DE4228682A1 - Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe mit einer Wechselrichterschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter bekannter Art mit zwei in Reihe geschalteten Transistoren zwischen den Eingängen des Wechselrichters, denen eine aus zwei Kondensatoren gebildete Serienschaltung parallel liegt. Bei einer solchen Schaltungsanordnung verbindet der Lastkreis die beiden Mittelabgriffe der genannten Serienschaltungen aus Transistoren und Kondensatoren, wie dies aus der DE-OS 40 21 640 bekannt ist. Wechselrichter der genannten Art werden insbesondere in Vorschaltgeräten, die Gasentladungslampen ansteuern, eingesetzt.

Wechselrichter der vorstehend bezeichneten Art neigen zu Instablilitäten infolge der teilweise negativen Kennlinie der Lampe. Diese Instabilitäten können bei Schwankungen der Versorgungsspannung oder bei Temperaturänderungen auftreten.

Es ist bekannt, daß Instabilitäten dadurch weitgehend vermieden werden können, daß man die in der Brücke befindlichen Kondensatoren möglichst groß wählt. An sich würde es sich dazu anbieten, für die genannten Kondensatoren Elektrolyd- Kondensatoren zu verwenden. Diese haben jedoch bei den hier auftretenden Betriebfrequenzen, die zumeist im Kiloherz-Bereich liegen, ein anderes Verhalten als bei niedrigen Frequenzen, d. h. sie sind keine reinen Kondensatoren mehr. Aus diesem Grund ist es zwingend erforderlich, daß normale Kondensatoren mit bei diesen Frequenzen normalem Kondensatorverhalten verwendet werden.

Der üblicherweise dem Wechselrichter vorgeschaltete Brückengleichrichter hat in der Regel eine Glättungsschaltung, zu der mindestens ein Elektrolyd-Kondensator gehört, der selbstverständlich auch durch eine Serienschaltung aus zwei Kondensatoren, insbesondere Elektrolyd-Kodensatoren, ersetzt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wechselrichter anzugeben, dessen Brückenpunkt der zwei parallel zu den Schaltern angeordneten Kondensatoren kapazitiv stabilisiert ist, ohne zusätzliche Bauelemente einzusetzen.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Dabei zeigen

Fig. 1 einen in einem Vorschaltgerät eingesetzten Wechselrichter;

Fig. 2 den Stromverlauf des durch den Schalter 102 fließenden Stroms;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wechselrichters mit angeschlossener Last.

Fig. 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines selbstschwingenden Wechselrichters. Zwischen den Eingangsklemmen a und b, die üblicherweise mit den entsprechenden Ausgängen eines Gleichrichters bzw. eines Sperrwandlers verbunden sind, liegt eine Serienschaltung aus zwei steuerbaren Schaltern 101, 102, vorzugsweise Transistoren oder Feldeffekttransistoren. Eine Ausgangsklemme c des Wechselrichters ist über eine Primärwicklung 109 eines Übertragers an einen als Mittelpunktabgriff p bezeichneten Potentialpunkt, der mit dem Kollektor des unteren Transistors 102 verbunden ist, angeschlossen. Der Emitter sowie die Basis des oberen Transistors 101 sind gegenüber dem Potentialpunkt p über Widerstände 105 bzw. 104 vorgespannt. Parallel zu dem Basisvorspannwiderstand 104 liegt eine Reihenschaltung aus einem weiteren Widerstand 103 und einer Sekundärwicklung 110 des Übertragers. Die gleiche Anordnung zur Vorspannung über die Widerstände 107, 108 und zur Steuerung über eine Sekundärwicklung 111 und den Widerstand 106 weist der zwischen dem Potentialpunkt p und dem Bezugspotential liegende Transistor 103 auf. Allerdings sind die im Steuerkreis befindlichen Sekundärwicklungen 110, 111 gegensinnig angeordnet. Mit dem Ausgang c des Wechselrichters ist ein Lastkreis verbunden, der eine ohmsch- induktive Last aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde jedoch auf die Darstellung des kompletten Lastkreises verzichtet und lediglich eine Induktivität 115 eingezeichnet. Ein solcher Lastkreis besteht normalerweise aus zumindest einer Serienschaltung aus einer Spule und einem Kondensator, wobei die Gasentladungslampe oder allgemein die Last parallel zum Kondensator geschaltet ist. Eine mit ihrer Anode an Punkt c angeschlossene Freilaufdiode 113 ist mit dem Eingang a und die mit ihrer Kathode an den Punkt c angeschlossene Freilaufdiode 114 mit dem Bezugspotential verbunden.

Die spezielle Funktionsweise eines Wechselrichters ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird aus diesem Grund nachfolgend nicht näher erläutert.

Allgemein werden die beiden Transistoren über die Sekundärwicklungen 110, 111 vom Übertrager so gesteuert, daß sie abwechselnd öffnen und schließen, wodurch am Ausgang c eine im wesentlichen rechteckförmige Wechselspannung entsteht. Der Start des Schwingvorgangs erfolgt durch einen Startimpuls, der über ein Diac 112 zur Basis des unteren Transistors 102 übertragen wird. Ein solches Triggern ist immer dann notwendig, wenn der Wechselrichter nicht mit einer konstanten Gleichspannung gespeist wird. Liegt am Eingang des Wechselrichters bspw. die vom Gleichrichter gelieferte gleichgerichtete Wechselspannung, hört der Wechselrichter bei jedem Nulldurchgang der Eingangsspannung auf zu schwingen. In diesem Fall ist demnach nicht nur beim Start des Wechselrichters sondern auch bei jedem Nulldurchgang der Eingangsspannung ein Triggern der Schalter notwendig.

Es soll davon ausgegangen werden, daß zu Beginn beide Schalter geschlossen sind. Wird nun ein Triggersignal an den unteren Schalter 102 übertragen, schließt dieser und ein Laststrom kann fließen. Über den Übertrager, d. h. über dessen Primärwicklung 109, wird nach einer bestimmten Zeit der untere Schalter mittels der Sekundärwicklung 111 wieder geöffnet und der obere Schalter 101 mittels der Sekundärwicklung 110 geschlossen. Der während des geschlossenen Zustands des unteren Schalters 102 über die Drossel 115 und den Schalter 102 nach Masse fließende Strom wird beim Öffnen des Schalters durch die Drossel 115 aufrechterhalten. Dieser erzwungene Stromfluß führt ohne die Freilaufdioden 113, 114 zu Spannungsüberhöhungen an Bauteilen des Wechselrichters, die zur Zerstörung derselben führen können.

In dem eben beschriebenen Fall kann der erzwungene Stromfluß über die obere Freilaufdiode 113 abfließen, ohne die Primärwicklung 109 des Übertragers zu passieren. Wären die Freilaufdioden so angeordnet, wie dies die gestrichelte Darstellung in Fig. 1 zeigt, würde der erzwungene Stromfluß über die obere Freilaufdiode 113 auch durch die Primärwicklung 109 fließen. Dies hätte zur Folge, daß in der Sekundärwicklung 110 bzw. 111 eine Spannung induziert wird, die dem Abschaltvorgang des Transistors 101 entgegenwirkt. Fig. 2 zeigt, daß dem Strom durch den Transistor 102 nach dem Absinken auf Null nochmals ein kleiner Stromhöcker folgt. Ein solcher zusätzlich fließender Strom verbraucht Energie und verschlechtert damit den Wirkungsgrad des Wechselrichters und die gewünschte Schaltgenauigkeit.

In der angegebenen Schaltungsanordnung werden bipolare Transistoren verwendet, die sich selbstverständlich durch bspw. Feldeffekttransistoren ersetzen lassen. Bei Feldeffekttransistoren wird grundsätzlich im Stand der Technik auf die gestrichelt eingezeichneten externen Freilaufdioden verzichtet, da die Feldeffekttransistoren bereits intern über solche Dioden verfügen.

Fig. 3 zeigt eine Wechselrichterschaltung mit einer daran angeschlossenen Gasentladunglsampe. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde der Aufbau des Wechselrichters stark vereinfacht dargestellt, da er im wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten entspricht. Der in Fig. 1a nur angedeutete an Klemme c angreifende Lastkreis weist die Induktivität 215 und eine Parallelschaltung aus der Gasentladungslampe 216 und einen Kondensator 217 auf, die in Reihe angeordnet sind und an einer Klemme d enden. Die Induktivität 215 und die Kondensator 217 bilden den für den Betrieb der Gasentladungslampe 216 notwendigen Serienschwingkreis. Der Punkt d ist der Mittelabgriff einer Serienschaltung aus zwei Kondensatoren 218, 219, die zwischen dem positiven Eingang a und dem Bezugspotentialeingang b des Wechselrichters angeordnet ist. Zu dieser Serienschaltung parallel liegt eine weitere Serienschaltung aus zwei Kondensatoren 220, 221, vorzugsweise Elektrolytkondensatoren, wobei die Mittelabgriffe der beiden Serienschaltungen mittels eines Leiters 222 verbunden sind.

Allgemein neigen selbstschwingende Wechselrichter der vorstehend bezeichneten Art zu Instabilitäten infolge der teilweise negativen Kennlinie der Gasentladungslampe. Diese Instabilitäten können bei Schwankungen der Versorgungsspannung oder bei Temperaturänderungen auftreten. Zur Stabilisierung der von einem Gleichrichter zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung, die an den Eingängen a, b des gezeigten Wechselrichters anliegt, werden üblicherweise Kondensatoren 220, 221 mit großer Kapazität gewählt. Selbstverständlich kann die Serienschaltung der Kondensatoren 220, 221 auch durch einen einzigen Kondensator ersetzt werden. Allerdings läßt sich durch Verwendung von zwei in Serie geschalteten Kondensatoren mit handelsüblichen Bauelementen ein größerer Kapazitätswert erzielen. Diese zur Glättung der Eingangsspannung des Wechselrichters eingesetzten Kondensatoren weisen jedoch bei den hier auftretenden Betriebsfrequenzen im Kiloherzbereich ein anderes Verhalten auf als bei niedrigen Frequenzen, d. h. sie sind keine reinen Kondensatoren mehr. Aus diesem Grund sind den Glättungskondensatoren 220, 221, wie bereits beschrieben, Kondensatoren 218, 219 parallel geschaltet, die bei den auftretenden Frequenzen normales Kondensatorverhalten zeigen. Mit Hilfe des die beiden Mittelabgriffe der Kondensatorserienschaltungen miteinander verbindenden Leiters 222 können die normalen Kondensatoren 218, 219 durch die Glättungskondensatoren 220, 221 zusätzlich kapazitiv stabilisiert werden.

Das Ergebnis ist, daß die Gasentladungslampe 216 weitgehend stabil und unabhängig von Spannungs- und Temperaturschwankungen arbeitet.

Claims (5)

1. Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe mit
einem vom Netz gespeisten Gleichrichter, der zwei Glättungskapazitäten (220, 221) in Serienschaltung zwischen seinen beiden Ausgängen aufweist und seinerseits einen Wechselrichter versorgt, der zwei in Serie angeordnete und zwischen den beiden Eingängen (A, B) liegende steuerbare Schalter (201, 202) umfaßt;
einer parallel zu den beiden steuerbaren Schaltern (201, 202) angeordneten Serienschaltung aus zwei weiteren Kapazitäten (218, 219); und
einer Last, die den Mittelabgriff der Serienschaltung der beiden Schalter (201, 202) mit dem Mittelabgriff der Serienschaltung der zwei weiteren Kapazitäten (218, 219) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabgriff der zwei weiteren Kapazitäten (218, 219) mit dem Mittelabgriff der beiden Glättungskapazitäten (220, 221) über einen Leiter (222) verbunden ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter (201, 202) Transistoren und/oder Feldeffekttransistoren sind.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Serienschaltung aus einer Primärwicklung (209) eines Transformators, einer Induktivität (215) und einer Parallelschaltung aus einer Kapazität (217) und der Gasentladungslampe (216) aufweist.

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator Sekundärwicklungen (211, 216) aufweist, wobei jeweils eine Sekundärwicklung (211 bzw. 216) im Steuerkreis jeweils eines Schalters (201 bzw. 202) angeordnet ist.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Steuerkreis eines Schalters (211) mit einem Triggerelement (212) verbunden ist.