DE4201744C2 - Zusatzschaltung in einem Schaltnetzteil für Niedervolthalogenlampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusatzschaltung in einem Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Niedervolthalogenlampen werden von einem Transformator oder Schaltnetzteil gespeist, die Strom und Spannung um­ setzen. Bei einem Schaltnetzteil, das im Lastbereich einer maximalen Last zu einer minimalen Last im Verhältnis 2 : 1 arbeitet, sind durch entsprechende Dimensionierung des be­ kannten Halbbrückenwandlers und der bekannten Kurzschluß­ schaltung die erforderlichen Funktionen, wie Abreißen der Schwingung des Halbbrückenwandlers mit regelndem Eingrei­ fen der Kurzschlußschaltung zu erfüllen und ebenso auch eine Helligkeitssteuerung durch variablen Phasenanschnitt zu erreichen. Diese bekannte Schaltung ist allerdings nicht in der Lage, bei großen Lastbereichen im Verhältnis 5 : 1 die vorerwähnten Funktionen zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zu­ satzschaltung für ein Schaltnetzteil zum Betrieb von Nieder­ volthalogenlampen zu entwickeln, die bewirkt, daß bei fester Kopplung des Halbbrückenwandlers das Schaltnetzteil auch bei sehr großen Leistungen und Kurzschluß nicht über mehr als eine Netzhalbwelle durchschwingt und dann wieder neu gezündet werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nunmehr auch für große Lastbereiche von Schaltnetz­ teilen obiger Art für Niedervolthalogenlampen ein wirkungs­ voller Schutz erreicht wird. Mögliches Flackern der ange­ schlossenen Lampen und Kurzschlußgefahren werden damit sicher vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungs­ fig. 1 bis 6 dargestellt und wird im folgenden in Ver­ bindung mit den bekannten schaltungstechnischen Merkmalen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines bekannten Halbbrückenwandlers mit Zündschaltung;

Fig. 2 resultierende Schwingungsformen aus Fig. 1;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer bekannten Kurzschlußschaltung;

Fig. 4 eine resultierende Schwingungsform aus Fig. 3;

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der erfindungs­ gemäßen Zusatzschaltung in Verbindung mit den bekannten schaltungstechnischen Merkmalen aus den Fig. 1 und 3;

Fig. 6 resultierende Schwingungsformen aus Fig. 5.

Gemäß Fig. 1 wird die Netzwechselspannung 230 Volt am Gleichrichter GL gleichgerichtet und beginnt am Anfang jeder Halbwelle, die Kondensatoren C₁, C₂ und über R_Z den Zündkondensator C_Z aufzuladen. Übersteigt die Spannung an C_Z die Zündspannung des Diac, so fließt ein Strom in die Basis von Transistor T₂; der Transistor T₂ schließt und zieht Strom aus C₁ über T_r1 primärseitig und T_r2 primär­ seitig. Die Rückkopplungswicklungen des Ringkernübertragers T_r2 sind so gepolt, daß jetzt eine Spannung an der Basis- Emitterstrecke des Transistors T₂ steht, die den Stromfluß unterstützt, an der Basis-Emitterstrecke des Transistors T₁ aber eine Sperrspannung anliegt. Am Kollektor von T₂ liegt die Spannung sehr nahe an Massepotential; C_Z wird also über die Diode D entladen. Der Zustand hält an, bis der Ringkernübertrager T_r2 in die Sättigung kommt. Der Strom durch T₂ nimmt ab, die Spannung an Punkt C steigt, und damit wird das Schließen von T₁ und das Öffnen von T₂ eingeleitet. Es handelt sich also um eine selbstschwin­ gende Halbbrückenschaltung. Aus den resultierenden Schwin­ gungsformen nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß am Ende der Halbwelle aufgrund der niedrigen Spannung an Punkt A und damit auch in der Mitte, gebildet aus den Kondensatoren C₁ und C₂, der Strom über T_r1 und T_r2 nicht mehr ausreicht, um eine zum Schließen der Transistoren notwendige Basis­ spannung in den Koppelwindungen zu erzeugen. Die Schwin­ gung reißt ab. Nach Aufladen des Zündkondensators C_Z be­ ginnt der Zyklus von neuem.

Das jeweilige Starten der Schwingung hat den Vorteil, daß man durch Verändern der Zeitkonstante von R_Z und C_Z auf verhältnismäßig einfache Weise einen variablen Phasenan­ schnitt und damit zugleich auch eine Helligkeitssteuerung für die Schaltung erhält.

Für einen sekundärseitigen Kurzschlußschutz ist inzwischen auch eine Schaltung bekannt geworden, wie sie die Fig. 3 mit resultierender Schwingungsform in Fig. 4 zeigt. Daraus ist ersichtlich, daß bei Kurzschluß der Kondensator C_L über den Widerstand R_L aufgeladen wird (R_L « R_A; R_B). Der Transistor T_K schließt und verhindert ein Aufladen von C_Z. Während der Entladezeit des Kondensators C_L erfolgt kein Schwingungsanstoß. Am Ende der Entladephase wird der Durch­ laßwiderstand der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T_K höher und schließlich erreicht die Spannung an C_Z wie­ der die Durchbruchspannung des Diac. Fig. 4 zeigt den Kurz­ zeitbetrieb der Transistoren über eine halbe Netzhalbwelle τ_n, wobei die Pausenzeit (zur Wärmeabführung) über die Widerstände R_A und R_B dimensioniert werden kann und strom­ proportional ist.

In dem Moment, wo größere Leistungsbereiche vom Schaltnetz­ teil gefordert werden, treten mit dieser einfachen Schal­ tung Probleme auf. Voraussetzung für einwandfreie Funktion in allen Situationen ist das Abreißen der Schwingung, denn nur in diesem Fall kann die Kurzschlußschaltung regelnd eingreifen oder kann eine Helligkeitssteuerung durch varia­ blen Phasenanschnitt durchgeführt werden. Wie eingangs be­ reits erwähnt, kann diese Bedingung bei einem Leistungsbe­ reich im Verhältnis 2 : 1 durch entsprechende Dimensionie­ rung der Halbbrücke und der Kurzschlußschaltung erreicht werden, bei einem Leistungsbereich im Verhältnis 5 : 1 hingegen nicht mehr, und zwar aus folgenden Gründen: Zum einen muß die Rückkopplung auch bei niedrigen Kollektor­ strömen so fest sein, daß mit dem ersten Zündimpuls am Anfang der Netzhalbwelle die Eigenschwingung sicher ein­ setzt. Wäre das nicht der Fall, erhielte man einen wech­ selnden Schwingeinsatz, der sich mit Flackern der Hellig­ keit der angeschlossenen Lampen bemerkbar machen würde. Mit erforderlicher festerer Kopplung wird aber auch die zur Verfügung stehende Basisspannung aus der Rückkopplungs­ wicklung am Ende der Halbwelle und damit der Strom in der Basis größer, so daß selbst bei kleinen Kollektor-Emitter­ spannungen die Eigenschwingung aufrechterhalten wird. Der Zündimpuls ist nicht mehr vorhanden, die Schaltung schwingt dauernd, und bei Kurzschluß oder großer Überlast führt dies zur Zerstörung der Transistoren.

Zum anderen sinkt die U_BE der Transistoren mit der vor­ handenen Wärme bei Gerätebetrieb. Damit und durch wärme­ bedingte I_C/I_B-Zunahme rutscht die Schwelle, ab der ein Durchschwingen erfolgt, zu kleinen Werten hin. Das bedeu­ tet, wenn bei Anlauf im kalten Zustand dieses Durchschwin­ gen erst bei Kurzschluß auftrat, kann es auch schon mit zunehmender Wärme bei Vollast geschehen. Es ist auch er­ forderlich, daß die Kurzschlußschaltung beibehalten wird, da sonst ein Anlauf des Gerätes mit kalten Lampen lange Zeiten bei dem relativ einfachen Aufbau des Halbbrücken­ wandlers in Anspruch nehmen würde.

Aus diesen vorgenannten Gründen muß gefolgert werden, daß nur eine zwangsweise Unterbrechung der Schwingung in den Nulldurchgängen der Netzhalbwelle die Schwierigkeiten be­ seitigen kann, ohne andere Einbußen an der Qualität der be­ kannten Schaltung hinnehmen zu müssen. Diese Unterbrechung der Schwingung im Nulldurchgang der Netzhalbwelle ist Gegen­ stand der Erfindung und ist als Zusatzschaltung 5c in Fig. 5 in Verbindung mit der zuvor erläuterten selbstschwingenden Halbbrückenschaltung 5a und Kurzschlußschaltung 5b darge­ stellt.

Die Beschaltung dieser Zusatzschaltung 5c ist mit ent­ sprechend dimensionierten Elektronikbausteinen auszuführen. Von der Brückenspannung E (Fig. 5a) aus wird C_LE, solange das Potential an E höher ist als an der Zenerdiode ZD, auf die Zenerdiodenspannung aufgeladen. Dies kann ohne weite­ res über einen Inversbetrieb des Transistors T_LE erfolgen, so daß in diesem Falle der Widerstand R_V2 aus der Schal­ tung entfallen kann. Sinkt die Spannung an Punkt B (Fig. 5a) unter die Zenerspannung, so wird die Kollektor-Emitter­ strecke des Transistors T_LE geschlossen und es fließt ein Strom in die Basis des Transistors T_U. Die Kollektor-Emit­ terstrecke des Transistors T_U schließt und an der Basis des Transistors T₂ bleibt lediglich die Spannung U_CESAT des Transistors T_U stehen, und damit wird ein Weiterschwin­ gen der Halbbrückenschaltung unterbunden. Die Entladezeit τ_E (Fig. 6) des Kondensators C_LE über den Widerstand R_V1 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors T_U ist in jedem Fall kürzer als die Aufladezeit des Zündkondensators C_Z über den Widerstand R_Z (Fig. 5a), so daß diese Zusatz­ schaltung im normalen Betrieb an der Schwingungszeit pro Halbwelle der Halbbrückenschaltung nichts ändert. In jeder Betriebsart, das heißt Normalbetrieb über großen Lastbe­ reich, Betrieb mit überlast, Kurzschluß direkt usw., garan­ tiert diese Zusatzschaltung 5c eine Zwangsabschaltung der Schwingung am Ende der Netzhalbwelle, so daß der Einfluß der Zündung mit C_Z erhalten bleibt. Damit bleibt natür­ lich auch weiterhin die Möglichkeit vorhanden, ein Dimmen manuell durch Vergrößern des Vorwiderstandes R_Z (Fig. 5a) oder ein automatisches Herunterdimmen bei Temperaturer­ höhung im Gerät durch Einfügen eines Kaltleiters zwischen R_Z und C_Z zu erreichen. Bei kontinuierlichem direktem Kurzschluß an den Wandler-Sekundärklemmen oder Kurzschluß am Ende einer angeschlossenen Sekundärleitung wird durch die erfindungsgemäße Zusatzschaltung die Schwingung auf die Dauer einer halben Netzhalbwelle begrenzt; danach er­ gibt sich bis zur nächsten Zündung eine Pausenzeit, die aus Aufladungshöhe und Entladezeit von R_LC_L und C_LR_AR_B bestimmt wird.

Claims (3)

1. Zusatzschaltung in einem Schaltnetzteil mit Halbbrücken­ wandlerprinzip und Kurzschlußschutz für Niedervolt­ halogenlampen-Ansteuerungen, die auf jede Betriebsart, wie Normalbetrieb über einen großen Lastbereich, als auch auf Betrieb mit Überlast und Kurzschluß betriebs­ erhaltend reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer kontinuierlichen Schwingung über mehr als eine Netzhalbwelle eine Zusatzschaltung (5c) eine zwangsweise Unterbrechung der Schwingung am Ende jeder Netzhalbwelle bewirkt, wobei die Zusatzschaltung (5c) auf die Halbbrücke wirkt.

2. Zusatzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß über einen Widerstand (R_V2) ein Kondensator (C_LE) während der Netzhalbwelle auf den Spannungswert der parallel zu (C_LE) geschalteten Zenerdiode (ZD) aus dem kapazitiven Mittelpunkt (C₁, C₂) der Halbbrücken­ schaltung (5a) aufgeladen wird und am Ende der Halb­ welle über einen pnp-Transistor (T_LE), dessen Basis­ spannung dann niedriger als die Emitterspannung ist, und über einen die Entladezeit bestimmenden Wider­ stand (R_V1) entladen wird, so daß der Kollektor des pnp-Transistors einen Strom in die angeschlossene Basis eines npn-Transistors (T_U) treibt und mit der dann schlie­ ßenden Kollektor-Emitterstrecke des npn-Transistors die Basis-Emitterstrecke eines Schalttransistors (T₂) während der Entladezeit (τ_E) kurzgeschlossen wird (Fig. 6).

3. Zusatzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Transistor (T_LE) im Inversbetrieb den Kondensator (C_LE) über den Widerstand (R_ST und R_V1) auflädt und der Widerstand (R_V2) entfällt.