"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
  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


Simulation Inhalt   1.   2.  3.  4.  5.   6.   7.  Literatur Ansteuergerät