DE20303593U1

DE20303593U1 - Switching transformer, especially for use as electronic ballast for a direct current discharge bulb, has a control unit with two field effect transistors

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Publication number: DE20303593U1
Application number: DE20303593U
Authority: DE
Original assignee: STECA BATTERIELADESYSTEME und; Steca Batterieladesysteme und Prazisionselektronik GmbH
Current assignee: STECA BATTERIELADESYSTEME und; Steca Batterieladesysteme und Prazisionselektronik GmbH
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2013-03-07

Abstract

Switching transformer, especially electronic ballast for a DC discharge bulb, whereby a direct current voltage is applied at the input to the switching transformer. The switching transformer has a control unit with two transistors opposed to each other and freely switched so that an AC voltage is applied to the secondary winding of a transformer. The transistors used are field effect transistors (15, 16). The invention also relates to a corresponding discharge bulb.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltwandler, insbesondere als elektronisches Vorschaltgerät für eine mit Gleichstrom betriebene Entladungslampe wobei an dem Schaltwandler eingangsseitig aus einer Gleichspannungsquelle eine Gleichspannung anliegt und der Schaltwandler eine Steuerung aufweist, die zwei Transistoren in Gegenphase derart freischalten, daß an der Primärwicklung eines Transformators eine Wechselspannung anliegt.The invention relates to a switching converter, in particular as an electronic ballast for one Discharge lamp operated with direct current, on the switching converter a DC voltage on the input side from a DC voltage source is present and the switching converter has a controller that two Unlock transistors in opposite phase so that at the primary AC voltage is applied to a transformer.

Schaltwandler zur Erzeugung eines Wechselstroms aus einer Gleichspannungsquelle gibt es in verschiedenen Formen. Es gibt die sogenannten Sperrwandler, bei denen nur ein Schalttransistor notwendig ist, die jedoch weder Leerlauf- noch Kurzschlußfest sind. Sie weisen wegen der hohen Spannungsspitzen eine schlechte elektromagnetische Verträglichkeit auf, haben einen schlechten Wirkungsgrad und eine hohe Wärmeentwicklung, wodurch Kühlkörper notwendig werden. Wegen dieser Hochspannungsspitzen haben sie jedoch ein gutes Kaltstartverhalten für beispielsweise das Zünden von Entladungslampen.Switching converter for generating a There are different types of alternating current from a direct voltage source To form. There are the so-called flyback converters, in which only one Switching transistor is necessary, but neither idle nor Short circuit are. They show a bad because of the high voltage peaks Electromagnetic compatibility on, have poor efficiency and high heat generation, making heat sinks necessary become. Because of these high voltage peaks, however, they have good cold start behavior for example the ignition of discharge lamps.

Des Weiteren gibt es Resonanzgegentaktwandler, wobei zwei Bipolartransistoren im Gegentakt geschaltet sind und so an dem Transformator einen Wechselstrom erzeugen. Der Nachteil derartiger Bipolartransistoren liegt darin, daß keine hohen Wirkungsgrade erreicht werden und daß die Bipolartransistoren relativ teuer sind, wenn sie in der Lage sein müssen, viel Wärme abzuführen.There are also resonance push-pull converters, wherein two bipolar transistors are connected in push-pull and generate an alternating current on the transformer. The disadvantage Such bipolar transistors is that no high efficiencies be achieved and that the Bipolar transistors are relatively expensive if they have to be able to do a lot Dissipate heat.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist die Verlustleistung, also die Aufheizung an dem Transistor deutlich reduziert worden. Dies führt prinzipiell zu einem höheren Wirkungsgrad.By the solution according to the invention the power loss, that is, the heating of the transistor clearly been reduced. this leads to in principle to a higher one Efficiency.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schaltwandler mit möglichst hohen Wirkungsgrad zu entwickeln. Dadurch können teure Kühlkörper gespart werden und zum Beispiel die aus Solarmodulen gewonnene, in Batterien gespeicherte Energie besser und effizienter eingesetzt werden.It is an object of the invention, one Switching converter with if possible to develop high efficiency. This saves expensive heat sinks and for example that obtained from solar modules and stored in batteries Energy can be used better and more efficiently.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß als Transistoren in dem Schaltwandler Feldeffekttransistoren eingesetzt werden.The object of the invention is thereby solved, that as Transistors used in the switching converter field effect transistors become.

Der erfindungsgemäße Einsatz von Feldeffekttransistoren führt zu einer deutlichen Verringerung der Verlustleistung.The use of field effect transistors according to the invention leads to a significant reduction in power loss.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerung einen Treiber aufweist und der Treiber auf den Transistor wirkt. Erfindungsgemäß wird dabei zum Beispiel vorgeschlagen, einen Operationsverstärker einzusetzen. Alternativ ist vorgesehen, Schaltungen oder Anordnungen einzusetzen, die Operationsverstärker einsetzen. Hierzu zählen zum Beispiel Schwellwertschalter (zum Beispiel Schmitt-Trigger), Differenzverstärker oder Komparatoren. Diese Elemente werden dabei alternativ als integrierte Schaltungen oder als auf Operationsverstärkern aufbauende Anordnungen, zum Beispiel mit externen Bauteilen wie Widerständen, Spannungsteilen und so weiter im Rahmen der Erfindung eingesetzt. Der Operationsverstärker beziehungsweise Anordnungen mit Operationsverstärkern zeichnen sich durch sehr steiles Schaltverhalten aus, wodurch der Schaltversatz beim Null-Durchgang deutlich reduziert wird. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Operationsverstärkern liegt darin, daß diese Bauteile einen großen Eingangswiderstand und einen kleinen Ausgangswiderstand besitzen. Die Schaltvorgänge können daher mit geringen Verlusten durchgeführt werden, was zum einen den Energieverbauch der Schaltung günstig beeinflußt und zum anderen ansonsten notwendigen Aufwand für Kühlung (bei ansonsten hohen Verlustleistungen) einspart.In a preferred embodiment the invention provides that the controller is a driver has and the driver acts on the transistor. According to the invention for example, suggested using an operational amplifier. Alternatively, it is intended to use circuits or arrangements use the operational amplifiers. Which includes for example threshold switches (for example Schmitt trigger), differential amplifier or comparators. These elements are alternatively integrated Circuits or as arrangements based on operational amplifiers, for example with external components such as resistors, voltage parts and so on further used in the context of the invention. The operational amplifier respectively Arrangements with operational amplifiers are characterized by very steep switching behavior, which makes the Switching offset at zero crossing is significantly reduced. Another advantage The use of operational amplifiers is that these Components a big one Have input resistance and a small output resistance. The switching operations can therefore be carried out with low losses, which on the one hand Energy consumption of the circuit favorable affected and on the other hand, otherwise necessary expenditure for cooling (with otherwise high Power losses).

Für den Betrieb von beispielsweise einer Entladungslampe mit Gleichstrom ist ein Schaltwandler notwendig. Bei diesem Schaltwandler handelt es sich um einen Resonanzgegentaktwandler, wobei zwei Transistoren abwechselnd geschaltet sind und die Primärspule eines Transformators abwechselnd in gegensinniger Richtung mit Strom versorgen. Der Einsatz dieses erfindungsgemäßen Schaltwandlers ist aber nicht auf den Betrieb von Entladungslampen beschränkt. Es soll auch für andere Einsatzzwecke eingesetzt werden.For the operation of, for example, a discharge lamp with direct current a switching converter is necessary. This switch converter acts it is a resonant push-pull converter, two transistors are switched alternately and the primary coil of a transformer alternately supply power in opposite directions. The stake this switching converter according to the invention is not limited to the operation of discharge lamps. It should also for other uses are used.

Erfindungsgemäß ist die Wicklung der Primärspule unterteilt und gegensinnig gewickelt, das heißt, die Primärspule des Transfor mators besteht aus zwei Spulen oder Primärwicklungen, wobei die Stromflußzuleitung von der Gleichspannungsquelle aus zwischen beiden Spulen angeordnet ist.According to the invention, the winding of the primary coil is divided and wound in opposite directions, that is, the primary coil of the Transfor mators consists of two coils or primary windings, the current flow line arranged from the DC voltage source between the two coils is.

Über ein Filterelement, das gegebenenfalls aus einem Tiefpass und einer Verpolschutzschaltung besteht, wird der Gleichstrom der Primärspule des Transformators zugeführt.about a filter element, which may consist of a low pass and a Reverse polarity protection circuit exists, the direct current of the primary coil of the transformer fed.

Die Tiefpaßschaltung dient dazu vom Schaltwandler produzierte Störungen zu filtern. Diese Störungen entstehen dadurch, daß der Schaltwandler mit abwechselnd geschalteten Strömen arbeitet und sie bestehen aus kleinen Wechselspannungsanteilen, die die versorgende Gleichspannung überlagern. Diese Tiefpaßschaltung verbessert somit die elektromagnetische Verträglichkeit der gesamten Schaltung. Ausgangsseitig des Filters steht eine Gleichspannung, gegebenenfalls eine niederfrequent gepulste Gleichspannung zur Verfügung.The low-pass circuit is used by the switching converter produced disturbances to filter. These disorders arise from the fact that the Switching converter works with alternately switched currents and they exist from small AC components that overlay the supplying DC voltage. This low-pass filter thus improves the electromagnetic compatibility of the entire circuit. There is a DC voltage on the output side of the filter, if necessary a low-frequency pulsed DC voltage is available.

Mittels einer Steuerung wird erreicht, daß abwechselnd einmal die erste Primärspule und anschließend die zweite Primärspule mit Strom durchflossen wird, so daß am Magnetkern eine wechselnde Magnetisierung erzielt wird, die auf die Sekundärspule eine Wechselspannung induziert.By means of a control, that alternately once the first primary coil and subsequently the second primary coil is flowed through with current, so that a changing at the magnetic core Magnetization is achieved by applying an alternating voltage to the secondary coil induced.

Erfindungsgemäß erfolgt das Steuern dieses Gleichstroms mit Feldeffekttransistoren, die gegenüber den bisher bekannten Bipolartransistoren den Vorteil haben, daß der Wirkungsgrad erhöht ist und daß weniger Wärme produziert wird. Die Bipolartransistoren wurden bisher von einer Steuerspule auf der Wicklung des Transformators gesteuert. Feldeffekttransistoren brauchen zwar nur einen vergleichsweise kleinen Stromimpuls zur Ansteuerung jedoch eine relativ hohe Ansteuerspannung (Gate-Spannung). Da die Steuerwicklung auf dem Transformator nur eine sinusförmige Spannung liefern kann, könnten die Gates der Feldeffekttransistoren nicht direkt an die Steuerwicklung ange schlossen werden, da sie mit dieser relativ flach ansteigenden Spannung nur langsam durchschalten.According to the invention, this direct current is controlled using field effect transistors, which have the advantage over the previously known bipolar transistors that the efficiency is increased and that less heat is produced. The bipolar transistors were previously from a control coil on the Controlled winding of the transformer. Field effect transistors need only a comparatively small current pulse for driving, but a relatively high driving voltage (gate voltage). Since the control winding on the transformer can only supply a sinusoidal voltage, the gates of the field effect transistors could not be connected directly to the control winding, since they only switch through slowly with this relatively flat rising voltage.

Um die Heizleistung von Bipolartransistoren zu vermindern, könnte man einen Treiber verwenden. Wenn man jedoch bereits zu diesem Zweck einen Treiber verwenden muß, kann man auch gleich Feldeffekttransistoren damit betreiben.To increase the heating power of bipolar transistors could diminish to use a driver. However, if you are already there for this purpose need to use a driver you can also operate field effect transistors with it.

Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, daß als Treiber für diese Feldeffekttransistoren einfache Operationsverstärker verwendet werden können.It has proven to be very beneficial pointed out that as Drivers for these field effect transistors used simple operational amplifiers can be.

Die Vorteile dieser mittels Operationsverstärkern betriebenen Feldeffekttransistoren liegen darin, daß eine deutliche Verringerung der Verlustleistung und ein geringer Schaltversatz beim Null-Durchgang vorliegt. Der Vorheiztimer und der Transistortreiber können mit einem einzigen Vier-Fach-Operationsverstärker (das heißt, vier Operationsverstärker in einem Gehäuse) realisiert werden und es gibt keine heizenden Widerstände mehr.The advantages of these operated by means of operational amplifiers Field effect transistors are in that a significant reduction the power loss and a small switching offset at zero crossing is present. The preheat timer and transistor driver can be operated with a single four-way operational amplifier (the is called, four operational amplifiers in one housing) can be realized and there are no more heating resistors.

Die Kriterien für die Operationsverstärker liegen in einer hohen Geschwindigkeit, einem großen Ausgangsstrom (ca. 30 mA) und einen niedrigen Preis.The criteria for the operational amplifiers are at a high speed, a large output current (approx. 30 mA) and a low price.

Die Ausgangsleitung eines ersten Operationsverstärkers ist mit dem Gate-Anschluß eines Feldeffekttransistors verbunden und der Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers mit dem Gate-Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors, so daß bei wechselnder Beschaltung der Operationsverstärker mal der eine und mal der andere Feldeffekttransistor durchschaltet. Die Operationsverstärker werden von einer Steuerspule geschaltet, die von der Sekundärspule des Transformators getaktet wird. Die Steuerspule ist mit den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen des Operationsverstärkers verbunden, wobei der N-Eingang des ersten Operationsverstärkers mit dem P-Eingang des zweiten Operationsverstärkers kurzgeschlossen ist. An dem P-Eingang des ersten Operationsverstärkers beziehungsweise dem N-Eingang des zweiten Operationsverstärkers liegt ein konstantes Potential aus einer Referenzspannungsquelle an, mit der die zweite Zuleitung der Steuerspule ebenfalls verbunden ist.The output line of a first operational amplifier is with the gate connection of a field effect transistor connected and the output of a second operational amplifier with the gate terminal of the second Field effect transistor, so that when changing Wiring the operational amplifier times the one and the other through the field effect transistor. The operational amplifiers are switched by a control coil by the secondary coil of the Transformer is clocked. The control coil is with the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier connected, the N input of the first operational amplifier is short-circuited to the P input of the second operational amplifier. At the P entrance of the first operational amplifier or the N input of the second operational amplifier a constant potential from a reference voltage source, with which the second lead of the control coil is also connected.

An dem N-Eingang des ersten Operationsverstärkers beziehungsweise dem P-Eingang des zweiten Operationsverstärkers liegt eine in der Steuerspule induzierte Steuerspannung an.At the N input of the first operational amplifier or the P input of the second operational amplifier is located in the control coil induced control voltage.

Die Steuerspule koppelt die Steuerfrequenz des Transformators beziehungsweise die Frequenz des Sekundärschwingkreises des Transformators auf den Treiber, der die Transistoren wiederum schaltet.The control coil couples the control frequency of the Transformer or the frequency of the secondary resonant circuit of the transformer on the driver, which in turn transistors on.

Die Steuerspule befindet sich wie die Sekundärspule und die Primärspulen, zusammen auf einen Kern des Transformators. Sie umfaßt nur wenige Windungen, da für das Steuern der Operationsverstärker nur eine geringe Spannung notwendig ist.The control coil is like the secondary coil and the primary coils, together on a core of the transformer. It has only a few turns for this controlling the operational amplifiers only a low voltage is necessary.

Bei einem Kaltstart der Entladungslampe treten starke Spannungssprünge auf, die sich auf der Primär- und Sekundärseite des Transformators bemerkbar machen. Mitunter können auf der Primärseite Spannungsspitze von mehreren 100 V auftreten. Hiergegen ist vorgesehen, Schwingkreiskondensatoren parallel zu den Feldeffekttransistoren zu schalten, deren Verbindungsstelle an Masse liegt. So liegt über der Drain-Source-Strecke der Feldeffekttransistoren jeweils ein Kondensator der verhindert, daß dort die Spannung sprunghaft ansteigt. Die Transistoren schalten erst dann, wenn der ihnen parallel geschaltete Kondensator entladen ist. Die Spannungspitzen treten dann nicht mehr auf. Die Kondensatoren sind quasi Snubber- und Schwingkreiskondensatoren in einem. Auf diese Weise wird unter anderem erreicht, daß die Schaltung kurzschlußsicher ist.With a cold start of the discharge lamp occur strong jumps in tension on who are on the primary and secondary side of the transformer. Sometimes voltage spikes can occur on the primary side of several 100 V occur. In contrast, it is provided that resonant circuit capacitors to be connected in parallel to the field effect transistors, their connection point is grounded. So lies over the drain-source path of the field effect transistors Condenser which prevents there the voltage increases suddenly. The transistors first switch when the capacitor connected in parallel is discharged. The voltage peaks then no longer occur. The capacitors are quasi snubber and resonant circuit capacitors in one. To this Way is achieved, among other things, that the circuit is short-circuit proof is.

Die Eingangsdrossel hat die Aufgabe, den Strom, der in die Primärwicklungen des Transformators eingespeist werden soll, möglichst konstant zu halten. Eine Drosselspule ist recht stromträge, das heißt, wenn sich die Spannung stark ändert, ändert sich der Strom jedoch nur gering. Die an der Drosselspule anliegende stark wechselnde Spannung wirkt sich somit auf den Eingangsstrom des Transformators kaum aus. Es liegt eingangsseitig nur eine gewisse Welligkeit des Stroms vor, welche jedoch mittels des Eingangsfilters der Tiefpaßschaltung herausgefiltert wird. Je höher die Induktivität der Drossel ist, desto geringer ist die Welligkeit des Stroms.The input choke has the task the current flowing into the primary windings of the transformer is to be fed in, to keep it as constant as possible. A choke coil is quite slow in current, that is, when the voltage changes greatly, changes the current, however, is low. The contact on the choke coil strongly changing voltage thus affects the input current of the transformer. There is only a certain amount on the input side Ripple of the current, which, however, by means of the input filter the low pass circuit is filtered out. The higher the inductance the choke is, the less the ripple of the current.

Eine Vorheizung kann in einer erfindungsgemäßen Variante jedoch auch in ein Vorschaltgerät für den Betrieb von Entladungslampen eingesetzt werden, deren Spannungsquelle einen Wechselstrom erzeugt. Hier wird für das Vorheizen jedoch eine eigene Gleichstromquelle benötigt, wie beispielsweise eine Batterie oder einen gleichgerichteten Wechselstrom. In diesem Vorheizstrom ist ein Schalter vorgesehen, mit dem das Vorheizen der Elektroden eingeleitet beziehungsweise unterbrochen werden kann.A preheating can be done in a variant according to the invention but also in a ballast for the Operation of discharge lamps are used, their voltage source generates an alternating current. Here is one for preheating needs its own direct current source, such as a battery or rectified alternating current. In this preheating current a switch is provided with which the preheating of the electrodes can be initiated or interrupted.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Schalter für die Vorheizschaltung vorgesehen. Dieser Schalter dient dazu die Heizspannungsquelle, nachdem eine entsprechende Elektrodentemperatur erreicht ist, abzuschalten. Günstigerweise wird der Schalter dabei so ausgelegt, daß er auch gleichzeitig für das Anschalten der Betriebsspannung beziehungsweise Zündspannung an den Elektroden dient.In a preferred embodiment the invention is a switch for the preheating circuit provided. This switch serves the Heating voltage source after a corresponding electrode temperature is reached to switch off. conveniently, the switch is designed so that it is also used for switching on the operating voltage or ignition voltage at the electrodes serves.

Dieser Schalter für den Vorheizstromkreis wird insbesondere von einem Zeitglied zum Beispiel mit einem Schwellwertschalter angesteuert. Es ließen sich jedoch auch andere Steuerungen zum Schalten dieses Schalters verwenden, die jedoch hier nicht beschrieben werden. Der Vorteil der Erfindung ist dabei, daß die Heizspannungsquelle unabhängig von dem Vorschaltgerät be ziehungsweise dem Schaltwandler der Entladungslampe ist.This switch for the preheating circuit is controlled in particular by a timer, for example with a threshold switch. However, other controls for switching this switch could be used, but are not described here. The advantage of the invention is that the heating voltage source independent is dependent on the ballast or the switching converter of the discharge lamp.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Schalter einen Transistor, insbesondere einen Bipolartransistor einzusetzen, der zu einer kostengünstigen Realisierung führt. Gleichzeitig erhöht der Einsatz eines Bipolartransistors die Lebensdauer der Schaltung und der Lampe, da ein Transistor mehr Schaltzyklen aushält als beispielsweise ein Relais.It has proven to be beneficial as a switch a transistor, in particular a bipolar transistor use, which leads to a cost-effective implementation. simultaneously elevated the use of a bipolar transistor extends the life of the circuit and the lamp, since a transistor can withstand more switching cycles than, for example a relay.

Nach Abschalten der Vorheizung benötigt der zugehörige Schaltkreis keine Leistung mehr, wodurch der Wirkungsgrad des genannten elektronischen Vorschaltgerätes erhöht wird. Die Vorheizung kann durch den Transistor wegen der sehr hohen Flankensteilheit sehr schnell abgeschaltet werden, weshalb keine Lichtbögen, wie sie bei einem Relais erzeugt werden würden, entstehen. Durch den sehr schnellen Umschaltvorgang von Vorheiz- auf Zündbetrieb wird das Zündverhalten der Lampe verbessert. Die Lampe zündet schon bei einer geringen Betriebsspannung und auch bei sehr niedrigen Temperaturen zuverlässig. Der konstante Gleichstrom schont die Heizwendeln bei der Vorheizung. Stromspitzen würden die Verdampfung des Elektrodenmaterials begünstigen und dadurch zu schnellerer Alterung der Vorheizwendeln führen beziehungsweise zu einem früheren Ausfall der Lampe. Die Verdampfung des Elektrodenmaterials ist proportional zum maximalen Strom.After switching off the preheating, the associated Circuit no more power, reducing the efficiency of the above electronic ballast elevated becomes. The transistor can preheat it due to the very high slope can be switched off very quickly, which is why no arcs like they would be generated with a relay. By the very quick changeover from preheating to ignition mode becomes the ignition behavior the lamp improved. The lamp ignites at a low level Operating voltage and reliable even at very low temperatures. The constant direct current protects the heating coils during preheating. Current peaks favor the evaporation of the electrode material and therefore faster Cause the preheating coils to age or to an earlier one Failure of the lamp. The evaporation of the electrode material is proportional to the maximum current.

Die beiden Elektroden der Lampe in der Vorheizschaltung sind zueinander parallel geschaltet, so daß an beiden Vorheizwendeln die gleiche Spannung anliegt. Bei gleichartigen Vorheizwendeln fließt in beiden auch der gleiche Strom. Die Elektroden wirken in diesem Fall als Widerstände und werden durch den durch sie hindurchfließenden Strom aufgeheizt. Durch den ohm'schen Widerstand der Vorheizwendeln wird der Strom sowie die an ihnen anliegende Spannung bestimmt. Diese Spannung ergibt sich aus der Betriebsspannung des Vorschaltgerätes abzüglich der Spannungen, die über Dioden, angeordnet in Stromflußrichtung vor und nach jeder Elektrode, vorgesehen sind, und über den Schalttransistor abfallen.The two electrodes of the lamp in the preheating circuit are connected in parallel to each other, so that on both Preheating coils have the same voltage. With similar preheating coils flows the same current in both. The electrodes act in this Case as resistors and are heated by the current flowing through them. By ohmic resistance the preheating coils are the current and the voltage applied to them certainly. This voltage results from the operating voltage of the ballast less of the tensions that over Diodes arranged in the direction of current flow before and after each electrode, are provided, and over the Switching transistor drop out.

Nach Ablauf einer entsprechenden Zeit wird der Vorheizstrom durch den Schalter abgestellt, wodurch ebenfalls eine entsprechende Strombegrenzung möglich ist. Ein Überhitzen wird damit zuverlässig vermieden. Dabei können entsprechende Stromüberwachungsschaltungen ebenfalls eingesetzt werden.After a corresponding one Time, the preheating current is turned off by the switch, causing A corresponding current limitation is also possible. Overheating becomes reliable avoided. You can corresponding current monitoring circuits can also be used.

Für den Betrieb dieser Vorheizschaltung wird nicht nur ein gleichförmiger Gleichstrom verwendet, wie er beispielsweise von einer Batterie zur Verfügung gestellt wird, sondern eventuell auch ein gepulster Gleichstrom. Günstigerweise wird dabei die Batterie von einem Solarmodul tagsüber geladen.For the operation of this preheating circuit is not just a uniform direct current used, as provided for example by a battery is, but possibly also a pulsed direct current. conveniently, the battery is charged by a solar module during the day.

Wie bereits erwähnt, ist für den Betrieb der Entladungslampe ein Wechselstrom notwendig, der durch einen Schaltwandler im elektronischen Vorschaltgerät der ebenfalls erfindungsgemäßen Entladungslampe erzeugt und auf den Sekundärschaltkreis des Transformators induziert wird. Die Vorheizschaltung wird dabei in den Sekundärschaltkreis des Transformators "zwischengeschaltet". Die Heizspannungsquelle wird zwischen zwei jeweils in Flußrichtung gepolte Dioden eingeschaltet, der Heizstrom fließt über die Diode, die Elektrode sowie einer weiteren, in Flußrichtung geschalteten Diode über den Schalter zur Masse. Dabei sind die beiden Elektroden der Lampe in der Vorheizschaltung parallel geschaltet. Vor und nach der Elektrode ist jeweils eine in Stromflußrichtung geschaltete Diode vorgesehen. Gleichzeitig ist die Elektrode auch am Sekundärschwingkreis des Transformators über einen entsprechenden Knotenpunkt verbunden. Im Zusammenspiel mit dem Schalter wird somit eine einfache und sehr effektive Vorheizschaltung realisiert, die insbesondere auch bei hochfrequent betriebenen Schaltwandlern entsprechender Entladungslampen einsetzbar ist, wobei solche Schaltwandler typischerweise im kHz-Bereich und darüber betrieben werden.As already mentioned, is for the operation of the discharge lamp an alternating current is necessary, which is achieved by a switching converter in the electronic ballast the discharge lamp also according to the invention generated and on the secondary circuit of the transformer is induced. The preheating circuit will in the secondary circuit of the transformer "interposed". The heating voltage source is switched on between two diodes polarized in the direction of flow, the heating current flows through the Diode, the electrode and another, in the direction of flow switched diode over the switch to earth. Here are the two electrodes of the lamp connected in parallel in the preheating circuit. Before and after the electrode is one in the direction of current flow switched diode provided. At the same time, the electrode is too on the secondary resonant circuit of the transformer over connected a corresponding node. In interaction with the switch becomes a simple and very effective preheating circuit realized, especially in the case of high-frequency switching converters Corresponding discharge lamps can be used, such switching converters typically operate in the kHz range and above.

Zusätzlich ist an dem Vorheizschaltkreis ein Kondensator zwischen einer Elektrode und der Sekundärspule vorgesehen, der mit der Sekundärspule des Transformators einen Schwingkreis aufbaut, und den Vorteil hat, den vom Vorheizstromkreis kommenden Gleichstrom zu blockieren, so daß an der Sekundärwicklung des Transformators keine Gleichspannung anliegt.In addition, is on the preheating circuit a capacitor is provided between an electrode and the secondary coil, the one with the secondary coil of the Transformer builds a resonant circuit, and has the advantage to block the direct current coming from the preheating circuit, so that at the secondary winding there is no DC voltage on the transformer.

Während der Vorheizphase ist der Sekundärstromkreis des Transformators zur Masse kurzgeschlossen, während nach Abschalten der Vorheizphase der Stromfluß nur durch die Entladungslampe erfolgt.While the preheating phase is the secondary circuit of the transformer is shorted to ground while after the preheating phase is switched off the current flow only done by the discharge lamp.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.The invention is based on the following closer to a drawing described.

Es zeigen:Show it:

1 das Schaltbild des Schaltwandlers nach der Erfindung; 1 the circuit diagram of the switching converter according to the invention;

2 das Schaltbild einer Vorheizschaltung nach der Erfindung und 2 the circuit diagram of a preheating circuit according to the invention and

3 eine Komplettschaltung einer erfindungsgemäßen Entladungslampe mit Vorheizschaltung und Schaltwandler. 3 a complete circuit of a discharge lamp according to the invention with preheating circuit and switching converter.

Der in 3 dargestellte Schaltwandler 1 soll einen zum Beispiel aus einer Batterie zur Verfügung gestellten Gleichstrom in einen für den Betrieb einer Entladungslampe 2 notwendigen Wechselstrom umwandeln. Die Batterie wird dabei zum Beispiel durch Solarzellen geladen. Zu diesem Zweck ist ein Transformator 3 vorgesehen, an dessen Primärspulen 4, 5 alternierend Spannung angelegt wird, so daß sich im Stromkreis 10 zwischen Sekundärspule 6 und Elektroden 7, 8 der Entladungslampe 2 ein Wechselspannungsfeld aufbaut.The in 3 Switching converter shown 1 is intended, for example, to supply a direct current made available from a battery to a for operating a discharge lamp 2 convert necessary AC power. The battery is charged by solar cells, for example. For this purpose is a transformer 3 provided on its primary coils 4 . 5 alternating voltage is applied, so that in the circuit 10 between secondary coil 6 and electrodes 7 . 8th the discharge lamp 2 builds up an alternating voltage field.

Zwischen einer Elektrode 7 und der Sekundärwicklung 6 ist ein Kondensator 9 zwischengeschaltet. Der Kondensator 9 und die Induktivität der Sekundärwicklung 6 bilden einen Sekundärschwingkreis. Je größer die Last auf der Sekundärseite ist, desto mehr bestimmt der Sekundärkreis die Taktfrequenz des Wandlers. Über die Steuerspule 18 wird diese Taktfrequenz auf die Primärseite zurückgegeben beziehungsweise zurückgekoppelt. Durch die Kapazität des Kondensators 9 wird der Lampenstrom eingestellt. Zwischen den Anforderungen des Lampenstroms und der Frequenz ist ein entsprechender Kompromiß zu finden.Between an electrode 7 and the secondary winding 6 is a capacitor 9 interposed. The condenser 9 and the inductance of the secondary winding 6 form a secondary resonant circuit. The greater the load on the secondary side, the more the secondary circuit determines the clock frequency of the converter. Via the control coil 18 this clock frequency is returned or fed back to the primary side. By the capacitance of the capacitor 9 the lamp current is set. A corresponding compromise can be found between the requirements of the lamp current and the frequency.

Das Wechselspannungsfeld zwischen den Elektroden 7, 8 der Entladungslampe 2 führt zur Bildung eines Lichtbogens, der ein in dem Lampenkolben 11 enthaltenes Gas ionisiert und ein im Kolben 11 enthaltenes weiteres Gas oder eine an der Kolbenwandung aufgebrachte Leuchtstoffschicht zum Leuchten anregt.The alternating voltage field between the electrodes 7 . 8th the discharge lamp 2 leads to the formation of an arc which is a in the lamp bulb 11 contained gas ionized and one in the flask 11 contained further gas or a fluorescent layer applied to the bulb wall stimulates to glow.

Die Umwandlung eines gleichförmigen oder welligen Gleichstromes in einen Wechselstrom erfolgt durch den Einsatz zweier Transistoren, die in Gegenphase derart geschaltet sind, daß an der Primärseite des Transformators periodisch alternierend unterschiedliche Stromflüsse anliegen und so ein Magnetfeld mit periodisch wechselnder Orientierung entsteht, welches zur Induktion einer Wechselspannung auf der Sekundärseite führt.The conversion of a uniform or wavy Direct current into an alternating current occurs through the use of two Transistors that are connected in opposite phase such that at the primary of the transformer periodically alternating current flows are applied and this creates a magnetic field with periodically changing orientation, which leads to the induction of an AC voltage on the secondary side.

An einer Gleichspannungsquelle 25 (die zum Beispiel eine Batterie oder dergleichen sein kann) ist zunächst eine Filtergruppe 12 vorgesehen. Die Filtergruppe umfaßt gegebenenfalls einen Tiefpaß und eine Verpolschutzschaltung. Die Tiefpaßschaltung dient dazu, vom Schaltwandler produzierte Störungen zu filtern. Diese Störungen entstehen dadurch, daß der Schaltwandler mit abwechselnd geschalteten Strömen arbeitet und sie be stehen aus kleinen Wechselspannungsanteilen, die die versorgende Gleichspannung überlagern. Diese Tiefpaßschaltung verbessert somit die elektromagnetische Verträglichkeit der gesamten Schaltung. Ausgangsseitig des Filters steht eine Gleichspannung, gegebenenfalls eine niederfrequent gepulste Gleichspannung zur Verfügung. Diese Gleichspannung wird über die Drossel 17 auf die Primärspule des Transformators 1 gegeben.At a DC voltage source 25 (which may be a battery or the like, for example) is initially a filter group 12 intended. The filter group may include a low-pass filter and a polarity reversal protection circuit. The low pass circuit is used to filter interference produced by the switching converter. These disturbances arise from the fact that the switching converter works with alternately switched currents and they are made up of small AC voltage components which are superimposed on the supplying DC voltage. This low-pass circuit thus improves the electromagnetic compatibility of the entire circuit. A DC voltage, possibly a low-frequency pulsed DC voltage, is available on the output side of the filter. This DC voltage is through the choke 17 on the primary coil of the transformer 1 given.

Die Primärwicklung des Transformators 3 ist aufgeteilt in zwei Primärspulen 4, 5 und einen Mittenanschluß, über welchen der Spulenstrom von dem Filter 12 herangeleitet wird. Dadurch, daß sich die Stromführung zwischen den einzelnen Primärspulen 4, 5 verzweigt, und die Primärspulen 4, 5 abwechselnd geschaltet sind, wechselt die Polarität des magnetischen Feldes des Kerns des Transformators 3. Den Spulen 4, 5 nachgeschaltet ist jeweils ein Kondensator 13, 14, wobei die Kondensatoren 13, 14 zusammen mit den Primärspulen 4, 5 einen Schwingkreis bilden. Die Kondensatoren 13, 14 sind dabei parallel zur Drain-Source-Strecke der Feldeffekttransistoren 15, 16 geschaltet.The primary winding of the transformer 3 is divided into two primary coils 4 . 5 and a center port through which the coil current from the filter 12 is derived. The fact that the current flow between the individual primary coils 4 . 5 branches, and the primary coils 4 . 5 are switched alternately, the polarity of the magnetic field of the core of the transformer changes 3 , The coils 4 . 5 a capacitor is connected downstream 13 . 14 , the capacitors 13 . 14 together with the primary coils 4 . 5 form a resonant circuit. The capacitors 13 . 14 are parallel to the drain-source path of the field effect transistors 15 . 16 connected.

Bei einer Halbwelle der Schwingung eines gepulsten Gleichstromes schaltet beispielsweise der Feldeffekttransistor 15 durch, das heißt, er ist leitend und überbrückt damit den Kondensator 13. Der Kondensator 13 ist jetzt strom- und spannungslos. Es ist zu diesem Zeitpunkt nicht aktiv. In der nächsten Halbwelle der Schwingung sperrt der Feldeffekttransistor 15 und der Kondensator 13 arbeitet. Für die Kombination aus den Elementen 14, 16 gilt das gleiche, nur um 180° phasenversetzt.In the case of a half-wave of the oscillation of a pulsed direct current, the field effect transistor switches, for example 15 through, that is, it is conductive and thus bridges the capacitor 13 , The condenser 13 is now de-energized and de-energized. It is not active at this time. In the next half wave of the oscillation, the field effect transistor blocks 15 and the capacitor 13 is working. For the combination of the elements 14 . 16 the same applies, only 180 ° out of phase.

Zu jedem Zeitpunkt ist einer der beiden Kondensatoren 13, 14 parallel zur gesamten Primärspule 4, 5 geschaltet. Die Resonanzfrequenz des Primärkreises alleine ergibt sich aus der Kapazität eines Kondensators und beider Primärspulen. Die Belastung der Kondensatoren 13, 14 verteilt sich, bei gleicher Kapazität der Kondensatoren 13, 14, zu gleichen Teilen. Die Belastung der einzelnen Bauteile wird dadurch reduziert.At any time is one of the two capacitors 13 . 14 parallel to the entire primary coil 4 . 5 connected. The resonance frequency of the primary circuit alone results from the capacitance of a capacitor and both primary coils. The load on the capacitors 13 . 14 is distributed with the same capacitance of the capacitors 13 . 14 , equal parts. This reduces the load on the individual components.

Die Feldeffekttransistor 15, 16 dienen dazu, den Stromfluß durch die Primärspule 4, 5 mal in die eine, mal in die andere Richtung zu verstärken.The field effect transistor 15 . 16 serve the flow of current through the primary coil 4 . 5 sometimes in one direction, sometimes in the other.

Die Feldeffekttransistoren 15, 16 dieser Schwingkreise sind abwechselnd (gegenphasig) getaktet und bewirken, daß zum einen die erste Primärspule 4 und zum anderen die zweite Primärspule 5 mit Strom beaufschlagt werden. Durch Anordnung der Primärspulen 4, 5 in gegensätzliche Richtungen baut sich im Kern des Transformators 3 ein wechselndes Magnetfeld auf, wodurch in der Sekundärspule und dadurch im Sekundärstromkreis eine Wechselspannung entsteht.The field effect transistors 15 . 16 these resonant circuits are alternately clocked (in phase opposition) and cause, on the one hand, the first primary coil 4 and the second primary coil 5 be supplied with electricity. By arranging the primary coils 4 . 5 in opposite directions builds up in the core of the transformer 3 an alternating magnetic field, which creates an alternating voltage in the secondary coil and thereby in the secondary circuit.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Primärspule durch gegensätzliche Wickelsinne zu unterteilen, so daß der Kern des Transformators für beide Magnetisierungsrichtungen genutzt werden kann. Dadurch wird der Transformator 3 wesentlich besser ausgenutzt als bei Schaltwandlern, die den Kern nur in eine Richtung aussteuern.It has proven to be advantageous to subdivide the primary coil by opposing winding senses, so that the core of the transformer can be used for both directions of magnetization. This will make the transformer 3 much better utilized than with switching converters that drive the core in one direction only.

Der von der Gleichspannungsquelle 25 kommende Gleichstrom versorgt beide Primärspulen 4, 5 des Transformators 3, wobei durch die abwechselnde Durchschaltung der Feldeffekttransistoren 15, 16 der Strom einmal durch die eine Primärspule 4 des Transformators 3 und mal durch die andere Primärspule 5 des Transformators 3 geleitet wird. Dies erzeugt an der Sekundärspule 6 des Transformators 3 die gewünschte Wechselspannung, die für den Betrieb einer Entladungslampe 2 genutzt werden kann. Gleichzeitig wird durch den Transformator 3 die Spannung entsprechend dem Windungszahlenverhältnises von Sekundär- und Primärseite derart erhöht, daß die Lampe mit einer entsprechenden Spannung zuverlässig betrieben werden kann.The one from the DC voltage source 25 incoming direct current supplies both primary coils 4 . 5 of the transformer 3 , with the alternating connection of the field effect transistors 15 , 16 the current through one primary coil 4 of the transformer 3 and times through the other primary coil 5 of the transformer 3 is directed. This creates on the secondary coil 6 of the transformer 3 the desired AC voltage required for the operation of a discharge lamp 2 can be used. At the same time, through the transformer 3 the voltage corresponding to the number of turns ratio of the secondary and primary side is increased such that the lamp can be operated reliably with a corresponding voltage.

Die Drossel 17 begrenzt die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms auf der Primärseite des Transformators 3, wodurch er weitgehend konstant gehalten wird.The throttle 17 limits the rate of current rise on the primary side of the transformer 3 , which keeps it largely constant.

Zusätzlich zu den Primär- und Sekundärwicklungen 4, 5, 6 auf dem Kern des Transformators 3 ist eine Steuerwicklung 18 vorgesehen, die dafür zuständig ist, daß die Feldeffekttransistoren 15, 16 beim Null-Durchgang der Schwingung entsprechend gegenphasig umgeschaltet werden.In addition to the primary and secondary windings 4 . 5 . 6 on the core of the transformer 3 is a tax winding 18 provided that is responsible for ensuring that the field effect transistors 15 . 16 when the oscillation passes zero, they are switched over in opposite phases.

Die Referenzspannungsquelle 33, die ebenfalls von der Gleichspannungsquelle 25 versorgt wird, legt auf den P-Eingang eines ersten Operationsverstärkers 20 und auf den N-Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 21 je eine Referenzspannung; auf den jeweils anderen Anschluß wird die von der Steuerspule 18 aufgenommene Spannung auf den jeweils anderen Anschluß (N-Anschluß bei dem ersten Operationsverstärker 20 und P-Anschluß bei dem zweiten Operationsverstärker 21) gelegt. Die Ausgänge der Operationsverstärker 20, 21 wirken auf den Gate-Anschluß der Feldeffekttransistoren 15, 16. Die Anordnung der beiden Operationsverstärker erfolgt dabei gegenphasig derart, daß wenn der erste Feldeffekttransistor geöffnet ist, der jeweils andere sperrt. Dadurch würde, wären die Kondensatoren 13, 14 nicht vorhanden, dem Spulenstrom entweder die Möglichkeit gegeben, über die Spule 4 (wenn der Feldeffekttransistor 15 durchgeschaltet ist) oder über die Spule 5 (wenn der Feldeffekttransistor 16 durchgeschaltet ist) den Spulenstrom, der zwischen den beiden Teilspulen 4 beziehungsweise 5 der Primärseite des Transformators 3 eingeprägt ist, zu leiten und so ein jeweils gegensinnig orientiertes Magnetfeld in dem Transformator auszubilden. Dadurch daß den Feldeffekttransistoren 15, 16 die Kondensatoren 13, 14 parallel geschaltet sind, wie bereits beschrieben worden ist, bildet sich zwischen der Primärspule 4, 5 und den Kondensatoren 13, 14 einerseits und der Spule 5 und dem Kondensator 14 andererseits dabei ein Schwing kreis aus. In diesem Schwingkreis pendelt die Eneregie ständig zwischen Kondensator 13 und Primärspule 4, 5 und Primärspule 4, 5 und Kondenstaor 14 hin und her, so daß in den beiden Primärspulen 4, 5 ständig Strom fließt. Dieser Strom wird dann etwas größer, wenn der entsprechende Feldeffekttransistor 15, 16 durchschaltet.The reference voltage source 33 , which is also from the DC voltage source 25 is supplied, puts on the P input of a first operational amplifier 20 and to the N input of a second operational amplifier 21 one reference voltage each; on the other connection is that of the control coil 18 recorded voltage to the other connection (N connection in the first operational amplifier 20 and P-connector on the second operational amplifier 21 ) placed. The outputs of the operational amplifiers 20 . 21 act on the gate connection of the field effect transistors 15 . 16 , The two operational amplifiers are arranged in phase opposition in such a way that when the first field effect transistor is open, the other blocks. Doing so would be the capacitors 13 . 14 not available, the coil current either given the option of the coil 4 (if the field effect transistor 15 is connected) or via the coil 5 (if the field effect transistor 16 is switched through) the coil current between the two coil sections 4 respectively 5 the primary side of the transformer 3 is impressed to conduct and so to form an oppositely oriented magnetic field in the transformer. Characterized in that the field effect transistors 15 . 16 the capacitors 13 . 14 are connected in parallel, as has already been described, forms between the primary coil 4 . 5 and the capacitors 13 . 14 one hand and the coil 5 and the capacitor 14 on the other hand, an oscillating circle. In this resonant circuit, the energy constantly oscillates between the capacitor 13 and primary coil 4 . 5 and primary coil 4 . 5 and condenser 14 back and forth so that in the two primary coils 4 . 5 electricity flows constantly. This current becomes somewhat larger when the corresponding field effect transistor 15 . 16 turns on.

Für das Anschwingen der Schaltung ist der Startwiderstand 39 vorgesehen, der eine Verbindung herstellt zwischen der Betriebsspannungsleitung eines Operationsverstärkers 20 und der Ausgangsleitung dieses Operationsverstärkers 20 (der mit dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 15 verbunden ist). Hierdurch wird eine gewisse Asymmetrie in die Schaltung eingeprägt, wodurch die Schaltung anzuschwingen vermag.The starting resistance is for the circuit to start up 39 provided that establishes a connection between the operating voltage line of an operational amplifier 20 and the output line of this operational amplifier 20 (the one with the gate connection of the field effect transistor 15 connected is). As a result, a certain asymmetry is impressed into the circuit, which allows the circuit to oscillate.

Je größer die Last auf der Sekundärseite des Transformators 3 ist, desto mehr bestimmt der Sekundärkreis die Taktfrequenz des Wandlers 1. Wenn der Wandler 1 die Lampe 2 betreibt, taktet der Wandler 1 mit der Resonanzfrequenz des Sekundärstromkreises 10.The greater the load on the secondary side of the transformer 3 is, the more the secondary circuit determines the clock frequency of the converter 1 , If the converter 1 the lamp 2 operates, the converter clocks 1 with the resonance frequency of the secondary circuit 10 ,

Bisher wurden derartige Schaltungen mit Bipolartransistoren gesteuert, da es bisher nicht möglich war, diese Art von Schaltwandlern mit effizienten Feldeffekttransistoren 15, 16 zu betreiben. Geeignete Feldeffekttransistoren 15, 16 benötigten zum Betrieb eine zusätzliche Steuerschaltung oder Treiber, die in der Erfindung durch den Einsatz von Operationsverstärkern gelöst wurde. Feldeffekttransistoren als Schaltelemente einzusetzen, erhöht den Wirkungsgrad – es wird weniger Wärme produziert, und Kühlkörper können somit eingespart werden.So far, such circuits have been controlled with bipolar transistors, since it has not been possible to use this type of switching converter with efficient field effect transistors 15 . 16 to operate. Suitable field effect transistors 15 . 16 required an additional control circuit or driver for operation, which was solved in the invention by the use of operational amplifiers. Using field effect transistors as switching elements increases the efficiency - less heat is produced, and heat sinks can be saved.

Als Feldeffekttransistoren sind in diesem Ausführungsbeispiel eines Schaltwandlers 1 Metal-Oxide-Semiconductor-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) vorgesehen, insbesondere ein "Enhancement"-FET, der selbstsperrend ist, das heißt erst bei definierter Spannung durchschaltet.In this exemplary embodiment, a switching converter is used as field effect transistors 1 Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOS-FET) are provided, in particular an “enhancement” FET that is normally-off, that is to say it only switches through at a defined voltage.

Erfindungsgemäß sind zur Ansteuerung dieser Feldeffekttransistoren einfache Operationsverstärker 20 vorgesehen, die bereits bei relativ geringer Spannung den Feldeffekttransistor 15, 16 durchschalten.According to the invention, simple operational amplifiers are used to control these field effect transistors 20 provided the field effect transistor even at a relatively low voltage 15 . 16 by turn.

Zusätzlich sind in dem Schaltkreis Dioden 22 und 23 vorgesehen. Die Diode 22 befindet sich dabei in Flußrichtung gepolt an der Ausgangsleitung des ersten Operationsverstärkers 20 und verbindet diese mit dem Kondensator 14, der Teil des zu dem zweiten Feldeffektransistor 16 gehörenden Teiles des Primärschwingkreises ist. Die andere Diode 23 verbindet in analoger Weise die Ausgangsleitung des zweiten Operationsverstärkers 21 mit dem Kondensator 13 sowie der Drain-Zuleitung des ersten Feldeffekttransistors 15. Die Dioden 22, 23 verbessern den Umschaltvorgang derart, daß für beide Feldeffekttransistoren ein leistungsschwacher Operationsverstärker 20 als Treiber ausreicht. Die Anordnung der Dioden 22, 23 ist derart, daß sie den vom Treiber 20 kommenden Strom, der den ersten Feldeffektransistor 15 durchgängig schaltet, über die zweite Primärspule 5 und erste Primärspule 4 auf den DRAIN-Anschluß des ersten Feldeffekttransistors 15 leitet. Der gleiche Effekt wird mit der Diode 23 bei dem zweiten Primärstromkreis des Schaltwandlers 1 erzielt. Die Anordnung ist insofern symmetrisch.In addition, there are diodes in the circuit 22 and 23 intended. The diode 22 is polarized in the direction of flow on the output line of the first operational amplifier 20 and connects it to the capacitor 14 , the part of the to the second field effect transistor 16 belonging part of the primary resonant circuit. The other diode 23 connects the output line of the second operational amplifier in an analogous manner 21 with the capacitor 13 and the drain lead of the first field effect transistor 15 , The diodes 22 . 23 improve the switching process in such a way that a low-performance operational amplifier for both field effect transistors 20 is sufficient as a driver. The arrangement of the diodes 22 . 23 is such that it is that of the driver 20 coming current, the first field effect transistor 15 switched continuously, via the second primary coil 5 and first primary coil 4 to the DRAIN connection of the first field effect transistor 15 passes. The same effect is with the diode 23 in the second primary circuit of the switching converter 1 achieved. In this respect, the arrangement is symmetrical.

Der Kondensator 9 des Sekundärstromkreises hat die Funktion, den Strom durch die Entladungslampe 2 zu begrenzen, die Taktfrequenz des Schaltwandlers 1 mitzubestimmen und den Schaltwandler und Vorheizkreis 24 galvanisch zu trennen. Der Kondensator 9 dient als Kurzschlußschutz der Sekundärseite und bildet mit der Induktivität der Wicklung 6 der Sekundärseite des Transformators den Sekundärschwingkreis. Die sich heraus bildende Resonanzfrequenz wird als Taktfrequenz über die Steuerspule 18 auf der Primärseite wieder eingeprägt beziehungsweise zurückgekoppelt.The condenser 9 the function of the secondary circuit is the current through the discharge lamp 2 limit the clock frequency of the switching converter 1 to determine and the switching converter and preheating circuit 24 to be galvanically separated. The condenser 9 serves as short-circuit protection on the secondary side and forms with the inductance of the winding 6 the secondary resonant circuit on the secondary side of the transformer. The resulting resonance frequency is called the clock frequency via the control coil 18 embossed or fed back on the primary side.

2 zeigt einen Vorheizschaltkreis 24 zum Vorheizen der Elektroden 7, 8 der Entladungslampe 2, um die Zündspannung für die Entladungslampe 2 zu verringern. Dieser Vorheizschaltkreis wird ebenso von einer Gleichspannungsquelle 25 gespeist. Als Gleichspannungsquelle 25 kann die zum Betrieb des Schaltwandlers dienende, gleichförmige bzw. gepulste Spannungsquelle verwendet werden. Ein Schalter 26 dient dazu, den Stromkreis zu schließen. Der Vorheizstrom fließt von der Gleichspannungsquelle 25 über Dioden 27, 28, nach denen jeweils die Elektroden 7, 8 angeordnet sind, nach Masse 31. Auf diese Weise wirken die Elektroden als widerstände und werden aufgeheizt. 2 shows a preheating circuit 24 for preheating the electrodes 7 . 8th the discharge lamp 2 to set the ignition voltage for the discharge lamp 2 to reduce. This preheating circuit is also powered by a DC voltage source 25 fed. As a DC voltage source 25 the uniform or pulsed voltage source used to operate the switching converter can be used. A switch 26 serves to close the circuit. The preheating current flows from the DC voltage source 25 via diodes 27 . 28 , after which the electrodes 7 . 8th are arranged by mass 31 , To this In this way, the electrodes act as resistors and are heated up.

Den Elektroden 7, 8 nachgeschaltet, in Reihe zwischen Elektrode 7 und Masse 31 bzw. Elektrode 8 und Masse 31, sind weitere Dioden 29, 30 vorgesehen, die den Stromfluß des Vorheizschaltkreises 24 zur Masse 31 nicht behindern.The electrodes 7 . 8th downstream, in series between the electrode 7 and mass 31 or electrode 8th and mass 31 , are other diodes 29 . 30 provided the current flow of the preheating circuit 24 to the crowd 31 do not hinder.

Während des Vorheizvorganges ist der die Lampe 2 versorgende Schaltwandler 1 ausgangsseitig über den Kondensator 9 kurzgeschlossen, das heißt zwischen der sekundärseitigen Spule 6 und dem Kondensator 9 entsteht ein Parallel-Schwingkreis ohne Lastwiderstand. Es wird aus diesem Schwingkreis kein Strom entnommen. Aus diesem Grund ist der Kurzschluß des Ausgangs des Schaltwandlers nahezu gleichbedeutend mit dem Leerlauffall. Der Schaltwandler wird in diesem Fall nicht überlastet.During the preheating process, this is the lamp 2 supplying switching converters 1 on the output side via the capacitor 9 short-circuited, that is, between the secondary-side coil 6 and the capacitor 9 creates a parallel resonant circuit without load resistance. No current is drawn from this resonant circuit. For this reason, the short circuit of the output of the switching converter is almost equivalent to the idle case. In this case, the switching converter is not overloaded.

Die Schaltung hat die Charakteristik einer Konstantstromquelle. Bei Kurzschluß ist der Strom auf der Ausgangsseite nahezu gleich groß wie im normalen Lastfall. Ist die Kurzschlußspannung Null, ist die resultierende Leistung ebenfalls Null. Der Sekundärkreis entnimmt dann also keine Leistung mehr aus dem Transformatorkern. Der Schaltwandler beziehungsweise die komplette Schaltung muß also kurzschlußfest sein. Wird der Schalter 26 nach Ablauf der Vorheizzeit gesperrt, wird der Stromfluß durch den Vorheizschaltkreis unterbrochen.The circuit has the characteristic of a constant current source. In the event of a short circuit, the current on the output side is almost the same as in the normal load case. If the short-circuit voltage is zero, the resulting power is also zero. The secondary circuit then no longer draws power from the transformer core. The switching converter or the complete circuit must therefore be short-circuit proof. Will the switch 26 blocked after the preheating time, the current flow through the preheating circuit is interrupted.

Die als Heizspannungsquelle dienende Gleichspannungsquelle 25 ist dabei zwischen den beiden in Flußrichtung geschalteten Dioden 27, 28 angeordnet, die ihrerseits, genauso wie die Sekundärwicklung, mit den Elektroden 7 beziehungsweise 8 verbunden sind. Der Schwingkreiskondensator 9 dient in diesem Fall zur Strombegrenzung. Die Heizspannungsquelle ist "zwischengeschaltet". Die Anordnung der Dioden 27 bis 30 ist dabei derart antiseriell gewählt, daß der sonstige Betrieb der Röhre nicht beeinträchtigt ist, insbesondere wenn die Heizung ausgeschaltet ist, das Wechselspannungsfeld zwischen den Elektroden 7, 8 der Röhre 11 anliegt. Auch die Ableitung des Heizstromes über den Schalter 26 erfolgt zwischengeschaltet zwischen den ausgangsseitig ebenfalls in Fußrichtung aus angeordneten Dioden 29, 30.The DC voltage source serving as a heating voltage source 25 is between the two diodes connected in the direction of flow 27 . 28 arranged, which in turn, just like the secondary winding, with the electrodes 7 respectively 8th are connected. The resonant circuit capacitor 9 serves to limit the current in this case. The heating voltage source is "interposed". The arrangement of the diodes 27 to 30 is selected in such a way that the other operation of the tube is not impaired, especially when the heating is switched off, the alternating voltage field between the electrodes 7 . 8th the tube 11 is applied. The derivation of the heating current via the switch 26 takes place between the diodes, which are also arranged in the foot direction on the output side 29 . 30 ,

Als Schalter 26 hat sich ein einfacher Transistor (Bipolartransistor) als geeignet erwiesen, der vorteilhafterweise von einem Zeitglied 32 beziehungsweise einem Schwellwertgeber gesteuert wird. Ist nach einer bestimmten steuerbaren Zeit. eine ausreichende Temperatur an den Elektroden 7, 8 erreicht, wird der Transistor 26 von dem Schwellwertgeber gesperrt. Von Vorteil hierbei ist, daß durch das Trennen des Schalters 26 de facto gleichzeitig mit einem Unterbrechen der Heizung in den Elektroden 7, 8 gleichzeitig an diesen das Wechselspannungsfeld anliegt, welches von der Sekundärseite 6 des Transformators 3 zur Verfügung gestellt wird. Der Vorgang läuft automatisch ab und bedingt keine zusätzliche zeitliche Steuerung. Die Zündspannung wird just in dem Moment angeboten, in welchem die Elektrode nach dem Aufheizen am heißesten ist.As a switch 26 a simple transistor (bipolar transistor) has proven suitable, which advantageously has a timing element 32 or a threshold value transmitter is controlled. Is after a certain controllable time. a sufficient temperature at the electrodes 7 . 8th reached, the transistor 26 blocked by the threshold value transmitter. The advantage here is that by disconnecting the switch 26 de facto simultaneously with an interruption of the heating in the electrodes 7 . 8th at the same time the AC voltage field is applied to it, which is from the secondary side 6 of the transformer 3 is made available. The process runs automatically and requires no additional timing. The ignition voltage is offered just at the moment when the electrode is hottest after heating up.

Die 3 zeigt eine Komplettschaltung, bestehend aus dem Schaltwandler 1, der mit dem Sekundärstromkreis 10 des Transformators 3 eine Entladungslampe 2 betreibt, sowie einem Vorheizschaltkreis zum Vorheizen der Elektroden dieser Entladungslampe 2. Als Stromquelle für beide Schaltkreise ist die Gleich spannungsquelle 25 vorgesehen, deren Strom mittels eines Filters 12 geglättet wird. Dieser Gleichstrom wird am Anschluß 25 auf den Vorheizschaltkreis 24 des elektronischen Vorschaltgerätes der Entladungslampe 2 geleitet. Von dort aus verzweigt sich der Gleichstrom über die Dioden 27 und 28 auf die Elektroden 7 und 8 und wird über die Dioden 29 und 30 und den Schalter 26, der den Vorheizschaltkreis öffnet oder schließt, zur Masse 31 geleitet.The 3 shows a complete circuit consisting of the switching converter 1 that with the secondary circuit 10 of the transformer 3 a discharge lamp 2 operates, and a preheating circuit for preheating the electrodes of this discharge lamp 2 , The DC voltage source is the current source for both circuits 25 provided whose current by means of a filter 12 is smoothed. This direct current is at the connection 25 on the preheating circuit 24 of the electronic ballast of the discharge lamp 2 directed. From there, the direct current branches through the diodes 27 and 28 on the electrodes 7 and 8th and is going over the diodes 29 and 30 and the switch 26 that opens or closes the preheat circuit to ground 31 directed.

Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.Those now submitted with the registration and later Expectations are attempts to formulate without prejudice to achieve further protection.

Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.Should be here on closer examination, in particular also the relevant State of the art, reveal that one or the other feature for the Although the aim of the invention is favorable, is not of crucial importance, it will of course be now striving for a wording that has such a characteristic, in particular in the main claim, no longer has.

Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.The backward relations mentioned in the dependent claims point to the further training of the subject of the main claim by the features of the respective subclaim. However are not as a waiver of achieving an independent, subject Protection for understand the characteristics of the related subclaims.

Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik, beansprucht werden.Features that were previously only available in the Description have been disclosed in the course of the process as being of essential importance to the invention, for example to distinguish it from the prior art.

Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.Features only in the description were disclosed, or individual features from claims that A variety of features can be used at any time for demarcation from the prior art in the first claim, namely even if such characteristics are related to other characteristics were mentioned or especially in connection with other characteristics favorable Achieve results.

Claims

Switching converter, in particular as an electronic ballast for a discharge lamp operated with direct current, with the switching converter A DC voltage is present on the input side from a DC voltage source and the switching converter has a controller which activates two transistors in opposite phase in such a way that an AC voltage is present on the secondary winding of a transformer, characterized in that the transistors act as field effect transistors ( 15 . 16 ) are executed.

Switching converter according to the preceding claim 1, characterized in that the control comprises a driver ( 20 ) and the driver ( 20 ) on the transistor ( 15 . 16 ) works.

Switching converter according to one or both of the preceding claims, characterized in that field-effect transistors (MOSFET) (MOSFET) ( 15 . 16 ) are provided.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that operational amplifiers ( 20 . 21 ) or circuits or arrangements with operational amplifiers such as comparators, threshold switches or differential amplifiers are provided.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output of the driver on the gate terminal of a first or second field effect transistor (FET) ( 15 . 16 ) works.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control comprises a control coil ( 18 ) and a supply line to the control coil ( 18 ) this with the N input of a first operational amplifier ( 20 ) and the P input of a second operational amplifier ( 21 ) connects.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that at the P input of the first operational amplifier ( 20 ) or the N input of the second operational amplifier ( 21 ) a constant potential from a reference voltage source ( 33 ) lies.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second feed line of the control coil ( 18 ) with the reference voltage source ( 33 ) connected is.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that at the N input of the first operational amplifier ( 20 ) or the P input of the second operational amplifier ( 21 ) one in the control coil ( 18 ) induced control voltage is present.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control coil ( 18 ) the control frequency of the transformer ( 3 ) or the frequency of the secondary resonant circuit ( 10 ) of the transformer ( 3 ) on the driver ( 20 . 21 ) of the field effect transistors ( 15 . 16 ) feeds back.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control coil ( 18 ) in the transformer ( 3 ) is integrated.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized by an input-side filter element ( 12 ), especially a low-pass filter.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the operating voltages of the operational amplifier ( 20 . 21 ) is derived from the DC voltage source or from a voltage induced and possibly rectified from a transformer coil.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the coil voltage for the primary winding ( 4 . 5 ) of the transformer ( 3 ) from the DC voltage source ( 12 ) is tapped.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the transformer ( 3 ) two primary windings ( 4 . 5 ) and each primary winding ( 4 . 5 ) via the drain-source contact of the field effect transistors ( 15 . 16 ) to ground ( 31 ) lies.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that a common coil voltage supply line between the two primary windings ( 4 . 5 ) is arranged.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the DC voltage source ( 25 ) and the primary windings ( 4 . 5 ) a choke coil ( 17 ) is provided.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the direction of current flow of the coil ( 4 . 5 ) the field effect transistor ( 15 . 16 ) is arranged and in parallel to this field effect transistor a capacitor ( 13 . 14 ) is provided.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inductance of the primary winding ( 4 . 5 ) and the capacitance of the capacitor ( 13 . 14 ) form a primary resonant circuit.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that a diode ( 22 ) the output of a first operational amplifier ( 20 . 21 ) with the drain connection of the second field effect transistor ( 16 . 17 ) connects.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the gate connection of the first field effect transistor ( 15 ) and the drain of the second field effect transistor ( 16 ) the diode ( 22 ) are arranged.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that a starting or starting resistance ( 39 ) is provided.

Switching converter according to one or more of the preceding claims, characterized in that the starting resistor ( 39 ) is provided between the operating voltage line of an operational amplifier and its output or control line.

Discharge lamp consisting of a tubular glass bulb with opposing electrodes arranged therein, between which are in the secondary circuit the transformer builds up a voltage and discharges it via an arc with a transformer for generating a sufficient ignition and burning voltage of the lamp and a switching converter according to one of the preceding claims.

Discharge lamp according to the preceding claim 24, characterized in that the electrodes ( 7 . 8th ) are preheated.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 25, characterized in that for the preheating of the electrodes ( 7 . 8th ) a separate heating circuit ( 24 ) is provided, the two electrodes ( 7 . 8th ) the lamp ( 2 ) in the preheating circuit ( 24 ) are connected in parallel.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 26, characterized in that the heating voltage source ( 25 ) for the preheating circuit ( 24 ) a DC voltage source ( 25 ) is provided.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 27, characterized in that before and after the electrode ( 7 . 8th ) one diode each in the heating current flow direction ( 27 . 28 ; 29 . 30 ) is provided.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 28, characterized by a current-limited preheating.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 29, characterized in that during the preheating phase the secondary circuit ( 10 ) of the transformer ( 3 ) via a current limiting capacitor ( 9 ) is short-circuited.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 30, characterized in that the two electrodes ( 7 . 8th ) with oppositely polarized diodes ( 29 . 30 ) are connected.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 31, characterized in that the switching converter ( 1 ) is short-circuit proof.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 32, characterized in that between the secondary winding ( 6 ) and the electrode ( 7 ) the discharge lamp ( 2 ) a capacitor ( 9 ) is connected in series.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 33, characterized in that the capacitor ( 9 ) with the inductance of the secondary resonant circuit ( 10 ) builds up a resonant circuit.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 34, characterized in that for the preheating circuit ( 24 ) a switch ( 26 ), in particular a transistor is provided which is operated by a timing element ( 32 ), in particular in the form of a threshold switch.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 35, characterized in that after the preheating has been switched off, the discharge lamp is automatically ignited ( 2 ) he follows.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 36, characterized in that the two oppositely polarized diodes ( 29 . 30 ) the preheating circuit ( 24 ) from the secondary circuit ( 10 ) of the transformer ( 3 ) separate.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 37, characterized in that the diodes ( 27 to 30 ) in the circuit of the preheating circuit ( 24 ) are arranged so that they do not block the preheating current during the preheating phase.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 38, characterized in that both the voltage of the primary side of the transformer ( 3 ) as well as the heating voltage source ( 25 ) is derived from a common voltage source.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 39, characterized in that as Voltage source is a DC voltage source or a pulsed DC voltage source.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 40, characterized by a common voltage source, in particular a DC voltage source of approximately 10 to 15 volts, preferably 12 Volt.

Discharge lamp according to one or more of claims 24 to 41, characterized in that when the timing element ( 32 ) the switch ( 26 ) opens, the heating current flows through the electrodes ( 7 . 8th ) is interrupted and the AC voltage on the secondary side in the lamp bulb ( 11 ) between the electrodes ( 7 . 8th ) generates an AC voltage field.