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(11) | EP 1 326 484 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Betriebsgerät für Gasentladungslampen Apparatus for operating discharge lamps Appareil pour alimenter des lampes à décharge |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Betriebsgerät für Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Verbesserung des im Betriebsgerät enthaltenen Halbbrückenwechselrichters und dessen Ansteuerung. Des weiteren behandelt die Erfindung die Vereinfachung einer Abschalteinrichtung des Betriebsgeräts und eine kostengünstige Leistungsfaktorkorrektur des vom Netz aufgenommenen Stroms.
Stand der Technik
[0002] In der Schrift EP 0 481 077 A2 (Schmitt) wird eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Lampe offenbart. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Halbbrückenwechselrichter mit MOSFETs. Die Ansteuersignale für die MOSFETs werden aus jeweils einer Zusatzwicklung abgeleitet, die auf eine Lampendrossel aufgebracht sind. Zur Einstellung der Schwingbedingung enthalten Ansteuerkreise für die MOSFETs jeweils einen LC-Parallelschwingkreis. In Ausführungsbeispielen enthalten die Ansteuerkreise auch Zenerdioden. Sie dienen zur Verkürzung der Einschaltdauer der MOSFETs oder zum Überspannungsschutz.
[0003] In der Schrift EP 1 001 662 (Nerone) ist eine Halbbrückenschaltung mit komplementären MOSFETs beschrieben. Zur Steuerung der Resonanz des Lastkreises während der Zündung einer angeschlossenen Gasentladungslampe sind parallel zu den Ansteuerelektroden der MOSFETs Zenerdioden zur Spannungsbegrenzung geschaltet.
[0004] In der Schrift EP 0 093 469 (De Bijl) ist ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen beschrieben, das den Stand der Technik darstellt. Dieses Betriebsgerät enthält einen selbstschwingenden Halbbrückenwechselrichter, der aus einer Gleichspannung eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, indem ein oberer und ein unterer in Serie geschaltete Halbbrückentransistoren abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Die Gleichspannung wird meist mit Hilfe eines Brückengleichrichters, bestehend aus vier Gleichrichterdioden, aus der Netzspannung erzeugt. Selbstschwingend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ansteuerung der Halbbrückentransistoren aus einem Lastkreis gewonnen wird und keine unabhängig schwingende Oszillatorschaltung zur Erzeugung besagter Ansteuerung bereitgestellt wird. Bevorzugt wird die besagte Ansteuerung mit Hilfe eines Stromtransformators gewonnen. Eine Primärwicklung des Stromtransformators ist im Lastkreis angeordnet und wird von einem Laststrom durchflossen, der im wesentlichen dem Strom gleichgesetzt werden kann, den der Halbbrückenwechselrichter abgibt. Je eine Sekundärwicklung des Stromtransformators ist in zwei Ansteuerschaltungen angeordnet, die jeweils ein Signal erzeugen, das den Steuerelektroden der Halbbrückentransistoren zugeführt wird. Der Lastkreis ist an der Verbindungsstelle der Halbbrückentransistoren angeschlossen. Hauptbestandteil des Lastkreises ist eine Lampendrossel, zu der über Klemmenanschlüsse Gasentladungslampen seriell geschaltet werden können. Es ist auch möglich mehrere Lastkreise parallel zu schalten; die Primärwicklung ist dann so anzuordnen, dass sie von der Summe aller Lastkreise durchflossen wird.
[0005] In den Ansteuerschaltungen wird jeweils ein Rückkoppelsignal erzeugt, das dem Laststrom im wesentlichen proportional ist. Dazu müssen die Sekundärwicklungen im Idealfall kurzgeschlossen, in der Praxis niederohmig abgeschlossen werden. Anderenfalls treten entweder im Stromtransformator Sättigungserscheinungen auf, oder die Primärwicklung übt einen unerwünscht großen Einfluss auf den Lastkreis aus. Nach dem Stand der Technik werden für die Halbbrückentransistoren Bipolartransistoren eingesetzt, welche ihre Ansteuerung aus den Sekundärwicklungen beziehen. Der Basisanschluss der Bipolartransistoren, welcher als Steuerelektrode verwendet wird ist naturgemäß niederohmig genug, um o. g. Effekte zu vermeiden.
[0006] Der Spannungsabfall an den Sekundärwicklungen, stellt unter den o.g. Bedingungen ein Maß für den Laststrom dar und bildet im Stand der Technik Rückkoppelsignale. Diese werden jeweils einem Zeitglied zugeführt, das im einfachsten Fall aus der Serienschaltung eines Zeitkondensators und eines Zeitwiderstandes besteht. Ist der jeweilige Zeitkondensator auf einen Integrationswert aufgeladen, der genügt, um einen Ausschalttransistor anzusteuern, wird der jeweilige Halbbrückentransistor ausgeschaltet.
[0007] Insbesondere zur Zündung der Gasentladungslampen ist seriell zur Lampendrossel und parallel zu einer Gasentladungslampe wirkend ein Resonanzkondensator geschaltet, der mit der Lampendrossel einen Resonanzkreis bildet. Dieser wird zur Zündung nahe seiner Resonanz betrieben, wodurch sich am Resonanzkondensator eine zur Zündung einer Gasentladungslampe genügend hohe Spannung ausbildet.
[0008] Dementsprechend bildet sich in der Lampendrossel und damit in den Halbbrückentransistoren ein hoher Strom aus. Um eine Überlastung von Bauelementen zu Vermeiden, wird im Stand der Technik die Amplitude des Laststroms begrenzt. Dies geschieht über jeweils einen ersten Spannungsschwellwertschalter, der parallel zum jeweiligen Zeitwiderstand geschaltet ist. Steigt der Laststrom über ein vorgegebenes Maß, so erreicht das jeweilige Rückkoppelsignal, einen Wert, der den jeweiligen ersten Spannungsschwellwertschalter durchbrechen lässt und somit zum sofortigen Ausschalten des jeweiligen Halbbrückentransistors führt.
Darstellung der Erfindung
[0009] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das die im Stand der Technik dargestellte Topologie nicht nur für Halbbrücken mit Bipolartransistoren, die naturgemäß einen Ansteuerstrom benötigen, realisierbar macht, sondern auch spannungsgesteuerte Halbleiterschalter wie MOS-Feldeffekttransistoren (MOSFET) eingesetzt werden können. Die diesem Problem zugrunde liegende Aufgabenstellung beinhaltet im wesentlichen in der Bereitstellung eines Ansteuersignals für die Halbleiterschalter, das proportional zum Laststrom ist.
[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
[0011] Meist aus Kostengründen werden Bipolartransistoren zunehmend von spannungsgesteuerten Halbleiterschaltern wie z.B. MOSFET und IGBT abgelöst.
[0012] Wird mit einer der oben beschriebenen Sekundärwicklungen anstatt eines Bipolartransistors ein spannungsgesteuerter Halbleiterschalter angesteuert, so ist der Abschluss der Sekundärwicklung nicht mehr niederohmig, sondern hochohmig und die im Abschnitt zum Stand der Technik erwähnten Nachteile stellen sich ein. Erfindungsgemäß werden die Ansteuerschaltungen jeweils mit einem zweiten Spannungsschwellwertschalter ausgestattet, der eine zweite Spannungsschwelle aufweist und in einer Parallelschaltung zur Sekundärwicklung zu liegen kommt. Im einfachsten Fall besteht der zweite Spannungsschwellwertschalter aus der Serienschaltung einer Zenerdiode und einem Strommesswiderstand, wobei die Zenerdiode eine Zenerspannung aufweist, die der zweiten Spannungsschwelle entspricht. Steigt die Spannung an der Sekundärwicklung bei Null beginnend an, so ist der zweite Spannungsschwellwertschalter zunächst unwirksam. Bei Erreichen der zweiten Spannungsschwelle beginnt die Zenerdiode zu leiten und schließt die Sekundärwicklung wunschgemäß niederohmig ab. Der Wert der zweiten Spannungsschwelle muss niedriger sein als eine Thresholdspannung, welche der spannungsgesteuerte Halbleiterschalter mindestens als Ansteuerung benötigt. Bei der Dimensionierung des Strommesswiderstands sind zwei Bedingungen zu erfüllen. Einerseits muss der Wert des Strommesswiderstands klein genug sein, damit ein niederohmiger Abschluss der Sekundärwicklung gewährleistet ist. Andererseits muss der Wert des Strommesswiderstands groß genug sein, damit die Spannung an der Sekundärwicklung weiter bis zur ersten Spannungsschwelle ansteigen kann.
[0013] Da im Strommesswiderstand erfindungsgemäß ein dem Laststrom im wesentlichen proportionaler Strom fließt, ist auch die Spannung am Strommesswiderstand naturgemäß ein Maß für den Laststrom. Die Spannung am Strommesswiderstand kann dadurch erfindungsgemäß zur Detektion eines Fehlerfalls herangezogen werden. Sie wird dazu einer Abschalteinrichtung zugeführt. Um Störungen zu unterdrücken, wird in der Abschalteinrichtung das zeitliche Mittel der Spannung am Strommesswiderstand gebildet. Überschreitet dieses einen gegebenen Grenzwert, unterbindet die Abschalteinrichtung eine weitere Oszillation des Halbbrückenwechselrichters. Dies geschieht insbesondere durch Unterdrückung des Ansteuersignals eines der beiden Halbbrückentransistoren.
[0014] Die in Rede stehenden Betriebsgeräte besitzen im allgemeinen zwei Netzspannungsklemmen, die mit einer Netzspannung verbindbar sind, wodurch ein Netzstrom fließen kann. Einschlägige Normen (z.B.: IEC 1000-3-2) schreiben maximale Amplituden für die Oberschwingungen des Netzstroms vor. Zur Einhaltung dieser Normen besitzen Betriebsgeräte sog. PFC-Schaltungen (Power-Factor-Correction). Eine kostengünstige Realisierung dieser PFC-Schaltungen stellen sog. Pumpschaltungen dar, wie sie z. B. in EP 253 224 (Zuchtriegel) oder EP 1 028 606 (Rudolph) beschrieben sind. Bei der Kombination einer Pumpschaltung mit einem selbstschwingenden Halbbrückenwechselrichter nach dem Stand der Technik gibt es Probleme bei der Erzeugung der nötigen Zündspannung für die Gasentladungslampen und durch hohe Verlustleistung beim Schalten der Halbbrückentransistoren. Insbesondere bei großer Leistung für die Gasentladungslampen treten die genannten Probleme auf. Eine Ursache dafür sind u. a. Speicherzeiten, die typisch sind für Bipolartransistoren sind und kein exaktes Festlegen des Ausschaltzeitpunkts erlauben. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Einsatz von spannungsgesteuerten Halbleiterschaltern wie MOSFETS, die keine Speicherzeiten aufweisen und deshalb die genannten Probleme vermieden werden können. Das bedeutet, dass der erfindungsgemäße Halbbrückenwechselrichter in Kombination mit einer Pumpschaltung vorteilhaft auch bei einer Last angewendet werden kann, die eine Leistung von über 100W verbraucht.
[0015] Ein weiterer Effekt, der beim erfindungsgemäßen Halbbrückenwechselrichters mit Pumpschaltung auftritt, ist die starke Modulation der Betriebsfrequenz durch die Netzspannung, die die Oszillation des Halbbrückenwechselrichters aufweist. Abhängig vom momentanen Wert der Netzspannung liegt besagte Betriebsfrequenz innerhalb eines Frequenzbandes, das eine Bandbreite von über 10kHz aufweist. Damit werden die elektromagnetischen Störungen, die ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät verursacht auf ein breites Frequenzband verteilt. Damit ist die Energie, die ein gestörtes Gerät trifft, vorteilhaft gering. Zudem kann der Aufwand für die Entstörung eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts gering gehalten werden.
[0016] Eine weitere vorteilhafte Nutzung des erfindungsgemäßen Strommesswiderstandes ist in der Startschaltung des selbstschwingenden Halbbrückenwechselrichters gegeben. Zum Start des Halbbrückenwechselrichters ist es üblich einen Startkondensator zu laden und bei Erreichen einer Triggerspannung am Ladekondensator einen Teil der im Ladekondensator gespeicherten Ladung über ein Triggerelement auf die Steuerelektrode eines Halbbrückenkondensators zu entladen. Dabei kann das Problem auftreten, dass der so erzeugte Ladeimpuls an der betreffenden Steuerelektrode zu kurz und zu niedrig ist und keine anhaltende Oszillation des Halbbrückenwechselrichters ausgelöst wird. Erfindungsgemäß wird ein Teil der gespeicherten Ladung des Ladekondensators über eine Diode dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand zugeführt. Damit lässt sich ein sicheres Anschwingen des Halbbrückenwechselrichters erreichen.
Beschreibung der Zeichnungen
[0017] Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
- Figur 1
- die Grundschaltung des erfindungsgemäßen Betriebsgeräts
- Figur 2
- ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung
- Figur 3
- ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts mit Pumpschaltung
- Figur 4
- ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Abschalteinrichtung
[0018] Im folgenden werden Widerstände durch den Buchstaben R, Transistoren durch den Buchstaben T, Dioden durch den Buchstaben D, Kondensatoren durch den Buchstaben C und Anschlussklemmen durch den Buchstaben J jeweils gefolgt von einer Zahl bezeichnet.
[0019] In Figur 1 ist die Grundschaltung eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts dargestellt. Über die Anschlussklemmen J1, J2 kann das Betriebsgerät an eine Netzspannung angeschlossen werden. Die Netzspannung wird einem Block FR zugeführt. Darin sind allgemein bekannte Filter- und Gleichrichtereinrichtungen enthalten. Die Filtereinrichtungen haben die Aufgabe Störungen zu unterdrücken. Die Gleichrichtereinrichtung besteht in der Regel aus einem Brückengleichrichter bestehend aus vier Dioden. Mit Hilfe der Gleichrichtereinrichtung wird einem Halbbrückenwechselrichter HB eine Gleichspannung zugeführt. Der Halbbrückenwechselrichter enthält im wesentlichen die Serienschaltung eines oberen Halbleiterschalters T1 und eines unteren Halbleiterschalters T2, die erfindungsgemäß spannungsgesteuert sind. Das Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist mit N-Kanal MOSFET realisiert. Es ist jedoch auch der Einsatz von beispielsweise IGBT oder P-Kanal MOSFET möglich. Bei den in Figur 1 eingesetzten N-Kanal MOSFET ist es erforderlich, dass der positive Ausgang der Gleichrichtereinrichtung über einen Knoten 3 dem oberen Transistor T1 zugeführt wird, während der negative Ausgang der Gleichrichtereinrichtung mit dem Massepotenzial M verbunden ist. Die gleiche Polung gilt für handelsübliche IGBT. Umgepolt muss bei der Verwendung von P-Kanal MOSFET werden.
[0020] Zwischen den Knoten 3 und das Massepotenzial M ist ein Speicherkondensator Cl geschaltet, der Energie aus der Netzspannung zwischenspeichert, bevor sie an eine Lampe Lp abgegeben wird.
[0021] Zur Ansteuerung der Halbbrückentransistoren T1, T2 enthält der Halbbrückenwechselrichter HB für jeden Halbbrückentransistor T1, T2 eine Ansteuerschaltung 1, 2. Die Ansteuerschaltungen 1, 2 sind jeweils über einen Anschluss A mit dem jeweiligen Gate-Anschluss und über einen Anschluss B mit dem jeweiligen Source-Anschluss des betreffenden Halbbrückentransistors verbunden. Die Ansteuerschaltung 2 für den unteren Halbbrückentransistor T2 besitzt einen dritten Anschluss S, an den eine Abschalteinrichtung anschließbar ist.
[0022] Die Verbindungsstelle der Halbbrückentransistoren T1, T2 bildet einen Knoten 4, an dem ein Lastkreis angeschlossen ist. Ein zweiter Anschluss des Lastkreises ist in Figur 1 verbunden mit dem Massepotenzial M. Gleichwirkend kann der zweite Anschluss des Lastkreises alternativ mit dem Knoten 3 verbunden werden. Der Lastkreis besteht im wesentlichen aus der Serienschaltung einer Primärwicklung L2 eines Stromtransformators, einer Lampendrossel L1, eines Resonanzkondensators C2 und eines Koppelkondensators C3. Parallel zum Resonanzkondensator C2 sind über die Lampenklemmen J3, J4 eine oder mehrere in Serie geschaltete Lampen Lp anschließbar. Im Ausführungsbeispiel ist eine Vorheizung der Lampenwendeln nicht vorgesehen. Dem Fachmann stehen jedoch allgemein bekannte Einrichtungen zur Wendelheizung zur Verfügung, die er mit dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät einsetzen kann. Es ist auch möglich mehrere parallel geschaltete Lastkreise zu betreiben. Die Funktion der einzelnen Elemente des Lastkreises kann dem Stand der Technik entnommen werden.
[0023] In Figur 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung dargestellt. Eine Sekundärwicklung L3 des Stromtransformators ist zwischen einen Knoten 20 und dem aus Figur 1 bekannten Anschluss B geschaltet. Eine Diode D1 liegt mit ihrer Anode am Knoten 20 und mit ihrer Kathode an einem Knoten 21. Über einen Widerstand R3 ist der Knoten 21 mit dem aus Figur 1 bekannten Anschluss A verbunden. Parallel zur Sekundärwicklung L3 ist ein Integrationsglied geschaltet, das als Serienschaltung eines Zeitwiderstandes R1 und eines Zeitkondensators C4 ausgeführt ist und eine Integrationskonstante aufweist, die dem Produkt aus den Werten von R1 und C4 entspricht. Die Verbindungsstelle von R1 und C4 bildet einen Knoten 22. Parallel zu C4 wird ein Integrationswert abgegriffen und der Steuerelektrode eines Halbleiterschalters T3 zugeführt. Die Schaltstrecke des Halbleiterschalters T3 liegt zwischen den Anschlüssen A und B. Dazu parallel kann, wie im Ausführungsbeispiel, zur Erhöhnung der Schaltsicherheit ein Widerstand R4 geschaltet werden. Bevorzugt wird der Halbleiterschalter T3 als Kleinsignal-Bipolartransistor ausgeführt.
[0024] Zwischen Knoten 21 und Knoten 22 ist ein erster Spannungsschwellwertschalter mit einer ersten Spannungsschwelle geschaltet. Er ist als Zenerdiode D3 ausgeführt. Überschreitet die von L3 in die Ansteuerschaltung eingespeiste Spannung einen Wert, der zur Überschreitung der Zenerspannung von D3 führt, so wird der Zeitkondensator C4 nicht nur über den Zeitwiderstand R1, sondern auch über D3 geladen, wodurch die Integrationskonstante des Integrationsglieds reduziert wird.
[0025] Zwischen dem Knoten 21 und dem Anschluss B ist erfindungsgemäß ein zweiter Spannungsschwellwertschalter mit einer zweiten Spannungsschwelle geschaltet. Er wird bevorzugt als Serienschaltung einer Zenerdiode D2 und eines Strommesswiderstands R2 ausgeführt. Bei Ansteigen der Spannung an L3 wird zunächst der über Anschluss A der zugeordnete Halbbrückentransistor angesteuert. Nach weiterem Ansteigen der Spannung an R2 wird erfindungsgemäß die Zenerspannung von D2 überschritten. Damit kommt ein Stromfluss über den Strommesswiderstand R2 zustande, der im wesentlichen proportional zum Laststrom im Lastkreis ist. Damit wird eine Sättigung des Stromtransformators verhindert und eine laststrom-proportionale Ladung des Integrationsglieds erreicht. Wird der Strom im Lastkreis so groß, dass die Zenerspannung von D3 überschritten wird, so kommt es zu einem schnellen abschalten des zugeordneten Halbbrückentransistors.
[0026] An der Verbindungsstelle zwischen D2 und dem Strommesswiderstand R2 ist ein Anschluss S herausgeführt. An ihm kann bezüglich Anschluss B eine dem Laststrom proportionale Spannung entnommen werden. Diese kann wie unten ausgeführt einer Abschalteinrichtung zugeführt werden. Da die Spannungen in der Abschalteinrichtung im allgemeinen auf das Massepotenzial M bezogen sind, besitzt nur die dem unteren Halbbrückentransistor zugeordnete Ansteuerschaltung einen Anschluss S.
[0027] In der folgenden Tabelle sind die bevorzugten Dimensionierungen von in Figur 2 dargestellten Bauelementen zusammengestellt.
| Bauelement | Wert |
| D2 | 5,6V |
| D3 | 22V |
| R1 | 1,8kΩ |
| R2 | 27Ω |
| R3 | 220Ω |
| R4 | 2,2kΩ |
| C4 | 10nF |
[0028] In Figur 3 ist der erfindungsgemäße Halbbrückenwechselrichter HB, wie er in den Figuren 1 und 2 beschrieben wird, in einem Betriebsgerät mit Pumpschaltung realisiert. Im Gegensatz zu Figur 1 ist der positive Ausgang der Gleichrichtereinrichtung im Block FR nicht direkt mit dem Knoten 3 verbunden, sondern über zwei parallel geschaltete Serienschaltungen von jeweils zwei Dioden. Eine erste Diodenserienschaltung mit einem ersten Diodenverbindungspunkt bilden die Dioden D5 und D6. Eine zweite Diodenserienschaltung mit einem zweiten Diodenverbindungspunkt bilden die Dioden D4 und D7. Verschiedene Knoten des aus Figur 1 bekannten Lastkreises sind über Reaktanzzweipole mit den Diodenverbindungspunkten verbunden.
[0029] Die Lampenklemme J3 ist über einen Pumpkondensator C6 mit dem ersten Diodenverbindungspunkt verbunden. Die Lampenklemme J3 zeichnet sich gegenüber der Lampenklemme J4 dadurch aus, dass der Wert der Amplitude ihrer Wechselspannungskomponente gegenüber dem Massepotenzial größer ist. Der Resonanzkondensator C2 aus Figur 1 entfällt. Seine Funktion wird vom Pumpkondensator C6 übernommen.
[0030] Der Verbindungspunkt der Primärwicklung L2 und der Lampendrossel L1 ist über die Serienschaltung einer Pumpdrossel L4 und eines Kondensators C7 mit dem zweiten Diodenverbindungspunkt verbunden. Die Pumpdrossel L4 kann aber auch direkt an dem aus Figur 1 bekannten Knoten 4, der den Verbindungspunkt der Halbbrüchentransistoren T1 und T2 darstellt, angeschlossen werden. Der Kondensator C7 dient im wesentlichen zum Abblocken einer Gleichstromkomponente im Strom durch die Pumpdrossel L4.
[0031] Der aus Figur 1 bekannte Knoten 4 ist über einen zweiten Pumpkondensator C5 mit dem ersten Diodenverbindungspunkt verbunden.
[0032] In Figur 3 ist eine Pumpschaltungsstruktur mit 3 sog. Pumpzweigen dargestellt: Ein Pumpzweig wird durch den Pumpkondensator C6 repräsentiert, ein weiterer durch den zweiten Pumpkondensator C5 und ein dritter durch die Pumpdrossel L4. Jeder Pumpzweig für sich hat bereits eine Wirkung als PFC-Schaltung, so dass nicht zwingend immer alle drei Pumpzweige vorhanden sein müssen. Vielmehr ist jede beliebige Kombination der Pumpzweige möglich.
[0033] Eine weitere Variationsmöglichkeit betrifft die Dioden D5 und D7. Diese Dioden können auch Funktionen übernehmen, die der Gleichrichtereinrichtung im Block FR zugeordnet sind. Entsprechende Dioden in der Gleichrichtereinrichtung können dann entfallen.
[0034] Figur 4 zeigt, wie der erfindungsgemäße Strommesswiderstand R2 und der damit verbundene Anschluss S aus Figur 2 vorteilhaft für eine Abschalt- und eine Starteinrichtung des Betriebsgeräts verwendet werden kann.
[0035] Die Abschalteinrichtung enthält eine allgemein bekannte Thyristornachbildung bestehend aus den Widerständen R42, R43, R44 und R45 und den Transistoren T41 und T42. Die Thyristornachbildung ist über einen Widerstand R41 mit dem Knoten 3 aus Figur 1 verbunden. Das andere Ende der Thyristornachbildung liegt auf Massepotenzial M.
[0036] Über den Anschluss S wird in einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R46 und R47 eine Spannung eingespeist, die proportional zum Laststrom ist. Der Spannungsteiler teilt die eingespeiste Spannung auf einen Wert, der im Normalfall keine Abschaltung des Betriebsgeräts bewirkt. Durch einen Kondensator C40, der vom Spannungsteiler gespeist wird, wird das zeitliche Mittel des Laststroms gebildet und in Form einer auf das Massepotenzial bezogenen Spannung bereitgesellt. Diese Spannung wird der Steuerelektrode eines Halbleiterschalters zugeführt, der als Bipolartransistor T43 ausgeführt ist. Überschreitet das Mittel des Laststroms im Fehlerfall ein vorgegebenes Maß, so wird über den Kollektoranschluss von T43 die Thyristornachbildung getriggert. Dadurch wird über eine Diode D42 ein Anschluss G2, der mit der Steuerelektrode des unteren Halbbrückentransistors verbunden ist, mit dem Massepotenzial M verbunden. Damit wird eine weitere Oszillation des Halbbrückenwechselrichters unterbunden.
[0037] Der Start der Oszillation des Halbbrückenwechselrichters geschieht mit Hilfe eines allgemein bekannten Startkondensators C41, der über den Widerstand R41 aus der Netzspannung geladen wird. Mit C41 verbunden ist eine Triggerdiode D40 (DIAC). Erreicht die Spannung an C41 die Triggerspannung der Triggerdiode D40, wird die Steuerelektrode des unteren Halbbrückentransistors über eine Diode D41 und den Anschluss G2 mit einem Startimpuls beaufschlagt. In der Praxis kommt es vor, dass dieser Startimpuls zu kurz ausfällt und kein sicheres Starten der Oszillation des Halbbrückenwechselrichters erfolgt. Vorteilhaft wird deshalb der Anschluss S verwendet: Über eine Diode D43 ist der Anschluss S erfindungsgemäß mit der Triggerdiode D40 verbunden. Der Startimpuls läuft nicht nur über die Diode D41, sondern erfindungsgemäß auch über die Diode D43 und weiter über die Diode D2 und den Widerstand R3 aus Figur 2. Damit wird der Startimpuls verlängert und vergrößert was zu einem sicheren Start der Oszillation des Halbbrückenwechselrichters führt.
• Selbstschwingender Halbbrückenwechselrichter (HB), der die Serienschaltung von zwei Halbbrückentransistoren (T1, T2) enthält,
• Lastkreis, der an der Verbindungsstelle der Halbbrückentransistoren (4) angeschlossen ist und der eine Primärwicklung (L2) eines Stromtransformators enthält, durch die ein Laststrom fließt, der dem Halbbrückenwechselrichter (HB) entnommen wird,
• jeweils eine Ansteuerschaltung (1, 2) für jeden Halbbrückentransistor (T1, T2), die jeweils folgende Bestandteile enthält:
- eine Sekundärwicklung (L3) des Stromtransformators,
- ein Integrationsglied (R1, C4), das im wesentlichen die Spannung an der Sekundärwicklung (L3) des Stromtransformators integriert und bei Erreichen eines vorgegebenen Integrationswerts den betreffenden Halbbrückentransistor abschaltet,
- einen ersten Spannungsschwellwertschalter (D3), der bei Erreichen einer gegebenen ersten Spannungsschwelle die Integrationskonstante des Integrationsglieds reduziert,
dadurch gekennzeichnet, dass• die Halbbrückentransistoren (T1, T2) spannungsgesteuerte Transistoren sind und
• mindestens eine Ansteuerschaltung (1,2) einen zweiten Spannungsschwellwertschalter (D2, R2) mit einer zweiten Spannungsschwelle besitzt, die niedriger liegt, als die erste Spannungsschwelle, wobei der zweite Spannungsschwellwertschalter (D2, R2) in einer Parallelschaltung zur Sekundärwicklung (L3) zu liegen kommt und
• der Wert der zweiten Spannungsschwelle niedriger ist als eine Thresholdspannung, welche die Halbbrückentransistoren (T1, T2) mindestens als Ansteuerung benötigen.
• ein Teil des Netzstroms fließt über eine erste Pumpdiode (D5), die mit einer zweiten Pumpdiode (D6) eine erste Diodenserienschaltung mit einem ersten Diodenverbindungspunkt bildet, wobei die Dioden so gepolt sind, dass sie einen Stromfluss von den Netzklemmen zum Halbbrückenwechselrichter (HB) zulassen,
• das Betriebsgerät besitzt mindestens zwei Lampenklemmen (J3, J4), die mit Lampenanschlüssen verbindbar sind, wobei eine Lampenklemme (J3) über einen Pumpkondensator (C6) mit dem ersten Diodenverbindungspunkt verbunden ist.
• parallel zur ersten Diodenserienschaltung ist eine zweite Diodenserienserienschaltung von zwei Dioden (D4, D7) geschaltet wodurch ein zweiter Diodenverbindungspunkt entsteht, wobei die Dioden (D4, D7) so gepolt sind, dass sie einen Stromfluss vom Netz zum Halbbrückenwechselrichter (HB) zulassen,
• der zweite Diodenverbindungspunkt ist mindestens über eine Pumpdrossel (L4), mit dem Verbindungspunkt (4) der Halbbrückentransistoren (T1, T2) verbunden.
• a free-running half-bridge inverter (HB) which contains two half-bridge transistors (T1, T2) connected in series,
• a load circuit which is connected to the connection point between the half-bridge transistors (4) and which contains a primary winding (L2) of a current transformer through which a load current flows which is drawn from the half-bridge inverter (HB),
• in each case one drive circuit (1, 2) for each half-bridge transistor (T1, T2), which in each case contains the following components:
- a secondary winding (L3) of the current transformer,
- an integration element (R1, C4) which essentially integrates the voltage across the secondary winding (L3) of the current transformer and switches off the relevant half-bridge transistor on reaching a predetermined integration value,
- a first voltage threshold value switch (D3), which reduces the integration constant of the integration element on reaching a given first voltage threshold,
characterized in that• the half-bridge transistors (T1, T2) are voltage controlled transistors, and
• at least one drive circuit (1, 2) has a second voltage threshold value switch (D2, R2) with a second voltage threshold which is lower than the first voltage threshold, with the second voltage threshold value switch (D2, R2) being connected in parallel with the secondary winding (L3), and
• the value of the second voltage threshold is lower than a threshold voltage which the half-bridge transistors (T1, T2) require, as a minimum, as a drive.
• a portion of the mains current flows via a first pumping diode (D5) which, with a second pumping diode (D6), forms a first diode series circuit having a first diode connection point, with the diodes being connected such that they allow current to flow from the mains terminals to the half-bridge inverter (HB),
• the operating device has at least two lamp terminals (J3, J4), which can be connected to lamp connections, with one lamp terminal (J3) being connected to the first diode connection point via a pumping capacitor (C6).
• a second diode series circuit formed by two diodes (D4, D7) is connected in parallel with the first diode series circuit, thus forming a second diode connection point, with the diodes (D4, D7) being connected such that they allow current to flow from the mains to the half-bridge inverter (HB),
• the second diode connection point is connected at least via a pumping inductor (L4) to the connection point (4) of the half-bridge transistors (T1, T2).
- un onduleur auto-oscillant en demi-pont (HB), qui comporte un circuit série constitué de deux transistors en demi-pont (T1, T2),
- un circuit de charge qui est raccordé au point de connexion (4) des transistors en demi-pont et qui comporte un enroulement primaire (L2) d'un transformateur de courant dans lequel circule un courant de charge prélevé de l'onduleur en demi-pont (HB),
- un circuit d'attaque (1, 2) pour chaque transistor en demi-pont (T1, T2) et comportant les composants suivants :
- un enroulement secondaire (L3) du transformateur de courant,
- un élément d'intégration (R1, C4), qui intègre sensiblement la tension appliquée à l'enroulement secondaire (L3) du transformateur de courant et qui met hors circuit ledit transistor en demi-pont lorsqu'une valeur d'intégration prescrite est atteinte,
- un premier commutateur de valeur de seuil de tension (D3) qui réduit la constante d'intégration de l'élément d'intégration lorsqu'un premier seuil de tension donné est atteint,
caractérisé en ce que :- les transistors en demi-pont (T1, T2) sont des transistors commandés en tension et
- au moins un circuit d'attaque (1, 2) possède un deuxième commutateur de valeur de seuil de tension (D2, R2) présentant un deuxième seuil de tension, qui est inférieur au premier seuil de tension, le deuxième commutateur de valeur de seuil de tension (D2, R2) étant monté en parallèle à l'enroulement secondaire (L3) et
- la valeur du deuxième seuil de tension est inférieure à une tension de seuil dont les transistors en demi-pont (T1, T2) ont au moins besoin comme attaque.
- une partie du courant de réseau circule dans une première diode de pompage (D5), qui forme avec une deuxième diode de pompage (D6) un premier circuit de diodes en série présentant un premier point de connexion de diodes, les diodes étant polarisées de façon à permettre un flux de courant des bornes de réseau à l'onduleur en demi-pont (HB),
- l'appareil possède au moins deux bornes de lampe (J3, J4), qui peuvent être reliées aux raccords de lampe, une borne de lampe (J3) étant reliée au premier point de connexion de diodes par un condensateur de pompage (C6).
- un deuxième circuit de diodes montées en série, constitué de deux diodes (D4, D7), est monté en parallèle au premier circuit de diodes montées en série de façon à obtenir un deuxième point de connexion de diodes, les diodes (D4, D7) étant polarisées de façon à permettre un flux de courant du réseau à l'onduleur en demi-pont (HB),
- le deuxième point de connexion de diodes est relié, au moins par une bobine de pompage (L4), au point de connexion (4) des transistors en demi-pont (T1, T2).