EP2132963A1 - Vorschaltgerät für eine gasentladungslampe - Google Patents

Vorschaltgerät für eine gasentladungslampe

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Publication number
EP2132963A1
EP2132963A1 EP08707346A EP08707346A EP2132963A1 EP 2132963 A1 EP2132963 A1 EP 2132963A1 EP 08707346 A EP08707346 A EP 08707346A EP 08707346 A EP08707346 A EP 08707346A EP 2132963 A1 EP2132963 A1 EP 2132963A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
common core
winding
windings
leg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08707346A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen BIELA
Florian Giezendanner
Johann W. Kolar
Stefan Zudrell-Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonicatco GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tridonicatco GmbH and Co KG filed Critical Tridonicatco GmbH and Co KG
Publication of EP2132963A1 publication Critical patent/EP2132963A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/2825—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage
    • H05B41/2827—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage using specially adapted components in the load circuit, e.g. feed-back transformers, piezoelectric transformers; using specially adapted load circuit configurations

Definitions

  • the invention relates to a ballast for a gas discharge lamp according to the preamble of claim 1, comprising a load circuit containing a choke and a charging capacitor to be switched in parallel to the gas discharge lamp, a connected to a DC voltage source and serving to supply the load circuit inverter containing electronic switch elements and a transformer circuit for the switch elements including a transformer.
  • a ballast of the above type is known.
  • inverter FETs MOSFETs or IGBTs.
  • MOSFETs MOSFETs
  • IGBTs IGBTs
  • These components are characterized not only by the fact that they switch low power, but also by the fact that they switch very fast.
  • the components mentioned are provided with very high-impedance inputs (gates), which also require a driver circuit with a very high-impedance output.
  • the driver circuit must even ensure that at least the high-lying switch element is galvanically isolated from ground. This is possible by using a driver circuit with a transformer whose primary winding and secondary winding are only inductively coupled but galvanically isolated.
  • the object is achieved according to the characterizing part of claim 1, characterized in that the transformer windings and the inductor winding are arranged on a common core. It is desirable that the transformer windings and the choke winding are arranged on the common core, that the transformer windings are decoupled against the choke winding and vice versa.
  • Effective decoupling can be achieved by placing and distributing the transformer windings and the choke winding on the common core such that the magnetic fluxes generated by the choke winding induce opposing currents in the transformer windings and the magnetic fluxes generated by the transformer windings are such that that they pass by the choke winding and do not induce current in it.
  • the common core should consist of two outer and one middle leg and these three legs at both ends bridging yoke parts, wherein each of the two transformer windings are distributed in half and wound in the same direction on different legs of the common core, further comprising the inductor winding on the third leg is arranged, and wherein finally the third leg is provided with an air gap.
  • An alternative embodiment may be that the choke winding and the transformer windings are mounted and distributed on the common core such that magnetic fluxes generated by the transformer windings induce opposing currents in the choke winding, and that magnetic fluxes generated by the choke winding are such that they pass the transformer windings and do not induce any current in them.
  • Yoke parts wherein the inductor winding are arranged in half and wound in the same direction on different legs of the common core, wherein furthermore the transformer windings are arranged on the third core, and finally the third leg is provided with an air gap.
  • the cheapest option in both embodiments is that in which the third leg is the middle leg.
  • the common core may consist of two oppositely directed E-part cores, wherein the middle E-leg contains the air gap.
  • the ballast contains more nuclear inductive circuit elements, such.
  • a transformer for filament heating or a transformer for symmetrizing two lamps so their cores can also be wound on the common core or at least two of them on another common core using the above findings and teachings.
  • a heating transformer is suitable for such a reduction of the circuit complexity, since it is generally not a large base load represents the system.
  • Fig. 1 shows a ballast for operating a gas discharge lamp 2 in a schematic form.
  • the ballast consists of a load circuit 1, an inverter 7, a driver circuit 11, a control unit 15 and a supply voltage unit 16.
  • the load circuit 1 includes, as usual, a series resonant circuit consisting of a throttle 4 and a charging capacitor 3.
  • the connection point between the throttle 4 and the charging capacitor 3 is connected via a coupling capacitor 5 to an electrode of the gas discharge lamp 2.
  • the other electrode of the gas discharge lamp 2 is grounded.
  • the throttle 4 consists of a core, not shown, and a choke winding D.
  • the terminal of the choke 4 facing away from the charging capacitor 3 is also connected to a terminal of a snubber capacitor whose other terminal is grounded.
  • the inverter 7 is a half-bridge circuit consisting of two series-connected MOSFETs 8, 9, which operate as electronic switch elements.
  • the series circuit of the two MOSFETs 8, 9 on the one hand to a high DC voltage potential V bus and on the other hand to ground.
  • the connection point 10 de half-bridge leads to the load circuit. 1
  • the inputs (gates) of the two MOSFETs are very high-impedance compared to ground. This requires that the corresponding outputs of the Driver circuit 11 are very high impedance. In the case of the overhead MOSFET 8 even the demand for a complete galvanic isolation from ground exists.
  • the driver circuit 11 includes a transformer 14 with a (not shown) core and a primary winding T p and a secondary winding T s . The one terminal of the secondary winding T s is connected to the
  • Input of the overhead operational amplifier 12 is connected, whose output is located at the gate of the MOSFET 8.
  • the other terminal of the secondary winding T s is located at the bridge point 10 of the inverter 7 forming half-bridge circuit.
  • the gate of the underlying MOSFET 9 is driven by an operational amplifier 13, which leads directly to the control unit 15.
  • the primary winding T p of transformer 14 is supplied from the controller 15 °.
  • the control unit 15 supplies switching pulses (on / off) to the driver circuit 11.
  • the resonance between the winding capacitance of the primary winding and its inductance is utilized.
  • the switching pulse is "on”
  • the winding capacitance is charged and the transformer is magnetized in one direction
  • the upper MOSFET 8 is then turned on, while the lower MOSFET 9 is off, then when the switching pulse follows "off", it drives the transformer continues the current and is re-magnetized in the other direction.
  • the upper MOSFET 8 is turned off and the lower MOSFET 9 is turned on.
  • the damping capacitor 6 in the load circuit allows switching of the MOSFETs 8, 9 with zero potential, and it also acts as a filter against electromagnetic interference, which are a consequence of S ehalt operations.
  • FIG. 2 (a) shows how the two MOSFETs 8, 9 are alternately turned on.
  • FIG. 2 (b) shows the voltage vmp (t) at the bridge point 10 of the inverter 7. It can be seen that trapezoidal switching pulses occur.
  • FIG. 2 (c) shows the course of the current i L (t) through the choke 4. It can be seen that the current is almost sinusoidal, which is an indication that almost no harmonics and hence noises are generated.
  • FIG. 2 (d) shows the course of the current through the damping capacitor 6. These are small current pulses which occur with alternating polarity in the switching pauses of the MOSFETs 8, 9. In this connection, it should be noted that the switching pauses apparent from FIG. 2 (a) have zero potential. The actual invention is shown in FIGS. 3 to 5.
  • the transformer 14 and the throttle 4 have a common core 16, which consists of mutually opposed E-part cores 17 and 18.
  • the core 16 has two outer legs 19 and 20 and a center leg 21.
  • the middle leg 21 is interrupted by an air gap 24 and thereby divided into two partial legs 21a, 21b.
  • the three legs 19, 20, 21 are bridged at their two ends in each case by a transverse yoke 22, 23.
  • the primary winding T p of the transformer 14 is divided, wherein one half is wound on the leg 19 and the other half on the leg 20.
  • the secondary winding T s is divided, wherein the one partial winding is also wound on the leg 19 and the other also on the leg 20 of the common core 16. The winding sense will be explained later.
  • the throttle 4 consists of three throttle windings Dl, D2 and D3. These three inductor windings can optionally be connected in series, in order to change the inductance of the choke. In any case, all three inductor windings Dl, D2 and D3 are wound on the center leg 21 of the common core 16.
  • the decisive factor is that the partial windings are arranged in such a way that the partial voltages resulting from the induced currents cancel each other out.
  • a voltage U T is applied to the upper winding, which has a current IT result. Due to the current, a flux ⁇ r is generated in the core, which runs only through the two outer legs of the core and the two transverse yokes, but not through the middle leg. The reason is that the center leg due to its air gap, a much higher magnetic resistance than the two
  • Outer thigh has. Due to the fact that the middle leg is not flown through, no current is induced in the lower winding seated on this middle leg. Thus, the lower winding is decoupled from the upper winding.
  • FIG. 3 The principle set forth for the two FIGS. 4 and 5 is shown in FIG. 3 with two
  • Transformer windings and three inductor windings realized.
  • the winding sense is in each case the same as in FIGS. 4 and 5.
  • a complete decoupling between the transformer windings on the one hand and the choke windings on the other hand is ensured.
  • not decoupled are - which may not be - the primary winding T p and the secondary winding T s of
  • Transformers 14 The fact that the transformer windings T p and T s and the inductor windings Dl, D2 and D3 all sit on the same core 16, the circuit complexity has been reduced by the normally existing second core to a considerable extent.
  • Di and D 2 may be the transformer windings.
  • T p may be a choke winding.
  • D 3 and T s one thinks away. Even with such a modified version, the transformer windings on the one hand and the throttle winding on the other hand are decoupled from each other, while the two transformer windings are coupled together.

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Abstract

Ein Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe (2) enthält im Lastkreis (1) eine Drossel und in einer Treiberschaltung (11) für einen Inverter (7) mit hochohmigen Schalterelementen (8) einen Transformator (14). Zur Verminderung des Schaltungsaufwands sollen die Primärwicklung T<SUB>p</SUB> und die Sekundärwicklung T<SUB>s</SUB> des Transformators (14) einen gemeinsamen Kern (16) haben.

Description

Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe
Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, mit einem Lastkreis, der eine Drossel und einen zu der Gasentladungslampe parallel zu schaltenden Ladekondensator enthält, einem an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen und zur Versorgung des Lastkreises dienenden Inverter, der elektronische Schalterelemente enthält und einer einen Transformator enthaltenden Treiberschaltung für die Schalterelemente.
Ein Vorschaltgeräte der vorstehenden Art ist bekannt. Insbesondere dann, wenn hohe Leistungen geschaltet werden soll, werden als Schalterelemente des Inverters FETs, MOSFETs oder IGBTs verwendet. Diese Bauelemente zeichnen sich nicht nur dadurch aus, dass sie leistungsarm schalten, sondern auch dadurch, dass sie sehr schnell schalten. Allerdings sind die genannten Bauelemente mit sehr hochohmigen Eingängen (Gates) versehen, die auch eine Treiberschaltung mit einem sehr hochohmigen Ausgang erforderlich machen. Die Treiberschaltung muss sogar gewährleisten, dass zumindest das hoch liegende Schalterelement galvanisch gegen Masse isoliert ist. Dies ist dadurch möglich, dass eine Treiberschaltung mit Transformator eingesetzt wird, deren Primärwicklung und Sekundärwicklung nur induktiv gekoppelt, galvanisch aber getrennt sind.
Nachteilig ist jedoch, dass der Transformator wegen der Wicklungen ein aufwendiges und teures Bauelement ist.
Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Transformator einzusetzen, der weder einen Kern noch Drahtwicklungen hat, sondern durch spiralförmige Leiterbahnen auf einer beidseitig gedruckten Leiterplatte realisiert ist, wobei die Leiterplatte gleichzeitig auch Träger der übrigen Bauelemente ist. Ein so ausgeführtes Verschaltgerät kann sogar als ASIC realisiert werden. Allerdings haben kernlose planare Transformatoren beachtliche Streuinduktivitäten und Schaltungskapazitäten. Es ist daher ein erhöhter Logikaufwand zur Signalauswertung und zur Fehlerkorrektur erforderlich. Außerdem sind planare Transformatoren für die Übertragung größerer Leistungen nicht geeignet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, dass zwar ein Transformator mit Kern und Wicklungen verwendet, aber der dadurch bedingte erhöhte Kostenaufwand durch zusätzliche Maßnahmen wieder reduziert wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Transformatorwicklungen und die Drosselwicklung auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. Dabei ist anzustreben, dass die Transformatorwicklungen und die Drosselwicklung so auf dem gemeinsamen Kern angeordnet sind, dass die Transformatorwicklungen gegen die Drosselwicklung entkoppelt sind und umgekehrt.
Eine wirksame Entkopplung kann dadurch erreicht werden, dass die Transformatorwicklungen und die Drosselwicklung so auf dem gemeinsamen Kern angebracht und verteilt angeordnet sind, dass die von der Drosselwicklung erzeugten magnetischen Flüsse gegensinnige Ströme in den Transformatorwicklungen induzieren und das von den Transformatorwicklungen erzeugte magnetische Flüsse so verlaufen, dass sie an der Drosselwicklung vorbeilaufen und keinen Strom darin induzieren.
Der gemeinsame Kern sollte dabei aus zwei äußeren und einem mittleren Schenkel sowie diese drei Schenkel an beiden Enden überbrückenden Jochteilen bestehen, wobei jede der beiden Transformatorwicklungen hälftig und gleichsinnig gewickelt auf verschiedenen Schenkeln des gemeinsamen Kernes verteilt angeordnet sind, wobei ferner die Drosselwicklung auf dem dritten Schenkel angeordnet ist, und wobei schließlich der dritte Schenkel mit einem Luftspalt versehen ist.
Eine alternative Ausführungsform kann darin bestehen, dass die Drosselwicklung und die Transformatorwicklungen so auf dem gemeinsamen Kern angebracht und verteilt angeordnet sind, dass von den Transformatorwicklungen erzeugte magnetische Flüsse gegensinnige Ströme in der Drosselwicklung induzieren, und dass von der Drosselwicklung erzeugte magnetische Flüsse so verlaufen, dass sie an den Transformatorwicklungen vorbeilaufen und keinen Strom darin induzieren.
Der gemeinsame Kern sollte bei dieser Ausführungsform aus zwei äußeren und einem mittleren Schenkel sowie diese drei Schenkel an beiden Enden überbrückenden
Jochteilen bestehen, wobei die Drosselwicklung hälftig und gleichsinnig gewickelt auf verschiedenen Schenkeln des gemeinsamen Kernes verteilt angeordnet sind, wobei weiterhin die Transformatorwicklungen auf den dritten Kern angeordnet sind, und wobei schließlich der dritte Schenkel mit einem Luftspalt versehen ist. Die günstigste Möglichkeit bei beiden Ausfuhrungsformen ist die, bei der der dritte Schenkel der mittlere Schenkel ist.
Der gemeinsame Kern kann aus zwei gegeneinander gerichteten E-Teilkernen bestehen, wobei der mittlere E-Schenkel den Luftspalt enthält.
Wenn das Vorschaltgerät weitere kernbehaftete induktive Schaltungselemente enthält, wie z. B. eine PFC-Drossel, einen Transformator zur Wendelheizung oder einen Transformator zur Symmetrisierung zweier Lampen, so können deren Kerne unter Anwendung der vorstehenden Erkenntnisse und Lehren ebenfalls auf den gemeinsamen Kern oder mindestens zwei von ihnen auf einen weiteren gemeinsamen Kern gewickelt werden. Gerade ein Heiztransformator ist für eine solche Reduzierung des Schaltungsaufwandes geeignet, da er generell keine große Grundbelastung darstellt für das System darstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Vorschaltgerät zum Betreiben einer Gasentladungslampe 2 in schematisierter Form. Das Vorschaltgerät besteht aus einem Lastkreis 1 , einem Inverter 7, einer Treiberschaltung 11 , einer Steuereinheit 15 und einer Versorgungsspannungseinheit 16. Der Lastkreis 1 enthält wie üblich einen Serienresonanzkreis, bestehend aus einer Drossel 4 und einem Ladekondensator 3. Der Verbindungspunkt zwischen der Drossel 4 und dem Ladekondensator 3 ist über eine Koppelkondensator 5 mit einer Elektrode der Gasentladungslampe 2 verbunden. Die andere Elektrode der Gasentladungslampe 2 liegt an Masse. Die Drossel 4 besteht aus einem nicht gezeigten Kern und einer Drosselwicklung D. Der von dem Ladekondensator 3 abgewandete Anschluss der Drossel 4 ist außerdem mit einem Anschluss eines Dämpfungskondensators (Snubber Cap) verbunden, dessen anderer Anschluss an Masse liegt.
Der Inverter 7 ist eine Halbbrückenschaltung, bestehend aus zwei in Serie geschalteten MOSFETs 8, 9, die als elektronische Schalterelemente arbeiten. Die Serienschaltung aus den beiden MOSFETs 8, 9 liegt einerseits an einem hohen Gleichspannungspotential Vbus und andererseits an Masse. Der Verbindungspunkt 10 de Halbbrücke führt zum Lastkreis 1.
Die Eingänge (Gates) der beiden MOSFETs sind gegenüber Masse sehr hochohmig. Das macht es erforderlich, dass auch die entsprechenden Ausgänge der Treiberschaltung 11 sehr hochohmig sind. Im Falle des oben liegenden MOSFETs 8 besteht sogar die Forderung nach einer vollständigen galvanischen Trennung gegenüber Masse. Die Treiberschaltung 11 enthält dazu einen Transformator 14 mit einem (nicht dargestellten) Kern sowie einer Primärwicklung Tp und einer Sekundärwicklung Ts. Der eine Anschluss der Sekundärwicklung Ts ist mit dem
Eingang des oben liegenden Operationsverstärkers 12 verbunden, dessen Ausgang am Gate des MOSFETs 8 liegt. Der andere Anschluss der Sekundärwicklung Ts liegt am Brückenpunkt 10 der den Inverter 7 bildenden Halbbrückenschaltung. Auch das Gate des unten liegenden MOSFETs 9 wird von einem Operationsverstärker 13 angesteuert, der direkt zu der Steuereinheit 15 führt. Auch die Primärwicklung Tp des Transformators 14 wird von der Steuereinheit 15 versorgt.
Die Steuereinheit 15 liefert Schaltimpulse (ein/aus) an die Treiberschaltung 11. Dabei wird die Resonanz zwischen der Windungskapazität der Primärwicklung sowie ihrer Induktivität ausgenutzt. Wenn der Schaltimpuls „ein" ist, wird die Windungskapazität aufgeladen und der Transformator in einer Richtung magnetisiert. Der oben liegende MOSFET 8 ist dann auf Durchlass geschaltet, während der unten liegende MOSFET 9 gesperrt ist. Wenn dann der Schaltimpuls „aus" folgt, treibt der Transformator den Strom weiter und wird in die andere Richtung ummagnetisiert. Das führt dazu, dass der oben liegende MOSFET 8 gesperrt und der unten liegende MOSFET 9 auf Durchlass geschaltet wird.
Der Dämpfungskondensator 6 im Lastkreis ermöglicht ein Schalten der MOSFETs 8, 9 mit Null-Potential, und er wirkt außerdem als Filter gegen elektromagnetische Störfrequenzen, die eine Folge der S ehalt Vorgänge sind.
In Figur 2(a) ist erkennbar, wie die beiden MOSFETs 8, 9 wechselweise leitend geschaltet werden.
Figur 2(b) zeigt die Spannung vmp(t) am Brückenpunkt 10 des Inverters 7. Man erkennt, dass trapezförmige Schaltimpulse entstehen.
Figur 2(c) zeigt den Verlauf des Stromes iL(t) durch die Drossel 4. Man erkennt, dass der Strom nahezu sinusförmig ist, was ein Anzeigen dafür ist, dass nahezu keine Oberwellen und damit Störungen erzeugt werden.
Figur 2(d) zeigt den Verlauf des Stromes durch den Dämpfungskondensator 6. Es handelt sich um kleine Stromimpulse, die mit wechselnder Polarität in den Schaltpausen der MOSFETs 8, 9 auftreten. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die aus Figur 2(a) ersichtlichen Schaltpausen Null-Potential haben. Die eigentliche Erfindung ist in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.
Der Transformator 14 und die Drossel 4 haben einen gemeinsamen Kern 16, der aus gegeneinander gesetzten E-Teilkernen 17 und 18 besteht. Der Kern 16 hat zwei Außenschenkel 19 und 20 sowie einen Mittelschenkel 21. Der Mittelschenkel 21 ist von einem Luftspalt 24 unterbrochen und dadurch in zwei Teilschenkel 21a, 21b geteilt. Die drei Schenkel 19, 20, 21 sind an ihren beiden Enden jeweils von einem Querjoch 22, 23 überbrückt.
Die Primärwicklung Tp des Transformators 14 ist geteilt, wobei die eine Hälfte auf den Schenkel 19 und die andere Hälfte auf den Schenkel 20 gewickelt ist. Gleichermaßen ist die Sekundärwicklung Ts geteilt, wobei die eine Teilwicklung ebenfalls auf den Schenkel 19 und die andere ebenfalls auf den Schenkel 20 des gemeinsamen Kerns 16 gewickelt ist. Der Wicklungssinn wird später erläutert.
Die Drossel 4 besteht aus drei Drosselwicklungen Dl, D2 und D3. Diese drei Drosselwicklungen können wahlweise in Serie geschaltet werden, im die Induktivität der Drossel verändern zu können. Auf jeden Fall sind alle drei Drosselwicklungen Dl, D2 und D3 auf den Mittelschenkel 21 des gemeinsamen Kernes 16 gewickelt.
Nunmehr soll anhand der Figuren 4 und 5 erläutert werden, wie der Wicklungssinn der Primärwicklungen des Transformators 14 gewählt werden muss, damit der gewünschte Effekt erreicht wird. In Figur 4 sind nur zwei Wicklungen gezeigt, von denen die obere einer der beiden Transformatorwicklungen in Figur 3 entspricht, und von denen die untere einer der Drosselwicklungen in Figur 3 entspricht.
Unter Bezugnahme auf Figur 4 soll zunächst die auf dem Mittelschenkel unten sitzende Wicklung mit einer Spannung UD beaufschlagt werden, die in der Wicklung einen Strom io erzeugt. Durch den Strom io wird im Mittelschenkel ein magnetischer Fluss φo erzeugt, der sich in zwei Teilflüsseφoi undφo2 aufteilt, die durch die Außenschenkel zurückfließen. Der Wicklungssinn der beiden Teilwicklungen der oberen Wicklung ist nun so gewählt, dass der in den beiden Teilwicklungen durch die beiden TeilflüsseφDi und φp2 induzierte Strom zu Spannungen URI und UR2 führt, die sich gegenseitig aufheben, so dass am Eingang der oberen Wicklung UR= 0 entsteht. Das Ergebnis ist also: Die obere Wicklung ist von der unteren entkoppelt. Entscheidend ist, dass die Teilwicklungen so angebracht sind, dass sich die aufgrund der darin induzierten Ströme ergebenden Teilspannungen aufheben. In Figur 5 wird an die obere Wicklung eine Spannung UT angelegt, die einen Strom IT zur Folge hat. Aufgrund des Stromes wird in dem Kern ein Fluss φr erzeugt, der nur durch die beiden äußeren Schenkel des Kernes sowie die beiden Querjoche läuft, nicht aber durch den Mittelschenkel. Der Grund ist, dass der Mittelschenkel wegen seines Luftspaltes einen wesentlich höheren magnetischen Widerstand als die beiden
Außenschenkel hat. Dadurch, dass der Mittelschenkel nicht durchflössen wird, wird in der auf diesen Mittelschenkel sitzenden unteren Wicklung kein Strom induziert. Damit ist auch die untere Wicklung von der oberen Wicklung entkoppelt.
Das für die beiden Figuren 4 und 5 dargelegte Prinzip ist in Figur 3 mit zwei
Transformatorwicklungen und drei Drosselwicklungen realisiert. Der Wicklungssinn ist jeweils der gleiche wie in den Figuren 4 und 5. Auch hier ist eine vollständige Entkopplung zwischen den Transformatorwicklungen einerseits und den Drosselwicklungen andererseits gewährleistet. Nicht entkoppelt sind jedoch - was auch nicht sein darf- die Primärwicklung Tp und die Sekundärwicklung Ts des
Transformators 14. Dadurch, dass die Transformatorwicklungen Tp und Ts sowie die Drosselwicklungen Dl, D2 und D3 alle auf dem gleichen Kern 16 sitzen, ist der Schaltungsaufwand um den normalerweise vorhandenen zweiten Kern in beachtlichem Maße reduziert worden.
Das vorstehend beschriebene Prinzip kann auch - unter Bezugnahme auf Figur 3 - wie folgt abgewandelt werden: Di und D2 können Transformatorwicklungen sein. Tp kann eine Drosselwicklung sein. D3 und Ts denkt man sich weg. Auch bei einer solchen abgewandelten Version sind die Transformatorwicklungen einerseits und die Drosselwicklung andererseits gegeneinander entkoppelt, während die beiden Transformatorwicklungen miteinander gekoppelt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe (2), mit einem Lastkreis (1), der eine
Drossel (4) und einen zu der Gasentladungslampe (2) parallel zu schaltenden Ladekondensator (3) enthält, einem an eine Gleichspannungsquelle (Vbus) angeschlossenen und zur Versorgung des
Lastkreises (1) dienenden Inverter (7), der elektronische Schalterelemente (8, 9) enthält, und einer einen Transformator(14) enthaltenden Treiberschaltung (11) für die Schalterelemente (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungen (Tp, Ts) und die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) auf einem gemeinsamen Kern (16) angeordnet sind.
2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungen (Tp, Ts) und die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) so auf dem gemeinsamen Kern (16) angeordnet sind, dass die Transformatorwicklungen (Tp, T5) gegen die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) entkoppelt sind und umgekehrt.
3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorwicklungen (Tp, Ts) und die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) so auf dem gemeinsamen Kern (16) angebracht und verteilt angeordnet sind, dass die von der Drosselwicklung (Dl , D2, D3) erzeugten magnetischen Flüsse (φoi, ΦD2) gegensinnige Ströme in den Transformatorwicklungen (Tp, Ts) induzieren, und dass von den Transformatorwicklungen (Tp, Ts) erzeugte magnetische Flüsse (φx) so verlaufen, dass sie an der Drosselwicklung vorbeilaufen und keinen Strom darin induzieren.
4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kern (16) aus zwei äußeren (19, 20) und einem mittleren Schenkel sowie diese drei Schenkel (19, 20, 21) an beiden Enden überbrückenden Jochteilen (22, 23) besteht, dass jede der beiden Transformatorwicklungen (Tp, Ts) hälftig und gleichsinnig gewickelt auf verschiedenen Schenkeln des gemeinsamen Kernes (16) verteilt angeordnet sind, dass die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) auf dem dritten Schenkel (21) angeordnet ist, und das der dritte Schenkel (21) mit einem Luftspalt (22) versehen ist (Fig. 3).
5. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) und die Transformatorwicklungen (Tp, Ts) so auf den gemeinsamen Kern (16) angebracht und verteilt angeordnet sind, dass von den Transformatorwicklungen (Tp, T3) erzeugte magnetische Flüsse gegensinnige Ströme in der Drosselwicklung (D 1 , D2, D3) induzieren, und dass von der Drosselwicklung (Dl, D2, D3) erzeugte magnetische Flüsse so verlaufen, dass sie an den Transformatorwicklungen (Tp, Ts) vorbeilaufen und keinen Strom darin induzieren (keine Figur).
6. Vorschaltgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kern (16) aus zwei äußeren (19, 20) und einem mittleren (21) Schenkel sowie diese drei Schenkel (19, 20, 21) an beiden Enden überbrückenden Jochteilen (22, 23) besteht, dass die Drosselwicklung (Dl, D2, D3) hälftig und gleichsinnig gewickelt auf verschiedenen Schenkeln des gemeinsamen Kernes verteilt angeordnet sind, dass die Transformatorwicklungen (Tp, T8) auf dem dritten Kern angeordnet sind, und dass der dritte Schenkel mit einem Luftspalt versehen ist (keine Figur).
7. Vorschaltgerät nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schenkel (21) der mittlere Schenkel ist.
8. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Kern (16) aus zwei gegeneinander gerichteten E-Kern-Teilen (17, 18) besteht, wobei der mittlere E-Schenkel (21) den Luftspalt (22) aufhält.
9. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Schalterelemente (8, 9) einen hochohmigen Eingang hat, und dass der Transformator (14) zur galvanisch isolierten Ansteuerung des mindestens einen elektronischen Schalterelementes (8, 9) bestimmt ist.
10. Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektronisches Schalterelement (8, 9) bzw. die elektronischen Schalterelemente (8, 9) ein FET, ein MOSFET oder ein IGBT bzw. FETs, MOSFETs oder IGBTs sind.
11. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass - wenn das Vorschaltgerät weitere kernbehaftete induktive Schaltungselemente, wie eine PFC- Drossel, einen Wendel-Heiztransformator, einen Symmetrierungs-Transformator u. dgl. enthält - die Wicklungen aller oder einiger dieser weiteren Schaltungselemente auf dem gemeinsamen Kern (16) oder mindestens einem weiteren gemeinsamen Kern angeordnet sind.
EP08707346A 2007-04-02 2008-01-28 Vorschaltgerät für eine gasentladungslampe Withdrawn EP2132963A1 (de)

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