DE1149111B

DE1149111B - Circuit arrangement for operating discharge lamps on a DC voltage source via an inverter

Info

Publication number: DE1149111B
Application number: DEB50519A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl Heinz Sturm; Willi Weber
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1958-09-27
Filing date: 1958-09-27
Publication date: 1963-05-22

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb von Entladungslampen an einer Gleichspannungsquelle über Wechselrichte: Entladungslampen werden aus gewissen Gründen vorzugsweise mit Wechselstrom betrieben. Auf einigen wichtigen Anwendungsgebieten, beispielsweise der Beleuchtung von Eisenbahnwagen, steht als Stromquelle nur eine Akkumulatorenbatterie von vorwiegend niederer Gleichspannung zur Verfügung. Dies macht die Verwendung eines Wechselrichters mit angeschlossenem Transformator notwendig. Zur Gewährleistung eines stabilen Betriebes benötigen Entladungslampen außerdem Strombegrenzungseinrichtungen. Hierfür werden aus Gründen der Energieersparnis fast ausschließlich Blindwiderstände, vorwiegend Drosseln, verwendet. Es eignen sich aber auch ohmsche Widerstände oder Widerstände mit nichtlinearer Charakteristik.Circuit arrangement for operating discharge lamps from a DC voltage source Via inverters: Discharge lamps are preferred for certain reasons AC operated. In some important application areas, for example the lighting of railroad cars, the only source of power is an accumulator battery of predominantly low DC voltage are available. This makes the use an inverter with a connected transformer is necessary. To guarantee To ensure stable operation, discharge lamps also require current limiting devices. For reasons of energy saving, reactive resistances are used almost exclusively, mainly throttles are used. However, ohmic resistors or are also suitable Resistors with non-linear characteristics.

Bei den bekanntgewordenen Anordnungen zum Betrieb von Entladungslampen von Gleichspannungsquellen werden die notwendigen Strombegrenzungseinrichtungen den Entladungslampen unmittelbar vorgeschaltet, oder der zum Wechselrichter gehörige Transformator wird als Streutransformator mit großem Innenwiderstand ausgeführt. Diese Anordnungen besitzen den Nachteil, daß der Wechselrichter, der ein Quecksilberstrahlunterbrecher, eine Schwingkontaktanordnung oder eine Transistorschaltung sein kann, nicht nur für die Lampenleistung, sondern auch für die Blind- oder Wirkleistung der Strombegrenzungseinrichtung zu bemessen ist, wodurch höhere Eigenverluste entstehen. Außerdem wird durch diese Einrichtungen der Scheitelfaktor des Lampenstromes oft sehr groß, was sich nachteilig auf die Lampenlebensdauer und Lichtausbeute auswirkt.In the known arrangements for operating discharge lamps The necessary current limiting devices are provided by DC voltage sources connected directly upstream of the discharge lamps, or the one belonging to the inverter The transformer is designed as a scatter transformer with a high internal resistance. These arrangements have the disadvantage that the inverter, which is a mercury beam interrupter, can be a vibrating contact arrangement or a transistor circuit, not only for the lamp power, but also for the reactive or active power of the current limiting device is to be measured, resulting in higher internal losses. Also, through this Facilities the crest factor of the lamp current is often very large, which is disadvantageous affects lamp life and luminous efficiency.

Es ist weiterhin eine Anordnung zur Strombegrenzung von Leuchtstofflampen vorgeschlagen worden, bei der in einem besonderen Strombegrenzungskreis ein Transistor vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Netzspannung über ein Potentiometer und über einen weiteren Regeltransistor auf Konstanz der Kollektor-Emitterspannung geregelt wird. Diese Anordnung erfordert zusätzliche Steuerorgane und weitere Hilfstransformatoren zur Mittelpunktbildung und für die Heizung. Schließlich sind auch mehrere Gleichrichter erforderlich, so daß der Gesamtaufwand beträchtlich ist.It is also an arrangement for limiting the current in fluorescent lamps has been proposed in which a transistor in a special current limiting circuit is provided, which is dependent on the mains voltage via a potentiometer and via a further control transistor to ensure that the collector-emitter voltage is constant is regulated. This arrangement requires additional controls and additional auxiliary transformers for centering and for heating. Finally, there are also several rectifiers required, so that the total expense is considerable.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von aus einer Gleichspannungsquelle über Wechselrichter gespeisten Entladungslampen, bei der die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors zur Begrenzung des Lampenstroms dient, und besteht darin, daß der den Lampenstrom begrenzende Transistor zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Wechselrichter angeordnet und so geschaltet ist, daß sein Basisstrom praktisch konstant gehalten oder Schwankungen des Lampenstromes entgegenwirkend gesteuert wird.The invention relates to a circuit arrangement for operation from discharge lamps fed from a DC voltage source via an inverter, where the emitter-collector path of a transistor is used to limit the lamp current serves, and consists in that the lamp current limiting transistor between the DC voltage source and the inverter are arranged and connected in such a way that that its base current is kept practically constant or that the lamp current fluctuates is counteracted.

Im Blockschaltbild der Abb. 1 ist die grundsätzliche Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dargestellt, während in den Abb.2 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben sind.In the block diagram of Fig. 1, the basic solution is that of Invention underlying object shown, while in Figures 2 to 5 embodiments of the invention are given.

In Abb. 1 bedeutet 1 die speisende Gleichspannungsquelle, 2 die Strombegrenzungseinrichtung, 3 den Wechselrichter einschließlich Transformator und 4 die Entladungslampe. Es ist zu erkennen, daß die Strombegrenzungseinrichtung 2 in bezug auf die Energieflußrichtung vor dem Wechselrichter 3 angeordnet ist.In Fig. 1 1 means the feeding direct voltage source, 2 the current limiting device, 3 the inverter including transformer and 4 the discharge lamp. It it can be seen that the current limiting device 2 with respect to the direction of energy flow is arranged in front of the inverter 3.

Abb.2 zeigt ein Schaltungsbeispiel, bei dem im Sinne der Erfindung ein Transistor 5 als strombegrenzendes Mittel verwendet ist. Die Emitter-Kollektor-Strecke ist im Zuge der Verbindungsleitung zwischen Gleichspannungsquelle und Wechselrichter und die EmitteI-Basis-Strecke über einen Widerstand 6 parallel zur Stromquelle geschaltet. Der Transistor 5 besitzt die Eigenschaft, daß sein Kollektorstrom durch den Basisstrom bestimmt wird und nahezu unabhängig ist von der Größe der Emitter-Kollektor-Spannung bzw. der Kollektor-Basis-Spannung. Da andererseits die Emitter-Basis-Spannung sehr klein ist, liegt die gesamte Speisegleichspannung am Widerstand 6. Der Widerstand 6 bestimmt damit allein die Größe des Basisstromes. Virtuelle Schwankungen des Lampenstromes äußern sich in erheblichen Spannungsschwankungen an der vorgeschalteten Emitter-Kollektor-Strecke, was der Stromschwankung der Lampe sofort entgegenwirkt.Fig.2 shows a circuit example in which in the sense of the invention a transistor 5 is used as a current limiting means. The emitter-collector route is in the course of the connection line between the DC voltage source and the inverter and the emitter-base path connected in parallel to the current source via a resistor 6. The transistor 5 has the property that its collector current through the base current is determined and is almost independent of the size of the emitter-collector voltage or the collector-base voltage. On the other hand, the emitter-base voltage is very high is small, the entire DC supply voltage is across the resistor 6. The resistor 6 alone determines the size of the base current. Virtual fluctuations in the lamp current are expressed in considerable voltage fluctuations at the upstream Emitter-collector path, which immediately counteracts the current fluctuation of the lamp.

Eine weitgehende Stromentlastung des Transistors 5 mittels des Widerstandes 10 erzielt die Anordnung nach Abb. 3. Die Größe des Basisstromes wird von einer Differenzspannung bestimmt, die aus den Spannungsabfällen der Widerstände 7 und 9 abgeleitet wird. Der Widerstand 9 erzeugt einen dem Lampenstrom proportionalen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wirkt der am Widerstand 7 des Spannungsteilers 7/8 abgegriffenen Spannung entgegen und verursacht eine zum Lampenstrom gegenläufige Änderung des Basisstromes. Da letzterer wiederum den Kollektorstrom und damit den Lampenstrom bestimmt, ist eine äußerst wirksame Unterdrückung aller Stromschwankungen gewährleistet, obwohl nur ein Teil des gesamten Laststromes über den Transistor geleitet wird.A substantial current relief of the transistor 5 by means of the resistor 10 achieves the arrangement according to Fig. 3. The size of the base current is determined by a Differential voltage determined from the voltage drops of the resistors 7 and 9 is derived. The resistor 9 generates a lamp current proportional Voltage drop. This voltage drop acts on the resistor 7 of the voltage divider 7/8 tapped voltage and causes a counter-current to the lamp current Change of the base current. Since the latter, in turn, the collector current and thus the Lamp current is an extremely effective suppression of all current fluctuations guaranteed, although only part of the total load current through the transistor is directed.

Wie schon erwähnt, ist es wichtig, daß in Schaltung nach Abb. 2 der Basisstrom des Transistors 5 konstant bleibt, was durch direkte Speisung des Emitter-Basis-Kreises z. B. über einen Halbleiterwiderstand mit Konstantstromeigenschaften aus der Gleichspannungsquelle ermöglicht werden kann. Diese bedingt aber einen unerwünschten Energieverlust, hervorgerufen durch die im Vergleich zur Basis-Emitter-Spannung hohe Speisespannung. Man kann nun mit geringen Verlusten auskommen, wenn man wie bei der Erfindung von der Tatsache Gebrauch macht, daß sich die konstante Brennspannung der Entladungslampe auch auf den Ausgangstransformator des Wechselrichters überträgt. In Abb. 4 ist mit 11 eine Zusatzwicklung des Wechselrichtertransformators bezeichnet, die ebenfalls eine konstante Wechselspannung führt. Nach Zwischenschaltung der Gleichrichter 12 und 12a kann diese Zusatzwicklung zur Lieferung des Basisstromes herangezogen werden. Ein. weiterer Widerstand 6 vermindert den Einfluß der veränderlichen Spannung an der Emitter-Basis-Strecke.As already mentioned, it is important that in the circuit according to Fig. 2 the Base current of transistor 5 remains constant, which is achieved by direct feeding of the emitter-base circuit z. B. via a semiconductor resistor with constant current properties from the DC voltage source can be made possible. However, this causes an undesirable loss of energy due to the high supply voltage compared to the base-emitter voltage. One can now get by with low losses, if one as in the invention of the fact Make use of the fact that the constant running voltage of the discharge lamp is also based on it the output transformer of the inverter. In Fig. 4, 11 is a Additional winding of the inverter transformer referred to, which is also a constant AC voltage leads. After interposing the rectifier 12 and 12a can this additional winding can be used to deliver the base current. A. further Resistor 6 reduces the influence of the variable voltage on the emitter-base path.

Abb. 5 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, die sich aus den Anordnungen nach Abb. 3 und Abb. 4 dadurch ergibt, daß in der Anordnung nach Abb. 3 die an dem Widerstand 7 gebildete Teilspannung mittels der Zusatzwicklung 11 und durch die beiden Gleichrichter 12 und 12a erzeugt wird. Außerdem entfällt der der Basis vorgeschaltete Widerstand 6 in der Anordnung nach Abb. 4.Fig. 5 shows a further development of the invention resulting from the arrangements according to Fig. 3 and Fig. 4 results in that in the arrangement of Fig. 3 on the Resistance 7 formed partial voltage by means of the additional winding 11 and by the two rectifiers 12 and 12a is generated. In addition, the one upstream of the base is omitted Resistor 6 in the arrangement shown in Fig. 4.

Der Vorteil der Erfindung liegt in erster Linie darin, daß der Wechselrichter leistungsmäßig nur noch für die reine Lampenleistung zu bemessen ist, während die in den Strombegrenzungseinrichtungen umgesetzte Leistung nicht mehr berücksichtigt werden braucht. Die kleinere Typenleistung des Wechselrichters bedingt auch kleinere Verluste und damit einen besseren Gesamtwirkungsgrad.The advantage of the invention is primarily that the inverter In terms of output, it can only be measured for the pure lamp output, while the Power converted in the current limiting devices is no longer taken into account needs to be. The smaller type of power of the inverter also means that it is smaller Losses and thus a better overall efficiency.

Ferner haben bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung Strombegrenzungsanordnungen neben ihrer außerordentlichen Wirksamkeit noch den weiteren Vorzug, die rechteckigen Wechselspannungskurven, die durch das schnelle Umschalten der Schalttransistoren des Wechselrichters erhalten werden, nicht zu verändern. Dadurch ergeben sich Scheitelfaktoren, die nur wenig über Eins liegen und die wegen der sehr kurzen Dunkelpausen einen hohen Wirkungsgrad der Entladungslampe erreichen lassen. Es wurde bereits erwähnt, daß dadurch auch die Lebensdauer der Lampen günstig beeinflußt wird.Furthermore, in the circuit arrangement according to the invention, current limiting arrangements have In addition to their extraordinary effectiveness, there is another advantage, the rectangular ones AC voltage curves generated by the rapid switching of the switching transistors of the inverter cannot be changed. This results in crest factors which are only slightly above one and which because of the very short dark pauses one can achieve high efficiency of the discharge lamp. It has already been mentioned that this also has a favorable effect on the service life of the lamps.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for the operation of one DC voltage source via inverter-fed discharge lamps in which the The emitter-collector path of a transistor is used to limit the lamp current, characterized in that the lamp current limiting transistor (5) between the DC voltage source and the inverter are arranged and connected in such a way that that its base current is kept practically constant or that the lamp current fluctuates is counteracted.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the emitter-base path of the with its emitter-collector path in a supply line from the DC voltage source to the inverter lying transistor Via a resistor (6) which determines the size of the base current, parallel to the DC voltage source is switched (Fig. 2 and 3).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the voltage for the emitter-base path is one of two resistors (7, 8) voltage divider formed and located parallel to the DC voltage source is switched on, with a further resistor (9) in the emitter-base circuit so switched on is that the input current of the inverter flows through it at the same time and another resistor (10) is used as a shunt to the emitter-collector path (Fig. 3).

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage for the emitter-base path via two rectifiers (12, 12a) from an additional winding (11) The inverter transformer is supplied with the base via a Resistor (6) is connected to the center tap of the additional winding (11).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the emitter-collector path of the transistor is shunted by a resistor (10) and another Resistor (9) in the emitter-base circle is connected upstream of the emitter, which at the same time the inverter input current flows through (Fig.5). Considered Publications: German Patent No. 842 594; German interpretative document no. 1,011482; German patent application B 3065 VIII / 21 g (published on July 3, 1952); Swiss Patent No. 290 443; French Patent No. 794 903; "Illuminating Engineering" magazine, 1957, August, pp. 397 to 399, and 1950, April, pp. 235 to 238. Older patents considered: German Patent No. 106l438.