12 V betriebene Energiesparlampe

[R.Freitag]

Hallo

ich habe vor, eine Energiesparlampe an 12 V zu betreiben. Die Frequenz ist
bereits vorgegeben (150 kHz). Was mir fehlt, ist die Brennspannung und der
dazu passende Strom. Ausserdem brauche ich noch einige Tips zum Berechnen
des Impulstrafos, der die zwei Transistoren ansteuert.

Vielen Dank für Tips und URLs, auch mit Schaltplänen zu diesem Thema.

Robert
--
'Vom Standpunkt eines Beamtenrechtlers aus betrachtet ist der Tod die
schärfstwirkenste aller bekannten, langfristig wirkenden Formen der
vollständigen Dienstunfähigkeit.'
aus: Kommentar zum Beamtenrecht.

 

[Harald Wilhelms]

R.Freitag schrieb:

ich habe vor, eine Energiesparlampe an 12 V zu betreiben. Die Frequenz ist
bereits vorgegeben (150 kHz). Was mir fehlt, ist die Brennspannung und der
dazu passende Strom.

Dafür gibts einen passenden Link:
http://people.freenet.de/a-freak/glampenliste.html
Da sich diese Spannungen und Ströme aber auf 50 Hz beziehen,
könnte es zu gewissen Abweichungen kommen, zumal eine
Strommessung bei 150 kHz recht schwierig ist.

Ausserdem brauche ich noch einige Tips zum Berechnen
des Impulstrafos, der die zwei Transistoren ansteuert.

Hinweise zum Aufbau von Schaltnetzteilen findest Du in den FAQ:
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.24
Gruss
Harald

 

[Bernd Reinecke]

On Mon, 15 Aug 2005 22:52:52 +0200, "R.Freitag" <rfr-mailbox@gmx.de>
wrote:

Hallo

ich habe vor, eine Energiesparlampe an 12 V zu betreiben. Die Frequenz ist
bereits vorgegeben (150 kHz). Was mir fehlt, ist die Brennspannung und der
dazu passende Strom. Ausserdem brauche ich noch einige Tips zum Berechnen
des Impulstrafos, der die zwei Transistoren ansteuert.

Hat es eine besondere Bewandnis mit den 150kHz?

Ich habe das einfach mit einem Primitivtransverter gelöst:
Standard-TTL-schaltung (7400) eines 1:1 astabilen Multivibrators mit
ca. 3kHz, als "Endstufe" 2 Transistoren in Darlingtonschaltung und ein
ganz normaler Netztrafo. An die Primärseite direkt die
Energiesparlampe.

Bernd

--
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[Christian Koch]

Bernd Reinecke <bis09@bernd-reinecke.de> schrieb:

On Mon, 15 Aug 2005 22:52:52 +0200, "R.Freitag" <rfr-mailbox@gmx.de
wrote:
ich habe vor, eine Energiesparlampe an 12 V zu betreiben. Die
Frequenz ist bereits vorgegeben (150 kHz). Was mir fehlt, ist die
Brennspannung und der dazu passende Strom. Ausserdem brauche ich noch
einige Tips zum Berechnen des Impulstrafos, der die zwei Transistoren
ansteuert.

Hat es eine besondere Bewandnis mit den 150kHz?

Ich glaube, es gibt in diesem Zusammenhang ein Mißverständnis über den
Begriff Energiesparlampe.

Eine Energiesparlampe ist für mich der umgangssprachliche Begriff für
eine Kompaktleuchtstofflampe mit integrierten Vorschaltgerät. Robert
versucht IMHO eine Kompaktleuchtstoffröhre zu betreiben, sucht also eine
Schaltung für ein Vorschaltgerät dafür (Stichwort: Impulstrafo). Und in
diesem Fall sind 150 kHz nicht abwegig. Üblicherweise betreiben EVGs
solche Röhren mit Frequenzen über 30 kHz wegen besseren Wirkungsgrads,
Vermeidung von hörbaren Magnetostriktionspeifen und Störungen von
Infrarot-Fernbedienempfängern.

Ich habe das einfach mit einem Primitivtransverter gelöst:
Standard-TTL-schaltung (7400) eines 1:1 astabilen Multivibrators mit
ca. 3kHz, als "Endstufe" 2 Transistoren in Darlingtonschaltung und ein
ganz normaler Netztrafo. An die Primärseite direkt die
Energiesparlampe.

Wenn Du eine Energiesparlampe (mit integriertem Vorschaltgerät) an
dieser Schaltung betreibst, ist das in Ordnung. Andererseits wäre mir
nicht wohl, eine bloße Röhre an Deine Schaltung anzuschließen, weil eine
Strombegrenzung für die Gasentladung fehlt.

Zwei geeignete Schaltungen finden sich auf der Website, die Harald schon
genannt hat:

<http://people.freenet.de/a-freak/llwandler.html>

Achtung: AFAIR stimmte dort bei der Dimensionierung etwas nicht.
Ich schaue morgen nochmal drüber und melde mich hier.

Christian.

 

[Bernd Reinecke]

On Tue, 16 Aug 2005 22:39:35 +0200, "Christian Koch"
<christian_koch@gmx.de> wrote:

Ich habe das einfach mit einem Primitivtransverter gelöst:
Standard-TTL-schaltung (7400) eines 1:1 astabilen Multivibrators mit
ca. 3kHz, als "Endstufe" 2 Transistoren in Darlingtonschaltung und ein
ganz normaler Netztrafo. An die Primärseite direkt die
Energiesparlampe.

Wenn Du eine Energiesparlampe (mit integriertem Vorschaltgerät) an
dieser Schaltung betreibst, ist das in Ordnung. Andererseits wäre mir
nicht wohl, eine bloße Röhre an Deine Schaltung anzuschließen, weil eine
Strombegrenzung für die Gasentladung fehlt.

Die Induktivität der Primärwicklung des Netztrafos dürfte mindestens
im Bereich der normalerweise nötigen Drossel liegen, das ist also kein
Problem.
Ich meinte aber in der Tat das was im Handel unter "Energiesparlampe"
läuft. Die sind nicht nur billiger als Leuchtstoffröhren, sondern
funktionierten, zumindest in meinem Fall, auch besser. Wahrscheinlich
stabilisiert/regelt die interne Elektronik den Brennvorgang zusätzlich
und um die Zündung braucht man sich auch nicht zu kümmern.

Bernd

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[Christian Koch]

Bernd Reinecke <bis09@bernd-reinecke.de> schrieb:

On Tue, 16 Aug 2005 22:39:35 +0200, "Christian Koch"
christian_koch@gmx.de> wrote:

Ich habe das einfach mit einem Primitivtransverter gelöst:
Standard-TTL-schaltung (7400) eines 1:1 astabilen Multivibrators mit
ca. 3kHz, als "Endstufe" 2 Transistoren in Darlingtonschaltung und
ein ganz normaler Netztrafo. An die Primärseite direkt die
Energiesparlampe.

Wenn Du eine Energiesparlampe (mit integriertem Vorschaltgerät) an
dieser Schaltung betreibst, ist das in Ordnung. Andererseits wäre mir
nicht wohl, eine bloße Röhre an Deine Schaltung anzuschließen, weil
eine Strombegrenzung für die Gasentladung fehlt.

Die Induktivität der Primärwicklung des Netztrafos dürfte mindestens
im Bereich der normalerweise nötigen Drossel liegen, das ist also kein
Problem.

Einen Trafo kann man dann als Drossel betrachten, wenn nur eine Wicklung
beschaltet wird (Leerlaufbetrieb). Dann ist hauptsächlich die
Gegeninduktivität wirksam (s. Ersatzschaltbild [1]).

Wird jedoch ein Verbraucher an eine weitere Wicklung angeschlossen, so
wirkt nur die Streuinduktivität strombegrenzend. In der Regel ist bei
Netztransformatoren aufgrund der guten Kopplung die Streuinduktivität
wesentlich geringer als die Gegeninduktivität. Ausnahme bilden z.B.
Streufeldtransformatoren, deren Sekundärspannung bei Belastung
zusammenbricht und deshalb strombegrenzend wirkt.
Streufeldtransformatoren werden z.B. zum Betrieb von Neonröhren
eingesetzt.

Christian.



[1] <http://de.wikipedia.org/wiki/Transformator#Realer_Transformator>

 

[Bernd Reinecke]

On Wed, 17 Aug 2005 22:03:23 +0200, "Christian Koch"
<christian_koch@gmx.de> wrote:

Die Induktivität der Primärwicklung des Netztrafos dürfte mindestens
im Bereich der normalerweise nötigen Drossel liegen, das ist also kein
Problem.

Einen Trafo kann man dann als Drossel betrachten, wenn nur eine Wicklung
beschaltet wird (Leerlaufbetrieb). Dann ist hauptsächlich die
Gegeninduktivität wirksam (s. Ersatzschaltbild [1]).

Es ist aber doch nur eine Wicklung mit einer Last beschaltet.

Bernd

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[Christian Koch]

Bernd Reinecke <bis09@bernd-reinecke.de> schrieb:

On Wed, 17 Aug 2005 22:03:23 +0200, "Christian Koch"
christian_koch@gmx.de> wrote:

Die Induktivität der Primärwicklung des Netztrafos dürfte mindestens
im Bereich der normalerweise nötigen Drossel liegen, das ist also
kein Problem.

Einen Trafo kann man dann als Drossel betrachten, wenn nur eine
Wicklung beschaltet wird (Leerlaufbetrieb). Dann ist hauptsächlich
die Gegeninduktivität wirksam (s. Ersatzschaltbild [1]).

Es ist aber doch nur eine Wicklung mit einer Last beschaltet.

Genau, aber die andere Wicklung ist an eine Spannungsquelle
angeschlossen. Zwischen Spannungsquelle (primär) und Last (sekundär)
wirken nur die Streuinduktivität und der ohmsche Widerstand der
Wicklungen als strombegrenzendes Element. Diese sind bei den üblichen
Trafokonstruktionen allerdings auf ein Minimum optimiert (maximale
Kopplung zwischen den Wicklungen, ausreichende Drahtstärke).

Mit Leerlaufbetrieb meinte ich folgendes:

- Wechselspannung wird an eine Wicklung des Trafos angelegt
- restliche Wicklungen unbeschaltet (Leerlauf)
-> Spannung fällt über relativ großer Wicklungsinduktivität
(Gegeninduktivität) ab
-> geringer Leerlaufstrom und -verluste

Im Gegensatz dazu der Kurzschlußfall:

- Wechselspannung wird an eine Wicklung des Trafos angelegt
- restliche Wicklungen kurzgeschlossen
-> Spannung fällt über relativ geringer Streuinduktivität und
Windungswiderstand ab
-> hoher Kurzschlußstrom und -verluste
-> ohne Absicherung: Trafobrand

Bemerkst Du den Unterschied, wann der Trafo als Drossel wirkt? Dies läßt
sich alles aus dem Ersatzschaltbild des Transformators ableiten, wenn
man die Größenordnungen der Ersatzelemente abschätzen kann.



Die Gasentladung der Leuchtstoffröhre als Last hat ja einen negativen
differentiellen Widerstand und braucht eine Strombegrenzung. Zur
Strombegrenzung kann man in Reihe mit der Leuchstoffröhre eine Drossel,
einen Kondensator oder einen Widerstand schalten. Der Widerstand mindert
den Wirkungsgrad, da er überschüssige Energie verheizt. Der Kondensator
beansprucht die Elektroden der Röhre stärker. Am sinnvollsten ist eine
Induktivität als Strombegrenzung, da dadurch der Stromfluß durch die
Röhre am kontinuierlichsten ist.

Christian.

 

[Christian Koch]

Christian Koch <christian_koch@gmx.de> schrieb:

On Mon, 15 Aug 2005 22:52:52 +0200, "R.Freitag" <rfr-mailbox@gmx.de
wrote:
ich habe vor, eine Energiesparlampe an 12 V zu betreiben. Die
Frequenz ist bereits vorgegeben (150 kHz). Was mir fehlt, ist die
Brennspannung und der dazu passende Strom. Ausserdem brauche ich noch
einige Tips zum Berechnen des Impulstrafos, der die zwei Transistoren
ansteuert.

Zwei geeignete Schaltungen finden sich auf der Website, die Harald
schon genannt hat:

http://people.freenet.de/a-freak/llwandler.html

Achtung: AFAIR stimmte dort bei der Dimensionierung etwas nicht.
Ich schaue morgen nochmal drüber und melde mich hier.

Ich habe nochmal nachgeschaut: Das Problem ist eher theoretischer Natur.

Der Autor der o.g. Schaltung setzt 240 V(eff) als Sekundärspannung des
Trafos an. Die Betriebsspannung soll 12 V betragen. Als effektive
Spannung über der halben Primärwicklung wird die Betriebsspannung von
12 V angesetzt und mit dieser Spannung dann das Windungszahlenverhältnis
berechnet. Das ist aber falsch, denn:

Die Amplitude über der halben Primärwicklung beträgt

PI/2 * 12 V = 18,8 V

(Verhältnis von Amplitude und arithmetischem Mittelwert bei
Sinusspannung). Der Effektivwert ergibt sich damit zu

PI/2 * 12 V / wurzel(2) = 13,3 V(eff).

Die Sekundärspannung wäre also ca. 10 % größer als angesetzt und
folglich auch der Lampenstrom. Allerdings dürften sich diese 10 %
"Reserve" mit den Verlusten in den Transistoren und im Trafo
ausgleichen, so daß man dem geplanten Lampenstrom nahekommt.

Christian.



Literatur: Unitrode Application Note U-141
Unitrode Application Note U-148
Motorola Application Note AN1543

 

[Bernd Reinecke]

On Thu, 18 Aug 2005 18:04:06 +0200, "Christian Koch"
<christian_koch@gmx.de> wrote:

Es ist aber doch nur eine Wicklung mit einer Last beschaltet.

Genau, aber die andere Wicklung ist an eine Spannungsquelle
angeschlossen. Zwischen Spannungsquelle (primär) und Last (sekundär)
wirken nur die Streuinduktivität und der ohmsche Widerstand der
Wicklungen als strombegrenzendes Element. Diese sind bei den üblichen
Trafokonstruktionen allerdings auf ein Minimum optimiert (maximale
Kopplung zwischen den Wicklungen, ausreichende Drahtstärke).

Mit Leerlaufbetrieb meinte ich folgendes:

- Wechselspannung wird an eine Wicklung des Trafos angelegt
- restliche Wicklungen unbeschaltet (Leerlauf)

Vielleicht sollten wir nicht von unterschiedlichen Dingen reden
Ich rede immer noch vom Transverter.
Da wird impulsweise eine Gleichspannung mit immer der gleichen
Stromrichtung angelegt. In der Sperrphase, während das
zusammenbrechende Magnetfeld die Spannung für die Röhre induziert, ist
die Primärseite ohne "Last", eben weil der Endtransistor sperrt.

Bernd

--
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[Christian Koch]

Bernd Reinecke <bis09@bernd-reinecke.de> schrieb:

On Thu, 18 Aug 2005 18:04:06 +0200, "Christian Koch"
christian_koch@gmx.de> wrote:
Mit Leerlaufbetrieb meinte ich folgendes:

- Wechselspannung wird an eine Wicklung des Trafos angelegt
- restliche Wicklungen unbeschaltet (Leerlauf)

Vielleicht sollten wir nicht von unterschiedlichen Dingen reden
Ich rede immer noch vom Transverter.
Da wird impulsweise eine Gleichspannung mit immer der gleichen
Stromrichtung angelegt.

Gut zu wissen. Ich war davon ausgegangen, daß Du mit dem astabilen
Multivibrator den Netztrafo im Gegentakt ansteuerst. Dazu benötigt man
einen Netztrafo mit zwei Niederspannungswicklungen.

In der Sperrphase, während das zusammenbrechende Magnetfeld die
Spannung für die Röhre induziert, ist die Primärseite ohne "Last",
eben weil der Endtransistor sperrt.

Zwischen den Sperrphasen gibt es folglich Leitphasen. Während der
Leitphase wirkt die Gegeninduktiviät nicht als Strombegrenzung, da die
Gegeninduktivität parallel zur Last geschaltet ist. Die Last ist quasi
direkt an die Spannungsquelle angeschlossen; strombegrenzend wirkt
während der Leitphase nur die Streuinduktiviät.

Angenommen durch die Röhre fließe tatsächlich nur während der Sperrphase
Strom, dann würde die Röhre an Gleichstrom betrieben, was eine
drastische Verkürzung ihrer Lebensdauer zur Folge hätte (Stichwort:
Kataphorese des Quecksilbers).

Im Application Note 1 von Zetex wird eine Schaltung besprochen, die
Deiner ähnelt. Dort wird auf die Strombegrenzung durch die
Streuinduktivität und Reihenschaltung eines Kondensators hingewiesen:

"The current passed through the tube is controlled by the
transformer's leakage inductance and also a series connected 0.015ľF
capacitor." <http://www.zetex.com/3.0/appnotes/apps/an1.pdf>

Christian.

 

[Bernd Reinecke]

On Sun, 21 Aug 2005 21:34:58 +0200, "Christian Koch"
<christian_koch@gmx.de> wrote:

In der Sperrphase, während das zusammenbrechende Magnetfeld die
Spannung für die Röhre induziert, ist die Primärseite ohne "Last",
eben weil der Endtransistor sperrt.

Zwischen den Sperrphasen gibt es folglich Leitphasen. Während der
Leitphase wirkt die Gegeninduktiviät nicht als Strombegrenzung, da die
Gegeninduktivität parallel zur Last geschaltet ist. Die Last ist quasi
direkt an die Spannungsquelle angeschlossen; strombegrenzend wirkt
während der Leitphase nur die Streuinduktiviät.

Hm ja, mit Bauchschmerzen. Wie hoch ist die Streuinduktiviät eines für
50Hz-Sinus konzipierten Trafos, wenn du ihn mit 3kHz-Rechteck
ansteuerst? Sowohl durch die höhere Frequenz, als auch durch die
steilen Flanken des Rechtecks, bremst die Induktivität viel mehr.

Ich glaube, du kannst den normalen, mit 50Hz aus dem Netz gespeisten
Fall nicht direkt auf diesen speziellen Fall übertragen.

Angenommen durch die Röhre fließe tatsächlich nur während der Sperrphase
Strom, dann würde die Röhre an Gleichstrom betrieben, was eine
drastische Verkürzung ihrer Lebensdauer zur Folge hätte

Nein, das war nur unglücklich formuliert. Nur in der Primärseite ist
die Stromrichtung gleich. In der Sekundärseite wird durch das
wechselweise aufbauende und zusammenbrechende Magnetfeld eine
Wechselspannung induziert. Deshalb braucht man ja auch keine
Gegentaktschaltung auf der Primärseite.

Bernd

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[Christian Koch]

Bernd Reinecke <bis09@bernd-reinecke.de> schrieb:

On Sun, 21 Aug 2005 21:34:58 +0200, "Christian Koch"
christian_koch@gmx.de> wrote:

Zwischen den Sperrphasen gibt es folglich Leitphasen. Während der
Leitphase wirkt die Gegeninduktiviät nicht als Strombegrenzung, da
die Gegeninduktivität parallel zur Last geschaltet ist. Die Last ist
quasi direkt an die Spannungsquelle angeschlossen; strombegrenzend
wirkt während der Leitphase nur die Streuinduktiviät.

Hm ja, mit Bauchschmerzen. Wie hoch ist die Streuinduktiviät eines für
50Hz-Sinus konzipierten Trafos, wenn du ihn mit 3kHz-Rechteck
ansteuerst?

Diese wird wohl höher sein, als bei einem speziell für 3 kHz gefertigten
Übertrager. Der Eisenkern des Netztrafos wird bei diesen Frequenzen
relativ viel Energie in Wärme umwandeln.

Sowohl durch die höhere Frequenz, als auch durch die
steilen Flanken des Rechtecks, bremst die Induktivität viel mehr.

Ich glaube, du kannst den normalen, mit 50Hz aus dem Netz gespeisten
Fall nicht direkt auf diesen speziellen Fall übertragen.

Das ist klar, der Netztrafo ist eben für 50 Hz optimiert. Daten für
3 kHz existieren nicht. Man wird für den Direktanschluß einer
Leuchtstoffröhre ein bißchen experimentieren müssen.

Christian.