"Pumpschaltungen für EVG von Niederdruckgasentladungslampen"
5. Praktische Realisierung
Um einerseits die praktische Realisierbarkeit nachweisen und andererseits die
Simulations- Ergebnisse verifizieren zu können, wurde die Schaltung nach
Anlage B1 im Laboraufbau getestet. Auf die in industriell hergestellten Schaltungen
vorhandenen Schutz-, Zünd- und Überwachungseinrichtungen wurde verzichtet,
da nur die Funktionsfähigkeit der Schaltung nachgewiesen werden sollte.
In Anlage G2 sind die in der Schaltung eingesetzten Bauelemente tabellarisch dargestellt.
Für die Spulen FD1 und L1 waren nur die Kernformen und die Induktivitäten
angegeben. In Anlage G1 werden deshalb die benötigten Windungszahlen berechnet.
Im Gegensatz zur ursprünglichen Schaltung, bei der wegen der Ansteuerung
mittels Dreiwicklungskern Bipolartransistoren Verwendung fanden, wurden
bei dieser Testschaltung MOSFET eingesetzt. Diese müssen für diesen
Anwendungsfall einen möglichst geringen Bahnwiderstand RDSon
und eine hohe Sperrspannung von 600V besitzen. Dabei beträgt aber
der zu schaltende Strom nur 0.3mA. Ein Bauelement, das diese sich teilweise
entgegenstehenden Forderungen erfüllt, ist sehr schwer zu finden. Erschwerend
kam hinzu, daß erste Funktionstests mit einer niedrigen Versorgungsspannung
von 30V durchgeführt werden sollten und dann die Versorgungsspannung
langsam erhöht wurde. Daher wurden für die verschiedenen Phasen
der Inbetriebnahme auch verschiedene Typen von MOSFET eingesetzt. Für
den ersten Test mit ca. 30V Versorgungsspannung wurde zuerst ein MOSFET vom
Typ STP5NA80 gewählt, der schon bei anderen Schaltungen für elektronische
Vorschaltgeräte am Lehrstuhl für Leistungselektronik verwendet
wurde. Es zeigte sich aber, daß der Laststrom zu gering war und daher
nicht ausreichte, um in der zur Verfügung stehenden Zeit alle Ladungsträger
auszuräumen. Mit einem Low-Power-MOSFET vom Typ ZVN 2106A konnte die
Schaltung bis zu einer Betriebsspannung von 60V getestet werden. Für
den Betrieb bei höheren Spannungen hat sich der Einsatz eines Transistors
vom Typ BSS 297 als günstig erwiesen. Bis zu einer Spannung von 160V
funktionierte die Schaltung zufriedenstellend (Anlagen G3 bis G5).
Bei höheren Spannungen kam es zu einem Einbruch der Spannungen über
den Transistoren. Grund dafür könnte sein, daß die Leistungsseite
Fehlersignale in die Ansteuerung einkoppelt. Aus diesem Grund mußten schon
die Optokoppler, die ursprünglich eingesetzt worden waren, durch einen
anderen Typ ersetzt werden. Eventuell könnte der Einsatz einer Abschirmung
hier Abhilfe schaffen.
Typ |
Spannung |
Eignung |
ZVN 2106A |
< 60V |
geringe Spannung |
STP5NA80 |
|
eventuell für volle Betriebsspannung |
ZVN 4424A |
|
eventuell für volle Betriebsspannung |
BSS297 |
bis 160V |
eventuell bis zur vollen Betriebsspannung |
Tabelle 5.1: im Versuchsaufbau getestete MOSFET
Der Vergleich der simulierten mit den gemessen Verläufen kann gezeigt werden,
daß diese grundsätzlich übereinstimmen.
Der Verlauf des Spulenstromes i”l1” von Simulation und Messung (Anlage
C6 und G3) stimmt gut überein.
Auch der Vergleich der Spannungen über den Transistoren T1 und T2 (Anlage
C11 und G3) ist weitgehend gleich.
Der Lampenstrom i”la” zeigt im Vergleich zur Simulation ein etwas
anderes Verhalten. Man kann einen Sprung im Spulenstrom erkennen. Dieser wird
durch das Einschalten der Transistoren T1 und T2 hervorgerufen. Dieser Sprung
ist auch bei den Spannungen u”c7” und u”c8” zu
beobachten (Anlage G3). An dieser Stelle werden die Transistoren eingeschalten.
Die Kondensatoren sind noch nicht vollständig ge- bzw. entladen. Daher
erfolgt ein Sprung in den Spannungen. Gut erkennbar ist dieser Sprung auch in
der Transistorspannung bei maximaler Netzspannung.
Obwohl die Einschaltzeit angepaßt wurde, konnte bisher noch nicht erreicht
werden, daß dieser Sprung wegfällt. Eine weitere Anpassung des Einschaltzeitpunktes
wie auch eine Verringerung einzelner Elemente könnte Abhilfe schaffen.
Im Vergleich zur Simulation weist die Versuchsschaltung trotz eines kompakten
Aufbaus eine Anzahl von parasitären Elementen, wie z.B. Leitungsinduktivitäten,
auf, deren Einfluß schlecht abgeschätzt werden kann.
Anlage G5 stellt die Netzspannung und den Netzstrom sowie den Lampenstrom
dar. Eine Fourieranalyse des Netzstromes erweist sich auf Grund der
schlechten Sinusform der Netzspannung als nicht sinnvoll