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Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Liefern eines Wechselstroms
mit der Frequenz f an eine Lampe, welche Schaltungsanordnung mit
einem Wechselrichter versehen ist, der Folgendes umfasst:
- – Eingangsklemmen
zum Anschließen
der Schaltungsanordnung an eine Speisespannungsquelle, die eine Gleichspannung
liefert,
- – einen
ersten Zweig, der eine Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement
und einem zweiten Schaltelement enthält,
- – eine
mit jeweiligen Steuerelektroden der Schaltelemente gekoppelte Steuerschaltung,
um die Schaltelemente leitend und nicht leitend zu machen,
- – einen
Lastzweig, der eines der Schaltelemente überbrückt und mit einer Reihenschaltung
aus einem induktiven Element und Klemmen zum Aufnehmen der Lampe
versehen ist.
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Eine
derartige Schaltungsanordnung wird in
EP
0323676 offenbart. In einer derartigen Schaltungsanordnung
kann die von der Lampe aufgenommene Leistung beispielsweise durch
Einstellen der Frequenz f des Steuersignals eingestellt werden.
Ein Nachteil dieser Art des Einstellens der von der Lampe aufgenommenen Leistung
liegt darin, dass der Zusammenhang zwischen der Frequenz des Steuersignals
und der von der Lampe auf genommenen Leistung nicht über den
gesamten Bereich der von der Lampe aufgenommenen Leistung eindeutig
ist. Insbesondere im Fall einer verhältnismäßig geringen Leistungsaufnahme
durch die Lampe kann dies zu Instabilitäten im Lampenbetrieb führen. Eine
andere Möglichkeit,
die von der Lampe aufgenommene Leistung einzustellen, ist, die Zeitdauern,
in denen die Schaltelemente des Steuersignals leitend sind, in jeder Periode
des Steuersignals einzustellen, während die Frequenz des Steuersignals
konstant bleibt. Dies kann symmetrisch ausgeführt werden, was bedeutet, dass
jedes der Schaltelemente während
einer gleichen Zeitdauer in jeder Periode des Steuersignals leitend
ist. Dies kann jedoch auch asymmetrisch ausgeführt werden, was bedeutet, dass
das Zeitintervall, in dem das erste Schaltelement leitend ist, in
jeder Periode des Steuersignals ungleich dem Zeitintervall ist,
in dem das zweite Schaltelement leitend ist. Zusätzlich kann zwischen einer
Situation unterschieden werden, in der eines der Schaltelemente
zu einem beliebigen Zeitpunkt in einer Periode des Steuersignals
leitend ist, und einer Situation, in der es Zeitintervalle gibt,
in denen keines der Schaltelemente leitend ist. In der Praxis hat
sich gezeigt, dass ein asymmetrisches Ansteuern der Schaltelemente
für gewisse
nicht vorhersagbare Werte der von der Lampe aufgenommenen Leistung
zu Instabilitäten in
der Lampe führt.
Wenn die Schaltelemente symmetrisch angesteuert werden, bedeutet
eine Verringerung der Dauer, in der jedes der Schaltelemente in
einer Periode des Steuersignals leitend ist, dass es während jeder
Periode des Steuersignals Zeitintervalle gibt, in denen beide Schaltelemente
nicht leitend sind. Es hat sich gezeigt, dass diese Art des Ansteuerns
der Schaltelemente auch zu Instabilitäten in der Lampe führt, jedoch
sind die Werte der von der Lampe aufgenommenen Leistung vorhersagbar.
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US-A-5
864 212 offenbart eine Dimmschaltung mit einem mitschwingenden Halbbrückenwechselrichter,
der durch eine pulsdauermodulierte Spannung angesteuert wird. Während eines
ersten Intervalls der ersten Halbperiode eines Steuersignals wird
ein erster Transistor der Halbbrücke
leitend geschaltet und während eines
zweiten Intervalls einer zweiten Halbperiode des Steuersignals wird
ein zweiter Transistor der Halbbrücke leitend geschaltet. Vor
und nach jedem Intervall in den entsprechenden Halbperioden des
Steuersignals werden beide Transistoren nicht leitend geschaltet.
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US-A-583
402 offenbart eine Dimmschaltung und ein Dimmverfahren. Ein Pulsweitenmodulator
stellt in Reaktion auf ein Dimmniveausignal den Tastgrad eines gepulsten
Steuersignals ein. Zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt leitet
einer der beiden Schalter eines Wechselrichters, wobei sich der
Tastgrad ändern kann.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine alternative Schaltungsanordnung
zu schaffen, mit der die von der Lampe aufgenommene Leistung in
einem verhältnismäßig großen Bereich
eingestellt werden kann, ohne dass in der Lampe Instabilitäten auftreten.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art
gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung beim Betrieb der
Lampe ein Steuersignal mit einer Frequenz f generiert,
- – um
in jeder ersten Halbperiode des Steuersignals das erste Schaltelement
während
eines ersten Zeitintervalls und das zweite Schaltelement während eines
zweiten Zeitintervalls hintereinander leitend zu machen, wobei jedes
der Schaltelemente während
des verbleibenden Teils der ersten Halbperiode des Steuersignals
nicht leitend ist, und
- – um
in jeder zweiten Halbperiode des Steuersignals das zweite Schaltelement
während
eines dritten Zeitintervalls und das erste Schaltelement während eines
vierten Zeitintervalls hintereinander leitend zu machen, wobei jedes
der Schaltelemente während
des verbleibenden Teils der zweiten Halbperiode des Steuersignals
nicht leitend ist, und
- – dass
das Steuersignal zusätzlich
mit einer Dimmschaltung versehen ist, um die Dauer zumindest eines der
zwei Zeitintervalle während
jeder Halbperiode des Steuersignals, in der eines der Schaltelemente
leitend ist, einzustellen. Es ist beispielsweise möglich, dass
die Dimmschaltung mit Mitteln zum Einstellen der Dauern des ersten
und des dritten Zeitintervalls versehen ist. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist die Dimmschaltung mit Mitteln zum Einstellen der Dauern des
zweiten und des vierten Zeitintervalls versehen. Es hat sich gezeigt,
dass diese bevorzugte Ausführungsform
es möglich
macht, die Leistung der Lampe in einem sehr großen Bereich ohne Instabilitäten einzustellen.
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Beim
Betrieb einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
macht das Steuersignal die Schaltelemente abwechselnd leitend und
nicht leitend. Daher fließt
in dem Lastzweig ein Wechselstrom mit der Frequenz f. Wenn beispielsweise
die Dauern des zweiten und des vierten Zeitintervalls mit Hilfe
der Dimmschaltung eingestellt werden können und so eingestellt werden,
dass die Differenz zwischen den Dauern des ersten und des zweiten
Zeitintervalls maximal ist und die Differenz zwischen den Dauern
des dritten und des vierten Zeitintervalls auch maximal ist, dann
ist die von der Lampe aufgenommene Leistung maximal. Bei Einstellungen
der Dauern des zweiten und des vierten Zeitintervalls, bei denen
diese Differenzen kleiner sind, ist auch die von der Lampe aufgenommene
Leistung kleiner. Somit ist es möglich,
beispielsweise durch Einstellen der Dauer des zweiten und des vierten
Zeitintervalls, die von der Lampe aufgenommene Leistung und damit
den Lichtstrom der Lampe in einem verhältnismäßig großen Bereich einzustellen. Es
hat sich gezeigt, dass innerhalb dieses Bereiches in der Lampe keine
Instabilitäten
auftreten.
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Zufriedenstellende
Ergebnisse sind mit Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erhalten worden, in der die Dauer des zweiten Zeitintervalls gleich
der Dauer des vierten Zeitintervalls ist.
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Zufriedenstellende
Ergebnisse sind mit Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erhalten worden, in der die Dauer des ersten Zeitintervalls gleich
der Dauer des dritten Zeitintervalls ist.
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Eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
kann so ausgeführt
werden, dass das zweite und das vierte Zeitintervall in einem Bereich
von 0 bis 1/2T – Δt1 bzw. in
einem Bereich von 0 bis 1/2T – Δt3 eingestellt werden
können,
wobei T die Dauer einer Periode des Steuersignals, und Δt1 und Δt3 die Dauern
des ersten und des dritten Zeitintervalls sind. In diesem Fall nimmt
die von der Lampe aufgenommene Leistung zu, wenn die Dauern des
zweiten und des vierten Zeitintervalls zunehmen.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der in folgenden
beschriebenen Ausführungsbeispiele
deutlich und sollen darin näher
erläutert
werden.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
ein Beispiel für
eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;
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2 die
Form des von einer Steuerschaltung, die Teil der Schaltungsanordnung
von 1 ist, generierten Steuersignals und
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3 die
Form eines Stromes und zweier Spannungen in der in 1 gezeigten
Schaltungsanordnung im Lampenbetrieb, wenn die Schaltelemente von
einem Steuersignal angesteuert werden, dessen Form mit dem in 2 angedeuteten
vergleichbar ist.
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In 1 bezeichnen
K1 und K2 Klemmen, die an eine Speisespannungsquelle angeschlossen
werden sollen, die eine niederfrequente Wechselspannung liefert.
Die Klemmen K1 und K2 sind mit jeweiligen Eingängen von Gleichrichtermitteln
GM verbunden, die von einer Diodenbrücke gebildet werden. Jeweilige
Ausgänge der
Gleichrichtermittel GM sind mit Eingangsklemmen K5 und K6 verbunden,
die an eine Speisespannungsquelle angeschlossen werden sollen, die
eine Gleichspannung liefert. Die Eingangsklemmen K5 und K6 sind mittels
eines Kondensators C1, der ein Pufferkondensator ist, miteinander
verbunden. Die eine Gleichspannung liefernde Speisespannungsquelle
wird in diesem Beispiel von der Speisespannungsquelle, die eine Wechselspannung
liefert, den Klemmen K1 und K2, Gleichrichtermitteln GM und dem
Kondensator C1 gebildet. Der Kondensator C1 wird durch eine Reihenschaltung
aus einem ersten Schaltelement S1 und einem zweiten Schaltelement
S2 überbrückt. Die
Reihenschaltung bildet in diesem Beispiel einen ersten Zweig. Sc ist
eine Steuerschaltung zum Generieren, beim Betrieb der Lampe, eines
Steuersignals mit der Frequenz f, um die Schaltelemente leitend
und nicht leitend zu machen. Jeweilige Ausgänge der Steuerschaltung Sc
sind mit jeweiligen Steuerelektroden der Schaltelemente verbunden.
Das Schaltelement S2 wird von einem durch eine Reihenschaltung aus
der Spule L, Klemme K3, Kondensator C3, Klemme K4 und Kondensator
C2 gebildeten Lastzweig überbrückt. Die
Klemmen K3 und K4 sind Klemmen zum Aufnehmen einer Lampe. Eine Lampe
La ist an diese Klemmen angeschlossen. Die Spule L bildet in diesem
Beispiel ein induktives Element.
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Die
Funktionsweise des in 1 gezeigten Beispiels ist folgendermaßen. Wenn
die Klemmen K1 und K2 mit den Polen einer Speisespannungsquelle
verbunden sind, die eine niederfrequente Wechselspannung liefert,
dann wird diese niederfrequente Wechselspannung durch die Gleichrichtermittel
GM gleichgerichtet und eine Gleichspannung wird an den Kondensator
C1 und damit auch zwischen die Eingangsklemmen K5 und K6 gelegt.
Die Steuerschaltung Sc generiert ein Steuersignal mit einer Frequenz
f, um jedes der Schaltelemente abwechselnd leitend und nicht leitend
zu machen.
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2 zeigt
das Steuersignal für
die zwei Schaltelemente S1 und S2. Die Dauer einer Periode des Steuersignals
ist T. Die Figur zeigt, dass zu Beginn jeder ersten Halbperiode
das erste Schaltelement während eines
konstanten ersten Zeitintervalls Δt1
leitend gemacht wird. In einem späteren Stadium in der ersten
Halbperiode des Steuersignals wird während eines zweiten Zeitintervalls Δt2 das zweite
Schaltelement S2 leitend gemacht. Die Dauer des Zeitintervalls Δt2 ist in
einem Bereich zwischen 0 und 1/2T – Δt1 einstellbar. Zu Beginn jeder
zweiten Halbperiode des Steuersignals wird das zweite Schaltelement
S2 während
eines konstanten dritten Zeitintervalls Dt3 leitend gemacht. Dt3
wird gleich Δt1
gewählt.
In einem späteren
Stadium in der zweiten Halbperiode des Steuersignals wird während eines
vierten Zeitintervalls Δt4
das erste Schaltelement S 1 leitend gemacht. Die Dauer des Zeitintervalls Δt4 ist in
einem Bereich zwischen 0 und 1/2T – Δt3 einstellbar. Häufig überschreitet
die Dauer des zweiten Zeitintervalls in dem gesamten einstellbaren
Bereich die Dauer des ersten Zeitintervalls und überschreitet die Dauer des
vierten Zeitintervalls in dem gesamten einstellbaren Bereich die
Dauer des dritten Zeitintervalls. Die mittlere Leistungsaufnahme
der Lampe während
der ersten Halbperiode des durch die Lampe fließenden Stroms wird durch die
Differenz zwischen den Dauern des ersten und des zweiten Zeitintervalls
bestimmt. Die mittlere Leistungsaufnahme der Lampe während der
ersten Halbperiode des durch die Lampe fließenden Stroms ist minimal,
wenn die Differenz zwischen der Dauer des zweiten Zeitintervalls
und der Dauer des ersten Zeitintervalls minimal ist. Entsprechend
wird die mittlere Leistungsaufnahme der Lampe während der zweiten Halbperiode
des durch die Lampe fließenden
Stroms durch die Differenz zwischen den Dauern des dritten und des
vierten Zeitintervalls bestimmt. Die mittlere Leistungsaufnahme
während
der zweiten Halbperiode des durch die Lampe fließenden Stroms ist minimal,
wenn die Differenz zwischen der Dauer des vierten Zeitintervalls
und der Dauer des dritten Zeitintervalls minimal ist.
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3(A) zeigt eine Periode des durch die
Spule L1 fließenden
Stroms in der Schaltungsanordnung von 1. Die Figur
zeigt, dass dieser Strom sich in jeder Periode sechs Mal ändert. 3(B) zeigt eine Periode der Spannung an
einem Verbindungspunkt beider Schalter. Diese Spannung ändert sich
auch während jeder
Periode sechs Mal. 3(C) zeigt eine
Periode der an der Lampe La anliegenden Spannung.
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Eine
konkrete Ausführungsform
einer Schaltungsanordnung, wie in
1 gezeigt,
wurde verwendet, um eine Niederdruck-Quecksilberdampfentladungslampe
vom Leuchstoffröhrentyp
mit einer Nennleistung von 35 W zu betreiben. Die Frequenz f des
Steuersignals und damit auch des Lampenstroms betrug 54 kHz. Das erste
und das dritte Zeitintervall wurden gleich 10% einer Periode des
Steuersignals gewählt.
Es erwies sich als möglich,
durch Verkürzen
der Dauer des zweiten und des vierten Zeitintervalls von 25% auf
17% der Dauer einer Periode des Steuersignals eine Reduktion der
von der Lampe aufgenommenen Leistung von 35 Watt auf 1 Watt zu erreichen.
Während
dieser Reduktion der von der Lampe aufgenommenen Leistung traten
in der Lampe keine Instabilitäten
auf. Inschrift
der Zeichnung FIG.
3A
| Inductor
current | Induktionsspulenstrom |
FIG.
3C
| Output
voltage | Ausgangsspannung |