DE2528453A1 - Gleichstrom-wechselstrom-umformer zum speisen einer entladungslampe - Google Patents
Gleichstrom-wechselstrom-umformer zum speisen einer entladungslampeInfo
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Description
Dipl.-Inn. HORST AlJER
Aue; PHF 74-563
Anmeldung vom« 24. JUIli 1975
PHF.7^563.
DEEN/EVH.
11.6.1975.
Gleichstrom—Wechselstrom-Umformer zum Speisen einer
Ent ladung s lamp e
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-
Wechselstrom-Umformer zum Speisen einer Entladungslampe,
der einen ersten Transistor enthalt, der an einen Transformator angeschlossen ist, der mit mindestens einer
Primärwicklung, einei1 Sekundärwicklung und einer Kopplung
swicklung versehen ist.
Eine derartige Anordnung kann beispielsweise zum Beleuchten der IrmenrSume von Eisenbahnwagen benutzt
werden. Dabei empfangen diese Wagen ihre elektrische
Energie zum Beispiel aus einem Akkumulatorensatz. Die
elektrischen Einrichtungen derartiger Wagen nüssen
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strengen Vorschriften genügen. So wird beispielsweise für eine Batterienennspanntmg von 72 V die Wirkung der
Anordnung in einem Spannungsbereich gewährleistet sein
müssen, der sich zwischen 56 und 100 V bei einer möglicherweise zwischen -20 und +50C schwankenden
Temperatur erstreckt«
Es gibt zwei Hauptsysteme von Gleichstrom-Wechselstrom-Umforinern,
u. zw. einerseits die selbst~ schwingenden Schaltungen, deren Startvorgang durch einen
einfachen Widerstand oder durch einen mit einer Diode zusammenarbeitenden Widerstand gewährleistet wird, und
zum anderen die Schaltungen, die mit einem Hilfsoszillator
niedriger Leistung, einer Steuerstufe ("driver") und einer im allgemeinen symmetrisch aufgebauten Leistungsstufe
ausgerüstet ist. Die selbstschwingenden Schaltungen bieten den Vorteil.der ziemlichen Einfachheit, sie haben jedoch,
den Nachteil, dass ihre Ausbeute gering ist, was mit einer zuverlässigen Wirkung in einem breiten Spannungsbereich für die Speisung und bei aussergewöhnlichen
Temperaturen schwer vereinbar ist.
Dagegen liefern die anderen Schaltungen mit Hilfsoszillator eine gute Ausbeute» Die Kompliziertheit
dieser Schaltungen beinhaltet jedoch hohe Herstellungskosten. -
Weiter sind bei den erwähnten Umformern
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- 3 -
Siclierheitssysteme erforderlich, die diese Umformer vor
Fehlern und vor möglichen airweichenden Eigenschaften der verwendeten Entladungslampen, wie z.B. Leuchtstofflampen,
schützen. Die erwähnten Sicherheitssysteme fühl*en beispielsweise zum Umschalten nach Leerlatif, wenn
die erwähnten Lampen beim Zünden versagen.
Die Erfindung hat u.a. die Aufgabe, einen Gleichstrom-T/echselstrom-Umformer anzugebeji, von dem
einex^seits die Struktur einfach und billig und zum anderen die Ausbeute hoch ist.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, den Umformer für Fehler in der vom Umformer gespeisten
Lampe unempfindlicher zu machen.
Dazu ist ein erfindungsgemässer Gleichstrom-Vechselstr«3>-Umibrmer
zum Speichen einer Entladungslampe, der einen ersten Transistor enthält, der an einen Transformator
angeschlossen ist, der mit mindestens einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung und einer Kopplungswicklung
versehen ist, daiurch gekennzeichnet, dass die Basiselektrode des ersten Transistors über ein erstes
Schwellenelement mit dem Verbindungspunkt eines Widerstandes
und eines Kondensators verbunden ist die in Serie geschaltet sind, wobei diese Serienschaltung
sowohl eine kleine Zeitkonstante hat als auch zwischen Gleichstromspeiseleitungen des Umformers angeschlossen ist,
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und dass der Kollektor des ersten Transistors über ein
zweites Schwellenelement mit einer Steuerelektrode einer bistabilen Hilfsschaltung verbunden ist, von der eine
Ausgangselektrode über einen Hilfstransistor mit der
Basis des ersten Transistors verbunden ist, wobei ein zweiter Kondensator zwischen der bereits erwähnten Steuerelektrode
der Hilfsschaltung und einem Leiter geschaltet ist der die Emitter zweier Transistoren der erwähnten
Hilfsschaltung verbindet. ν
Vorzugsweise ist das zweite Schwellenelement eine Zenerdiodo, die an einen von Widerständen gebildeten
Spannungsteiler angeschlossen ist, der zwischen dem Kollektor· und dem Emitter des ersten Transistors angeordnet
ist«
Der erfindungsgemässe Umformer arbeitet als
Sperrschwinger (blocking oscillator), der mittels einer Kippschaltung gesteuert.wird, die einerseits durch das
Netzwerk mit kleiner Zeitkonstante und andererseits durch das erste Schwellenelement gebildet wird, das beispielsweise
als "Diac" ausgeführt ist, wodurch der erwähnte Umformer din hohem Masse für grosse Schwankungen der
Gleichspannung unempfindlich ist.
Da die von der Kippschaltung aufgenommene Leistung in bezug auf die vom Umformer aufgenommene
Gesamtleistung sehr klein ist, ist ausserdem eine
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Energieausbeute möglich, die besonders hoch und für die zuverlässige Wirkung des Umformers bei hohen Umgebungstemperaturen,
sehr vorteilhaft ist.
Die bistabile Hilfsschaltung sperrt sofort-:
die Wix-kung des Umformers über den Hilfstransistor, sobald
eine aussergewöhnlich hohe Spannung, die durch eine
Leerlaufwirkung ausgelöst wird, beim Kollektor des ersten
Transistors auftritt.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung, die ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemilssen Umformers
darstellt, nachstehend erläutert.
In der Zeichnung ist der positive Pol eines Akkumulatorensatzes 1 mit einem der Kontakte eines
einpoligen Schalters 2 verbunden, dessen anderer Kontakt mit einen ersten Speiseleiter 3 verbunden ist. Der
negative Pol des Akkumulatorensatzes 1 ist mit einem zweiten Speiseleiter 4 verbunden, der an die gemeinsame
Masse 5 angeschlossen ist. Ein lintkopplungskondensator
ist zwischen den zwei Speiseleitern 3 und h geschaltet, was auch mit einem RC-Netzwerk mit kleiner Zeitkonstante
der Fall - ist, das aus einem Widerstand 7 ( mit dem positiven Leiter 3 verbunden) und einem Kondensator 8
(mit dem negativen Leiter h verbunden) besteht, wobei
diese Komponenten 7 und 8 in Serie geschaltet sind*
Ein erstes als "Diac" 9 augeführtes Scbwellen-
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element ist einerseits zwischen der Verbindung zwischen
dom Widerstand 7 und dem Kondensator 8 und andererseits
der Basis eines ersten npn-Schwingtransistors 10 angeordnet,
wobei diose Basis gleichfalls mit dem negativen Leiter h über einen Widerstand 11 verbunden ist« Der
Emitter des Transistors 10 ist mit dem negativen Leiter k
direkt verbunden, wShrend der Kollektor dieses Transistors
1.0 mit dem positiven Leiter 3 über die Primi'rwicklxuig
eines Transformators 13 verbunden ist.
Eines der Enden einer Kopplungsw-ickl-iing i4
des erv/Hhnten Transistors 13 ist mit der Basiselektrode
des Transistors 10 und das andere Ende der erwähnten Wicklung mit dem negativen Leiter· 4 über einen Widerstand
und einen mit diesem. Widerstand in Serie geschalteten Kondensator 16 verbunden,
Eines der Enden einer Sekundärwicklung 17 des Transformators 13 ist mit dem negativen Leiter k
direkt verbunden und das andere Ende dieser Wicklung ist mit einer der Elektroden einer Entladungslampe 16 über
einen Ballastkondensator 18 gekoppelt, während die andere Elektrode der erwKhnten Lampe 16 mit dem negativen
Leiter h verbunden ist«,
Die Speisung einer Schutzschaltung des erf indungsgemEtssen Umformers erfolgt über einen positiven
Leiter 20t der übor einen Widerstand 21 mit dem positiven
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ΡΗΡ.Ά563.
11o6o75.
mm "J mm
Leiter einerseits und mit der Kathode einer Zenerdiode
anderseits verbunden ist, wobei die Anode dieser Diode mit dem negativen Leiter 4 andererseits verbunden ist»
Die Kreuzverbindung zwischen den Basiselektroden und den Kollektorelektroden zweier npn.--Tran.sistoren
23 und 24 erfolgt über zwei Widerstände 25 und 26,
wobei die Emitterelektroden dieser Transistoren 23 und
ν/ei L"er :iil Ic;., negativen Leiter 4 direkt verbunden sind,
wUhrend die Kollektorelektroden dieser Transistoren riit
dem positiven Leiter übor den Widerstand 27 bzw. den
Widerstand 28 verbiniden sind.
Die Basiselektrode des Transistors 24, die
die Steuerelektrode der bistabilen Hilfsschaltung ist, ist mit der Anode einer Zenerdiode 29 verbimden, deren
Kathode einerseits an den Kollektor des Transistors 10 übor einen Widerstand 30 und zum anderen an den Emitter
des Transintors 10 über einen Widerstand 31 angeschlossen
ist» Weiter ist ein Kondensator 32 zwischen der Basis
und dem Emitter des Transistors 24 geschaltet.
Die Kollektorelektrode des Transistors 23,
die eine Ausgangselektrode der bistabilen Hilfsschaltung
ist, ist über einen Widerstand 33 mit der Basiselektrode
eines npn-Trausisiors 34 verbunden, dessen Emitter direkt
an den negativen Leiter 4 und dessen Kollektor an die Basis des Schwingtransistors 10 angeschlosson ist«
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- 8 -
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- 8 -
D±e Wirkung des beschriebenen Umformers ist wie folgt. Nach dem Schliessen des Schalters 2 lädt sich
der Kondensator 8 über den Widerstand 7 auf eine Spannung
gleich der Schwellenspannung des Elements 9 auf.
In diesem Augenblick entlädt sich der Kondensator 8 teilweise über den Basis*-Emitter-Uebergang des Transistors 10, wodurch dieser Transistor 10 leitet und ein Strom in der Wicklung 12 des Transformators 13 erzeugt wird. Diese
Stromänderung bewirkt eine Spannung an den Klemmen der
mit dor Transistorbasis verbundenen Kopplungswicklung 14 derart, dass die Amplitude des Kollektorstroms noch ver— grSssert wird. Dieser doppelwirkende Effekt bewirkt eine schnelle Sättigung des Transistors 10. Dann wird durch
das Fehlen einer weiteren Stromänderung die Spannung
zwischen den Klemmen der Kopplungsvicklung lh auf Null
zurückgeführt, wSnrend der Transistor 10 erneut gesperrt wird, usw. Es betrifft hier einen Umformer vom Sperrtyp, dessen Steuerung durch die Kippschaltung geliefert wird, die durch den Widerstand 7» den Kondensator 8 und das
Schwellenelement 9 gebildet wirdo Da die von der Kippschaltung aufgenommene Leistung sehr klein ist, ist der
Nutzeffekt des Umformers verhältnismässig gross«
In diesem Augenblick entlädt sich der Kondensator 8 teilweise über den Basis*-Emitter-Uebergang des Transistors 10, wodurch dieser Transistor 10 leitet und ein Strom in der Wicklung 12 des Transformators 13 erzeugt wird. Diese
Stromänderung bewirkt eine Spannung an den Klemmen der
mit dor Transistorbasis verbundenen Kopplungswicklung 14 derart, dass die Amplitude des Kollektorstroms noch ver— grSssert wird. Dieser doppelwirkende Effekt bewirkt eine schnelle Sättigung des Transistors 10. Dann wird durch
das Fehlen einer weiteren Stromänderung die Spannung
zwischen den Klemmen der Kopplungsvicklung lh auf Null
zurückgeführt, wSnrend der Transistor 10 erneut gesperrt wird, usw. Es betrifft hier einen Umformer vom Sperrtyp, dessen Steuerung durch die Kippschaltung geliefert wird, die durch den Widerstand 7» den Kondensator 8 und das
Schwellenelement 9 gebildet wirdo Da die von der Kippschaltung aufgenommene Leistung sehr klein ist, ist der
Nutzeffekt des Umformers verhältnismässig gross«
. Die Entladungslampe 19 wird über die sekundäre
Transformatorwicklung 17 über einen Ballastkondensator gespeist. Dieser· Kondensator 18 dient nämlich zum
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PIiP. 7^563.
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Stabilisieren des Entladungsstroms in der Lampe 19·
Ein Kurzschluss zwischen den Elektroden der Lampe 19 beendet die Schwingung, die neu anfängt, wenn
die Spannung an den Klemmen der l/ick lung 17 ansteigt;
dies löst eine Kipperscheinung mit verhältnismässig niedriger Frequenz aus. Dadurch wird in der Regel der
Umformer nicht bescheidigt«
Mit der Schutzschaltung wird weiter vermieden,
dass der Umformer defekt wird, wenn die Lampe 19 nicht
zündet, z.B. durch einen Defekt an den Lampenelektroden
oder durch ein Leck in der Entladungslampe, Ohne Schutzschaltung
könnte der Leerlauf des Umformers, und gleichzeitig eine Erhöhung der Schwingfrequenz und eine
Spannungserhöhung an. den Klemmen der Transformatorwicklungeii,
zu einer Beschädigung des Transistors 10 durch Durchschlag führen» Selbst wenn dies nicht der Fall wäre,
würde das Auftreten einer Spannung von imgefithr 2 kV
an den Klemmen der Entladungslampe die Gefahr elektrischer Stösse geben, die für das mit dem Ersatz einer derartigen
Lampe beauftragte Personal gefahrlich sein könnten.
Ein derartiger Zustand wird durch die Anordnung der bistctbilen Schaltung mit den Transistoren
und 2k vermieden. Denn im Augenblick, dass dem Umformer Spannung zugeführt wird, bewirkt der Kondensator 32 einen
Zustand der bistabilen Hilfsschaltung, wobei der Transistor
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aufgesteuert und der Transistor 24 gesperrt wird. Infolgedessen
sperrt auch der Transistor 3^, was das sofortige
Starten des Umformers erlaubt. Wenn jedoch aus irgendeinem Grunde die ¥icklung 17 unbelastet ist, genügt die dadurch
ausgelöste Erhöhung der Kollektorspannung des Transistors zum Ueberschreiteh der Sclwel 1 enspanming der Zenerdiode 29$
deren Kathode mit dem von den Widerständen 30 und 31
gebildeten Spannungsteiler verbunden ist» In diesem Augenblick wird der Transistor 2k aufgesteuert, wodurch
der Transistor 23 sperrt} dadurch leitet der Transistor 34
und verursacht einen Kurzschluss von der Basis zum Emitter des Transistors 10, und die Wirkung des Umformers stoppt
sofort. Nach dem Ersatz der Lampe 19 ist es notwendig, den Schalter einige Sekunden zu öffnen, um den Umformer
das erneute in Betrieb kommen zu ermöglichen» Die Speisespannung des Sicherheitssystems wird von der
Zenerdiode 22 stabilisiert, die an den Widerstand 21 angeschlossen ist.
Der beispielsweise beschriebene Umformer dient zum Versorgen einer Niederdruckquecksilberdampf~
entladungslampe, die mit nicht vorheizbaren Elektroden ausgerüstet ist. Der Umformer kann jedoch gleichfalls
Entladungslampen mit vorheizbaren Elektroden speisen. In diesem Falle muss der Transformator 13 niit dazu geeigneten
Heizstroiawicklungen versehen werden.
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PiIP. 7^563. . 11.6.75ο
Die erfindungsgemiisse beschriebene Anordnung
hat in einem Ausfuhrungsbeispiel Schaltungselemente mit folgenden Daten:
Transistor 10 Transistoren 23-24 Transistor 34 Schwellenelenient 9
Zenerdiode 29 ¥iderstand 7 Widerstand 11
¥ id cvet and 15
Widerstand 21 Widerstände 25-26 Widerstand 27
Widerstand 28 Widerstand 30 Widerstand 31 Widerstand 33 Kondensator 6 Kondensator 8
Kondensator Kondensator Kondensator Trans format ο x*
BDY 28 B BC
BPY 50 BR 100 BZY 88 24 V BZY 88 10 V 22 kOhm
56 Ohm 27 0hm 5t6 kOhm
10 kOhm 2,Γ, kOlim
10 kOhm 56 kOlim 2,7 kOhm 2,2 kOhm
1OOyUP
4,7 uF 330 nP 5 nF 27 nP
Ferritkern 3C8-E42x21x15
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PHF.74563. 11.6.75.
Wicklung 12 Wicklung 14 Wicklung 17
Lampe 19
Mittlere Schwingfrequenz
35 Windungen 2 Windungen
225 Windungen
Niederdimckquecksilberdampfentladungslampe
40 W
ca. 20 kHz.
Nachstehende Tabelle gibt als Funktion der Batteriespannung (Vü) zum Speisen des Umformers die
Schwankung der Stromstärke (ib) der Spaiinungsquelle und
die Schwankung der Stromstärke der Lampe 19 (IT), die
Schwankung der von der Lampe aufgenommene Leistung (p)
sowie die Schwankung in der Energieausbeute ( ^ ) ·
| Vb (V) |
56 | 72 | 80 | CO | 100 |
| Ib M.) |
510 | 510 | 510 | 510 | 490 |
| IT (mA) |
210 | 290 | 330 | 380 | 420 |
| P (W) |
26 | 33 | 36 | 40 | 42 |
|
%
* |
89 | 89 | 89 | 87 | 86 |
Es kann festgestellt werden, dass die Enorgieausbeute dos Umformers bei der Nennspannung
der Spannungsquelle ungefähr 90 $ beträgt. Dies in
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Verbindung damit, dass der Lumen/Wa.tt~Wert einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe
in der Regel grosser
ist, falls die Lampe mit einem Strom mit hoher Frequenz im Vex'gleich. zum Strom bei 50 Hz gespeist wird, macht
es klar, dass die beschriebene Anordnung grosse Vox'teile
bietet.
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Claims (1)
1. , Gleichstrom-Wechselstrom-Uinf ormer ?uni Speisen
einer Entladungslampe, der einen ersten Transistor enthält,
der an einen Trimsformator angeschlossen ist, der mit
zumindest einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung
und einer Kopplungswickltmg vorsehen ist, dadurch gekennzeichnet
t dass die Basiselektrode des ersten Transistors
über ein erstea Schwelleneleinent mit dem Verbindung spunk t
eines Widerstandes \md eines Kondensators verbunden ist
die in Serie geschaltet sind, wobei diese Serienschaltung sowohl eine kleine Zeitkonstante hat als auch zwischen
Gleichstronispelseleiter des Umformers angeschlossen ist,
und dass der Kollektor des ersten Transistors über ein zweites Schwellenelement mit einer Steuerelektrode einer
bistabilen Hilfsschaltung verbunden ist, von der eine Ausgangselektrode über einen Hilfstransistor mit der
Basis des ersten Transistors verbunden· ist, wobei ein zweiter Kondensator zwischen der bereits erwähnten
Steuerelektrode der Hilfsschaltung und einem Leiter geschaltet ist dor die Emitter zweier Transistoren der
erwäitaten Hilf s schal tiing miteinander verbindet,
2» Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Schwellenelement eine Zenerdiode ist,
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6 7^563
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11.6.75.
- 15 -
3 · Umf ormer nach Anspruch 2, dadixrch gekennzeichnet,
dass eine der Elekta'oden der Zenordiode mit
einem von Widerständen gebildeten Spannungsteiler verbunden ist, der zwischen dem Kollektor und dein Emitter des ersten Transistors angeordnet ist.
einem von Widerständen gebildeten Spannungsteiler verbunden ist, der zwischen dem Kollektor und dein Emitter des ersten Transistors angeordnet ist.
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Λ.
Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7423127A FR2277494A1 (fr) | 1974-07-03 | 1974-07-03 | Dispositif convertisseur continu-alternatif d'alimentation de tubes a decharge |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2528453A1 true DE2528453A1 (de) | 1976-01-22 |
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ID=9140826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19752528453 Pending DE2528453A1 (de) | 1974-07-03 | 1975-06-26 | Gleichstrom-wechselstrom-umformer zum speisen einer entladungslampe |
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