DE102010039437A1

DE102010039437A1 - Schaltung, Netzfilter, Betriebsgerät und Leuchtvorrichtung oder Lampe

Info

Publication number: DE102010039437A1
Application number: DE201010039437
Authority: DE
Inventors: Joachim Mühlschlegel; Burkhardt Weller
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23
Also published as: WO2012022555A1

Abstract

Es wird eine Schaltung vorgeschlagen umfassend mindestens einen Y-Kondensator, umfassend mindestens ein Dämpfungselement, das parallel zu dem Y-Kondensator angeordnet ist. Weiterhin werden ein Netzfilter, ein Betriebsgerät und eine Leuchtvorrichtung oder Lampe mit einer derartigen Schaltung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, ein Netzfilter, ein Betriebsgerät und eine Leuchtvorrichtung oder eine Lampe.
Ein Betriebsgerät wird an eine Netzspannung angeschlossen und weist vorzugsweise eine Eingangsstufe oder ein Netzfilter auf. Nach dem Netzfilter kann die Netzspannung gleichgerichtet (oder gewandelt) und einem Verbraucher, z. B. einer Leuchtvorrichtung, bereitgestellt werden.
Das Netzfilter ist eine elektrische Schaltung, die sowohl elektrische Störungen von elektronischen Geräten in das öffentliche Stromversorgungsnetz begrenzt (Funkentstörung) als auch die elektromagnetische Verträglichkeit elektrischer Geräte gegen Störungen aus dem Stromnetz verbessert (Erhöhung der Störfestigkeit). Netzfilter umfassen oft Tiefpässe aus Induktivitäten und Kondensatoren.
Bei transienten Überspannungen der Netzspannung (z. B. aufgrund eines Überspannungspulses, auch bezeichnet als Surge-Puls) kann an dem Ausgang des Netzfilters eine Spannung in Höhe bis zur doppelten Spannung des Überspannungspulses (gegenüber dem Erdpotential) anliegen. Hieraus resultieren hohe Spannungen zwischen einer nachgeordneten Schaltung und dem Erdpotential sowie an einem Y-Kondensator des Netzfilters. Dadurch kann die Schaltung selbst oder die Isolation zwischen der Schaltung und dem Erdpotential beschädigt werden.
Die schädliche Überspannung entsteht z. B. durch die Anregung und durch das Überschwingen eines Schwingkreises umfassend eine Netzfilterdrossel und einen Y-Kondensator des Netzfilters. Durch das Überschwingen liegt eine Spannung bis zu der doppelten Spannung des Surge-Pulses an dem Y-Kondensator. Der Y-Kondensator kann dabei entweder von Schaltungsmasse nach Erdpotential (PE, auch bezeichnet als Schutzleiter) oder von einem Anschluss (N oder L) der Netzspannung nach Erdpotential geschaltet sein. Durch die Überspannung an dem Y-Kondensator entsteht eine erhöhte Spannung zwischen der Schaltungsmasse und dem Erdpotential und somit eine Überspannung zwischen der Schaltung und dem Erdpotential.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Lösung anzugeben, transiente Überspannungen zu bedämpfen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung angegeben,

– umfassend mindestens einen Y-Kondensator,
– umfassend mindestens ein Dämpfungselement, das parallel zu dem Y-Kondensator angeordnet ist.

Insbesondere ist es eine Option, dass bei einer Schaltung, die mehrere Y-Kondensatoren umfasst, nur ein einzelner Y-Kondensator mit dem Dämpfungselement versehen wird.
Bei der Schaltung kann es sich um eine Eingangsstufe eines Betriebsgeräts (bzw. eines elektronischen Vorschaltgeräts) handeln, wie es z. B. zur Ansteuerung von Lampen oder Leuchten bzw. Leuchtvorrichtungen eingesetzt wird. Insbesondere kann die Schaltung Teil eines Netzfilters zur Verbindung mit einer Netzwechselspannung sein.
Hierbei sei angemerkt, dass es sich bei dem Y-Kondensator um einen Kondensator handelt, der zwischen einem Massepotential der Schaltung und einem Erdpotential angeordnet ist. Alternativ kann der Y-Kondensator zwischen einem Anschluss der Netzspannung (Netzwechselspannung) und dem Erdpotential angeordnet sein. Der Y-Kondensator kann in unterschiedlichen Schutzklassen (Isolationen) ausgeführt sein.
Mittels des Dämpfungselements ist es möglich, effizient und mit kostengünstigen Mitteln Spannungen zwischen der Schaltung und dem Erdpotential zu reduzieren bzw. zu dämpfen. Dies ist vor allem von Vorteil, wenn über die Anschlüsse der Netzspannung ein transienter Überspannungsimpuls anliegt, der aufgrund der Induktivitäten und Kapazitäten der Schaltung gegenüber dem Erdpotential auf die doppelte Spannung ansteigen und die Schaltung oder die Isolation zwischen Schaltung und Erdpotential beschädigen kann.
Eine Weiterbildung ist es, dass das Dämpfungselement eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand aufweist.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Dämpfungselement eine Reihenschaltung aus einem Kondensator, einem Widerstand und einer spannungsbegrenzenden Komponente aufweist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die spannungsbegrenzende Komponente eine Zenerdiode umfasst, insbesondere mit einer Z-Spannung zwischen 200 V und 800 V.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die spannungsbegrenzende Komponente eine bidirektionale Zenerdiode umfasst, insbesondere mit einer Z-Spannung zwischen 100 V und 400 V.
Auch kann eine bipolare Suppressordiode als spannungsbegrenzende Komponente eingesetzt werden.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst die spannungsbegrenzende Komponente eine Funkenstrecke, einen Transistor, einen Mosfet oder einen elektronischen Schalter.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der Y-Kondensator und/oder der Kondensator des Dämpfungselements ein keramischer Kondensator ist/sind.
Eine Ausgestaltung ist es, dass der Kondensator 0,5mal bis 5mal die Kapazität des Y-Kondensators aufweist.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass der Widerstand wie folgt dimensionierbar ist: R_d = k·360Ω·C_d/nF, wobei
R_d den Widerstand des Dämpfungselements,
k einen vorgebbaren Parameter,
C_d den Kondensator des Dämpfungselements (in nF)
bezeichnen.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die Schaltung eine Induktivität eines Netzfilters umfasst, wobei die Induktivität mit dem mindestens einen Y-Kondensator einen Schwingkreis bildet.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Netzfilter umfassend die hier beschriebene Schaltung.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Betriebsgerät für eine Lampe oder eine Leuchtvorrichtung (bzw. Leuchte), die die hier beschriebene Schaltung, insbesondere ein Netzfilter, umfasst.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Lampe oder eine Leuchtvorrichtung (bzw. Leuchte), die die hier beschriebene Schaltung, insbesondere ein Netzfilter oder ein Betriebsgerät, umfasst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schaltung umfassend ein Netzfilter zur Verbindung mit einer Netzspannung, wobei die Netzspannung einen Anschluss L (Phase) und einen Anschluss N (Neutralleiter) aufweist;
2A eine mögliche Ausführungsform eines Dämpfungselements umfassend einen Kondensator und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand;
2B eine alternative Ausführungsform des Dämpfungselements umfassend einen Kondensator, einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand sowie eine Zenerdiode;
2C eine alternative Ausführungsform des Dämpfungselements umfassend einen Kondensator, einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand sowie eine Funkenstrecke;
2D eine alternative Ausführungsform des Dämpfungselements umfassend einen Kondensator, einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand sowie einen (elektronischen) Schalter;
2E eine alternative Ausführungsform des Dämpfungselements umfassend einen Kondensator, einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand sowie antiparallel angeordnete Zenerdioden.
Es wird vorgeschlagen, parallel zu einem Y-Kondensator ein Dämpfungselement vorzusehen. So ist es möglich, insbesondere ein Überschwingen des Schwingkreises aus Y-Kondensator und Induktivität eines Netzfilters zu bedämpfen.
1 zeigt eine Schaltung umfassend ein Netzfilter zur Verbindung mit einer Netzspannung, wobei die Netzspannung einen Anschluss L (Phase) und einen Anschluss N (Neutralleiter) aufweist.
Eine Serienschaltung aus zwei einstellbaren Widerständen R1 und R2 ist parallel zu den Anschlüssen L und N angeordnet. Der Mittenabgriff der Serienschaltung aus den Widerständen R1 und R2 ist über eine Funkenstrecke F2 mit dem Erdpotential verbunden.
Der Anschluss L ist über eine Sicherung F1 mit einem Knoten 103 verbunden. Der Anschluss N ist über eine Sicherung F3 mit einem Knoten 104 verbunden. Ein Kondensator C1 liegt zwischen den Knoten 103 und 104. Der Knoten 103 ist über eine Netzfilterdrossel L1a mit einem Knoten 105 verbunden und der Knoten 104 ist über eine Netzfilterdrossel L1b mit einem Knoten 106 verbunden. Die Netzfilterdrosseln L1a und L1b sind auf einem gemeinsamen Kern angeordnet.
Ein Kondensator C2 liegt zwischen den Knoten 105 und 106. Parallel zu der Netzfilterdrossel L1a ist eine Reihenschaltung aus einer Funkenstrecke F3 (spannungsbegrenzendes Bauteil) und einem Widerstand R3 angeordnet. Hierdurch wird ein Überschwingen des Schwingkreises reduziert bzw. bedämpft.
Der Knoten 106 ist über eine Induktivität L3 (Leitungsinduktivität der Schaltungsanordnung) und einen Y-Kondensator C3 mit dem Erdpotential verbunden.
Der Knoten 105 ist über eine Induktivität L2 mit einem Knoten 107 verbunden, wobei zwischen dem Knoten 107 und dem Knoten 106 ein Kondensator C4 angeordnet ist. Der Knoten 107 und der Knoten 106 sind mit einem Brückengleichrichter D1 verbunden, an dessen Ausgängen 101, 102 ein gleichgerichtetes Spannungssignal zur weiteren Verarbeitung z. B. für einen Verbraucher bereitgestellt wird.
Parallel zu dem Y-Kondensator C3 wird ein Dämpfungselement 108 angeordnet, das ein Überschwingen des Schwingkreises reduziert bzw. bedämpft. Aufgrund des Dämpfungselements 108 kann die Serienschaltung aus Funkenstrecke F3 und Widerstand R3 entfallen.
2A zeigt eine mögliche Ausführungsform des Dämpfungselements 108 umfassend einen Kondensator C5 und einen dazu in Reihe geschalteten Widerstand R4. Vorzugsweise ist der Widerstand R4 so ausgelegt, dass eine Anregung des Schwingkreises durch einen Überspannungsimpuls deutlich bedämpft wird.
Der Kondensator C5 stellt eine entsprechende Isolation gegenüber dem Erdpotential dar und kann z. B. als ein Kondensator mit einem Y-Kondensator-Rating ausgeführt sein, demgemäß der Kondensator C5 eine benötigte Isolationsanforderung erfüllt (für die Schutzklasse 1 ist eine Basis-Isolation gegenüber dem Erdpotential erforderlich, z. B. Y1- oder Y2-Rating).
Beispielhafte Dimensionierung der Komponenten des Dämpfungselements 108: Der Widerstand R4 kann wie folgt dimensioniert werden: R4 = k·360Ω·C5/nF mit k = 0,5 ... 2; C5 = m·C3 mit m = 0,5 ... 5.
Die Kapazität des Kondensators C5 kann beispielsweise 0,5mal bis 5mal die Kapazität des Y-Kondensators C3 betragen.
Beträgt die Kapazität des Y-Kondensators C3 beispielsweise 2,2 nF, so ergibt sich mit m = 1 die Kapazität des Kondensators C5 zu 2,2 nF und mit k = 1 ergibt sich der Widerstand R4 zu ca. 800 Ohm.
Sind die beiden Kondensatoren C3 und C5 in etwa gleich groß, kann die Überspannung um ca. 25% reduziert werden. Je größer der Kondensator C5 gegenüber dem Kondensator C3 ist, desto besser ist die Dämpfung der Überspannung. Bei einem Überspannungsimpuls in Höhe von 2 kV wird ein Überschwingen des Schwingkreises von ca. 3,8 kV auf ca. 3,1 kV reduziert.
Optional kann in Reihe zu dem Kondensator C5 und dem Widerstand R4 eine spannungsbegrenzende Komponente angeordnet sein. 2B zeigt als eine Möglichkeit für eine spannungsbegrenzende Komponente eine Zenerdiode D2 (vorzugsweise mit einer Z-Spannung in Höhe von 200 V bis 800 V), 2C zeigt eine Funkenstrecke F5 also spannungsbegrenzende Komponente, 2D zeigt einen (gesteuerten) Schalter S1, z. B. einen Transistor oder einen Mosfet als spannungsbegrenzende Komponente, und 2E zeigt zwei antiparallel angeordnete Zenerdioden D3 und D4 als spannungsbegrenzende Komponente (vorzugsweise mit je einer Z-Spannung in Höhe von 100 V bis 400 V). Alternativ kann auch eine Suppressordiode vorgesehen sein.
Somit kann auch bei einer großen Kapazität ein kleiner Ableitstrom zum Erdpotential erreicht werden. Die spannungsbegrenzende Komponente vermindert bzw. verhindert einen Umladestrom durch die Netzspannung. Dadurch wird der Ableitstrom geringer, ohne die gewünschte Dämpfungswirkung zu verringern.
Weitere Vorteile:
Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht einen kostengünstigen Schutz vor Überspannungsimpulsen und erhöht somit die Robustheit der Schaltung. Das vorgeschlagene Dämpfungselement reduziert den Überspannungsimpuls und die Resonanzen des Netzfilters. Dieser Effekt ist vorteilhaft für die Funkentstörung einer Schaltung. Die Kapazität des Dämpfungselements wirkt ebenfalls als Y-Kondensator; daher kann der ursprüngliche Y-Kondensator mit einer geringeren Kapazität dimensioniert werden.

Claims

Schaltung – umfassend mindestens einen Y-Kondensator (C3), – umfassend mindestens ein Dämpfungselement (108), das parallel zu dem Y-Kondensator (C3) angeordnet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der das Dämpfungselement (108) eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (C5) und einem Widerstand (R4) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der das Dämpfungselement (108) eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (C5), einem Widerstand (R4) und einer spannungsbegrenzenden Komponente (D2, F5, S1, D3, D4) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 3, bei der die spannungsbegrenzende Komponente eine Zenerdiode (D2) umfasst, insbesondere mit einer Z-Spannung zwischen 200 V und 800 V.
Schaltung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der die spannungsbegrenzende Komponente eine bidirektionale Zenerdiode umfasst, insbesondere mit einer Z-Spannung zwischen 100 V und 400 V.
Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die spannungsbegrenzende Komponente eine Funkenstrecke (F5), einen Transistor, einen Mosfet oder einen elektronischen Schalter umfasst.
Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Y-Kondensator und/oder der Kondensator des Dämpfungselements ein keramischer Kondensator ist/sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der der Kondensator 0,5mal bis 5mal die Kapazität des Y-Kondensators aufweist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der der Widerstand wie folgt dimensionierbar ist: R_d = k·360Ω·C_d/nF, wobei R_d den Widerstand des Dämpfungselements, k einen vorgebbaren Parameter, insbesondere in einem Bereich von 0,5 bis 2, C_d den Kondensator des Dämpfungselements (in nF) bezeichnen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Induktivität eines Netzfilters, wobei die Induktivität mit dem mindestens einen Y-Kondensator einen Schwingkreis bildet.
Netzfilter umfassend die Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Betriebsgerät für eine Lampe oder eine Leuchtvorrichtung umfassend die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Lampe oder Leuchtvorrichtung umfassend die Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.