DE3522530A1 - Wechselrichter fuer gasentladungsvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für Gasent­ ladungsvorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechsel­ richter mit verbesserten Eigenschaften anzugeben. Ins­ besondere sollen die Verlustleistung verringert und Netzspannungsschwankungen ausgeglichen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Wechselrichters ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild von vier grundlegen­ den Einheiten des Wechselrichters gemäß dem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfin­ dungsgemäßen Wechselrichters in Anwen­ dung als Drosselspule zum Erregen von zwei Leuchtstofflampen; und

Fig. 3 eine praktische Industrieinstallation mit Netzleitung, Drosselspule und zwei Lampenlasten.

Fig. 1 zeigt Netzzuleitungen 1, 2 zu einem EMI- oder RFI-Filter 3 (Hochfrequenzsperre), dessen Ausgänge an eine Brückengleichrichter- und Filtereinheit 4-8 ange­ schaltet sind. Der Ausgang dieser Einheit ist mit einer Wechselrichtereinheit 10 verbunden, die von sich aus die Treiberleistung an Leitung 9 legt, um eine Einheit 11 zu treiben, und die ein Ausgangssignal an eine Anpassungs- und Lasteinheit 12-14 anlegt, die wiederum eine Last, bestehend aus Leuchtstofflampen speist.

In Fig. 2 ist das EMI-/RFI-Filter 3 als Block gezeigt, da derartige Vorrichtungen allgemein üblich sind. Netz­ spannung liegt an den Leitungen 1 und 2 an, läuft durch das Filter 3 und wird durch die Brückengleichrichter­ dioden 4, 5, 6 und 7 gleichgerichtet, so daß sich ein pulsierender 120 Hz-Gleichstrom ergibt, der dann mittels eines Kondensators 8 gefiltert wird. Die positive Aus­ gangsspannung des Brückengleichrichter/Kondensator- Filters wird der Mittenanzapfung eines Transformators 15 am Punkt 16 zugeführt. Dieser Transformator wird im Gegentakt mittels zweier Transistoren 17 und 18 betrie­ ben.

Erfindungsgemäß ist ein Transformator 20 vorgesehen, der die Basen der Transistoren 17 und 18 an Punkten 21 und 22 überbrückt. Der Transformator 20 arbeitet vor­ wiegend als Drossel, wobei die Transformatorwirkung nur für ein Verdunkeln oder Dimmen verwendet wird, wie dies später noch zu erläutern ist.

Die Schaltung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß der Transistor 17 sich in seinem EIN-Zustand und der Transistor 18 in seinem AUS-Zustand befindet. Der Treiberstrom für den Transistor 17 fließt durch einen Widerstand 23 von der Wicklung 24 des Transformators 15. Dies bedeutet, daß das eine Ende 25 der Wicklung posi­ tiv und das andere Ende 26 der Wicklung 24 negativ ist. Die Mittenanzapfung 27 der Wicklung 24 wird über die Diode 28 annähernd auf Masse gehalten, was einen Bezugs­ punkt darstellt. Strom läuft durch die Diode 28 über die Wicklung 24, den Punkt 25, durch den Widerstand 23 zu dem Basis/Emitter-Übergang des Transistors 17 und zurück auf Masse. Gleichzeitig wird die Basis des Tran­ sistors 18 über die mit der negativen Seite der Wick­ lung 24 verbundene Diode 30 negativ vorgespannt. Dies bedeutet, daß etwa 0,5 V (STET) am Punkt 21 der Basis des Transistors 17 und eine viel größere negative Spannung am Punkt 22 der Basis des Transistors 18 auf­ treten. Somit liegt über der Wicklung 32 des Trans­ formators 20 eine Spannung. Diese Wicklung wirkt als Drossel und zieht nur einen geringen Strom, bis der Kern des Transformators 20 seine Sättigung erreicht. An diesem Punkt fällt die Impedanz der Wicklung 32 auf Null oder nahezu Null. Hierdurch gelangt das negative Potential vom Punkt 22 zum Punkt 21, wodurch der Tran­ sisitor 17 negativ vorgespannt wird und wie der Tran­ sistor 18 sperrt.

Aufgrund der normalerweise in Leistungstransisotren erforderlichen Speicherzeit sperrt der Transistor 17 jedoch nicht unmittelbar. In der erfindungsgemäßen Schaltung ist jedoch die Speicherzeit überhaupt nicht kritisch, da der Transistor 18 noch gesperrt ist und die Schaltung wartet, bis die Speicherzeit abgelaufen ist und der Transistor 17 tatsächlich zu sperren be­ ginnt. Ist der Transistor 17 gesperrt, dann besteht kein Spannungsabfall mehr über der Primärwicklung 33 des Transformators 15. Dies bedeutet, daß keine Spannung an der Wicklung 24 vorhanden ist und die bisher an den Punkt 23 angelegte negative Spannung geht gegen Null. Der Strom, der vom Punkt 21 zum Punkt 22 in der Wicklung 32 des Transformators 20 geflossen ist, fließt aufgrund der induktiven Wirkung der Wicklung weiter. Ohne die durch die Diode 30 zum Punkt 22 zugeführte negative Vorspannung von der Wicklung 24 treibt nun der Strom von der Wicklung 32 den Treibertransistor 18 in den EIN- Zustand. Ist dies einmal erfolgt, dann wird Punkt 26 der Wicklung 24 positiv, wodurch der Transistor 18 über den Widerstand 34 weiter in Richtung des EIN- Zustandes getrieben wird. Gleichzeitig wird der Punkt 25 der Wicklung 24 negativ und legt eine negative Vor­ spannung an den Punkt 21 der Basis des Transistors 17 über die Diode 31. Dieser Vorgang wiederholt sich nun in entgegengesetzter Richtung, wobei Strom durch die Wicklung 32 des Transformators 20 vom Punkt 22 zurück zum Punkt 21 fließt. Dies wird beibehalten, bis der Transformator 32 wieder die Sättigung erreicht und das Sperren des Transistors 18 beginnt.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß die Frequenz des Wechselrichters durch die zur Sättigung des Transfor­ mators 20 notwendige Zeitdauer bestimmt wird, solange der Transformator 15 nicht gesättigt ist. Wird der Transformator 15 so ausgebildet, daß er während seines Betriebs sich der Sättigung nicht einmal nähert, dann werden Verluste aufgrund einer Kernerwärmung wesentlich reduziert. Transistorverluste werden dadurch eliminiert, daß der eine Transistor abgeschaltet wird, bevor der nächste eingeschaltet wird. Nur die EIN-Sättigungs­ spannung der Kollektor-/Emitter-Übergänge bringt einen Verlust, der jedoch unbedeutend ist.

Widerstand 35 und Dioden 36 und 37 bilden eine Vor­ spannungsquelle, die den Oszillator startet, wenn Netz­ spannung anfangs angelegt wird. Der Vorwärts-Spannungs­ abfall der beiden Dioden erzeugt eine Vorspannung, die hoch genug ist, daß Strom durch den Widerstand 35 die Wicklungen 24 zu den beiden Transistoren 17 und 18 durch ihre entsprechenden Basiswiderstände 23 und 34 fließt. Da keine zwei Transistoren exakt übereinstimmen, wird der eine etwas mehr leiten als der andere. Dieses Ungleichgewicht wird die Transformatorwirkung des Trans­ formators 15 auf die Wicklung 24 wiedergegeben, durch die ein zusätzliches Treiben desjenigen Transistors erfolgt, der eingeschaltet ist und, ein verringertes Treiben desjenigen Transistors bewirkt, der nicht so schnell leitend wird. Dieser Vorgang ist regenerierend, und die Schwingung beginnt.

Die Ausgangsspannung der Schaltung wird von der Wicklung 38 des Transformators 15 abgenommen und über eine Drossel 40 an die Last angelegt, die aus in Reihe ge­ schalteten Leuchtstofflampen 13 und 14 besteht. Wick­ lungen 41, 42 und 43 stellen die Heizleistung dar, um zu bewirken, daß die Lampen ordnungsgemäß arbeiten. Kondensator 44 ist derart ausgewählt, daß er mit der Drossel 40 einen nahezu Resonanzkreis bildet, um eine glatte annähernde Sinuswelle zum Treiben der Lampen 13 und 14 abzugeben. Die beiden Werte für die Drossel 40 und den Kondensator 44 sind derart gewählt, daß das Ausgangssignal induktiv erscheint, und zwar für Zwecke, die nachstehend beschrieben werden. Der Kondensator 45 ist ein Starhilfekondensator, der sehr klein bemessen ist und somit keine erhebliche Impedanz darstellt, sobald die Lampen gezündet sind, jedoch ermöglicht, daß eine Offene-Schaltungs-Spannung zuerst an die Lampe 14 gelegt wird, so daß diese zkuerst gezündet wird. Ist die Lampe 14 einmal gezündet, dann erhöht sich die Spannung über der Lampe 13 erheblich, so daß diese ge­ zündet wird.

Wie zuvor erwähnt, ist es wünschenswert, die Helligkeit dieser Lampen zu steuern, was mittels der Wicklung 46 des Transformators 20 erzielt wird. Ein Potentiometer 47 dient zur Einstellung der Stromes, der in der Wicklung 46 fließt, und ändert somit die Zeit, die der Kern zur Sättigung benötigt, so daß hierdurch die Frequenz ein­ gestellt werden kann. Für ein Abblenden der Lampen wird die Frequenz nach oben getrieben. Die induktive Wirkung der Drossel 40 im Ausgangsteil bewirkt weniger Strom in der Last, wenn die Frequenz nach oben geht, da sich ihre Impedanz erhöht.

Mittels der Frequenzverschiebung kann auch eine Netz­ spannungsregelung erfolgen. Wird eine höhere Netz­ spannung an die Schaltung angelegt, dann erhöht sich die Spannung an der Wicklung 24. Dies bewirkt, daß eine höhere Spannung über der Wicklung 32 des Transfor­ mators 20 auftritt, was wiederum zur Folge hat, daß sich dieser mit steigender Frequenz früher sättigt. Mit steigender Frequenz erhöht sich auch die Impedanz der Drossel 40, was eine Kompensation der am Ausgang der Wicklung 39 erscheinenden höheren Spannung zur Folge hat.

Claims (4)

1. Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalttransistoren (17, 18) mit einer Primärwicklung (33) eines Wechselrichtertransformators (15) zum abwechselnden Anlegen von Leistung an eine Transfor­ mator-Primärwicklung (24) verbunden sind, daß die Sekundärwicklung (33) des Transformators (15) abwech­ selnd die Schalttransistoren (17, 18) treibt, daß die Leistung von der Sekundärwicklung (33) des Trans­ formators (15) über Widerstände (23, 34) an die Basen (21, 22) der Schalttransistoren (17, 18) angelegt wird, so daß diese abwechselnd in einem EIN-Zustand polarisiert werden, daß jedem Widerstand (23, 34) eine Diode (31, 30) parallel geschaltet ist, um die Impedanz für das Anlegen der negativ polarisierten Energie von der Sekundärwicklung (33) des Transfor­ mators (15) so niedrig als möglich zu halten, und daß zwischen die Basen (21, 22) der Schalttransistoren (17, 18) eine Vorrichtung geschaltet ist, die nach einer vorgegebenen Zeit die Basen miteinander ver­ bindet und nach Ablauf dieser Zeit einen Strom in der einen oder anderen Richtung leiten kann.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung (20), die zwischen die Basen (21, 22) der Schalttransistoren (17, 18) geschaltet ist, aus einer sättigbaren Induktivität besteht, deren Sättigung zur Verbindung der beiden Basen (21, 22) der Schalttransistoren (17, 18) mit einer niedri­ gen Impedanz nach einer vorgegebenen Zeit, beginnend mit dem ersten Anlegen von Treiberleistung an die Schalttransistoren (17, 18) führt, wobei die Zeit geringer ist als die Sättigung des Wechselrichter­ transformators (15).

3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die sättigbare Induktivität ein Transformator (20) ist, mit einer ersten Wicklung (32), die die Aufgabe einer Drossel ausführt, und einer zweiten Wicklung, die zum Vergrößern oder Verringern der Zeit geschaltet ist, die zum Erreichen der Sättigung erforderlich ist.

4. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Wicklung des Wechselrichtertransformators (15) ein Ausgangssignal zur Speisung einer Schaltungslast über eine Drossel abgeleitet wird, die mit der Schaltungslast in Reihe geschaltet ist.