DE2948288A1

DE2948288A1 - Vorschaltgeraet fuer leuchtstofflampen

Info

Publication number: DE2948288A1
Application number: DE19792948288
Authority: DE
Inventors: Bruce L Bower; Raymond H Kohler
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1980-08-28
Also published as: IT7927296A0; BE879955A; IT1125697B; FR2450026A1; JPS55115298A; US4188661A; NL7907987A; FR2450026B1; CA1097729A

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT Orthstraße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpotent

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GTE SyIvania Inc., Wilmington, Delaware, USA

Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen Priorität: 23. Februar 1979 - USA - Ser. No. 015 530 Zusammenfassung

Ein elektronisches Vorschaltgerät weist eine Direkttrieb-Hochfrequenz-Inverterschaltung mit einem abgestimmten Ausgangskreis und einer Treibschaltung auf, die von dem Stromfluß in einem Lastkreis abhängt. Die Hochfrequenz-Inverterschaltung ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, die von einer gepulsten Gleichspannungsquelle durch eine Ladungsspeicher- und Ladungsisolier-Schaltung abgeleitet wird. Ein Oszillator sorgt für eine Startmöglichkeit für die Hochfrequenz-Inverterschaltung und wird praktisch aus der aktiven Schaltung herausgenommen, wenn die Hochfrequenz-Inverterschaltung erregt ist.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampenbelastungen und insbesondere ein Direkttrieb-Vorschaltgerät, bei dem ein Hochfrequenz-

Inverter, der vom Stromfluß in einer Lastschaltung abhängt, mit einer _n

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Relaxations-Oszillator-Startschaltung erregt wird. Vorschaltgeräte für sehr viele Leuchtstofflampensysteme sind als Spartransformatoren aufgebaut und sind deshalb unerwünscht schwer, raumaufwendig und teuer, verglichen mit den meisten elektronischen Schaltungen. Darüber hinaus haben Spartransformatoren-Vorschaltgeräte eine Tendenz zu schlechtem Energiewirkungsgrad, so daß eine unerwünschte Erwärmung entsteht, was ersichtlich ungünstig ist. Solche Geräte arbeiten auch im hörbaren Frequenzbereich, so daß sich unzulässige und unerwünschte Geräusche entwickeln, die Benutzer stören.

In der älteren US-Patentanmeldung Serial No. 908 044 ist eine Oszillator-Startschaltung für eine Hochfrequenz-Inverterschaltung beschrieben.

Eine Form eines elektronischen Vorschaltgerätes ist in der älteren US-Patentanmeldung Serial No. 793 875 beschrieben. Eine Ladungsspeicherund Ladungsspeicher-Isoliermöglichkeit ist in einem Gerät vorgesehen, das eine Hochfrequenz-Inverterschaltung enthält. Die Hochfrequenz-Inverterschaltung ist jedoch von unerwarteten Laständerungen unabhängig, und das ist ein unbefriedigender Betriebszustand.

Bei einem anderen älteren elektronischen Vorschaltgerät ist die Hochfrequenz-Inverterschaltung lastabhängig, so daß die Betriebsmöglichkeit verbessert ist. Das Treibsystem für die Hochfrequenz-Inverterschaltung ist jedoch relativ kompliziert, was wiederum die Bauteile- und Montagekosten in unerwünschter Weise erhöht. Darüber hinaus steht die Kompliziertheit einer Schaltung im Gegensatz zu dem Bestreben nach verbesserter Zuverlässigkeit.

Bei einem anderen älteren Vorschaltgerät wird ein lastabhängiger Hochfrequenz- Inverter in Verbindung mit einer Ladungsspeicher- und Ladungsspeicher-Isolierschaltung verwendet. Darüber hinaus ist die Hochfrequenz-Inverter-Treibschaltung relativ unkompliziert und eine Startschaltung leitet den Betrieb des Hochfrequenz-Inverters ein. Die Startschaltung erfordert jedoch ein Verstärkersystem, das Kompliziertheit und Aufwand mit sich bringt.

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Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine verbesserte elektronische Vorschaltgerätschaltung mit Direkttrieb eine Hochfrequenz-Inverterschaltung auf, die mit einer pulsierenden Gleichspannungsquelle verbunden ist, die ihrerseits mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist. Die Hochfrequenz-Inverterschaltung ist mit einer Last verbunden, und die Last ist mit einer Treibschaltung mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung verbunden. Eine Ladungsspeicher- und Ladungsspeicherisolier-Schaltung überbrückt den Hochspannungsgleichrichter und ist mit einer Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung und der Hochfrequenz-Inverterschaltung verbunden. Darüber hinaus enthält eine verbesserte Startschaltung für den Hochfrequenz-Inverter eine Spannungsdurchbruchseinrichtung, die die Gleichrichterschaltung mit der Ladungsspeicher- und Isolierschaltung verbindet, der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung und die mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung wechselstromgekoppelt ist.

Die Erfindung sowie weitere Aufgaben, Vorteile und Möglichkeiten derselben werden in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch eine Direkttrieb-Vorschaltgerätschaltung mit der verbesserten Startschaltung nach der Erfindung dargestellt ist.

Gemäß der Zeichnung weist eine bevorzugte Form eines Direkttrieb-Vorschaltgerätes zur Verwendung mit einer Lampenlast eine Wechselstromquelle 3 auf, die mit einer Leitungs-Konditionierschaltung 5 mit einer Gleichrichterschaltung 7 verbunden ist, um eine gepulste Gleichspannung zu erhalten. Die Gleichrichterschaltung 7 ist mit einer Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 verbunden, die ihrerseits mit einer Lampenschaltung 11 verbunden ist. Die Lampen- oder Lastschaltung 11 ist direkt mit einer Hochfrequenz-Inverter-Treibschaltung 13 verbunden, die mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 verbunden ist.

Eine Rückkopplung-Gleichrichterschaltung 15 liegt in Reihe mit dem Ausgang der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 und liefert Energie an eine Ladungsspeicher- und Ladungsisolierschaltung 17, die die Gleichrichter-

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schaltung 7 überbrückt. Eine Startoszillatorschaltung 19 ist direkt mit der Gleichrichterschaltung 7 gekoppelt, der Ladungsspeicher- und Ladungsisolier-Schaltung 17, und der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15. Die Startoszillatorschaltung 19 ist ebenfalls mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 wechselstromgekoppelt.

Genauer gesagt, die Leitungs-Konditionierschaltung 5 weist eine Unterdrückungseinrichtung 21 für Störimpulse auf, bei der es sich um einen Metalloxyd-Varistör oder beispielsweise zwei Rücken an Rücken geschaltete Transistoren handeln kann, die die Wechsel-Spannungsquelle 3 überbrücken. Eine Seite der Wechselspannungsquelle 3 ist über einen Oberlastschalter 23 mit einer ersten Induktivität 25 gekoppelt, während die andere Seite der Wechselspannungsleitung mit einer zweiten Induktivität 27 verbunden ist. Die beiden Induktivitäten 25 und 27 sind vorzugsweise am gleichen Kern befestigt, um die gegenseitige Induktivität zwischen diesen beiden zu maximieren. Ober den beiden Induktivitäten 25 und 27 liegt ferner ein Kondensator 29.

Die Gleichrichterschaltung 7 hat vorzugsweise die Form einer Graetz-Schaltung. Speziell weist die Gleichrichterschaltung 7 ein Diodenpaar 31 und 33 auf, das mit einer Leitung verbunden ist » und ein zweites Diodenpaar 35, 37, das mit der anderen Leitung der Leitungs-Konditionierschaltung 5 verbunden ist . Ein Filterkondensator 39 liegt über den Dioden 35 und 37.

An die Gleichrichterschaltung 7 ist die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 angeschlossen, die zwei in Reihe geschaltete, im wesentlichen identische Transistoren 41 und 43 aufweist, die die Gleichrichterschaltung 7 überbrücken. Der Verbindungspunkt 45 der in Reihe geschalteten Transistoren 41 und 43 ist mit einem Reihenresonanzkreis mit einem Kondensator 47 und der Primärwicklung 49 eines zweiten Transformators 51 sowie mit einer induktiven Wicklung 53 mit Mittel anzapfung verbunden.

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Emitter und Basis der Transistoren 41 und 43 sind mit einer Treibwicklung 55 und 57 verbunden, der ein Dämpfwiderstand 59 bzw. 61 parallel geschaltet ist. Darüber hinaus sind diese Treibwicklungen 55 und 57 die Sekundärwicklungen eines ersten Transformators 63.

Die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 weist eine Hochfrequenz-Inverter-Treibschaltung 13 auf, bei der die Sekundärwicklungen 55 und 57 des ersten Transformators 63 durch die Primärwicklungen 65, 67 bzw. 69 erregt werden, die ihrerseits direkt mit einer Last 11 verbunden sind. Die Sekundärwicklungen 71 und 73 und die Heizdrahtwicklungen 75, 77 bzw. 79 des ersten Transformators 51 sind dort mit zwei Lampen 81 und 83 in Reihe geschaltet.

Eine Rlickkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 in Form einer Spannungsverdopplerschal tung weist die Wicklung 53 mit Mittelanzapfung in Reihenschaltung mit der Primärwicklung 49 des zweiten Transformators 51 auf. Diese Wicklung 53 mit Mittelanzapfung ist mit einem Kondensator 85 mit der Verbindung von zwei Dioden 87 und 89 verbunden, so daß eine Spannungsverdopplerschaltung entsteht. Darüber hinaus ist die Wicklung 53 mit Mittelanzapfung einstellbar, um die Energierückkopplung im System zu kontrollieren.

Parallel zur Gleichrichterschaltung 7 und mit der Spannungsverdopplerschaltung 15 verbunden ist eine Ladungsspeicher- und Ladungsisolierschaltung 17. Darin liegen ein Ladungsspeicherkondensator 91 und eine Ladungsisolierdiode 93 in Reihe über der Gleichrichterschaltung 7, wobei der Verbindungspunkt 95 zwischen diesen mit der Diode 89 der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 und mit einem Widerstand 97 verbunden ist, der den Kondensator 91 überbrückt.

Zusätzlich weist eine Startoszillatorschaltung 19 eine in Reihe geschaltete erste Impedanz 99 und ein Diac 101 auf, die mit der Gleichrichter-

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schaltung 7 und der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung 15 sowie dem Verbindungspunkt 95 der Ladungsspeicher- und Ladungsisolier-Schaitung 17 verbunden ist. Zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Impedanz 99 mit dem Diac 101 und dem Transistor 43 der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 liegen eine zweite Impedanz 103 und ein Kondensator 105 in Reihe.

In Betrieb wird eine Spannung von der Wechselspannungsquelle 3 durch die Leitungs-Konditionierschaltung 5 gefiltert. Diese Leitungs-Konditionierschaltung 5 dient als Filter für vorübergehende Signale (Einschwingvorgänge) sowie als Hochfrequenzstörungsfilter. Der Unterdrücker 21 für Einschwingvorgänge bildet eine "Klipp"-Möglichkeit für unerwünschte vorübergehende Signal spitzen, die in der Wechsel-Spannungsquelle 3 auftreten. Diese "gekuppten" Signale werden dann mit den beiden Induktivitäten 25 und 27 gefiltert. Darüber hinaus wirken diese beiden Induktivitäten 25 und 27 in Verbindung mit dem Kondensator 29 in der Weise, daß eine Hochfrequenz-Filtermöglichkeit gebildet wird, die das Auftreten von solchen unerwünschten Signalmerkmal en an der Gleichrichterschaltung 7 sperren. Die an der Gleichrichterschaltung 7 liegende Spannung ist also praktisch frei von unerwünschten vorübergehenden Spitzen und Hochfrequenzsignalen. Der Kondensator 29 und die Induktivitäten 25 und 27 filtern auch Hochfrequenz vom Hochfrequenzinverter, wodurch verhindert wird, daß Hochfrequenz hinaus in die Wechsel Spannungsquelle geht.

Die Gleichrichterschaltung 7, die als Graetzschaltung aufgebaut ist, spricht auf die angelegte Wechselspannung in der Weise an, daß eine pulsierende Gleichspannung mit einer Frequenz von etwa 120 Hz entsteht. Diese pulsierende Gleichspannung wird ihrerseits in noch zu erläuternder Weise geändert, so daß eine relativ konstante Gleichspannung entsteht, die an der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 liegt.

Diese Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 hat die Form eines Zerhackers oder Rechteckoszillators mit zwei im wesentlichen ähnlichen Transistoren 41 und 43, die im Gegentakt schalten. Der Zerhacker oder Oszillator hat

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einen Reihenresonanz-Ausgangskreis, der den Kondensator 47 und die Primärwicklung 49 des zweiten Transformators 51 enthält. Dieser Reihenresonanzkreis hat eine Resonanzfrequenz von etwa 20 kHz, was gut über dem Hörbereich liegt und damit aus dem Bereich ungünstiger Effekte auf den Benutzer entfernt ist. Der Reihenresonanz-Ausgangskreis bildet auch einen Weg niedriger Impedanz für durchfließenden Strom, und jeder solcher Anstieg im Stromfluß wird von dem üblichen Anstieg des Stromflusses in den Sekundärwicklungen 71 und 73 des zweiten Transformators 51 begleitet.

Es ist wichtig, daß höherer Stromfluß in den Sekundärwicklungen 71 und 73 der Lastschaltung 11 von einem höheren Stromfluß in den Primärwicklungen 65, 67 und 69 des ersten Transformators 63 begleitet wird. Die Sekundär-Treibwicklungen 55 und 57 sorgen ihrerseits für höheren Basisantrieb der beiden in Reihe liegenden Transistoren 41 und 43 der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9. Die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 leitet also nicht nur Treibspannungen von der Reihenresonanzschleife aus Kondensator 47 und Induktivität 49 ab, sondern hängt auch vom in der Lastschaltung 11 fließenden Strom ab und wird von diesem getrieben.

Ein höherer Stromfluß im Resonanzkreis mit der Wicklung 49 wird auch von einem höheren Stromfluß in der induktiven Wicklung 53 begleitet. Dieser höhere Stromfluß in der induktiven Wicklung wird in der Spannungsverdopplerschaltung mit den Dioden 87 und gleichgerichtet und an den Ladungsspeicherkondensator 91 der Ladungsspeicher- und Ladungsisolier-Schaltung 17 angelegt. Darin dient der Ladungsspeicherkondensator 91 dazu, Energie zu speichern, während die Ladungsisolierdiode 93 den Kondensator 91 gegen die pulsierende Gleichspannungsquelle 7 so lange isoliert, als die pulsierende Gleichspannung größer als ein gegebener Bezugspegel bleibt. Wenn die pulsierende Gleichspannung jedoch unter den gegebenen Bezugspegel fällt, wird Energie vom Speicherkondensator 91 über die

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Diode 93 zur Gleichrichterschaltung 7 geliefert, so daß eine relativ konstante Gleichspannung für die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 erhalten wird.

Es wurde ferner festgestellt, daß die Schaltmöglichkeit der Transistoren einer Hochfrequenz-Inverterschaltung verbessert wird, wenn diese direkt von einem Transformator getrieben werden statt durch eine komplexe Basis-Vorspannanordnung. Es wurde jedoch ebenfalls festgestellt, daß die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 nicht selbst startet, wenn ein Direktantriebssystem verwendet wird. Es wurde darüber hinaus noch festgestellt, daß das Minimieren der Komponentenanzahl der Startschaltung die Kosten reduzieren würde, die mechanisierte Montage erleichtert und den Zuverlässigkeitsfaktor der Schaltung erhöht.

Hinsichtlich des Betriebes der Startschaltung 19 gibt es keine Energierückkopplung zum Ladungsspeicherkondensator 91 vor dem Betrieb der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9. Die Wechselspannungsquelle 3 liefert jedoch Energie, so daß sich eine relativ hohe Spannung über dem Kondensator 39 entwickelt.

Die relativ hohe Spannung über dem Kondensator 39 sorgt für die Entwicklung einer wachsenden Ladung auf dem Kondensator 105 der Oszillatorstartschaltung 19 über die beiden Impedanzen 99 und und die Wicklung 57 des ersten Transformators 63. Darüber hinaus hat die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 noch nicht begonnen zu schwingen, und auf dem Ladungsspeicherkondensator 91 der Ladungsspeicher- und Ladungsisolier-Schaltung 17 ist keine Ladung vorhanden.

Wenn die Spannung am Kondensator 105 die Durchbruchsspannung des Diac 101 übersteigt, entlädt sich der Kondensator 105 durch die Impedanz 103, den Diac 101, den Kondensator 91 und die Wicklung des ersten Transformators 63. Der Transformator 63 überträgt diesen Entladungsstrom, der auf der Wicklung 57 erscheint, an die Emitter-

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Basis-Sperrschicht des Transistors 41 der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9, so daß der Transistor 41 in den leitenden Zustand vorgespannt wird und der Oszillator der Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 gestartet wird. Daraufhin lädt die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 den Ladungsspeicherkondensator 91. Die Ladung auf dem Kondensator 91 ist somit ausreichend, um die Spannung über der Isolierdiode 93 daran zu hindern, einen Wert zu erreichen, der ausreicht, einen Durchbruch des Diac 101 zu bewirken. Als Resultat ist die Startschaltung 19 praktisch aus der arbeitenden Schaltung herausgenommen, wenn die Aufgabe erfüllt ist, die Hochfrequenz-Inverterschaltung 9 zu starten.

Es ist also eine elektronische Direkttrieb-Vorschaltgerät-Schaltung mit verbesserter Startschaltungsmöglichkeit verfügbar gemacht worden. Die Vorschaltgerätschaltung ist auch lastabhängig, so daß eine Änderung in der Last einen unmittelbaren Effekt auf den Betrieb des Gerätes hervorruft und die Entwicklung von unerwünschten hohen Strömen und eine Zerstörung der Geräteteile verhindert. Darüber hinaus ist die Startschaltung billig, zuverlässig und verbessert die Montage des Gerätes.

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Claims

S6 P184 D Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung für ein Direkttrieb-Vorschaltgerät, insbesondere für Leuchtstofflampen, das an eine Wechselspannungsquelle anzuschließen ist und eine Gleichrichterschaltung enthält, die eine pulsierende Gleichspannung an eine Hochfrequenz-Inverterschaltung liefert, die mit einer Lastschaltung gekoppelt ist, wobei eine Hochfrequenz-Inverter-Treibschaltung die Lastschaltung mit dem Hochfrequenz!nverter koppelt und eine Ladungsspeicher- und Isolier-Schaltung die Gleichrichterschaltung überbrückt und mit einer Rückkopplungs-Gleichrichtereinrichtung gekoppelt ist, die mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oszillator-Starterschaltung vorgesehen ist, die direkt mit der Gleichrichter-Schaltung, der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung und der Ladungsspeicher- und Isolier-Schaltung gekoppelt ist und mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung wechselstromgekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillator-Starterschaltung ein Spannungsdurchbruchgerät enthält, das direkt mit der Gleichrichterschaltung, der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung und der Ladungsspeicher- und Isolierschaltung verbunden ist und mit der Hochfrequenz-Inverterschaltung wechselstromgekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdurchbrucheinrichtung ein Diac ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz mit dem Diac in Reihe geschaltet ist und zum Verbindungspunkt der Rückkopplungs-Gleichrichterschaltung mit der Ladungsspeicher- und Isolier-Schaltung führt.

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5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Diac und der Hochfrequenz-Inverterschaltung ein Kondensator liegt.

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