DE4201744A1 - Extra circuit for LV halogen lamp adaptor - carries out forced interruption of oscillation at end of each mains half-wave - Google Patents
Extra circuit for LV halogen lamp adaptor - carries out forced interruption of oscillation at end of each mains half-waveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Zusatzschaltung in einem Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Niedervolthalogenlampen werden von einem Transformator oder Schaltnetzteil gespeist, die Strom und Spannung um setzen. Bei einem Schaltnetzteil, das im Lastbereich einer maximalen Last zu einer minimalen Last im Verhältnis 2 : 1 arbeitet, sind durch entsprechende Dimensionierung des be kannten Halbbrückenwandlers und der bekannten Kurzschluß schaltung die erforderlichen Funktionen, wie Abreißen der Schwingung des Halbbrückenwandlers mit regelndem Eingrei fen der Kurzschlußschaltung zu erfüllen und ebenso auch eine Helligkeitssteuerung durch variablen Phasenanschnitt zu erreichen. Diese bekannte Schaltung ist allerdings nicht in der Lage, bei großen Lastbereichen im Verhältnis 5 : 1 die vorerwähnten Funktionen zu gewährleisten.The invention relates to an additional circuit in one Switched-mode power supply according to the preamble of patent claim 1. Low-voltage halogen lamps are powered by a transformer or switched-mode power supply that supplies current and voltage put. With a switching power supply that is in the load range of a maximum load to minimum load in a ratio of 2: 1 works by appropriate dimensioning of the be knew half-bridge converter and the known short circuit circuit the necessary functions, such as tearing off the Vibration of the half-bridge converter with regulating entry fen to fulfill the short circuit and also also brightness control through variable phase control to reach. However, this known circuit is not able to handle large load ranges in a 5: 1 ratio to ensure the aforementioned functions.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zu satzschaltung für ein Schaltnetzteil zum Betrieb von Nieder volthalogenlampen zu entwickeln, die bewirkt, daß bei fester Kopplung des Halbbrückenwandlers das Schaltnetzteil auch bei sehr großen Leistungen und Kurzschluß nicht über mehr als eine Netzhalbwelle durchschwingt und dann wieder neu gezündet werden muß. The invention is therefore based on the object set circuit for a switching power supply to operate Nieder Developing halogen lamps that cause solid Coupling the half-bridge converter also the switching power supply with very large outputs and short circuits no more as a network half-wave swings through and then new again must be ignited.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the license plate of the specified features solved.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nunmehr auch für große Lastbereiche von Schaltnetz teilen obiger Art für Niedervolthalogenlampen ein wirkungs voller Schutz erreicht wird. Mögliches Flackern der ange schlossenen Lampen und Kurzschlußgefahren werden damit sicher vermieden.The advantages achieved by the invention are that now also for large load ranges of switching networks share the above type for low-voltage halogen lamps full protection is achieved. Possible flickering of the closed lamps and short-circuit hazards safely avoided.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungs figuren 1 bis 6 dargestellt und wird im folgenden in Ver bindung mit den bekannten schaltungstechnischen Merkmalen näher erläutert. Dabei zeigt:An embodiment of the invention is shown in the drawing figures 1 to 6 and is explained in more detail below in connection with the known circuitry features. It shows:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines bekannten Halbbrückenwandlers mit Zündschaltung; Figure 1 is a schematic diagram of a known half-bridge converter with ignition circuit.
Fig. 2 resultierende Schwingungsformen aus Fig. 1; FIG. 2 resulting waveforms from FIG. 1;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer bekannten Kurzschlußschaltung; Fig. 3 is a schematic diagram of a known short circuit;
Fig. 4 eine resultierende Schwingungsform aus Fig. 3; FIG. 4 shows a resulting waveform from FIG. 3;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der erfindungs gemäßen Zusatzschaltung in Verbindung mit den bekannten schaltungstechnischen Merkmalen aus den Fig. 1 und 3; Fig. 5 is a schematic diagram of the additional circuit according to the Invention in connection with the known circuitry features of Figs. 1 and 3;
Fig. 6 resultierende Schwingungsformen aus Fig. 5. Fig. 6 resulting waveforms of Fig. 5.
Gemäß Fig. 1 wird die Netzwechselspannung 230 Volt am Gleichrichter GL gleichgerichtet und beginnt am Anfang jeder Halbwelle die Kondensatoren C1, C2 und über RZ den Zündkondensator CZ aufzuladen. Ubersteigt die Spannung an CZ die Zündspannung des Diac, so fließt ein Strom in die Basis von Transistor T2; der Transistor T2 schließt und zieht Strom aus C1 über Tr1 primärseitig und Tr2 primär seitig. Die Rückkopplungswicklungen des Ringkernübertragers Tr2 sind so gepolt, daß jetzt eine Spannung an der Basis- Emitterstrecke des Transistors T2 steht, die den Stromfluß unterstützt, an der Basis-Emitterstrecke des Transistors T1 aber eine Sperrspannung anliegt. Am Collector von T2 liegt die Spannung sehr nahe an Massepotential; CZ wird also über die Diode D entladen. Der Zustand hält an, bis der Ringkernübertrager Tr2 in die Sättigung kommt. Der Strom durch T2 nimmt ab, die Spannung an Punkt C steigt, und damit wird das Schließen von T1 und das Öffnen von T2 eingeleitet. Es handelt sich also um eine selbstschwin gende Halbbrückenschaltung. Aus den resultierenden Schwin gungsformen nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß am Ende der Halbwelle aufgrund der niedrigen Spannung an Punkt A und damit auch in der Mitte, gebildet aus den Kondensatoren C1 und C2, der Strom über Tr1 und Tr2 nicht mehr ausreicht, um eine zum Schließen der Transistoren notwendige Basis spannung in den Koppelwindungen zu erzeugen. Die Schwin gung reißt ab. Nach Aufladen des Zündkondensators CZ be ginnt der Zyklus von Neuem.Referring to FIG. 1, the AC line voltage is rectified 230 volts at the rectifier GL and each half cycle starts at the beginning, the capacitors C 1, C 2 and R Z of the ignition capacitor C Z charge. If the voltage at C Z exceeds the ignition voltage of the diac, a current flows into the base of transistor T 2 ; the transistor T 2 closes and draws current from C 1 via T r1 on the primary side and T r2 on the primary side. The feedback windings of the toroidal transformer T r2 are polarized so that there is now a voltage at the base-emitter path of the transistor T 2 , which supports the current flow, but a reverse voltage is present at the base-emitter path of the transistor T 1 . At the collector of T 2 the voltage is very close to ground potential; C Z is therefore discharged via diode D. The state continues until the toroidal transformer T r2 saturates. The current through T 2 decreases, the voltage at point C rises, and thus the closing of T 1 and the opening of T 2 are initiated. So it is a self-oscillating half-bridge circuit. From the resulting waveforms of Fig. 2 it can be seen that at the end of the half-wave due to the low voltage at point A and thus also in the middle, formed from the capacitors C 1 and C 2 , the current through T r1 and T r2 not is more sufficient to generate a necessary base voltage in the coupling turns for closing the transistors. The vibration breaks off. After charging the ignition capacitor C Z, the cycle begins again.
Das jeweilige Starten der Schwingung hat den Vorteil, daß man durch Verändern der Zeitkonstante von RZ und CZ auf verhältnismäßig einfache Weise einen variablen Phasenan schnitt und damit zugleich auch eine Helligkeitssteuerung für die Schaltung erhält. The respective starting of the oscillation has the advantage that a variable Phases cut by changing the time constant of R Z and C Z in a relatively simple manner and thus also obtains a brightness control for the circuit.
Für einen sekundärseitigen Kurzschlußschutz ist inzwischen auch eine Schaltung bekannt geworden, wie sie die Fig. 3 mit resultierender Schwingungsform in Fig. 4 zeigt. Daraus ist ersichtlich, daß bei Kurzschluß der Kondensator CL über den Widerstand RL aufgeladen wird (RL « RA; RB). Der Transistor TK schließt und verhindert ein Aufladen von CZ. Während der Entladezeit des Kondensators CL erfolgt kein Schwingungsanstoß. Am Ende der Entladephase wird der Durch laßwiderstand der Collector-Emitterstrecke des Transistors TK höher und schließlich erreicht die Spannung an CZ wie der die Durchbruchspannung des Diac. Fig. 4 zeigt den Kurz zeitbetrieb der Transistoren über eine halbe Netzhalbwelle τn, wobei die Pausenzeit (zur Wärmeabführung) über die Widerstände RA und RB dimensioniert werden kann und strom proportional ist.In the meantime, a circuit has also become known for secondary-side short-circuit protection, as is shown in FIG. 3 with the resulting waveform in FIG. 4. From this it can be seen that in the event of a short circuit the capacitor C L is charged via the resistor R L (R L «R A ; R B ). The transistor T K closes and prevents charging of C Z. There is no vibration initiation during the discharge time of the capacitor C L. At the end of the discharge phase, the on-resistance of the collector-emitter path of the transistor T K becomes higher and finally the voltage at C Z reaches the breakdown voltage of the diac. Fig. 4 shows the short-time operation of the transistors over half a network half-wave τ n , the pause time (for heat dissipation) can be dimensioned via the resistors R A and R B and is current proportional.
In dem Moment, wo größere Leistungsbereiche vom Schaltnetz teil gefordert werden, treten mit dieser einfachen Schal tung Probleme auf. Voraussetzung für einwandfreie Funktion in allen Situationen ist das Abreißen der Schwingung, denn nur in diesem Fall kann die Kurzschlußschaltung regelnd eingreifen oder kann eine Helligkeitssteuerung durch varia blen Phasenanschnitt durchgeführt werden. Wie eingangs be reits erwähnt, kann diese Bedingung bei einem Leistungsbe reich im Verhältnis 2 : 1 durch entsprechende Dimensionie rung der Halbbrücke und der Kurzschlußschaltung erreicht werden, bei einem Leistungsbereich im Verhältnis 5 : 1 hingegen nicht mehr, und zwar aus folgenden Gründen: Zum einen muß die Rückkopplung auch bei niedrigen Collector strömen so fest sein, daß mit dem ersten Zündimpuls am Anfang der Netzhalbwelle die Eigenschwingung sicher ein setzt. Wäre das nicht der Fall, erhielte man einen wech selnden Schwingeinsatz der sich mit Flackern der Hellig keit der angeschlossenen Lampen bemerkbar machen würde. Mit erforderlicher festerer Kopplung wird aber auch die zur Verfügung stehende Basisspannung aus der Rückkopplungs wicklung am Ende der Halbwelle und damit der Strom in der Basis größer, so daß selbst bei kleinen Collector-Emitter spannungen die Eigenschwingung aufrechterhalten wird. Der Zündimpuls ist nicht mehr vorhanden, die Schaltung schwingt dauernd, und bei Kurzschluß oder großer Überlast führt dies zur Zerstörung der Transistoren.The moment when larger power ranges from the switching network be challenged with this simple scarf problems. Prerequisite for perfect function in all situations the vibration is torn off because only in this case can the short circuit regulate intervene or can a brightness control by varia blen phase control. As at the beginning This condition can already be mentioned in a performance assessment rich in a ratio of 2: 1 through appropriate dimensions tion of the half-bridge and the short-circuit circuit reached with a performance range in the ratio 5: 1 however, no longer, for the following reasons: the feedback must be one even with a low collector flow so firmly that with the first firing pulse on The natural vibration at the beginning of the network half-wave puts. If this were not the case, one would get a change selfless swinging use of the flickering of the Hellig would make the connected lamps noticeable. With However, the firmer coupling required is also used for Available base voltage from the feedback winding at the end of the half wave and thus the current in the Base larger so that even with small collector emitters tensions the natural vibration is maintained. The Ignition pulse is no longer present, the circuit oscillates continuously, and in the event of a short circuit or a large overload, this leads to destroy the transistors.
Zum anderen sinkt die UBE der Transistoren mit der vor handenen Wärme bei Gerätebetrieb. Damit und durch wärme bedingte IC/IB-Zunahme rutscht die Schwelle, ab der ein Durchschwingen erfolgt, zu kleinen Werten hin. Das bedeu tet, wenn bei Anlauf im kalten Zustand dieses Durchschwin gen erst bei Kurzschluß auftrat, kann es auch schon mit zunehmender Wärme bei Vollast geschehen. Es ist auch er forderlich, daß die Kurzschlußschaltung beibehalten wird, da sonst ein Anlauf des Gerätes mit kalten Lampen lange Zeiten bei dem relativ einfachen Aufbau des Halbbrücken wandlers in Anspruch nehmen würde.On the other hand, the U BE of the transistors decreases with the existing heat during device operation. As a result of this and due to the heat-related increase in I C / I B , the threshold from which a swinging takes place slips down to small values. This means that when this start-up occurred in the cold state when there was a short circuit, it can also happen with increasing heat at full load. It is also necessary that the short circuit is maintained, otherwise a start of the device with cold lamps would take long times with the relatively simple construction of the half-bridge converter.
Aus diesen vorgenannten Gründen muß gefolgert werden, daß nur eine zwangsweise Unterbrechung der Schwingung in den Nulldurchgängen der Netzhalbwelle die Schwierigkeiten be seitigen kann, ohne andere Einbußen an der Qualität der be kannten Schaltung hinnehmen zu müssen. Diese Unterbrechung der Schwingung im Nulldurchgang der Netzhalbwelle ist Gegen stand der Erfindung und ist als Zusatzschaltung 5c in Fig. 5 in Verbindung mit der zuvor erläuterten selbstschwingenden Halbbrückenschaltung 5a und Kurzschlußschaltung 5b darge stellt.For these aforementioned reasons, it must be concluded that only a forced interruption of the oscillation in the zero crossings of the network half-wave can overcome the difficulties without having to accept other losses in the quality of the known circuit. This interruption of the oscillation in the zero crossing of the network half-wave is subject-matter of the invention and as an additional circuit 5 c in Fig. 5 in connection with the previously described self-oscillating half-bridge circuit 5 a and short circuit 5 b Darge provides.
Die Beschaltung dieser Zusatzschaltung 5c ist mit ent sprechend dimensionierten Elektronikbausteinen auszuführen. Von der Brückenspannung E (Fig. 5a) aus wird CLE, solange das Potential an E höher ist als an der Zenerdiode ZD, auf die Zenerdiodenspannung aufgeladen. Dies kann ohne weite res über einen Inversbetrieb des Transistors TLE erfolgen, so daß in diesem Falle der Widerstand RV2 aus der Schal tung entfallen kann. Sinkt die Spannung an Punkt B (Fig. 5a) unter die Zenerspannung, so wird die Collector-Emitter strecke des Transistors TLE geschlossen und es fließt ein Strom in die Basis des Transistors TU. Die Collector-Emit terstrecke des Transistors TU schließt und an der Basis des Transistors T2 bleibt lediglich die Spannung UCESAT des Transistors TU stehen, und damit wird ein Weiterschwin gen der Halbbrückenschaltung unterbunden. Die Entladezeit τE (Fig. 6) des Kondensators CLE über den Widerstand RV1 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors TU ist in jedem Fall kürzer als die Aufladezeit des Zündkondensators CZ über den Widerstand RZ (Fig. 5a), so daß diese Zusatz schaltung im normalen Betrieb an der Schwingungszeit pro Halbwelle der Halbbrückenschaltung nichts ändert. In jeder Betriebsart, das heißt Normalbetrieb über großen Lastbe reich, Betrieb mit Überlast, Kurzschluß direkt usw., garan tiert diese Zusatzschaltung 5c eine Zwangsabschaltung der Schwingung am Ende der Netzhalbwelle, so daß der Einfluß der Zündung mit CZ erhalten bleibt. Damit bleibt natür lich auch weiterhin die Möglichkeit vorhanden, ein Dimmen manuell durch Vergrößern des Vorwiderstandes RZ (Fig. 5a) oder ein automatisches Herunterdimmen bei Temperaturer höhung im Gerät durch Einfügen eines Kaltleiters zwischen RZ und CZ zu erreichen. Bei kontinuierlichem direktem Kurzschluß an den Wandler-Sekundärklemmen oder Kurzschluß am Ende einer angeschlossenen Sekundärleitung wird durch die erfindungsgemäße Zusatzschaltung die Schwingung auf die Dauer einer halben Netzhalbwelle begrenzt; danach er gibt sich bis zur nächsten Zündung eine Pausenzeit, die aus Aufladungshöhe und Entladezeit von RLCL und CLRARB bestimmt wird.The wiring of this additional circuit 5 c is to be carried out with appropriately dimensioned electronic components. From the bridge voltage E ( FIG. 5a), C LE is charged to the Zener diode voltage as long as the potential at E is higher than at the Zener diode ZD. This can be done without further res via an inverse operation of the transistor T LE , so that in this case the resistor R V2 from the scarf device can be omitted. If the voltage at point B ( FIG. 5a) drops below the Zener voltage, the collector-emitter path of the transistor T LE is closed and a current flows into the base of the transistor T U. The collector-emitter path of the transistor T U closes and at the base of the transistor T 2 only the voltage U CESAT of the transistor T U remains, and thus a further oscillation of the half-bridge circuit is prevented. The discharge time τ E ( FIG. 6) of the capacitor C LE via the resistor R V1 and the base-emitter path of the transistor T U is in any case shorter than the charging time of the ignition capacitor C Z via the resistor R Z ( FIG. 5a), so that this additional circuit does not change anything in normal operation on the oscillation time per half-wave of the half-bridge circuit. In any mode, that is normal operation over large Lastbe rich, operation with overload, short circuit directly, etc., this additional circuit 5 c guarantees a forced shutdown of the oscillation at the end of the network half-wave, so that the influence of the ignition with C Z is preserved. This of course also continues to offer the possibility of dimming manually by increasing the series resistor R Z ( FIG. 5a) or automatically dimming down when the temperature rises in the device by inserting a PTC thermistor between R Z and C Z. In the event of a continuous direct short circuit at the converter secondary terminals or a short circuit at the end of a connected secondary line, the additional circuit according to the invention limits the oscillation to half a network half-wave; then he gives himself a pause until the next ignition, which is determined from the charge level and discharge time of R L C L and C L R A R B.
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