DE69017601T2

DE69017601T2 - Schaltungsanordnung.

Info

Publication number: DE69017601T2
Application number: DE69017601T
Authority: DE
Inventors: Bijl Adrianus Martinus Joha De; Bernardus Josephus Ma Overgoor
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: JPH03176997A; US5075602A; JP3236018B2; KR100210178B1; KR910011091A; EP0430357A1; EP0430357B1; DE69017601D1; HUT55934A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe, mit einem Wechselrichter mit folgenden Elementen:
- einer Schaltung A, die sich zum Anschließen an eine Gleichspannungsquelle eignet, mit zwei Schaltelementen zum Erzeugen eines Stroms mit wechselnder Polarität durch abwechselndes Leiten und Sperren mit einer Frequenz f,
- einer Belastungsschaltung B mit Lampenverbindungsklemmen und Induktionsmitteln, wobei die Belastungsschaltung eines der beiden Schaltelemente in der Schaltung A nebenschließt,
- einer Treiberschaltung F zum Erzeugen eines Treibersignals zum Umschalten der Schaltelemente abwechselnd in den leitenden und in den gesperrten Zustand mit der Frequenz f,
- mit einem Stromsensor, und
- mit einer Steuerschaltung C, die zum Steuern einer von der Lampe aufgenommenen Leistung mit dem Stromsensor und mit der Treiberschaltung F gekoppelt ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der niederländischen Patentanmeldung 8800015 (= EP-A-0 323 676) bekannt. Die Schaltung A ist mit Verbindungsklemmen zum Verbinden nach der Gleichspannungsquelle versehen.
Wenn eine Lampe mit Hilfe der bekannten Schaltungsanordnung betrieben wird, durchfließt ein Strom J, dessen Polarität sich mit der Frequenz f ändert, die Belastungsschaltung B, während ein wesentliches Rechteckpotential Vp zwischen den Enden der Belastungsschaltung B mit einer Wiederholungsfrequenz liegt, die ebenfalls gleich f ist.
Der Stromsensor in der bekannten Schaltungsanordnung ist als Verbindung zwischen einer Verbindungsklemme und einer Hauptelektrode in die Schaltung A aufgenommen.
In der bekannten Schaltungsanordnung wird zunächst der mittlere Wert der Gleichspannung zwischen den Eingangsklemmen des Wechselrichters mit Hilfe eines Schaltungsanteils der Steuerschaltung C in engen Grenzen konstant gehalten, die mit den Verbindungsklemmen des Wechselrichters gekoppelt ist. Zweitens mißt ein anderer Schaltungsanteil der Steuerschaltung C den mittleren Wert des Stroms durch den Sensor und steuert ihn auf einen gewünschten Wert. Steuerung des mittleren Werts des Stroms durch den Sensor kann mittels einer Änderung in der Leitzeit eines oder beider Schaltelemente der Schaltung A oder auf andere Weise durch Änderung der Frequenz f erfolgen. Eine Kombination der beiden ist ebenfalls möglich. Die Steuerschaltung C gewährleistet das Aufrechterhalten auf einem im wesentlichen konstanten Pegel der vom Wechselrichter aufgenommenen Leistung und also indirekt der von der Lampe aufgenommenden Leistung durch Konstanthalten sowohl des mittleren Werts der Spannung zwischen den Eingangsklemmen als auch des mittleren Werts des Stroms durch den Stromsensor.
Da der Stromsensor in die Schaltung A aufgenommen ist, beeinflussen Ströme in der Schaltung A, die nicht die Belastungsschaltung B durchfließen, wie z.B. Steuerschaltungen der Schaltelemente, den Betrieb der Steuerschaltung C. Dies ist ein Nachteil, da damit ein systematischer Fehler in die Leistungssteuerung der Lampe eingeführt wird. Die Position des Sensors in einem derartigen Fall führt ebenfalls zu weiteren Leistungsverlusten in der Steuerung der Schaltelemente, da ein Teil der aus der Treiberschaltung abgeleiteten Leistung in den Stromsensor eindissipiert wird.
Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, in der die von dem Wechselrichter aufgenommene Leistung auf einfache Weise steuerbar ist, während seine Leistungssteuerung ausschließlich vom Strom durch die Belastungsschaltung abhängig ist.
Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung eingangs erwahnter Art dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor einen Teil der Belastungsschaltung B bildet und die Steuerschaltung C außerdem mit Ausläufern der Belastungsschaltung B gekoppelt ist.
Diese Maßnahmen ermöglichen die Steuerung der in der Belastungsschaltung B aufgenommenen Leistung mit Hilfe der Steuerschaltung C. Dies führt ebenfalls zu einem vereinfachten Aufbau der Steuerschaltung C.
Vorzugsweise ist die Steuerschaltung C derart entwickelt, daß ein erstes Signal darin erzeugt wird, daß ein Maß für die Lampenleistung ist, und wird mit einem Bezugssignal verglichen, das selbst wieder ein Maß für die gewünschte aufgenommene Leistung ist. Die gewünschte Leistung kann in diesem Fall eingestellt werden. Das Ergebnis des Vergleichs führt zu einem Steuersignal, mit dem das Treibersignal in der Treiberschaltung F derart gesteuert wird, daß die von der Lamp aufgenommene Leistung im wesentlichen gleich dem gewünschten Wert ist.
Ein besonderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung C folgende Elemente enthält:
- eine Vervielfacherschaltung zum Erzeugen eines Signals Q, das dem Produkt eines momentanen Werts eines Stroms durch den Stromsensor und eines momentanen Begleitwerts einer Spannung zwischen den Enden der Belastungsschaltung B proportional ist, und
- eine Schaltung zum Erzeugen eines Signals, das einem mittleren Wert des Signals Q proportional ist.
Dieses Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung C wird also mit Mitteln zum Erzeugen des ersten Signals versehen, die auf sehr zuverlässige Weise und unter Verwendung einfacher Bauteile verwirklichbar sind.
Ein weiteres besonderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor ebenfalls mit Mitteln zum Verhindern des kapazitiven Betriebs des Wechselrichters gekoppelt ist. Unter kapazitivem Betrieb sei hier eine Betriebsbedingung verstanden, bei der die Spannung an der Belastungsschaltung dem Strom durch die Belastungsschaltung nacheilt. Ein Merkmal des kapazitiven Betriebs ist, daß jedes der Schaltelemente zu jenen Zeitpunkt leitend gemacht wird, zu dem die Spannung am betreffenden Schaltelement hoch ist. Dies führt zu einer verhältnismäßig hohen Leistungsdissipation in den Schaltelementen, was normalerweise die Lebensdauer der Schaltelemente nachteilig beeinflußt.
Da ein Wechselrichter vom induktiven Betrieb auf den kapazitiven Betrieb durch eine Änderung in dem Treibersignal umschalten kann, ist es vorteilhaft, eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Mitteln zum Verhindern des kapazitiven Betriebs des Wechselrichters zu kombinieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 weitere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, und
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Anteils der Steuerschaltung C.
In Fig. 1 sind mit den Bezugsziffern 1 und 2 geeignete Klemmen zum Verbinden mit den Polen einer Gleichspannungsquelle bezeichnet. Die Klemmen 1 und 2 werden mit den Ausläufern einer Schaltung A verbunden, die zwei Schaltelemente enthält. Jeder Ausläufer der Belastungsschaltung B, die induktive Mittel, Lampenverbindungsklemmen und einen Stromsensor enthält, ist mit einer jeweiligen Hauptelektrode eines der beiden Schaltelemente der Schaltung A verbunden. Eine Lampe ist mit den Lampenverbindungsklemmen der Belastungsschaltung B verbunden.
F ist eine Treiberschaltung zum Erzeugen eines Treibersignals zum Umschalten der Schaltelemente der Schaltung A abwechselnd in den leitenden und in den gesperrten Zustand mit einer Frequenz f.
C ist eine Steuerschaltung zum Steuern einer von der Lampe aufgenommenen Lampe. Zu diesem Zweck ist die Schaltung C mit dem Stromsensor und mit den Ausläufern der Belastungsschaltung B gekoppelt. Diese Kopplungen sind in Fig. 1 dargestellt. Die Steuerschaltung C enthält eine Schaltung D zum Erzeugen eines ersten Signals als Maß für die von der Lampe aufgenommene Leistung. Die Steuerschaltung C enthält ebenfalls eine Schaltung E zum Erzeugen eines Steuersignals als Maß für einen Unterschied zwischen dem ersten Signal und einem Bezugssignal, das selbst wieder ein Maß für einen gewünschten Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung ist. diese Steuersignal liegt an einem Ausgang der Schaltung E. Dieser Ausgang ist mit einem Eingang der Treiberschaltung F verbunden. Die Treiberschaltung F ist mit den Schaltelementen der Schaltung A verbunden. Die Treiberschaltung F regelt die Leitzeit der Schaltelemente und/oder die Frequenz f, mit der die Schaltelemente abhängig vom Steuersignal in den leitenden und in den gesperrten Zustand gebracht werden. Auf diese Weise ist die von der Lampe aufgenommene Leistung im wesentlichen gleich dem gewünschten Wert.
In Fig. 2 bilden die Schaltelemente S1 und S2 und die Dioden D1 und D2 die Schaltung A.
Die Belastungsschaltung B enthält eine Spule L, die Lampenverbindungsklemmen K1 und K2, die Kondensatoren C1 und C2 und einen Stromsensor SE. Die Spule L in diesem Ausführungsbeispiel bildet die Induktionsmittel. Eine Lampe La ist mit den Lampenverbindungsklemmen verbunden.
Die Klemmen 1 und 2 sind über eine Reihenschaltung der Schaltelement S1 und S2 derart miteinander verbunden, daß eine Hauptelektrode des Schaltelements S1 mit der Klemme 1 und eine Hauptelektrode des Schaltelements S2 mit der Klemme 2 verbunden ist. Das Schaltelement S1 wird durch die Diode D1 derart nebengeschlossen, daß eine Anode der Diode D1 mit einem gemeinsamen Knotenpunkt P der beiden Schaltelemente S1 und S2 verbunden ist. Das Schaltelement S2 wird durch die Diode D2 derart nebengeschlossen, daß eine Diode der Diode D2 mit der Klemme 2 verbunden ist.
Das Schaltelement S2 ist ebenfalls über einen Reihenschaltung der Spule L, der Lampe La, des Kondensators C2 und des Stromsensors SE nebengeschlossen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Widerstand gebildet wir.d Die Lampe La wird über einen Kondensator C1 nebengeschlossen.
Ein Ausläufer des Stromsensors SE, der mit einem Ausläufer der Belastungsschaltung B zusammenläuft, ist mit einem Eingang 3 der Schaltung D verbunden. Ein weiterer Ausläufer des Stromsensors ist mit einem weiteren Eingang 4 der Schaltung D verbunden. Ein dritter Eingang 5 der Schaltung D ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt P der beiden Schaltelemente verbunden, der mit einem weiteren Ausläufer der Belastungsschaltung B zusammenfällt. Ein Ausgang 6 der Schaltung D ist mit einem Eingang der Schaltung E verbunden, und ein Ausgang der Schaltung Schaltungsanordnung ist mit einem Eingang der Treiberschaltung F verbunden. Ein Ausgang der Treiberschaltung F ist mit einer Steuerelektrode des Schaltelements S1 und ein zweiter Ausgang der Treiberschaltung F ist mit einer Steuerelektrode des Schaltelements S2 verbunden.
Der Betrieb des Wechselrichters nach Fig. 2 geht wie folgt.
Wenn die Klemmen 1 und 2 mit den Polen einer Gleichspannungsquelle verbunden werden, sorgt das Treibersignal dafür, daß die Schaltelemente S1 und S2 mit einer Frequenz f abwechselnd leiten und gesperrt sind. Also ist der gemeinsame Knotenpunkt P der beiden Schaltelemente abwechselnd mit dem negativen und mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Hierdurch liegt eine im wesentlichen rechteckige Spannung Vp mit einer Wiederholungsfrequenz f am Knotenpunkt P. Diese im wesentlichen rechteckige Spannung Vp erzeugt einen Strom J, dessen Polarität sie mit der Wiederholungsfrequenz f ändert und in der Schaltung B fließt. Ein Phasenunterschied liegt zwischen Vp und J vor, der von der Wiederholungsfrequenz f abhängig ist.
Die Schaltung D erzeugt ein Signal, das ein Maß für den mittleren Wert des Produkts des momentanen Werts der im wesentlichen rechteckigen Spannung Vp und des momentanen Begleitwerts des Stromes J ist. Dieses Signal ist ein Maß für den mittleren Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung und dient als erstes Signal in diesem Ausführungsbeispiel. In der Schaltung E wird ein Steuersignal erzeugt, das ein Maß für den Unterschied zwischen dem ersten Signal und einem Bezugssignal ist, das ein Maß für den gewünschten mittleren Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung ist. Dieses Steuersignal liegt am Eingang der Treiberschaltung F. Mit dem Steuersignal stellt die Treibeschaltung F das Treibersignal derart ein, daß der mittlere Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung im wesentlichen gleich dem gewünschten Wert ist. Der mittlere Wert der von der Lampe aufgenommenen Leistung kann mit dem Treibersignal derart gesteurt werden, daß die Leitzeiten der beiden Schaltelemente und/oder die Frequenz f gesteuert werden.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 war der Stromsensor SE ein Widerstand von etwa 0,5 Ohm. Die Frequenz f betrug etwa 28 kHz. Es wurde als möglich festgestellt, Lampen mit stark auseinandergehenden Leistungsdaten und/oder Gasfüllungen mit Hilfe dieses praktischen Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung zu betreiben. Dabei änderte sich die von der Lampe aufgenommenen Leistung nicht um mehr als 5% von Lampe zu Lampe.
In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Schaltung D dargestellt.
In Fig. 3 sind mit den Bezugsziffern 3, 4 und 5 Verbindungsklemmen einer Vervielfacherschaltung I bezeichnet. Die Klemme 3 dient zur Verbindung nach einer Seite des Stromsensors SE, die mit einem Ausläufer der Belastungsschaltung zusammenfällt. Die Klemme 4 dient zur Verbindung nach einer anderen Seite des Stromsensors SE. Die Klemme 5 dient zum Verbindung nach einem weiteren Ausläufer der Belastungsschaltung B.
Wenn das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Schaltung D mit einem Wechselrichter verbunden ist, liegt eine Spannung proportional dem momentanen Wert des Stroms durch den Stromsensor SE zwischen den Klemmen 3 und 4. Eine Spannung proportional dem momentanen Wert der Spannung zwischen den Ausläufern der Belastungsschaltung B liegt zwischen den Klemmen 3 und 5.
Wenn der Stromsensor nicht derart in der Belastungsschaltung B positioniert ist, daß eine Seite des Stromsensors einen Ausläufer der Belastungsschaltung B bildet, d.h. in Abweichung von dem was dargestellt ist beispielsweise für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, ist es erforderlich, die Schaltung D mit vier Verbindungsklemmen zum Verbinden der beiden Enden der Belastungsschaltung B und der zwei Seiten des Stromsensors zu versehen.
An einem Ausgang der Vervielfacherschaltung I liegt ein Signal Q proportional dem Produkt des momentanen Werts der Spannung zwischen den Ausläufern der Belastungsschaltung B und dem momentanen Wert des Stroms durch den Stromsensor SE.
Der Ausgang der Vervielfacherschaltung I ist mit einem Eingang einer Schaltung II zum Erzeugen eines Signals verbunden, das proportional einem mittleren Wert des Signals Q ist. Das Signal proportional einem mittleren Wert des Signals Q liegt an der Ausgangsklemme 6 der Schaltung 11 und eignet sich zum Arbeiten als erstes Signal proportional der Lampenleistung.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Entladungslampe, mit einem Wechselrichter mit folgenden Elementen:

- einer Schaltung A, die sich zum Anschließen an eine Gleichspannungsquelle eignet, mit zwei Schaltelementen (S1, S2) zum Erzeugen eines Stroms mit wechselnder Polarität durch abwechselndes Leiten und Sperren mit einer Frequenz f,

- einer Belastungsschaltung B mit Lampenverbindungsklemmen und Induktionsmitteln (L), wobei die Belastungsschaltung eines der beiden Schaltelemente in der Schaltung A nebenschließt,

- einer Treiberschaltung F zum Erzeugen eines Treibersignals zum Umschalten der Schaltelemente abwechselnd in den leitenden und in den gesperrten Zustand mit der Frequenz f,

- mit einem Stromsensor (SE), und

- mit einer Steuerschaltung C, die zum Steuern einer von der Lampe aufgenommenen Leistung mit dem Stromsensor und mit der Treiberschaltung F gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor einen Teil der Belastungsschaltung B bildet und die Steuerschaltung außerdem mit Enden der Belastungsschaltung B gekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung C folgende Elemente enthält:

- eine Vervielfacherschaltung (D) zum Erzeugen eines Signals Q, das dem Produkt eines momentanen Werts eines Stroms durch den Stromsensor und eines momentanen Begleitwerts einer Spannung zwischen den Enden der Belastungsschaltung B proportional ist, und

- eine Schaltung (E) zum Erzeugen eines Signals, das einem mittleren Wert des Signals Q proportional ist.

3. Schaltungsanordnung nachnAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsensor ebenfalls mit Mitteln zum Verhindern von kapazitivem Betrieb des Wechselrichters gekoppelt ist.