DE4124712A1 - Elektronisches vorschaltgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltge­ rät für Leuchtstofflampen mit einem in Halbbrückenschaltung be­ triebenen Wechselrichter, der einen Serien-Resonanzkreis speist und der in jedem Brückenzweig einen Leistungs-MOSFET enthält, mit einem Halbleiterschalter, dessen Lastkreis zwischen dem Sourceanschluß und dem Gateanschluß einer der MOSFET angeschlos­ sen ist und der bei Übersteigen eines vorgegebenen Lampenstroms leitend gesteuert wird und den MOSFET abschaltet.

Ein elektronisches Vorschaltgerät mit diesen Merkmalen ist z. B. in der Zeitschrift "Siemens Components" 24 (1986), Heft 3, Seite 103 bis 107 beschrieben worden. Es enthält einen aus einer Halbbrückenschaltung mit transformatorisch rückgekoppel­ ten Leistungs-MOSFET bestehenden Wechselrichter, der einen Serien-Schwingkreis speist. Der Kondensator des Serien-Schwing­ kreises liegt parallel zur Entladungsstrecke der Lampe. Im un­ gezündeten Zustand liegt an den Zündelektroden der Lampen eine sehr hohe Spannung. Dabei fließt ein Strom, der den Betriebs­ strom der Lampe um das Mehrfache übersteigt.

Dieser hohe Strom muß zeitlich begrenzt werden, da sonst die Leistungs-MOSFET überlastet werden. Beim bekannten Vorschalt­ gerät ist dazu ein RC-Glied vorgesehen, dessen Kondensator mit einem dem Strom in der Vorzündphase proportionalen Strom aufge­ laden wird. Nach einer vorgegebenen Zeit übersteigt die Span­ nung am Kondensator einen vorgegebenen Wert. Damit wird eine Anordnung mit Thyristorfunktion leitend gesteuert, die ihrer­ seits einen Transistor einschaltet, der zwischen dem Gatean­ schluß und dem Sourceanschluß des an Masse liegenden Leistungs- MOSFET angeschlossen ist. Dadurch wird einer der beiden MOSFET der Halbbrücke gesperrt, so daß der Schwingungsvorgang aufhört und die erfolglose Zündphase beendet ist.

Die bekannte Schaltung erfordert einen relativ großen Aufwand und verursacht wegen Kondensatorleckströmen und Toleranzen der Zündströme eine erhebliche Streubreite der Abschaltverzögerung. Ziel der Erfindung ist es, ein Vorschaltgerät der angegebenen Gattung zu vereinfachen und zu verbessern.

Dies wird gemäß einer ersten Alternative dadurch erreicht, daß der Halbleiterschalter ein in thermischem Kontakt mit dem MOSFET stehendes Halbleiterbauelement mit Kippcharakteristik ist, und daß das Halbleiterbauelement durch die Temperatur des MOSFET leitend gesteuert wird, wenn sie einen vorgegebenen Wert über­ steigt.

Gemäß einer zweiten Alternative wird das Ziel dadurch erreicht, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein Transistor ist, daß der Transistor von einem Halbleiterbauelement mit Kippcharakteris­ tik leitend gesteuert wird, das in thermischem Kontakt mit dem MOSFET steht und daß das Halbleiterbauelement durch die Tem­ peratur des MOSFET leitend gesteuert wird, wenn sie einen vor­ gegebenen Wert übersteigt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Ver­ bindung mit der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Die Anordnung nach Fig. 2 stellt eine gegenüber der Anordnung nach Figur l vereinfachte Variante dar. Gleiche Teile der Schaltungen sind in den beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schaltung nach Anordnung 1 enthält zwei bezüglich ihrer Laststrecken (Drain-Source-Strecken) in Reihe geschaltete Leistungs-MOSFET 8, 9. Der Drainanschluß D des MOSFET 8 ist mit einem ersten Eingangsanschluß 15 verbunden, der Sourcean­ schluß S des MOSFET 9 mit einem zweiten Eingangsanschluß 16. Der Knoten zwischen den MOSFET 8, 9 ist einerseits über einen Widerstand 14 mit dem Eingangsanschluß 15 und andererseits mit der Primärwicklung 5 eines Übertragers 4 verbunden. Der Über­ trager 4 hat zwei Sekundärwicklungen 6, 7, die über je einen Widerstand zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß des MOSFET 8 bzw. des MOSFET 9 angeschlossen sind. Ihr Wicklungssinn ist derart, daß der MOSFET 8 dann leitend gesteuert wird, wenn an der Primärwicklung an dem mit einem Punkt bezeichneten Ende eine positive Spannung auftritt. Entsprechend ist die Sekundär­ wicklung 7 derart gepolt, daß der MOSFET 9 bei einer am mit dem Punkt bezeichneten Ende der Primärwicklung 5 auftretenden ne­ gativen Spannung leitend gesteuert wird. Das andere Ende der Primärwicklung ist über eine Drossel 3 mit einer ersten Zünd­ elektrode einer Leuchtstofflampe 1 verbunden. Beide Zündelek­ troden sind über einen Kondensator 2 miteinander verbunden. Die zweite der Zündelektroden liegt über einen ersten Koppelkonden­ sator 10 am Eingangsanschluß 15 und über einen zweiten Koppel­ kondensator 11 am Eingangsanschluß 16.

Mit dem MOSFET 9 steht ein Thyristor 18 in thermischem Kontakt. Der Anodenanschluß des Thyristors 18 ist über einen Widerstand 20 und einen Kondensator 19 mit Masse (Anschluß 16), über einen Widerstand 21, eine Diode 22, einen Diac 12 und einen Wider­ stand 13 mit der Betriebsspannung am Anschluß 15 verbunden. Zwischen Gateanschluß und Sourceanschluß des MOSFET 9 liegt die Laststrecke (Kollektor-Emitter-Strecke) eines Bipolartransis­ tors, dessen Basisanschluß mit dem Kathodenanschluß des Thy­ ristors 18 verbunden ist.

Wird an die Anschlüsse 15, 16 eine Spannung gelegt, so lädt sich ein zwischen beiden Anschlüssen liegender Ladekondensator 25 und ein in Reihe mit dem Widerstand 13 geschalteter Konden­ sator 26 auf. Steigt die Spannung am Kondensator 26 an, so wird der Diac 12 über den Widerstand 13 leitend gesteuert und der MOSFET 9 beginnt zu leiten. Dabei fließt ein Strom vom Anschluß 15 durch den Koppelkondensator 10 zur zweiten Zündelektrode, durch den Kondensator 2 zur ersten Zündelektrode, durch die Drossel 3 und die Primärwicklung 5 des Übertragers 4 und durch den MOSFET 9 zum Anschluß 16. Der Stromfluß in der Primärwick­ lung 5 induziert in der Sekundärwicklung 7 eine Spannung, die den MOSFET 9 noch mehr leitend steuert. Hierdurch wird der aus der Drossel 3 und dem Kondensator 2 bestehende Serien- Resonanz­ kreis zum Schwingen angeregt und es wird abwechselnd der MOSFET 8 und 9 über die Sekundärwicklung 6 bzw. 7 leitend gesteuert.

In der Zündphase fließt ein hoher Strom, der, wie eingangs er­ wähnt, das Mehrfache des Lampen-Nennstroms beträgt. Dieser er­ höhte Stromfluß muß daher auf einige Sekunden begrenzt werden. Dies geschieht durch den in thermischem Kontakt mit dem MOSFET 9 stehenden Thyristor 18, der bei Übersteigen einer vorgegebenen Temperatur, z. B. bei 150°C, leitend gesteuert wird. Damit kann sich der über den Diac 12, die Diode 22, den Widerstand 21 aufgeladene Kondensator 19 über den Widerstand 20 und den Thyristor 18 entladen und den Bipolartransistor 24 leitend steuern. Dessen Arbeitspunkt wird mit dem Widerstand 23 einge­ stellt, der zwischen seinem Basisanschluß und seinem Emitter­ anschluß liegt. Mit dem Zünden des Thyristors wird die Gate- Source-Kapazität des MOSFET 9 entladen und der MOSFET 9 wird gesperrt. Damit wird der durch die Leuchtstofflampe 1 fließende Zündstrom unterbrochen. Eine Überlastung der MOSFET 9, 8 wird damit vermieden.

Der Bipolartransistor 24 bleibt leitend, bis der durch den Thyristor 18 fließende Strom nicht mehr ausreicht, ihn leitend zu halten. Dies ist dann der Fall, wenn der Haltestrom des Thyristors unterschritten wird und dieser in seinen gesperrten Zustand zurückkippt. Der Thyristor soll erst sperren, wenn der Fehler für das Nichtzünden der Lampe (z. B. defekte Entladungs­ strecke) beseitigt ist. Deshalb bezieht der Thyristor seinen Haltestrom über die Diode 17 und Widerstand 13 direkt aus der Versorgungsspannung. Erst das Abschalten der Versorgungsspan­ nung führt zur Unterschreitung des Haltestromes und ermöglicht anschließend einen neuen Startversuch.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß der Thyristor 18 anodenseitig über die Diode 22 an den Gateanschluß und kathodenseitig direkt an den Sourceanschluß des MOSFET 9 geschaltet ist. Übersteigt die Temperatur des MOSFET 9 eine vorgegebene Temperatur, so wird der Thyristor 18 gezündet und schließt die Gate-Source-Kapazi­ tät des MOSFET 9 direkt kurz. Dieser wird damit gesperrt, und die Zündphase ist beendet, ohne daß die Lampe gezündet hat. Der Haltestrom des Thyristors wird wie nach Fig. 1 über die Diode 17 und Widerstand 13 direkt aus der Versorgungsspannung geliefert. Die Diode 22 verhindert, daß der Haltestrom für den Thyristor unwirksam über die Wicklung 7 abfließt.

Anstelle des Thyristors kann auch ein Triac oder ein Diac oder jedes Halbleiterbauelement mit Kippcharakteristik verwendet werden. Im Fall der Anordnung nach Fig. 2 muß die Summe der Durchlaßspannungen des Kippelementes und der Diode 22 so be­ messen sein, daß sie kleiner ist als die Einsatzspannung des MOSFET 9.

Claims (6)

1. Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit einem in Halbbrückenschaltung betriebenen Wechselrichter, der einen Serien-Resonanzkreis speist und der in jedem Brückenzweig einen Leistungs-MOSFET enthält, mit einem Halbleiterschalter, dessen Lastkreis zwischen dem Sourceanschluß und dem Gatean­ schluß einer der MOSFET angeschlossen ist und der bei Über­ steigen eines vorgegebenen Lampenstroms leitend gesteuert wird und den MOSFET abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein in thermischem Kontakt mit dem MOSFET (9) stehendes Halbleiterbauelement mit Kippcharakteristik ist, und daß das Halbleiterbauelement durch die Temperatur des MOSFET leitend gesteuert wird, wenn sie einen vorgegebenen Wert übersteigt.

2. Elektronisches Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen mit einem in Halbbrückenschaltung betriebenen Wechselrichter, der einen Serien-Resonanzkreis speist und der in jedem Brückenzweig einen Leistungs-MOSFET enthält, mit einem Halbleiterschalter, dessen Lastkreis zwischem dem Sourceanschluß und dem Gatean­ schluß einer der MOSFET angeschlossen ist und der bei Über­ steigen eines vorgegebenen Lampenstroms leitend gesteuert wird und den MOSFET abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleiterschalter ein Transistor (24) ist, daß der Transistor von einem Halbleiterbauelement mit Kippcharakteri­ stik leitend gesteuert wird, das in thermischem Kontakt mit dem MOSFET (9) steht und daß das Halbleiterbauelement durch die Temperatur des MOSFET leitend gesteuert wird, wenn sie einen vorgegebenen Wert übersteigt.

3. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leiterbauelement ein Thyristor ist.

4. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leiterbauelement ein Triac ist.

5. Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leiterbauelement ein Diac ist.

6. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche l bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb­ leiterkörper im Gehäuse des MOSFET eingebaut ist.