DE19526039A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb elektrischer Lampen und Betriebsverfahren für elektrische Lampen - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Betrieb elektrischer Lampen und Betriebsverfahren für elektrische LampenInfo
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Description
Diese Patentanmeldung ist eine Zusatzanmeldung zur deutschen Patentan
meldung mit dem Aktenzeichen 19525123.7.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb elektrischer
Lampen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Betriebsver
fahren für elektrische Lampen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
16.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Patentschrift
EP-B 0 276 offenbart. Sie dient zum Betrieb einer Niederdruckentla
dungslampe und weist einen Wechselrichter auf, der aus zwei alternierend
schaltenden, in einer Halbbrücke angeordneten Transistoren besteht. Diese
Schaltungsanordnung besitzt eine Sicherheitsabschaltung, die den Wechsel
richter bei anomalen Betrieb stillegt. Die Abschaltvorrichtung besteht im we
sentlichen aus einem Thyristor, der parallel zur Steuerelektrode eines
Schalttransistors des Wechselrichters geschaltet ist, und aus einer Zenerdi
ode, die das Gate des Thyristors steuert. Bei einem anomalen Betriebszu
stand schaltet der Thyristor durch und entzieht einem Schalttransistor des
Wechselrichters das Steuersignal und bewirkt so eine Stillegung der Schal
tungsanordnung. Zur Realisierung dieser Sicherheitsabschaltung werden ein
spannungsfester Thyristor sowie mehrere relativ großvolumige ohmsche
Widerstände mit einigen Watt Belastbarkeit benötigt, die zur Strombegren
zung im Abschaltfall und zur Erzeugung des Thyristor-Haltestromes dienen.
Außerdem müssen sehr robuste Transistoren für die Halbbrücke verwendet
werden, nur um der Belastung während des Abschaltvorganges standzuhal
ten.
Die Offenlegungsschrift DE 43 34 076 beschreibt ebenfalls eine dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1 entsprechende Schaltungsanordnung. Sie besteht
aus aus einem stromrückgekoppelten Halbbrückenwechselrichter, der mit
einer Abschaltvorrichtung ausgestattet ist, die den Wechselrichter bei defek
ter Lampe abschaltet, indem sie einem Transistor des Wechselrichters das
Steuersignal entzieht. Die Abschaltungsvorrichtung enthält als wesentliche
Elemente einen Feldeffekt-Transistor, der parallel zur Steuerelektrode des
Transistors geschaltet ist, einen bistabilen Multivibrator, der das Gate des
Feldeffekt-Transistors ansteuert, und einen Schwellwertschalter, über den
der bistabile Multivibrator bei defekter Lampe zurückgesetzt wird, was zum
Durchschalten des Feldeffekt-Transistors und damit zur Abschaltung des
Wechselrichters führt. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht
darin, daß die Abschaltungsvorrichtung, infolge der technologiebedingt im
Feldeffekttransistor vorhandenen Freilaufdiode, eine unsymmetrische An
steuerung der Wechselrichtertransistoren verursacht. Außerdem besteht,
insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen der Wechselrichtertransisto
ren, die Gefahr, daß die an der Steuerstrecke des abzuschaltenden Wechsel
richtertransistors anliegende Spannung während des Abschaltvorganges
dessen Basis-Emitter-Schwellspannung überschreitet, so daß dieser Wech
selrichtertransistor nicht zuverlässig abgeschaltet wird, sondern statt dessen
im Linearbereich arbeitet und zerstört werden kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb
elektrischer Lampen bereitzustellen, die eine gegenüber dem vorgenannten
Stand der Technik verbesserte Abschaltungsvorrichtung besitzt, welche im
Falle eines anomalen Betriebszustandes wirksam wird und den Wechselrich
ter abschaltet, sowie ein verbessertes Betriebsverfahren für elektrische Lam
pen anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkina
le des Patentanspruchs 1 beziehungsweise des Patentanspruchs 13 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen beschrieben.
Die beiden oben als Stand der Technik beschriebenen Schaltungsanordnun
gen besitzen eine auf demselben Grundprinzip beruhende Abschaltungs
vorrichtung für den Wechselrichter. Beide Abschaltungsvorrichtungen ent
ziehen im Falle eines anomalen Betriebszustandes einem der Halbbrücken
wechselrichtertransistoren das Steuersignal, indem parallel zur Steuerstrecke
ein Nebenschluß geschaltet wird. Die Erfindung beschreitet einen anderen
Weg.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist die Abschaltungs
vorrichtung für den Wechselrichter einen Abschalt-Transistor auf, dessen
Schaltstrecke im Steuerkreis eines der Wechselrichtertransistoren angeordnet
ist. Der Abschalt-Transistor ist vorteilhafterweise ein Feldeffekttransistor,
der ohne Leistungsverluste ansteuerbar ist. Unter dem Begriff Steuerkreis
wird hier derjenige Stromkreis verstanden, in dem die Steuerstrecke des
vorgenannten Wechselrichtertransistors angeordnet ist. Ist dieser Wechsel
richtertransistor ein Bipolartransistor, so handelt es sich bei der Steuerstrecke
um die Basis-Emitter-Strecke des Wechselrichtertransistors und bei dem
Steuerkreis um den Basis-Emitter-Kreis, in dem der Steuerstrom, das ist der
Basis-Emitter-Strom, des Wechselrichtertransistors fließt. Ist dieser Wechsel
richtertransistor ein Feldeffekttransistor, so handelt es sich bei der Steuer
strecke um die Gate-Source-Strecke des Wechselrichtertransistors und bei
dem Steuerkreis um den Gate-Source-Kreis, in dem der Steuerstrom, das ist
der Gate-Source-Strom, des Wechselrichtertransistors fließt. Mit Hilfe des
zur Abschaltungsvorrichtung gehörenden Abschalt-Transistors wird der
gesamte Steuerkreis des betreffenden Wechselrichtertransistors zwischen
einem niederohmigen Zustand - das entspricht dem Normalbetrieb - und
einem hochohmigen Zustand - im Falle eines anomalen Betriebszustandes -
geschaltet. Dabei ist die Schaltstrecke des Abschalt-Transistors der Abschal
tungsvorrichtung entweder in der Emitter- bzw. Source-Leitung des betref
fenden Wechselrichtertransistors (erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung)
oder aber in der Basis- bzw. Gate-Leitung des entsprechenden Wechselrich
tertransistors (zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung) angeordnet. Die
se erfindungsgemäße Anordnung des Abschalt-Transistors der Abschal
tungsvorrichtung gewährleistet im Falle eines anomalen Betriebszustandes
eine zuverlässige Abschaltung des Wechselrichters, die selbst bei hohen Be
triebstemperaturen des Wechselrichters, das heißt, bis zur maximal zulässi
gen Kristalltemperatur der Wechselrichtertransistoren und des Abschalt-
Transistors, noch einwandfrei funktioniert.
Während des Normalbetriebes ist die Schaltstrecke - das ist die Drain-
Source-Strecke - des Abschalt-Transistors der Abschaltungsvorrichtung und
damit auch der Steuerkreis des betreffenden Wechselrichtertransistors nie
derohmig. Nach dem Auftreten eines anomalen Betriebszustandes wird die
Schaltstrecke des Abschalt-Transistors und damit auch der Steuerkreis des
betreffenden Wechselrichtertransistors hochohmig. Dieses Umschalten in
den hochohmigen Zustand erfolgt vorteilhafterweise synchron zur Sperr
phase des entsprechenden Wechselrichtertransistors, mit dem der Feldeffekt
transistor verschaltet ist. Dadurch werden die Schalttransistoren des Wech
selrichters während des Abschaltvorganges, der von einem Fehlersignal
überwachungsglied eingeleitet wird, sicher geschaltet und nur gering bela
stet.
Vorteilhafterweise besitzt die erfindungsgemäße Abschaltungsvorrichtung
eine bistabile Schalteinrichtung, deren Eingang über einen Schwellwert
und/oder Zeitschalter durch das Fehlersignalüberwachungsglied angesteu
ert wird, und deren Ausgang mit der Steuer-Elektrode - das ist die Gate-
Elektrode - des Abschalt-Transistor verbunden ist und die durch Führung
des Versorgungsstromes über eine Lampenelektrode gewährleistet, daß der
Wechselrichter erst nach dem Austausch der defekten Lampe bzw. nach dem
erneuten Einschalten der Schaltungsanordnung wieder anschwingen kann.
Als bistabile Schalteinrichtung eignen sich vorteilhafterweise ein Thyristor
oder eine aus zwei Transistoren aufgebaute Thyristorersatzschaltung oder
ein Flip-Flop. Die vorgenannte Thyristorersatzschaltung und der Flip-Flop
haben den Vorteil, daß sie in integrierter C-MOS-Technik realisiert werden
können.
Das Abschaltsignal wird vorteilhafterweise von zwei sich überlagernden
Komponenten gebildet. Das Fehlersignalüberwachungsglied, das wechsel
strommäßig parallel zu der bzw. zu den Lampen geschaltet ist und die
Lampenspannung überwacht, erzeugt eine Gleichspannung, die proportio
nal zur Lampenspannung ist. Diese Gleichspannung bildet die erste Kom
ponente des Abschaltsignals. Ihr wird vorteilhafterweise noch ein Synchro
nisationssignal überlagert, das von einer Synchronisationsvorrichtung, die
Bestandteil des Fehlersignalüberwachungsgliedes ist, erzeugt wird und die
zweite Komponente des Abschaltsignals formt. Dieses Synchronisations
signal ist vorteilhafterweise proportional zur zeitlichen Änderung der Span
nung am Mittenabgriff der Wechselrichter-Schalttransistoren bzw. zur Zeit
ableitung der Wechselrichterausgangsspannung. Dadurch gewährleistet die
Synchronisationsvorrichtung, daß die im Störfall auftretende Abschaltung
während der Sperrphase desjenigen Wechselrichtertransistors erfolgt, in
Steuerkreis der Abschalt-Transistor der Abschaltungsvorrichtung angeord
net ist.
Das Fehlersignalüberwachungsglied weist vorteilhafterweise einen Konden
sator, eine Gleichrichterdiode und ein RC-Integrationsglied auf. Die Syn
chronisationsvorrichtung enthält vorteilhafterweise eine CR-Reihenschal
tung, die mit dem Mittenabgriff des Wechselrichters und mit dem Konden
sator des Fehlersignalüberwachungsgliedes sowie über einen Schwellwert
und/oder Zeitschalter mit dem Eingang der bistabilen Schalteinrichtung
verbunden ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungs
beispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltskizze der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine Schaltskizze der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
entsprechend des zweiten Ausführungsbeispiels.
Beide Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nur durch die Anordnung
der Abschalt-Transistoren T1, T1′ der erfindungsgemäßen Abschaltvorrich
tung. Aus diesem Grund werden in den Fig. 1 und 2 für die identischen
Bauteile beider Ausführungsbeispiele dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die in der Fig. 1 abgebildete Schaltungsanordnung gemäß des ersten Aus
führungsbeispiels dient zum Betrieb einer 58 W-Leuchtstofflampe LP. Diese
Schaltungsanordnung besitzt einen mit zwei Bipolartransistoren Q1, Q2 be
stückten Halbbrückenwechselrichter. Beide Bipolartransistoren Q1, Q2 sind
jeweils mit einer Freilaufdiode D1, D2 ausgestattet, die parallel zur Kollek
tor-Emitter-Strecke des entsprechenden Transistors Q1, Q2 geschaltet sind.
Außerdem besitzen beide Bipolartransistoren Q1, Q2 jeweils einen Emitter
widerstand R3, R4 und einen Basis-Emitter-Parallelwiderstand R5, R6. Paral
lel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q1 sind ferner ein ohm
scher Widerstand R7 und eine Kapazität C2 geschaltet.
Die Ansteuerung der beiden Schalttransistoren Q1, Q2 der Halbbrücke er
folgt mittels eines Ringkerntransformators, der eine Primärwicklung RKa
und zwei Sekundärwicklungen RKb, RKc besitzt. Die Primärwicklung RKa
ist in den Serienresonanzkreis des Halbbrückenwechselrichters integriert,
der am Mittenabgriff M des Wechselrichters angeschlossen ist und den
Kopplungskondensator CK, die Resonanzinduktivität L1 sowie den Reso
nanzkondensator C1 enthält. Die Sekundärwicklungen RKb, RKc sind je
weils in den Basis-Emitter-Kreis eines Wechselrichtertransistors Q1, Q2 inte
griert und jeweils über einen Basisvorwiderstand R1, R2 und eine Induktivi
tät L2, L3 mit dem Basisanschluß des betreffenden Bipolartransistors Q1, Q2
verbunden. Der Halbbrückenwechselrichter besitzt ferner eine Startvorrich
tung, die im wesentlichen aus dem Diac DC und dem Startkondensator C3
besteht. Der Diac DC ist über die Induktivität L3 mit dem Basisanschluß des
Wechselrichtertransistors Q2 verbunden. Der Startkondensator C3 ist an den
Minuspol der Wechselrichtergleichspannungsversorgung und über einen
ohmschen Widerstand R10 und eine Gleichrichterdiode D3 an den Mitten
abgriff M der Halbbrücke angeschlossen.
Die zu betreibenden Leuchtstofflampe LP ist parallel zum Resonanzkonden
sator geschaltet. Ein Anschluß der ersten Elektrodenwendel E1 der Lampe
LP ist an die Resonanzinduktivität L1 angeschlossen, während der andere
Anschluß der ersten Elektrodenwendel E1 mit Resonanzkondensator ver
bunden ist. Ein Anschluß der zweiten Lampenelektrodenwendel E2 ist zum
Pluspol der Wechselrichtergleichspannungsversorgung geführt und der an
dere Anschluß der zweiten Lampenelektrodenwendel ist über einen ohm
schen Widerstand R8 mit dem Minuspol der Wechselrichtergleichspan
nungsversorgung verbunden.
Soweit entspricht die Schaltungsanordnung einem Halbbrückenwechselrich
ter wie er beispielsweise auf den Seiten 62-63 des Buches "Schaltnetzteile"
von W. Hirschmann/ A. Hauenstein, Herausgeber Siemens AG, beschrieben
ist. Nach dem Einschalten lädt sich der Startkondensator C3 auf die Durch
bruchsspannung des Diacs DC auf, der dann Triggerimpulse für die Basis
des Bipolartransistors Q2 erzeugt und dadurch das Anschwingen des Halb
brückenwechselrichters veranlaßt. Nach dem Durchschalten des Transistors
Q2 wird der Startkondensator C3 über den Widerstand R10 und die Diode
D3 soweit entladen, daß der Diac DC keine weiteren Triggerimpulse gene
riert. Die beiden Wechselrichtertransistoren Q1, Q2 schalten alternierend, so
daß der Mittenabgriff M der Halbbrücke abwechselnd mit dem Plus- oder
Minuspol der Gleichspannungsversorgung verbunden ist. Das hierdurch
bedingte Umladen des Kopplungskondensators CK verursacht im Serienre
sonanzkreis in der Lampe LP einen mittelfrequenten Wechselstrom, dessen
Frequenz mit der Schaltfrequenz des Halbbrückenwechselrichters überein
stimmt.
In die Emitterleitung des zweiten Halbbrückentransistors Q2 ist ein als Ab
schalt-Transistor für den Wechselrichter dienender Feldeffekttransistor T1
geschaltet, der ein wesentliches Bestandteil der erfindungsgemäßen Abschal
tungsvorrichtung ist. Das Drain dieses Feldeffekttransistors T1 ist über den
Emitterwiderstand R4 mit dem Emitter des Schalttransistors Q2 verbunden.
Der Source-Anschluß des Feldeffekttransistors T1 ist geerdet bzw. an den
Minuspol der Gleichspannungsversorgung des Wechselrichters angeschlos
sen. Im Normalbetrieb ist die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors
T1 und damit auch der Basis-Emitter-Kreis des Bipolartransistors Q2 niede
rohmig. Der Basis-Emitter-Kreis des Bipolartransistors Q2 enthält die Se
kundärwicklung RKc des Ringkerntransformators, den Basisvorwiderstand
R2, die Induktivität L3, die Basis-Emitter-Strecke des Bipolartransistors Q2,
den Emitterwiderstand R4 und die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttran
sistors T1. Der Feldeffekttransistor T1 wird beim Einschalten der Schal
tungsanordnung über den Einschaltwiderstand R11 und die Diode D4, die
zum Gate des Feldeffekttransistors T1 geführt ist, vor dem Starten des Wech
selrichters niederohmig gesteuert. Das Gate des Feldeffekttransistors T1 ist
ferner über eine Diode D5 mit dem Ausgang einer bistabilen Schalteinrich
tung S verbunden, deren Eingang ihrerseits an den Ausgang eines wechsel
strommäßig parallel zur Lampe LP geschalteten Fehlerüberwachungsgliedes
F, angeschlossen ist. Parallel zur Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransi
stors T1 ist eine Zenerdiode D9 geschaltet, die den Spannungsabfall auf ca.
12 V begrenzt. Die vorgenannte bistabile Schalteinrichtung S und das Feh
lerüberwachungsglied F gehören ebenfalls zur erfindungsgemäßen Ab
schaltungsvorrichtung, die im Falle eines anomalen Betriebszustandes den
Feldeffekttransistor T1 und damit auch den Basis-Emitterkreis des Wechsel
richterstransistors Q2 hochohmig steuert. Dadurch wird die Schwingung
des Halbbrückenwechselrichters unterbrochen. Die Abschaltung erfolgt syn
chron zur Sperrphase des Schalttransistors Q2. Das Abschaltungssignal setzt
sich additiv aus zwei Spannungskomponenten zusammen.
Die erste Spannungskomponente ist eine geglättete Spannung, die propor
tional zur Lampenspannung ist. Diese Spannungskomponente wird mit Hil
fe des RC-Integrationsgliedes R12, R13, C4, der Gleichrichterdiode D6 und
des Kondensators C5 generiert. Diese vorgenannten Bauteile R12, C4, R13,
C5, D6 sind wechselstrommäßig parallel zur Entladungsstrecke der Lampe
LP angeordnet. Ein Anschluß des Kondensators C4 ist mit der Elektroden
wendel E1 der Lampe verbunden, während sein anderer Anschluß über die
Widerstände R12, R13 zum Source-Anschluß des Feldeffekttransistors T1
und zum Minuspol der Wechselrichtergleichspannungsversorgung geführt
ist. Ein zwischen den Widerständen R12, R13 gelegener Verzweigungspunkt
ist über die Gleichrichterdiode D6 mit einem Pol des Kondensators C5 ver
bunden. Der andere Pol des Kondensators C5 ist an den Minuspol der
Wechselrichtergleichspannungsversorgung angeschlossen. Der Spannungs
teiler R12, R13 teilt die an der Lampe LP anliegende Spannung. Dieses her
untergeteilte Spannungssignal wird dem Kondensator C5 über die Gleich
richterdiode D6 zugeführt und im Kondensator C5 integriert. Der Kondensa
tor C5 glättet dieses Spannungssignal, so daß am Kondensator C5 eine
Gleichspannung anliegt, die proportional zur Lampenspannung ist. Diese
geglättete Gleichspannung bildet die erste Komponente des Abschaltsignals.
Bei der zweiten Komponente des Abschaltsignals handelt es sich um ein
Synchronisationssignal, das proportional zur zeitlichen Ableitung der Wech
selrichterausgansspannung am Mittenabgriff M ist und das von einer Syn
chronisationsvorrichtung erzeugt wird, die Bestandteil des Fehlerüberwa
chungsgliedes ist. Die Synchronisationsvorrichtung besteht im wesentlichen
aus einer CR-Reihenschaltung C6, R14, die ein CR-Differenzierglied C6, R14
bildet. Der Kondensator C6 des Differenziergliedes ist direkt an den Mitten
abgriff M der Halbbrücke angeschlossen, während der Widerstand R14 des
Differenziergliedes direkt mit einem Pol des Kondensators C5 verbunden ist.
Der Mittenabgriff V des Differenziergliedes C6, R14 ist über ein Tiefpaßfilter
R15, C7, eine Gleichrichterdiode D7 und eine Zenerdiode D8 zum Eingang
der bistabilen Schalteinrichtung geführt. Das Differenzierglied C6, R14 diffe
renziert die am Mittenabgriff M anliegende trapezförmige Ausgangsspan
nung des Wechselrichters und erzeugt dadurch am Widerstand R14 eine
Rechteckspannung, die die zweite Komponente des Abschaltsignals formt.
Die positive Halbwelle der Rechteckspannung wird durch die ansteigende
Flanke und die negative Halbwelle der Rechteckspannung wird durch die
abfallende Flanke der trapezförmigen Wechselrichterausgangsspannung
erzeugt. Die ansteigenden Flanke der trapezförmigen Wechselrichteraus
gangsspannung entspricht der Sperrphase des Bipolartransistors Q2, wäh
rend die abfallenden Flanke der trapezförmigen Wechselrichterausgangs
spannung der Sperrphase des Bipolartransistors Q1 entspricht.
Am Mittenabgriff V des Differenziergliedes liegt das gesamte Abschaltsignal
an, das sich additiv aus dem Spannungsabfall über dem Kondensator C5
und dem Spannungsabfall über dem Widerstand R14 zusammensetzt. Das
am Abgriff V anliegende Abschaltsignal wird über das Tiefpaßfilter R15, C7,
die Gleichrichterdiode D7 und die Zenerdiode D8 der bistabilen Schaltein
richtung zugeführt. Die Zenerdiode D8 und die vorgenannten Bauteile des
Fehlerüberwachungsgliedes sind so dimensioniert, daß im Normalbetrieb
die kritische Schwellenspannung der Zenerdiode D8, die ca. 27 V beträgt,
unterschritten wird und die bistabile Schalteinrichtung deaktiviert bleibt.
Ein anomaler Betriebszustand, der beispielsweise durch eine defekte Lampe
oder durch eine Lampe mit altersbedingter erhöhter Brennspannung her
vorgerufen wird, hat einen erhöhten Spannungsabfall am Kondensator C5
zur Folge. Die positiven Spannungsspitzen des Abschaltsignals, die von den
positiven, der Kondensatorspannung an C5 aufaddierten Halbwellen der
Rechteckspannung des Differenziergliedes geformt werden, überschreiten
dann die Schwellenspannung der Zenerdiode D8 und aktivieren die bistabi
le Schalteinrichtung, durch die der Feldeffekttransistor T1 und damit auch
der Basis-Emitter-Kreis des Bipolartransistors Q2 dann hochohmig gesteuert
wird. Der Halbbrückenwechselrichter wird dadurch stillgelegt und kann
erst durch erneutes Einschalten oder durch Austausch der defekten Lampe
neu gestartet werden.
Die bistabile Abschalteinrichtung besteht aus zwei Bipolartransistoren Q3,
Q4, Widerständen R16, R17, R18, R19 und einem Kondensator C8 die eine
Thyristor-Ersatzschaltung bilden. Die Funktionsweise einer aus zwei Bipo
lartransistoren bestehenden Thyristor-Ersatzschaltung ist beispielsweise auf
den Seiten 395-396 im Buch "Bauelemente der Elektronik und ihre Grund
schaltungen" von H. Höger, F. Kähler, G. Weigt aus der Reihe "Einführung
in die Elektronik" Bd. 1, Verlag H. Stam GmbH, 7. Auflage beschrieben. Im
Normalbetrieb sind die beiden Bipolartransistoren Q3, Q4 gesperrt und die
bistabile Schalteinrichtung ist deaktiviert, so daß die Drain-Source-Strecke
des Feldeffekttransistors T1 über den Einschaltwiderstand R11 und die Di
ode D4 eingeschaltet, das heißt niederohmig bleibt. Nach Auftreten eines
anomalen Betriebszustandes überschreitet das Abschaltsignal die Schwellen
spannung der Zenerdiode D8 und kippt die Transistoren Q3, Q4 in den lei
tenden Zustand. Dadurch ist das Gate des Feldeffekttransistors T1 über die
Diode D5 und die nun leitfähige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
Q4 mit dem Minuspol der Wechselrichtergleichspannungsversorgung ver
bunden. Der Feldeffekttransistor T1 geht somit in den sperrenden Zustand
über, das heißt sein Drain-Source-Strecke und damit auch der Basis-Emitter-
Kreis des Wechselrichtertransistors Q2 werden hochohmig und führen zur
Abschaltung des Wechselrichters. Der Kondensator C5 der Abschaltungs
vorrichtung entlädt sich über den parallel geschalteten hochohmigen Wi
derstand R20. Eine geeignete Dimensionierung der verwendeten Bauteile ist
in der Tabelle angegeben.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
scheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch den Feldeffekt
transistor T1′ der Abschaltungsvorrichtung. Der Feldeffekttransistor T1′ der
Abschaltungsvorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels ist in
der Basis-Leitung des Wechselrichtertransistors Q2 angeordnet, während
beim ersten Ausführungsbeispiel der Feldeffekttransistors T1 der Abschal
tungsvorrichtung in der Emitter-Leitung des Wechselrichtertransistors Q2
angeordnet ist. Dabei ist der Source-Anschluß des Feldeffekttransistors T1′
direkt mit dem Basis-Anschluß des Bipolartransistors Q2 verbunden, wäh
rend sein Drain-Anschluß an die Induktivität L3 angeschlossen ist. Der Ba
sis-Emitter-Kreis des Bipolartransistors Q2 enthält hier die Sekundärwick
lung RKc des Ringkerntransformators, den Basisvorwiderstand R2, die In
duktivität L3, die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1′, die Ba
sis-Emitter-Strecke des Bipolartransistors Q2 und den Emitterwiderstand R4.
Der Feldeffekttransistor T1′ wird beim Einschalten der Schaltungsanord
nung über den Einschaltwiderstand R11 und die Diode D4, die zum Gate
des Feldeffekttransistors T1′ geführt ist, vor dem Starten des Wechselrichters
niederohmig gesteuert. Das Gate des Feldeffekttransistors T1′ ist ferner über
die Diode D5 mit dem Ausgang der bistabilen Schalteinrichtung S verbun
den, deren Eingang ihrerseits an den Ausgang des wechselstrommäßig
parallel zur Lampe LP geschalteten Fehlerüberwachungsgliedes F, ange
schlossen ist. Parallel zur Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors T1′
ist eine Zenerdiode D9 geschaltet, die den Spannungsabfall auf ca. 12 V be
grenzt. Die vorgenannte bistabile Schalteinrichtung S und das Fehlerüber
wachungsglied F sind identisch ausgeführt wie die gleichbezeichneten Bau
teile des ersten Ausführungsbeispiels und haben auch dieselbe Funktions
weise. Im Falle eines anomalen Betriebszustandes steuern sie den Feldeffekt
transistor T1 und damit auch den Basis-Emitterkreis des Wechselrichter
transistors Q2 hochohmig steuert. Dadurch wird die Schwingung des Halb
brückenwechselrichters unterbrochen. Die Abschaltung erfolgt synchron zur
Sperrphase des Schalttransistors Q2, wie bereits bei der Beschreibung des
ersten Ausführungsbeispiels erläutert wurde.
Die übrigen, noch nicht erwähnten Bauteile des zweiten Ausführungsbei
spiels stimmen mit den gleichbezeichneten Bauteilen des ersten Ausfüh
rungsbeispiels überein. Auch die Funktionsweise dieser Bauteile stimmt mit
der Funktionsweise der entsprechenden Bauteile des ersten Ausführungs
beispiels überein.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Aus
führungsbeispiele. Als bistabile Abschaltungsvorrichtung kann beispielswei
se auch ein Thyristor oder ein Flip-Flop verwendet werden. Außerdem kann
die Schaltungsanordnung parallel zur Lampe LP einen Heizkreis zur Vor
heizung der Elektrodenwendeln E1, E2 der Lampe LP aufweisen. Ferner ist
die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch zum Betrieb mehrerer in
Serie geschalteter Lampen geeignet.
Tabelle | |
Dimensionierung der in den Figuren abgebildeten elektronischen Bauteile gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele | |
R1, R2|8,2 Ω | |
R3 | 0,47 Ω |
R4 | 0,39 Ω |
R5, R6 | 33 Ω |
R7 | 3,3 MΩ |
R8 | 1,12 MΩ |
R10 | 22 kΩ |
R11 | 330 kΩ |
R12 | 978 kΩ |
R13 | 100 kΩ |
R14 | 20 Ω |
R15 | 2,2 kΩ |
R16, R17, R18, R19 | 10 kΩ |
R20 | 4,7 MΩ |
C1 | 7,5 nF |
C2 | 1,5 nF |
C3 | 100 nF |
C4 | 100 pF |
C5 | 1 µF |
C6 | 33 pF |
C7, C8 | 560 pF |
CK | 330 nF |
L1 | 1,25 mH |
L2, L3 | 4,7 µH |
D1, D2, D3 | 1N4946GP |
D4, D5, D6, D7 | LL4148 |
DC | 1N413M |
Q1, Q2 | BUF644 |
Q3 | BC857A |
Q4 | BC847A |
T1, T1′ | STK14N05 |
RK | Ringkern R 8/4/3,8 |
Claims (21)
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen, wobei die
Schaltungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
- - einen Wechselrichter mit mindestens zwei alternierend schaltenden Schalttransistoren (Q1, Q2),
- - eine Ansteuerungsvorrichtung für die Transistoren (Q1, Q2) des Wechselrichters,
- - eine Abschaltungsvorrichtung, die einen Abschalt-Transistor (T1, T1′) aufweist, durch den der Wechselrichter (Q1, Q2) nach dem Auftreten eines anomalen Betriebszustandes abgeschaltet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Abschalt-Tran
sistors (T1, T1′) im Steuerkreis eines Schalttransistors (Q2) des Wech
selrichters angeordnet ist, wobei die Schaltstrecke des Abschalt-Tran
sistors (T1, T1′) im Normalbetrieb niederohmig ist und nach dem Auf
treten eines anomalen Betriebszustandes hochohmig wird.
2. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschalt-Transistor (T1,
T1′) ein Feldeffekttransistor ist.
3. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Abschalt-
Transistors (T1) in der Emitter-Leitung des Schalttransistors (Q2) des
Wechselrichters angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Abschalt-
Transistors (T1′) in der Basis-Leitung des Schalttransistors (Q2) des
Wechselrichters angeordnet ist.
5. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltungsvorrichtung
ein Fehlersignalüberwachungsglied (F) aufweist, das dynamisch paral
lel, das heißt wechselstrommäßig parallel, zu der bzw. den elektrischen
Lampen (LP) geschaltet ist und den Spannungsabfall über den Lam
penanschlüssen überwacht.
6. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltungs
vorrichtung eine bistabile Schalteinrichtung (S) aufweist, deren Ein
gang über einen Schwellwert- (D8) und/oder Zeitschalter durch das
Fehlersignalüberwachungsglied (F) angesteuert wird, und deren Aus
gang mit der Steuer-Elektrode des Abschalt-Transistor (T1, T1′) ver
bunden ist.
7. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal
überwachungsglied (F) eine Synchronisationsvorrichtung aufweist, die
die Abschaltungsvorrichtung mit dem Schaltzyklus des Wechselrich
ters (Q1, Q2) synchronisiert.
8. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisati
onsvorrichtung mit dem Mittenabgriff (M) zwischen den Schalttransi
storen (Q1, Q2) des Wechselrichters und über einen Schwellwert- (D8)
und/oder Zeitschalter mit dem Eingang der bistabilen Schalteinrich
tung (S) verbunden ist.
9. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fehlersignal
überwachungsglied (F) ein RC-Tiefpaß (R15, C7) und eine Gleichrich
terdiode (D7) nachgeschaltet sind, über die der Ausgang des Fehlersi
gnalüberwachungsgliedes (F) mit dem Eingang der bistabilen Schalt
einrichtung (S) und mit der Synchronisationsvorrichtung verbunden
ist.
10. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal
überwachungsglied (F) zumindest einen Kondensator (C5) aufweist, an
dem eine Gleichspannung anliegt, die proportional zu der gemittelten,
gleichgerichteten Lampenspannung ist.
11. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach An
spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignalüberwa
chungsglied (F) einen Kondensator (C5), eine Gleichrichterdiode (D6)
und ein RC-Integrationsglied (R12, C4) aufweist.
12. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schalt
einrichtung (S) eine zwei Transistoren (Q3, Q4) aufweisende Thyristor-
Ersatzschaltung ist.
13. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schalt
einrichtung einen Thyristor aufweist.
14. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schalt
einrichtung ein Flip-Flop aufweist.
15. Schaltungsanordnung zum Betrieb von elektrischen Lampen nach den
Ansprüchen 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisa
tionsvorrichtung eine aus wenigstens einem Kondensator (C6) und ei
nem Widerstand (R14) bestehende CR-Reihenschaltung aufweist, die
mit dem Mittenabgriff (M) des Wechselrichters (Q1, Q2) und mit dem
Kondensator (C5) des Fehlersignalüberwachungsgliedes (F) sowie über
einen Schwellwert- (D8) und/oder Zeitschalter mit dem Eingang der
bistabilen Schalteinrichtung (S) verbunden ist.
16. Betriebsverfahren für elektrische Lampen an einer Schaltungsanord
nung, die einen Wechselrichter mit mindestens zwei alternierend schal
tenden Schalttransistoren (Q1, Q2), eine Ansteuerungsvorrichtung für
die Transistoren (Q1, Q2) des Wechselrichters sowie eine Abschal
tungsvorrichtung umfaßt, die einen Abschalt-Transistor (T1, T1′) auf
weist, durch den der Wechselrichter nach dem Auftreten eines anoma
len Betriebszustandes abgeschaltet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke des Abschalt-Transi
stors (T1, T1′) im Steuerkreis eines Wechselrichter-Schalttransistors
(Q2) angeordnet ist, wobei die Schaltstrecke des Abschalt-Transistors
(T1, T1′) im Normalbetrieb niederohmig ist und nach dem Auftreten
eines anomalen Betriebszustandes mit Hilfe eines Abschaltsignals
hochohmig gesteuert wird.
17. Betriebsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Auftreten eines anomalen Betriebszustandes das Abschaltsig
nal für den Abschalt-Transistor (T1, T1′) innerhalb einer Wechselrich
ter-Schaltperiode, synchron zur Sperrphase desjenigen Wechselrichter-
Schalttransistors (Q2) erfolgt, in dessen Steuerkreis der Abschalt-Tran
sistor (T1, T1′) angeordnet ist.
18. Betriebsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abschaltsignal von zwei überlagerten Spannungskomponenten gebil
det wird, wobei die erste Spannungskomponente eine Gleichspannung
ist, die proportional zur Lampenspannung ist, und wobei die zweite
Spannungskomponente proportional zur zeitlichen Änderung der
Spannung am Mittenabgriff (M) der Wechselrichter-Schalttransistoren
(Q1, Q2) - das heißt, proportional zur Zeitableitung der Wechselrich
ter-Ausgangsspannung - ist.
19. Betriebsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abschaltsignal der Steuer-Elektrode des Abschalt-Transistors (T1, T1′)
über einen Schwellwertschalter (D8) mit nachgeschalteter bistabiler
Schalteinrichtung (S) zugeführt wird.
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