DK143430B - Selvforspaendt klasse-c oscillator til drift af lysstofror - Google Patents

Description

(wf\ (19) DANMARK \£5/

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 143^30 B

DIREKTORATET EOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 4022/74 (51) IntCI.3 H 03 B 5/12 (22) Indleveringsdag 26. jul· 1974 // H 05 B 41/29 (24) Løbedag 26. Jul. 1974 (41) Aim. tilgængelig 51 · jan. 1975 (44) Fremlagt 17. aug. 1981 (86) International ansøgning nr. " (86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag ~ (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 50. Jul. 1975, 56200/75, GB

(71) Ansøger THORN ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London WC2H 9ED, GB.

(72) Opfinder Victor Francis Farrow, GB.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Lehmann & Ree.

(54) Selvforspsendt klasse-C oscillator til drift af lysstofrør.

Den foreliggende opfindelse angår en selvforspændt klasse-C oscillator.

Sådanne oscillatorer anvendes f.eks. som effektinvertere til drift af lysstofrør ved høj frekvens fra en jævnstrømskilde. Invertere af denne art behøves i offentlige transportkøretøjer, campingvogne og små både. En vellykket kredsløbstype er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.308.284.

I det nævnte patentskrift beskrives en selvforspændt klasse-C ® oscillator med en enkelt transistor, hvor transistorens kollektor er ^ forbundet med den positive jævnstrømsforsyningspol gennem et paralleled" resonanskredsløb, og emitteren er forbundet med den negative Strøm-

Lj! forsyningspol. Basis er over en tilbagekoblingsvikling og en forspæn- *"" dingskondensator forbundet med emitteren, og tilbagekoblingsviklingen *

O

143430 2 er ved gensidig induktans koblet til en induktionsspole i parallelresonanskreds løbet. En resonansladningsinduktionsspole er forbundet mellem den positive strømforsyningspol og parallelresonanskredsløbet.

Under drift går der til at begynde med en lille strøm gennem basis-emitterovergangen i transistoren og bringer denne til at lede og føre strøm til parallelresonanskredsløbet. Tilbagekoblingsviklingen afføler denne strøm og indkobler transistoren helt. Efter et kort tidsrum begynder potentialet over parallelresonanskredsløbet at skifte polaritet, og tilbagekoblingsviklingen spærrer således transistoren. Resonansladningsinduktionsspolen styrer gennemgangshastigheden af strøm til kondensatoren i parallelresonanskredsløbet, når transistoren indkobles.

Virkningsgraden af driften af oscillatoren er afhængig af nøjagtigheden af faseindstillingen og formen af transistorimpulsen i forhold til resonanskredsløbets kurveform. Hvis strømimpulsen ankommer for sent, giver den store værdi af kollektorstrømmen ved afskæring anledning til en høj spændingsspids mellem kollektoren og emitteren, som kan være ødelæggende. Hvis strømimpulsen ankommer for tidligt, optages for meget energi af det afstemte kredsløb, der returnerer den næsten øjeblikkeligt til strømkilden som en returstrøm. Selv om middelstrømmen fremad til inverteren kan registreres som en relativt beskeden værdi, består den i virkeligheden af en stor strømimpuls i fremadgående retning og en meget stor returstrømimpuls. Effektive trømmen til oscillatoren kan følgelig være meget stor, endog helt op til det punkt, hvor oscillatoren ødelægges.

Faseindstillingen af strømimpulsen er afhængig af summen af spændingerne over tilbagekoblingsviklingen og forspændingskondensatoren. Forspændingskondensatoren søger at optage en voksende ladning, og det er således nødvendigt at udlade kondensatoren ved en sådan hastighed, at summen af spændingerne over tilbagekoblingsviklingen og forspændingskondensatoren er en sådan, at transistoren indkobles i det rette øjeblik.

Hvis oscillatoren imidlertid drives af en forholdsvis høj spænding, såsom 110 eller 240 volt, kan spændingsfaldet over udladningsvejen være et sådant, at det er nødvendigt at have et uacceptabelt stort effekttab.

Ifølge den foreliggende opfindelse undgås de nævnte ulemper, idet der tilvejebringes en selvforspændt klasse-C oscillator indeholdende en transistor, der har en første og en anden styret elektrode og en styreelektrode, og hvor den første styrede elektrode 143430 3 er forbundet med en første indgangsklemme over et parallelresonans-kredsløb, den anden styrede elektrode er forbundet med en anden indgangsklemme, styreelektroden er forbundet over en tilbagekoblingsvikling og en forspændingskondensator til den anden styrede elektrode, og tilbagekoblingsviklingen er koblet ved gensidig induktans til en induktionsspole i parallelresonanskredsløbet, idet arrangementet er et sådant, at strømimpulser føres fra forspændingskondensatoren og tilbagekoblingsviklingen til styreelektroden for at levere strøm med den korrekte fase til opretholdelse af resonanskredsløbets oscillation, hvilken oscillator er ejendommelig ved, at den desuden omfatter en yderligere vikling, som er koblet til induktionsspolen for at tilvejebringe en spænding, der er mindre end'spændingen mellem den første og anden indgangsklemme, og organer, som indbefatter et ensretterorgan, der forbinder den yderligere vikling med forspændingskondensatoren for at tilvejebringe en udladningsvej for denne, når transistoren ikke er ledende.

De nævnte organer kan ifølge opfindelsen omfatte en diode og en modstand, der er forbundet i serie med den yderligere vikling over forspændingskondensatoren.

Hvis inverteren anvendes til drift af en udladningslampe, opstår en yderligere vanskelighed. Hvis kredsløbet indstilles til korrekt drift, når lampen er tændt, vil inverteren i tidsrummet, før lampen tænder, arbejde ved en meget lavere frekvens på grund af, at belastningen reelt er afbrudt, således at den induktive effekt af belastningskredsløbet er fjernet (der er normalt en induktiv ballast i serie med lampen). Under denne førtændingstiIstand vil strømimpulsen ankomme for tidligt i forhold til resonanskredsløbets kurveform, og hvis førtændingstilstanden skulle vedvare, f.eks. på grund af en defekt lampe, kan inverteren ødelægge sig selv. Lignende problemer vil opstå, hvis lampen er dæmpet.

Dette yderligere problem kan afhjælpes ved et arrangement, hvor udgangseffekten tages fra en udgangsvikling, som med sprednings-reaktans er koblet til induktionsspolen i parallelresonanskredsløbet, og hvor den yderligere vikling er i serie med og i modfase til en hjælpevikling, som ved gensidig induktans er koblet til udgangsviklingen .

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 4 143430 fig. 1 viser et kredsløbsdiagram over en udførelsesform for en selvforspændt klasse-C oscillator ifølge opfindelsen, fig. 2 et kredsløbsdiagram over en modifikation af fig. 1, hvor hjælpeviklingen og tilbagekoblingsviklingen er kombineret, fig. 3 et kredsløbsdiagram over en yderligere modifikation af fig. 1 indeholdende en yderligere hjælpevikling og fig. 4 opbygningen af transformatoren 23 i fig. 3.

Fig. 1 viser en selvforspændt klasse-C oscillator, hvor en bipolær NPN fladetransistor 11 er indkoblet således, at dens kollektor 12 er forbundet over et parallelresonanskredsløb 13 og en resonansladningsinduktionsspole 21 til en positiv strømforsyningsklemme 14, dens emitter 15 er forbundet med en negativ strømforsyningsklemme 16, og dens basis 17 er forbundet over en tilbagekoblingsvikling 18 til en forspændingskondensator 19, hvilken vikling 18 er koblet ved gensidig induktans til en induktionsspole 2o i parallelresonanskreds-løbet 13, der også indeholder en kondensator 22. Induktionsspolen 2o er primærviklingen i en transformator 23 med fire sekundærviklinger, hvoraf den ene udgør tilbagekoblingsviklingen 18, og de andre 24, 24a,24b er forbundet med en udladningslampe 6o med opvarmede elektroder 61 og 62. I serie med forspændingskondensatoren ligger spredningsinduktansen af tilbagekoblingsviklingen 18, og der dannes således et seriekredsløb, som forbinder basis 17 med emitteren 15. Den ene elektrode 25 i kondensatoren 19 er over en modstand 26 forbundet med klemmen 14, og den anden elektrode 29 er direkte forbundet med den anden klemme 16. Det hidtil beskrevne kredsløb er i det væsentlige som beskrevet i det ovennævnte britiske patentskrift nr.

1.3o8.284.

Kredsløbet i fig. 1 indeholder yderligere en hjælpevikling 8o på transformatoren 23, som er forbundet i serie med en diode 81 og en modstand 82 over kondensatoren 19. Dioden 81 er polet således, at den tillader udladning af den negative ladning, som opsamles på kondensatoren 19.

Kredsløbet i fig. 1 fungerer på følgende måde. En ikke vist jævnspændingskilde er forbundet med klemmerne 14 og 16. Som det er sædvanligt ved selvforspændte klasse-C oscillatorer, er transistoren 11 ikke forspændt til en klasse-C tilstand, når strømkilden til at begynde med forbindes med klemmerne 14 og 16, men transistoren begynder at lede som et resultat af den positive spænding, der til- 5 U3430 føres basis 17 fra klemmen 14 over modstanden 26 og viklingen 18 og starter derved oscillation ved regenerativ tilbagekobling fra induktionsspolen 2o til basis 17 ved hjælp af viklingen 18. Når oscillatoren er begyndt, opbygges imidlertid en negativ forspænding på forspændingskondensatoren 19, hvilket resulterer i klasse-C drift.

Transistoren 11 leder derefter kun, når spændingen på basis 17 er positiv i forhold til spændingen på emitteren 15, hvilket forekommer i impulser, der optager ca. en trediedel af spændingens periodetid. Følgelig passerer strømimpulser gennem emitter-kollektorkredsløbet for transistoren 11, resonanskredsløbet 13 og induktionsspolen 21 og opretholder i det væsentlige sinusformede oscillationer i resonanskredsløbet 13, hvilket giver anledning til en sinusformet spænding over kredsløbet 13. Som følge af koblingen ved gensidig induktans mellem tilbagekoblingsviklingen 18 og induktionsspolen 2o optræder der en spænding over viklingen 18, som har dqn samme frekvens som spændingen over resonanskredsløbet 13. Polariteten af spændingen over viklingen 18, når strømimpulserne går gennem transistoren, er en sådan, at elektroden 25 på forspændingskondensatoren 19 gøres mere og mere negativ under disse impulser. Efter hver opladning aflades kondensatoren 19, indtil elektroden 25 kun er lidt negativ, hvorpå den næste ladeimpuls optræder.

Basis-emitterspændingen over transistoren 11 består af summen af spændingen over forspændingskondensatoren 19 og tilbagekoblingsviklingen 18. Transistoren vil indkobles, når den negative spænding over kondensatoren 19 bliver tilstrækkeligt mindre end den positive spænding over viklingen 18 og vil udkobles, når det omvendte er tilfældet.

I kredsløbet i fig. 1 sker udladningen fra kondensatoren primært gennem modstanden 82, dioden 81 og hjælpeviklingen 8o og kun i lille udstrækning gennem modstanden 26, så at effektafsætningskravene til modstanden 26 er små. Hjælpeviklingen 8o og dioden 81 tilvej ebringer en positiv hjælpeskinne med lavere spænding end klemmen 14, som tillader kondensatoren 19 at udlades under skiftende halvperioder, dvs. når transistoren 11 ikke er ledende, uden at medføre for stort effekttab. Udladningshastigheden indstilles ved passende valg af værdien af modstanden 82.

Det skal bemærkes, at det ikke ville være muligt at reducere effekttabet ved at gøre kondensatoren 19 mindre, da dette ville medføre utilstrækkelig strøm til basisemitterovergangen i transistoren 11 til virksom drift.

Fig. 2 viser en modifikation af fig. 1, hvor en enkelt vikling 18a anvendes i stedet for de separate tilbagekoblings- og 6 143430 hjælpeviklinger i fig. 1. Den ene side af viklingen 18a er forbundet med klemmen 16, og den anden side er over kondensatoren 19a forbundet med basis 17 i transistoren 11, der også over en modstand 26a er forbundet med klemmen 14. Forbindelsespunktet mellem kondensatoren 19a og viklingen 18a er over en diode 81a forbundet med den ene elektrode i en lagerkondensator 84, hvis anden elektrode er forbundet med klemmen 16, og en modstand 83 forbinder lagerkondensatoren 84 med den negative elektrode i kondensatoren 19a.

Den positive strømforsyning til afladning af kondensatoren 19a tilvejebringes af dioden 81a, som oplader lagerkondensatoren 84 under de positive halvperioder af oscillatoren. Under de skiftevise halvperioder virker lagerkondensatoren 84 som en hjælpelavspændingskilde til udladning af forspændingskondensatoren 19a gennem tilbagekoblingsviklingen 18a. Afladningshastigheden indstilles ved passende valg af værdien af modstanden 83.

En alternativ modifikation af fig. 1 er vist i fig. 3. Her er den ende af viklingen 8o, som ikke er forbundet med dioden 81, forbundet over en vikling 86 med klemmen 16 i stedet for direkte som vist i fig. 1. Opbygningen af transformatoren 23 er som vist i fig. 4 og omfatter to hosliggende viklingssektioner A og B monteret på en ferritkerne C. Viklingssektionen A indeholder viklingerne 2o,18 og 8o, og viklingssektionen B indeholder viklingerne 24,24a,24b og 86. Konstruktionen er en sådan, at der fås spredningsinduktans mellem sektionerne A og B, som erstatter en ballast i lampekredsløbet til begrænsning af strømmen gennem lampen.

Med åbent kredsløb kan udgangsspændingen over viklingen 24 f.eks. typisk være 3oo volt effektiv for et 12o cm langt 4o watt rør med en diameter på 38 mm. Når røret tænder, falder udgangsspændingen til brændespændingen for røret, der typisk er loo volt. Enhver førtændings spænding på viklingssektionen B reduceres således til 1/3 af sin amplitude, så snart røret tænder. Viklingerne 8o og 86 i fig.

3 er forbundet i modfase, således at udladningsspændingen over kondensatoren 19 reduceres i førtændingsintervallet. Når lampen tænder, vokser oscillatorens frekvens, og udgangsspændingen på viklingen 86 falder til 1/3 af sin førtændingsværdi. Følgelig forøges kondensatoren 191 s nettoudladningsspænding til opretholdelse af korrekt faseindstilling ved den forøgede frekvens.

Den samlede spænding, som leveres af viklingerne 8o og 86, er indrettet til netop at være tilstrækkelig til at aflade kondensatoren 19 ved den korrekte hastighed, som passer til oscillationens frekvens. Spændingen, som frembringes af viklingen 86, er afhængig af 7 143430 strømmen gennem lampen, af hvilken oscillationens frekvens også er afhængig. Dette afhjælper problemet ved ukorrekt faseindstilling under førtændingstilstanden. Kredsløbet er også særligt egnet, når en transduktor er forbundet mellem sekundærviklingen 24 og lampen 6o for at muliggøre dæmpning af lampen.

Claims (5)

8 U3430 Patentkrav.

1. Selvforspændt klasse-C oscillator indeholdende en transistor (11), som har en første og en anden styret elektrode (12,15) og en styreelektrode (17), og hvor den første styrede elektrode (12) er forbundet over et parallelresonanskredsløb (13) til en første indgangsklemme (14), den anden styrede elektrode (15) er forbundet med en anden indgangsklemme (16), styreelektroden (17) er forbundet over en'tilbagekoblingsvikling (18) og en forspændingskondensator (19) til den anden styrede elektrode (15), og tilbagekoblingsviklingen (18) er koblet ved gensidig induktans til en induktionsspole (20) i parallelresonanskreds løbet (13), idet arrangementet er et sådant, at strømimpulser føres fra forspændingskondensatoren (19) og tilbagekoblings-viklingen (18) til styreelektroden (17) for at levere strøm med den korrekte fase til opretholdelse af resonanskredsløbets (13) oscillation, kendeteg net ved en yderligere vikling (80) , som er koblet til induktionsspolen (20) for at tilvejebringe en spænding, der er mindre end spændingen mellem den første (14) og anden (16) indgangsklemme, og organer (81,82 eller 83), som indbefatter et ensretterorgan (81), der forbinder den yderligere vikling (80) med forspændingskondensatoren (19) for at tilvejebringe en udladningsvej for denne, når transistoren (11) ikke er ledende.

2. Oscillator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de nævnte organer omfatter en diode (81) og en modstand (82), der er forbundet i serie med den yderligere vikling (80) over forspændingskondensatoren (19) .

3. Oscillator ifølge krav 2,kendetegnet ved, at dens udgangseffekt tages fra en udgangsvikling (24), som er koblet med spredningsreaktans til induktionsspolen (20) i parallelresonans-kredsløbet (13), og at den yderligere vikling (80) er i serie med og i modfase til en hjælpevikling (86), der er koblet ved gensidig induktans til udgangsviklingen (24) .

4. Oscillator ifølge krav 1,kendetegnet ved, at det nævnte ensretterorgan er en diode (81a), og at de nævnte organer yderligere omfatter en lagerkondensator (84) og er forbundet med tilbagekoblingsviklingen (18 a) .

5. Oscillator ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendet-egnet ved, at den indeholder en yderligere induktionsspole (21), som er forbundet mellem den første indgangsklemme (14) og