EP0024522B1 - Wechselrichter zum Betrieb von mindestens zwei Entladungslampen - Google Patents
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- H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
- H01F38/10—Ballasts, e.g. for discharge lamps
Definitions
- the invention relates to an inverter according to the preamble of claim 1.
- the transformer has an iron core with three legs, of which the two outer carry the secondary windings that feed the discharge lamps and the middle leg carry the primary winding.
- the leakage inductance of the transformer is used to limit the lamp current. From US-A-2 158 275 it is known to provide the transformer with additional, unwrapped outer legs with an air gap so as to increase its leakage inductance.
- the inverter 1 works with a stray field transformer 2, the core of which is designated 20.
- the latter is a ferrite core in an open shell design, in which four outer legs 202, 203, 204, 204 'are arranged at the same distance from one another and coaxially around a central leg 201.
- the two other outer legs 202, 203 each carry a secondary winding 2021, 2031, to each of which a tubular discharge lamp 31, 32 is connected; these - interconnected - secondary windings also have taps that supply the heating voltages for the electrodes of the discharge lamps in a known manner.
- a voltage divider consisting of an ohmic resistor 41 and a PTC thermistor 42 located in the direct current path of a rectifier bridge, is connected, the tap of which is connected to the housings that hold the discharge lamps or another ignition auxiliary device 311, 321 is connected.
- the primary winding 2011 and control windings 2012, 2013 are arranged around the center leg 201 and form a known circuit with the inverter 1 (center-point circuit, bridge circuit or switching circuit according to DE-A-2 239 433).
- the open-circuit voltage is present on the two discharge lamps 31, 32 and on the voltage divider 41, 42, which leads, for example, to the ignition of the discharge lamp 31.
- the operating current of this lamp then results in a shift in the flow, which is initially evenly distributed on the outer legs 202, 203, in the sense of an increase in the leg 203 and thus an increase in the voltage at the discharge lamp 32, so that it can also ignite.
- the second discharge lamp does not ignite because it is defective, for example, the discharge lamp 31 would only burn with reduced power. If this is not desired, its operating current can be increased by the series connection of auxiliary windings 2022, 2023 shown.
- auxiliary windings 2022, 2023 Each of these auxiliary windings, consisting, for example, of only one to three turns, is attached to the outer leg assigned to a secondary winding.
- the auxiliary windings are connected in series with one another in opposite directions via a capacitor 5, so that the flowing current is dependent on the difference in the voltages across the auxiliary windings and its size can be adjusted by the capacitor 5. The result of this switching is that part of the flow shifted to the “idling leg” 203 is brought back to the leg 202.
- the ignitability of the discharge lamps - especially at very low outside temperatures - is increased by the potential applied by the voltage divider to the auxiliary ignition devices 311, 321:
- the voltage divider is dimensioned so that the potential at its tap when the inverter is switched on is in the middle between it both endpoints.
- the maximum potential difference between the auxiliary ignition device of a discharge tube and one of its cathodes corresponds precisely to the voltage supplied by the associated secondary winding. After switching on, the potential of the tap migrates over time towards the upper end point of the voltage divider, so that the potential between the starting aid 321 and the lower cathode of the discharge tube 32 increases until it ignites.
- the other discharge lamp 31 then ignites immediately thereafter.
- the open circuit voltages of the stray field transformer are preferably dimensioned such that one of the discharge lamps can only ignite when a correspondingly high voltage is applied to the ignition auxiliary device.
- the rate of temperature-dependent resistance can be used to ensure that the discharge lamp can ignite only after a sufficiently long preheating time.
- the PTC thermistor also contributes to this, since after switching on it represents a low-resistance load, so that the voltage at the lamps is initially certainly not sufficient for ignition.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
- Bei einem derartigen, aus der DE-A1-2 901 844 bekannten Wechselrichter hat der Transformator einen Eisenkern mit drei Schenkeln, von denen die beiden äusseren die die Entladungslampen speisenden Sekundärwicklungen und der Mittelschenkel die Primärwicklung tragen. Wenn bei dieser Anordnung nur eine der beiden Lampen zündet, hat dies eine derartige Flussverschiebung zur Folge, dass die Leerlaufspannung an der noch nicht gezündeten Lampe so weit ansteigt, bis diese ebenfalls zündet.
- Zur Begrenzung des Lampenstromes dient hierbei die Streuinduktivität des Transformators. Aus der US-A-2 158 275 ist bekannt, den Transformator mit zusätzlichen, unbewickelten AussenschenkeIn mit Luftspalt zu versehen, um so dessen Streuinduktivität zu vergrössern.
- Andererseits ist es dem Fachmann bekannt, dass mit der Streuinduktivität Streufelder verbunden sind, die Verluste und sonstige Störungen, z.B. mechanische Anregungen, verursachen können; er ist daher bestrebt, die räumliche Ausdehnung von Streufeldern möglichst klein zu halten, wozu an sich Schalenkerne mit ihrem bekannt geringen Streufeld besonders geeignet sind.
- Durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete besondere Ausgestaltung des Streufeldtransformators in Schalenbauform wird eine ausreichend grosse Streuinduktivität bei kleinem äusseren Streufeld erreicht.
- Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, wobei der Wechselrichter mit nur zwei Entladungslampen betrieben wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen
- Fig. 1 ein Schaltbild eines Wechselrichters,
- Fig. 2 eine Seitenansicht eines Mantelkerns und
- Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Hälfte des Mantelkernes entlang Linie lll-lll.
- Der Wechselrichter 1 arbeitet mit einem Streufeldtransformator 2 zusammen, dessen Kern mit 20 bezeichnet ist. Letzterer ist ein Ferritkern in offener Schalenbauform, bei dem Vier Aussenschenkel 202, 203, 204, 204' mit gleichem Abstand voneinander und koaxial um einen Mittelschenkel 201 angeordnet sind. Die einander gegenüberliegenden Aussenschenkel 204, 204' sind dabei als Streupfade ausgebildet und weisen dementsprechend jeweils einen Luftspalt 2041' auf. Die beiden anderen Aussenschenkel 202, 203 tragen jeweils eine Sekundärwicklung 2021, 2031, an die jeweils eine röhrenförmige Entladungslampe 31, 32 angeschlossen ist; diese - miteinander verbundenen - Sekundärwicklungen weisen zugleich Abgriffe auf, die in bekannter Weise die Heizspannungen für die Elektroden der Entladungslampen liefern. Zwischen gegenphasigen Enden der beiden Sekundärwicklungen (die Phasenlage ist durch einen Punkt angegeben) ist ein Spannungsteiler, bestehend aus einem ohmschen Widerstand 41 und einem im Gleichstrompfad einer Gleichrichterbrücke liegenden Kaltleiter 42 angeschlossen, dessen Abgriff mit den die Entladungslampen aufnehmenden Gehäusen oder einer anderen Zündhilfseinrichtung 311, 321 verbunden ist.
- Um den Mittelschenkel 201 sind die Primärwicklung 2011 und Steuerwicklungen 2012, 2013 angeordnet, die mit dem Wechselrichter 1 eine bekannte Schaltung bilden (Mittelpunktschaltung, Brückenschaltung oder Umschwingschaltung gemäss DE-A-2 239 433).
- Nach dem Einschalten des Wechselrichters liegt an den beiden Entladungslampen 31,32 und an dem Spannungsteiler41, 42 die Leerlaufspannung an, die beispielsweise zur Zündung der Entladungslampe 31 führt. Der Betriebsstrom dieser Lampe hat dann eine Verschiebung des zunächst auf die Aussenschenkel 202, 203 gleichmässig verteilten Flusses im Sinne einer Erhöhung im Schenkel 203 und damit eine Erhöhung der Spannung an der Entladungslampe 32 zur Folge, so dass diese ebenfalls zünden kann.
- Zündet die zweite Entladungslampe nicht, weil diese beispielsweise defekt ist, so würde die Entladungslampe 31 nur mit verminderter Leistung brennen. Ist dies nicht erwünscht, so lässt sich ihr Betriebsstrom durch die dargestellte Reihenschaltung von Hilfswicklungen 2022, 2023 erhöhen. Jede dieser Hilfswicklungen, bestehend beispielsweise nur aus ein bis drei Windungen, ist auf dem einer Sekundärwicklung zugeordneten Aussenschenkel angebracht. Die Hilfswicklungen sind gegensinnig übereinen Kondensator 5 miteinander in Reihe geschaltet, so dass der fliessende Strom von der Differenz der Spannungen an den Hilfswicklungen abhgängig und seine Grösse durch den Kondensator 5 einstellbar ist. Diese Schaltung hat zur Folge, dass ein Teil des auf den «leerlaufenden Schenkel» 203 verlagerten Flusses wieder auf den Schenkel 202 zurückgeholt wird.
- Die Zündwilligkeit der Entladungslampen - vor allem bei sehr niedrigen Aussentemperaturen - wird durch das von dem Spannungsteiler an die Zündhilfseinrichtungen 311, 321 gelegte Potential erhöht: Der Spannungsteiler ist so bemessen, dass das Potential an seinem Abgriff beim Einschalten des Wechselrichters gerade in der Mitte zwischen seinen beiden Endpunkten liegt. Hierbei entspricht die maximale Potentialdifferenz zwischen der Zündhilfseinrichtung einer Entladungsröhre und einer ihrer Kathoden gerade der von der zugehörigen Sekundärwicklung gelieferten Spannung. Nach dem Einschalten wandert das Potential des Abgriffes im Laufe der Zeit gegen den oberen Endpunkt des Spannungsteilers, so dass das Potential zwischen der Zündhilfseinrichtung 321 und der unteren Kathode der Entladungsröhre 32 ansteigt bis diese zündet. Infolge der bereits beschriebenen Wirkung des Kernes des Streufeldtransformators zündet dann die andere Entladungslampe 31 sofort danach. Vorzugsweise sind hierbei die Leerlaufspannungen des Streufeldtransformators so bemessen, dass eine der Entladungslampen erst zünden kann, wenn eine entsprechend hohe Spannung an der Zündhilfseinrichtung liegt. In Verbindung mit einer entsprechend bemessenen Änderungsgeschwindigkeit des temperaturabhängigen Widerstandes lässt sich damit sicherstellen, dass die Entladungslampe erst nach einer ausreichend langen Vorheizzeit zünden kann. Hierzu trägt auch der Kaltleiter bei, der nach dem Einschalten eine niederohmige Belastung darstellt, so dass die an den Lampen liegende Spannung zunächst mit Sicherheit nicht zur Zündung ausreicht.
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