mehrfachen Unterteilung des ferromagnetischen Kernquerschnitts des Sättigungsübertragers zwei oder mehr Ringkerne mit unterschiedlich großer Ringkernquerschnittsflache in relativ weiten Grenzen (»ittels zusätzlicher kurzschließbarer Sekundärwicklunger, die lediglich jeweils einen der Ringkerne oder eine Teilanordnung der Gesamtanordnung der Ringkerne umfassen, in außerordentlich einfacher und vorteilhafter Weise verwirklicht werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Schutzanspruch 1 sind in den weiteren Patentansprüchen 2 b.*.s 6 angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Neuerung dienenden Figuren

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes mit einem eigengesteuerten Wechselrichter unter Verwendung eines Sättigungsübertragers mit einer weiteren kurzschließbaren Sekundärwicklung,

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*·..^: ■'·' ' 3 ' ..··· 89 G 1398 UE Fig. 2 der Sättigungsübertrager des Wechselrichters nach Fig. 1

im Schnitt,
Fig. 3 der Verlauf der Vorheizspannung und des Vorheizstromes über der Schaltfrequenz,

Fig. 4 der Lastkreis des elektronischen Vorschaltergerätes nach Fig. 1 in der Vorzündphase der Leuchtstoffröhre mit eingezeichneter Vorheizspannung und eiriezeichnetem Vorheizstrom,

Fig. 5 der Verlauf der Nennleistung P über der Scnaltfrequenz IQ bei gp7t_inrlRt.Rr Leunhtstof f röhr e .

Fig. 6 eine Darstellung des Lastkreises im gezündeten Zustand der Leuchtstoffröhre mit eingezeichneter Nennleistung, Fiy. 7 eine Variante des Wechselrichters des elektronischen

Vorschaltgerätes nach Fig. 1 mit einem Sättigungsübertrager mit zwei weiteren kurzschließbaren Sekundärwicklungen ,
Fig. 8 eine Darstellung des Sättigungsübertragers bei der Variante des Wechselrichters nach Fig. 7 im Schnitt.

Bester Weg zur Ausführung der Neuerung

Beim Blockschaltbild eines elektronischen Vorschaltgerätes nach Fig. 1 weist der eigengesteuerte Wechselrichter WR eingangsseitig eine Gleichrichterschaltung GLS auf, die mit der Netzwechselspannung un über ein Oberwellenfilter OWF verbunden ist. Aus gangsseitig ist an den Wechselrichter WR der Lastkreis LAK angeschaltet.

3Q Die Gleichrichterschaltung GLS besteht eingangsseitig aus dem Gleichrichter GL für eine Doppelweggleichrichtung der Netzwechelspannung un und einem ausgangsseitigen Lackkondensator CL, an dem die Betriebsgleichspannung UL für den Wechselrichtei WR anliegt. Der Lastkreis LAK besteht seinerseits aus der Reihenschaltung der Drossel L mit der Parallelschaltung aus dem Zündkondensator CZ und der Leuchtstoffröhre LL.

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Der eigengesteuerte Wechselrichter WR besteht aus einer Schal- I ter-Halbbrückenanordnung mit den beiden Schaltertransistoren if TrI und Tr2 sowie dem Halbbrückenkondensator CH. Die Schalter- | transistoren TrI und Tr2, deren Emitter-Kollektorstrecke je- 1 weils eine Freilaufdiode DFl bzw. DF2 parallel geschaltet ist, | weisen jeweils einen Emitterwiderstand Rl bzw. R2 auf und sind | mit ihrem Basisanschluß an ein T-Glied angeschaltet, das '

jeweils aus zwei Längswiderständen R11/R12 bzw. R21/R22 und einem Querkonüensalor Cl bzw. C2 besteht. Diese T-Glieder sind

eingangsseitig jeweils an eine sekundäre Steuerwicklung L21 bzw. L22 eines Sättigungsübertragers Sl) angeschlossen, dessen Primärwicklung LIl im Stromkreis des Lastkreises LAK liegt.

Weiterhin weist der Sättigungsübertrager SU eine weitere Sekun- ■ därwicklung L23 auf, die mit ihrem Mittelabgriff M mit dem Bezugspotential GND verbunden ist. Der weiteren Sekundärwicklung L23 ist die gegensinnige Reihenschaltung der beiden Dioden Dl und D2 parallel geschaltet, deren gemeinsamer Verbindungspunkt VP über den steuerbaren Schalter S ebenfalls mit dem Bezugspotential GND verbindbar ist.

Der Schalter S wird von einer Steuereinrichtung SE betätigt, der eingangsseitig die Betriebsgleichspannung UL am Ladekondensätüf CL zugeführt wird. Die Steuereinrichtung SE kann in ein-

fächer Weise ein Zeitglied sein, das beim Einschalten des Vor-

schaltgerätes anspricht und für eine vorgegebene Zeit den %

Schalter S im Schließzustand hält. In diesem Schließzustanr) ist dann die weitere Sekundärwicklung L23 über die beiden Dioden Dl · und D2 kurzgeschlossen und bewirkt hierdurch eine Verschiebung k

der Schaltfrequenz f des eingesteuerten Wechselrichters zu |

einem gewünschten höheren Wert. |

Eine bevorzugte Ausführungsform des Sättigungsübertragers SÜ des Wechselrichters WR nach Fig. 1 ist in schematischer Dar- = stellung in Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Wie Fig. 2 erkennen ■

läßt, besteht der Sättigungsübertrager Sl) aus zwei in einem vorgegebenen Abstand konzentrisch übereinander angeordneten j

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Ringkernen Kl und"«2, die sich voneinander lediglich in ihrer Kernhöhe voneinander unterscheiden. Die Primärwicklung LIl und die sekundären Steuerwicklungen L21 und L22 umfassen jeweils beic<e Ringkerne Kl und K2, nutzen also den ferromagnetischen Kernquerschnitt beider Ringkerne. Die weitere Sekundärwicklung L23 mit ihrem Mittelabgriff M umfaßt ausschließlich den die größere Höhe aufweisenden Ringkern Kl. Durch geeignetes Verhältnis der Höhen der RingUanne Kl und K2 wird festgelegt, in welchem Verhältnis bei Kurzschluß der weiteren Sekundärwicklur.g 10 L23 der wirksame ferromagnetische Kernquerschnitt für die ijr Primärwicklung LiI und die sekundären Steuerwicklungen L21 und L22 reduziert und damit die Selbsterregungsbedingung des eigensteuerten Wechselrichters WR zu einer höheren Schaltfrequenz f verschoben wird. 15

Eine bevorzugte Anwendung dieser Maßnahme ergibt sich für die Festlegung der Verheizzeit der Elektroden der Leuchtstofflampe LL beim Einschalten des Vorschaitgerätes. Wie Fig. 3 erkennen läßt, durchläuft die Vorheizspannung uvh an der Leuchtstoffröhre in Abhängigkeit der Schaltfrrquenz f eine Resonanzkurve, |. deren Resonanz durch den Serienschwingkreis aus der Drossel L und dem Zündkondensator CZ bestimmt ist. Um zu verhindern, daß an der Leuchtstoffröhre LL eine Spannung auftritt, die groß genug ist u™ sis zu zünder

vorgeheizt sind, wird durch Kurzschließen der weiteren Sekun- |: därwicklung L23 die Schaltfrequenz des Wechselrichters WR auf Sl die in Fig. 3 angegebene hohe Vorheizschaltfrequenz fvh eingestellt, die hierbei oberhalb des Resonanzmaximums des Serienschwingkreises des Lastkreises LAK liegt. In das Diagramm der 30 Fig. 3 ist auch der Vorheizstrom ivh eingetragen, der ebenfalls über der Schaltfrequenz f ein Resonanzverhaiten zeigt.

In Fig. 4, die den Lastkreis LAK im nicht gezündeten Zustand der Leuchtstoffröhre LL zeigt, ist der Vorheizstrom ivh, der &ngr; 35 durch die Drossel L und fließt sich über die aufzuheizenden

Elektroden der Leuchtstoffröhre LL und den Zündkondensator CZ schließt, eingetragen. Die am Zündkondensator CZ anliegende I; Vorheizspannung uvh bleibt dabei kleiner als die für das Zünden B der Leuchtstoffröhre Ll erforderliche Spannung.

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Im gezündeten Zustand der Leuchtstoffröhre LL verbraucht die Leuchtstoffröhre LL, nie der in Fig. 6 ebenfalls dargestellte Lastkreis LAK zeigt, eine Nennleistung P, die, wie das Diagramm in Fig. 5 verdeutlicht, ebenfalls frequenzabhängig ist und mit zunehmender Schaltfrequenz f des Wechselrichters WR abnimmt. Zum Zünden der Leuchtstoffröhre LL wird der Schalter S durch die Steuereinrichtung SE geöffnet und damit eine Frequenzumschaltung der Schaltfrequen*: des Wechselrichters von der Vorheizfrequenz fvh auf die Betriebsfrequenz fb um die Schaltfrequenzdifferenz Af erniedrigt.

Die Abhängigkeit oer Nennleistung &Pgr; der Leuchtstoffröhre LL in Abhängigkeit der Schaltfrequenz f gibt die Möglichkeit, die Frequenzumschaltung des eigengesteuerten Wechselrichters WR nicht nur für die Festlegung einer ausreichenden Vorheizphase der Elektroden der Leuchtstoffröhre LL zu nutzen. Durch Verändern der Nennleistung P in Abhängigkeit der Schaltfrequenz f kann auch in außerordentlich vorteilhafter Weise eine Helligkeitssteuerung der Leuchtstoffröhre LL im Betrieb durchgeführt werden.

Die in Fig. 7 dargestellte Variante des Wechselrichters WR nach Fig. 1 zeigt einen Sättigungsübertrager SÜ hit zwei weiteren Sekundärwicklungen L23 und L24 dis js^clls durch &egr;&iacgr;&pgr;&egr;&eegr; Schsltkontakt des Schalters S, der wiederum durch die Steuereinrichtung SE betätigt wird, einzeln über Dioden Dl, D2 bzw. D3, D^- kurzschließbar sind. Auf diese Weise kann die Helligkeit der Leuchtstoffröhre für insgesamt drei verschiedene Helligkeitsstufen eingestellt werden. Die Schalteinri'-^ /.g SE ist hierfü/ zweckmäßig mit einem fernbedienbaren Schalter ausgestattet, der im Symbol bei der Schalteinrichtung SE angedeutet ist.

Der Sättigungsübertrager SÜ des Wechselrichters WR nach Fig. 7 ist entsprechend Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung im Schnitt in Fig. 8 gezeigt. Er weist drji lediglich hinsichtlich ihrer Höhe unterschiedlich große Ringkerne KlI, K12 und K2 auf. die wiederum in vorgegebenem Abstand konzentrisch übereinander angeordnet sind und die gemeinsam sowohl von der Primär-

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wicklung LIl als auch von den sekundären Steuerwicklungen L21 und L22 in ihrer Gesamtheit umschlossen sind. Die weitere Sekundärwicklung L23 umfaßt die beiden Ringkerne KIl und K12 gemeinsam, während die weitere Sekundärwicklung L24 lediglich den Ringke~n K12 umschließt.

Natürlich ist die Ausführung des Sättigungsübertrages SU nicht auf die in den Fig. 3 und 8 dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Soll beispielsweise die Helligkeitssteuerung über mehr als drei Stufen möglich sein, dann kann dies mit einem Sättigungsübertrager SÜ gleicher Art verwirklicht werden, der darm jedoch eine Gesamtringkern-Anordnung aufweisen muß, die aus mehr als drei übereinander angeordneten Ringkernen besteht.

Die bevorzugte Ausführung des Kurzschlusses einer weiteren Sekundärwicklung L23 bzw. L24 über zwei gegsnsinning parallel geschaltete Dioden Dl und D2 hat den Vorteil, daß der Innenwiderstand des Scnalters S nicht in den Kurzschlußkreis einbezogen wird. Bei Verwendung von Dioden Dl und D2 mit besonders kleinem Durchlaßwiderstand läßt sich auf diese Weise ein nahezu idealer Kurzschluß verwirklichen.

Claims

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Schutzansprüche

1. Elektronisches Vorschaltgerät mit einem von einer Transistorschalter-Brückenanordnung Gebrauch machenden Wechselrichter, dem ausgangsseitig wenigstens ein Lastkreis, bestehend aus Jer Reihenschaltung einer Drossel mit der Parallelschaltung aus einem Zündkondensator und einer Leuchtstoffröhre, angeschaltet ist und bei dem die hochfrequente wechselseitige Ansteuerung der Schaltertransistojfen des eigengesteuerten Wechselrichters mit Hilfe eines die Selbsterregungsbedingung yewsnrleistenden Sättigungsübertragers verwirklicht ist, dessen Primärwicklung im Laststromkreis und dessen sekundäre Steuerwicklungen in -«en Steuerstroflikrsisen '^r Schalttransistoren angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß 2&lgr;&igr;&ggr; Umschaltung der hcc >equente- Schaltfrequenz (f) des eigenge Vsuerten Wechselrichters (WF'. der Sättigungsübertrager (SU) aus wenigstens zwei Ringkern (Kl";il,K12,K2) besteht, die geir-.insam den ferromagnetischen Kern sowohl für die Primärwicklung (LH) als auch für jede der sekundären Steuerwicklun- gen (L21.L22) bilc'-sn und daß wenigstens einer von den Ringkernen (K1,K11,K12,K22) eine über einen steuerbaren Schalter (S) *.j.>igstens annähernd kurzschließbare weitere Sekundärwicklung (L23,L24) aufweist.

2. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsübertrager (SÜ) für mehrere weitere Sekundärwicklungen (L23,L24), die jeweils über einen steuerbaren Schalter (S) wenigstens annähernd kurzschließbar sind, mehrere Ring- kerne (K11,K12,K2) aufweist, von denen jeweils einer (KIl) oder aber auch eine Ringkernteilauswahl (KlI,K12) aus der Gesamtheit der Ringkerne den ferromagnetischen Kern für jeweils eine der weiteren Sekundärwicklungen (L23,L24) bildet.

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3» Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkernanordnung des Sättigungsübertragers (SÜ) eine Zylinderform hat, bei der die Ringkerne (Kl,K11,K12,K2) kon zentrisch übereinander mit vorgegebenem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.

4. Elektronisches Vorsehallgeiü ^. :h eine?* der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Sekundärwicklung (L23.L24) einen Mittelabgriff (M) aufweist und deren Endanschlüsse miteinander ü^Ker zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Dioden (Dl,D2) mit .abglichst kleinem Durchlaßwiderstand verbunden sind und daß der gemeinsa me Verbindungspunkt (VP) dieser beiden Dioden (Dl,D2) über den steuerbaren Schalter (S) an den Mittelabgriff (M) bzw. dessen Bezugspotential (GND) anschaltbar ist.

5. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines zwei Ringkerne (Kl,K2) aufweisenden Sättigungsübertragers (SÜ) mit einer weiteren Sekundärwicklung (L23) für die Umschaltung der hochfrequenten Betriebsschaltfre quenz (fb) des eigengesteuerten Wechselrichters (WR) auf eine um den Faktor 1,5 höhere Vorheizschaltfrequenz (frh) während der Vorzündphase, der ferromagnetische Kernqueischnitt dfes von dieser weiteren Sekundärwicklung (L23) umfaßten Ringkerns (Kl) größer ist als der zweifache ferromagnetische Kernquerschnitt des anderen, von dieser weiteren Sekundärwicklung (L23) nicht umfaßten Ringkerns (K2).

6. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (SE) für den der weitzren Sekundärwicklung (L23,L24) zugeordneten Schalter (S) ein auf das Auftreten der Betriebsgleichspannung (UL) am Eingang des Wechselrichters (WR) ansprechendes Zeitschaltglied ist.