DE1279173B - Schaltungsanordnung zur Wechselstromspeisung einer mit einer Drosselspule in Reihe geschalteten ohmschen Last aus einer Gleichspannungsquelle ueber einen Wechselrichter mit Transistoren - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Wechselstromspeisung einer mit einer Drosselspule in Reihe geschalteten ohmschen Last aus einer Gleichspannungsquelle ueber einen Wechselrichter mit Transistoren

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DE1279173B DEN16276A DEN0016276A DE1279173B DE 1279173 B DE1279173 B DE 1279173B DE N16276 A DEN16276 A DE N16276A DE N0016276 A DEN0016276 A DE N0016276A DE 1279173 B DE1279173 B DE 1279173B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
H02m
H02p
Deutsche Kl.: 21 d2 -12/03
Nummer: 1279173
Aktenzeichen: P 12 79 173.0-32 (N 16276)
Anmeldetag: 17. Februar 1959
Auslegetag: 3. Oktober 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Wechselstromspeisung einer mit einer Drosselspule in Reihe geschalteten, wenigstens teilweise ohmschen Last aus einer Gleichspannungsquelle über einen Wechselrichter mit zwei in Gegentakt geschalteten, abwechselnd leitenden Transistoren, deren Basis- und Kollektorelektroden miteinander kreuzweise gekoppelt sind, und mit einer mit einer Mittelanzapfung versehenen, zwischen den Kollektorelektroden dieser Transistoren eingeschalteten Wicklung, wobei ein Kondensator mit der in den Kollektorkreisen der Transistoren wirksamen Induktivität, die im wesentlichen durch die sekundärseitig angeordnete Drosselspule bestimmt ist, einen Schwingungskreis bildet, dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters bestimmt und von derselben Größenordnung ist wie die «'-Grenzfrequenz der Transistoren, und wobei im Basis-Emitter-Kreis jedes der Transistoren ein i?C-Glied eingeschaltet ist, dessen Kondensator bei der Arbeitsfrequenz des Wechselrichters eine Impedanz kleiner als der Wert seines Widerstandes aufweist, so daß der Basisstrom jedes der Transistoren seinem Kellektorstrom voreilt und dieser Kollektorstrom infolge seiner Anhäufung freier Ladungsträger in der Basiszone des Transistors nach dem Sperren der Basis-Emitter-Strecke desselben bestehenbleibt und durch einen seiner Basiselektrode über den Kondensator des ÜC-Gliedes zugeführten Rückstromimpuls vor der Umkehrung seiner Kollektorspannungen unterbrochen ist.
Ein solcher bekannter Wechselrichter kann z. B. mit einer Gasentladungslampe (Leuchtstoffröhre) belastet werden, die im wesentlichen eine ohmsche Belastung darstellt. Dabei wird die an den Klemmen der Kollektorwicklung wirksame Induktivität in der Hauptsache durch eine sekundärseitig mit der Gasentladungslampe in Reihe geschaltete Drosselspule gebildet. Die Drosselspule bildet ihrerseits mit einem Kondensator geeigneter Kapazität einen durch die Gasentladungslampe gedämpften Schwingungskreis, dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters bestimmt. Ein Wechselrichter in dieser Schaltung hat die störende Eigenschaft, daß die Arbeitsfrequenz bei Belastung mit der erwähnten Leuchtstoffröhre infolge der Zunahme der Spannung an der Last bei Abnahme des Laststromes mit der Speisespannung des Wechselrichters verhältnismäßig stark abnimmt, wodurch die ursprünglichen günstigen Betriebsbedingungen bald nicht mehr erfüllt sind und der Wirkungsgrad des Wechselrichters abnimmt.
Schaltungsanordnung zur Wechselstromspeisung
einer mit einer Drosselspule in Reihe geschalteten ohmschen Last aus einer Gleichspannungsquelle
über einen Wechselrichter mit Transistoren
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dr. H. Scholz, Patentanwalt,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Theodoras Hehenkamp, Emmasingel,
Eindhoven (Niederlande)
Die Erfindung gründet sich auf den Gedanken, daß die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters im
as wesentlichen stabil gehalten werden kann, wenn die Änderung des Leistungsfaktors cos φ des erwähnten Schwingungskreises auf der Lastseite klein ist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Last an einer effektiven Betriebsspannung von höchstens einem Drittel der effektiven Nullast-Ausgangsspannung des Wechselrichters liegt. Hierdurch wird erreicht, daß die Blindkomponente des Stromes durch die Drosselspule und die Last groß ist gegenüber seiner Wirkkomponente und bei Änderung der Speisegleichspannung die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters und sein Wirkungsgrad sich dementsprechend nur wenig ändert.
Bei gegebenem Überspannungs- oder Gütefaktor des in der Hauptsache aus dem Kondensator und der Drosselspule bestehenden Schwingungskreises und bei gegebener Arbeitsfrequenz des Wechselrichters wird diese Nullast-Ausgangsspannung bei kurzgeschlossener Röhre praktisch nur durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators beeinflußt werden. Jedoch kann die Nullast-Ausgangsspannung auch durch die Wahl der Kapazität und der Induktivität als auch der Arbeitsfrequenz des Wechselrichters oder des Gütefaktors seines Schwingungskreises beeinflußt werden.
Wird daher der Wechselrichter zur Speisung einer Leuchtstoffröhre verwendet, so ändert sich ihre Lichtausbeute nur wenig.
809 619/216
3 4
Die Erfindung wird an einem Ausfuhrungsbeispiel der zuerst leitende Transistor nun gesperrt wird und
an Hand der Zeichnung näher erläutert, die das der andere zu leiten beginnt. Dadurch entsteht über
Schaltbild eines Wechselrichters nach der Erfindung der Wicklung 3 eine im wesentlichen rechteckförmige
zeigt. Der dargestellte Wechselrichter besitzt zwei Spannung.
in Gegenkontakt geschaltete, abwechselnd leitende 5 Der durch die Leuchtstoffröhre 13 gebildete Strom-Transistoren 1 und 2, z. B. Leistungs-Grenzschicht- kreis ist im wesentlichen eine ohmsche Belastung, transistoren des pnp-Typs. Eine Wicklung 3 ist In Reihe mit dieser ohmschen Belastung liegt die zwischen den Kollektorelektroden dieser Tran- für Regelzwecke notwendige Impedanz der Drosselsistoren geschaltet und hat eine Mittelanzapfung, die spule 16. Infolge der engen Kopplung der Wickmit dem negativen Pol einer Spannungsquelle, z. B. io lungen 3,4,11 und 12 bildet diese Drosselspule 16 einer Batterie, verbunden ist. Mittels einer zweiten, bei brennender Leuchtstoffröhre 13 den weitaus mit der ersten gekoppelten Wicklung 4 sind die größten Teil der in den Kollektorkreisen der Tran-Basis- und Kollektorelektroden beider Transistoren sistoren 1 und 2 wirksamen Induktivität. Zusammen miteinander kreuzweise gekoppelt. Auch diese zweite mit dieser Drosselspule 16 bildet der Kondensator Wicklung hat eine Mittelanzapfung, welche einer- 15 19 einen Schwingungskreis, dessen Eigenfrequenz die seits über einen hohen Widerstand 9, von z. B. Arbeitsfrequenz des Wechselrichters bestimmt und 4700 Ohm, mit dem negativen Pol der Speise- von derselben Größenordnung ist wie die a'-Grenzspannungsquelle verbunden ist und andererseits über frequenz der Transistoren 1 und 2, d. h. die Freeinen verhältnismäßig kleinen Widerstand 8, von quenz, bei welcher der Kollektor-Basis-Stromverbeispielsweise 100 Ohm, überbrückt durch einen ao Stärkungsfaktor von Transistoren des verwendeten Kondensator 25, von beispielsweise 0,56 μ¥, mit dem Typs mit etwa 3 db abnimmt.
positiven Pol der Speisequelle und mit den Emitter- Durch die zielbewußte Wahl einer für die elektroden beider Transistoren 1 und 2 verbunden verwendeten Transistoren verhältnismäßig hohen ist. Die Speisequelle selbst ist vorzugsweise durch Arbeitsfrequenz erreicht man, daß die Transistoren einen Kondensator 10, von beispielsweise 5 μΡ, über- 35 durch eine impulsartige Basisspannung gesteuert brückt. Die Wicklung 4 hat einen geringen Wider- werden können, bei Beibehaltung eines praktisch stand, und der Widerstand 8 hat einen Wert, der rechteckförmigen Kollektorstromes. Unter diesen um mindestens eine Größenordnung und Vorzugs- Umständen ist die an den Klemmen der Wicklung weise mindestens 30mal größer als die Summe der 12 verfügbare Hochspannungsleistung verhältnisübrigen wirksamen Widerstände des Basis-Emitter- 30 mäßig groß, bei minimalen Kommutationsverlusten Kreises jedes der Transistoren 1 und 2, gemessen in und entsprechend kleinerer, in den Transistoren der Vorwärtsrichtung, ist. Die Summe dieser übrigen verlorenen Leistung.
Widerstände ist angenähert gleich dem Widerstand Bei Belastung durch eine Leuchtstoffröhre oder einer Hälfte der Wicklung 4 plus dem Basis-Emitter- durch eine ähnliche Gasentladungsvorrichtung nimmt Widerstand des entsprechenden Transistors 1 oder 2, 35 die Arbeitsfrequenz infolge der Zunahme der gemessen in der Vorwärtsrichtung. Mit den Wick- Röhrenspannung bei Abnahme des Röhrenstromes lungen 3 und 4 sind weitere Wicklungen 11 und 12 mit der Speisespannung verhältnismäßig stark ab, so eng gekoppelt, z.B. sind die Wicklungen 3, 4, 11 daß die eingestellten günstigen Betriebsbedingungen und 12 auf einem gleichen Kern aus ferro- bald nicht mehr erfüllt sind und der Wirkungsgrad magnetischem Material, z. B. auf einem Ε-Kern aus 40 des Wechselrichters abnimmt. Dieser Nachteil kann Ferroxcube, gewickelt. Über der Wicklung 11 wird dadurch aus dem Weg geschaffen werden, daß man eine Zündspannung für eine zu speisende Leucht- die Nullast-Ausgangsspannung mindestens dreimal stoffröhre 13 induziert und über der Wicklung 12 größer wählt als die Brennspannung der Röhre, eine Speisespannung für diese Röhre erzeugt. Jede Diese Ausgangsspannung reicht dann aus für die der Wicklungen 11 und 12 hat eine Anzapfung, mit- 45 Zündung der Röhre ohne die besonderen, hierzu tels welcher die Heizung einer der Elektroden 14 meistens gebräuchlichen Hilfsmittel, wie Starter und 14' der Leuchtstoffröhre 13 erfolgen kann. So od. dgl. Im Betrieb liegt ein großer Teil der Ausist die Wicklung 11 zwischen einen Zündstreifen 15 gangsspannung an der Drosselspule, so daß eine der Leuchtstoffröhre 13 und eine erste, mittels eines Zunahme der Brennspannung der Vorrichtung bei Teils dieser Wicklung geheizten Elektrode 14 dieser 50 Abnahme der Ausgangsspannung nur eine sehr kleine Röhre und die Wicklung 12 in Reihe mit einer Abnahme der durch den Kondensator 19 zu kom-Drosselspule 16 zwischen die Elektroden 14 und 14' pensierenden induktiven Belastung und somit nur geschaltet, wobei ein Teil dieser Wicklung 12 zur eine kleine Abnahme der Arbeitsfrequenz ver-Heizung der Elektrode 14' dient. Parallel mit dem ursacht. Dadurch bleibt überdies die günstige Ein-Hauptteil der Wicklung 12 zwischen der Drosselspule 55 stellung des ÄC-Gliedes in bezug auf die Arbeits-16 und der Elektrode 14' ist ein Kondensator 19, frequenz praktisch unverändert,
von z. B. 0,039 μΡ, geschaltet. Ein für eine Speisepannung von 26 Volt vorgese-Beim Einschalten der Speisequelle -werden die hener Wechselrichter, belastet durch eine Leucht-Basiselektroden beider Transistoren 1 und 2 über stoffröhre von 210 Volt/20 Watt, arbeitet in befrieden Widerstand 9 leicht in der Vorwärtsrichtung vor- 60 digender Weise mit Speisespannungen von 15 bis gespannt, so daß diese Transistoren leitend werden. 30 Volt. Bei Zunahme der Speisepannung von 20 auf Infolge irgendeiner bestehenden Unsymmetrie der 30VoIt nahm der Wirkungsgrad ab von 83 auf Schaltung wird einer der Transistoren 1 und 2 früher 79,5%, wobei die Arbeitsfrequenz von 7200 auf und/oder stärker leitend als der andere, welcher dann 8200 Hz stieg. Bei kleinerer Nullastspannung sank durch die über der Wicklung 4 induzierte Spannung 65 der Wirkungsgrad von 83 auf 75%, während die gesperrt wird. Sobald der Kollektorstrom des Arbeitsfrequenz von 5400 auf 10 300Hz stieg. Der leitenden Transistors nicht weiter zunehmen kann, Wechselrichter arbeitet noch mit einer Speisespankehrt die Spannung über der Wicklung 4 um, so daß nung von 16 Volt.
Der beschriebene Wechselrichter wurde für die Speisung von Leuchtstoffröhren entwickelt. Er kann jedoch selbstverständlich auch für andere Zwecke Verwendung finden, wobei stets darauf zu achten ist, daß eine Kapazität mit der in den Kollektorkreisen der Transitoren wirksamen Induktivität einen auf eine Frequenz derselben Größenordnung wie die a'-Grenzfrequenz der Transitoren abgestimmten Schwingungskreis bildet.
Der beschriebene Wechselrichter kann z. B. für die Speisung eines elektrolumineszierenden Elements oder Paneels verwendet werden, wobei die Elektroden des Paneels unmittelbar bzw. über die Drosselspule 16 mit den Enden der Wicklung 12 verbunden werden. Mit der dazwischen angebrachten lumineszierenden Schicht bilden diese Elektroden eine Kapazität, d. h., das elektrolumineszierende Element ist eine komplexe Belastung mit einem ohmschen und einem kapazitiven Anteil. Bei Weglassen des Kondensators 19 kann die Eigenkapazität des elektrolumineszierenden Elements mit der Drosselspule 16 einen Schwingungskreis bilden, welcher die Arbeitsfrequenz bestimmt und mittels dieser Drosselspule auf die gewünschte Arbeitsfrequenz abgestimmt werden kann.

Claims (3)

  1. Patentanspruch:
    Schaltungsanordnung zur Wechseltstromspeisung einer mit einer Drosselspule in Reihe geschalteten, wenigstens teilweise ohmschen Last aus einer Gleichspannungsquelle über einen Wechselrichter mit zwei in Gegentakt geschalteten, abwechselnd leitenden Transistoren, deren Basis- und Kollektorelektroden miteinander kreuzweise gekoppelt sind, und mit einer mit einer Mittelanzapfung versehenen, zwischen den Kollektorelektroden dieser Transistoren eingeschalteten Wicklung, wobei ein Kondensator mit der in den Kollektorkreisen der Transistoren wirksamen Induktivität, die im wesentlichen durch die sekundärseitig angeordnete Drosselspule bestimmt ist, einen Schwingungskreis bildet, dessen Eigenfrequenz die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters bestimmt und von derselben Größenordnung ist wie die a'-Grenzfrequenz der Transistoren, und wobei im Basis-Emitter-Kreis jedes der Transistoren ein i?C-Glied eingeschaltet ist, dessen Kondensator bei der Arbeitsfrequenz des Wechselrichters eine Impedanz kleiner als der Wert seines Widerstandes aufweist, so daß der Basisstrom jedes der Transistoren seinem Kollektorstrom voreilt und dieser Kollektorstrom infolge einer Anhäufung freier Ladungsträger in der Basiszone des Transistor nach dem Sperren der Basis-Emitter-Strecke desselben bestehenbleibt und durch einen seiner Basiselektrode über den Kondensator des i?C-Gliedes zugeführten Rückstromimpuls vor der Umkehrung seiner Kollektorspannungen unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Last an einer effektiven Betriebsspannung von höchstens einem Drittel der effektiven Nullast-Augangsspannung des Wechselrichters liegt.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 856 005, 933 277;
    deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 939;
    schweizerische Patentschrift Nr. 288 863;
    französische Patentschrift Nr. 1142181;
    Zeitschrift »Elektro-Technik«, 1957, Nr. 49, S. 392;
    Zeitschrift »Feinwerktechnik«, 1958, H.
  2. 2, S. 64; Zeitschrift »FTZ«, 1954, H. 11, S. 581 bis 588;
    Zeitschrift »A.E.Ü.7« (1953), S. 315 bis 317 und bis 591;
    »Valvo-Berichte«, Bd. III (1957), H.
  3. 3, S. 123 bis 140;
    Zeitschrift »Proc. of the IRE«, Februar 1954, S. 391 bis 401;
    Zeitschrift »AIEE-Transactions«, Juli 1955, S. 356 bis 361;
    Zeitschrift »Electronic Engineering«, März 1958, S. 137.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    809 619/216 9.68 ® Bundesdruckerei Berlin
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