DE3400580C3

DE3400580C3 - Wechselspannungsgespeiste Gleichstromquelle mit nachgeschaltetem Wechselrichter

Info

Publication number: DE3400580C3
Application number: DE3400580A
Authority: DE
Inventors: Futoshi Okamoto; Masataka Mitani
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-01-14
Filing date: 1984-01-10
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2004-01-11
Also published as: JPH0691750B2; GB2133940B; FR2539563A1; FR2539563B1; GB8400936D0; GB2133940A; DE3400580A1; JPS59129583A; DE3400580C2

Description

Die Erfindung betrifft eine wechselspannungsgespeiste Gleichstromquelle mit nachgeschaltetem Wechselrichter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.

Derartige wechselspannungsgespeiste Gleichstromquellen mit nachgeschaltetem Wechselrichter sind aus der DE-PS 30 14 419 bekannt. Dort wird gelehrt, einem Vollwellengleichrichter eine Serieninduktivität sowie einen Zerhacker nachzuschalten. Ein Kondensator glättet die Spulenausgangsspannung und speist einen nachgeschalteten Wechselrichter, der zwei steuerbare Halbleiterelemente aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wechsel spannungsgespeiste Gleichstromquelle mit nachgeschaltetem Wechselrichter der eingangs ge nannten Art so weiterzubilden, daß sie sich mit geringem Bauteilaufwand zur Versorgung einer wechselspannungsge speisten Last eignet.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruches 2.

Eine zweite Lösung der genannten Aufgabe ist im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 angegeben.

Beiden Lösungen ist das Prinzip gemeinsam, daß ein steuerbarer Halbleiterschalter in einer Doppelfunktion, nämlich sowohl für den Wechselrichter als auch für den Zerhacker, verwendet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich nung dargestellten Ausführungsformen erläutert.

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Stromquelle nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 und 3 Blockschaltbilder einer erfindungsgemäßen Stromquelle;

Fig. 4 ein Schaltbild der Stromquelle nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5(a) bis 5(g) und Fig. 6(a) bis 6(e) Wellenform bilder zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gem. Fig. 4;

Fig. 7 ein Schaltbild der Stromquelle gem. einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 8 ein Schaltbild einer Steuerschaltung in der Schaltungsanordnung gem. Fig. 7;

Fig. 9(a) bis 9(c) und Fig. 10(a) bis 10(g) Wellen formbilder zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gem. Fig. 7;

Fig. 11 ein Schaltbild der Stromquelle nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 12 ein Schaltbild einer Steuerschaltung bei der Schaltungsanordnung gem. Fig. 11;

Fig. 13(a) bis 13(d) Wellenformbilder zur Veranschauli chung der Arbeitsweise der Schaltung gem. Fig. 11;

Fig. 14 ein Schaltbild der Stromquelle nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 15(a) bis 15(h) und Fig. 16 Wellenformbilder zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung gem. Fig. 14; und

Fig. 17 ein Schaltbild einer Abwandlung der vierten Ausführungsform gem. Fig. 14.

Die Fig. 2 und 3 zeigen schematische Ansichten einer Grundanordnung der Erfindung mit einem Gleichrichter 3, einer Glättungsschaltung 4 und einem Wechselrichter 5. Der Gleichrichter 3 ist ein Vollweggleichrichter zum Empfang einer Eingangsnetzwechselspannung und zur Erzeugung einer welligen Gleichspannung zum Anlegen an die Glättungsschaltung 4 mit einem Glättungskondensator 41 und einer Induktivität 42. Die Ausgangsspannung mit unterdrücktem Netzbrumm aus der Glättungsschaltung 4 wird an die Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5 angelegt, in welchem eine Schalt einrichtung 50 die Eingangsspannung abwechselnd schal tet, um eine hochfrequente Wechselspannung an den Aus gangsklemmen 60 anzulegen, die mit einem Verbraucher 6, der durch die hochfrequente Ausgangswechselspannung an gesteuert werden soll, verbunden sind. Die Schaltein richtung 50 des Wechselrichters arbeitet mit der Indukti vität 42 der Glättungsschaltung 4 zusammen, um eine Ladungsspeicherungseinrichtung zu bilden, die als An ordnung ein wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal ist. Die Ladungsspeicherung der Zerhackerbauart führt einen solchen Arbeitsgang aus, daß beim Einschalten der Schalteinrichtung 50 die Induktivität 42 aus dem darin fließenden Strom mit elektromagnetischer Energie ge speist wird, die wiederum in den Glättungskondensator 41 eingespeichert wird, wenn die Schalteinrichtung 50 ausgeschaltet wird, wobei die resultierende, am Kondensator 41 entwickelte Spannung an die Eingangs klemmen 59 des Wechselrichters 5 angelegt wird. Es folgt nun eine ausführlichere Beschreibung des Er findungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die be treffenden bevorzugten Ausführungsformen.

Erste Ausführungsform, Fig. 4 mit 6.

Ein Wechselrichter gem. Fig. 4 hat als Schalteinrich tung ein Paar von Schalttransistoren 50 und 51 zum abwechselnden Schalten der Eingangsgleichspannung zur Erzeugung einer hochfrequenten Ausgangswechselspannung für einen Entladungslampenverbraucher 6, wie z.B. eine Leuchtstofflampe, die dadurch angesteuert werden soll. Jedem der Schalttransistoren 50 und 51 ist eine entgegengesetzt gepolte Diode 50a, 51a parallelgeschaltet, wobei diese Transistoren mit den Eingangsklemmen des Wechselrichters 5 in Reihe geschaltet sind. Im Wechsel richter 5 sind auch zwei Kondensatoren 52 und 53 in einer Reihenschaltung vorgesehen, sowie ein Ausgangs transformator 54 und die Widerstände 55 bis 58 vorge sehen. Der Ausgangstransformator 54 hat zusätzlich zu einer Primärwicklung 54a und einer Sekundärwicklung 54b eine erste und eine zweite Rückkopplungswicklung 54c₁ bzw. 54c₂ zum Anlegen entsprechender Ansteuerungs spannungen an die Basiselektroden der Transistoren 50 und 51, wobei das Ausgangsende der Sekundärwicklung 54b die Ausgangsklemmen des Wechselrichters 5 für den An schluß an den Verbraucher 6 bildet. Die Reihenschaltung der Schalttransistoren 50 und 51 bildet mit der Reihen schaltung der Kondensatoren 52 und 53 eine Halbbrückenanordnung. Die Primärwicklung 54a des Ausgangstransformators 54 ist stromkreismäßig an einem Ende mit dem Verbindungspunkt der Transistoren 50 und 51 und an dem anderen Ende - dem entgegengesetzten Ende - mit dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 52 und 53 verbunden. Eine Glättungsschaltung 4 weist einen Glättungskonden sator 41 und die eine Diode 51a, wobei beide auch Bestandteil des Wechselrichters 5 sind.

Diese Bauelemente sind derart angeordnet, daß der Glättungskondensator 41 an die Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5 angeschlossen ist, während die Aus gangsleistung V_DC des Gleichrichters 3 über die In duktivität 42 an den Transistor 50 angelegt ist. Dies bedeutet, daß die Glättungsschaltung 4 eine Ladungsspeicherung der Zerhackerart hat, welche haupt sächlich durch den Schalttransistor 50 und die In duktivität 42 zum Aufladen des Glättungskondensators 41 mit Hilfe des Transistors 50 gebildet ist. Wenn der Schalttransistor 50 eingeschaltet wird, wird nämlich die Induktivität 42 aus dem darin fließenden Strom mit elektromagnetischer Energie gespeist, die dann in den Glättungskondensator 41 eingespeichert wird, wenn der Transistor 50 ausgeschaltet wird, wobei die resultieren de, am Glättungskondensator 41 entwickelte Spannung an die Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5 ange legt wird. Diese Ladungsspeicherung weist ferner die erste und zweite Rückkopplungswicklung 54 _c₁ bzw. 54 _c₂ des Ausgangstransformators 54 auf, die dem Wechsel richter 5 gemeinsam sind und mit den Komponenten im Wechselrichter 5 zusammenarbeiten, um eine Steuerschal tung für den Schalttransistor 50 zu bilden. Die mit dem anderen Schalttransistor 51 des Wechselrichters 5 antiparallel verbundene Diode 51a ist zwischen den Glättungskondensator 41 und die Induktivität 42 ge schaltet, um somit eine in einer Richtung weisende Bahn zu bilden, damit der Strom oder die elektromagnetische Energie nur von der Induktivität 42 zum Kondensator 41 fließen kann, so daß sie als Trenndiode in der Glättungs schaltung 4 dient. Der hier dargestellte Wechselrichter ist der Selbsterregungsart und weist den Ausgangs transformator 54 mit den Rückkopplungswicklungen 54 _c₁ und 54 _c₂ zur Steuerung der Schalttransistoren 50 und 51 auf, wobei jedoch ein Wechselrichter derjenigen Bauart, bei welcher ein astabiler Multivibrator zum abwechseln den Schalten der obigen Transistoren verwendet wird, zu den Zwecken der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen kann. Hierbei ist auch zu beachten, daß der Kondensator 52 entfallen kann.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der ersten Aus führungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a) bis 5(g) erläutert, in welchen die Spannungen und Ströme in den Hauptabschnitten in Bezug auf eine verhältnis mäßig kurze Zeitspanne dargestellt sind, sowie unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(e), in welchen jene in anderen Hauptabschnitten in Bezug auf eine sehr ausgedehnte Zeitperiode dargestellt sind. Zunächst einmal sei auf die Bezeichnung bestimmter Abschnitte, deren Spannungen und Ströme in Wellenformen dargestellt sind, Bezug genommen. Fig. 5(a) zeigt die Wellenform der Spannung V_CE am Transistor 50, Fig. 5(b) jene für den Kollektorstrom I_C₁ des Transistors 50, Fig. 5(c) jene für den Vorwärtstrom I_D₁ der Diode 50a; Fig. 5(d) jene für den Kollektorstrom I_C₂ des Transistors 51; Fig. 5(e) jene für den Vorwärtsstrom I_D₂ der Diode 51a, Fig. 5(f) jene für den Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleichrichter 3 oder den Strom in der Induktivität 42; Fig. 5(g) jene für den Strom I_n₁, der durch die Primär wicklung 54a des Ausgangstransformators 54 fließt, und Fig. 6(a) jene für die Eingangsnetzspannung V_AC, Fig. 6(b) jene für den Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleich richter 3, Fig. 6(c) jene für den Eingangsstrom I_AC zum Gleichrichter 3; Fig. 6(d) für die Spannung V_c am Glättungskondensator 41, Fig. 6(e) für die hochfre quente Spannung V_RF - Ausgangsleistung - aus dem Wechsel richter 5. Wenn der Gleichrichter 3, der ein Vollweg diodenbrückengleichrichter ist, die Eingangsspannung durch einen Rauschfilter 2 aus der Netzwechselspannung empfängt, gibt er eine wellige Gleichspannung ab, welche einen Strom durch die Induktivität 42 und die Diode 51a erzeugt, so daß der Glättungskondensator 41 in der nachfolgend zu beschreibenden Art und Weise bis zu einem vorbestimmten Pegel aufgeladen wird. Daraufhin wird ein Basisstrom aus dem Glättungskondensa tor 41 zum Transistor 50 durch die Anlaßwiderstände 55 und 56 zugeführt, um somit einen der Transistoren 50 und 51 einzuschalten und den anderen auszuschalten. Zu diesem Zeitpunkt werden Spannungen an den Rückkopplungs wicklungen 54 _C₁ und 54 _C₂ des Ausgangstransformators 54 zum Umkehren der Transistoren induziert, so daß die Transistoren 50 und 51 kontinuierlich zyklisch ein- und ausgeschaltet werden, wobei diese Spannungen durch eine Schwingschaltung induziert werden, die aus den Kondensa toren 52 und 53, der Primär- und der Sekundärwicklung 54a bzw. 54b des Ausgangstransformators 54 und dem Verbraucher 6 zusammengesetzt ist. In den Fig. 5(a) bis 5(g) stellen t₁ bzw. t₃ die Zeitspannen dar, während welcher der Transistor 50 eingeschaltet und der andere Transistor 51 ausgeschaltet ist, während t₂ die Zeit periode darstellt, während welcher der Transistor 50 aus geschaltet und der Transistor 51 eingeschaltet ist. Bei der Schwingschaltung fließt ein Schwingstrom zur Er zeugung eines Stromes I_n₁ durch die Primärwicklung 54a des Ausgangstransformators 54, wobei der Strom I_n₁ zum Fließen in den Transistoren 50 und 51 und den Dioden 50a und 51a geteilt ist, während im Verbraucher 6 ein Strom I_n₁ × n₁/n₂ (worin n₁/n₂ das Windungsverhältnis der Primärwicklung 54a zur Sekundärwicklung 54b ist) fließt. In den obigen Zeichnungsfiguren sind die Ar beitswellenformen dargestellt, welche erzeugt werden, wenn die Schaltfrequenz für die Transistoren 50 und 51 als über der Eigenfrequenz der Schwingschaltung stehend eingestellt ist, so daß der Strom I_n₁ als nacheilender Strom erscheint. Während der Zeitspanne t₁ des Einschal tens des Transistors 50 hat dieser einen kombinierten oder zugesetzten Strom I_C₁ des Stromes I′_C₁, geteilt aus dem I_n₁ plus dem Strom I_DC durch die Induktivität 42 aus dem Gleichrichter 3. Zu diesem Zeitpunkt empfängt die Induktivität 42 aus dem Strom I_DC die elektromagne tische Energie, die darin eingespeichert werden soll. Während der Zeitspanne t₂ des Ausschaltens des Transistors 50 wird die in der Induktivität gespeicherte elek tromagnetische Energie durch die Diode 51a und die Di odenbrücke des Gleichrichters 3 in den Glättungskonden sator 41 freigegeben, um diesen Glättungskondensator 41 aufzuladen. Bei diesem Vorgang hat die Diode 51a einen kombinierten Strom I_D₂ des Stromes I′_D₂, der aus dem Strom I_n₁ plus dem Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleichrichter 3 geteilt ist. Hierbei ist zu beachten, daß die mit gestrichelten Linien in den Fig. 5(b), 5(e) und 5(f) gezeigten Abschnitte zur Darstellung der Veränderungen in den betreffenden Strömen in jeder Halbperiode eingeführt sind, wobei diese Veränderungen sich aus dem dabei vorkommenden Netzbrumm ergeben. Wie aus dem Obigen ersichtlich, ist die Ladungsspeiche rung der Zerhackerart aus der Induktivität 42 der Glättungsschaltung 4 selbst, dem Schalttransistor 50 und der Diode 51a gebildet, wobei die beiden Letztge nannten dem Wechselrichter 5 gemeinsam sind. Demnach kann sie auch mit dem Wechselrichter 5 die dem Schalt transistor zugeordnete Steuerschaltung gemeinsam be nutzen, so daß sie in die Stromquelle ohne jegliche gesonderten oder zusätzlichen Komponenten für die La dungsspeicherung zur Herabsetzung der Kompliziertheit bzw. des Bauaufwandes und der Bauteilenkosten ohne weiteres einverleibt werden kann.

Zweite Ausführungsform, Fig. 7 mit 10.

Ein Umformer 5a gem. Fig. 7 bei dieser Ausführungsform hat zwei Paare von Schalttransistoren 71 bis 74, wovon jedes Paar zwei in Reihe geschaltete Transistoren auf weist, Dioden 71a bis 74a, die jeweils mit jedem der obigen Transistoren antiparallel verbunden sind, und eine Steuerschaltung 75, die ein Multivibrator zur Steuerung des Schaltvorganges der Transistoren 71 bis 74 ist. Die Reihenschaltung der Transistoren 71 und 72 ist mit der anderen Reihenschaltung der Transistoren 73 und 74 parallelgeschaltet, um eine Vollbrückenanordnung zu bilden, mit welcher ein Verbraucherstromkreis 78 verbunden ist, dessen eines Ende mit dem Verbindungspunkt der Transistoren 71 und 72 verbunden ist, während sein anderes, entgegenge setztes Ende mit dem Verbindungspunkt der Transi storen 73 und 74 verbunden ist, wobei der Verbraucher stromkreis 78 ein LC-Netzwerk ist, das aus einer Drossel 76 und einem Kondensator 77 besteht und einen Entladungslampenverbraucher 6 aufweist. Die Steuer schaltung 75 gem. Fig. 8 weist Transistoren 79 bis 82, Impulsübertrager 83 und 84 auf und hat Eingangsklemmen 61a und 61b sowie Ausgangsklemmen 62a, 62b bis 66a, 66b zur Erzeugung von Steuerausgangssignalen zum konti nuierlichen Ein- und Ausschalten der Schalttransisto ren in jedem Paar, während ein Phasenverschiebungsver hältnis von 180° zwischen den Transistoren 71 und 73 in Bezug auf die in den betreffenden Transistoren 71 und 73 fließenden Ströme festgelegt wird. Eine Glättungsschaltung 4a gem. Fig. 7 hat einen Glättungs kondensator 41, ein Paar Induktivitäten 42a und 42b, die dem Wechselrichter 5a gemeinsamen Schalttransisto ren 71 und 73 und die Dioden 72a und 74a, welche ebenso dem Wechselrichter 5a gemeinsam sind, um somit eine Ladungsspeicherung aus den Schalttransistoren 71 und 73, den Induktivitäten 42a und 42b und den Dioden 72a und 74a zu bilden. Diese Bauelemente sind genau wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet, so daß die Ausgangsleistung aus dem Gleichrichter 3 durch die zusammenwirkenden Induktivitäten 42a und 42b an die entsprechenden Transistoren 71 und 73 ange legt wird, wodurch die während der Zeit des Einschal tens der entsprechenden Transistoren einmal in den be treffenden Induktivitäten 42a und 42b eingespeicherte elektromagnetische Energie durch die Dioden 72a und 74a in den Glättungskondensator 41 eingebracht wird, um denselben bei ausgeschalteten entsprechenden Transistoren aufzuladen; wobei die resultierende, am Kondensator 41 entwickelte Spannung an die Eingangs klemmen 59 des Wechselrichters 5a angelegt wird. Dies bedeutet, daß die Ladungsspeicherung der Zerhackerart zum Aufladen des Glättungskondensators 41 durch die EIN/AUS-Vorgänge der Schalttransistoren 71 und 73, wovon Einzelheiten im nachfolgenden Absatz zu be schreiben sein werden, dient.

Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform wird nach folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 9(a) bis 9(c) er läutert, in welchen die Spannungen und Ströme in Haupt abschnitten in Bezug auf eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne dargestellt sind, sowie unter Bezugnahme auf die Fig. 10(a) bis 10(g), in welchen die Spannungen und Ströme in anderen Hauptabschnitten in Bezug auf eine sehr ausgedehnte Zeitspanne dargestellt sind. Zunächst einmal wird ausführlicher auf die obigen Figuren zur Erleichterung der Erläuterung in der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform Bezug genommen. Fig. 9(a) zeigt die Wellenform der Eingangsnetzspannung V_AC, Fig. 9(b) für den Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleichrichter 3, Fig. 9(c) für den Eingangsstrom I_AC zum Gleichrichter, Fig. 10(a) für den Strom I_L₁ in der Induktivität 42a, Fig. 10(b) für die Spannung V_CE₁ am Transistor 71, die Fig. 10(c) und 10(c′) für den Kollektorstrom I_C₁ des Transistors 71, Fig. 10(d) für den Strom I_L₂ in der Induktivität 42b, Fig. 10(e) für die Spannung V_CE₃ am Transistor 73, die Fig. 10(f) und 10(f′) für die Kollektorströme I_C₃ des Transistors 73; Fig. 10(g) für den Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleichrichter 3, wobei der Ausgangsstrom I_DC ein aus den Strömen I_L₁ und I_L₂, die durch die Induktivitäten 42a und 42b fließen, kombinierter Strom ist. Wenn im Arbeitszustand der Wechselrichter 5a an den Eingangsklemmen 59 eine Spannung mit unterdrücktem Netz-Brumm oder reduzierter Welligkeit aus dem Glättungsstromkreis 4a empfängt, werden die Transistoren 71, 72 und 73, 74 in jedem Paar angesteuert, um kontinuierlich zyklisch ein- und ausge schaltet zu werden, um somit am Ausgangsende des Wechselrichters 5a eine hochfrequente Ausgangsspannung mit unterdrücktem Netzbrumm zu erhalten, welche zum Zünden der Entladungslampe 6 in stabilisierter Weise und ohne Flackern verwendet wird. In den Fig. 10(a) bis 10(g) zeigen t₁ bzw. t₃ die Zeitspannen, während welcher die Transistoren 71 und 74 eingeschaltet sind, während t₂ die Zeitspanne darstellt, in welcher die Transistoren 72 und 73 angeschaltet sind. In den selben Figuren sind auch zum Zwecke der besseren Ver ständlichkeit der Arbeitsweise die Ströme I′_C₁ und I′_C₃ gezeigt, die aus der Betätigung des Wechselrich ters 5a resultieren, wobei diese Ströme I′_C₁ und I′_C₃ mit den in den entsprechenden Induktivitäten 42a und 42b fließenden Strömen I_L₁ und I_L₂ zur Erzeugung der Kollektorströme I_C₁ und I_C₃ der Transistoren 71 bzw. 73 kombiniert sind. Während der Zeitspanne t₁ des Ein schaltens des Transistors 71 fließt der Strom I_L₁ aus dem Gleichrichter 3 durch die Induktivität 42a und den Transistor 71, um diese Induktivität 42a mit elektro magnetischer Energie zu speisen. Während der nachfolgen den Zeitspanne t₂ des Ausschaltens des Transistors 71 wird die in der Induktivität 42a eingespeicherte elektro magnetische Energie freigegeben und durch die Diode 72a und die Diodenbrücke des Gleichrichters 3 in den Kon densator 41 eingegeben, um ihn zu laden. Es bildet sich also in der Glättungsschaltung 4a eine Ladungsspeiche rungseinrichtung der Zerhackerart zum Aufladen des Kon densators in Ansprechabhängigkeit von dem Schaltvorgang des Transistors 71 im Wechselrichter 5a genau wie bei der ersten Ausführungsform. Die Ladungsspeicherung hier ist nämlich aus der Induktivität 42a, dem Schalt transistor 71 und der Diode 72a zusammengesetzt; wobei beiden Letztgenannten dem Wechselrichter 5a gemeinsam sind. Hinzu kommt, daß in derselben Glättungsschaltung 4a eine andere Ladungsspeicherung gebildet ist, die auf ähnliche Weise in Ansprechabhängigkeit von dem Schalt vorgang des Transistors 73 im Wechselrichter 5a arbeitet und auch aus der Induktivität 42b, dem Schalttransi stor 73 und der Diode 74a besteht, wobei die beiden Letztgenannten ebenso dem Wechselrichter 5a gemeinsam sind. Die Glättungsschaltung 4a bei dieser Ausführungs form kann also ein Paar der Ladungsspeicherungen haben, die die Schalteinrichtung und die Steuerschaltung dafür mit dem Wechselrichter 5a teilen, wodurch das Erforder nis für jeden der Transistoren 71 und 73 reduziert wer den kann. Infolgedessen werden diese Transistoren auf einen kleinen Wert in Bezug auf den zulässigen Strom reduziert, so daß auch die Kosten dafür herabgesetzt werden. Da ferner bei der vorliegenden Ausführungs form der Ausgangsstrom I_DC aus dem Gleichrichter 3 ein aus den Strömen I_L₁ und I_L₂ zusammengesetzter Strom sein soll, wobei diese Ströme durch die betreffen den Induktivitäten 42a und 42b fließen und um 180° phasenverschoben sind, kann der Ausgangsstrom I_DC weni ger Netzbrumm haben, so daß ein in die Schaltung einzu bauender Rauschfilter 2 einen viel kleineren Wert und eine viel kleinere Größendimension als jene bei der ersten Ausführungsform haben kann. Die Fig. 10(c), 10(c′), 10(f) und 10(f′) zeigen den Unterschied be züglich der Wellenformen zwischen den von dem Ver hältnis zwischen der Eigenfrequenz des Verbraucher stromkreises 78 und der Schaltfrequenz der Transisto ren 71 bis 74 abhängigen Kollektorströmen I_C₁ und I_C₃. Die Fig. 10(c) und 10(f) veranschaulichen den Fall, in welchem die Eigenfrequenz des Verbraucherstromkreises 78 so eingestellt ist, daß sie niedriger ist als die Schaltfrequenz der Transistoren, wobei in dem Stromkreis nacheilende Ströme I_C₁ und I_C₃ vorliegen, während ande rerseits die Fig. 10(c′) und 10(f′) den Fall veranschau lichen, in welchem die Eigenfrequenz so eingestellt ist, daß sie höher ist als die Schaltfrequenz, wobei in dem Stromkreis voreilende Ströme I_C₁ und I_C₃ vorliegen. Aus den obigen Figuren ergibt sich, daß der letztgenannte Fall vorteilhafter ist für die Verbesserung der Lei stungsfähigkeit des Gerätes und zwar auf Grund der Tatsache, daß in den betreffenden Transistoren 71 bis 74 Ströme mit kleinerem Spitzenwert erscheinen, um den Energieverlust beim Schalten der Transistoren zu re duzieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Wechselrichter 5a mit zwei Paaren von Schalttransistoren 71 bis 74 verwendet, wobei jedoch der Wechselrichter 5a dieser Konfiguration durch einen Wechselrichter ersetzt werden kann, der ein Paar Schalttransistoren aufweist, welche in einem Gegentaktverhältnis verbunden sind, um kontinuierlich zyklisch ein- und ausgeschaltet zu wer den, wie bei einer nachfolgend zu beschreibenden vierten Ausführungsform gezeigt, wobei ein Paar der Ladungs speicherungen in der Glättungsschaltung durch Verwendung der diesem Wechselrichter gemeinsamen zwei Schalt transistoren gebildet ist.

Dritte Ausführungsform, Fig. 11 mit 13.

Fig. 11 zeigt einen Wechselrichter 5b mit einem einzi gen Schalttransistor 85, mit welchem eine Diode 85a antiparallel verbunden ist, eine Steuerschaltung 86 für den Transistor 85, einen Kondensator 88 und einen Ausgangstransformator 87 mit einem Paar Heizwicklungen 87c zum Heizen der Heizdrähte oder -fäden in dem Entla dungslampenverbraucher 78. Die Steuerschaltung gem. Fig. 12 hat Transistoren 89 bis 91 und einen Impulsübertra ger oder -umformer 92 und dient als ein Multivibrator, der an seinen Eingangsklemmen 66a und 66b die Ausgangs leistung aus dem Gleichrichter 3 durch einen Widerstand 93 empfängt, um an seinen Ausgangsklemmen 67a und 67b ein Steuersignal zur Steuerung des Transistors 85 zum Ein- bzw. Ausschalten desselben mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Mit dem Wechselrichter 5b arbeitet eine Glättungsschaltung 4b zusammen, welche eine La dungsspeicherung zum Aufladen des Glättungskondensators 41 in Ansprechabhängigkeit von der Schaltarbeit des Transistors 85 darin bildet. Die Glättungsschaltung 4b ist zusätzlich zu dem Glättungskondensator 41 aus einem Transformator oder Übertrager oder Umformer 94, einer Diode 95, dem Schalttransistor 85 und der Steuer schaltung 86 zusammengesetzt, wobei die beiden Letztge nannten dem Wechselrichter 5b gemeinsam sind, wodurch die Ladungsspeicherung mit dem Transformator 94, der Diode 95 und dem Schalttransistor 85 gebildet wird. Diese Komponenten sind nämlich derart im Stromkreis angeordnet, daß die Ausgangsleistung aus dem Gleichrich ter 3 über eine Primärwicklung 94a des Transformators 94, als Induktivität dienend; am Transistor 85 angelegt wird; um den Glättungskondensator 41 mit der resultierenden Ausgangsleistung aus einer Sekundär wicklung 94b des Transformators 94 zu laden, wonach sie durch die Diode 95 gleichgerichtet wird.

Nun folgt die Arbeitsweise der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 13(a) bis 13(d), in welchen die Spannungen und Ströme in Bezug auf eine relativ kurze Zeitspanne dargestellt sind. Fig. 13(a) zeigt die Spannung V_CE am Transistor 85, Fig. 13(b) - für den Kollektorstrom I_C des Transistors 85; Fig. 13(c) für den Strom I_L in der Primärwicklung 94a des Transformators 94, und Fig. 13(d) für den Strom I_D₂ in der Diode 95. Auch in diesen Figuren zeigen t₁ und t₃ die Zeitspanne, in welcher der Transistor 85 ein geschaltet ist, während er in t₂ ausgeschaltet ist. Hierbei ist zu beachten, daß der Kollektorstrom I_C ein kombi nierter Strom des Stromes I′_C in einer Schwingschaltung ist, bestehend aus einer Primärwicklung 87a des Aus gangstransformators 87 und dem Kondensator plus dem Strom I_L in der Primärwicklung 94a des Transformators 94, und daß der Strom I_D₁ in der Diode 85a entgegen gesetzte Polarität gegenüber dem Kollektorstrom I_C hat. Im Arbeitszustand schwenkt die Steuerschaltung 86 nach Empfang der Ausgangsleistung aus dem Gleichrich ter 3 über den Widerstand 93 zum Ein- und Ausschalten des Transistors 85, so daß ein Schwingstrom I′_C von dem Glättungskondensator 41 und durch die Primär wicklung 87a des Ausgangstransformators 87 fließt und eine hochfrequente Ausgangsspannung an die Sekundärwicklung 87b und eine hochfrequente Ausgangs spannung bzw. Spannungen an die entsprechenden Heiz fadenwicklungen 87c angelegt werden und dann die Ent ladungslampe, die zur Bauart gehört, nach welcher sie vorgewärmt werden muß, zum Leuchten gebracht wird. Während dieses Vorganges erfolgt das Aufladen des Kondensators durch die Ladungsspeicherung wie folgt: In der Zeitspanne t₁ des Einschaltens des Transistors 85 bekommt der Transistor 85 den Strom I_L aus dem Gleichrichter 3 durch die Primärwicklung 94a zu sammen mit dem Strom I′_C aus der Schwingschaltung zum Speichern von elektromagnetischer Energie in die als Induktivität dienende Primärwicklung 94a. In der nächsten Zeitspanne t₂ des Ausschaltens des Transistors 85 wird die einmal in der Primärwicklung 94a gespeicherte elektromagnetische Energie freigegeben und durch die Sekundärwicklung 94b, die daran elektromagnetisch angeschlossen ist, zum Glättungskondensator 41 in Form des Stromes I_D₂ zugeführt, der aus der Sekundärwicklung 94b in den Kondensator 41 fließt, nachdem er durch die Diode 95 gleichgerichtet worden ist, um somit den Kon densator 41 aufzuladen. Wie aus dem Obigen ersichtlich, kann bei der vorliegenden Ausführungsform das vorteil hafte Merkmal wie bei der ersten und zweiten Aus führungsform beibehalten werden, nämlich daß die La dungsspeicherung das Schaltelement und seine Steuer schaltung mit dem Wechselrichter teilen kann und demge mäß in die Schaltungsanordnung der Stromquelle ohne zusätz liche Bauteile und Kosten einverleibbar ist. Eine Abwandlung der Erfindung bezüglich der vorliegenden Ausführungsform kann wirkungsvoll sein, wenn die Pri märwicklung 94a gegenüber jener gem. Fig. 11 entgegen gesetzte Polarität hat. Bei dieser abgewandelten Aus führungsform übernimmt die Sekundärwicklung die Er zeugung einer Ausgangsspannung auf die Tatsache hin, daß der Transistor 85 eingeschaltet ist, so daß mit dieser Spannung der Glättungskondensator 41 aufgeladen wird.

Vierte Ausführungsform, Fig. 14 mit 16.

Fig. 14 zeigt einen Wechselrichter 5c der Gegentaktart mit einer Drosselspule 101, einem Paar von Schalt transistoren 102 und 103, einer Diode 104, einem Kon densator 105, einem Ausgangstransformator 106 und einem Anlaßwiderstand 107. Der Ausgangstransformator 106 hat eine Primärwicklung 106a, eine Sekundärwicklung 106b und eine Rückkopplungswicklung 106c, wobei die Primärwicklung mit dem Kondensator 105 zum Bilden einer Schwingschaltung zusammenarbeitet und die Sekundär wicklung 106b mit einer Entladungslampe als Verbraucher 6 verbunden ist, wobei die Rückkopplungswicklung 106c mit dem Widerstand 107 zum Bilden einer Steuerschaltung zur Erzeugung einer Vorspannung zwischen der Basis und dem Emitter der Transistoren 102 und 103 zusammen arbeitet, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden sollen. Ein mit dem Wechselrichter 5c gekoppelter Glättungsstromkreis 4c hat einen Glättungskondensator 41, einen Transformator 108, Dioden 109 und 110 und einen Schalttransistor 103, der dem Wechselrichter 5c gemeinsam ist, so daß darin eine Ladungsspeicherung mit der Primärwicklung 108a des Transformators 108 als einer Induktivität und mit dem Transistor 103 ge bildet ist. Die Ladungsspeicherung in der obigen Schaltung hat dieselbe Funktion wie bei den obigen Aus führungsformen zum Aufladen des Glättungskondensators 41 in Ansprechabhängigkeit von dem Schaltvorgang des Transistors 103. Die Ausgangsspannung aus dem Gleich richter 3 wird nämlich über die Primärwicklung 108a an den Transistor 103 angelegt, um somit elektromagnetische Energie immer dann zu speichern, wenn der Transistor 103 eingeschaltet ist, und um die resultierende Energie immer dann in den Glättungskondensator 41 einzugeben, wenn der Transistor ausgeschaltet ist, wobei diese Abgabe der Energie aus der Primärwicklung 108a durch die Sekundärwicklung 108b, die mit der Primärwicklung 108a elektromagnetisch verbunden ist, und durch die Diode 109, durch welche die dem Kondensator 41 in Form von Strom zugeführte Energie gleichgerichtet wird, erfolgt. Der Glättungskondensator 41 ist mit der Diode 110, die als Trenndiode an den Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5c parallel zum Gleichrichter 3 dient, in Reihe geschaltet, wodurch eine zusätzliche Eingangs gleichspannung dem Wechselrichter 5c zugeführt wird, wobei diese Eingangsspannung am Glättungskondensator durch die Arbeit der Ladungsspeicherung entwickelt wird. Erfindungsgemäß dient also die Glättungsschaltung 4c als eine zusätzliche Stromquelle oder als ein Hilfs netzgerät für den Wechselrichter 5c zum Empfang der Eingangsgleichspannung hauptsächlich aus dem Gleich richter 3.

Die Arbeitsweise der vierten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 15(a) bis 15(h) erläutert, in welchen die Spannungen und Ströme in Hauptabschnitten in Bezug auf die Zeit dargestellt sind, und unter Be zugnahme auf Fig. 16, welche die Wellenform der Ausgangs spannung darstellt, die am Ausgang des Wechselrichters 5c erscheint. Ausführlicher wird auf die Fig. 15(a) bis 15(h) zum leichteren Verständnis der nachfolgenden Be schreibung Bezug genommen. Fig. 15(a) zeigt die Wellen form der Spannung V_n₁ an der Primärwicklung 106a des Ausgangstransformators 106, Fig. 15(b) jene für den Strom I_LO in der Drosselspule 101, Fig. 15(c) für die Spannung V_CE₁ am Transistor 102, Fig. 15(d) für den Kollektorstrom I_C₁ am Transistor 102, Fig. 15(e) für den Kollektorstrom I_C₂ des Transistors 103, Fig. 15(f) für die Spannung V_CE₂ am Transistor 103, Fig. 15(g) für den Strom I_T₁ in der Primärwicklung 108a des Transfor mators 108, und Fig. 15(h) für den Strom I_T₂ in der Sekundärwicklung 108b. Zunächst wird die Arbeitsweise des Wechselrichters 5c beschrieben. Wenn beide Transi storen 102 und 103 die Kollektorströme durch den An laßwiderstand 107 aus dem Vollweggleichrichter 3 empfangen, werden die Transistoren, nämlich einmal der eine, einmal der andere 102 bzw. 103 eingeschaltet, damit ein stabilisierter Strom durch die Drosselspule 101 im Stromkreis fließt. Vorliegend bekommt der Transistor 102 einen Kollektorstrom I_C₁ aus einer Schwingschaltung aus der Primärwicklung 106a des Ausgangstransformators 106 und dem Kondensator 105, damit die Schwingschaltung eine Resonanz mit einer vor bestimmten Frequenz beginnt, wodurch an der Rück kopplungswicklung 106c des Transformators 106 eine Spannung zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der Transistoren 102 und 103 induziert wird. Wenn nämlich der Basisstrom eines Transistors 102 infolge der in einer Richtung an der Rückkopplungswicklung 106c induzierten Spannung zunimmt, wird der andere Transi stor 103 in Sperrichtung betrieben und keinen Basis strom haben; so daß der Strom durch den Widerstand 107 zum Transistor 102 als sein Basisstrom zum Ein schalten des Transistors 102 gerichtet wird, während gleichzeitig der entgegengesetzte Transistor 103 ausgeschaltet wird. Andererseits bewirkt die nach folgende Umkehrung der an der Rückkopplungswicklung 106c induzierten Spannung, daß der Transistor 103 in Vorwärtsrichtung betrieben und der Transistor 102 in Rückwärtsrichtung betrieben wird, wobei der Transistor 103 eingeschaltet und gleichzeitig der Transistor 102 ausgeschaltet wird. Solche Spannungsumkehrungen an der Rückkopplungswicklung 106c ergeben sich aus der Reso nanz in der Schwingschaltung, wobei die Resonanz durch den durch die Drosselspule 101 und den Ausgangstransforma tor 106 in den Schalttransistor 102 in seinem einge schalteten Zustand fließenden Strom eingeleitet wird.

Hierbei ist zu beachten, daß die elektromagnetische Energie in die Drosselspule 101 eingespeichert wird, wenn der Transistor 103 eingeschaltet ist und Strom darin fließen kann, während diese Energie in die Schwing schaltung und den Transistor 102 in Form eines zusätzli chen Stromes über denjenigen aus dem Gleichrichter 3 hinaus eingegeben wird; wenn der Transistor 102 einge schaltet ist, wodurch die Schwingschaltung zweckmäßig betätigt werden kann, um eine hochfrequente Ausgangs spannung V_RF in die Sekundärwicklung 106b des Ausgangs transformators 106 zu induzieren, dessen Ausgangsende die Ausgangsklemmen 60 des Wechselrichter 5c bildet, die mit dem Entladungslampenverbraucher 6 zu verbinden sein werden. Bei einer solchen Auslegung des obigen Wechsel richters 5c können die Transistoren 102 und 103 mit relativ niedrigeren Kollektorspannungen V_CE₁ und V_CE₁ arbeiten, um somit den Energieverlust bei den betreffen den Schaltvorgängen zu verringern, wobei die Kollektor ströme I_C₁ und I_C₂ aus dem Eingang durch die Drossel spule 101 zugeführt werden müssen, um somit einen uner wünschten Anstiegsstrom zu reduzieren oder eliminieren.

Nun folgt die Beschreibung der Arbeitsweise der Glättungsschaltung 4c. Wenn der Transistor 103 im Ar beitszustand des Wechselrichters 5c eingeschaltet ist, speichert die Primärwicklung 108a des Transformators 108b elektromagnetische Energie aus dem darin fließenden Strom und gibt diese Energie durch die Sekundärwicklung 108b, die mit der Primärwicklung 108a elektromagnetisch gekoppelt ist, in den Glättungskondensator 41 ab, um ihn aufzuladen. Die Diode 104 dient zum Verhindern eine Abgabe dieser Energie an einen anderen Bauteil als an die Sekundärwicklung 108b, und diese Energie wird in Form eines durch die Diode 109 gleichzurichtenden Stromes in den Kondensator 41 eingegeben. Die resultierende Gleichspannung am Kondensator 41 wird über die Trenndiode 110 an die Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5c als eine zusätzliche Spannungsspeisung angelegt, um somit eine Ergänzungsspannung dem Wechselrichter 5c zuzu führen; wenn die wellige Gleichspannung aus dem Gleich richter einen vorbestimmten Wert oder den Pegel der am Glättungskondensator entwickelten Spannung unter schreitet. Bei dieser Anordnung, nach welcher der Wechselrichter 5c der vorliegenden Ausführungsform die Eingangsleistung aus dem Gleichrichter 3 und dem Glättungskondensator 41 aufnehmen kann, hat die am Wechselrichterausgang erscheinende hochfrequente Aus gangswechselspannung V_RF eine im wesentlichen gleich mäßige Amplitude oder viel weniger Amplitudenschwankung in Vergleich zu dem Fall, in welchem der Wechselrich ter nur die wellige Gleichspannung aus den Gleichrich ter 3 empfangen müßte. Eine aus der Glättungsschaltung 4c dem Wechselrichter 5c zuzuführende Minimalspannung V_DC oder die am Kondensator 41 zu entwickelnde Spannung kann selbstverständlich zu bestimmten Zwecken durch die zweckmäßige Auswahl der Werte der die Glättungsschaltung bildenden Bauelemente geändert werden. Auch bei der vor liegenden Ausführungsform ist die Trenndiode 110 mit dem Glättungskondensator 41 über die Eingangsklemmen 59 des Wechselrichters 5c in Reihe geschaltet, so daß der Kondensator 41 nicht als Blindlast oder induktive Be lastung wirkt und der hohe Leistungsfaktor aufrechter halten wird. Über die obigen Merkmale hinaus zeitigt die vorliegende Ausführungsformen dasselbe vorteilhafte Merkmal die die anderen Ausführungsformen es haben, nämlich daß die Ladungsspeicherung in der Glättungs schaltung 4c den Transistor 103 als Schaltelement und Steuerschaltung dafür mit dem Wechselrichter 5c teilt, so daß sie eine einfache Schaltungsanordnung aufweisen und in das Gerät ohne zusätzliche Bauteile und Kosten eingebaut werden kann und zwar unter gleichzeitiger Bei behaltung des Vorteiles der Anordnung als nach der Art eines Zerhackers, so daß die Primärwicklung 108a oder der Transformator 108 selbst dimensionsmäßig kleiner ausge staltet werden kann.

Fig. 17 zeigt eine Abhandlung der obigen vierten Aus führungsform, welche zwar der vierten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch die Primärwicklung dort (108a) auch als die Drosselspule 101 gem. Fig. 14 dient, wo bei die Diode 104 gem. Fig. 14 entfällt. Die Arbeits weise dieser Abwandlung ist jener der vierten Aus führungsform gleich und wird daher nicht mehr be schrieben.

Claims

1. Wechselspannungsgespeiste Gleichstromquelle mit nachgeschaltetem Wechselrichter (5, 5a), mit einem Vollwegbrückengleichrichter (3), einem Zer hacker (4), bestehend aus einer Serieninduktivität (42), einem steuerbaren Halbleiterschalter und einem Glättungskondensator (41), wobei die Serieninduktivität (42) bei durchgesteuertem Halbleiterschalter über diesen "aufgeladen" und beim anschließendem Sperren des Halbleiterschalters über eine Trenndiode (51a) in den Glättungskondensator (41) "entladen" wird, und mit einem dem Glättungskondensator parallel geschalteten Wechselrichter (5; 5a), der mindestens einen gesteuerten Halbleiterschalter (50; 71, 73) und mindestens einen weiteren, mit dem ersten steuerbaren Halbleiterschalter (50; 71) in Reihe geschalteten, steuerbaren Halbleiterschalter (51; 72) umfaßt und wobei den steuerbaren Halbleiterschaltern Dioden (50a, 51a; 71a-74a) antiparallel geschaltet sind sowie an den Verbindungspunkt der beiden steuerbaren Halbleiterschalter (50, 51; 71, 72) eine Last einpolig angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Serieninduktivität (42) an den Verbindungspunkt der beiden steuerbaren Halbleiterschalter (50, 51; 71, 72) angeschlossen ist, so daß der erste gesteuerte Halbleiterschalter (50, 71, 73) des Wechselrichters (5; 5a) die Funktion des steuerbaren Halbleiterschalters des Zerhackers mit übernimmt, und daß die dem weiteren Halbleiterschalter (51; 72, 74) antiparallel geschaltete Diode (51a; 72a, 74a) als Trenndiode dient (Fig. 4, 7).

2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechselrichter mit einer weiteren Reihenschaltung von zwei steuerbaren Halbleiterschaltern (73, 74) eine weitere Serieninduktivität (42b) der weiteren Reihenschaltung zugeordnet ist (Fig. 7).

3. Wechselspannungsgespeiste Gleichstromquelle mit nachgeschaltetem Wechselrichter (5b, 5c), mit einem Vollwegbrückengleichrichter (3), einem Zer hacker (4b, 4c), bestehend aus einer Serieninduktivität, einem steuerbaren Halbleiterschalter und einem Glättungskondensator (41), dem ein Wechselrichter (5b, 5c) parallel geschaltet ist, der mindestens einen gesteuerten Halbleiterschalter (85; 103, 102) umfaßt, wobei die Serieninduktivität bei durchgesteuertem Halbleiterschalter "aufgeladen" und bei anschließendem Sperren des Halbleiterschalters über eine Trenndiode in den Glättungskondensator (41) "entladen" wird, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleiterschalter (85; 103, 102) des Wechselrichters die Funktion des steuerbaren Halbleiterschalters des Zerhackers mitübernimmt, und daß die Serieninduktivität die Primärwicklung (94a; 108a) eines Übertragers (94; 108) ist, dessen Sekundärwicklung (94b; 108b) über eine Sperrdiode (95; 109), die statt der Trenndiode vorgesehen ist, im Speisekreis des Glättungskondensators (41) liegt (Fig. 11, 14, 17).