DE2544364A1

DE2544364A1 - Netzteil

Info

Publication number: DE2544364A1
Application number: DE19752544364
Authority: DE
Inventors: King Hubert Dandy; Morton B Leskin
Original assignee: Individual
Current assignee: Colortran Inc Burbank Calif Us
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2312168B3; GB1519225A; JPS51141488A; FR2312168A1; IT1047554B; US3999100A

Description

75443B4

München, 3. Oktober 1975

Morton B. Leskin Sherman Oaks, Calif., U.S.A.

Netzteil

Die Erfindung betrifft ein Netzteil für eine Wechselstrom-Metallhalogenlampe und bezieht sich insbesondere auf ein Netzteil bzw. eine Speisequelle, in der ein Kommutator zur Lieferung einer stabilisierten oder geregelten Gleichstromleistung mit wechselnder Polarität an eine Lampe benutzt wird.

Metallhalogenlampen wurden als Lichtquellen für Fernsehen, Fotografie und TheaterauffUhrungen populär. Derartige Metallhalogenlampen haben eine ähnliche Strahlungstemperatur wie Tageslicht, ferner besitzen sie

609849/0229

gute Farbwiedergabeeigenschaften, einen hohen Helligkeitswirkungsgrad und kleine Lichtbogendimensionen.

Diese günstigen Eigenschaften werden durch die Verwendung von exakten Beträgen an seltenen Erden wie Dysprosium, Holmium und Thulium, ergänzt durch Brom, Jod und Quecksilber ,erreicht. Wegen diesen Beimengungen besitzen Metallhalogenlampen strenge Anforderungen an die Netzversorgung. Zum einen bedarf es zur Zündung eines Hochspannungsimpulses. Nach der Zündung, jedoch noch während eines kalten Zustandes, kann die Lampe selbst wie Halbwellengleichrichter arbeiten. In diesem Betriebszustand, der normalerweise weniger als eine Sekunde andauert, muß die zugefUhrte Leistung einen vorbestimmten Spitzenstromwert, der typischerweise in der Größenordnung von 70 A liegt, nicht überschreiten.

Während des Aufheizens der Lampe, was einige Minuten dauern kann, ist die Lampenspannung wesentlich niedriger als nach Erreichen der Betriebstemperatur. Beispielsweise kann eine Lampe mit einer Nennspannung von 95 V nach dem Aufheizen bei etwa 20 V während des Aufheiz-Zeitintervalls betrieben werden. Der maximale Lampenstrom kann während des Aufheizens wesentlich höher, beispielsweise bei 13 Ar liegen als während des nachfolgenden Betriebs (etwa 6,95 A). Sowohl während des Aufheizens wie auch danach kann eine bestimmte maximale Lampenleistung, die üblicherweise in der Größenordnung von 660 W

609849/0229

25U364

liegt, nicht ohne Schaden für die Lampe Überschritten werden.

Die Metallhalogenlampe bedarf eines Wechselstrom-Betriebs. Sowohl die Spannungen für das Aufheizen wie fUr den normalen Betrieb und die Ströme müssen von einer geeigneten Wechselstromquelle bzw. einem geeigneten Wechselstrom-Netzteil erzeugt werden. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Lampe mit konstanter Leistung zu speisen, so daß eine konstante Lichtausstrahlung und eine konstante Farbtemperatur gewährleistet werden, welche für fotografische Anwendungszwecke sowie Anwendungszwecke im Fernsehen erforderlich sind.

In der Vergangenheit haben diese Anforderungen an die Speisequellen bzw. an die Netzteile die Verwendung von speziellen induktiven Vorschaltgeräten erforderlich gemacht, in welchen das Spannungs-Stro«- Verhältnis innerhalb kleiner Toleranzen konstant ist und nur durch Temperaturänderungen und eine magnetische Umgebung beeinflußt wird. Derartige Spannungsquellen oder Netzteile sind wegen des beträchtlichen Gewichtes des induktiven Vorschaltgerätes selbst sehr schwer. Ein Gewicht von 150 Pfund ist nicht ungewöhnlich. Dies bringt erhebliche Nachteile mit sich. Obgleich die Lampe selbst sehr leicht ist, wird deren Tragfähigkeit bzw. Beweglichkeit durch das hohe Gewicht des Netzteils erheblich beeinträchtigt.

Bei den bekannten Netzteilen «it Vorschaltgeräten wird eine Seriendrossel oder Induktivität benutzt, in welcher die Spannung in überein-

809849/0229

"*" 25ΑΛ364

Stimmung mit dem Wert des Verbraucherstroms abfällt, so daß der Leistungsausgang geregelt wird. Dies erfordert eine Unterscheidung zwischen der Nenn-Lampenspannung und der Leitungsspannung. FUr eine Metallhalogenlampe mit 95 V Nennspannung muß typischerweise eine 220 V Quelle benutzt werden. Zum Betrieb der Lampe mit einem 110 V Wechselstromnetz bedarf es eines Aufwärtstransformators zusätzlich zu der Vorschaltdrossel bzw. -induktivität. Da die Induktivität fUr einen Betrieb bei einer besonderen Eingangsspannung geeignet sein muß, müssen Abgriffe vorgesehen sein, um die unterschiedlichen Netzspannungen zu kompensieren. Alle diese Faktoren erhöhen die Kosten, das Gewicht und die Kompliziertheit des Netzteiles und können zu einem verringerten Wirkungsgrad fuhren.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Netzteil oder eine Spannungsquelle fUr eine Metallhalogenlampe zu schaffen, welches keine Vorschaltdrossel erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gleichstrom-Regler, der zur Stabilisierung der Gleichstromleistung dient und ein Kommutator zum Empfang des stabilisierten bzw. geregelten Gleichstrom-Ausgangs des Reglers und zur Lieferung dieser Leistung ■it wechselnder Polarität zu dem Verbraucher vorgesehen sind.

609849/02

In dem erfindungsgemäßen Netzteil wird vorteilhafterweise eine geregelte oder stabilisierte Wechselstrom-Ausgangsleistung durch die Zusammenwirkung eines Gleichstrom-Reglers mit einem Kommutator erhalten, der das stabilisierte Gleichstromsignal an den Verbraucher mit wechselnder Polarität anlegt. Ein derartiges Netzteil ist erheblich leichter als die bekannten Netzteile, ist darüber hinaus wesentlich billiger und bringt einen wesentlich höheren Wirkungsgrad mit sich. Das erfindungsgemäße Netzteil kann vorteilhaft in Verbindung mit einer Metallhalogenlampe verwendet werden.

Weitere Ausfuhrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schalt-Regler verwendet, der mit hoher Frequenz, beispielsweise in der Größenordnung von 20 kHz,arbeitet. Der Arbeitszyklus bzw. die Einschaltdauer des Schaltreglers und somit der Wert der Ausgangsleistung werden durch eine Rückkopplungsschaltung gesteuert, die sowohl auf den Gleichstrom und die Spannung anspricht, die an den Kommutator angelegt werden.

Der Kommutator selbst weist zwei Paare von Transistoren auf, die wechselweise in den Leitzustand geschaltet werden, so daß die stabilisierte Gleichspannung mit wechselnder Polarität an den Verbraucher angelegt wird. Die Änderungsgeschwindigkeit liegt dabei bei

609849/0229

25U364

der Wechselstrom-Netzfrequenz, kann jedoch auch bei anderen Frequenzen oder Geschwindigkeiten liegen. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit mit der Verschlußgeschwindigkeit einer Aufnahmekamera synchronisiert sein. In jedem Fall ist die Schalt- oder Änderungszeit sehr kurz, d.h. das Schalten oder Ändern erfolgt sehr schnell und zwar Üblicherweise in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden. Daraus ergibt sich ein flimmerfreies Licht, da die Metallhalogenlampe nicht genügend Zeit zum Abkühlen oder Aufheizen während der Schaltintervalle besitzt.

Die Verwendung einer kombinierten Strom- und Spannungserfassung resultiert in einer im wesentlichen konstanten Ausgangsleistung fUr die Lampe. Dadurch kann eine konstante Lichtausstrahlung und Farbtemperatur erreicht werden.

Die RUckkopplungsschaltung ist derart aufgebaut, daß sie die Lampe während ihres Aufheizvorganges mit einem wesentlich höheren Strom versorgt. Wenn der normale Betriebswert erreicht ist, wird die Spannungsrückkopplung derart geändert, daß die notwendige Leistung und die maximalen Strom-Nennwerte der Lampe eingehalten werden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsforra der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

609849/0229

Fig. 1 und 2 elektrische Blockschaltbilder eines Netzteils für eine Metallhalogenlampe, welche einen Kommutator und einen Schalt-Regler verwenden·

Das erfindungsgemäße Netzgerät bzw. die erfindungsgemäße Speisequelle 10 wird vorteilhaft zur Speisung einer Netallhalogenlampe 11 benutzt. Ein Kommutator 12 (Fig. 2) dient zum Schalten oder Ändern des Stroms fUr die Lampe 11 mit der Frequenz des Wechselstromnetzes. Der Komutator 12 gestattet somit die Verwendung einer Gleichstromstabilisierung bei der Speisung der Metallhalogenlampe mit dem erforderlichen Wechselstrom.

Eine stabilisierte Gleichstromleistung wird Über Leitungen 13 und 14 von einem schaltenden Regler 15 (Fig. i) zu dem Kommutator 12 geführt. Über Leitungen 18 und 19 wird von einem Brückengleichrichter 20 eine nichtgeregelte bzw. unstabilisierte Gleichspannung an den Regler 15 angelegt, wobei der Brückengleichrichter 20 Über Anschlüsse 21,22 und einen strombegrenzenden Widerstand 23 an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Der Gleichstrom-Ausgang des Gleichrichters 20 wird von einem Kondensator 24 gefiltert.

Die an den Kommutator 12 gelieferte Gleichspannung wird derart geregelt, daß eine konstante Speisung der Lampe 11 erfolgt. Zu diesen Zweck ist eine einen Strom und eine Spannung feststellende Schaltung

609849/0229

25U364

26 vorgesehen, die in Verbindung mit einem Oszillator 27, einem Komparator 28 und einer Regler-Steuerschaltung 21 arbeitet, um den Arbeitszyklus oder die Einschaltdauer des schaltenden Reglers 15 zu steuern. Wenn die an die Lampe 11 angelegte Leistung Über den Nennwert ansteigen sollte, ergibt sich aus der resultierenden Ruckkopplung eine Reduzierung des Arbeitszyklus des Reglers 15, so daß die Ausgangsleistung auf den gewünschten Wert verringert wird. In umgekehrter Weise wird ein Abfallen der Ausgangsleistung eine Erhöhung des Arbeitszyklus bzw. der Einschaltdauer des Reglers 15 hervorrufen.

Der Regler 15 verwendet einen in Serie geschalteten Transistor 30 mit schneller Schaltzeit. Der Transistor 30 wird durch die Steuerschaltung 29 abwechselnd und mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die von dem Oszillator 27 bestimmt ist und fUr die ein typischer Wert 20 kHz sind. Der Arbeitszyklus oder das Verhältnis der Ein- zu den Ausschaltzeiten wird durch eine Rückkopplungsschaltung bestimmt, die nachstehend näher erläutert ist.

Wenn der Transistor 30 eingeschaltet bzw. leitend ist, fließt ein Strom von der Leitung 18 Über den Transistor 30 und eine Induktivität 31 zur Leitung 14. In der Induktivität 31 wird Energie gespeichert und der Kondensator 32 wird aufgeladen. Wenn der Transistor 30 gesperrt wird bzw. ausgeschaltet ist, resultiert die in der Induktivität 31 gespeicherte Energie in einen Stromfluß über eine Diode 33 zu

609849/0229

-⁹- 25U364

den Ausgangsleitungen 13,14. Dieses erhält in Verbindung mit der Entladung des Kondensators 32 einen Gleichstrom-Ausgang zwischen den Leitungen 13,14 aufrecht, obgleich der Transistor 30 ausgeschaltet ist. Infolgedessen ergibt sich eine Gleichspannung zwischen den Leitungen 13,14, deren Wert in direkter Beziehung mit den Arbeitszyklus des Transistors 30 steht.

Dieser Arbeitszyklus oder diese Einschaltdauer wird in Abhängigkeit zu der Leistung gesteuert, die von der Lampe 11 verbraucht wird und wird durch die den Strom und die Spannung feststellende Schaltung 26 bestimmt. Diese Schaltung umfaßt einen einen Strom feststellenden Widerstand 35, der in Serie zwischen der Leitung 19 und der Leitung 13 liegt. Der Spannungsabfall am Widerstand 35 zeigt den Stromwert an, der von der. Lampe 11 verbraucht wird. Dieser Spannungsabfall wird von einem Funktionsverstärker 37 festgestellt.

Der Funktionsverstärker 37 ist daher so geschaltet, daß er die Spannung am Ausgangsanschluß 38 des Widerstands 35 mit einer festen Spannung vergleicht, die mit dem Eingangsanschluß 39 des Widerstands 35 in Beziehung steht. Dementsprechend ist der Anschluß 38 über einen Widerstand 40 an einen Eingangsanschluß 41 des Funktionsverstärkers 37 angeschlossen. Dieser Anschluß 41 empfängt somit eine Spannung, welche für den Ausgangsstrom repräsentativ ist·

609849/0229

25AA364

Der andere Anschluß 42 des Funktionsverstärkers 37 empfängt eine Bezugsspannung, die von einer Zenerdiode 43 abgegeben wird, welche in Serie mit einem Widerstand 44 zwischen dem Anschluß 39 und einer Gleichstrom-RUckleitung 45 liegt. Ein Potentiometer 46, welches Über die Zenerdiode 43 geschaltet ist, erlaubt die Einstellung des Bezugsspannungswertes. Der Abgriff dieses Potentiometers 46 steht Über einen Widerstand 47 mit dem Funktionsverstärker-Anschluß 42 in Verbindung. Dieser Anschluß ist ferner auch Über einen Widerstand 48 mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers 37 und Über einen Kondensator 49 mit dem anderen Anschluß 41 verbunden. Bei dieser Anordnung ist das am Ausgangsanschluß 50 des Funktionsverstärkers 37 erzeugte Signal bezeichnend für die Differenz zwischen den festgestellten Signal am Anschluß 41 und dem festen Bezugssignal am Anschluß 42.

Um ein Rückkopplungssignal zu erzeugen, welches fUr die von der Lampe 11 verbrauchte Leistung bezeichnend ist, wird die dieser Lampe zugeführte Spannung von der Schaltung 26 erfaßt· Die Spannung auf der Leitung 14 wird Über ein Widerstandspaar 52,53 zu dem Eingangsanschluß 41 des Funktionsverstärkers geleitet· Der Anschluß 41 wirkt hinsichtlich der beiden Spannungen als summierender Punkt und ist für den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung repräsentativ. Der Netzeingang am Anschluß 41 zeigt somit die von der Lampe 11 verbrauchte Leistung an.

609849/0229

Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 37 wird durch einen weiteren Funktionsverstärker 54 verstärkt und über einen Widerstand

55 zu einem Eingang 56 des Koraparators 28 geleitet. Dieser Anschluß

56 steht mit einem Eingang eines Funktionsverstärkers 57 in Verbindung. Das Signal am Anschluß 56 ist ein Gleichstromwert, dessen Größe die Ausgangsleistung der Lampe 11 anzeigt. Der andere Eingang des Komparator s 28 stellt ein Ausgangssignal des Oszillators 27 mit einem dreiekkigen Wellenverlauf dar. Dieses Signal wird Über eine Leitung 58 zum anderen Eingang des Funktionsverstärkers 57 geleitet.

Der Gleichstromwert am Eingang 56 liegt zwischen den Minimal- und Maximalspannungen der dreieckförmigen Welle des Oszillators 27. Wenn die dreieckige Wellenspannung den Wert auf der Leitung 56 Überschreitet, erzeugt der Funktionsverstärker 57 auf der Leitung 59 ein hohes Ausgangssignal. Befindet sich die dreieckförmige Wellenspannung unterhalb des Wertes des Signals auf der Leitung 56, wird ein niedriges Ausgangssignal auf der Leitung 59 erhalten. Infolgedessen ist das Signal auf der Leitung 59 eine Rechteckwelle mit einem Arbeitszyklus, der durch den Wert des Rückkopplungssignals am Anschluß 56 bestimmt wird. Wenn der Wert dieses Rückkopplungssignals abnimmt, befindet sich ein größerer Teil der Dreieckwelle des Oszillators 27 Über dem Schwellwert und das Signal am Funktionsverstärker-Ausjpang 59 vird einen längeren Arbeitszyklus oder eine längere Einschaltzeit

609849/0229

25U364

haben* Wenn umgekehrt mehr Leistung von der Lampe 11 verbraucht wird, so daß das Rückkopplungssignal am Anschluß 56 eine höhere Spannung darstellt, dann wird ein kleiner Teil der Dreieckwelle auf der Leitung 58 Über diesem Wert bzw. Pegel liegen, so daß der Ausgang des Funktionsverstärkers 57 einen kürzeren Arbeitszyklus haben wird. Die Frequenz des Ausgangssignals am Anschluß 59 wird von dem Oszillator 27 bestimmt.

Das Signal am Ausgangsanschluß 59 des Funktionsverstärkers 57

wird zur Steuerung der Steuerschaltung 29 fUr den schaltenden Regler 15 und somit zur Steuerung des Arbeitszyklus des Reglers 15 verwendet.

Dies wird durch Verwendung des Ausgangs des Funktionsverstärkers zur Ansteuerung eines Transformators 61 erreicht. Die Sekundärwicklung des Transformators ist derart angeschlossen, daß ein Transistor 62 in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers 57 ein- und ausgeschaltet wird. Ein Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 61 ist direkt an den Emitter des Transistors 62 und der andere Anschluß Über eine Diode 63 an die Basis des Transistors

62 angelegt. Ein Widerstand 64 bildet einen Nebenschluß zur Diode

63 und eine andere Diode 65 ist zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 62 geschaltet.

609849/0229

Wenn mit dieser Anordnung ein hoher Ausgang am Funktionsverstärker-Anschluß 59 erhalten wird, wird der Transistor 62 abgeschaltet bzw. gesperrt. Infolgedessen werden ein Transistorpaar 66,67, die als Darlington-Schaltung geschaltet sind, eingeschaltet. Wenn der Transistor 66 leitend wird bzw. eingeschaltet ist, wird eine Spannung von einer Leitung 68 Über einen Widerstand 69 an den Emitter des Schalttransistors 30 angelegt. Wird der Transistor 67 eingeschaltet, dann wird eine etwas niedrigere Spannung von einer Leitung 70 Über einen Widerstand 71 an die Basis des Transistors 30 und Über einen Widerstand 72 an den Emitter des Transistors 30 angelegt. Infolgedessen wird der Transistor 30 schnell eingeschaltet. Wenn das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 57 kleiner wird, schaltet der in der Sekundärwicklung des Transformators 61 induzierte Einschwing- oder Ausgleichvorgang den Transistor 62 unverzüglich ein. Infolgedessen werden die nach Art einer Darlington-Schaltung geschalteten Transistoren 66, 67 abgeschaltet und der Schalttransistor 30 wird ebenfalls abgeschaltet.

Der Arbeitszyklus des schaltenden Reglers 15 wird somit in Abhängigkeit zu den den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung erfassenden Signalen gesteuert, die jeweils Über die Widerstände 40 und 53 an den Summierungspunkt 41 in der Schaltung 26 geleitet werden. Der Arbeitszyklus des Reglers 15 wird auf diese Weise so eingestellt, daß eine konstante Leistungsabgabe an die Lampe 11 aufrechterhalten wird.

6 OS Si 9/0229

25ΑΛ364

Die Über die Leitungen 13,14 gelieferte stabilisierte Gleichspannung wird an die Lampe 11 durch den Kommutator 12 mit wechselnder Polarität angelegt. Ein wichtiges Erfordernis an den Kommutator 12 besteht darin, daß er die Schalt- oder Änderungsfunktion in solcher

Weise ausfuhrt, daß kein erkennbares Flimmern von der Lampe 11 hervorgerufen wird. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Schalten oder die Stromumkehr sehr schnell ausgeführt werden, und zwar typischerweise in etwa 10 Mikrosekunden. Dies wird durch die Steuerschaltung 75 fUr den Kommutator erreicht, welche das schnelle Ein- und Ausschalten der vier Kommutierungstransistoren 76 bis 79 steuert. Diese Transistoren sind durch zugehörige Dioden 80 bis 83 nebengeschlossen.

Die Kommutierung wird in folgender Weise ausgeführt: Die Transistorpaare 76 und 77 bzw. 78 und 79 werden wechselweise mit der Frequenz des Wechselstromnetzes eingeschaltet. Während eines Halbzyklus des an den Anschlüssen 21,22 vorliegenden Wechselstroms werden die Transistoren 76,77 eingeschaltet und die Transistoren 78,79 ausgeschaltet sein. Mit diesem Schaltungsaufbau wird die stabilisierte positive Spannung der Leitung 13 über den Transistor 76 und eine Leitung 84 an einen Anschluß 11a der Lampe 11 geführt. Die negative Spannung der Leitung 14 wird über den Transistor 77 und die Leitung an den anderen Anschluß 11b der Lampe 11 geleitet. Während des anderen Halbzyklus des Wechselstromzyklus sind die Transistoren 78,79

609849/0229

eingeschaltet. Die positive Spannung der Leitung 13 wird infolgedessen Über den Transistor 78 an den Anschluß 11b und die negative Spannung der Leitung 14 Über den Transistor 79 an den Anschluß 11a angelegt. Die Metallhalogenlampe 11 empfängt damit eine Spannung mit wechselnder Polarität.

Um das sehr schnelle Schalten zu erreichen, wird die Basisvorspannung der Transistoren 76 bis 79 sehr schnell bis zur Sättigung gesteuert. Dies wird durch die Steuerschaltung 75 fUr den Kommutator ermöglicht, welche ein Paar von Funktionsverstärkern 87,88 verwendet, die wechselweise ein- und ausgeschaltet werden. Das Schalten wird durch einen Transformator 89 erreicht, der an die Wechselstromnetz-Anschlüsse 21,22 angeschlossen ist. Ein Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 89 liegt Über eine Leitung 90 an dem Mittelpunkt eines Spannungsteilers an, der aus vier Widerständen 91 bis 94 besteht, welche in Serie zwischen eine Spannungsquelle gelegt sind. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 89 liegt über einen Widerstand 95 und eine Leitung 96 an Anschlüssen unterschiedlicher Polarität der Funktionsverstärker 87 und 88 an. Ein Paar von gegensinnigen, begrenzenden Dioden 97,88 ist zwischen die Leitungen 90 und 96 geschaltet. Eine positive Spannung von der Verbindung zwischen den Widerständen 91 und 92 wird an den anderen Eingangsanschluß des Funktionsverstärkers 87 angelegt und eine negative Spannung von der Verbindung zwischen den

60 9 8 49/0229

2 5 A A 3 6 A

Widerständen 93 und 94 wird an den anderen Anschluß des Funktionsverstärkers 88 gefuhrt.

Während eines Halbzyklus des Wechselstromzyklus fließt ein Strom von der Sekundärwicklung des Transformators 89 Über den Widerstand 95 und die Diode 97. In diesem Fall ist die Spannung auf der Leitung 96 gegenüber der Spannung auf der Leitung 90 positiv. Hierdurch besteht die Tendenz, den Funktionsverstärker 88 in den Leitzustand zu steuern. Die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators 89 steigt auf einen sehr hohen Wert, typischerweise 100 V oder mehr im Vergleich zu derjenigen Spannung an, die an der Verbindung zwischen den Widerständen 93 und 94 vorliegt und etwa -1 V beträgt.

Der Funktionsverstärker 88 arbeitet in Abhängigkeit zu der Spannungsdifferenz an seinen EingangsanschlUssen, infolgedessen der Funktionsverstärker 88 schon am Beginn der positiven Schwingung des Wechselstromnetzes eingeschaltet wird, sobald die Ausgangsspannung des Transformators 89 auf der Leitung 96 diesen 1 Volt-Wert überschreitet. Da die Spannung während dieses einen Halbzyklus auf einen hohen Wert ansteigt, wird der 1Volt-Wert äußerst nahe am Beginn des Halbzyklus erreicht, d.h. unmittelbar nach dem Null-Durchgang der Spannung des Wechselstromnetzes. Der Funktionsverstärker 88 wird dem zufolge sehr schnell geschaltet, typischerweise in etwa 10 Mikrosekunden. Wenn die Spannung des Wechselstromnetzes durch den nächsten

609849/0229

Null-Durchgang hindurchgeht und die Leitung 96 negativ zu werden beginnt, wird der Funktionsverstärker 87 in ähnlicher Weise sehr schnell eingeschaltet und der Funktionsverstärker 88 wird sehr schnell abgeschaltet. Die Begrenzungsdioden 97,98 verhindern, daß die tatsächliche Spannung zwischen den Leitungen 90,96 einen Wert erreicht, der sehr viel höher als der erforderliche Wert ist, um das Schalten der Funktionsverstärker 87 und 88 zu bewirken.

Es ist zu beachten, daß der Funktionsverstärker 88 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wenn die Spannung auf der Leitung 96 den Bezugsspannungswert einer Polarität Überschreitet bzw. unterschreitet. Diese beiden Übergänge erfolgen während des gleichen Halbzyklus der Wechselstromquelle. Andererseits wird der Funktionsverstärker 87 ein- und ausgeschaltet, wenn die Spannung auf der Leitung 90 Über einen ähnlichen Bezugswert entgegengesetzter Polarität ansteigt bzw. unter diesen Bezugswert abfällt. Diese beiden Übergänge geschehen während des anderen Halbzyklus der Wechselstromquelle. Demzufolge werden der Funktionsverstärker 87 oder 88, der leitend ist, immer ausgeschaltet, bevor der andere Funktionsverstärker eingeschaltet wird.

Diese Anordnung ist wichtig, weil sie das Abschalten eines der Transistorpaare 76, 77 oder 78,79 sicherstellt, bevor das andere Paar eingeschaltet wird. Wenn dies nicht der Fall sein würde, ergäbe

609849/0229

2 5 A 4 3 6 4

sich eine kurze Periode, in welcher alle Transistoren 76 bis 79 eingeschaltet wären. Dies würde in einem direkten Kurzschluß zwischen den Gleichstrom-EingangsanschlUssen 13,14 vom Schalt-Regler 15 resultieren und das System betriebsunfähig machen. Mit der beschriebenen Anordnung ist jedoch die Einschaltzeit jedes Transistorpaares 76,77 oder 78,79 geringfügig kleiner als die Ausschaltzeit«, Dadurch wird gewährleistet, daß jedes Transistorpaar 76,77 und 78, 79 vollständig abgeschaltet ist, wenn das andere Paar in den Leitzustand bzw. Einschaltzustand gelangt.

Die Verzögerungszeit zwischen dem Abschalten eines Transistorpaares 76,77 oder 78,79 und dem Einschalten des anderen Transistorpaares sollte kleiner als die Speicher- oder Schaltdauer der Transistoren sein. Dies wird durch eine entsprechende Wahl der Bezugsspannungen erreicht, bei welchen die Funktionsverstärker 87 und 88 geschaltet werden. Diese Spannungen werden ihrerseits durch die Wahl geeigneter Werte der Widerstände 91 bis 94 festgelegt, weil die Spannungen an den Verbindungen zwischen den Widerständen 91,92 und 93,94 den Wert festlegen, an welchen die zugehörigen Funktionsverstärker 87 und 88 eingeschaltet werden.

Die Operationsverstärker 87,88 steuern die Kommutierungstransistoren 76 bis 79 über ein Paar von Impulsübertragern 98,99. Der Übertrager 98 weist zwei Sekundärwicklungen auf, die jeweils derart geschaltet sind, daß sie fUr die Transistoren 76 und 77 die Basissteuerung bilden.

609849/0229

Der Übertrager 99 hat in ähnlicher Weise zwei Sekundärwicklungen, die zur Steuerung der Transistoren 78 und 79 geschaltet sind.

Wenn der Funktionsverstärker 87 in den Einschaltzustand gelangt, schalten die Signale die Transistoren 76 und 77 unverzüglich ein, welche in den Sekundärwicklungen der übertrager 98 induziert werden. Kurz davor wurde der Funktionsverstärker 88 abgeschaltet und die in den Ausgangswicklungen des Übertragers 99 induzierten Einschwingvorgänge bzw. Schwingungen tragen zu der schnellen Abschaltung der Transistoren 78 und 79 bei. Das Schalten geschieht derart schnell, daß kein Flimmern in dem von der Lampe 11 abgegebenen Licht erkennbar ist. Das Fehlen des Flimmerns ergibt sich daraus, daß die Lampe 11 sich nicht während der sehr kurzen Schaltdauer (etwa 10 Mikrosekunden) beachtlich abkühlen oder aufheizen kann.

Die Lampe 11 kann anfangs durch eine Zündschaltung 101 (Fig. 2) eingeschaltet werden. Diese Schaltung enthält einen Aufwärts-Transformator 102, der Über einen Schalter 103 an die Anschlüsse 21,22 des Wechselstromnetzes angeschlossen ist. Die Hochspannungssekundärwicklung des Transformators 102 ist über eine Funkenstrecke 104 an die Primärwicklung eines Transformators 105 angeschlossen, die sich in Serie zur Leitung 84 befindet. Ein Kondensator 106 bildet einen · Nebenschluß zur Sekundärwicklung des Transformators 102.

609849/0229

Wenn der Schalter 103 geschlossen ist, lädt die Hochspannung der Sekundärwicklung des Transformators 102 den Kondensator 106 auf. überschreitet die Ladung die Durchschlagspannung der Funkenstrecke 104, entlädt sich der Kondensator über diese Funkenstrecke 104, wodurch eine ausreichende Spannung Über den Transformator 105 induziert wird, um die Lampe 11 zu zUnden.

Wenn die Metallhalogenlampe zum ersten Mal gezUndet wird, arbeitet sie mit einer niedrigen Spannung, jedoch einem relativ hohen Strom. Beispielsweise kann eine Lampe mit einer Nennspannung von 95 V einen Aufwärmwert von 20 V besitzen. Darüber hinaus kann ein häherer Strom während des Aufwärmvorgangs von der Lampe gegenüber später verbraucht werden, wenn die Lampe bei ihrer Nennspannung betrieben wird. Die durch das erfindungsgemäße Netzteil hervorgerufene Regelung ist derart gestaltet, daß ein zusätzlicher Strom erzeugt wird, wenn die Lampe 11 während des Aufheizens bei niedriger Spannung betrieben wird.

Zu diesem Zweck weist die Schaltung 26 zur Spannungsfeststellung einen Widerstand 108 und eine Zenerdiode 109 auf, die in Serie zwischen die Leitung 19 und die Verbindung zwischen den Widerständen und 53 eingesetzt sind. Während des Aufheizens, wobei die Lampe bei niedriger Spannung betrieben wird, ist die Zenerdiode 109 nicht leitend* Das die Spannung anzeigende Signal, welches an den Sum-

609849/0229

mierungspunkt 41 geliefert wird, wird daher von der Leitung 14 fUr die Ausgangsspannung direkt über die Widerstände 52 und 53 geleitet, wie dies vorstehend erläutert ist. Diese Werte sind derart gewählt, daß sie einen Anstieg des Ausgangsstroms auf den während des Aufheizens erforderlichen Wert ermöglichen, der typischerweise 7 bis 13 A beträgt.

Während des Aufheizens der Lampe 11 erhöht sich deren Spannung, typischerweise von etwa 20 V während des Aufheizens auf etwa 95 V nach dem Aufheizen. Infolgedessen erhöht sich der Spannungsabfall zwischen den Leitungen 13 und 14 genügend, so daß ein Ourchbruch oder ein Leiten der Zenerdiode 109 hervorgerufen wird. Dadurch wird der Widerstand 108 in Serie zu dem Widerstand 52 gelegt, welche sich zwischen den Leitungen 13 und 14 befinden. Dadurch ergibt sich eine Verringerung des Wertes des die Spannung anzeigenden Signals, das Über den Widerstand 53 an den Summierungspunkt 41 gelegt wird. Die Änderung im Arbeitszyklus des Reglers und somit die Änderung im Ausgang wird für die gleiche Spannungsänderung reduziert.

Die Spannung zur Speisung des Oszillators 27 des Komparators 28 und der Schaltung 75 zur Kommutatorsteuerung wird von einem BrUckengleichrichter 111 (Fig. 1) geliefert, welcher an eine Sekundärwicklung niedriger Spannung eines Speisetransformators 112 angeschlossen ist. Der Ausgang des Brückengleichrichters wird von einem

60984 9/0229

Kondensator 113 gefiltert und Über Leitungen 114 und 115 an geeignete Schaltungen geliefert.

Die Leistung für die Steuerschaltung 29 wird von einer anderen Sekundärwicklung 112a des Transformators erhalten. Ein Teil dieser Sekundärwicklung 112a ist an ein Diodenpaar 117,118 angeschlossen, welches als Vollweggleichrichter arbeitet. Diese Dioden erzeugen eine Spannung auf der Leitung 70, die durch den Kondensator 119 gefiltert wird. Eine höhere Spannung wird von einer Diode 120 und einem Filterkondensator 121 auf der Leitung 68 geliefert, wobei letztere zwischen einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators 112 und dem Mittenabgriff 122 des Transformatorabschnitts liegen, der zur Erzeugung der Spannung auf der Leitung 70 verwendet wird.

In der Schaltung 26 zur Strom- und Spannungserfassung wird eine feste Bezugsspannung an einen Eingang des Funktionsverstärkers 54 Über ein Spannungsteiler-Netzwerk angelegt, welches aus einen Widerstandspaar 125,126 besteht. Der Ausgangsanschluß 50 des Funktionsverstärkers 37 liegt Über einen Widerstand 127 an der +v-Leitung 114 und Über einen Widerstand 128 an dem anderen Eingang des Funktionsverstärkers 54 an. Dieser Eingang steht außerdem Über einen Widerstand 129 Mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers 54 in Ver-

609849/0229

bindung. Ein aus den Widerständen 130 und 131 bestehender Teiler liefert die feste Bezugsspannung an den Eingangsanschluß 56 des Funktionsverstärkers 57 im Komparator 28. Ein Widerstand 139 trennt die Gleichspannungsversorgung von dem Komparator 28.

Bei dem Oszillator 27 handelt es sich um einen konventionellen Oszillator, der Widerstände 132 bis 136 und einen Kondensator enthält, welche in der in Fig. 1 gezeigten Weise mit einem Funktionsverstärker 138 verbunden sind. Der Oszillatorausgang auf der Leitung 58 ist eine dreieckförmige Welle. Die Funktionsverstärker 37,54,57 und 138 können zusammen derart ausgeführt sein, daß sie eine integrierte Schaltung nach Art eines Motorola MC3302 Quad-Komparators (Vierer-Komparator) darstellen.

Obgleich der dargestellte Kommutator (Fig. 2) Transistoren verwendet, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Transistoren beschränkt. So können ein oder beide Transistorpaare 76,77 und 78, 79 durch gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCR) ersetzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der gezeigte Kommutator 12 mit der Frequenz des Wechselstromnetzes betrieben; dies stellt jedoch kein Erfordernis der Erfindung dar. Beispielsweise im Hinblick auf die Anwendung bei Filmaufnahmegeräten kann es wünschenswert sein, den Kommutator synchron zur Verschlußgeschwindigkeit der FiIm-

609849/0229

"²⁴" 25 A 4 364

kamera zu betreiben. Bei der Verwendung bei Fernsehgeräten, bei welchen die Bildwechselfrequenz mit dem Wechselstromnetz synchronisiert ist, wird die Kommutierung bei dieser Wechselstrom -netzfrequenz bevorzugt.

Obgleich in der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils ein Schaltregler 15 verwendet wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt« Jeder andere Gleichstrom-Regler kann vielmehr in Verbindung mit dem Kommutator 12 benutzt werden.

Betriebseigenschaften, die den zuerst beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zugesprochen wurden, sind auch den später beschriebenen Ausführungsformen zuzuschreiben, wenn nicht derartige Eigenschaften offensichtlich nicht anwendbar sind oder eine spezielle Ausnahme angegeben ist.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Netzteil bzw. ein Netzgerät für eine Wechselstrom-Metallhdbgenlampe und verwendet einen Gleichstrom-Regler in Verbindung mit einem Kommutator zur Speisung der Lampe mit einer stabilisierten oder geregelten Gleichstromleistung wechselnder Polarität. Eine Rückkopplungsschaltung erfaßt die Gleichspannung und dan Gleichstrom, die dem Kommutator zugeführt werden, arbeitet mit dem Regler zusammen, um eine im wesentlichen konstante Leistung an die Lampe anzulegen. Die Schaltzeiten des Kommutators sind genügend klein, so daß ein flimmerfreies Licht abgegeben wird.

609849/0229

Claims

25U364

Patentansprüche

1. Netzteil fur eine Wechselstrom-Netallhalogenlampe oder einen anderen Wechselstrom-Verbraucher,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom-Regler (15), der zur Stabilisierung der Gleichstromleistung dient und ein Kommutator (12) zum Empfang des stabilisierten bzw. geregelten Gleichstrom-Ausgangs des Reglers und zur Lieferung dieser Leistung mit wechselnder Polarität zu dem Verbraucher vorgesehen sind.

2. Netzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstrom-Metallhalogenlampe als Verbraucher vorgesehen ist und daß eine Steuerschaltung (29) fUr den Kommutator (12) mit diesem in Verbindung steht, um den Kommutator genügend schnell zu schalten, so daß die Lampe nicht flimmert.

3. Netzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) ein schaltender Regler mit im wesentlichen konstanter Frequenz, jedoch variablem Arbeitszyklus ist, daß eine Rückkopplungseinrichtung zur Feststellung der bzw. des vom Regler durch den Kommutator und den Verbraucher aufgenommenen Gleichspannung und -stromssowie zur Steuerung des Arbeitszyklus des Schalt-Reg lers in Abhängigkeit zu der festgestellten Gleichspannung und dem

609849/02 2 9

-strom vorgesehen ist, so daß der Verbraucher nit einer im wesentlichen konstanten Leistung gespeist wird.

4. Netzteil nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator erste und zweite Gruppen von Halbleiter-Schalteinrichtungen aufweist, die wechselweise in Leitzustand gesteuert werden und derart geschaltet sind, daß sie dem Verbraucher den stabilisierten Gleichstrom-Ausgang mit wechselnder Polarität zufuhren.

5. Netzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Halbleiter-Schalteinrichtungen ein erstes Transistorpaar aufweist, welches derart geschaltet isi^, daß es dem Verbraucher die stabilisierte Gleichstrom-Ausgangsleistung mit einer Polarität zuführt, wenn das erste Transistorpaar leitend ist und daß die zweite Gruppe von Halbleiter-Schaltelementen ein zweites Transistorpaar enthält, das derart geschaltet isi^ daß es die Gleichstrom-Ausgangsleistung dem Verbraucher mit entgegengesetzter Polarität zufuhrt, wenn es leitend ist .

6. Netzteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung fUr den Kommutator eine Schaltungsanordnung zum vollständigen Abschalten des einen Paars von Schalteinrichtungen vor der Steuerung des anderen Paares von Schalteinrichtungen in deren Leitzu-

6 0 9849/0229

stand aufweist.

7. Netzteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine erste Einrichtung zum Einschalten eines Paars der Schalteinrichtungen aufweist, wenn ein Wechselstrom-Steuersignal einen gewissen Bezugswert positiver Polarität Überschreitet, sowie zum Abschalten eines Paars der Schalteinrichtungen, wenn das Wechselstrom-Steuersignal unter einen Bezugswert gleicher positiver Polarität abfällt, so daß ein Paar der Schalteinrichtungen während des gleichen Halbzyklus des Wechselstrom-Steuersignals zugleich ein- und abgeschaltet wird und daß eine zweite derartige Einrichtung zum Ein- und Abschalten des anderen Schalteinrichtungspaares vorgesehen ist, wenn das gleiche Wechselstrom-Steuersignal die zugehörigen Bezugswerte negativer Polarität überschreitet oder unterschreitet, so daß das andere Paar von Schalteinrichtungen während des gleichen, entgegengesetzten Halbzyklus des Wechselstrom-Steuersignals ein- und abgeschaltet wird, so daß jedes Paar von Schalteinrichtungen vollständig abgeschaltet wird, bevor das andere Paar von Schalteinrichtungen in den Leitzustand gesteuert wird·

8. Netzteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Paare von Schalteinrichtungen Transistoren aufweisen und daß die Schaltungsanordnung erste und zweite Impulsübertrager enthält, die jeweils ein Paar von Sekundärwicklungen ouf-

609849/0229

weisen, welche derart geschaltet sind, daß sie für die zugeordneten ersten und zweiten Transistorpaare eine Basissteuerung bilden, daß in der Schaltungsanordnung ferner erste und zweite Schalt&nrLchtungen zur Liefecung eires -

Steuersignals an die Primärwicklung des ersten und zweiten Impulsübertragers jeweils innerhalb von abwechselnden Halbzyklen des Wechselstrom-Steuersignals vorgesehen sind, daß die erste Schalteinrichtung zur Lieferung des Steuersignals an den ersten Impuls-Ubertrager eingeschaltet wird, wenn das Wechselstrom-Steuersignal den ersten Bezugswert der einen Polarität Überschreitet, daß die zweite Schalteinrichtung zur Lieferung des Steuersignals an den zweiten ImpulsUbertrager eingeschaltet wird, wenn das Wechwelstrora-Steuersignal einen zweiten Bezugswert entgegengesetzter Polarität Überschreitet, daß das Wechselstrom-Steuersignal zu einer Maximalspannung tendiert, welche die ersten und zweiten Bezugswerte erheblich Überschreitet, so daß die Schalteinrichtungen nach den jeweiligen abwechselnden Null-Durchgängen des Wechselstrom-Steuersignals sehr schnell eingeschaltet werden.

9· Netzteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen ersten Funktionsverstärker enthält, der zur Steuerung des Leitzustandes des einen Paares von Schalteinrichtungen eingeschaltet ist, daß der erste Funktionsverstärker dann eingeschaltet wird, wenn ein Wechselstrom-Steuersignal einen

609849/0229

Bezugswert positiver Polarität überschreitet, daß eine zweite Einrichtung einen zweiten Funktionsverstärker aufweist, der derart geschaltet ist, daß er das andere Paar von Schalteinrichtungen steuert und der dann eingeschaltet wird, wenn das Wechselstrom-Steuersignal einen Bezugswert negativer Polarität Überschreitet, daß die Bezugswerte gegenüber den Maximalwerten klein sind, auf welche das Wechselstrom-Steuersignal während der abwechselnden Wechselstrom-Halbzyklen anzusteigen tendiert , so daß die Funktionsverstärker und somit, die Transistoren sehr schnell geschaltet werden.

10. Netzteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugswert mit erster Polarität durch eine erste Bezugsspannung bestimmt ist, die an einen Komparator-Anschluß des ersten Funktionsverstärkers angelegt wird, daß der Bezugswert entgegengesetzter Polarität durch eine zweite Bezugsspannung bestimmt wird, die an einen Komparator-Anschluß des zweiten Funktionsverstärkers angelegt wird und daß das Wechselstrom-Steuersignal an den anderen Komparator-Anschluß der beiden Funktionsverstärker gefuhrt ist.

11. Netzteil nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstrom-Steuersignal von dem Wechselstrom-Netz erhalten und begrenzt bzw. abgeschnitten wird

609849/0229

25Λ4364

und daß die Bezugswerte in der Größenordnung von etwa l/lOO der Maximalspannung des Wechselstrom-Steuersignals liegen.

12. Netzteil nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom-Regler ein Schalt-Regler ist.

13. Netzteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ruckkopplungseinrichtung zur Feststellung des Gleichstroms und der -spannung, die Über den Kommutator von dem Verbraucher aufgenommen werden und zur Steuerung des Gleichstrom-Reglers in Abhängigkeit von dem festgestellten Strom und der Spannung vorgesehen ist, so daß im wesentlichen eine konstante Leistung an den Verbraucher geliefert wird.

14. Netzteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die RUckkopplungseinrichtung

eine Serienwiderstände enthaltende Anordnung zum Erhalt einer ersten RUckkopplungs-Steuerspannung, die dem vom Regler Über den Kommutator an den Verbraucher geführten Strom proportional ist, eine Einrichtung zur Feststellung der Spannung zum Erhalt einer zweiten RUckkopplungs-Steuerspannung, die dem vom Regler Über den Kommutator an den Verbraucher angelegten Spannung proportional ist,

609849/0229

einen Funktionsverstärker zur Kombinierung der ersten und zweiten RUckkopplungs-Steuerspannungen zwecks Abgabe einer kombinierten RUckkopplungs-Steuerspannung, welche die vom Verbraucher aufgenommene Leistung anzeigt, und eine Steuerung für den Regler zur Steuerung des Arbeitszyklus des Schalt-Reglers in Abhängigkeit von dem kombinierten Rückkopplungs-Steuersignal aufweist, so daß im wesentlichen eine konstante Leistung an den Verbraucher angelegt wird.

15. Netzteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Spannungsfeststellung einen Spannungsteiler und eine Zenerdiode enthält, so daß die Proportionalität zwischen der zweiten RUckkopplungs-Steuerspannung und derjenigen Spannung geändert wird, die vom Regler geliefert wird, wenn die zugeführte Spannung ausreichend groß ist, so daß der Leitzustand der Zenerdiode hervorgerufen wird.

16. Netzteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher eine Metallhalogenlampe aufweist und daß ein Durchbruch der Zenerdiode bei einer Spannung erfolgt, die Ober der Aufheizspannung der Lampe,jedoch unterhalb der normalen Betriebsspannung der Lampe liegt, so daß die Rückkopplungseigenschaften während des Aufheiz- ' und während des normalen Lampenbetriebs unterschiedlich sind.

609849/0229