DE3526230A1 - Hochfrequenz-vorschaltgeraet fuer niederdruckentladungslampen beliebiger leistungen - Google Patents

Description

Nach dem Stand der Technik im Bereich Hochfrequenz-Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen sind verschiedene Ausführungen bekannt, die auch dem Handel zur Verfügung stehen.

Nach dem heutigen Stand der Technik sind diese Hochfrequenz-Vorschaltgeräte relativ teuer und in der Leistung begrenzt, weil beim Ausschalten des ersten Transistors die Elektronen nicht weggeräumt werden und somit beim Einschalten des zweiten Transistors kurzzeitig ein Kurzschluß entsteht, der damit die Leistung eingrenzt.

Dieser Kurzschlußstrom ist abhängig von der zu schaltenden Leistung, dadurch wird die Hochfrequenz-Leistung, wo Ströme größer als 0,2 A fließen, mit kostengünstigen Mitteln aufzubauen eingegrenzt, wenn der Frequenzbereich größer 10 KHz liegt und Leistungen mit einer Transistorstufe um 60 W geschaltet werden.

Der Neuheit der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges elektronisches Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen zu schaffen, das beliebige Leistungsgrößen einzeln und in Kombination, je nach Auslegung der Schaltglieder betreiben kann.

In der Schaltung - wie in Fig. 1 - dargestellt, sind die Transistoren 10 u. 14 so angeordnet, daß ein Kurzschlußstrom nur über Verbraucher - wie Fig. 1, 16, 17, 18, 19 u. 21 - über die Lampen u. Drossel fließen kann.

Die Schaltung wird von Netz 220 V über den Netzfilter, das ist die Kombination Drossel 2 u. 3 wo jede Drossel in ein Potential geschaltet ist. Des weiteren ist dem Netzfilter der Kondensator 5 und Varistor 4 zugeordnet.

Über den Gleichrichter 6 wird die 50 oder 60 Hz-Wechselspannung gleichgerichtet und mit Kondensator 7 geglättet so daß die Spannung 310 V beträgt.

Von dem Hochfrequenzgenerator - wie Fig. 5 - werden die Steuerimpulse auf die Transistoren 26 u. 27 - Fig. 1 - gegeben. Die Schaltfrequenz sollte vorzüglich im Bereich 20 bis 50 KHz liegen, wobei die Transistoren 26 u. 27 mit den Frequenzimpulsen 23 u. 24 abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden.

Im Nulldurchgang 25 sind beide Transistoren ausgeschaltet. Die Lampen sind zwischen den Transistorleitungen 12 u. 15 geschaltet.

Die positive Transistorleitung 15 ist an Minus über Kondensator 9 geschaltet. Umgekehrt ist die negative Transistorleitung an Plus über Kondensator 8 geschaltet.

Beim Einschalten der Hochfrequenz wird ein Transistor leitend z. B. Transistor 27 durch Ansteuerung der Basis 14 wird in Richtung von 13 nach 15 der Transistor leitend, damit wird Kondensator 9 positiv aufgeladen und gleichzeitig wird über die Lampen 16 u. 17 u. 19, sowie Strombegrenzungsdrossel 18 u. 20 die negative Ladung aus Kondensator 8 entladen.

Im umgekehrten Sinne: wenn Transistor 27 gesperrt ist, wird über Basis 10 der Transistor 26 eingeschaltet und schaltet in der Stromrichtung von 11 nach 12 durch, wobei die positive Entladung von Kondensator 9 über die Lampen erfolgt, und der Kondensator 8 negativ geladen wird.

Damit der Einschaltstrom zu den Kondensatoren nicht zu hoch wird, sind jeweils die Drossel 28 u. 29 den Kondensatoren vorgeschaltet. Diese Drosseln können auch Luftspulen sein.

Mit dieser Schaltungsanordnung können sich die Transistoren auch kurzzeitig im Takt überschneiden, ohne daß ein Kurzschluß entsteht, weil die Verbraucher = Lampen mit Strombegrenzung zwischengeschaltet sind.

Sind keine Verbraucher = Lampen eingesetzt, kann überhaupt kein Strom fließen, da in der Schaltung - Fig. 1 - über die Lampen kein Strom fließt und die Kondensatoren 8 u. 9 aufgeladen werden und nicht entladen werden.

Die Kondensatoren 8 u. 9 werden abwechselnd aufgeladen, somit wird der durch die Lampe fließende Strom vorher direkt von der jeweiligen Versorgung über das jeweilige Schaltglied = Transistor und die Dämpfungsdrossel im Kondensator geladen.

Durch diese Schalttechnik wird über die Lampen im durchgeschalteten Zustand eine Spannung zwischen + und - von 620 V erreicht.

In diesem Spannungsbereich können die Lampen auch in Tandem geschaltet werden, wobei eine Strombegrenzungsdrossel entfällt und somit der bei der Kondensatoraufladung fließende Blindstrom wieder kompensiert wird.

In Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, wo die Frequenztransistoren 2 u. 3 so geschaltet sind, daß ein Kurzschlußstrom fließen kann, wenn die Elektronen am Emitter des Transistors 2 und am Kollektor des Transistors 3 nicht vor dem Durchschalten abfließen können. Durch Einschalten der zusätzlichen Transistoren 13 u. 17 werden die vorhandenen Elektronen in die Kondensatoren 11 u. 18 abgeleitet, somit werden die Elektronen zwischen Emitter des Transistors 2 und dem Kollektor des Transistors 3 abgeleitet und ein kurzzeitiger Kurzschluß bei Hochfrequenz vermieden. In der Schaltung - Fig. 3 - wird in der vorgegebenen Frequenz der Transistor 2 eingeschaltet, wo ein Strom mit Spannung von +310 V über Diode 4 über die Lampen 7 u. 8 und Drossel 9 u. 10 zum Kondensator 6 fließt.

Mit der Sperrung des Transistors 2 wird der Transistor 17 eingeschaltet. Hierbei fließen die Elektronen vom Emitter des Transistors 2 zum Kondensator 18 ab. Der Elektronendruck aus dem Kondensator 6 über die Lampen wird über die Diode 4 gesperrt. Nachdem der Transistor 3 geschaltet hat, wird der Transistor wieder gesperrt. Der Entladestrom aus dem Kondensator 6 fließt über die Drossel 9 u. 10, sowie Lampen 7 u. 8 über Transistor 3 nach Minus, wobei auch Kondensator 18 über die Lampenstrecke entladen wird.

Dabei werden zwischen dem Emitter des Transistors 2 und dem Kollektor des Transistors 3, wenn der Transistor 3 gesperrt hat, wieder Elektronen gespeichert. Nach dem Sperren des Transistors 3 wird Transistor 13 eingeschaltet, der die gespeicherten Elektronen zum Kondensator 11 fließen läßt. Mit dem wiederholenden Frequenzablauf sperrt der Transistor 13, wenn Transistor 2 wieder eingeschaltet, wobei der Kondensator 11 über die Diode 15 entladen wird. Wie in der Schaltungsanordnung - Fig. 3 - beschrieben, werden die kurzschlußstromerzeugenden Elektronen zwischen den Einschaltzeiten der Transistoren 2 u. 3 abgeleitet, wodurch der leistungsmindernde Kurzschlußstrom unterbunden wird.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind zwischen den Transistoren 2 u. 11 die Dioden 3 u. 10 geschaltet. Zwischen den Dioden werden die Lampen 7 über Anschluß 6 versorgt. Die Neuheit dieser Schaltung ist, daß zwischen dem positiv schaltenden Transistor 2 und der Diode 3 ein Elektronenableitwiderstand eingesetzt ist.

Gleichzeitig ist zwischen der Diode 3 und Ableitwiderstand ein Meßglied 5 geschaltet, das kontrolliert, ob sich nach dem Sperren des positiv schaltenden Transistors 2 noch Elektronenstrom zwischen dem Emitter des Transistors 2 und der Kathode der Diode 3 befinden. Der negativ schaltende Transistor 11 wird erst vom Frequenzgeber eingeschaltet, wenn der Frequenzgeber vom Meßglied 5 das Signal erhalten hat, daß die Elektronen zwischen Emitter des Transistors 2 und Kathode der Diode abgeflossen sind.

In umgekehrter Richtung erfolgt der Vorgang zwischen dem Kollektor des negativ schaltenden Transistors 11 und der Anode der Diode 10.

Hier fließen die Elektronen über den Ableitwiderstand 13 und über Meßglied 12 wird kontrolliert, ob noch Elektronenstrom zwischen dem Kollektor des Transistors 11 und der Anode der Diode 10 vorhanden ist. Hier wird der positiv schaltende Transistor erst wiederum vom Frequenzgeber eingeschaltet, wenn vom Meßglied 12 das Signal gegeben wird, daß der Elektronenstrom abgeflossen ist.

Somit wird mit dieser Schaltungsanordnung ein Kurzschlußstrom durch die abfließenden Elektronen vermieden, sowie weiter, daß durch Fehlschaltung kein Kurzschlußstrom über beide Transistoren 2 u. 11 auftreten kann, weil sich die Leistungs-Transistoren 2 u. 11 gegenseitig kontrollieren. Mit der Schaltungsanordnung, wie in Fig. 2 beschrieben, können Transistoren oder ähnliche Schaltglieder für Hochfrequenz parallel geschaltet werden, wie in Fig. 4 dargestellt.

Um höhere Schaltleistungen im Hochfrequenzbereich von 20 KHz bis 50 KHz mit geringerem Material und Kostenaufwand zu erreichen, können die Schaltglieder in Fig. 4, als Transistoren dargestellt, parallel geschaltet werden. Wie die positiv schaltenden Transistoren Fig. 4, 4,1 bis 4,4, sowie die negativ schaltenden Transistoren Fig. 4,13 bis 4,16 dargestellt.

Die parallel geschalteten Transistoren 1 bis 4 sind mit der Emitterseite - wie in Fig. 2 - mit der Kathode der Diode 5 geschaltet. Zwischen der Emitterseite der Transistoren 1 bis 4 und der Kathode der Diode 5 ist der Elektronenwiderstand 7 und das Mißglied 6 geschaltet.

Die negativ schaltenden Transistoren 13, 14, 15 u. 16 sind parallel mit der Kollektorseite an der Anodenseite der Diode 10 geschaltet. Zwischen der Kollektorseite 13 bis 16 und Anodenseite 10 ist der Elektronenableitwiderstand 12 und das Meßglied 11 geschaltet.

Über die Meßglieder 6 u. 11 wird kontrolliert, ob die Transistoren gesperrt haben. Nach dem Abschalten = Sperren der Transistoren 1 bis 4 wird Strecke 17 zwischen der Transistorstufe 1 bis 4 und der Diode 5 über den Widerstand 7 die positive Ladung nach Minus geschaltet. Das Meßglied 6 mißt, ob die Strecke 17 noch positiv ist.

Wird von Meßglied 6 in 17 keine positive Ladung gemessen, gibt 6 dem Frequenzgeber das Signal, die negative Transistorstufe 13 bis 16 einzuschalten. Die Kontrollfunktion des Meßgliedes in der negativen Schaltstufe erfolgt mit gedrehten Potentialen, wie in der positiven Schaltstufe. Durch diese Schaltungsanordnung wird überwacht, ob alle parallel geschalteten Transistoren gesperrt sind. Somit kann diese Schaltung, der zu schaltenden Leistung entsprechend ein oder mehrere Schaltglieder in Fig. 4 als Transistoren dargestellt, parallel geschaltet werden.

Die Taktfrequenz des Impulsgenerators für die Schaltung nach Fig. 2, kann beliebig höher gewählt werden, da die Schaltfrequenz durch das Abräumen der Elektronen automatisch bestimmt wird.

Da die Transistoren, Triacs, Thyristoren usw. auch ihre inneren Leistungsgrenzen in Stromstärke und Frequenz haben, werden - wie in Fig. 4 dargestellt - die lastschaltenden Transistoren Fig. 4, 4,1 bis 4,4 und 4,13 bis 4,16 parallel geschaltet, um die geforderten Leistungen mit geringem Material- und Schaltungsaufwand realisieren zu können.

Diese wirtschaftliche Fertigung ist erst durch die neue Schaltungstechnik, wie in Fig. 5 dargestellt, möglich. Wie in Fig. 5 ist die Hochfrequenzleistungsstufe 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u. 8 Ausführung wie in Fig. 2 dargestellt. Die Leistungstransistoren 7 u. 8 werden über galvanisch- getrennte Überträger 9 u. 10 angesteuert. Für die Transistorstufe 7 werden die Elektronen über Widerstand 13 abgeräumt und in Meßpunkt 17 ausgewertet und an Informationsglied 18 gegeben. Nachdem von 18 festgestellt ist, daß 17 negativ ist = abgeräumt hat, wird von 18 ein Impuls auf den Zähler 19 gegeben. Der Zähler 19 zählt einen Schritt und gibt über 26 an Schaltstufe 22 die Schaltinformation über Überträger 11 u. 10 den Leistungstransistor 8 ein- und auszuschalten.

Nach dem Ausschalten des Transistors 8 wird über Widerstand 28 das Abräumen nach 27 in 14 u. 15 gemessen. Über Glied 16 wird an 18 die Information gegeben, daß abgeräumt ist, somit gibt 18 an Zähler 19 einen weiteren Impuls, der einen Schritt weiterzählt.

Durch das Aufzählen auf den zweiten Schritt wird über Löschglied 20 der Zähler auf Null gestellt und über Frequenzglied 21 und Überträger 12 der Leistungstransistor ein- und ausgeschaltet. Und somit beginnt der Frequenzablauf von vorne.

Der Zähler vermeidet, daß beim Herausnehmen von Lampen während des Betriebes, unkontrolliertes Schalten u.s.w., die Stufe nicht beschädigt und stabilisiert die Frequenzfolge.

Weitergehend werden über Kondensator 29 u. 30 die in der Schaltung vorhandenen Rückkopplungs-Elektronen bedämpft, die durch die hohe Frequenz als Spitzenstrom die Transistoren 7 u. 8 belasten.

Durch die Bedämpfung = Kompensierung mit den Kondensatoren 29 u. 30 können über die Transistoren 7 u. 8 größere Leistungen im Hochfrequenzbereich geschaltet werden.

Natürlich können anstelle der in der Beschreibung aufgeführten Transistoren durch Thyristoren, Triacs u.s.w. d. h. Schaltglieder, die immer dem Stand der Technik und Funktion entsprechen, eingesetzt werden.

Mit der Hochfrequenzschaltung für Leuchtstofflampen Fig. 1, 2, 3, 4, können Versorgungsmodule geschaffen werden, die eine oder mehrere Lampen betreiben, wobei die Lampen von ihrer Leistungsaufnahme unterschiedlich sein können, z. B. können in ein Versorgungsmodul von 400 W = 2 x 100 W Lampen, 3 x 58 W Lampen und eine 25 W Lampe angeschlossen werden.

Die Strombegrenzungsdrossel muß entsprechend der Lampe zugeordnet sein. Da die Strombegrenzungsdrossel in der Leistungsgröße auf die Lampe angepaßt sein muß, bietet sich diese Technik für eine wirtschaftliche Modulbauweise an, wo das Hochfrequenzversorgungsteil für eine maximale Versorgung ausgelegt ist, aber die Strombegrenzungsdrosseln der jeweiligen Lampe zugeordnet ist.

So kann man z. B. in Sonnenliegen mit einem 1500 W Hochfrequenzversorgungsmodul 12 × 100 W UVA-Lampen und 11 x 25 W UVA-Lampen betreiben.

Da im Lichtbereich auch die Wirtschaftlichkeit und Amortisation im Vordergrund stehen, soll das Modul eine oder mehrere Lampen betreiben. Wenn in Werkhallen, Kaufhäusern u.s.w. Lichtketten mit Leuchtstofflampen installiert sind, ist es wirtschaftliche, von einem Modul aus mehrere Lampen zu betreiben, wobei auf dem Modul auf gleicher Steckfassung die Strombegrenzungsdrossel gesteckt wird. Somit kann für den Bereich Hochfrequenz-Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen ein Vorschaltgerät gefertigt werden, das durch Umstecken der Strombegrenzungsdrossel mit jeder beliebigen Lampenleistung, sowohl gleicher, als auch unterschiedlicher Größe, betrieben werden kann.

Weitergehend im Lichtbereich kann das Modul von z. B. 230 W 4 Stück Lampen 58 W im Lichtbereich versorgen. Um hier die Nachrüstinstallation kostengünstig zu halten, sollten in der herkömmlichen Duoschaltung die vorhandenen Drosseln gegen eine Hochfrequenz-Drossel mit Kondensatormudol getauscht werden, und die vorhandenen Glimmstarter gegen - in eine Starterfassung gesetzte Kondensator-Widerstand- Kombination - gewechselt werden. Somit kann man ohne aufwendige Uminstallation vorhandene Lampen auf energiesparende Technik umrüsten.

Diese Technik sollte es erlauben, daß die Mehrinvestition sich durch Einsparung an Energiekosten nach einem Jahr amortisiert haben.

Bei Spannungsschwankungen ändert sich die Schaltfrequenz so, daß bei Unterspannung die Schaltfrequenz verkleinert wird und somit ein höherer Strom fließt, der die Leistung fast konstant hält.

Mit einer von außen gesteuertenFrequenzänderung kann die Intensität des Lichtes oder der UVA-Strahlung in Sonnenliegen geregelt werden.

In Sonnenliegen kann somit die Bestrahlungsintensität der Verträglichkeit des jeweiligen menschlichen Körpers zur Person eingestellt werden.

Claims (21)

1. Die Neuheit der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstoff- und UVA-Lampen mit einer Schaltfrequenz größer als 10 KHz - wie in Fig. 1, 2, 3, 4 u. 5 dargestellt - in dessen Frequenzbereich Versorgungs-Netzteile gefertigt werden, wo Niederdruckentladungslampen einzeln, mehrere, gleicher oder unterschiedlicher Größe angeschlossen werden können, wobei das Leistungsmodul für die jeweiligen Lampen ausgelegt wird, weil durch die Abräumkontrolle der Elektronen aus Emitter und Kollektor die Schaltfrequenz über ein Zählmodul gesteuert wird und somit kein kurzzeitiger Kurzschlußstrom fließen kann, der für die eingesetzten Bauteile eine Leistungssteigerung zurfolge hat, zu dem die Intensitätsfrequenz abhängig gesteuert werden kann und der Strom sich automatische nachregelt, wird die Lampenleistung konstant gehalten, wobei eine Zentralnetz-Versorgung geschaffen ist, wo Lampen beliebiger Leistungsgröße angeschlossen werden können.

2. Die Neuheit weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch das Abräumen der Elektronen ein Kurzschlußstrom in der Schaltfrequenz vermieden wird.

3. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abräumkontrolle Schaltglieder wie in Fig. 4 als Transistoren dargestellt, parallel geschaltet werden können, um die zu schaltende Leistung beliebig zu erhöhen.

4. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz abhängig vom Abräumen der Elektronen gesteuert wird.

5. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung Fig. 5 das Abräumen der Elektronen auswertet und ein entsprechendes Signal auf einen Zähler gibt.

6. Weitergehend zu 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler die Impulsfolge der Schaltfrequenz steuert.

7. Die Neuheit dadurch gekennzeichnet, wie in Fig. 1 dargestellt, daß der Lampenstrom in die Kondensatoren 8 u. 9 geladen wird und somit ein Kurzschlußstrom über die Schaltglieder vermieden wird.

8. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Abräumkontrolle der Elektronen elektronische Schaltglieder, wie in Fig. 4 dargestellt, parallel geschaltet werden können.

9. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß am Hochfrequenz- Vorschaltgerät wie in Fig. 1 bis Fig. 5 beschrieben, daß mehrere Leuchtstofflampen gleicher oder unterschiedlicher Leistungsgröße betrieben werden können.

10. Weitergehend zu 9 dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Vorschaltgerät ein oder mehrere Leuchtstoff- oder UVA-Lampen betrieben werden können.

11. Weitergehend zu 1 u. 9 dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Leistungsanpassung der Lampen über ein steckbares Induktiv-Kapazitäts-Modul erfolgt.

12. Weitergehend zu 11 dadurch gekennzeichnet, daß für Umrüstzwecke von der konventionellen Technik auf Hochfrequenz das Induktiv-Kapazitäts-Modul anstelle der vorhandenen Drossel eingesetzt wird.

13. Weitergehend zu 12 dadurch gekennzeichnet, daß das Startglied R-C-Kombination, wie in Fig. 1, 21 u. 22 dargestellt, in eine Starterfassung eingesetzt ist.

14. Weitergehend zu 12 dadurch gekennzeichnet, daß für Umrüstzwecke im Lichtbereich durch Auswechseln des vorhandenen Starters gegen ein Startglied Kosten für Uminstallation gespart werden.

15. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß für Solarien - Sonnenliegen ein elektronisches Vorschaltgerät erstellt wird, wo Lampen entsprechend der Leistungsanforderung beliebig angeschlossen werden.

16. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtbereich mehrere Leuchtstofflampen mit einem Vorschaltgerät betrieben werden, wobei das Verhältnis von Kosten und Nutzung optimiert wird.

17. Die Neuheit dadurch gekennzeichnet, wie in Fig. 5, 29 u. 30 dargestellt, daß durch die Bedämpfung der Rückkopplungs-Elektronen die Schaltleistung der Leistungstransistoren erhöht wird.

18. Weitergehend zu 17 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bedämpfung der Rückkopplungs-Elektronen höhere Leistungen mit kostengünstigeren Bauteilen geschaltet werden können.

19. Weitergehend zu 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei Spannungsschwankungen die Leistung nachgeregelt wird, indem bei Unterspannung die Frequenz kleiner wird und somit der Strom erhöht wird.

20. Weitergehend zu 19 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Nachregelung das Licht oder der UVA-Wert bei Spannungsschwankungen fast konstant bleibt.

21. Weitergehend zu 19, daß durch gesteuerte Frequenzänderung die Intensität des Lichtes oder der UVA-Strahlung geregelt werden können.