DE1128041B - Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen aus einem Gleichstromnetz ueber einen Transistorwechselrichter und Transistorwechselrichter fuer die Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen aus einem Gleichstromnetz ueber einen Transistorwechselrichter und Transistorwechselrichter fuer die Schaltungsanordnung

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DE1128041B DEL29905A DEL0029905A DE1128041B DE 1128041 B DE1128041 B DE 1128041B DE L29905 A DEL29905 A DE L29905A DE L0029905 A DEL0029905 A DE L0029905A DE 1128041 B DE1128041 B DE 1128041B
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
KL.21f 84/02
INTERNATIONALE KL.
HOIj; H 02m
L 29905 Vinc/21f
ANMELDETAG: 10. MÄRZ 1958
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRiJFT: 19. A P RIL 1962
Transistorwechselrichter werden heute bereits an Stelle der bisher üblichen Maschinenumformer oder rotierenden Flüssigkeitsstrahlwechselrichter für die Beleuchtung von Reisezugwagen und Fahrzeugen aller Art mit Leuchtstofflampen verwendet. Dabei wird die Bordgleichspannung in eine Wechselspannung geeigneter Höhe und Frequenz umgewandelt, und zwar ist jeder einzelnen Lampe ein eigener Wechselrichter zugeordnet und der Wechselrichter mit der Strombegrenzerdrossel und der Zündeinrichtung zu einem Vorschaltgerät zusammengefaßt.
Fig. 1 zeigt als Transistorwechselrichter eine bekannte Oszillatorschaltung in Gegentaktschaltung mit mittelangezapftem Transformator, die mit entsprechenden Transistoren unmittelbar zur Speisung einer einzelnen Lampe verwendet werden kann. Die Leistung, die mit einer solchen Schaltung und Bestückung mit den zur Zeit verfügbaren Transistoren erzeugt werden kann, reicht für die Speisung einer Lampe mittlerer Wattzahl aus. Für eine Erhöhung der Wechselrichterleistung durch an sich bekanntes Parallelschalten mehrerer Transistoren ist diese Schaltung ungeeignet. Es ist nun aus verschiedenen technischen und auch betrieblichen Gründen wünschenswert, eine größere Leistung von einem einzigen Wechselrichter aus zu erzeugen, die z. B. zur Beleuchtung eines größeren Fahrzeuges, etwa eines Reisezugwagens, ausreicht.
Bei einer kleinen Bordgleichspannung von 24 V und Betrieb mit Einzelwechselrichter würde der Querschnitt der Lampenzuleitungen verstärkt werden müssen. Außerdem ist die Ausnutzung der teuren Transistoren im Einzelwechselrichter nicht hoch, da infolge der geringen Zahl von geeigneten Transistortypen für eine bestimmte Leuchtstofflampe unter Umständen kein Typ passender Leistung zur Verfügung steht und außerdem die Verluste nicht sehr klein gehalten werden können.
Es liegt demnach die Aufgabe vor, diese. Nachteile durch den Einsatz eines an sich bekannten fremdgesteuerten Wechselrichters zu beheben, der die gesamte Lampenleistung eines Fahrzeuges mit der richtigen Spannung erzeugt und der gestattet, ein Minimum an Transistorverlusten zu erzielen und damit die Transistoren höher zu belasten oder umgekehrt mit weniger Transistoren je Fahrzeuglampenleistung auszukommen.
Zum Stand der Technik sei noch darauf hingewiesen, daß eine Frequenzregelung bei Wechselrichtern bekannt ist, Schwankungen der Gleichspannung wirken sich jedoch auch auf die erzeugte Wechselspannung aus. Man hatte daher bereits auf Schaltungsanordnung
zur Speisung von Leuchtstofflampen
aus einem Gleichstromnetz über einen
Transistorwechselrichter
und Transistorwechselrichter
für die Schaltungsanordnung
Anmelder:
Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1
Dipl.-Ing. Claus Schünemann, Berlin-Wilmersdorf,
ist als Erfinder genannt worden
eine Frequenzregelung verzichtet und im Belastungskreis, d. h. im Wechselstromkreis, eine große Induktivität angeordnet, so daß die Frequenzänderung die Spannungsänderung kompensierte. Mit dem erhöhten Blindleistungsbedarf für die Induktivität sinkt jedoch auch der Wirkungsgrad für die gesamte Anordnung.
Die Erfindung betrifft nun eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen aus einem Gleichstromnetz über einen Transistorwechselrichter, welcher von einem Transistoroszillator fremdgesteuert wird, wobei für die Leuchtstofflampen eine induktive Strombegrenzung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird die Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit von Änderungen der Netzgleichspannung im den Lampenstrom konstant haltenden Sinne stärker als proportional verändert, wobei die Ausgangsspannung des Wechselrichters etwa 20 bis 40 V über der Brennspannung der Leuchtstofflampe liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Fig. 2 bis 5 erläutert.
Fig. 2 zeigt die Schaltung des Wechselrichters gemäß Erfindung. Er besteht im wesentlichen aus dem Oszillator I mit der bekannten Grundschaltung nach Fig. 1, der nachgeschalteten Gegentakt-Endstufe II, bei der zur Erzielung der gewünschten Leistung in den beiden Transistorgruppen III α und III b eine erforderliche Zahl von Transistoren parallel geschaltet wird. In Fig. 2 sind jeweils nur zwei Transistoren 30, 31 parallel geschaltet. Am Ausgangstransformator 1 des
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Oszillators tritt eine rechteckf örmige Wechselspannung Infolge der induktiven Belastung würde durch die
auf, die die beiden in Emitterschaltung geschalteten gerade offene Transistorgruppe ein Rückstrom fließen,
Transistorgruppen III α und III b der Endstufe im der erhöhte Verluste und Spannungsspitzen mit sich
Gegentakt aussteuert. Am Ausgang des Endtrans- bringen würde. Fig. 4 zeigt den Verlauf des Lampenformators 2 entsteht dadurch wieder eine rechteck- 5 stromes Iz mit der Rechteckspannung U. Durch den
f örmige Wechselspannung. Kondensator Hin Verbindung mit dem Widerstand 12
Zur Erzielung einer optimalen Wirkung ist nun eine parallel zu den Lampenkreisen wird ein Stromstoß F2
Reihe von Zusatzmaßnahmen notwendig. Die Fremd- (s. Fig. 4) hervorgerufen, der den Rückstrom F1
aussteuerung der Transistorgruppen III wird durch kompensiert.
eine Rückkopplung durch zwei Stromtransforma- io Kondensator 11 und Widerstand 12 sind so zu
toren 5 a, 5 b unterstützt. Damit wird einmal die bemessen, daß die Fläche F2 möglichst gleich der
Oszillatorleistung kleingehalten, ferner eine dem Fläche F1 wird. Dieser Kondensatorwiderstandskreis
Kollektorstrom proportionale Aussteuerung erzielt kann jeder Lampe zugeordnet (nicht dargestellt) oder
und endlich verhindert, daß der Basisstrom, der bei auch für alle Lampen zusammen dem Wechselrichter gleichbleibender Basis-Emitter-Spannung mit steigen- 15 beigeordnet sein.
dem Kollektorstrom zurückgeht, zu klein werden kann Die Spannungsspitzen, die an den Transistoren in-
und damit die Rechteckspannung verzerrt wird. Dies folge des periodischen Abschaltens auftreten, werden
soll im folgenden näher erläutert werden: durch die der Kollektor-Emitter-Strecke parallel ge-
Fig. 3 zeigt die Kennlinien Jc — f (Uce), also schalteten Kondensatoren 8 beseitigt. Kollektorstrom als Funktion der Kollektor-Emitter- 30 Der Kondensatorwiderstandskreis 11,12 kompen-Spannung, mit dem Basisstrom Jb als Parameter, eines siert nur den Rückstrom. Er entlastet keineswegs wie Flächentransistors in Emitterschaltung mit einge- bei Sinusspannung den Wechselrichter von der Blindzeichneter Widerstandsgeraden. Beim Betrieb als leistung. Die Brennspannung einer Leuchtstofflampe Schalttransistor, wie er im Falle des Wechselrichters beträgt 100 bis 110 V. Bei Betrieb wie bisher mit 220 V vorliegt, gibt es nur die beiden Betriebspunkte A 25 und entsprechender Vorschaltdrossel würde also ein bzw. Ä und B. Im Punkt B sperrt der Transistor, es sehr großer Teil der Spannung an der Drossel liegen, fließt nur noch der Reststrom J co- Die an der Kollek- d. h., infolge der Umformung durch den Transfortor-Emitter-Strecke auftretende Verlustleistung be- mator2 würden die Transistoren mit einem weit trägt Nv — Un · J co- Im Punkt A, bei einem Basis- höheren Strom belastet werden, als der Wirkleistung strom Jb2, öffnet der Transistor, es fließt der Kollektor- 30 der Lampen entspricht. Die Überschußleistung wird strom Jen, und es liegt an ihm nur die Restspan- im i?C-Kreis 11,12 vernichtet. Es ist also vorteilhaft, nung Δ Uce- Seine Verlustleistung an der Kollektor- die Ausgangsspannung zu verringern, und zwar auf Emitter-Strecke beträgt Nv — Jen · Δ Uce, die bei etwa 130 bis 150 V. Damit wird bei gleichem Lampendieser Aussteuerung allein von Bedeutung ist. Außer- strom und gleicher Lichtausbeute der Strom für die dem treten noch Verluste beim Übergang von einem 35 Transistoren entsprechend geringer. Natürlich muß Betriebszustand in den anderen auf, die aber bei der auch die Induktivität der Vorschaltdrossel entniedrigen Frequenz klein sind, wenn eine kapazitive sprechend herabgesetzt werden. Belastung vermieden wird. Bei Betrieb mit verminderter Spannung ist nun auch
Im geöffneten Schaltzustand, d. h. Betrieb im die Stabilität des Lampenstromes herabgesetzt, d. h., Punkt A, ist es nun vorteilhaft, den Transistor bis ins 40 bei Spannungsschwankungen schwankt der Strom Sättigungsgebiet auszusteuern, d. h. ihn mit einem etwa proportional und stärker als bisher. Es schwankt größeren Basisstrom zu beaufschlagen, als dem zwar auch die Frequenz im Sinne der Spannung und Punkt A entspricht, also beispielsweise mit dem Basis- wirkt der Stromschwankung entgegen, aber diese strom Zb1. Dabei sinkt die Kollektorrestspannung auf Änderung ist nicht genügend, um die Stromschwan- Δ U'ce (Punkte') und damit die Kollektorverlust- 45 kung ganz aufzuheben. Es muß also durch eine leistung. Allerdings steigen die Basisverluste an, aber besondere Einrichtung eine mit der Spannung aufdie Summe beider Verluste, die die Belastung für den tretende Frequenzänderung erzielt werden, die so Transistor darstellt, ist ebenfalls bedeutend kleiner. groß ist, daß der Lampenstrom konstant bleibt. Dies Bei weiterer Erhöhung des Basisstromes sinken die bewirkt die Steuereinrichtung IV, deren Wirkungs-Kollektorverluste zwar weiter ab, die Summe beider 50 weise im folgenden erläutert ist: Verluste steigt aber wegen der jetzt zu großen Basis- Am Gleichrichter 16, der von einer Hilfswicklung Verluste wieder an. Der optimale Basisstrom, bei dem des Oszillatortransformators gespeist wird, liegt der also ein Minimum von Gesamtverlusten auftritt, hängt Steuertransistor 15 in Reihe mit dem Widerstand 17. vom Kollektorstrom ab und ändert sich mit diesem im Sein Basisstrom wird über den nichtlinearen Widergleichen Sinne. 55 stand 20 und den linearen Widerstand 21 dem Span-
Der Kollektorstrom hat nun bei Belastung des nungsteiler 18,19 entnommen. Bei Schwankungen der
Wechselrichters mit Vorschaltdrossel dreieckförmigen Netzspannung schwankt der Basisstrom infolge der
Verlauf. Ein absolutes Verlustminimum über einer Krümmung der Basisstromkennlinie Jb — /(Übe)
Periode wird also erreicht, wenn der Basisstrom in und der Wirkung des nichtlinearen Widerstandes mehr
jedem Augenblick seinen Optimalwert hat, also sich 60 als proportional. Damit schwankt der Widerstand der
mit dem Kollektorstrom ändert; das wird durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 15. Infolge-
Rückkopplung (Stromtransformator 5) erreicht. dessen schwankt die Aussteuerung des Frequenz-
Eine gleichmäßige Aufteilung des Gesamtbasis- transistors 14, dessen Basis an dem durch Widerstand stromes einer Gruppe der Endstufe II auf die einzelnen 17 und Transistor 15 gebildeten Spannungsteiler liegt, Transistoren wird durch Basisvorwiderstände 6, 7 er- 65 und damit der resultierende Widerstandswert der zwungen. Eine gleichmäßige Aufteilung des Gesamt- Parallelschaltung Frequenztransistor 14 und Wider-Kollektorstromes bewirken die vor die Emitter ge- stand 13. Wenn die Spannung ansteigt, wird der schalteten Gegenkopplungswiderstände 9,10. Widerstand der Parallelschaltung 13,14 größer. Damit
sinkt der Basisstrom der Oszillatortransistoren 22, und die Frequenz steigt an. Der Grad des Ansteigens der Frequenz mit der Spannung kann durch geeignete Dimensionierung des nichtlinearen Widerstandes 20 mit dem Widerstand 21 im gewünschten Maße eingestellt werden.
In Fig. 2 ist als Belastung nur ein Lampensatz eingezeichnet, weitere sind angedeutet. Der Lampensatz besteht in bekannter Weise aus der Lampe oder Röhre 25, einer Vorschaltdrossel 23 und Zündtransformator 24. Gezündet werden muß in bekannter Weise dadurch, daß ein entsprechendes Zündpotential zwischen eine der Lampenzuleitungen und eine an der Außenfläche angebrachten Zündelektrode 26 gelegt wird.
Ist die Bordgleichspannung höher als die Nennspannung der Transistoren (bei diesem Schaltungsbeispiel also höher als die halbe Transistor-Nennspannung), so kann die Schaltung durch Hintereinanderschalten mehrerer Transistoren den neuen Bedingungen angepaßt werden. Im Beispiel nach Fig. 5 ist aus der Schaltung nach der Fig. 2 nur das übernommen, was sich durch die Hintereinanderschaltung geändert hat, um den grundsätzlichen Weg aufzuzeigen, wie in diesem Falle zu verfahren ist. Im Oszillator werden die Basisstromkreise der Transistoren von eigenen Wicklungen des Oszillatortransformators gespeist. In der Endstufe liegen die Basisanschlüsse der hintereinandergeschalteten Transistorgruppen (die wiederum aus parallelgeschalteten Transistoren bestehen können) an entsprechenden Anzapfungen der Ausgangswicklung des Oszillatortransformators. Den Transistoren sind hochohmige Widerstände parallel geschaltet, um in der sperrenden Halbwelle eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung zu gewährleisten. Da der Oszillator nur eine geringe Leistung abzugeben hat, kann er auch in der Schaltung der Fig. 1 bzw. 2 an einen entsprechenden Spannungsteiler gelegt werden.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: 40
1. Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen aus einem Gleichstromnetz über einen Transistorwechselrichter, welcher von einem Transistoroszillator fremdgesteuert wird, wobei für die Leuchtstofflampen eine induktive Strombegrenzung vorgesehen ist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit von Änderungen der Netzgleichspannung im den Lampenstrom konstant haltenden Sinne stärker als proportional verändert wird, wobei die Ausgangsspannung des Wechselrichters etwa 20 bis 40 V über der Brennspannung der Leuchtstofflampe liegt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Transistoroszillator (I) fremdgesteuerte Wechselrichter (II) mit einer überlagerten positiven Rückkopplung (5 a, 5 b) des Ausgangsstromes versehen ist, die so bemessen und eingestellt ist, daß die Aussteuerung des jeweilig stromführenden Transistors dem jeweiligen Augenblickswert des Kollektorstromes etwa proportional ist.
3. Transistorwechselrichter in einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich bekannter Weise zwei oder mehrere parallel und/oder hintereinander geschaltete, im Gegentakt arbeitende Transistoren enthält.
4. Transistorwechselrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen Aufteilung des Gesamtbasisstromes auf die parallel geschalteten Transistoren einer Gruppe des Wechselrichters vor die Basis eines jeden Transistors ein Vorwiderstand (6 a, la bzw. 6b, 7b) geschaltet ist.
5. Transistorwechselrichter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen Aufteilung des Gesamtkollektorstromes einer Gruppe des Wechselrichters auf die einzelnen parallel geschalteten Transistoren ein Gegenkopplungswiderstand (9a, 10a bzw. 9b, 10b) vor den Emitter eines jeden Transistors geschaltet wird.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Wechselrichters parallel zu den Lampenkreisen ein Kondensator (11) mit einem Vorwiderstand (12) zur Kompensation der induktiven Rückströme geschaltet wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderung des Wechselrichters in Abhängigkeit von Netz-Gleichspannungsschwankungen durch Veränderung des Basisvorwiderstandes der Transistoren im Oszillator (I) bewirkt wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Frequenz in Abhängigkeit von der Netz-Gleichspannung dem Basisvorwiderstand (13) der Oszillatortransistoren (22) die Kollektor-Emitter-Strecke eines Frequenztransistors (14) parallel geschaltet ist, dessen Basis mit dem Kollektor eines Steuertransistors (15) verbunden ist, der über einen in Reihe liegenden Widerstand (17) in Reihe an aus einer über einen Gleichrichter (16) einer Hilfswicklung des Oszillatortransformators (1) entnommenen Gleichspannung gesperrt wird und dessen Basis über einen linearen Widerstand (21) und einen nichtlinearen Widerstand (20) von einem an derselben Gleichspannung liegenden Spannungsteiler (18, 19) ausgesteuert wird.
9. Transistorwechselrichter in einer Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei höherer Gleichspannung im Transistorwechselrichter zwei oder mehrere Transistoren bzw. Transistorgruppen in an sich bekannter Weise hintereinandergeschaltet sind, wobei die Basisanschlüsse an entsprechende Abgriffe der Transformatorwicklungen gelegt und den Kollektor-Emitter-Strecken hochohmige Widerstände parallel geschaltet sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 631 914, 687 002;
Deutsche Patentanmeldung Sch 13149 VIIIb/21c, (bekanntgemacht am 31. 3. 1955);
französische Patentschriften Nr. 1 123405,1144267;
Zeitschrift »Proceedings of the JEE«, 1955, S. 775 bis 784;
Zeitschrift »AJEE Transactions«, Part. I, Bd. 74, Mi 1955, S. 322 bis 326;
Zeitschrift »FTZ«, 1954, H. 11, S. 583;
Zeitschrift »Elektrotechnischer Anzeiger« Januar 1958, H. 1, S. 5 bis 7.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 209 560/238 4.
DEL29905A 1958-03-10 1958-03-10 Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen aus einem Gleichstromnetz ueber einen Transistorwechselrichter und Transistorwechselrichter fuer die Schaltungsanordnung Pending DE1128041B (de)

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