DE19517950A1 - Stromversorgungseinrichtung - Google Patents
StromversorgungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung, die
Energie bei verringerter Eingangsstromverzerrung liefert.
Die üblicherweise verwendeten Stromversorgungseinrichtungen
enthalten allgemein eine Wechselrichteranordnung vom soge
nannten Halbbrücken-Typ. Dies bedeutet, daß bei einer Strom
versorgungseinrichtung der genannten Art die Wechselspan
nungs-Eingangsklemmen eines Vollweggleichrichters an eine
herkömmliche Energiequelle angeschlossen sind, während ein
Glättungskondensator an die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen
des Vollweggleichrichters angeschlossen ist. Zum Glättungs
kondensator ist ein Serienkreis aus Schaltelementen paral
lelgeschaltet, die abwechselnd bei einer hohen Frequenz ein- und
ausgeschaltet werden. Zu einem der Schaltelemente ist
ein Serienresonanzkreis aus einer Resonanzinduktionsspule
und einem Resonanzkondensator über einen eine Gleichspan
nungskomponente abtrennenden Kondensator parallelgeschaltet,
während eine Last Z zu dem Resonanzkondensator parallelge
schaltet ist. Am Glättungskondensator wird eine geglättete
Gleichspannung erzeugt, so daß mit einem abwechselnden Ein- und
Ausschalten der Schaltelemente eine hochfrequente Recht
eckspannung V über den eine Gleichspannungskomponente ab
trennenden Kondensator an die Last angelegt wird, an die
infolge eines Resonanzeffekts der Resonanzinduktionsspule
und des Resonanzkondensators eine Hochfrequenzspannung ange
legt wird. Wird die Stromversorgungseinrichtung als Vor
schaltgerät vom Wechselrichtertyp zur Helligkeitssteuerung
einer Fluoreszenzlampe verwendet, so ist die Fluoreszenzlam
pe als Last angeschlossen und einer Hochfrequenz-Hellig
keitssteuerung unterworfen.
Die betreffenden Schaltelemente können jeweils durch einen
Leistungs-MOSFET verwirklicht werden, wobei jedoch auch
jeweils ein bipolarer Transistor verwendet werden kann, zu
dem eine in Sperrichtung gepolte Diode parallelgeschaltet
ist. Normalerweise werden die jeweiligen Schaltelemente so
angesteuert, daß ein Wechselrichterschaltungsstrom in seiner
Phase gegenüber der hochfrequenten Rechteckspannung V ver
zögert ist. Der Leistungsfaktor des Wechselrichterschal
tungsstromes wird daher bezüglich der hochfrequenten Recht
eckspannung nicht 1 sein, und es fließt ein Strom, der grö
ßer als der der Last zugeführte Strom ist, woraus sich das
Problem ergibt, daß der den Schaltelementen zugeführte Strom
groß wird und somit auch die Schaltungsverluste größer wer
den. Ein weiteres Problem besteht darin, daß ein Schaltele
ment mit großem Nennstrom verwendet werden muß, was mit ho
hen Kosten verbunden ist.
Bei einer aus der japanischen Offenlegungsschrift 4-329297
bekannten Energieversorgungseinrichtung werden ein in der
Phase nacheilender Strom und ein in der Phase voreilender
Strom erzeugt, und ein daraus zusammengesetzter Strom wird
den Schaltelementen zugeführt, wobei bei diesem Stand der
Technik dafür gesorgt ist, daß die Schaltelemente gleichpha
sig betrieben werden. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß
der Schaltstrom in den Modus einer voreilenden Phase ver
setzt wird, was auf Schaltungsschwankungen wie einer Last
schwankung, Versorgungsspannungsschwankungen und dergleichen
zurückzuführen ist, und es tritt das Problem auf, daß die
Schaltungsverluste größer werden können.
Bei einer anderen bekannten Stromversorgungseinrichtung ist
ein Vollweggleichrichter über seine Wechselspannungs-Ein
gangsklemmen an die Wechselspannungsquelle angeschlossen,
wobei eines der Schaltelemente über eine Induktionsspule an
die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen des Vollweggleichrich
ters angeschlossen und ein Glättungskondensator über eine
Diode zu dem betreffenden Schaltelement parallelgeschaltet
ist. Es wird ein Eingangsstrom entsprechend der Eingangs
spannung von der Wechselspannungsquelle geliefert, und es
ist eine die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung vor
gesehen. In diesem Fall wird eine Spannungserhöhungs-Zer
hackerschaltung mittels der Induktionsspule, eines Schalt
elements, einer Diode und eines Glättungskondensators gebil
det, während das eine Schaltelement auch als ein Schaltele
ment der Wechselrichterschaltung verwendet wird.
Mit dem Glättungskondensator ist ein Serienkreis aus zwei
Schaltelementen verbunden, und eine Diode ist in Sperrich
tung zu jedem dieser Schaltelemente parallelgeschaltet. Zu
einem dieser Schaltelemente ist ein Lastkreis für den Wech
selrichter über einen eine Gleichspannungskomponente abtren
nenden Kondensator parallelgeschaltet, und der Lastkreis für
den Wechselrichter enthält einen Serienresonanzkreis aus
einer weiteren Resonanzinduktionsspule und einem Resonanz
kondensator, während eine Last zu dem Resonanzkondensator
parallelgeschaltet ist. Die jeweiligen Schaltelemente werden
durch eine Gleichspannung vom Glättungskondensator abwech
selnd ein- und ausgeschaltet, und eine Rechteckspannung wird
an den Lastkreis für den Wechselrichter angelegt, wodurch
die Resonanzinduktionsspule mit einer hohen Frequenz beauf
schlagt wird. Andererseits wirkt das eine Schaltelement auch
als Zerhackerschaltung, so daß ein Eingangsstrom erzeugt
wird, der durch die eine Induktionsspule fließt, wobei die
Eingangsstromverzerrung verringert wird, und der Glättungs
kondensator wird durch die in der einen Induktionsspule ge
speicherte Energie geladen.
Bei der vorgenannten bekannten Stromversorgungseinrichtung
fließen ein Strom von der Resonanzinduktionsspule und ein
Strom von der einen Induktionsspule einander überlagert und
damit als hoher Strom zu dem einen Schaltelement, wodurch
das Problem entsteht, daß höhere Energieverluste oder Bela
stungen entstehen, zumindest das eine Schaltelement größer
bemessen sein muß und höhere Herstellungskosten entstehen.
Da ferner die am Glättungskondensator erhaltene Spannung die
erhöhte Spannung ist, ist es erforderlich, ein Schaltelement
mit hoher Haltespannung zu verwenden, wobei insoweit auch
wiederum das Problem hoher Kosten auftritt.
Bei einer anderen bekannten Stromversorgungseinrichtung ist
ein Kondensator mit der einen Induktionsspule in Serie ge
schaltet, wodurch die Ladeenergie für den Glättungskondensa
tor verringert wird, und die Spannung am Glättungskondensa
tor kann nicht mehr ansteigen. Beim zu dieser Zeit erfolgen
den Zerhackbetrieb bewirkt ein Einschalten des einen Schalt
elements die Erzeugung eines Eingangsstroms, der von der
Wechselspannungsquelle über den Vollweggleichrichter, einen
weiteren Kondensator, die eine Induktionsspule, ein Schalt
element und einen Vollweggleichrichter fließt, und es wird
eine Energie in diesem weiteren Kondensator und der einen
Induktionsspule gespeichert. Als nächstes wird das eine
Schaltelement abgeschaltet, wobei ein Strom erzeugt wird,
der über die eine Induktionsspule, eine Diode, einen Glät
tungskondensator, einen Vollweggleichrichter, einen weiteren
Kondensator und eine Induktionsspule fließt, und der Glät
tungskondensator und ein weiterer Kondensator werden durch
eine in der einen Induktionsspule induzierte Spannung gela
den. Wird überdies das andere Schaltelement eingeschaltet,
so wird ein Strom erzeugt, der über einen weiteren Kondensa
tor, eine weitere Diode, ein weiteres Schaltelement, eine
Induktionsspule und einen weiteren Kondensator fließt, so
daß der weitere Kondensator eine Energiequelle bildet, und
es wird ein Strom in einer Richtung entgegengesetzt zu der
der vorigen Periode erzeugt, der in die eine Induktionsspule
fließt. Ist überdies ein weiteres Schaltelement ausgeschal
tet, so wird ein Strom erzeugt, der über eine Induktionsspu
le, einen weiteren Kondensator, eine weitere Diode, einen
Glättungskondensator, eine zusätzliche Diode und eine Induk
tionsspule fließt, so daß der Glättungskondensator durch
eine in der einen Induktionsspule induzierte Spannung gela
den wird, und ein weiterer Kondensator wird entladen. Danach
wird die gleiche Operation wiederholt, und am Glättungskon
densator wird eine Gleichspannung erhalten. In diesem Fall
sind die Anordnung und der Betrieb der Wechselrichterschal
tung die gleichen wie bei der vorhergehenden bekannten Ein
richtung. Auch bei der vorhergehenden bekannten Stromversor
gungseinrichtung besteht das Problem, daß die durch die Re
sonanzinduktionsspule und die eine Induktionsspule fließen
den Ströme einander überlagert den jeweiligen Schaltelemen
ten zugeführt werden, so daß größere Energieverluste oder
Belastungen auftreten, die Schaltelemente größere Abmessun
gen besitzen und die Einrichtung teuer wird.
Ein erstes Ziel der Erfindung ist es daher, eine Stromver
sorgungseinrichtung zu schaffen, bei der die zuvor genannten
Probleme beseitigt sind und mit der der Leistungsfaktor des
Schaltstromes bezüglich der hochfrequenten Rechteckspannung
verbessert werden kann, um den Schaltstrom kleiner halten zu
können, was die Verwendung eines Schaltelements mit kleinem
Nennstrom ermöglicht, wobei die Abmessungen der erforderli
chen Wechselrichterschaltung und entsprechend die Kosten für
die Herstellung der Einrichtung minimiert werden.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine Stromversor
gungseinrichtung erreicht, bei der durch Gleichrichten und
Glätten einer Versorgungswechselspannung eine Versorgungs
gleichspannung erhalten wird, eine rechteckförmige Hochfre
quenzspannung durch bei hoher Frequenz erfolgendes Ein- und
Ausschalten von Schaltelementen einer an die Versorgungs
gleichspannung angelegten Wechselrichterschaltung erzeugt
wird und die rechteckförmige Hochfrequenzspannung an einen
Lastkreis für den Wechselrichter angelegt wird, wobei die
Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Stromaus
gleichsschaltung vorgesehen ist, um einen Strom zu erzeugen,
der zu einem aufgrund der Hochfrequenzspannung durch den
Lastkreis für den Wechselrichter fließenden Strom im wesent
lichen gegenphasig ist, daß die Stromausgleichsschaltung zu
dem Lastkreis für den Wechselrichter parallelgeschaltet ist
und daß ein aus einem durch den Lastkreis für den Wechsel
richter fließenden Strom und einem weiteren, durch die
Stromausgleichsschaltung fließenden Strom zusammengesetzter
Strom erzeugt wird, der in der Phase gegenüber der Hochfre
quenzspannung etwas nacheilt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird; in dieser zei
gen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung;
Fig. 2 ein erläuterndes Wellenformdiagramm für die Funk
tionsweise bei wesentlichen Abschnitten der Strom
versorgungseinrichtung der Fig. 1;
Fig. 3 und 4 erläuternde Ansichten zur Funktionsweise hinsicht
lich verschiedener, bei der Stromversorgungseinrich
tung der Fig. 1 verwirklichter Aspekte;
Fig. 5 ein konkreteres Schaltbild der Stromversorgungsein
richtung der Fig. 1;
Fig. 6 bis 10 Schaltbilder, die weitere Ausführungsformen der
Erfindung zeigen;
Fig. 11 ein erläuterndes Wellenformdiagramm für die Funk
tionsweise bei wesentlichen Abschnitten der Ausfüh
rungsform der Fig. 10;
Fig. 12 und 13 Schaltbilder weiterer Ausführungsformen der Erfin
dung;
Fig. 14 ein erläuterndes Wellenformdiagramm für die Funk
tionsweise bei wesentlichen Abschnitten in der
Schaltung der Ausführungsform der Fig. 13;
Fig. 15 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 16 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung;
Fig. 17 ein erläuterndes Diagramm für die Funktionsweise
bei wesentlichen Abschnitten in der Schaltung der
Fig. 16;
Fig. 18 ein erläuterndes Diagramm für einen Hochfrequenz
betrieb bei wesentlichen Abschnitten in der Ausfüh
rungsform der Fig. 17;
Fig. 19 ein erläuterndes Diagramm für einen Niederfrequenz
betrieb bei wesentlichen Abschnitten in der Ausfüh
rungsform der Fig. 17;
Fig. 20 bis 26 Schaltbilder, die weitere Ausführungsformen
der Erfindung zeigen;
Fig. 27 ein Teilschaltbild eines wesentlichen Abschnitts
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 28 ein konkreteres Schaltbild der Ausführungsform der
Fig. 27;
Fig. 29 und 30 Schaltbilder, die weitere Ausführungsformen der
Erfindung zeigen;
Fig. 31 bis 36 erläuternde Ansichten verschiedener Betriebszustände
in der Ausführungsform der Fig. 30; und
Fig. 37 bis 46 Schaltbilder, die verschiedene weitere Ausführungs
formen der Erfindung zeigen.
Während die Erfindung im folgenden anhand der in der Zeich
nung gezeigten Ausführungsformen beschrieben wird, ist fest
zustellen, daß sie nicht auf diese Ausführungsformen be
schränkt ist.
In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Grundanordnung der Erfin
dung gezeigt. In dieser Schaltungsanordnung sind Wechsel
spannungs-Eingangsklemmen eines Vollweggleichrichters DB an
eine Wechselspannung VS angeschlossen, während ein Glät
tungskondensator C1 an die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen
des Vollweggleichrichters DB angeschlossen und eine Wechsel
richterschaltung 3 mit diesem Glättungskondensator C1 ver
bunden ist. Die Wechselrichterschaltung 3 ist dazu vorgese
hen, eine Hochfrequenzspannung V an einer Ausgangsseite der
Schaltung zu liefern, welche Spannung an einen Lastkreis 1
für den Wechselrichter und eine Stromausgleichsschaltung 2
angelegt ist. Über den Lastkreis 1 für den Wechselrichter
fließt ein Strom I1 mit einer gegenüber der Hochfrequenz
spannung V nacheilenden Phase, welcher Strom größer als ein
einer Last Z zugeführter Strom Iz ist. Ferner ist zu dem
Lastkreis 1 für den Wechselrichter die Stromausgleichsschal
tung 2 parallelgeschaltet, die so ausgelegt ist, daß dort
ein Strom I2 fließt, der zu dem Strom I1 zu dem Lastkreis 1
für den Wechselrichter im wesentlichen gegenphasig ist, mit
einer etwas nacheilenden Phase, so daß der zusammengesetzte
Strom I ein wechselgerichteter Strom aufgrund der durch
Wechselrichten erhaltenen Hochfrequenzspannung V ist, wo
durch der zusammengesetzte Strom I kleingehalten wird und
sich einer Trapezform der Hochfrequenzspannung V annähert,
so daß der Leistungsfaktor hoch wird.
In Fig. 2 sind Wellenformen dargestellt, die den Betrieb der
Stromversorgungseinrichtung der Fig. 1 darstellen, d. h. die
Hochfrequenzspannung V, die am Ausgang der Wechselrichter
schaltung 3 auftritt, den durch die Last Z fließenden Strom
Iz, den durch den Lastkreis 1 für den Wechselrichter flie
ßenden Strom I1, den durch die Stromausgleichsschaltung 2
fließenden Strom I2 und den aus den durch den Lastkreis 1
für den Wechselrichter und die Stromausgleichsschaltung 2
fließenden Strömen I1 und I2 zusammengesetzten Strom I. Wie
sich aus Fig. 2 ergibt, kann dadurch, daß der Strom I2 durch
die Stromausgleichsschaltung 2 im wesentlichen gegenphasig
zu dem Strom I1 ist, der infolge der Hochfrequenzspannung V
zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter fließt, um den
Leistungsfaktor des zusammengesetzten Schaltstromes I zu
verbessern, der Schaltstrom I minimiert werden, um dadurch
auch den Nennstrom der Schaltelemente zu minimieren und um
die Abmessungen und Kosten der Wechselrichterschaltung und
gegebenenfalls der Stromversorgungseinrichtung auf ein Mini
mum herabzusetzen. Da ferner der aus dem zu dem Lastkreis 1
für den Wechselrichter fließenden Strom I1 und dem zu der
Stromausgleichsschaltung 2 fließenden Strom I2 zusammenge
setzte Strom I in der Phase leicht gegenüber der Hochfre
quenzspannung V nacheilt, ist es möglich, zu verhindern, daß
die Schaltelemente zum Zeitpunkt des Wechselrichtens zur
Erzeugung der Hochfrequenzspannung V, d. h. zum Zeitpunkt des
Einschaltens eines der Schaltelemente gleichzeitig einge
schaltet werden. Erfindungsgemäß wird daher der zu den
Schaltelementen der Wechselrichterschaltung fließende Strom
auf ein Minimum herabgesetzt, wobei auch die Schaltverluste
minimiert werden können, so daß ein Element mit kleinem
Nennstrom verwendet werden kann, um die Abmessungen und die
Kosten hinreichend minimieren zu können.
In der Stromversorgungseinrichtung ist zur Verringerung der
Eingangsverzerrung allgemein eine diese Eingangsverzerrung
verringernde Schaltung mit den Schaltelementen verbunden,
derart, daß eine Zerhackerschaltung gebildet wird. Während
mit dieser die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung
eine Gleichspannungsquelle geschaffen wird und ferner die
die Schaltelemente enthaltende Wechselrichterschaltung an
diese Gleichspannungsquelle angeschlossen wird, erzeugt
diese Anordnung Ströme zu der Zerhackerschaltung und der
Wechselrichterschaltung, die zum gleichen Schaltelement
fließen, und der Strom zu dem Schaltelement kann groß
werden.
Andererseits wird gemäß einem Merkmal der Erfindung der
Strom zu dem Schaltelement Q, das gleichzeitig einen Teil
des Zerhackermittels und des Wechselrichtermittels bildet,
so verringert, daß eine Anordnung eingesetzt werden kann,
die die Verwendung eines Schaltelements mit kleinem Nenn
strom ermöglicht.
In diesem Fall ist, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, die
die Eingangsverzerrung verringende Schaltung 3a so ausge
legt, daß die Eingangsverzerrung dadurch verringert wird,
daß die Wechselspannung Vs durch das Schaltelement Q zer
hackt wird, das bei hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet
wird, und am Glättungskondensator C wird eine Gleichspannung
erhalten. Ferner ist die Wechselrichterschaltung 2a dazu
vorgesehen, die Hochfrequenzspannung zu erzeugen, indem das
Schaltelement Q für ein Anlegen und Trennen von der vom
Glättungskondensator C1 gelieferten Gleichspannung ein- und
ausgeschaltet wird, und eine hochfrequente Ausgangsspannung
der Wechselrichterschaltung 2a wird an den Lastkreis 1 für
den Wechselrichter angelegt. Die Stromausgleichsschaltung 2
ist dazu vorgesehen, dem gemeinsam von der die Eingangsver
zerrung verringernden Schaltung 3a und der Wechselrichter
schaltung 2a verwendeten Schaltelement Q einen Strom I2 zu
zuführen, der zu wenigstens einem der Ströme im wesentlichen
gegenphasig ist, die durch einen Strom I3a von der-die Ein
gangsverzerrung verringernden Schaltung 3a und einen Strom
I1 von der Wechselrichterschaltung 2a gebildet werden.
Bei der Schaltung der Fig. 3 ist die Stromausgleichsschal
tung 2, durch die der gegenphasige Strom fließt, zu dem
Lastkreis 1 für den Wechselrichter parallelgeschaltet, und
der Strom I1 des Lastkreis 1 für den Wechselrichter und der
Strom I2 der Stromausgleichsschaltung 2 sind zueinander ge
genphasig, wobei der durch diese gebildete zusammengesetzte
Strom (I1+I2) sowohl hinsichtlich des Effektivwerts als auch
hinsichtlich des Momentanwerts klein wird. Da dieser zusam
mengesetzte Strom (I1+I2) durch das Schaltelement Q fließt,
wird der Strom Is zu dem Schaltelement Q selbst dann klein
gehalten, wenn der Zerhackerstrom I3a ihm überlagert wird.
Demnach ist es möglich, als Schaltelement Q ein solches mit
geringem Nennstrom zu verwenden.
Ferner ist es bei der Schaltung der Fig. 4 möglich, den aus
dem Zerhackerstrom I3a und dem Strom I2 der Ausgleichsschal
tung zusammengesetzten Strom (I3a+I2) dadurch kleinzuhalten,
daß die Stromausgleichsschaltung 2 zu der die Eingangsver
zerrung verringernden Schaltung 3a parallelgeschaltet wird,
so daß selbst dann, wenn ihm der Strom I1 des Lastkreis 1
für den Wechselrichter überlagert wird, der Strom Is zu dem
Schaltelement Q kleiner wird als der bei herkömmlichen Ein
richtungen.
Die Stromversorgungseinrichtung der Fig. 1 kann mit beiden
Funktionen der Anordnungen der Fig. 3 und 4 versehen
sein, und die Stromausgleichsschaltung 2 kann gleichzeitig
als die die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung 3a
oder der Lastkreis 1 für den Wechselrichter verwendet wer
den.
Fig. 5 zeigt ein gegenüber dem der Stromversorgungseinrich
tung der Fig. 1 konkreteres Schaltbild, wonach der Vollweg
gleichrichter DB mit seinen Wechselspannungs-Eingangsklemmen
an die Wechselspannungsquelle Vs angeschlossen ist, während
der Glättungskondensator C1 an die Gleichspannungs-Aus
gangsklemmen des Vollweggleichrichters DB angeschlossen ist.
Zu diesem Glättungskondensator C1 ist ein Serienkreis aus
zwei Schaltelementen Q1 und Q2 parallelgeschaltet, wobei
Dioden D1 und D2 in Sperrichtung zu den jeweiligen Schalt
elementen parallelgeschaltet sind. Zu dem Schaltelement Q2
sind der Lastkreis 1 für den Wechselrichter und die dazu
parallele Stromausgleichsschaltung 2 über einen eine Gleich
spannungskomponente abtrennenden Kondensator C3 parallelge
schaltet. Der Lastkreis 1 für den Wechselrichter enthält
einen Serienresonanzkreis aus einer Induktionsspule L1 und
einem Kondensator C2, wobei zu dem Resonanzkondensator C2
die Last Z parallelgeschaltet ist. Ferner enthält die Strom
ausgleichsschaltung 2 einen Resonanzkreis aus einer Induk
tionsspule L2 und einem Kondensator C4.
Im vorliegenden Fall werden die vorgenannten Schaltelemente
Q1 und Q2 abwechselnd bei hoher Frequenz ein- und ausge
schaltet, so daß sie als Wechselrichter vom Halbbrücken-Typ
wirken, und eine Hochfrequenzspannung V wird an einem aus
gangsseitigen Ende des eine Gleichspannungskomponente ab
trennenden Kondensators C3 erzeugt, die an den Lastkreis 1
für den Wechselrichter und die Stromausgleichsschaltung 2
angelegt wird. Zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter,
an den die Hochfrequenzspannung V angelegt ist, fließt der
Hochfrequenzstrom I1. Der Hochfrequenzstrom I1 wird so er
zeugt, daß er in der Phase gegenüber der Hochfrequenzspan
nung V nacheilt und größer als der der Last Z zugeführte
Strom ist. Zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Stromes
vom Hochfrequenzabschnitt wird die Stromausgleichsschaltung
2 zugeschaltet. Diese Stromausgleichsschaltung 2 enthält
vorzugsweise einen Serienkreis aus einer Induktionsspule L2
und einem Kondensator C4, dessen Resonanzfrequenz 1/2√
höher als die Frequenz der Hochfrequenzspannung eingestellt
wird. Mit dieser Einstellung eilt der zu der Stromaus
gleichsschaltung 5 fließende Strom I2 in der Phase gegenüber
der Hochfrequenzspannung V vor, und der in der Phase nach
eilende Strom I1 und der in der Phase voreilende Strom I2
fließen ausgehend von der Hochfrequenzspannung V, und der
aus diesen zusammengesetzte Strom I wird ein Strom mit hohem
Leistungsfaktor. Zu diesem Zeitpunkt sind die Betriebswel
lenformen bei den wesentlichen Abschnitten die gleichen wie
jene der Fig. 2, und es ist festzustellen, daß deren zusam
mengesetzter Strom I der Trapezform nahe kommt und der Strom
mit hohem Leistungsfaktor ist. Entsprechend wird der Effek
tivwert des durch die Schaltelemente Q1 und Q2 fließenden
Stromes geringer als der in der Phase nacheilende Strom I1,
und der Stromwert beim Ein- und Ausschalten wird gering,
wodurch die Schaltverluste minimiert werden. Folglich kann
ein Element mit kleinem Nennstrom für die jeweiligen Schalt
elemente Q1 und Q2 verwendet werden, wobei die Abmessungen
und die Kosten auf ein Minimum herabgesetzt werden können.
Bei einer weiteren, in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung wird eine Entladungslampe LA als Last Z verwendet,
und die Einrichtung ist für die Helligkeitssteuerung einer
Hochfrequenz-Entladungslampe ausgelegt. In diesem Fall ist
der Resonanzkondensator C2 mit einer nicht auf der Quellen
seite liegenden Klemme der Entladungslampe LA verbunden, so
daß ein Resonanzkreis aus der Induktionsspule L1 und dem
Kondensator C2 gebildet wird, welcher Kreis auch als Faden
heizschaltung der Entladungslampe LA wirken kann.
Bei einer weiteren, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist ein Halbbrücken-Wechselrichter vorgesehen, bei
dem zwei eine Gleichstromkomponente abtrennende Kondensato
ren C31 und C32 verwendet werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist
vorgesehen, die mit der Ausgangsseite der Stromversorgungs
einrichtung verbundene Entladungslampe LA durch einen Trans
formator T zu isolieren, wobei durch diese Isolierung der
Entladungslampe LA Stromstöße oder dergleichen vermieden
werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist ein Vollbrücken-Wechselrichter gebildet, was
sich aus einem Vergleich mit der Ausführung der Fig. 7 er
gibt.
Bei den jeweiligen Ausführungsformen der Fig. 6 bis 9
sind weitere Anordnungen die gleichen wie jene der Fig. 1
bis 5, wodurch der Effektivwert des zu den Schaltelementen
Q1 und Q2 fließenden Stromes in jeder Ausführungsform mini
mieret wird, wobei ein Schaltelement mit kleinerem Nennstrom
verwendet werden kann und wobei die Abmessungen und Kosten
auf ein Minimum herabgesetzt werden können.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
bei der die Anordnung so getroffen ist, daß gegenüber der
vorhergehenden Ausführungsform der Fig. 5, bei der der in
der Phase nacheilende Strom I1 zu dem Lastkreis 1 für den
Wechselrichter und der in der Phase voreilende Strom I2 zu
der Ausgleichsschaltung 2 fließt, wenn die Hochfrequenzspan
nung V angelegt wird, die Phasenbeziehung der zu dem Last
kreis 1 für den Wechselrichter und der Stromausgleichsschal
tung 2 fließenden Ströme I1 und I2 umgekehrt wird, so daß
bei der vorliegenden Ausführungsform der in der Phase vorei
lende Strom I1 zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter und
der in der Phase nacheilende Strom I2 zu der Stromaus
gleichsschaltung 2 fließt. Auch bei dieser Anordnung ist der
Leistungsfaktor des zusammengesetzten Stromes I erhöht, und
sein Effektivwert kann minimiert werden. Um zu erreichen,
daß der Strom I1 des Lastkreis 1 für den Wechselrichter in
der Phase leicht voreilt, ist zusätzlich ein in Serie ge
schalteter Kondensator C5 vorgesehen, und um zu erreichen,
daß der Strom I2 der Stromausgleichsschaltung 2 in der Phase
leicht nacheilt, wird im vorliegenden Fall nur die Induk
tionsspule L2 verwendet.
Fig. 11 zeigt ein Betriebswellenformdiagramm für betreffende
Abschnitte in der vorliegenden Ausführungsform, d. h. es wer
den die am ausgangsseitigen Ende des Kondensators C3 auftre
tende Hochfrequenzspannung V, der durch den Lastkreis 1 für
den Wechselrichter fließende Strom I1, der durch die Strom
ausgleichsschaltung 2 fließende Strom I2 und der aus diesen,
durch den Lastkreis 1 für den Wechselrichter und die Strom
ausgleichsschaltung 2 fließenden Strömen I1 und I2 zusammen
gesetzte Strom I gezeigt. Die gewünschte Beziehung zwischen
den Phasen der Ströme kann bei der vorliegenden Ausführungs
form dadurch erzielt werden, daß die Schaltungskonstanten
der Induktionsspule L1, des Kondensators C2, der Induktions
spule L2 und des Kondensators C2 wahlweise eingestellt wer
den, wodurch der gleiche Effekt wie bei der vorhergehenden
Ausführungsform der Fig. 5 erreicht wird, wie sich dies ohne
weiteres ergibt. Ferner können bei der vorliegenden Ausfüh
rungsform als Schaltelemente Q1 und Q2 MOSFETs verwendet
werden, falls erwünscht, und wenn die in diesen enthaltenen
Dioden verwendet werden, können die in Sperrichtung paral
lelgeschalteten Dioden entfallen.
Eine weitere, in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform der Erfin
dung ist für eine Verwendung mit einer Hochfrequenz-Entla
dungslampe ausgelegt, wobei die Entladungslampe LA als Last
Z verwendet wird. In diesem Fall ist die Entladungslampe LA
durch den Transformator T isoliert, und der Kondensator C2
ist an die nicht auf der Quellenseite liegende Klemme der
Entladungslampe LA angeschlossen. Auch bei dieser Ausfüh
rungsform können wiederum die gleiche Funktion und der glei
che Effekt wie bei der Ausführungsform der Fig. 10 erreicht
werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung sind der Lastkreis 1 für den Wechselrichter und
die Stromausgleichsschaltung 2 zueinander parallel über den
eine Gleichstromkomponente abtrennenden Kondensator C3 an
die beiden Enden eines Schaltelements Q1 angeschlossen. Der
Lastkreis 1 für den Wechselrichter enthält den Serienreso
nanzkreis aus der Induktionsspule L1 und dem Kondensator C2,
und zu dem Resonanzkondensator C2 ist die Last Z1 parallel
geschaltet. Die Stromausgleichsschaltung 2 enthält im we
sentlichen den Serienresonanzkreis aus der Induktionsspule
L2 und dem Kondensator C4, und indem eine Last Z2 zu dem
Kondensator C4 parallelgeschaltet ist, wird auch ein zweiter
Lastkreis für den Wechselrichter gebildet. Ferner wird der
Kondensator C5 zu der Induktionsspule L2 in Serie geschal
tet, und der zu der Stromausgleichsschaltung 2 fließende
Strom I2 eilt in der Phase gegenüber der angelegten Spannung
vor, während der zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter
fließende Strom I1 in der Phase gegenüber der angelegten
Spannung nacheilt.
Fig. 14 zeigt Betriebswellenformen der Schaltung der
Fig. 13, d. h. die Spannung V2 an dem Schaltelement Q2, den
zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter fließenden Strom
I1, den zu der Stromausgleichsschaltung 2 fließenden Strom
I2 und den aus den zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter
und der Stromausgleichsschaltung 2 fließenden Strömen I1 und
I2 zusammengesetzten Strom I. Hier ist es möglich, den aus
dem Strom I1 zu dem Lastkreis 1 für den Wechselrichter und
dem Strom I2 zu der Stromausgleichsschaltung 2 fließenden
Strom I2 zusammengesetzten Strom I durch eine Phasendiffe
renz zwischen den beiden Strömen I1 und I2 zu verringern.
Ferner wurde die Möglichkeit geschaffen, den beiden Lasten
Energie mit einem Schaltstrom zuzuführen, der wesentlich
niedriger als in dem Fall ist, daß die Energie zwei gleich
phasigen, parallelgeschalteten Lasten zugeführt wird, wo
durch es möglich ist, die Abmessungen und Kosten der Schalt
elemente Q1 und Q2 zu minimieren, da die Stromausgleichs
schaltung 2 auch als Lastkreis 1 für den Wechselrichter
wirkt, wobei auch die Abmessungen und Kosten der Schaltung
minimiert werden können.
Bei einer weiteren, in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist ein Halbbrücken-Wechselrichter mit den eine
Gleichstromkomponente abtrennenden Kondensatoren C31 und C32
gebildet. Ferner werden die Entladungslampen LA1 und LA2 als
Lasten Z1 und Z2 verwendet, wobei die Kondensatoren C2 und
C4 mit den nicht auf der Quellenseite vorgesehenen Klemmen
der Entladungslampen LA1 und LA2 verbunden und die Resonanz
kondensatoren sowie die Fadenheizschaltungen gebildet wer
den. Mit der vorzugsweisen Verwendung von MOSFETs als
Schaltelemente ist es möglich, die Dioden D1 und D1 wegzu
lassen.
Auch bei dieser Ausführungsform kann der gleiche Effekt wie
bei der Ausführungsform der Fig. 13 erzielt werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung sind die Wechselspannungs-Eingangsklemmen des
Vollweggleichrichters DB über eine Filterschaltung 4 an die
Wechselspannungsquelle Vs angeschlossen. Die Filterschaltung
4 enthält eine Induktionsspule L3 und einen Kondensator C6,
und sie verhindert, daß irgendein Rauschen infolge des
Schaltstromes auf die Wechselspannungsquelle Vs übertragen
wird. An die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen des Vollweg
gleichrichters DB ist über die Diode D3 der Glättungskonden
sator C1 angeschlossen, und zu dem Glättungskondensator C1
ist der Serienkreis aus den Schaltelementen Q1 und Q2 paral
lelgeschaltet. Die Schaltelemente Q1 und Q2 werden bei einer
hohen Frequenz abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Zu dem
Schaltelement Q1 ist der Serienresonanzkreis aus der Induk
tionsspule L1 und dem Kondensator C2 über einen eine Gleich
spannungskomponente abtrennenden Kondensator C3 parallelge
schaltet, und die Last LA ist zu dem Kondensator C2 paral
lelgeschaltet. Als Last LA kann eine Entladungslampe verwen
det werden. Eine Schaltung mit den Schaltelementen Q1 und
Q2, der Induktionsspule L1 und den Kondensatoren C1-C3 bil
det eine Wechselrichterschaltung 2a.
Bei dieser Ausführungsform wird die eine Eingangsverzerrung
verringernde Schaltung 3a verwendet, und mit den Gleichspan
nungs-Ausgangsklemmen des Vollweggleichrichters DB ist der
Kondensator C5 verbunden. Mit einem Verbindungspunkt des
Vollweggleichrichters DB mit der Diode D3 ist ein Ende eines
Serienkreises aus der Induktionsspule L2 und dem Kondensator
C4 verbunden, und das andere Ende dieses Serienkreises aus
der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C4 ist mit einem
Verbindungspunkt des eine Gleichspannungskomponente abtren
nenden Kondensators C3 mit der Last LA verbunden.
Es wird auch auf Fig. 17 Bezug genommen, wo eine Änderung
der Spannung in der Schaltung entsprechend einer Änderung
der Schwingungsfrequenz f der Schaltelemente Q1 und Q2 der
Ausführungsform der Fig. 16 gezeigt ist, wo eine an der Last
LA der Wechselrichterschaltung 2a erzeugte Spannung Vz und
eine an dem Kondensator C4 in der eine Eingangsverzerrung
verringernden Schaltung 3a erzeugte Spannung Vc gezeigt
sind.
Fig. 18 zeigt Hochfrequenz-Betriebswellenformen bei wesent
lichen Abschnitten in der Schaltung der Fig. 16, d. h. (a)
zeigt eine Spannung an dem Schaltelement Q2, (b) gibt den
Strom zu der Induktionsspule L1 an, (c) zeigt den Strom zu
der Induktionsspule L2, (d) gibt den Strom des Schaltele
ments Q2 an und (e) zeigt den Ausgangsstrom Ie des Vollweg
gleichrichters DB.
Fig. 19 zeigt Niederfrequenz-Betriebswellenformen bei we
sentlichen Abschnitten in der Schaltung der Fig. 16, d. h.
bei (a) die Spannung der Wechselspannungsquelle Vs, bei (b)
den Strom zu der Induktionsspule L2, bei (c) den Strom zu
der Last LA und bei (d) einen Strom Iin von der Wechselspan
nungsquelle Vs.
Es wird nun der Schaltungsbetrieb der vorliegenden Ausfüh
rungsform weiter beschrieben. Zunächst wird auf den Betrieb
in einer Periode Bezug genommen, bei der die Spannung der
Wechselspannungsquelle Vs hoch ist. In einem Fall, daß das
Schaltelement Q2 eingeschaltet und das Schaltelement Q1
ausgeschaltet ist, fließt in der Wechselrichterschaltung 2a
ein regenerativer Strom über einen Pfad von der Induktions
spule L1 über den Kondensator C1, das Schaltelement Q2, den
Kondensator C3 und den Kondensator C2 zu der Last LA. Danach
fließt ein Strom über einen Pfad von dem Kondensator C1 über
die Induktionsspule L1, den Kondensator C2 sowie die Last LA
und den Kondensator C3 zu dem Schaltelement Q2. Andererseits
fließt in der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung
3a ein Eingangsstrom ausgehend von der Wechselspannungs
quelle Vs, und ein Strom fließt über einen Pfad aus dem
Vollweggleichrichter DB, der Induktionsspule L2, dem Konden
sator C4, dem Kondensator C3 und dem Schaltelement Q2. Die
ser Strom wird so erzeugt, daß er ein durch die Induktions
spule L2 und den Kondensator C4 bestimmter Strom mit vor
eilender Phase ist. Das heißt, daß zu diesem Zeitpunkt ein
solcher Eingangsstrom erzeugt wird, wie er in Fig. 18 (e)
gezeigt ist. Danach ist in dem Kondensator C4 eine hinrei
chende Ladung gespeichert, und ein Strom fließt von dem Kon
densator C4 als eine Energiequelle über einen Pfad aus der
Induktionsspule L2, der Diode D3, dem Kondensator C1, dem
Schaltelement Q2 und dem Kondensator C3. Zu diesem Zeitpunkt
ist der Kondensator C1 zu laden.
Als nächstes fließt in dem Fall, daß das Schaltelement Q1
eingeschaltet und das Schaltelement Q2 ausgeschaltet ist,
ein regenerativer Strom in der Wechselrichterschaltung 2a
über einen Pfad von der Induktionsspule L1 über den Konden
sator C2 sowie die Last LA und den Kondensator C3 zu dem
Schaltelement Q1. Danach fließt ein Strom von dem Konden
sator C3 über einen Pfad aus dem Kondensator C2 sowie der
Last LA, der Induktionsspule L1 und dem Schaltelement Q1. In
der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a fließt
ein Strom von dem Kondensator C4 über einen Pfad aus der
Induktionsspule L2, der Diode D3, dem Schaltelement Q1 und
dem Kondensator C3, welcher Strom so erzeugt wird, daß er
ein durch die Induktionsspule L2 und den Kondensator C4
bestimmter Strom mit voreilender Phase ist. Danach fließt,
wenn in dem Kondensator C4 eine ausreichende Ladung gespei
chert ist, ein Strom von dem Kondensator C4 und der Wechsel
spannungsquelle Vs als Energiequelle über einen Pfad aus dem
Vollweggleichrichter DB, der Induktionsspule L2, dem Konden
sator C4, dem Kondensator C3, dem Schaltelement Q1 und dem
Kondensator C1. Zu diesem Zeitpunkt wird der Eingangsstrom
so erzeugt, daß er ausgehend von der Wechselspannungsquelle
Vs fließt, wobei gleichzeitig der Kondensator C1 zu laden
ist.
Die Beschreibung erfolgt nun unter Bezugnahme auf den
Betrieb in einer Periode, bei der die Spannung der Wechsel
spannungsquelle Vs gering ist. Zunächst ist in einem Fall,
bei dem das Schaltelement Q2 eingeschaltet und das Schalt
element Q1 ausgeschaltet ist, der Betrieb der Wechselrich
terschaltung 2a und der die Eingangsverzerrung verringernden
Schaltung 3a derselbe wie in dem Fall, daß die Spannung der
Wechselspannungsquelle hoch ist. Als nächstes ist in einem
Fall, bei dem das Schaltelement eingeschaltet und das Schalt
element Q2 ausgeschaltet ist, der Betrieb der Wechselrich
terschaltung 2a der gleiche wie in dem Fall, daß die Spannung
der Wechselspannungsquelle Vs hoch ist. Ferner fließt in der
die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a ein Strom
von dem Kondensator C4 über einen Pfad aus der Induktions
spule L1, der Diode D3, dem Schaltelement Q1 und dem Konden
sator C3, welcher Strom so erzeugt wird, daß er eine durch
die Induktionsspule L2 und den Kondensator C4 bestimmte vor
eilende Phase aufweist. Danach fließt, wenn in dem Konden
sator C4 eine hinreichende Ladung gespeichert ist, ein Strom
von den Kondensatoren C4 und C5 als Energiequelle über einen
Pfad aus der Induktionsspule L2, dem Kondensator C4, dem
Kondensator C3, dem Schaltelement Q1 und dem Kondensator C1.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung des Kondensators C5
stets gleich der vollweggleichgerichteten Spannung der von
der Wechselspannungsquelle Vs gelieferten Energie, so daß
der Kondensator C5 entladen wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt
kein Eingangsstrom auf, im Gegensatz zu dem Fall, daß die
Spannung der Wechselspannungsquelle groß ist. Überdies ist
der durch die Induktionsspule L2 fließende Strom durch den
Kondensator C5, die Induktionsspule L2 und den Kondensator C4
bestimmt; da jedoch die Spannung der Wechselspannungs
quelle Vs niedrig und damit auch der Stromwert gering ist,
ist der Einfluß des Schaltelements auf den Strom gering.
Indem die vorhergehenden Betriebsabläufe wiederholt werden,
wird der zu den Schaltelementen Q1 und Q2 fließende Strom so
erzeugt, daß er der zusammengesetzte Strom aus dem in der
Phase voreilenden Strom durch die die Eingangsverzerrung
verringernde Schaltung und dem in der Phase nacheilenden
Strom durch die Wechselrichterschaltung 2a ist, so daß der
Wert des zusammengesetzten Stromes durch gegenseitiges Auf
heben beträchtlich verringert werden kann und auch bei den
Schaltelementen auftretende Energieverluste verringert wer
den können. Zudem können die mit der Verringerung des Nenn
stroms bezüglich des Schaltelements einhergehenden Kosten
verringert werden. Der durch die Last LA fließende Strom
weist eine derart flache Wellenform auf, wie dies in Fig. 19(c)
gezeigt ist, da der Lastkreis unabhängig von der Wech
selspannungsquelle Vs gebildet ist. Überdies nimmt die
Wellenform des Stromes von dem Vollweggleichrichter DB die
in Fig. 18(e) gezeigte Form mit Unterbrechungsperioden an,
und ihre Amplitude ändert sich in Abhängigkeit von der Größe
der Wechselspannung Vs, und die Unterbrechungszeit wird ins
besondere während Perioden verlängert, in denen die Wechsel
spannung Vs niedrig ist. Betrachtet man dasselbe für eine
niedrige Frequenz, so ergibt sich die in Fig. 19(d) gezeig
te Wellenform. Von dem Strom wird bei der Filterschaltung 4
die Hochfrequenzkomponente entfernt, wodurch der Eingangs
strom sinusförmig wird, und es kann ein Eingangsstrom mit
hohem Eingangsleistungsfaktor und einer geringen Hochfre
quenzkomponente erzielt werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist der Kondensator C5 zu der Diode D3 parallel
geschaltet, im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungs
form der Fig. 16, bei der der Kondensator C5 an die Gleich
spannungs-Ausgangsklemmen des Vollweggleichrichters DB ange
schlossen ist. Da die Kapazität des Kondensators C5 hinrei
chend kleiner als die des Kondensators C1 ist, ist die voll
weggleichgerichtete Spannung von der Wechselspannungsquelle
anzulegen, und die Funktionsweise ist im wesentlichen gleich
der bei der Ausführungsform der Fig. 16, wobei die Beschrei
bung der Funktionsweise anhand der Fig. 17-19 auch für
die vorliegende Ausführungsform gilt. Das heißt, daß die
Funktionsweise während der Perioden, während denen die Span
nung der Wechselspannungsquelle Vs hoch ist, die gleiche wie
bei der Ausführungsform der Fig. 16 ist, und selbst während
der Periode, in der die Spannung der Wechselspannungsquelle
Vs gering ist, ist die Funktionsweise im Fall des einge
schalteten Schaltelements Q2 und des ausgeschalteten Schalt
elements Q1 die gleiche wie bei der Ausführungsform der Fig.
16. Ferner fließt in dem Fall, daß das Schaltelement Q1 ein
geschaltet und das Schaltelement Q2 ausgeschaltet ist, in
der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung ein Strom
von dem Kondensator C4 über einen Pfad aus der Induktions
spule L2, der Diode D3, dem Schaltelement Q1 und dem Konden
sator C3, welcher Strom ein Strom mit einer durch die Induk
tionsspule L2 und den Kondensator C4 bestimmten voreilenden
Phase sein muß. Danach, wenn eine hinreichende Ladung in dem
Kondensator C4 gespeichert ist, fließt ein Strom von dem
Kondensator C4 als Energiequelle über einen Pfad aus der
Induktionsspule L2, dem Kondensator C4, dem Kondensator C3
und dem Schaltelement Q1. Zu diesem Zeitpunkt fehlt, anders
als bei der Ausführungsform der Fig. 16, die Stromschleife
zum Laden des Kondensators C1. Andererseits bringt der durch
die Induktionsspule L2 fließende Strom im wesentlichen keine
Änderungen mit sich.
Mit der zuvor genannten Funktionsabfolge wird der zu den
Schaltelementen Q1 und Q2 fließende Strom so erzeugt, daß er
der zusammengesetzte Strom aus dem in der Phase voreilenden
Strom durch die die Eingangsverzerrung verringernde Schal
tung 3a und dem in der Phase nacheilenden Strom durch die
Wechselrichterschaltung 2a ist, wodurch es möglich ist, den
Wert des zusammengesetzten Stromes durch ein gegenseitiges
Aufheben dieser Ströme beträchtlich zu verringern und die
bei dem Schaltelement auftretenden Energieverluste herabzu
setzen. Es ist auch möglich, die Herstellungskosten zu ver
ringern, was mit der Verringerung des Nennstroms das Schalt
elements einhergeht. Der durch die Last LA fließende Strom
wird so erzeugt, daß er eine derart flache Wellenform mit
kleiner Brummkomponente aufweist, wie dies in Fig. 19 (c)
gezeigt ist, da der Lastkreis unabhängig von der Wechsel
spannungsquelle gebildet ist. Überdies wird der Strom von
dem Vollweggleichrichter DB so erzeugt, daß er eine solche
Wellenform mit Unterbrechungsperioden aufweist, wie sie in
Fig. 18(e) gezeigt ist, deren Amplitude in Abhängigkeit von
der Größe der Wechselspannung Vs variiert, so daß in den
Perioden, in denen die Wechselspannung Vs niedrig ist,
insbesondere die Unterbrechungsintervalle verlängert sind.
Eine solche sich ändernde Wellenform wird hinsichtlich einer
niedrigen Frequenz so wie die in Fig. 19(d) gezeigte sein.
Durch die Beseitigung der Hochfrequenzkomponente bei der
Filterschaltung 4 ist es möglich, einen sinusförmigen Ein
gangsstrom zu erhalten, der einen hohen Eingangsleistungs
faktor und eine kleine Hochfrequenzkomponente besitzt.
Bei einer weiteren, in Fig. 21 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung wird eine Entladungslampe LA als Last und eine
Stromversorgung für einen Einsatz in Verbindung mit der
Entladungslampe verwendet. Überdies ist der Kondensator C2
an die nicht auf der Quellenseite vorgesehenen Klemmen der
Entladungslampe LA angeschlossen, um die Resonanzelemente
aus der Induktionsspule L1 und dem Kondensator C2 zu bilden,
wobei auch die Fadenheizschaltung gebildet wird.
Bei einer weiteren, in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung werden zwei Entladungslampen LA in einer durch
einen Transformator T isolierten Anordnung verwendet. Der
Kondensator C2 ist an die nicht auf der Anschlußseite vorge
sehenen Klemmen der Entladungslampen LA1 und LA2 angeschlos
sen, um den Resonanzkondensator und gleichzeitig die Faden
heizschaltung zu bilden. Zwischenfäden sind über eine Wick
lung n3 des Transformators T miteinander verbunden, wobei
die Wicklung n3 die Heizschaltung bildet.
Überdies sind der Kondensator C6 und die Diode D4 mit den
Ausgangsklemmen des Vollweggleichrichters DB verbunden, und
die Diode D4 besteht vorzugsweise aus einer schnellen Diode.
Als an die Ausgangsklemmen des Gleichrichters DB angeschlos
sener Kondensator C6 ist vorzugsweise ein Kondensator mit
einer Kapazität vorgesehen, die groß genug ist, um sicherzu
stellen, daß bei einem zu der Diode D4 fließenden Hochfre
quenzstrom in Abhängigkeit von dem Ein- und Ausschalten der
Schaltelemente Q1 und Q2 praktisch keine Spannungsschwankun
gen entstehen, und die klein genug ist, um eine pulsierende
Spannung durch Gleichrichten der auftretenden Netzspannung
zu erhalten, wodurch es möglich ist, einen langsamen, klei
nen und billigen Vollweggleichrichter zu verwenden.
Bei einer weiteren, in Fig. 23 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist der Transformator T der Ausführungsform der
Fig. 22 durch einen Isoliertransformator ersetzt, wobei die
Induktionsspule L1 weggelassen ist und der Glättungskonden
sator C1 durch eine Teilglättungsquelle (Kondensatoren C11,
C12 und Dioden D5, D6 und D7) ausgetauscht ist. Mit dieser
Anordnung wird die an die Wechselrichterschaltung 2a ange
legte Spannung verringert, so daß es möglich ist, Schal
tungsteile zu verwenden, die eine geringe Haltespannung auf
weisen.
Bei einer weiteren, in Fig. 24 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung wird eine Teilglättungsquelle aus einem Spannungs
abfallzerhacker anstelle der Teilglättungsquelle der Fig.
23 verwendet. Die Induktionsspule L3 bildet die für den
Spannungsabfallzerhacker verwendete Induktionsspule, und das
Schaltelement Q2 wirkt als das für den Spannungsabfallzer
hacker verwendete Schaltelement. Mit dieser Anordnung kann
der Strom zu dem Elektrolytkondensator nach dem Anschalten
an die Energiequelle durch ein entsprechendes Ansteuern des
Schaltelements Q2 verringert werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 25 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Entladungslampe LA der Ausführungsform der
Fig. 16 durch den dazwischengeschalteten Transformator T
isoliert. Hierbei sind der Transformator T und die Entla
dungslampe LA in der gleichen Weise wie bei der Ausführungs
form der Fig. 22 angeordnet.
Bei einer weiteren, in Fig. 26 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist es möglich, die Isoliertransformatoranordnung
und die Anordnung der Teilglättungsquelle zu übernehmen.
Bei den zuvor genannten Ausführungsformen der Fig. 21-26
sind die weiteren Anordnungen die gleichen wie jene der Aus
führungsform der Fig. 16 oder 20, und es kann der gleiche
Effekt erzielt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, von dessen
Stromversorgungseinrichtung ein wesentlicher Teil in Fig. 27
gezeigt ist, ist eine Steuerschaltung 5 zum Steuern der
Schaltfrequenz der Schaltelemente Q1 und Q2 vom Vorheizen
bis zum Leuchten der Einrichtung der Ausführungsform der
Fig. 16 und 20 hinzugefügt. In Fig. 27 sind Klemmen a und
b mit der Gate- bzw. der Source-Elektrode eines MOSFETs ver
bunden, der als Schaltelement Q1 verwendet wird, und Klemmen
c und d sind mit der Gate-Elektrode bzw. der Source-Elek
trode eines weiteren MOSFETs verbunden, der als Schaltele
ment C2 verwendet wird. Überdies ist eine Klemme e mit der
positiven Gleichspannungs-Ausgangsklemme des Vollweggleich
richters DB verbunden, und eine Klemme g ist mit einer Ener
gieversorgungsklemme Vcc der Steuerschaltung 5 verbunden.
Ein praktisches Schaltungsbeispiel der Steuerschaltung 5 der
Ausführungsform der Fig. 27 ist in Fig. 28 gezeigt, bei dem
ein IC-Treiber IC1 (bekannt als IR2155) verwendet wird, der
einen Oszillator enthält, und die Anordnung ist so getrof
fen, daß ihre Schwingungsfrequenz durch eine Zeitkonstante
bestimmt ist, die durch Widerstände R1 und R2 und einen Kon
densator C9 vorgegeben ist. Ferner ist ein bidirektionales
Schaltelement Q3 zu dem Widerstand R2 geschaltet, und das
Schaltelement Q3 ist durch ein Ausgangssignal eines Kompa
rators CP1 angesteuert, um die Zeitkonstante des Oszillators
zu variieren.
Als nächstes wird auf ein Steuersystem dieser Ausführungs
form Bezug genommen. In einem Fall, daß die Entladungslampe
LA als Last sich in einem eingeschalteten Zustand befindet,
wie in Fig. 17 gezeigt, werden die Schaltelemente Q1 und Q2
bei einer solchen Frequenz f2 ein- und ausgeschaltet, daß
eine nacheilende Phase bezüglich der Wechselrichterschaltung
2a erzielt wird, jedoch eine voreilende Phase bezüglich der
die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a erreicht
wird. Das heißt, daß in der Anordnung der Fig. 28 das bidi
rektionale Schaltelement Q3 sich im ausgeschalteten Zustand
befindet und die Schwingungsfrequenz durch die Zeitkonstan
ten der Widerstände R1 und R2 und des Kondensators 9 be
stimmt werden kann.
Im folgenden wird auf einen Fall Bezug genommen, bei dem
sich die lastbildende Entladungslampe LA in dem Vorheiz
zustand befindet. Beim Vorheizen ist das bidirektionale
Schaltelement Q3 durch das Ausgangssignal des Komparators
CP1 der Fig. 28 eingeschaltet, so daß die Schwingungsfre
quenz durch die Zeitkonstante des Widerstands R1 und des
Kondensators C9 bestimmt ist. Hier tritt in dem Fall, daß
die Schwingungsfrequenz f1 beim Vorheizen in einem Bereich
wie z. B. f02 < f1 < f01 bezüglich einer Resonanzfrequenz f01 der
die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a und einer
Resonanzfrequenz f01 der Wechselrichterschaltung 2a liegt,
die zu einer Beschädigung der Schaltung führende Gefahr auf,
daß der in der Phase nacheilende Strom der Wechselrichter
schaltung 2a klein ist, während der in der Phase voreilende
Strom der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a
größer ist und die Schaltelemente Q1 und Q2 gleichzeitig
eingeschaltet werden. Daher wird die Schwingungsfrequenz f1
beim Vorheizen so eingestellt, daß sie hinsichtlich irgend
einer der Wechselrichter- und die Eingangsverzerrung verrin
gernden Schaltungen 2a bzw. 3a in einem solchen Bereich wie
f02 < f1 und f01 < f1 liegt und verhindert wird, daß die Schalt
elemente Q1 und Q2 gleichzeitig eingeschaltet werden. Bei
der vorliegenden Ausführungsform erfolgt das Umschalten der
Frequenz vom Vorheizzustand in den Leuchtzustand diskonti
nuierlich durch das bidirektionale Schaltelement Q3, derart,
daß die Resonanzstelle f01 der die Eingangsverzerrung ver
ringernden Schaltung 3a nicht passiert wird, und es wird
keine solche Belastung auftreten, die zu einer Zerstörung
der Schaltelemente Q1 und Q2 führen kann, wodurch ausgehend
von dem Vorheizzustand ein stabiler Leuchtzustand möglich
ist.
Bei einer weiteren, in Fig. 29 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Steuerschaltung 5 dazu vorgesehen, das
Tastverhältnis der Schaltelemente Q1 und Q2 veränderlich zu
machen, um die Steuerung des Vorheizzustandes, des Leucht
zustandes und des Lichtabschwächungszustandes in einem sol
chen Fall auszuführen, daß z. B. die Last die Entladungslampe
ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine
IC-Zeitgeberschaltung verwendet, die aus einem universellen
Zeitgeber (z. B. der von der japanischen Firma NEC herge
stellte uPD5555) besteht, so daß die Schwingungsfrequenz
durch eine Zeitgeberschaltung IC1 vorgegeben ist, wobei dann
das Tastverhältnis durch eine Zeitgeberschaltung IC2 be
stimmt wird, die auf diese Weise erhaltenen Signale fre
quenzgeteilt werden und nach einer Verzögerungszeit den je
weiligen Treiberschaltungen DR1 und DR2 zugeführt werden.
Im folgenden wird auf das Steuersystem der vorliegenden Aus
führungsform Bezug genommen. Zunächst wird im Vorheizzustand
einer solchen Last LA wie der Entladungslampe ein Ausgangs
signal einer Logikschaltung A1 auf einen niedrigen Pegel
gebracht, und das Schaltelement Q4 wird eingeschaltet, so
daß Signale mit unterschiedlichem Tastverhältnis den Trei
berschaltungen DR1 und DR2 eingegeben werden. Danach erhöht
sich das Potential des Kondensators C22 stufenweise, das
Schaltelement Q4 wird ausgeschaltet und das Tastverhältnis
der Ansteuersignale für die Schaltelemente Q1 und Q2 wird im
wesentlichen 50%. Das heißt, daß die Ansteuersignale beim
Vorheizen ausgehend von einem unausgeglichenen Zustand näher
an den Zustand von 50% herangebracht werden, obwohl die
Schwingungsfrequenz konstant gehalten wird. Da hier keine
Änderung der Schwingungsfrequenz der Schaltelemente Q1 und
Q2 bei diesen Schritten auftritt, ist ein stabiler Leucht
betrieb ausgehend von dem Vorheizzustand möglich, während
verhindert wird, daß die Schaltelemente Q1 und Q2 gleich
zeitig eingeschaltet werden.
Bei der Durchführung der Helligkeitssteuerung ist es zu
diesem Zweck überdies ausreichend, das Tastverhältnis der
Ansteuersignale für die Schaltelemente Q1 und Q2 dadurch zu
variieren, daß der Wert des einstellbaren Transistors VR in
Fig. 29 geändert wird. Während bei dieser Ausführungsform
ein getrennt erregtes System als Steuersystem verwendet
wird, ist die vorhergehende Steuerung selbst dann möglich,
wenn ein selbsterregtes System verwendet wird, in welchem
ein Spannungsabfall am Schaltelement Q2 auf der Seite nied
rigen Potentials erfaßt wird, um dem Schaltelement Q2 ein
Einschaltsignal zuzuführen.
Bei einer weiteren, in Fig. 30 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die die Ein
gangsverzerrung verringernde Schaltung 3a auch als Lastkreis
1 für den Wechselrichter wirkt, und in dem Lastkreis 1 für
den Wechselrichter wird eine Phasenkorrektur durchgeführt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Wechselspannungs-Ein
gangsklemmen des Vollweggleichrichters DB an die Netzwech
selspannung Vs angeschlossen, und an die Gleichspannungs-Aus
gangsklemmen des Vollweggleichrichters DB werden der Ver
sorgungsglättungskondensator C1 und ein dazu paralleler Se
rienkreis aus den Schaltelementen Q1 und Q2 über die Diode
D3 angeschlossen. Zu den Schaltelementen Q1 und Q2 ist in
Sperrichtung jeweils eine Diode D1 bzw. D2 parallelgeschal
tet. Überdies ist an die Gleichspannungs-Ausgangsklemmen des
Vollweggleichrichters DB ein Parallelkreis aus einem Konden
sator C6 und einer Last LA2 über einen Kondensator C7 ange
schlossen. Die Kondensatoren C5 und C3 sind in Serie über
die Induktionsspule L2 zwischen einen Verbindungspunkt des
Kondensators C6 mit dem Kondensator C7 und einen weiteren
Verbindungspunkt des Schaltelements Q1 mit dem Schaltelement
Q2 geschaltet. Mit einem Verbindungspunkt zwischen den Kon
densatoren C5 und C3 ist ein Ende eines Parallelkreises aus
dem Kondensator C2 und der Last LA1 über die Induktionsspule
L1 verbunden, und das andere Ende dieses Parallelkreises ist
mit der negativen Ausgangsklemme des Vollweggleichrichters
DB verbunden.
Im folgenden wird auf die Funktionsweise der Ausführungsform
der Fig. 30 Bezug genommen. Bei dieser Ausführungsform wer
den die Schaltelemente Q1 und Q2 abwechselnd ein- und ausge
schaltet, derart, daß sie als Wechselrichter vom Halb
brücken-Typ arbeiten, wobei die Spannung des geladenen Glät
tungskondensators C3 als Energiequelle verwendet wird, und
eine Hochfrequenzenergie wird den Lasten LA1 und LA2 zuge
führt. Das heißt, daß mit dem Einschalten des Schaltelements
Q1 ein Strom erzeugt wird, der durch einen Pfad aus dem Kon
densator C1, dem Schaltelement Q1, dem Kondensator C3, der
Induktionsspule L1, dem Parallelkreis aus der Last LA1 und
dem Kondensator C2 und dem Kondensator C1 fließt, und ande
rerseits ein weiterer Strom erzeugt wird, der über einen
Pfad aus dem Kondensator C1, dem Schaltelement Q1, den Kon
densatoren C3 und C5, der Induktionsspule L2, dem Parallel
kreis aus der Last LA2 und dem Kondensator C6 sowie dem Kon
densator C1 fließt.
Wird das Schaltelement Q2 eingeschaltet, so wird ein Strom
erzeugt, der über einen Pfad aus dem Kondensator C3, dem
Schaltelement Q2, dem Parallelkreis aus der Last LA1 und dem
Kondensator C2, der Induktionsspule L1 und dem Kondensator
C3 fließt, und es wird ein weiterer Strom erzeugt, der über
einen Pfad aus dem Kondensator C3, dem Schaltelement Q2, dem
Parallelkreis aus der Last LA2 und dem Kondensator C6, der
Induktionsspule L2 und den Kondensatoren C5 und C3 fließt,
wodurch die Hochfrequenzenergien den Lasten LA1 und LA2 bei
der Schaltfrequenz der Schaltelemente Q1 und Q2 zugeführt
werden.
Während in dem Lastkreis 21 die Induktionsspule L1 und der
Kondensator C2 im vorliegenden Fall einen LC-Serienreso
nanzsystem bilden, wird der durch dieses Resonanzsystem
fließende Strom so erzeugt, daß er gegenüber der vom Glät
tungskondensator C1 über die Schaltelemente C1 und C2 gelie
ferten Rechteckspannung V in der Phase nacheilt. Anderer
seits bilden der Kondensator C6, die Induktionsspule L2 und
der Kondensator C5 in dem Lastkreis 22 sowie der Kondensator
C7, die Induktionsspule L2 und der Kondensator C5 in der die
Eingangsverzerrung kompensierenden Schaltung 3a jeweils ein
LC-Serienresonanzsystem, und der durch diese Resonanzsysteme
fließende Strom I2 besitzt gegenüber der Rechteckspannung V
eine voreilende Phase, wie später erläutert wird. Damit
kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem Schaltungsbetrieb
der vorhergehenden, die Eingangsverzerrung verringernden
Schaltung 3a beschrieben wurde, der zusammengesetzte Strom I
aus dem in der Phase nacheilenden Strom I1 und dem in der
Phase voreilenden Strom I2 entsprechend der Phasendifferenz
zwischen den beiden Strömen I1 und I2 verringert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den
aus dem in der Phase nacheilenden Strom I1 und dem in der
Phase voreilenden Strom I2 zusammengesetzten Strom I dadurch
zu verringern, daß der durch den Lastkreis 21 fließende
Strom I1 so erzeugt wird, daß er in der Phase nacheilt, und
der Strom I2, der durch die die Eingangsverzerrung verrin
gernde Schaltung 3a fließt, die auch als Lastkreis 22 wirkt,
so erzeugt wird, daß er in der Phase gegenüber der durch die
Schaltelemente Q1 und Q2 aufbereiteten Rechteckspannung V
voreilt, wodurch die Energiezufuhr möglich ist, ohne die zu
den Schaltelementen Q1 und Q2 fließenden Ströme zu erhöhen,
obgleich zwei Lasten vorgesehen sind, so daß ein Schaltele
ment geringer Stromkapazität verwendet und die Kosten ver
ringert werden können. Indem ferner die die Eingangsverzer
rung verringernde Schaltung 3a auch als Stromausgleichs
schaltung 2 und Lastkreis 1 für den Wechselrichter arbeitet,
wird die gesamte Schaltungsanordnung vereinfacht, und es ist
möglich, die Abmessungen der Schaltung auf ein Minimum her
abzusetzen und die erforderlichen Kosten zu verringern.
In Fig. 31 und den folgenden Figuren wird die Funktionsweise
der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung 3a der
Erfindung beschrieben. In der Schaltung 3a sind die Induk
tionsspule L2 und der Kondensator C5 der Anordnung zur Ver
ringerung der Eingangsstromverzerrung durch Mittel aus der
Diode D3 und dem Kondensator C7 hinzugefügt, so daß sie
gleichzeitig die Funktion des Ladens des Glättungskondensa
tors C1 übernimmt. Ferner ist ein die Last LA und den Kon
densator C6 enthaltender Lastkreis zwischen einer Verbin
dungsstelle des Kondensators C7 mit der Induktionsspule L2
und dem Gleichspannungsausgang des Vollweggleichrichters DB
vorgesehen, so daß auch die Lastfunktion erfüllt ist. Ferner
wird der Strom, der durch das Serienresonanzsystem mit dem
Kondensator 7, der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C5
fließt, so erzeugt, daß er in der Phase gegenüber der Recht
eckspannung V voreilt, die ausgehend von dem Glättungskon
densator C1 über die Schaltelemente Q1 und Q2 zugeführt
wird.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der Schaltung der
Fig. 31 erläutert. Wird zunächst das Schaltelement Q1 ein
geschaltet, so wird ein Strom erzeugt, der über einen Pfad
aus dem Kondensator C1, dem Schaltelement Q1, den Konden
satoren C3 und C5, der Induktionsspule L2, dem Parallelkreis
aus der Last LA2 und dem Kondensator C6 und dem Kondensator
C1 sowie einen Pfad aus dem Kondensator C7, der Diode D3,
dem Schaltelement Q1, dem Kondensator C3, dem Kondensator
C5, der Induktionsspule L2 und dem Kondensator C7 fließt.
Dieser Strom ist ein in der Phase voreilender Strom.
Als nächstes wird, wie in Fig. 32 gezeigt, die Richtung des
Stroms in der gleichen Einschaltperiode des Schaltelements
Q1 umgekehrt, und der Strom fließt über einen Pfad aus der
Induktionsspule L2, den Kondensatoren C5 und C3, der Diode
D1, dem Kondensator C1, dem Parallelkreis aus der Last LA2
und dem Kondensator C6 sowie der Induktionsspule L2.
Wiederum in der gleichen Einschaltperiode des Schaltelements
Q1 fließt der Strom als nächstes, wie in Fig. 33 gezeigt,
über den Pfad aus der Induktionsspule L2, den Kondensatoren
C5 und C3, der Diode D1, dem Kondensator C1, dem Parallel
kreis aus der Last LA2 und dem Kondensator C6 sowie der
Induktionsspule L2, und danach, zu dem Zeitpunkt, zu dem das
Potential an der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator
C7 und der Induktionsspule L2 abfällt und eine Spannung
eines Serienkreises aus den Kondensatoren C7 und C6 unter
eine Spannung zwischen den Gleichspannungs-Ausgangsklemmen
des Vollweggleichrichters DB abfällt, wird ein Strom er
zeugt, der über einen Pfad aus dem Gleichrichter DB, dem
Kondensator C7, der Induktionsspule L2, den Kondensatoren C5
und C3, der Diode D1, dem Kondensator C1 und dem Gleichrich
ter DB fließt.
Da als nächstes das Schaltelement Q2 eingeschaltet wird,
fließt der Strom, wie in Fig. 34 gezeigt, über einen Pfad
aus dem Vollweggleichrichter DB, dem Kondensator C7, der
Induktionsspule L2, den Kondensatoren C5 und C3, dem Schalt
element Q2 und dem Vollweggleichrichter DB, und über einen
Pfad aus der Induktionsspule L2, den Kondensatoren C5 und
C3, dem Schaltelement Q2, dem Parallelkreis aus der fast LA2
und dem Kondensator C6 sowie der Induktionsspule L2.
Wiederum in der gleichen Einschaltperiode des Schaltelements
Q2 wird als nächstes die Richtung des Stromes umgekehrt, und
es fließt, wie in Fig. 35 gezeigt, ein Strom über einen Pfad
aus der Induktionsspule L2, dem Parallelkreis aus der Last
LA2 und dem Kondensator C6, der Diode D2, den Kondensatoren
C3 und C5 und der Induktionsspule L2.
Wiederum in der gleichen Einschaltperiode des Schaltelements
Q2 fließt, wie in Fig. 36 gezeigt, der Strom über einen Pfad
aus der Induktionsspule L2, dem Parallelkreis aus der Last
LA2 und dem Kondensator C6, der Diode D2, den Kondensatoren
C3 und C5 und der Induktionsspule L2, und danach, zu dem
Zeitpunkt, zu dem das Potential an der Verbindungsstelle des
Kondensators C7 mit der Induktionsspule L2 ansteigt und die
Spannung an dem Serienkreis aus den Kondensatoren C7 und C6
die Spannung am Kondensator C1 überschreitet, wird ein Strom
erzeugt, der über einen Pfad aus der Induktionsspule L2, dem
Kondensator C7, der Diode D3, dem Kondensator C1, der Diode
D2, den Kondensatoren C3 und C5 und der Induktionsspule L2
fließt. Mit der obigen Schaltungsoperation wiederholt der
Glättungskondensator C1 den Lade- und Entladevorgang, und es
kann jegliche Eingangsstromverzerrung verringert und die
Energie der Last LA2 zugeführt werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 37 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung wird der Kondensator C5 der Ausführungsform der
Fig. 30 entfernt und statt dessen ein Kondensator C8 mit dem
Parallelkreis aus der Last LA2 und dem Kondensator C6 in
Serie geschaltet. Die weitere Anordnung und die Wirkung der
vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der
vorhergehenden Ausführungsform der Fig. 30.
Bei einer weiteren, in Fig. 38 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Anordnung im Gegensatz zu der vorherge
henden Ausführungsform der Fig. 30 so getroffen, daß ein
Strom erzeugt wird, der zu dem Lastkreis 21 mit einer gegen
über der Rechteckspannung V nacheilenden Phase fließt, wäh
rend der in der Phase voreilende Strom zu der Schaltung
fließt, die gleichzeitig als die Eingangsverzerrung verrin
gernde Schaltung 3a und als Lastkreis 22 arbeitet, wobei die
Anordnung so getroffen ist, daß die Phasenbeziehung der
Ströme umgekehrt ist. Das heißt, daß bei der vorliegenden
Ausführungsform der in der Phase nacheilende Strom zu der
Schaltung fließt, die gleichzeitig als die die Eingangsver
zerrung verringernde Schaltung 3a und der Lastkreis 22 ar
beitet, und der in der Phase voreilende Strom zu dem Last
kreis 21 fließt. Die restliche Funktionsweise sowie der
Effekt dieser Ausführungsform sind die gleichen wie jene der
Ausführungsform der Fig. 30. Es ist festzustellen, daß der
Kondensator C4 hier in der gleichen Weise wie der Konden
sator C7 bei der Ausführungsform der Fig. 30 wirkt.
Bei einer weiteren, in Fig. 39 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung arbeitet die Schaltung gleichzeitig als die Ein
gangsverzerrung verringernde Schaltung 3a und Lastkreis 22,
und der andere Lastkreis 21 ist so vorgesehen, daß die
Stromphase korrigiert wird. Das heißt, daß bei der vorlie
genden Ausführungsform, bei der die Schaltungsanordnung von
der der Ausführungsform der Fig. 30 verschieden ist, mit dem
Schaltungsbetrieb der aus den Strömen I1 und I2 zusammenge
setzte Strom I1 dadurch verringert werden kann, daß die Pha
se korrigiert wird, wobei der Strom I2, der durch die Schal
tung fließt, die sowohl als die Eingangsverzerrung verrin
gernde Schaltung 3a als auch als Lastkreis 22 wirkt, so er
zeugt wird, daß er gegenüber der Rechteckspannung V eine
voreilende Phase besitzt, und wobei der durch den Lastkreis
21 fließende Strom I1 so erzeugt wird, daß er eine nach
eilende Phase besitzt, und wobei in dieser Hinsicht die An
ordnung die gleiche wie bei der Ausführungsform der Fig. 30
ist. Auch bezüglich der Verringerung der Eingangsstromver
zerrung kann das gleiche durch die Lade- und Entladeopera
tion des Kondensators C4 erfolgen, und es kann der gleiche
Effekt wie bei der Ausführungsform der Fig. 30 erzielt wer
den.
Bei einer weiteren, in Fig. 40 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung wird im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausfüh
rungsform der Fig. 39, bei der der zu dem Lastkreis 21 flie
ßende Strom I1 in der Phase bezüglich der Rechteckspannung V
nacheilt und der Strom I2, der zu der Schaltung fließt, die
sowohl als die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung 3a
als auch als Lastkreis 22 arbeitet, in der Phase voreilt,
die Phasenbeziehung umgekehrt. Das heißt, daß bei der vor
liegenden Ausführungsform der in der Phase nacheilende
Strom I1 zu der Schaltung fließt, die sowohl als die Ein
gangsverzerrung verringernde Schaltung 3a als auch als Last
kreis 21 dient, während der in der Phase voreilende Strom I2
zu dem Lastkreis 22 fließt. Die weitere Anordnung ist die
gleiche wie bei der Ausführungsform der Fig. 39, und es wird
der gleiche Effekt erzielt.
Bei einer anderen, in Fig. 41 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung sind zwei Sätze der gleichzeitig als die Eingangs
verzerrung verringernden Schaltung und als Lastkreis für den
Wechselrichter arbeitenden Schaltung vorgesehen, die ein
Abweichen der Phasen der Ströme bewirken, wodurch die jewei
ligen Schaltungen wechselseitig Stromausgleichsschaltungen
bilden, für die gemeinsam die Schaltelemente Q1 und Q2, die
Dioden D1 und D2 und der eine Gleichspannungskomponente ab
trennende Kondensator C3 verwendet werden und die vorgesehen
sind, um die am einen Ende gelieferte Rechteckspannung V zu
empfangen. Eine der Stromausgleichsschaltungen enthält den
Lastkreis 1 für den Wechselrichter mit der Induktionsspule
L1, dem Kondensator C2 und der Last LA1, und die die Ein
gangsverzerrung verringernde Schaltung 3a mit der Diode D3,
dem Kondensator D4 und der Induktionsspule L1, wobei die
Induktionsspule L1 gleichzeitig für beide Schaltungen ver
wendet wird, und wobei der Strom I1 erzeugt wird, der den
Strom des Lastkreis 1 für den Wechselrichter enthält, dem
der Strom der die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung
3a überlagert ist. Die andere Stromausgleichsschaltung 2
wird durch den Lastkreis 1 für den Wechselrichter gebildet,
der die Induktionsspule L2, die Kondensatoren C5 und C6 und
die Last LA2 enthält, und die die Eingangsverzerrung verrin
gernde Schaltung 3a, die die Diode D5, den Kondensator C7
und die Induktionsspule L2 enthält. Die Induktionsspule L2
wird für beide Schaltungen gemeinsam verwendet, und der
Strom I2, dem die Ströme des Lastkreis 1 für den Wechsel
richter und der die Eingangsverzerrung verringernden Schal
tung 3a überlagert sind, wird so erzeugt, daß er zur Induk
tionsspule L2 fließt. Indem diese Ströme I1 und I2 so einge
stellt sind, daß sie verschiedene Phasen gegenüber der
Rechteckspannung V aufweisen, wird der zusammengesetzte
Strom I kleiner, und die beiden Schaltungen können mit dem
Strom betrieben werden, der im wesentlichen für eine Schal
tung erforderlich ist.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform zwei der Stromaus
gleichsschaltungen, für die ein Teil sowohl der die Ein
gangsverzerrung verringernden Schaltung 3a als auch des
Lastkreis 1 für den Wechselrichter gemeinsam verwendet wird,
dazu vorgesehen sind, Ströme zu erzeugen, die unterschied
liche Phasen aufweisen, ist es nicht erforderlich, die
Stromausgleichsschaltung getrennt vorzusehen. Da ferner die
beiden Stromausgleichsschaltungen jeweils auch als die Ein
gangsverzerrung verringernde Schaltung 3a arbeiten, d. h. als
eine Lastschaltung, ist es nicht erforderlich, eine Energie
zufuhr für zwei Lasten vorzusehen, die durch die einzige
Lastschaltung versorgt werden, und die gesamte Schaltung
kann im Aufbau einfach gehalten werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 42 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Anordnung als die Stromversorgungseinrich
tung für die als Last verwendete Entladungslampe ausgelegt,
bei der die Kondensatoren C2 und C6 mit den nicht auf der
Quellenseite vorgesehenen Klemmen der Entladungslampen ver
bunden sind, um als Resonanzkondensator zu wirken und die
Fadenheizschaltung zu bilden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die weiteren, oben
nicht beschriebenen Anordnungen die gleichen wie jene der
Ausführungsform der Fig. 41, und es kann der gleiche Effekt
erzielt werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 43 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung sind die Diode D3 und der Kondensator C4 dem Last
kreis 1 für den Wechselrichter hinzugefügt, der die Induk
tionsspule L1, den Kondensator C2 und die Last LA1 enthält,
und die Diode D5 und der Kondensator C7 sind dem Lastkreis 1
für den Wechselrichter hinzugefügt, der die Induktionsspule
L2, die Kondensatoren C5 und C6 und die Last LA2 enthält,
und der Lastkreis 1 für den Wechselrichter arbeitet auch als
die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung 3a. Im vorlie
genden Fall ist das Ziel das gleiche wie bei der vorherge
henden Ausführungsform der Fig. 41, wobei der zusammenge
setzte Strom I dadurch verringert werden soll, daß für von
einander abweichende Phasen der jeweiligen Ströme gesorgt
wird, und es kann das gleiche Ergebnis erzielt werden.
Bei einer weiteren, in Fig. 44 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist die Einrichtung zur Verwendung als Wechsel
richter für die als Last eingesetzte Entladungslampe ausge
legt, bei welcher Ausführungsform die Kondensatoren C2 und
C6 mit den nicht auf der Quellenseite vorgesehenen Klemmen
der Entladungslampen verbunden sind, um als Resonanzkonden
sator und auch als Fadenheizschaltung zu wirken. Die weite
ren, oben nicht beschriebenen Anordnungen sind die gleichen
wie jene der Ausführungsform der Fig. 43, und es kann der
gleiche Effekt erzielt werden.
Bei weiteren, in den Fig. 45 und 46 gezeigten Ausfüh
rungsformen der Erfindung ist die Einrichtung mit einer der
die Eingangsverzerrung verringernden Schaltungen wie bei den
Ausführungsformen der Fig. 42 und 43 ausgeführt. Die wei
teren Anordnungen und der Effekt sind die gleichen wie jene
bei den Ausführungsformen der Fig. 42 und 43.
Claims (11)
1. Stromversorgungseinrichtung, bei der eine Gleichspan
nungsquelle durch Gleichrichten und Glätten einer Versor
gungswechselspannung erhalten wird, Schaltelemente in einer
an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Wechselrichter
schaltung bei einer hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet
werden, um eine rechteckförmige Hochfrequenzspannung zu er
zeugen, und die rechteckförmige Hochfrequenzspannung an ei
nen ersten Lastkreis für den Wechselrichter angelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromausgleichsschaltung
vorgesehen ist, um einen zu einem aufgrund der Hochfrequenz
spannung zum ersten Lastkreis für den Wechselrichter flie
ßenden ersten Strom im wesentlichen gegenphasigen zweiten
Strom zu erzeugen, wobei ein aus dem zu dem ersten Lastkreis
für den Wechselrichter fließenden ersten Strom und dem zu
der Stromausgleichsschaltung fließenden zweiten Strom zusam
mengesetzter Strom der Hochfrequenzspannung in der Phase
leicht nacheilt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie Mittel enthält, um zu bewirken, daß der zu dem ersten
Lastkreis für den Wechselrichter fließende erste Strom in
der Phase gegenüber der Hochfrequenzspannung nacheilt und
der zu der Stromausgleichsschaltung fließende zweite Strom
in der Phase gegenüber dieser Hochfrequenzspannung voreilt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie Mittel enthält, um zu bewirken, daß der zu dem ersten
Lastkreis für den Wechselrichter fließende erste Strom in
der Phase gegenüber der Hochfrequenzspannung voreilt und der
zu der Stromausgleichsschaltung fließende zweite Strom in
der Phase gegenüber dieser Hochfrequenzspannung nacheilt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie ferner einen mit der Stromausgleichsschaltung verbunde
nen zweiten Lastkreis für den Wechselrichter und mit dem
ersten und dem zweiten Lastkreis für den Wechselrichter ver
bundene Mittel enthält, um zu bewirken, daß der zu dem er
sten Lastkreis für den Wechselrichter fließende erste Strom
und ein zu dem zweiten Lastkreis für den Wechselrichter
fließender dritter Strom zueinander gegenphasig sind.
5. Stromversorgungseinrichtung, bei der eine Versorgungs
wechselspannung in einer die Eingangsverzerrung verringern
den Schaltung durch Schaltelemente zerhackt wird, die bei
einer hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet werden, um jeg
liche Eingangsstromverzerrung zu verringern und eine Gleich
spannung an einem Glättungskondensator zu erhalten, eine
rechteckförmige Hochfrequenzspannung in einer Wechselrich
terschaltung dadurch erzeugt wird, daß die Schaltelemente
für ein Anlegen an und ein Trennen von der vom Kondensator
gelieferten Gleichspannung ein- bzw. ausgeschaltet werden,
und eine Hochfrequenz-Ausgangsspannung der Wechselrichter
schaltung an einen Lastkreis angelegt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Schaltele
mente so zu betätigen, daß dadurch sowohl die Funktion der
die Eingangsverzerrung verringernden Schaltung als auch die
der Wechselrichterschaltung erzielt wird, und daß eine
Stromausgleichsschaltung vorgesehen ist, um zu bewirken, daß
ein Strom zu den Schaltelementen fließt, der zu wenigstens
einem der Ströme von der die Eingangsverzerrung verringern
den Schaltung und von der Wechselrichterschaltung im wesent
lichen gegenphasig ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung dafür aus
gelegt ist, auch als die Stromausgleichsschaltung zu wirken,
indem der von der die Eingangsverzerrung verringernden
Schaltung zu den Schaltelementen fließende Strom so erzeugt
wird, daß er zu dem Strom von der Wechselrichterschaltung im
wesentlichen gegenphasig ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Eingangsverzerrung verringernde Schaltung eine zwei
te Last enthält und dafür ausgelegt ist, auch als weitere
Wechselrichterschaltung zu wirken.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wechselrichterschaltung Mittel zum Verringern der Ver
zerrung des Eingangsstroms enthält, um auch als die die Ein
gangsverzerrung verringende Schaltung zu wirken.
9. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen
Gleichrichter für ein Vollweggleichrichten einer Versor
gungswechselspannung, eine in Durchlaßrichtung gepolte Dio
de, die an einem Ende mit einer ersten Ausgangsklemme des
Gleichrichters verbunden ist, einen Glättungskondensator,
der zwischen das andere Ende der Diode und eine zweite Aus
gangsklemme des Gleichrichters geschaltet ist, ein erstes
und ein zweites Schaltelement, die zu dem Glättungskondensa
tor parallelgeschaltet sind, einen eine Gleichspannungskom
ponente abtrennenden Kondensator, der an einem Ende mit ei
nem Schaltpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schalt
element verbunden ist, einen Lastkreis für den Wechselrich
ter, der einen Resonanzkreis und eine Entladungslampenlast
enthält und zwischen das andere Ende des eine Gleichspan
nungskomponente abtrennenden Kondensators und das andere
Ende der Diode geschaltet ist, einen Serienkreis aus einer
Induktionsspule und einem Kondensator, der zwischen das an
dere Ende des eine Gleichspannungskomponente abtrennenden
Kondensators und das eine Ende der Diode geschaltet ist,
einen an die erste und die zweite Ausgangsklemme des Gleich
richters angeschlossenen Kondensator sowie ein Steuermittel,
um das erste und das zweite Schaltelement abwechselnd ein- und
auszuschalten, wenn sich die Entladungslampenlast bei
einer Schwingungsfrequenz im eingeschalteten Zustand befin
det, die geringer als eine Resonanzfrequenz des Serienkrei
ses aus der Induktionsspule und dem Kondensator und höher
als eine Resonanzfrequenz des Lastkreis für den Wechselrich
ter ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuermittel Mittel zum Umschalten der Schwingungsfre
quenz auf eine Frequenz enthält, die höher als die Resonanz
frequenz des Serienkreises aus der Induktionsspule und dem
Kondensator und die Resonanzfrequenz des Lastkreis für den
Wechselrichter ist, so daß die Phase des zu dem ersten und
dem zweiten Schaltelement fließenden Stromes in dem Fall,
daß die Entladungslampenlast sich in einem Vorheizzustand
befindet, nicht nacheilt.
11. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuermittel Mittel enthält, um an das erste und das
zweite Schaltelement dann, wenn sich die Entladungslampen
last in einem Vorheiz- und einem Helligkeitssteuerungszu
stand befindet, Steuersignale unterschiedlicher Einschaltim
pulsbreite bei der gleichen Schwingungsfrequenz wie die im
Leuchtzustand anzulegen und um das erste und das zweite
Schaltelement dann, wenn sich die Entladungslampenlast im
Leuchtzustand befindet, abwechselnd mit Signalen anzusteu
ern, die im wesentlichen eine gleiche Einschaltimpulsbreite
besitzen, und Mittel enthält, um die Einschaltimpulsbreite
der Steuersignale stufenweise zu ändern, wenn die Entla
dungslampenlast vom Vorheizzustand in den Leuchtzustand
übergeht.
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