DE2432761A1 - Im c-betrieb arbeitender oszillator mit automatischer vorspannung - Google Patents

Im c-betrieb arbeitender oszillator mit automatischer vorspannung

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Description

PATENTANWÄLTE 89 A-jgsburg ?2 Hen <_ . Y . 1ι./,'Μ·
Rilkestrwße 10
dr. ing. E. LIEBAU
—» , .γ——, m μ ι Unser Zeichen T 9471/p
DIPL. ING. G. LltBAU (Bei Rückantwort bitte angeben)
Ihr Zeichen
Thorn Electrical Industries Limited Thorn House, Upper Saint Martin's Lane, London WC2H 9ED / England
Im C-Betrieb arbeitender Oszillator mit automatischer Vorspannung
Die Erfindung betrifft im C-ßetrieb arbeitende Oszillatoren mit automatischer Vorspannung,
Oszillatoren dieser Art werden beispielsweise als Wechselrichter für den Betrieb von Leuchtstofflampen mit hoher Frequenz von einer Gleichstromquelle aus verwendet. Solche Wechselrichter braucht man in Fahrzeugen des öffentlichen Verkehrs, in Lastkraftwagen und auf kleinen Booten, Eine erfolgreiche Schaltung ist in der britischen Patentschrift 1 308 2 84 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird,
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Telegr.-Adr.: ELPATENT — Augsburg Postscheckkonto München 86510-809 Deutsche Bank AG Augsburg Kto.-Nr. 08/34
Bankleitzahl 720 700 01
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In der genannten Patentschrift ist ein im C-Betrieb arbeitender Oszillator mit einem einzigen Transistor beschrieben, bei welchem der Kollektor des Transistors über einen Parallelresonanzkreis mit der positiven Eingang sklemme verbunden ist und der Emitter mit der negativen Eingangsklemme. Die Basis ist über eine Rückkopplungswicklung und einem Vorspannungskondensator mit dem Emitter verbunden und die Rückkopplungswicklung ist mit einer Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt. Eine Resonanzladeinduktivität ist zwischen die positive Eingangsklemme und den Parallelresonanzkreis geschaltet.
Im Betrieb fließt anfänglich ein schwacher Strom durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors, so daß dieser leitend wird und Strom dem Parallelresonanzkreis zugeführt wird. Die Rückkopplungswicklung fühlt diesen Strom und stellt den Durchlaßzustand rasch her. Nach kurzer Zeit beginnt sich die Polarität des Potentials über den Parallelresonanzkreis umzukehren, so daß die Rückkopplungswicklung den T-ranästor nichtleitend macht. Die Resonanzladeinduktivität regelt die Durchflußgeschwindigkeit in den Kondensator im Parallelresonanzkreis, wenn der Transistor leitend gemacht worden ist.
Der Wirkungsgrad des Betriebs des Oszillators hängt von der Genauigkeit der Phaseneinstellung und der Form des Transistorimpulses mit Bezug auf diejenige der Resonanzkreis-Wellenform ab. Fig, 3 der genannten Patentschrift zeigt Wellenformen, die auftreten, wenn der Stromimpuls zu spät, im richtigen Augenblick und zu früh eintrifft. Wenn der Stromimpuls zu spät eintrifft, verursacht der hohe Wert des Kollektorstroms bei der Abschaltung eine hohe
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Spannungsspitze zwischen dem Kollektor und dem Emitter, die zerstörend wirken kann. Wenn der Stromimpuls zu früh eintrifft, wird durch den Schwingkreis zu viel Energie aufgenommen, welche dieser fast sofort an die Stromquelle als Rückstrom zurückführt. Obwohl der mittlere Durchlaßstrom in den Wechselrichter als von einem relativ massigen Wert bezeichnet werden kann, besteht er in der Tat aus einem großen Durchlaßstromimpuls und aus einem sehr großen Sperrstromimpuls. Der effektive Strom in den Oszillator kann daher sehr groß werden und sogar zur Zerstörung des Oszillators führen.
Die Phaseneinstellung des Stromimpulses hängt von der Summe der Spannungen über die Rückkopplungswicklung und den Vorspannungskondensator ab. Der Vorspannungskondensator hat das Bestreben, eine zunehmende Ladung aufzunehmen, so daß ein Widerstand zur Entladung des Kondensators mit einer solchen Geschwindigkeit vorgesehen ist, daß die Summe der Spannungen über die Rückkopplungswicklung und den Vorspannungskondensator derart ist, daß der Transistor im richtigen Augenblick leitend gemacht wird.
Wenn jedoch der Oszillator mit einer relativ hohen Spannung, wie 110 oder 210 Volt, betrieben wird, kann der Spannungsabfall über den Widerstand derart sein, daß ein unannehmbar hoher Leistungsverbrauch erforderlicWist.
Ein erfindungsgemäßer im C-Betrieb arbeitender Oszillator besitzt einen Transistor mit einer ersten und einer zweiten gesteuerten Elektrode und einer Steuerelektrode, wobei die erste gesteuerte Elektrode über einen Parallelresonanzkreis mit einer ersten Eingangsklemme verbunden ist, die zweite gesteuerte Elektrode mit einer zweiten Eingangsklemme verbunden ist, die Steuerelektrode über eine Rückkopplungswicklung und einen Vorspannungskondensator mit der zweiten
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gesteuerten Elektrode verbunden ist und die Rückkopplungswicklung mit einer Jduktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist, und wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Stromimpulse vom Vorspannungskondensator und der Rückkopplungswicklung der Steuerelektrode zugeführt werden, damit Strom mit der richtigen Phase geliefert wird, um die Schwingung des Resonanzkreises aufrecht zu erhalten, und ferner Mittel vorgesehen sind, die mit einer Wicklung verbunden sind, welche mit der Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist, um einen Entladungsweg für den Vorspannungskondensator zu schaffen«
Die erwähnten Mittel können durch eine Diode und einen Speicherkondensator gebildet werden und mit der erwähnten Rückkopplungswicklung verbunden sein. Gegebenenfalls können die erwähnten Mittel mit einer Hilfswicklung verbunden werden, die mit der Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist, und können durch eine Diode und einen Widerstand gebildet werden, der sich mit der Hilfswicklung panilel zum Vorspannungskondensator in Reihenschaltung befindet ·
Wenn der Wechselrichter zum Betrieb einer Entladungslampe verwendet wird, tritt eine zusätzliche Schwierigkeit auf. Wenn die Schaltung für den richtigen Betrieb eingestellt wird, wenn die Lampe gezündet hat, arbeitet während der Periode bevor die Lampe zündet, der Wechselrichter mit einer viel niedrigeren Frequenz infolge des Umstandes, daß die Last effektiv abgeschaltet ist» wodurch der induktive Effekt des Belastungskreises (es befindet sich normalerweise ein induktiver Ballast in Reihenschaltung mit der Lampe) aufgehoben wird. Während dieses Vorzündmodus trifft der
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Stromimpuls zu früh mit Bezug auf die Resonanzkreiswellenform ein und kann, wenn der Vorzündmodus andauert, beispielsweise wegen einer fehlerhaften Lampe, der Wechselrichter sich selbst zerstören. Ähnliche Probleme treten auf, wenn die Lampe abgeblendet wird.
Dieses weitere Problem kann mit einer Anordnung überwunden werden, bei welcher die Ausgangsleistung von einer Ausgangswicklung entnommen wird, die mit Streureaktanz mit der Induktivität des Parallelresonanzkreises gekoppelt ist. Eine Hilfswicklung ist, wie vorangehend beschrieben, mit dem Vorspannungskondensator verbunden, und befindet sich in Reihenschaltung sowie in Gegenphasigkeit zu einer zweiten Hilfswicklung, die mit der Ausgangswicklung induktiv gekoppelt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines im C-Betrieb arbeitenden Oszillators mit automatischer Vorspannung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Abänderungsform zu Fig. 1, bei welcher die Hilfswicklung und die Rückkopplungswicklung kombiniert sind; -
Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Abänderungsform zu Fig. 1 mit einer weiteren Hilfswicklung und
Fig. 4 die Ausbildung 'des Transformators von Fig. 3. ■
Fig, 1 zeigt einen im C-Betrieb arbeitenden Oszillator mit
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automatischer Vorspannung, bei welchem ein bipolarer npn-Flächentransistor 11 an seinem Kollektor 12 über einen Parallelresonanzkreis 13 und eine Resonanzladeinduktivität 21 mit einer positiven Stromversorgungsklemme 14 verbunden ist, während sein Emitter 15 mit einer negativen Stromversorgungsklemme 16 verbunden ist und seine Basis 17 über eine Rückkopplungswicklung 18 mit einem Vorspannungskondensator 19, welche Wicklung 18 mit einer Induktivität 20 des Parallelresonanzkreises 13 induktiv gekoppelt ist, der ferner einen Kondensator 22 umfaßt. Die Induktivität 20 ist die Primärwicklung eines Transformators 2 3 mit vier Sekundärwicklungen, von denen eine die Rückkopplungswicklung 18 bildet, während die anderen 24, 24a und 24b mit einer Entladungslampe 60 mit beheizten Elektroden 61 und 6 2 verbunden sind. Der Vorspannungskondensator 19 befindet sich in Reihenschaltung mit der Streuinduktivität der Rückkopplungswicklung 18, wodurch ein Serienkreis erhalten wird, der die Basis 17 mit dem Emitter 15 verbindet. Die eine Elektrode 25 des Kondensators 19 ist über einen Widerstand 2 6 mit. der Klemme 14 verbunden, während die andere Elektrode 29 unmittelbar mit der anderen Klemme 16 verbunden ist. Insoweit ist die beschriebene Schaltung im wesentlichen wie in der vorgenannten Patentschrift dargestellt.
Die Schaltung nach Fig. 1 weist zusätzlich eine Hilfswicklung 80 auf dem Transformator 2,3 auf, die mit einer Diode 81 und einem Widerstand 82 zum Kondensator 19 parallelgeschaltet ist. Die Diode 81 ist so gepolt., daß sie die Entladung der negativen Ladung, die sich am Kondensator 19 ansammelt, ermöglicht.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist wie folgt.
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Eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt ist an die Klemmen IM· und 16 angeschlossen. Wie gewöhnlich ist bei im C-Betrieb arbeitenden Oszillatoren mit automatischer Vorspannung, wenn die Spannungsquelle erstmalig an die Klemmen IH und 16 angeschaltet wird, der Transistor 11 nicht auf einen C-Betrieb vorgespannt, sondern beginnt aufgrund der positiven Spannung leitend zu werden, die an die Basis 17 von der Klemme 14 über den Widerstand 26 und die Wicklung 18 gelegt wird, leitend zu werden, wodurch der Schwingungszustand durch Rückkopplung von der Induktivität 20 zur Basis 17 über die Wicklung 18 eingeleitet wird. Nachdem die Schwingungen begonnen haben, baut sich jedoch eine negative Vorspannung am Vorspannungskondensator 19 auf, welche den C-Betrieb herbeiführt.
Der Transistor 11 leitet dann nur, wenn .die Spannung an der Basis 17 mit Bezug auf die Spannung am Emitter 15 positiv ist, was bei Impulsen der Fall ist, die etwa 1/3 der Periodendauer der Spannung einnehmen. Infolgedessen treten Stromimpulse durch den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 11, den Resonanzkreis 13 und die Induktivität 21 hindurch und halten im wesentlichen Sinusschwingungen im Resonanzkreis 13 aufrecht, was zu einer sinusförmigen Spannung über den Kreis 13 führt. Als Folge der induktiven Kopplung der Rückkopplungswicklung 18 mit der Induktivität 20 tritt eine Spannung an der Wicklung 18 auf, welche die gleiche Frequenz wie die Spannung über den Resonanzkreis 13 hat und zu dieser um etwa 180 phasenverschoben ist. Die Polarität der Spannung über die Wicklung 18, wenn die Stromimpulse durch den Transistor fließen, ist derart, daß die Elektrode 25 des Vorspannungskondensators 19 während dieser Impulse zunehmend ins Negative getrieben wird. Nach jeder Aufladung entlädt sich
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der Kondensator 19 bis die Elektrode 15 nur geringfügig negativ ist.
Die Basis-Emitter-Spannung über den Transistor 11 besteht aus der Summe der Spannungen am Vorspannungskondensator 19 und an der Rückkopplungswicklung 18. Der Transistor wird leitend, wenn die negative Spannung am Kondensator 19 ausreichend niedriger als die positive Spannung über die Wicklung 18 wird, während er nichtleitend wird, wenn das Umgekehrte der Fall ist.
Daher kann, wenn die gleiche Phaseneinstellung der Stromimpulse trotz einer Frequenzminderung, wie sie während des Vorzündintervalls auftritt, aufrechterhalten werden soll, dies dadurch geschehen, daß die Entladungsgeschwindigkeit des Kondensators 19 geändert wird.
Bei der Schaltung nach Fig. 1 erfolgt die Entladung des Kondensators 19 in erster Linie über den Widerstand 82, die Diode 81 und die Hilfswicklung 80 und nur in einem geringen Maße über den Widerstand 26, so daß die Verlustleistungserfordernisse des Widerstandes 26 klein sind. Die Hilfswicklung 80 und die Diode 81 bilden eine positive Hilfsschiene von niedrigerer Spannung als die Klemme 14, so daß der Kondensator 19 sich während jeder zweiten Halbperiode entladen kann, ohne daß eine übermässige Verlustleistung erhalten wird.· Die Ent ladungs geschwindigkeit wird durch eine entsprechende Wahl des Wertes des Widerstandes 8.2 eingestellt.
Hierbei ist zu erwähnen, daß es nicht möglich ist, die Verlustleistung dadurch herabzusetzen, daß der Kondensator 19 kleiner gemacht wird, da dies zu einem nicht ausreichenden
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Strom zum Basis-Emitter-Übergang des Transistors 11 für einen wirksamen Betrieb führen würde.
Fig.2 zeigt eine Abänderung zu Fig. 1, bei welcher eine einzige Wicklung 18a anstelle der gesonderten Rückkopplungs- und Hilfswicklungen in Fig. 1 verwendet ist. Die eine Seite der Wicklung 18a ist mit der Klemme 16 verbunden, während die andere Seite über den Kondensator 19a mit der Basis 17 des Transistors 11" verbunden ist, die ferner über einen Widerstand 2 6a mit der Klemme 14 verbunden ist. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 19a und der Wicklung 18a ist über eine Diode 81a in Parallelschaltung zu einem Widerstand 8 3 mit der einen Elektrode eines Speicherkondensators 84 verbunden, dessen andere Elektrode mit der Klemme 16 verbunden ist.
Die positive Speisespannung zur Entladung des Kondensators 19a wird durch die Diode 81a geliefert, welche den Speicherkondensator 84 auflädt. Die Entladungsgeschwindigkeit wird durch eine entsprechende Wahl des Wertes des Widerstandes 83 eingestellt.
Eine weitere Abänderungsform zu Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist dasjenige Ende der Wicklung 80, welches nicht mit der Diode 81 verbunden ist, über eine Wicklung 8 6 mit der Klemme 16 statt direkt wie in Fig. 1 gezeigt, verbunden. Der Aufbau des Transformators 2 3 ist in Fig. 4 gezeigt und wird durch zwei benachbarte Wicklungsabschnitte A und B auf einem Ferritkern C gebildet. Der Wicklungsabschnitt A enthält Wicklungen 20, 18 und 80 und der Wicklungsabschnitt B Wicklungen 24, 24a, 24b und 86. Der Aufbau ist derart, daß eine Streuinduktivität zwischen den Abschnitten A und B erhalten wird, die an die Stelle eines Vorschaltgerätes im Lampenkreis tritt,
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um den Strom durch die Lampe zu begrenzen.
Bei einem offenen Stromkreis kann die Ausgangsspannung über die Wicklung 24 beispielsweise gewöhnlich eine Effektivspannung von 300 Volt für eine Lampe von 40 Watt, 1,20 m (4 Fuß) Länge und 38 mm (1 1/2 ") Durchmesser sein. Wenn die Lampe zündet, fällt die Ausgangsspannung auf die Brennspannung der Lampe, gewöhnlich 100 Volt, ab. Es wird daher jede Vorzündspannung am Wicklungsabschnitt B auf ein Drittel ihrer Amplitude herabgesetzt, sobald die Lampe zündet. Die Wicklungen 80 und 8 6 bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind in Gegenphase geschaltet, so daß im Vorzündintervall die Entladungsspannung am Kondensator 19 herabgesetzt ist. Wenn die Lampe zündet, nimmt die Frequenz des Oszillators zu und die Ausgangsspannung der Wicklung 86 fällt auf ein Drittel ihres Vorzündwertes ab. Die Entladungsrestspannung für den Kondensator 19 nimmt daher zu, um die richtige Phaseneinstellung bei der erhöhten Frequenz aufrecht zu erhalten.
Die durch die Wicklungen 80 und 8 6 gelieferte Restspannung ist so vorgesehen, daß sie gerade ausreicht, den Kondensator 19 mit der richtigen Geschwindigkeit zu entladen, welche für die Schwingungsfrequenz angemessen ist. Die von der Wicklung 8 6 erzeugte Spannung hängt von dem Strom durch die Lampe ab, von dem die Schwxngungsfrequenz ebenfalls abhängt. Hierdurch wird das Problem der fehlerhaften Phaseneinstellung während des Vorzündmodus überwunden. Die Schaltung ist ferner besonders geeignet, wenn ein Transduktor zwischen die Sekundärwicklung 24 und der Lampe 60 geschaltet ist, um ein Abblenden der Lampe zu ermöglichen.
Patentansprüche:
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Claims (1)

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    Patentansprüche :
    Im C-Betrieb arbeitender Oszillator mit automatischer Vorspannung, mit einem Transistor, der eine erste und eine zweite gesteuerte Elektrode sowie eine Steuerelektrode besitzt, welche erste gesteuerte Elektrode über einen Parallelresonanzkreis mit einer ersten Eingangsklemme verbunden ist, die zweite gesteuerte Elektrode mit einer zweiten Eingangsklemme verbunden ist, die Steuerelektrode über eine Rückkopplungswicklung und einen Vorspannungskondensator mit der zweiten gesteuerten Elektrode verbundenist, und die Rückkopplungswicklung mit einer Induktivität des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Stromimpulse vom Vorspannungskondensator und der Rückkopplungswicklung der Steuerelektrode zugeführt werden, um Strom mit der richtigen Phase zur Aufrechterhaltung des Schwingungszustandes des Resonanzkreises zu liefern, gekennzeichnet durch Mittel (81, 82), die mit einer Wicklung (80) verbunden sind, die mit der Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises induktiv gekoppelt ist, um einen Entladungsweg für den Vorspannungskondensator (19) zu bilden.
    2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
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    daß die erwähnten Mittel mit einer Hilfswicklung (80) verbunden sind, welche mit einer Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) induktiv gekoppelt ist, und durch eine Diode (81) sowie einen Widerstand (82) in Reihenschaltung mit der Hilfswicklung (80) parallel zum Vorspannungskondensator (19) gebildet werden.
    Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung von einer Ausgängswicklung (24) entnommen wird, welche mit Streureaktanz mit der Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) gekoppelt ist, und die Hilfswicklung (80) sich in Reihenschaltung sowie in Gegenphase zu einer zweiten Hilfswicklung (86) befindet, welche mit der Ausgangswicklung (24) induktiv gekoppelt ist.
    Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel durch eine Diode (81a) und einen Speicherkondensator (84) gebildet werden und mit der Rückkopplungswicklung (18a) verbunden sind.
    5. Oszillator nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität (21) zwischen der ersten Eingangsklemme (14) und dem Parallelresonanzkreis (13) geschaltet ist.
    6, Oszillator nach den Ansprüchen 1-5, dadurch ge-
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    kennzeichnet, daß die Induktivität (20) des Parallelresonanzkreises (13) die Primärwicklung eines Transformators (23) ist, von dem die Rückkopplungswicklung (18) eine Sekundärwicklung ist.
    7. Oszillator nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Transistor (11) ein bipolarer Flächentransistor ist und die erste gesteuerte Elektrode der Kollektor (12), die zweite gesteuerte Elektrode der Emitter (15) und die Steuerelektrode die Basis (17) ist.
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DE2432761A 1973-07-30 1974-07-08 Oszillator mit einem im C-Betrieb arbeitenden Transistor mit automatischer Vorspannungserzeugung Expired DE2432761C2 (de)

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