DE2724986A1 - Schaltungsanordnung zur stromversorgung einer leuchtstoffroehre aus einer gleichstromquelle - Google Patents

Description

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SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR STROHVERSORGUNG EINER LEUCHTSTOFFRÖHRE AUS EINER GLEICHSTROMQUELLE

Die Erfindung betrifft die Stromversorgung von Leuchtstoffröhren aus einer Gleichstromquelle. Sie findet insbesondere Anwendung bei Sicherheitsbeleuchtungsanlagen, bei denen die Stromquelle eine Akkumulatorenbatterie ist.

Bei einer derartigen Anlage werden üblicherweise die Leuchtstoffröhren mit einem Sinuswechselstrom versorgt, der mittels eines einen Transformator enthaltenden Stromwandlers erhalten wird. Dadurch wird die für den Betrieb notwendige Spannung ausgehend von der niedrigen Batteriespannung erhalten.

Ziel der Erfindung ist ein verbesserter Wirkungsgrad der Leuchtstoffröhre und des Stromwandlers, d.h. eine Verringerung des Energieverbrauchs für eine gegebene Beleuchtungsstärke. Damit läet sich die Autonomie der Anlage vergrößern und die Wärmefreisetzung verringern, welche für den Betrieb der Batterie nachteilig wirken kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Leuchtstoffröhre aus einer Gleichstromquelle mit einem Zerhacker, einem Transformator und einer Ballastimpedanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators an ihren Klemmen praktisch eine Rechteckspannung liefern und daß es sich bei der Impedanz um einen ohm*sehen Widerstand handelt.

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Die Rechteckspannung ergibt einen praktisch rechteckförmigen Speisewechselstrom für die Leuchtstoffröhre über den Ballastwiderstand, d.h. einen Strom, dessen absoluter Wert in etwa konstant ist. Daraus ergibt sich im Verhältnis zu einem sinusförmigen Versorgungsstrom eine höhere Lichtausbeute, denn die Beleuchtungsstärke wird durch den absoluten Mittelwert des Speisestroms bestimmt, während der Energieverbrauch proportional zum Wirkwert dieses Stroms ist. Wenn der Stromverlauf rechteckförmig ist, sind diese beiden Werte gleich dem absoluten konstanten Wert des Stroms, während beim sinusförmigen Strom der Hittelwert etwa 10% unter dem Wirkwert liegt.

Die Rechteckspannung an den Klemmen der Primärwicklung kann dadurch erhalten werden, daβ der Mittelpunkt dieser Wicklung in etwa auf das Potential einer ersten Klemme der Gleichstromquelle gebracht wird, und daβ die beiden Enden dieser Wicklung abwechselnd auf das Potential der zweiten Klemme der Stromquelle gebracht werden, beispielsweise über abwechselnd gesättigte und gesperrte Transistoren. Die Rechteckform des Stroms führt zudem dazu, daβ die Wärmeverluste der Transistoren im Vergleich zu einem sinusförmigen Strom verringert werden.

Die Sättigung und das Sperren der Transistoren können durch den in einer zweiten Sekundärwicklung des Transformators induzierten Strom erreicht werden, wobei die Enden dieses Transformators an die Basen der Transistoren angeschlossen sind. Diese Anordnung vereinfacht die Anlage, da sie keinen außerhalb des Wandlers liegenden Steuerkreis benötigt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf vier Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die Figuren 2a, 2b, 2c zeigen die Funktionen von drei Betriebsparametern der Anordnung aus Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 enthält eine Akkumulatorenbatterie 1, die eine Leuchtstoffröhre 2 über einen Wandler mit einem Ferritkerntransformator mit Strom versorgt. Der Transformator 3 besitzt eine Primärwicklung AB und eine erste Sekundärwicklung CD, die mit der Leuchtstoffröhre und einem Ballastwiderstand R4 in Reihe geschaltet ist, bei welchem es sich um eine Glühlampe handeln kann. Die Primärwicklung AB ist mit einem Mittelabgriff M versehen, der über einen Schalter K an den positiven Pol der Batterie 1 angeschlossen ist. Das Ende A der Primärwicklung steht mit dem Kollektor eines NPN-Transistors Tl in Verbindung, dessen Emitter zur negativen Klemme der Batterie 1 führt; das Ende B wird in derselben Weise mit der negativen Klemme über einen zweiten NPN-Transistor T2 verbunden (praktisch werden die verschiedenen Verbindungen mit der negativen Klemme über die Masse der Vorrichtung erreicht). Die Basen dieser beiden Transistoren sind über zwei Widerstände Rl und R2 an die Enden J bzw. L einer zweiten Sekundärwicklung des Transformators 3 angeschlossen. Der Mittelabgriff N der Wicklung JL ist mit dem Punkt M über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand R3 und einem parallel dazu liegenden Kondensator Cl, verbunden. Der Punkt N ist außerdem mit der Kathode einer Diode Dl verbunden, deren Anode mit der negativen Klemme der Batterie 1 in Verbindung steht.

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Ferner enthält der Transformator drei Hilfssekundärwicklungen DE, GH und EF, von denen die beiden ersten die Glühdrähte der Leuchtstoffröhre 2 speisen, während das Ende F der dritten Wicklung mit einem Polarisationsschirm 4 und mit dem negativen Pol der Batterie 1 verbunden ist. Die Wicklung EF erzeugt einen Potentialunterschied zwischen dem Schirm und den Elektroden der Leuchtstoffröhre, wodurch die Zündung dieser Röhre erleichtert wird.

Wird der Unterbrecher K geschlossen, so stellt sich über den Widerstand R3 und die Basis-Emitterstrecke des einen der Transistoren Tl und T2, in diesem Fall angenommen Tl, ein Strom ein. Dieser Transistor wird somit leitend, und es fließt ein Strom in die Halbwicklung AM, wodurch in der Wicklung JL eine EMK entsteht, die zur Sättigung des Transistors Tl und zum Sperren des Transistors T2 führt. Da der Widerstand des Transistors Tl vernachlässigbar ist, ist die Spannung an den Klemmen der Halbwicklung AM praktisch gleich der Spannung V₁ an den Klemmen der Batterie 1. Durch diesen Zweig fließt

di V₁

daher ein Strom I₁, der nach der Gesetzmäßigkeit =

^x dt ^L₁

wächst, wobei L, die Induktion einer Windung und n, die Anzahl der Windungen jeder der Halbwicklungen AM und BM ist, und es entsteht im Magnetkreis des Transformators 3 ein

dtf ^Vl

Induktionsfluß 0 , der sich linear gemäß der Gleichung -sr = ——

crc n₁

ändert.

Wenn 0 einen Wert 0 erreicht, der der Sättigung des

Magnetkreises entspricht, so bricht die Induktion der Halbwicklung AM zusammen und der Strom i, steigt schlagartig an. Ferner wird der Basisstrom des Transistors Tl nicht mehr durch die

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EMK der Halbwicklung JL unterhalten, und dieser Transistor hat die Tendenz, sich zu sperren, wodurch eine Verringerung des Stroms i, hervorgerufen wird. Der Induktionsfluß 0 nimmt dann ab und erzeugt in der Wicklung JL eine elektromotorische Induktionskraft in umgekehrter Richtung, durch die der Transistor Tl voll gesperrt und der Transistor T2 gesättigt wird.

Es entsteht dann im Transistor T2 ein Strom L₀, der gemäß dem

^di2 ^Vl Gesetz = —=- wächst, während der Induktionsfluß 0

** ⁿl^Ll ^ V, linear gemäß dem Gesetz - ·=■£— = — abnimmt, zu null wird,

1 any die Richtung wechselt und von neuem absolut(wächst zu einem

Wert - 0 , bei dem es dann zu einem neuen Kippvorgang kommt. Unter Berücksichtigung des angegebenen Änderungsgesetzes beträgt die für den Übergang des Induktionsflusses 0

von 0 nach - 0 und umgekehrt notwendige Zeit T = —== .

Da die Kippdauern im Verhältnis zu T vernachlässigbar sind, ist 0 somit eine Funktion der sägezahnförmigen Wechselstromperiodenzeit mit der Periode 2T und der Amplitude 0 , die durch die Kurve a in der Fig. 2a dargestellt ist.

Während der Halbperiode, in der Tl leitend ist, erscheint durch Induktionswirkung zwischen den Klemmen der Halbwicklung BM eine Spannung, die gleich der Spannung zwischen den Klemmen der Halbwicklung AM ist, und die Spannung zwischen den Klemmen der Wicklung AB ist somit V_ - V. =» 2V₁ · Ebenso erhält man während der Halbperiode, in der T2 leitend ist, V_ - V- ^β - 2V₁. Der Spannungsverlauf an den Klemmen der Wicklung AB, der durch die Kurve b in Fig. 2b wiedergegeben wird, ist somit praktisch rechteckig mit der Amplitude 2V₁.

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Was die Sekundärwicklung CD betrifft, so weist sie

auf an den Klemmen eine Spannung V - V ⁼ⁿ2*"dt ^auf' wobei η die Anzahl der Windungen der Wicklung CD ist, d.h. V-V= —= V₁

wenn Tl leitend ist, und V_n - V « - —* V₁ , wenn T2 leitend ist. Der Spannungsverlauf an den Klemmen der Wicklung CD, der durch die Kurve c in Fig. 2c dargestellt ist, ist seinerseits

ⁿ2 ebenfalls rechteckig mit der Amplitude V_ =* —- V₁ .

Wird die gegenelektromotorische Kraft der Röhre 2 mit

V_ und.der Wert des Widerstands R4 mit r bezeichnet, so beträgt der absolute Wert des im aus der Wicklung CD, der Röhre 2 und dem Widerstand R4 gebildeten Stromkreises fließenden Stroms

ν - ν

Ii 2 T
i-l = — — , und wechselt bei jeder Halbperiode die

Richtung. Dieser Strom ist somit ein Rechteckwechselstrom, dessen Änderungskurve vergleichbar der der Spannungen an den Klemmen der beiden Wicklungen ist. Dieser Speisestrom der Leuchtstoffröhre, dessen absoluter Wert konstant ist, sorgt außer für die bereits genannte Verbesserung des Wirkungsgrads auch dafür, die Stromspitzen zu vermeiden und somit die Lebensdauer der Röhre zu erhöhen.

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Le e rs e i t e

Claims (1)

1. FO 10 476 D

   SAFT-SOCIETE DES ACCUMULATEURS FIXES ET

   DE TRACTION S.A.

   156, avenue de Metz, 93230 ROMAINVILLE Frankreich

   PATENTANSPRÜCHE

   1 - Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer Leucht-

   aus
   stoffröhre feiner Gleichstromquelle,mit einem Zerhacker, einem Transformator und einer Ballastimpedanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung (CD) des Transformators an ihren Klemmen praktisch eine Rechteckspannung liefern und daß es sich bei der Impedanz um einen ohm¹sehen Widerstand (R4) handelt.

   2 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabgriff (M) der Primärwicklung (AB) des Transformators mit einer ersten Klemme der Stromquelle (1) verbindbar ist und daß die beiden Enden (A,B) dieser Wicklung abwechselnd auf das Potential der zweiten Klemme der genannten Stromquelle (1) gebracht werden.

   3 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Enden der Transformator-Primärwicklung an die zweite Klemme über ein Unterbrecherorgan angeschlossen ist, wobei die beiden Unterbrecherorgane abwechselnd leitend und nichtleitend sind.

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   ORIGINAL INSPECTED ./.

   4 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherorgane Transistoren (Tl, T2) sind, die abwechselnd gesättigt und gesperrt sind.

   5 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung und das Sperren der Transistoren durch den in einer zweiten Sekundärwicklung (JL) des Transformators (3) induzierten Strom erreicht werden, deren Enden an die Basen der Transistoren angeschlossen sind.

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