DE4222633C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von Leuchtstofflampen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von LeuchtstofflampenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur
Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von
Leuchtstofflampen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um Leuchtstofflampen aus einer Gleichspannungsquelle zu
betreiben, ist die Erzeugung einer Wechselspannung
erforderlich. Durch eine Leistungsregelung der
Leuchtstofflampe kann jedoch die Stromaufnahme stark
schwanken, so daß bei üblichen Wechselspannungsgeneratoren
die Betriebsspannung der Leuchtstofflampe ebenfalls stark
schwankt. Dadurch gerät die Leuchtstofflampe in
Betriebszustände, die entweder eine vorzeitige Alterung der
Leuchtstofflampe oder einen instabilen Betrieb zur Folge
haben.
Eine gattungsbildende Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspan
nung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe ist aus der US-PS 45 35 399 bekannt.
Diese Schaltungsanordnung enthält einen Kondensator und eine Induktivität, die
einen auf die Frequenz der Wechselspannung abgestimmten Reihenresonanzkreis
bilden. Dabei ist der Kondensator mit einem Pol der Gleichspannungsquelle verbun
den, während die Induktivität abwechselnd mit steuerbarem Tastverhältnis mit dem
einen oder mit anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbindbar ist. Die Wech
selspannung ist vom Kondensator abnehmbar. Die Amplitude der Wechselspannung
wird mit Hilfe eines Reglers zur Steuerung des Tastverhältnisses geregelt.
Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß der Regler nicht ausreichend schnell genug auf
Abweichungen zwischen Soll- und Istwert reagiert.
Erfindungsgemäß wird ein Istwertsignal, welches sehr schnell dem Scheitelwert der
Wechselspannung folgt, dadurch erzeugt, daß der Regler eine Amplitudenmeßein
richtung aufweist, welche einen auf den Scheitelwert der Wechselspannung auflad
baren Kondensator enthält, der vor dem Erreichen des folgenden Scheitelwertes
entladen wird.
Aufgrund dieser Anordnung kann innerhalb jeder Periode der Wechselspannung ein
Amplitudenwert gemessen werden. Vorteilhaft hierbei ist weiterhin, daß das Ergebnis
des Vergleichs zwischen dem Istwert und dem Vergleichsimpuls nicht von Phasen
schwankungen zwischen dem Vergleichsimpuls und der Wechselspannung beein
trächtigt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung eines Rechteck
signals mit steuerbarem Tastverhältnis ein Komparator vorgesehen ist, welchem
einerseits die Ausgangsspannung (Meßsignal) einer Amplitudenmeßeinrichtung und
andererseits aus der Wechselspannung abgeleitete Vergleichsimpulse zuführbar
sind. Dadurch bildet die Regelschleife gleichzeitig eine Mitkopplung, so daß die
Schaltungsanordnung ohne eine besondere Oszillatorschaltung schwingfähig ist.
Durch eine besondere Ausgestaltung dieser Weiterbildung, die darin besteht, daß
die Vergleichsimpulse symmetrisch sind mit einer Spitze, welche zeitlich im wesent
lichen beim Nulldurchgang der Wechselspannung liegt, wird die zur Mitkopplung er
forderliche Phasenbeziehung durch den Regelvorgang als solchen nicht beeinflußt.
Je nachdem, ob eine lineare oder eine nichtlineare Regelkennlinie im Einzelfall vor
teilhafter ist, kann ferner vorgesehen sein, daß die Vergleichsimpulse dreieckförmig
sind oder daß der Verlauf der Flanken der Vergleichsimpulse derart gewählt ist, daß
eine Kompensation von Nichtlinearitäten erfolgt. Insbesondere kann die Steilheit der
Impulsflanken in der Nähe der Mitte der Vergleichsimpulse am größten sein und nach außen geringer werden.
Eine andere Ausgestaltung ermöglicht eine vorteilhafte Erzeugung des Vergleichs
impulses dadurch, daß zur Erzeugung der Vergleichsimpulse eine erste Rechteck
spannung erzeugt wird, welche gegenüber der Wechselspannung um 90° phasen
verschoben ist, daß eine zweite Rechteckspannung erzeugt wird, deren Flanken mit
den Nulldurchgängen der Wechselspannung übereinstimmen, daß die erste und die
zweite Rechteckspannung logisch derart verknüpft werden, daß Rechteckimpulse
entstehen, deren Rückflanken mit einem ausgewählten Nulldurchgang der Wech
selspannung übereinstimmen und daß die Reckteckimpulse integriert werden. Dabei
kann vorgesehen sein, daß nach der Integration eine nichtlineare Verzerrung des
integrierten Impulses stattfindet.
Um schnelle Laständerungen auszugleichen, ist der Regler bei
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als
Proportionalregler ausgebildet. Gemäß einer anderen
Weiterbildung der Erfindung kann jedoch zusätzlich ein
Integralanteil vorgesehen sein.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Drei
davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer
Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 Zeitdiagramme verschiedener bei der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftretender
Spannungen und Signale,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 Zeitdiagramme verschiedener bei der
Schaltungsanordnung nach Fig. 3 auftretender
Spannungen und Signale,
Fig. 5 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen dem
Lastwiderstand und dem Tastverhältnis bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen dem
Lastwiderstand und dem Übertragungsmaß bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines dritten
Ausführungsbeispiels und
Fig. 8 Zeitdiagramme verschiedener bei der
Schaltungsanordnung nach Fig. 7 auftretender
Spannungen und Signale.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bilden ein
Kondensator 1 und eine Induktivität 2 einen
Reihenschwingkreis, der auf die Frequenz der Wechselspannung
abgestimmt ist. Der Kondensator ist mit Massepotential
verbunden, während die Induktivität 2 über je einen
steuerbaren Schalter 3, 4 abwechselnd mit Masse oder mit
einem Anschluß 5 für eine zugeführte Gleichspannung
verbindbar ist. Die zugeführte Gleichspannung ist
beispielsweise die Spannung einer Batterie eines
Kraftfahrzeugs. Die steuerbaren Schalter 3, 4 können durch
Leistungsfeldeffekttransistoren realisiert werden und werden
im Gegentakt von zwei Treibern 6, 7 angesteuert, wobei der
Treiber 7 das zugeführte Rechtecksignal invertiert.
Die Spannung am Kondensator 1 kann als Betriebsspannung für
eine oder mehrere Leuchtstofflampen entnommen werden, welche
der Einfachheit halber in Fig. 1 als Lastwiderstand 8
dargestellt ist. Unter der Voraussetzung einer ausreichend
hohen Güte, also einer genügend geringen Last ist die
Wechselspannung Uc am Kondensator 1 sinusförmig - weitgehend
unabhängig von dem Tastverhältnis des den Treibern 6, 7
zugeführten Impulses. Ihre Amplitude ist jedoch stark von
der Güte des Schwingkreises, also stark von der Höhe der
Last 8 abhängig. Diese Abhängigkeit macht sich insbesondere
durch eine stark schwankende Stromaufnahme der
Leuchtstofflampe bei einer Leistungsdosierung der
Leuchtstofflampe bemerkbar.
Zur Einstellung des Tastverhältnisses im Sinne einer
Konstanthaltung der Wechselspannung UC wird bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Vergleichsimpuls mit
dreieckförmigem Verlauf mit Hilfe eines Komparators 9 mit
einer den Scheitelwert der Wechselspannung wiedergebenden
Meßspannung verglichen. Die Meßspannung wird dadurch
erzeugt, daß die Wechselspannung UC (Fig. 2, Zeile a,
durchgezogene Linie) über einen Koppelkondensator 10 und
einen Spannungsteiler 11, 12 dem Eingang eines
invertierenden Verstärkers 13 zugeführt wird.
Der Ausgang des invertierenden Verstärkers ist über eine
Diode 14 mit einem Kondensator 15 verbunden, der sich
jeweils auf den Scheitelwert auflädt. Die Spannung am
Kondensator 15 stellt daher ein Maß für den Scheitelwert
bzw. die Amplitude der Wechselspannung dar und wird im
folgenden Meßsignal M genannt. Das Teilerverhältnis des
Spannungsteilers 11, 12, die Verstärkung und der
Arbeitspunkt des Verstärkers 13 sind derart gewählt, daß der
Amplitudenbereich des Meßsignals M während einer geringen
Änderung der Amplitude der Wechselspannung UC durchlaufen
wird.
Die durch den Spannungsteiler 11, 12 heruntergeteilte
Wechselspannung wird ferner dem invertierenden Eingang eines
weiteren Komparators 16 zugeleitet, an dessen Ausgang eine
rechteckförmige Spannung ansteht, die bezüglich der
Wechselspannung invertiert ist. Damit wird ein monostabiler
Vibrator 17 getriggert, der einen kurzen Impuls an die Basis
eines Transistors 18 leitet, wodurch der Kondensator 15
schnell entladen wird. Durch diese Form des Meßsignals M
kann bereits während der nächsten Periode der
Wechselspannung ein neuer Wert für die Amplitude gemessen
werden, so daß der Regelkreis sehr schnell auf
Laständerungen reagiert.
Zur Erzeugung des Vergleichsimpulses P, der in Zeile e der
Fig. 2 dargestellt ist, wird die Wechselspannung UC mit
Hilfe eines RC-Gliedes 19, 20 um 90° phasenverschoben (Zeile a,
gestrichelt). Daraus wird anschließend mit Hilfe eines
weiteren Komparators 21 das in Zeile b dargestellte
Rechtecksignal abgeleitet. Dieses wird gemeinsam mit dem
Ausgangssignal des Komparators 16 (Zelle c) einer
Und-Schaltung 22 zugeführt, wodurch das in Zeile d
dargestellte Rechtecksignal entsteht, dessen Impulsbreite
etwa einem Viertel der Periodendauer der Wechselspannung
entspricht. Dieses Rechtecksignal wird einem Integrator 23
zugeführt, an dessen Ausgang der dreieckförmige
Vergleichsimpuls P ansteht.
Der Komparator 9 gibt dann eine positive Spannung ab, wenn
der Momentanwert des Vergleichsimpulses P größer als das
Meßsignal M ist (Zeile e). Dadurch entsteht das in Zeile f
dargestellte Steuersignal für die Schalter 3, 4, dessen
Tastverhältnis umso größer wird, je kleiner das Meßsignal M
ist.
Durch die Speicherung des Meßsignals M während eines Teils
der Periodendauer der Wechselspannung (beim
Ausführungsbeispiel 3/4 der Periodendauer) und durch die
Ableitung des Vergleichsimpulses bei einer vorgegebenen
Phasenlage wird eine Beeinflussung der Amplitudenregelung
durch Phasenschwankungen ausgeschlossen. Ferner wird durch
die symmetrische Gestaltung des Meßimpulses eine
Phasenverschiebung durch Amplitudenschwankung verhindert.
Außerdem wird eine schnelle Regelung dadurch ermöglicht, daß
das Meßsignal M vor jeweils einer neuen Messung auf 0
gesetzt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht die
Mehrzahl der Bauelemente und Baugruppen demjenigen nach Fig.
- 1. Es unterscheidet sich jedoch bezüglich der Bildung des Vergleichsimpulses P′. Dieses wird in einem Funktionsgenerator 24 erzeugt, der im wesentlichen aus einem Integrator und einer Schaltung mit nichtlinearer Übertragungscharakteristik besteht. Wie aus Fig. 4, Zeile e entnehmbar ist, ändert sich die Impulsbreite bezogen auf absolute Änderungen des Meßsignals M, bei einem großem Meßsignal M nur wenig, während bei einem kleinen Meßsignal, also bei kleiner Wechselspannung, eine starke Änderung des Tastverhältnisses des Steuersignals S erfolgt. Hierdurch wird im unteren Bereich der Wechselspannung eine höhere Regelverstärkung erzielt. Damit wird eine Nichtlinearität der Abhängigkeit der Wechselspannung vom Wert RL des Lastwiderstands 8 ausgeglichen. Die Abhängigkeit des Tastverhältnisses tp/T des Steuersignals S vom Wert RL des Lastwiderstands 8 ist in Fig. 5 dargestellt.
Fig. 6 zeigt vergleichsweise die Änderung der
Wechselspannung mit der Belastung ohne eine Regelung - also
lediglich mit der in Fig. 6 skizzierten Schaltung. Dazu ist
das Übertragungsmaß als Funktion des Wertes RL des Lastwiderstandes 8
aufgetragen. Bei einer Änderung des Lastwiderstandswertes
zwischen 0,2 kΩ und 2,2 kΩ, was bei einer Leistungsdosierung
durchaus möglich ist, ändert sich das Übertragungsmaß
zwischen etwa 12% und knapp 100%. Daraus ist ersichtlich,
wie vorteilhaft eine genaue und schnelle Regelung der
Wechselspannung ist.
Eine vorteilhafte Dimensionierung der Spule 2 und des
Kondensators 1 ergibt sich bei den in Fig. 5 und 6
angegebenen Werten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist der Regler als
Proportional-Integral-Regler ausgebildet. Während der
Proportionalanteil entsprechend den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. 1 und 3 erzeugt wird, ist für den
Integralanteil ein Integrator 25 vorgesehen, welchem das
Meßsignal über einen invertierenden Eingang zugeführt wird.
Ferner erhält der Integrator 25 eine Referenzspannung UR
über einen weiteren Eingang 28. Die Ausgangsspannung des
Integrators 25 wird mit Hilfe der Widerstände 26, 27 dem
Vergleichsimpuls überlagert und dem nichtinvertierenden
Eingang des Komparators 9 zugeleitet. Damit wird der
Gleichspannungsanteil des Vergleichsimpulses entsprechend
dem Integral der Differenz des Meßsignals M zur
Vergleichsspannung UR verschoben, so daß auch ein bei einem
Proportionalregler verbleibender Restfehler ausgeregelt
wird. Die Referenzspannung UR ist in Fig. 8 als waagerechte
gestrichelte Linie dargestellt.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von
Leuchtstofflampen, aufweisend einen Kondensator (1) und eine Induktivität (2),
die einen auf die Frequenz der Wechselspannung abgestimmten Reihenreso
nanzkreis bilden, wobei der Kondensator (1) mit einem Pol einer Gleichspan
nungsquelle verbunden ist, die Induktivität (2) abwechselnd mit steuerbarem
Tastverhältnis mit dem einen oder mit dem anderen Pol der Gleichspannungs
quelle verbindbar ist und die Wechselspannung am Kondensator (1) abnehmbar
ist, und wobei die Amplitude der Wechselspannung mit Hilfe eines Reglers (9 bis
25) durch Steuerung des Tastverhältnisses geregelt wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Regler (9 bis 25) eine Amplitudenmeßeinrichtung (13 bis 18)
aufweist, welche einen auf den Scheitelwert der Wechselspannung aufladbaren
Kondensator (15) enthält, der vor dem Erreichen des folgenden Scheitelwertes
entladen wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erzeugung eines Rechtecksignals mit steuerbarem Tastverhältnis ein Kompara
tor (9) vorgesehen ist, welchem einerseits die Ausgangsspannung (Meßsignal)
der Amplitudenmeßeinrichtung (13 bis 18) und andererseits aus der Wechsel
spannung abgeleitete Vergleichsimpulse zuführbar sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vergleichsimpulse symmetrisch sind mit einer Spitze, welche zeitlich im wesent
lichen beim Nulldurchgang der Wechselspannung liegt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vergleichsimpulse dreieckförmig sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verlauf der Flanken der Vergleichsimpulse derart gewählt ist, daß eine Kompen
sation von Nichtlinearitäten erfolgt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steilheit der Impulsflanken in der Nähe der Mitte der Vergleichsimpulse am
größten ist und nach außen geringer wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine erste Vor
richtung (19, 20), die eine erste Rechteckspannung erzeugt, welche gegenüber
der Wechselspannung um 90° phasenverschoben ist, eine zweite Vorrichtung
(16), die eine zweite Rechteckspannung erzeugt, deren Flanken mit den
Nulldurchgängen der Wechselspannung übereinstimmen, eine dritte Vorrichtung
(22), die die erste und die zweite Rechteckspannung logisch derart verknüpft,
daß Rechteckimpulse entstehen, deren Rückflanken mit einem ausgewählten
Nulldurchgang der Wechselspannung übereinstimmen und eine vierte
Vorrichtung (23), die zur Erzeugung der Vergleichsimpulse die Rechteckimpulse
integriert.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Funktions
generator (24), der nach der Integration eine nichtlineare Verzerrung des inte
grierten Impulses durchführt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Regler als Proportional-Integral-Regler (9 bis 28) ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924222633 DE4222633C2 (de) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von Leuchtstofflampen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924222633 DE4222633C2 (de) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von Leuchtstofflampen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4222633A1 DE4222633A1 (de) | 1994-01-13 |
DE4222633C2 true DE4222633C2 (de) | 1998-03-19 |
Family
ID=6462881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19924222633 Expired - Fee Related DE4222633C2 (de) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung zum Betrieb von Leuchtstofflampen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4222633C2 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0125588A1 (de) * | 1983-05-16 | 1984-11-21 | General Electric Company | Regelung der Lastspannung für einen Schwingkreiswechselrichter |
US4535399A (en) * | 1983-06-03 | 1985-08-13 | National Semiconductor Corporation | Regulated switched power circuit with resonant load |
-
1992
- 1992-07-10 DE DE19924222633 patent/DE4222633C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0125588A1 (de) * | 1983-05-16 | 1984-11-21 | General Electric Company | Regelung der Lastspannung für einen Schwingkreiswechselrichter |
US4535399A (en) * | 1983-06-03 | 1985-08-13 | National Semiconductor Corporation | Regulated switched power circuit with resonant load |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4222633A1 (de) | 1994-01-13 |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANNESMANN VDO AG, 60326 FRANKFURT, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |