DE4421253A1 - Elektronischer Stabilisator - Google Patents

Elektronischer Stabilisator

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DE4421253A1
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Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Stabilisator, der insbesondere eine Lampenzündschaltung mit der notwendigen Spannung und dem notwendigen Strom versorgt und dabei nach dem Vollbrückenverfahren arbeitet.
Um eine Hochspannungsentladungslampe zu zünden und anschlie­ ßend den Betrieb der Lampe mit der Netzversorgung aufrecht­ zuerhalten, wird eine Vorrichtung benötigt, die zum Zünden eine hohe Spannung an die Lampe legt. Anschließend nach dem Zünden der Lampe wird diese mit einer konstanten Spannung und einem konstanten Strom versorgt. Eine derartige Vorrichtung wird Stabilisator genannt. Ein herkömmlicher elektrischer Stabilisator zündet eine Hochspannungsentladungslampe unter Verwendung einer eine Spule und einen Kondensator umfassenden Schaltung.
Die Verwendung eines herkömmlichen Stabilisators bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, als das Gesamtvolumen und das Gesamtgewicht infolge des Volumens der Spule sehr hoch ist und der Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit gering sind. Während somit zum Zünden einer Hochspannungsentladungslampe ein herkömm­ licher elektrischer Stabilisator mit großem Volumen und großem Gewicht notwendig ist, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es wünschenswert, einen kompakten Stabilisator mit geringem Gewicht zur Verfügung zu haben, der einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsfähigkeit hat.
Durch die Erfindung soll daher ein elektronischer Stabilisa­ tor geschaffen werden, der hochfrequent schaltet, um dadurch die Verluste zu verringern, den Wirkungsgrad zu erhöhen und einen kleinen mit einem geringen Gewicht verbundenen Stabilisator zu erzielen.
Dazu umfaßt der erfindungsgemäße elektronische Stabilisator eine Eingangsfilter/glättungsschaltung, die eine Netzversorgungs­ quelle als Eingangsversorgung verwendet und eine geglättete und gefilterte Stromversorgung liefert, einen Schaltregulator, der die Stromversorgung von der Eingangsfilter/glättungsschaltung empfängt und eine Rechteckwelle erzeugt, eine Zündschaltung für eine Hochspannungsentladungslampe, die die Rechteckwelle vom Schaltregulator empfängt und eine Hochspannungsentladungslampe zündet, einen Impulsbreitenmodulator, der die Stromversorgung von der Eingangsfilter/glättungsschaltung empfängt und ein zur Stärke des im Schaltregulator fließenden Stromes proportionales Signal als Steuersignal zum Erzeugen eines bestimmten Impulsbreitenmodulationssignals verwendet, und eine Treiberschaltung, die das Impulsbreitenmodulationssignal vom Impulsbreitenmodulator zum Treiben des Schaltregulators transformiert.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild eines elektronischen Stabilisa­ tors;
Fig. 2 das Schaltbild eines elektronischen Stabilisators im einzelnen und
Fig. 3 das Schaltbild einer Zündschaltung für eine Hoch­ spannungsentladungslampe im einzelnen.
In Fig. 1, die das Blockschaltbild eines elektronischen Stabilisators zeigt, ist eine Netzversorgungsquelle 100 mit einer Eingangsfilter/glättungsschaltung 102 verbunden. Die Stromver­ sorgung liegt an einem Schaltregulator 104 und an einem Impuls­ breitenmodulator 108 und zwar über die Eingangsfilter/glättungs­ schaltung 102. Das Ausgangssignal vom Impulsbreitenmodulator 108 liegt am Eingang einer Treiberschaltung 110. Das Ausgangssignal von der Treiberschaltung 110 liegt am Eingang des Schaltregula­ tors 104. Die Rechteckwelle, die vom Schaltregulator 104 erzeugt wird, liegt am Eingang einer Zündschaltung 106 für eine Hoch­ spannungsentladungslampe. Auf die Rechteckwelle vom Schaltregula­ tor 104 liegt gleichfalls ein Spannungssignal, das dadurch erhalten wird, daß die Spannung geteilt wird, die dem Strom entspricht, der in der Zündschaltung 106 fließt, als Steuersi­ gnal an einem Eingang des Impulsbreitenmodulators 108.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild des elektronischen Stabilisators im einzelnen und Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Zündschaltung für eine Hochspannungsentladungslampe im einzelnen. Im folgenden werden anhand der Fig. 2 und 3 Aufbau und Arbeitsweise des elektronischen Stabilisators im einzelnen beschrieben.
Die Stromversorgung liegt über Transformatoren T1 und T2 von einer Netzversorgungsquelle 100 an der Eingangsfilter/glättungs­ schaltung 102. Die Eingangsfilter/glättungsschaltung 102 umfaßt Kondensatoren C1, C2 und C3 zum Filtern des Eingangssignals und Brückenschaltungen BG1 und BG2 zum Glätten des gefilterten Signals.
Der Schaltregulator 104 empfängt die von der ersten Brücken­ schaltung BG1 kommende Stromversorgung an seinem Eingang und umfaßt einen Kondensator C4, Feldeffekttransistor-Schaltelemente Q1, Q2, Q3 und Q4 sowie einen Widerstand R14. Eine Seite des Kondensators C4 ist mit einem Ausgang der ersten Brückenschaltung BG1 verbunden, während die andere Seite des Kondensators C4 an Masse liegt. Die Drain-Eelektroden der Feldeffekttransistor- Schaltelemente Q1 und Q3 sind mit dem Ausgang der ersten Brückenschaltung BG1 verbunden. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q1 und die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q4 sind beide mit dem ersten Anschluß 1 einer Zündschaltung 106 für eine Hochspannungs­ entladungslampe verbunden und die Source-Elektrode des Feld­ effekttransistor-Schaltelementes Q3 liegt an der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q2 und am zweiten Anschluß 2 der Zündschaltung 106 für eine Hochspannungsentla­ dungslampe. Der Widerstand R14 ist an einer Seite mit dem anderen Ausgang der ersten Brückenschaltung BG1 verbunden, der an Masse liegt. Die andere Seite des Widerstandes R14 liegt an den Source- Elektroden der Feldeffekttransistor-Schaltelemente Q2 und Q4.
Die Zündschaltung 106 für eine Hochspannungsentladungslampe, die in Fig. 3 dargestellt ist, empfängt das Rechteckwellensignal vom Schaltregulator 104 über den ersten und zweiten Anschluß 1 und 2 und umfaßt eine Drosselspule L1, Kondensatoren C13, C14, C15 und C16, Dioden D3, D4, D5 und D6, einen Transformator T5, eine Funkenstrecke G1 und eine Lampe. Eine Seite der Drosselspule L1 liegt am ersten Anschluß 1 der Zündschaltung 106 für die Hoch­ spannungsentladungslampe, während die andere Seite der Drossel­ spule L1 jeweils mit einer Seite des Kondensators C13 und einer Seite der Lampe verbunden ist. Eine Seite des Kondensators C14 ist mit der anderen Seite des Kondensators C13, mit der negativen Elektrode der Diode D3 und der positiven Elektrode der Diode D4 verbunden. Die negative Elektrode der Diode D4 liegt an der positiven Elektrode der Diode D5 und an einer Seite der Kon­ densatoren C15 und C16 jeweils. Die negative Elektrode der Diode D5 ist mit der anderen Seite des Kondensators C14 und mit der positiven Elektrode der Diode D6 verbunden.
Der zweite Anschluß 2 der Zündschaltung 106 für eine Hoch­ spannungsentladungslampe ist mit der positiven Elektrode der Diode D3 und mit der anderen Seite des Kondensators C16 ver­ bunden. Die andere Seite des Kondensators C16 ist mit einer Seite des Kondensators C15 verbunden. Die andere Seite des Kondensators C15 liegt an der negativen Elektrode der Diode D6 und an einer weite der Funkenstrecke G1.
Die andere Seite der Funkenstrecke G1 ist mit einer Seite der Primärwicklung des Transformators T5 verbunden. Die andere Seite der Primärwicklung des Transformators T5 ist mit dem zweiten Anschluß 2 verbunden und führt zu einer Seite der Sekundärwicklung des Transformators T5. Die andere Seite der Sekundärwicklung des Transformators T5 ist mit der anderen Seite der Lampe verbunden.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt die Treiber­ schaltung 110 Transformatoren T3 und T4, Widerstände R8 bis R18, Dioden D1 und D2, Kondensatoren C11 und C12 und Z-Dioden ZD1 bis ZD8. Eine Seite der Primärwicklung des Transformators T3 ist mit dem Ausgang des Impulsbreitenmodulartors 108 und der positiven Elektrode der Diode D1 verbunden. Die negative Elektrode der Diode D1 liegt an einer Seite des Kondensators C11 und an einer Seite des Widerstandes R8. Eine gemeinsame Spannungsversorgung Vcc von der zweiten Brückenschaltung BG2 liegt am Kondensator C11, am Widerstand R8 und an der anderen Seite der Primärwicklung des Transformators T3. Der Widerstand R10 ist mit einer Seite der ersten Sekundärwicklung des Transformators T3 verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R10 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD1 und der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistor- Schaltelementes Q1 des Schaltregulators 104 verbunden. Die negative Elektrode der Z-Diode ZD1 liegt an der negativen Elektrode der Z-Diode ZD2. Eine Seite des Widerstandes R15 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD1 verbunden, während die andere Seite des Widerstandes R15 an der positiven Elektrode der Z-Diode ZD2 liegt. Die andere Seite der ersten Sekundärwick­ lung des Transformators T3 liegt an der positiven Elektrode der Z-Diode ZD2 und an der Source-Elektrode des Feldeffekttransistor­ chaltelementes Q1 des Schaltregulators 104. Die andere Seite des Widerstandes R11 ist mit einer Seite einer zweiten Sekundärwick­ lung des Transformators T3 verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R11 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD3 und mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schalt­ elementes Q2 des Schaltregulators 104 verbunden. Die negative Elektrode der Z-Diode ZD3 liegt an der negativen Elektrode der Z-Diode ZD4. Eine Seite des Widerstandes R16 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD3 verbunden, während die andere Seite des Widerstandes R16 an der positiven Elektrode der Z-Diode ZD4 liegt. Die andere Seite der zweiten Sekundärwicklung des Transformators T3 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD4 und der Source-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q2 des Schaltregulators 104 verbunden.
In ähnlicher Weise ist eine Seite der Primärwicklung des Transformators T4 mit dem Ausgang des Impulsbreitenmodulators 108 und der positiven Elektrode der Diode D2 verbunden. Die negative Elektrode der Diode D2 liegt an einer Seite des Kondensators C12 und an einer Seite des Widerstandes R9. Eine Seite des Wider­ standes R12 ist mit einer Seite der ersten Sekundärwicklung des Transformators T4 verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R12 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD5 und der Gate- Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q3 des Schaltregulators 104 verbunden. Die negative Elektrode der Z- Diode ZD5 liegt an der negativen Elektrode der Z-Diode ZD6. Die andere Seite des Widerstandes R17 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD5 verbunden, während die andere Seite des Wider­ standes R17 an der positiven Elektrode der Z-Diode ZD6 liegt. Die andere Seite der ersten Sekundärwicklung des Transformators T4 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD6 und der Source- Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q3 des Schaltregulators 104 verbunden. Eine Seite des Widerstandes R13 ist mit der zweiten Sekundärwicklung des Transformators T4 verbunden. Die andere Seite des Widerstandes R13 liegt an der positiven Elektrode der Z-Diode ZD7 und an der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q4 des Schaltregulators 104. Die negative Elektrode der Z-Diode ZD7 ist mit der negativen Elektrode der Z-Diode ZD8 verbunden. Die eine Seite des Wider­ standes R18 ist mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD7 verbunden, während die andere Seite des Widerstandes R18 mit der positiven Elektrode der Z-Diode ZD8 verbunden ist. Die andere Seite der zweiten Sekundärwicklung des Transformators T4 liegt an der positiven Seite der Z-Diode ZD8 und an der Source- Elektrode des Feldeffekttransistor-Schaltelementes Q4 des Schaltregulators 104.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des obigen Stabilisators beschrieben.
Das von der Netzversorgung 100 über den Transformator T1 kommende Signal wird durch die Kondensatoren C1, C2 und C3 gefiltert. Anschließend wird das gefilterte Signal durch die erste Brückenschaltung BG1 geglättet. Das geglättete Signal liegt am Schaltregulator 104, der nach dem Vollbrückenverfahren arbeitet. Die Feldeffekttransistor-Schaltelemente Q1 bis Q4 werden abwechselnd durch den Impulstransformator T3 und den Impulstransformator T4 durchgeschaltet, die vom Impulsbreitenmo­ dulator 108 angesteuert werden. Dementsprechend liegt ein Rechtecksignal an der Zündschaltung 106 für eine Hochspannungs­ entladungslampe und zwar über den ersten und den zweiten Anschluß 1 und 2.
Die der Zündschaltung 106 für eine Hochspannungsentladungs­ lampe gelieferte Spannung wird um einen Faktor 4 durch die Arbeit der Dioden D3-D6 und der Kondensatoren C13-C16 angehoben. Danach wird die Spannung erneut auf den zum Zünden der Lampe über die Funkenstrecke G1 notwendigen Wert im Impulstransformator T5 in Fig. 3 angehoben.
Um für eine stabile Stromversorgung zur Zündschaltung 106 für eine Hochspannungsentladungslampe zu sorgen, wird die an beiden Seiten eines Stromerfassungswiderstandes R14 liegende Spannung durch die Widerstände R4 und R5 und den Kondensator C8 geteilt und an den Impulsbreitenmodulationschip gelegt, um dadurch den Ausgangsstrom konstant zu halten.
Der oben beschriebene elektronische Stabilisator verwendet ein Treiberverfahren, bei dem Feldeffekttransistor-Schaltelemente eines Schaltregulators durch Transformation eines Impulssignals von einem üblichen Chip zur Impulsbreitenmodulation hin- und hergeschaltet werden und bei dem der mittels eines Stromerfas­ sungswiderstandes R14 erfaßte Strom über Widerstände R4 und R5 und einen Kondensator C8 rückgekoppelt wird, die beide Spannungs­ teilerelemente sind, wodurch ein kompakter Stabilisator mit einem geringen Gewicht und hoher Leistungsfähigkeit erhalten wird.

Claims (10)

1. Elektronischer Stabilisator gekennzeichnet durch
eine Eingangsfilter/glättungsschaltung (102), die eine Netzversorgungsquelle (100) als Eingangsversorgung verwendet und eine geglättete und gefilterte Stromversorgung erzeugt,
einen Schaltregulator (104), an dem die Stromversorgung von der Eingangsfilter/glättungsschaltung liegt und der eine Rechteckwelle erzeugt,
eine Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentladungs­ lampe, die die Rechteckwelle vom Schaltregulator (104) empfängt und eine Hochspannungsentladungslampe zündet,
einen Impulsbreitenmodulator (108), der die Stromversorgung von der Eingangsfilter/glättungsschaltung (102) empfängt und ein Spannungssignal, das durch Teilen der Spannung, die dem in der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentladungslampe fließenden Strom entspricht, erhalten wird, als Steuersignal verwendet, um auf die Rechteckwelle vom Schaltregulator (104) ein bestimmtes Impulsbreitenmodulationssignal zu erzeugen, und
eine Treibereinrichtung (110), die das Impulssignal vom Impulsbreitenmodulator (108) zum Treiben des Schaltregulators (104) transformiert.
2. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Treibereinrichtung (110)
einen ersten Impulstransformator (T3), der ein erstes Ausgangssignal vom Impulsbreitenmodulator (108) transformiert,
einen zweiten Impulstransformator (T4), der ein zweites Ausgangssignal vom Impulsbreitenmodulator (108) transformiert,
eine Primärwicklungsschutzschaltung zum Entfernen der Restenergie, die sich in der Primärwicklung des ersten und des zweiten Impulstransformators sammelt, und
eine Überspannungssperrschaltung umfaßt, die das Auftreten einer Überspannung in der Ausgangsspannung verhindert, die durch die Sekundärwicklung des ersten und des zweiten Impulstrans­ formators induziert wird.
3. Stabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungsschutzschaltung
einen ersten Kondensator (C11), der mit dem Stromver­ sorgungsausgang der Eingangsfilter/glättungsschaltung (102) verbunden ist,
einen ersten Widerstand (R8), der parallel zum ersten Kondensator (C11) geschaltet ist, und
eine erste Diode (D1) umfaßt, deren positive Elektrode mit einer Seite des ersten und des zweiten Impulstransformators (T3, T4) jeweils verbunden ist und deren negative Elektrode mit der Parallelschaltung aus dem ersten Kondensator (C11) und dem ersten Widerstand (R8) verbunden ist.
4. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltregulator (104)
einen zweiten Kondensator (C4), dessen eine Seite mit dem Ausgangsspannungsanschluß der Eingangsfilter/glättungsschaltung (102) verbunden ist und dessen andere Seite an Masse liegt, eine erste Schalteinrichtung (Q1), die mit einer Seite des zweiten Kondensators (C4) verbunden ist,
eine dritte Schalteinrichtung (Q3), die mit der einen Seite des zweiten Kondensators (C4) verbunden ist,
eine zweite Schalteinrichtung (Q2) , die in Reihe zur dritten Schalteinrichtung (Q3) geschaltet ist,
eine vierte Schalteinrichtung (Q4), die in Reihe zur ersten Schalteinrichtung (Q1) geschaltet ist, und
einen zweiten Widerstand (R14) umfaßt, der mit der ersten und der vierten Schalteinrichtung (Q2 und Q4) verbunden ist, so daß eine Spannung, die dem Strom entspricht, der in der Zünd­ schaltung (106) für die Hochspannungsentladungslampe über die erste und die dritte Schalteinrichtung (Q1 und Q3) fließt, als Steuersignal des Impulsbreitenmodulators (108) anliegt.
5. Stabilisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schalteinrichtung (Q1, Q2) Feldeffekt­ transistoren jeweils sind, an deren Gateelektrode ein Ausgangs­ signal mit einem ersten Zustand des ersten Impulstransformators T3) liegt, an deren Source-Elektrode ein Ausgangssignal mit einem zweiten Zustand des ersten Impulstransformators (T3) liegt und deren Drain-Elektrode mit dem Stromversorgungsausgang der Eingangsfilter/glättungsschaltung (102) und einem zweiten Anschluß der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentla­ dungslampe verbunden ist.
6. Stabilisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und die vierte Schalteinrichtung (Q3, Q4) jeweils aus einem Feldeffekttransistor bestehen, an deren Gateelektrode ein Ausgangssignal mit einem ersten Zustand des zweiten Impulstrans­ formators (T4) liegt, an deren Source-Elektrode ein Ausgangs­ signal mit einem zweiten Zustand des zweiten Impulstransformators (T4) liegt und deren Drain-Elektrode mit dem Stromversorgungsaus­ gang der Eingangsfilter/glättungsschaltung (102) und einem ersten Anschluß der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentla­ dungslampe verbunden ist.
7. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (106) für einen Hochspannungsentladungslampe
eine Drosselspule (L1), die in Reihe zum ersten Anschluß der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentladungslampe geschaltet ist,
eine Spannungsverstärkungsschaltung, an der die Recht­ eckwelle als Eingangssignal liegt, die vom Schaltregulator (104) erzeugt wird, und die eine bestimmte Hochspannung erzeugt, die notwendig ist, um eine Hochspannungsentladungslampe zu zünden, und
einen Transformator (T5) umfaßt, der mit einer Seite seiner Primärwicklung am Ausgang der Spannungsverstärkungsschaltung liegt, der mit der anderen Seite seiner Primärwicklung mit einer Seite der Sekundärwicklung verbunden ist und der mit der anderen weite seiner Sekundärwicklung mit einer Seite der Lampe verbunden ist.
8. Stabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Spannungsverstärkungsschaltung
einen dritten Kondensator (C13), dessen eine Seite an der Drosselspule (L1) liegt,
einen vierten Kondensator (C14), dessen eine Seite mit der anderen Seite des dritten Kondensators (C13) verbunden ist,
eine zweite Diode (D4), deren positive Elektrode mit der anderen Seite des dritten Kondensators (C13) verbunden ist,
eine dritte Diode (D3), deren positive Elektrode mit dem zweiten Anschluß der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungs­ entladungslampe verbunden ist und deren negative Elektrode an der positiven Elektrode der zweiten Diode (D4) liegt,
eine vierte Diode (D5), deren negative Elektrode mit der anderen Seite des vierten Kondensators (C14) verbunden ist und deren positive Elektrode mit der negativen Elektrode der zweiten Diode (D4) verbunden ist,
eine fünfte Diode (D6), deren positive Elektrode mit der negativen Elektrode der vierten Diode (D5) verbunden ist,
einen fünften Kondensator (C15), dessen eine Seite an der negativen Elektrode der fünften Diode (D6) liegt und dessen andere Seite mit der negativen Elektrode der dritten Diode (D3) verbunden ist,
einen sechsten Kondensator (C16), dessen eine Seite mit der anderen Seite des fünften Kondensators (C15) verbunden ist und dessen andere Seite mit dem zweiten Anschluß der Zündschaltung (106) für eine Hochspannungsentladungslampe verbunden ist, und
eine Funkenstrecke (G1) umfaßt, deren eine Seite mit der negativen Elektrode der fünften Diode (D6) verbunden ist und deren andere Seite an einer Seite der Primärwicklung des Transformators (T5) liegt.
9. Stabilisator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen liebten Kondensator, der parallel zur Drosselspule geschaltet ist, wodurch eine kompaktere Drosselspule erhalten wird.
10. Stabilisator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen achten Kondensator, der in Reihe zur Drosselspule geschaltet ist, wodurch eine kompaktere Drosselspule erhalten wird.
DE4421253A 1993-08-23 1994-06-17 Elektronischer Stabilisator Withdrawn DE4421253A1 (de)

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