DE102004037388B4

DE102004037388B4 - Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs eines Vorschaltgeräts für Leuchtstofflampen und Vorschaltgerät

Info

Publication number: DE102004037388B4
Application number: DE102004037388A
Authority: DE
Inventors: Michael Herfurth; Martin Feldtkeller; Antoine Fery
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: US7560873B2; US20060034123A1; US20120062137A1; US8022637B2; US20090256487A1; US8378590B2; DE102004037388A1

Abstract

Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs eines Lampenvorschaltgeräts, das eine Halbbrückenschaltung (Q1, Q2) mit einem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement (Q1, Q2), einen an einen Ausgang (K3) der Halbbrückenschaltung (Q1, Q2) angeschlossenen Resonanzschwingkreis (L1, C1) und eine parallel zu einem der Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) geschaltete Snubber-Kapazität (C3) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
– Bereitstellen eines von einer Spannung (V2) an dem Ausgang der Halbbrücke (Q1, Q2) abhängigen Spannungsmesssignals (Vs),
– Auswerten des Spannungsmesssignals (Vs) jeweils vor Einschaltzeitpunkten wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) durch Vergleich des Spannungsmesssignals (Vs) mit einem Referenzwert (Vref) zur Detektion des Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs eines Vorschaltgeräts für Leuchtstofflampen, und ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Vorschaltgerät.
Zum besseren Verständnis der nachfolgend erläuterten Erfindung wird anhand der 1 und 2 zunächst der grundsätzliche Aufbau eines zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe dienenden elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) und dessen Funktionsweise erläutert. Ein solches Vorschaltgerät ist beispielsweise in der EP 1 066 739 B1 , der US 6,617,805 B2 oder dem Datenblatt Nr. PD 60182-I des integrierten Baustein IR2156(S) von International Rectifier, Kalifornien, USA, beschrieben.
Ein elektronisches Vorschaltgerät weist eine Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelementen Q1, Q2 auf, deren Laststrecken in Reihe zwischen Versorgungsklemmen K1, K2 geschaltet sind, zwischen denen eine Gleichspannung Vb anliegt. Die Ansteuerung dieser beiden Halbleiterschaltelemente S1, S2 erfolgt über eine Ansteuerschaltung 20, die die beiden Halbleiterschaltelemente S1, S2 jeweils getaktet ansteuert. Die beiden Halbleiterschalter Q1, Q2 werden dabei abwechselnd angesteuert, um sicherzustellen, dass die beiden Halbleiterschalter nie gleichzeitig leitend angesteuert sind. An einem Ausgang K3 der Halbbrücke, der durch einen den Laststrecken der Halbleiterschaltelemente gemeinsamen Knoten gebildet ist, steht eine Spannung V2 zur Verfügung, die einen im wesentlichen rechteckförmigen Verlauf besitzt.
Durch diese Spannung V2 ist ein Resonanzschwingkreis mit einer Resonanzinduktivität L1 und einem Resonanzkondensator C1 gespeist, wobei eine Leuchtstofflampe in dem Beispiel parallel zu dem Resonanzkondensator C1 geschaltet ist. Ein weiterer Kondensator C2, der in Reihe zu der Resonanzinduktivität L1 und vor die Parallelschaltung der Leuchtstofflampe 10 und des Resonanzkondensators C1 geschaltet ist, dient als Abblockkondensator, der Gleichstromanteile abblockt.
Parallel zur Laststrecke des zweiten Halbleiterschaltelements Q2 liegt ein Snubber-Kondensator C3, dessen Aufgabe es ist, die Schaltverluste während eines Nullspannungsschaltbetriebes (Zero Voltage Switching, ZVS) der beiden Halbleiterschaltelemente Q1, Q2 zu verringern.
Nicht näher dargestellt sind üblicherweise vorhandene Messanschlüsse der Ansteuerschaltung 20, über welche beispielsweise eine Spannung über der Leuchtstofflampe 10 oder ein Strom durch die Halbbrücke Q1, Q2 ermittelt, und Versorgungsanschlüsse, über welche eine Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung 20 erfolgt. Die Gleichspannung Vb für das Vorschaltgerät wird beispielsweise durch einen Schaltwandler mit Leistungsfaktorkorrekturfunktion (Power Factor Controller, PFC) bereitgestellt. Diesbezüglich wird zum Beispiel auf die oben erwähnten EP 1 066 739 B1 und US 6,617,805 B2 verwiesen.
2 zeigt für einen störungsfreien Betriebszustand nach Zünden der Leuchtstofflampe den zeitlichen Verlauf der zwischen der Ausgangsklemme K3 der Halbbrücke Q1, Q2 und Bezugspotential GND anliegenden Ausgangsspannung V2 der Halbbrückenschaltung Q1, Q2, des Stromes Iq2 durch das zweite Halbleiterschaltelement Q2, des Stromes I1 in die an die Halbbrückenschaltung Q1, Q2 angeschlossene Last, sowie der Ansteuersignale S1, S2 der Halbleiterschaltelemente S1, S2.
Die Halbleiterschaltelemente Q1, Q2 werden durch die Ansteuerschaltung 20 über die Ansteuersignale S1, S2 phasenverschoben jeweils für Einschaltdauern Ton1, Ton2 leitend angesteuert, wobei die Ansteuerperioden Tp der beiden Halbleiterschalter S1, S2 jeweils gleich sind. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise derart, dass zwischen dem Ausschalten eines der beiden Halbleiterschaltelemente und dem Einschalten des anderen eine minimale Ausschaltzeit toff vorhanden ist. Die Einschaltdauern Ton1, Ton2 sind normalerweise jeweils gleich lang, der Duty-Cycle, also das Verhältnis aus Einschaltdauer und Periodendauer beträgt beispielsweise etwa 45%.
Bei eingeschaltetem ersten Halbleiterschalter S1 und sperrendem zweiten Halbleiterschalter S2 entspricht die Ausgangsspannung V2 der Halbbrückenschaltung Q1, Q2 unter Vernachlässigung des Einschaltwiderstandes des ersten Halbleiterschaltelements Q1 in etwa der zwischen den Klemmen K1, K2 anliegenden Gleichspannung Vb. Aus dieser Spannung resultiert ein Lampenstrom I1, der entgegen der in 1 eingezeichneten Richtung fließt und dessen Betrag mit zunehmender Einschaltdauer des ersten Halbleiterschaltelements S1 zunimmt. Nach Abschalten des ersten Halbleiterschaltelements S1 wird dieser Strom bedingt durch die Induktivität L1 des Reihenschwingkreises L1, C1 zunächst noch aufrechterhalten und entlädt dadurch den parallel zu dem zweiten Halbleiterschaltelement Q2 geschalteten Snubber-Kondensator C3, wodurch die Spannung über der Laststrecke dieses zweiten Halbleiterschaltelements Q2 zu Null wird. Nach Entladung dieses Kondensators C3 übernimmt die Body-Diode des als n-Kanal-MOSFET ausgebildeten zweiten Halbleiterschaltelements Q2 den Lampenstrom I1, die in diesem Fall als Freilaufdiode wirkt. Dieser Lampenstrom I1 ändert im zeitlichen Verlauf nach Einschalten des zweiten Halbleiterschaltelements S2 seine Polarität und fließt vor Sperren des zweiten Halbleiterschaltelements S2 in der in 1 eingezeichneten Richtung. Nach dem Sperren des zweiten Halbleiterschaltelements Q2 wird der Snubber-Kondensator C3 über den durch die Induktivität L1 fließenden Strom auf den Wert der Gleichspannung Vb aufgeladen, wobei ein weiterer Spannungsanstieg durch eine integrierte Body-Diode des als n-Kanal-MOSFET ausgebildeten ersten Halbleiterschaltelements begrenzt wird. Das erste Halbleiterschaltelement Q1 wird dabei erst eingeschaltet, nachdem die Spannung an dem Ausgang K3 auf den Wert der Gleichspannung Vb angestiegen ist, und die Spannung über der Laststrecke des ersten Halbleiterschaltelements Q1 somit Null ist.
Der Snubber-Kondensator C3 unterstützt ein spannungsloses Schalten des ersten und zweiten Halbleiterschaltelements Q1, Q2, ein Schalten dieser Halbleiterschaltelemente Q1, Q2 also dann, wenn die Spannung über deren Laststrecke gleich Null ist. Die Schalter Q1, Q2 können zwar auch ohne den Snubber-Kondensator C3 spannungslos eingeschaltet werden. Voraussetzung dafür ist lediglich, dass der Strom über die Laststrecke so lange mit der gleichen Polarität weiter fließt, bis der entsprechende Schalter Q1, Q2 eingeschaltet wird. Ohne Snubber-Kondensator C3 würde die Spannung nach Abschalten eines Schalters Q1, Q2 allerdings sehr steil ansteigen und zu entsprechenden Abschaltverlusten führen. Der Snubber-Kondensator C3 begrenzt diese Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und reduziert dadurch die Schaltverluste.
Während des Betriebs einer Leuchtstofflampe können allerdings Situationen auftreten, bei denen ein solcher Nullspannungsschaltbetrieb nicht erreicht werden kann. Der Snubber-Kondensator C3 wird dann nicht über den in der Resonanzinduktivität L1 induzierten Strom sondern über die beim Einschalten durch die Halbleiterschaltelemente fließenden Ströme umgeladen, was mit erheblichen Verlusten verbunden ist. Solche Betriebszustände können beispielsweise auftreten, wenn die Lampe aus der Fassung genommen oder beschädigt wird, oder wenn während des normalen Betriebs die Gleichspannung Vb für eine längere Zeitdauer absinkt.
Um eine Überlastung de Halbleiterschaltelemente, die bei Dauerbelastung nur für den Nullspannungsschaltbetrieb ausgelegt sind, bei einem Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb zu vermeiden, ist es notwendig einen solchen Betriebszustand zu erkennen und die Leuchtstofflampe durch Unterbrechung der Ansteuerung der Halbbrücke gegebenenfalls abzuschalten, wenn dieser Betriebszustand länger als eine vorgegebenen Zeitdauer anhält.
Zur Detektion eines solchen Nicht-Nullspannungsschaltbetriebes ist es aus der US 6,031,342 A der US 6,331,755 B1 und der gattungsbildenden US 5,973,943 A bekannt, einen Strom durch den Low-Side-Schalter der Halbbrücke zu erfassen und zum Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens des Schalters mit einem Referenzwert zu bewerten. In der EP 1 066 739 B1 ist vorgeschlagen, den Strom durch die Lampe mittels eines Shunt-Widerstandes zu erfassen und mit einem Referenzwert zu bewerten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebes eines Lampenvorschaltgeräts und ein Vorschaltgerät mit einer Detektorschaltung zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs zur Verfügung zu stellen.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Lampenvorschaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben eines Lampenvorschaltgeräts unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Detektionsverfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs eines Lampenvorschaltgeräts, das eine Halbbrückenschaltung mit einem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement, einem an einen Ausgang der Halbbrückenschaltung angeschlossenen Resonanzschwingkreis und eine parallel zu einem der Halbleiterschaltelemente geschaltete Snubber-Kapazität aufweist, ist vorgesehen, ein von einer Spannung an dem Ausgang der Halbbrücke abhängiges Spannungsmesssignal bereitzustellen und das Spannungsmesssignal jeweils vor Einschaltzeitpunkten wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente durch Vergleich des Spannungsmesssignals mit einem Referenzwert auszuwerten.
Ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb wird bei diesem Verfahren dann detektiert, wenn das Spannungsmesssignal vor dem Einschaltzeitpunkt des ersten Halbleiterschaltelements den Pegel des Referenzwertes unterschreitet und/oder, wenn das Spannungsmesssignal vor dem Einschaltzeitpunkt des zweiten Halbleiterschaltelements den Pegel des Referenzwert übersteigt.
Vorzugsweise wird das Spannungsmesssignal jeweils vor Einschaltzeitpunkten des ersten Halbleiterschaltelements und vor Einschaltzeitpunkten des zweiten Halbleiterschaltelements mit dem Referenzwert verglichen, wodurch eine Unterscheidung einzelner unterschiedlicher Nicht-Nullspannungsschaltbetriebsarten möglich ist.
Das Spannungsmesssignal wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens mittels eines resistiven Spannungsteilers aus der Spannung am Ausgang der Halbbrücke erzeugt und bei einer anderen Ausführungsform mittels eines kapazitiven Spannungsteilers aus der Spannung am Ausgang der Halbbrücke erzeugt.
Das erfindungsgemäße Lampenvorschaltgerät weist eine Halbbrückenschaltung mit einem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement, die von ersten und zweiten Ansteuersignalen angesteuert sind, und mit einem Ausgang, an dem eine Halbbrückenspannung zur Verfügung steht, sowie einen an den Ausgang der Halbbrückenschaltung angeschlossenen Resonanzschwingkreis auf. Das Lampenvorschaltgerät umfasst außerdem eine Detektorschaltung zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebes mit folgenden Merkmalen:

– einer an den Ausgang der Halbbrückenschaltung angeschlossenen Spannungsmessanordnung, die ein von der Halbbrückenspannung abhängiges Spannungsmesssignal bereitstellt,
– einer Auswerteschaltung, der das Spannungsmesssignal zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, das Spannungsmesssignal jeweils vor Einschaltzeitpunkten wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente durch Vergleich des Spannungsmesssignals mit einem Referenzwert auszuwerten und abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Auswertesignal zu erzeugen.

Zur Vorgabe der Auswertezeitpunkte ist der Auswerteschaltung beispielsweise wenigstens eines der ersten und zweiten Ansteuersignale zugeführt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Lampenvorschaltgeräts mit eingesetzter Leuchtstofflampe (Stand der Technik).
2 zeigt den zeitlichen Verlauf ausgewählter Signale in dem Lampenvorschaltgerät gemäß 1 bei Nullspannungsschaltbetrieb (Stand der Technik).
3 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe der Ausgangsspannung einer Halbbrücke in einem Lampenvorschaltgerät (3a), den daraus resultierenden zeitlichen Verlauf eines aus dieser Spannung abgeleiteten Spannungsmesssignals (3b) sowie zeitliche Verläufe von Ansteuersignalen der Halbbrückenschaltung (3c und 3d) für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten Typs zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Detektionsverfahrens.
4 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe der Ausgangsspannung einer Halbbrücke in einem Lampenvorschaltgerät (4a), den daraus resultierenden zeitlichen Verlauf eines anhand dieser Spannung erzeugten Spannungsmesssignals (4b) sowie zeitliche Verläufe von Ansteuersignalen der Halbbrückenschaltung (4c und 4d) für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines zweiten Typs zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Detektionsverfahrens.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs, die einen resistiven Spannungsteiler zur Ermittlung eines Spannungsmesssignals aufweist.
6 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe der in der Detektorschaltung nach 5 vorkommenden Signale.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detektorschaltung mit resistiven Spannungsteiler.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektorschaltung mit kapazitivem Spannungsteiler.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektorschaltung mit kapazitivem Spannungsteiler zur Ermittlung des Spannungsmesssignals.
10 zeigt zeitliche Verläufe ausgewählter, in der Detektorschaltung gemäß 9 vorkommender Signale für einen Nullspannungsschaltbetrieb des Lampenvorschaltgeräts.
11 zeigt zeitliche Verläufe ausgewählter, in der Detektorschaltung gemäß 9 vorkommender Signale für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten Typs.
12 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe ausgewählter Signale der Detektorschaltung gemäß 9 für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines zweiten Typs.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungskomponenten und Signale mit gleicher Bedeutung.
3 zeigt beispielhaft zeitliche Verläufe von Ansteuersignalen S1, S2 für Schaltelemente Q1, Q2 einer Halbbrücke in einem Lampenvorschaltgerät, beispielsweise einem Lampenvorschaltgerät gemäß 1, das für einen Nullspannungsschaltbetrieb ausgelegt ist und das einen an eine Ausgangsklemme K3 der Halbbrücke Q1, Q2 angeschlossenen Snubber-Kondensator C3 aufweist. Näher betrachtet sei im Folgenden ein Zeitraum zwischen Zeitpunkten t1 und t4. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 sperrt der erste Schalter Q1 der Halbbrücke angesteuert durch das erste Ansteuersignal S1, zu einem Zeitpunkt t2 leitet der zweite Schalter Q2 der Halbbrücke angesteuert durch das zweite Absteuersignal S2, zu einem dritten Zeitpunkt t3 sperrt der zweite Schalter S1 und zu einem vierten Zeitpunkt t4 leitet der erste Schalter. Um zu verhindern, dass die beiden Schalter Q1, Q2 gleichzeitig leitend angesteuert sind, ist zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt t1, t2 und zwischen dem dritten und vierten Zeitpunkt t3, t4 eine Totzeit Toff vorgesehen, während der keiner der beiden Schalter Q1, Q2 leiten soll. Bezugnehmend auf die Ausführungen zu 2 wird diese Totzeit zwischen dem Sperren des ersten Schalter Q1 und dem Leiten des zweiten Schalters Q2 dazu genutzt, um das Potential an der Ausgangsklemme K3 auf Null bzw. Bezugs potential GND zu ziehen, und die Totzeit zwischen dem Sperren des zweiten Schalters Q2 und dem Leiten des ersten Schalters Q1 wird dazu genutzt, um den Ausgang K3 auf das Versorgungspotential Vb zu ziehen. Die Spannung über den Schaltelementen Q1, Q2 beim Einschalten beträgt dann Null.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den 3 und 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit unvermeidliche Verzögerungszeiten zwischen den Flanken der Ansteuersignale S1, S2 und den Einschaltzeitpunkten der Schalter S1, S2 nicht berücksichtigt sind.
3a zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung V3 der Halbbrücke eines Lampenvorschaltgerätes für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten Typs. Hierbei sinkt die Ausgangsspannung V3 mit dem Sperren des ersten Schalters S1 ab dem ersten Zeitpunkt t1 zwar ab, die Totzeit Toff genügt allerdings nicht, um die Ausgangsspannung V2 bis zum Einschalten des zweiten Schalters T2 auf Null bzw. Bezugspotential GND zu ziehen, so dass über dem zweiten Schalter Q2 beim Einschalten eine Spannung ungleich Null anliegt, was zu erhöhten Schaltverlusten führt. Entsprechend genügt während dieses Betriebszustandes die Totzeit zwischen dem Sperren des zweiten Schalters Q2 und dem Leiten des ersten Schalters Q1 nicht, um die Ausgangsspannung V2 auf den Wert der Betriebsspannung Vb zu ziehen, wodurch zum Einschaltzeitpunkt t4 des ersten Schalters S1 über diesem eine Spannung ungleich Null anliegt, was zu erhöhten Schaltverlusten führt.
Zur Detektion dieses Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, ein von der Ausgangsspannung V3 der Halbbrücke abhängiges Spannungsmesssignal Vs zu erzeugen. Der zeitliche Verlauf eines solchen, in dem Beispiel vom zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung abhängigen Signals Vs ist in 3b dargestellt. Des Weiteren ist vorgesehen, einen Referenzwert Vref zu erzeugen und vor Einschaltzeitpunkten des ersten und/oder zweiten Schal ters Q1, Q2 das Spannungsmesssignal Vs mit dem Referenzwert Vref zu vergleichen, um den Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb zu detektieren. In 3 ist ein erster zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt t2, t2 liegender erster Vergleichszeitpunkt mit tm1, und ein zweiter zwischen dem dritten und vierten Zeitpunkt t3, t4 liegender Zeitpunkt mit tm2 bezeichnet.
Ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dann detektiert, wenn das Spannungsmesssignal Vs zum ersten Vergleichszeitpunkt tm1 vor dem Einschalten des zweiten Schalters Q2 (zum Zeitpunkt t2) noch nicht unter den Referenzwert Vref abgesunken ist, und/oder, wenn das Spannungsmesssignal Vs zum zweiten Vergleichszeitpunkt tm2 vor dem Einschalten des zweiten Schalters Q2 (zum Zeitpunkt t4) noch nicht über den Referenzwert Vref angestiegen ist. Der zeitliche Abstand zwischen den jeweiligen Vergleichszeitpunkten tm1, tm2 und den Einschaltzeitpunkten t2, t4 sowie die Schwelle des Referenzwertes Vref ist so gewählt, dass bei ordnungsgemäßem Nullspannungsschaltbetrieb das Spannungsmesssignal Vs zum ersten Vergleichszeitpunkt tm1 bereits unter dem Referenzwert Vref abgesunken ist, und zum zweiten Vergleichszeitpunkt tm2 bereits über dem Referenzwert Vref angestiegen ist.
4 zeigt abhängig von den ersten und zweiten Ansteuersignalen S1, S2 (4c und 4d) den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke Q1, Q2 für einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines zweiten Typs, der beispielsweise bei Zerschlagen der Leuchtstofflampe 10 während des Betriebs oder bei Herausnehmen der Leuchtstofflampe auftreten kann. Nach Sperren des ersten Schalters Q1 würde bei diesem Betriebszustand die Ausgangsspannung der Halbbrückenschaltung bedingt durch den in der Resonanzinduktivität L1 induzierten Strom ansteigen. Bedingt durch eine in dem Schalter Q1, der beispielsweise als n-Kanal-MOSFET ausgebildet ist, integrierte Freilaufdiode oder gegebenenfalls durch eine parallel zu dem Schalter Q1 geschaltete Freilaufdiode wird das Potential an dem Ausgang K3 jedoch annähernd auf Versorgungspotential Vb gehalten, bis der zweite Schalter Q2 zum zweiten Zeitpunkt t2 einschaltet. Die während des leitenden Zustands in der Freilaufdiode des ersten Schalters Q1 gespeicherte Ladung muss beim Einschalten des zweiten Schalters Q2 abgebaut werden, was in beiden Schaltern Q1, Q2 zu erheblichen Schaltverlusten führt. Nach dem Abschalten des zweiten Schalters Q2 bleibt das Potential an dem Ausgang K3 bedingt durch die in dem zweiten Schalter Q2 integrierte Freilaufdiode oder gegebenenfalls durch eine parallel zu diesem Schalter geschaltete Freilaufdiode zunächst auf Bezugspotential, bis zum Zeitpunkt t4 der erste Schalter Q1 einschaltet. Die in der Freilaufdiode des zweiten Schalters Q2 gespeicherte Ladung muss dabei bei Einschalten des ersten Schalters Q1 zunächst abgebaut werden, was auch während dieses Schaltvorgangs zu erheblichen Schaltverlusten in den beiden Schaltern Q1, Q2 führt. Dieser Betriebszustand muss aufgrund der erhöhten Schaltverluste detektiert werden, um das Lampenvorschaltgerät gegebenenfalls abzuschalten und vor Beschädigung zu schützen.
Auch dieser Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb des zweiten Typs kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert werden, indem das aus der Ausgangsspannung V2 abgeleitete Spannungsmesssignal Vs, dessen zeitlicher Verlauf in 4b dargestellt ist, mit dem Referenzwert Vref verglichen wird. Da ein Absinken des Spannungsmesssignals Vs bei dem dargestellten Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb erst mit Einschalten des zweiten Schalters S2 zum zweiten Zeitpunkt t2 erfolgt, liegt das Spannungsmesssignal Vs zum ersten Vergleichszeitpunkt tm1 sicher oberhalb des Referenzwertes Vref, und da das Ansteigen des Spannungsmesssignals Vs erst zum vierten Zeitpunkt t4 mit Einschalten des ersten Schalters Q1 erfolgt, liegt das Spannungsmesssignal Vs zum zweiten Vergleichszeitpunkt tm2 sicher unterhalb des Referenzwerts Vref.
Der Referenzwert Vref ist derart gewählt, dass er zwischen dem maximal möglichen Signalwert und dem minimal möglichen Signalwert des Spannungsmesssignals Vs liegt, wobei der Referenzwert vorzugsweise näher an dem minimalen Wert als dem maximalen Wert liegt. Diese Werte sind insbesondere abhängig davon, auf welche Weise das Spannungsmesssignal Vs aus der Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke Q1, Q2 gewonnen wird.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Detektorschaltung zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs. Zum besseren Verständnis sind in 5 auch weitere Komponenten des Lampenvorschaltgerätes, nämlich die Halbbrücke Q1, Q2, der Resonanzschwingkreis L1, C1 mit dem Abblockkondensator C2, der Snubber-Kondensator C3, sowie eine in das Vorschaltgerät eingesetzte Leuchtstofflampe 10 dargestellt.
Die Detektorschaltung umfasst als Spannungsmessanordnung zur Bereitstellung eines von der Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke Q1, Q2 abhängigen Spannungsmesssignals Vs in dem Beispiel einen resistiven Spannungsteiler R1, R2, der zwischen den Ausgang K3 der Halbbrücke Q1, Q2 und Bezugspotential GND geschaltet ist und an dessen Mittenabgriff das Spannungsmesssignal Vs zur Verfügung steht. Dieses Spannungsmesssignal Vs ist einer Auswerteschaltung 30 zugeführt, die ein Statussignal S30 erzeugt, das bei Nullspannungsschaltbetrieb einen ersten Pegel und bei Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb einen zweiten Pegel annimmt.
Die Auswerteschaltung 30 weist eine Referenzspannungsquelle 35 auf, die den Referenzwert Vref bereitstellt. Der Referenzwert Vref und das Spannungsmesssignal Vs sind einem Komparator 31 zugeführt, der ein von dem Vergleich des Spannungsmesssignals Vs mit dem Referenzwert Vref abhängiges Vergleichssignal S31 erzeugt. Dieses Vergleichssignal S31 ist dem Dateneingang D eines D-Flip-Flops 32 zugeführt, das die Funktion einer Abtast- und Speichereinheit erfüllt. Die Ab tastung des Vergleichssignals S31 erfolgt nach Maßgabe eines aus dem zweiten Ansteuersignal S2 durch Invertieren mittels eines Inverters 33 abgeleiteten Taktsignals S33, das einem Takteingang CLK des Flip-Flops 32 zugeführt ist. Das Flip-Flop 32 ist pegelgesteuert und übernimmt während eines High-Pegels des Taktsignals jeweils den Momentanwert des Vergleichssignals S31 und behält nach einer fallenden Flanke des Taktsignals S33 den zuletzt gespeicherten Wert bei. Der in dem Flip-Flop 31 gespeicherte Wert steht an dessen Ausgang zur Verfügung. Dieses Ausgangssignal S32 des Flip-Flops 32 wird mittels eines UND-Gatters 34 mit dem zweiten Ansteuersignal S2 verknüpft, um das Statussignal S30 zu erzeugen.
Die Funktionsweise der in 5 dargestellten Detektorschaltung wird anhand des zeitlichen Verlauf der in der Auswerteschaltung gemäß 5 dargestellten Signale in 6 deutlich. In 6 sind beispielhaft die zeitlichen Verläufe des ersten und zweiten Ansteuersignals S1, S2, des dem invertierten zweiten Ansteuersignal S2 entsprechenden Taktsignals S33, des Vergleichssignals S31 sowie die daraus resultierenden zeitlichen Verläufe des Flip-Flop-Ausgangssignals S32 sowie des Statussignals S30 dargestellt.
Eine Auswertung des Vergleichssignals S31 erfolgt durch die Detektorschaltung jeweils zu Einschaltschaltzeitpunkten des zweiten Schalters Q2, wobei bezugnehmend auf die Ausführungen zu den 4 und 5 ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb dann angenommen wird, wenn das Spannungsmesssignal Vs im Auswertezeitpunkt größer als der Referenzwert Vref ist. Die Auswertezeitpunkte werden bei der Detektorschaltung gemäß 5 jeweils durch fallende Flanken des Taktsignals S33, das heißt steigende Flanken des zweiten Ansteuersignals S2 vorgegeben. Man macht sich hierbei zunutze, dass unvermeidlich eine zeitliche Verzögerung zwischen der steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 und dem tatsächlichen Schalten des zweiten Schalters Q2 vorhanden ist, wobei diese Verzögerungszeit den zeitlichen Abstand zwischen dem Vergleichszeitpunkt und dem Einschaltzeitpunkt des zweiten Schalters Q2 vorgibt. Die Verzögerungszeit zwischen der steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 und dem Einschalten des zweiten Schalters Q2 ist üblicherweise wesentlich größer als die Verarbeitungszeiten bzw. Gatterlaufzeiten in der Auswerteschaltung 30. Die Verzögerungszeit zwischen der steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 und dem Einschalten des zweiten Schalters Q2 wird maßgeblich bestimmt durch nicht näher dargestellte Treiberschaltungen, die die Logik-Ansteuersignale S1, S2 in zur Ansteuerung der Schalter Q1, Q2 geeignete Pegel umsetzen. Optional besteht die Möglichkeit, den Ansteueranschlüssen der Schalter Q1, Q2 Verzögerungsglieder (nicht dargestellt) vorzuschalten, um dadurch eine weitere Verzögerung zwischen der steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 und dem Einschalten des zweiten Schalters Q2 zu erreichen, wobei diese Verzögerungszeit den anhand der 4 und 5 erläuterten zeitlichen Abstand zwischen dem ersten Vergleichszeitpunkt tm1 und dem Einschaltzeitpunkt t2 des zweiten Schalters Q2 mitbestimmt.
Bezugnehmend auf die zeitlichen Verläufe in 6 wird das Lampenvorschaltgerät zunächst im Nullspannungsschaltbetrieb betrieben, das heißt zu einem Zeitpunkt t5 einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 ist das Spannungsmesssignal Vs bereits unter den Referenzwert Vref abgesunken, woraus ein Low-Pegel des Vergleichssignals S31 resultiert. Während des Nullspannungsschaltbetriebs liegt am Ausgang des Flip-Flops 32 bei Einschalten des zweiten Schalters S2 ein Low-Pegel an, woraus ein Low-Pegel des Statussignals S30 resultiert. Im weiteren Verlauf der zeitlichen Darstellung in 6 tritt ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb ein, wodurch das Vergleichssignal S31 zu einem Zeitpunkt t6 einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 einen High-Pegel annimmt, der durch das Flip-Flop 32 übernommen wird. Dieser High-Pegel am Ausgang des Flip-Flops führt in Verbindung mit dem High-Pegel des zweiten Ansteuersignals S2 zu einem High-Pegel des Statussignals S30, um einen Nicht- Nullspannungsschaltbetrieb des Lampenvorschaltgeräts anzuzeigen.
Anstelle des pegelgesteuerten Flip-Flops 32 könnte in der Auswerteschaltung 30 auch ein flankengesteuertes Flip-Flop verwendet werden, das jeweils bei einer positiven Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 und damit bei einer fallenden Flanke des Taktsignals S33 den Wert des Vergleichssignals S31 speichert und als Ausgangssignal an seinem Ausgang zur Verfügung stellt. Das Ausgangssignal dieses Flip-Flops könnte dann unmittelbar als Statussignal S30 verwendet werden. Auf das UND-Gatter 34 könnte in diesem Fall verzichtet werden.
Die anhand von 5 erläuterte Detektorschaltung kann selbstverständlich in einer zentralen Ansteuerschaltung, entsprechend der Ansteuerschaltung 20 in 1 integriert sein. Die Widerstände R1, R2 des resistiven Spannungsteils können in diesem Fall als externe Bauelemente zu der üblicherweise als integrierte Schaltung realisierten Ansteuerschaltung 20 vorgesehen werden.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Detektorschaltung, die eine Integration der Widerstandselemente R1, R2 des Spannungsteilers in einer integrierten Schaltung ermöglicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Spannungsmessanordnung neben den Widerstandselementen R1, R2 des Spannungsteilers einen weiteren Widerstand R3 und eine Diode, wobei der weitere Widerstand R3 in Reihe zu der Diode D1 zwischen ein Versorgungspotential Vcc und den Ausgang K3 der Halbbrücke geschaltet ist. Der resistive Spannungsteiler R1, R2 liegt in diesem Ausführungsbeispiel zwischen einem dem weiteren Widerstand R3 und der Diode D1 gemeinsamen Knoten und Bezugspotential GND.
Die Diode D1 hält dabei eine hohe Spannung von den Widerständen R1, R2 fern, der Widerstand R3 sorgt dafür, dass an der Anode der Diode D1 ein definierter Spannungswert anliegt, wenn die Diode sperrt. Wenn der zweite Schalter Q2 eingeschaltet ist, entspricht die Spannung an der Anode der Diode D1 der Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke Q1, Q2 plus der Diodenflussspannung der Diode. Wenn der erste Schalter Q1 eingeschaltet ist, bilden der Widerstand R3 und die Widerstände R1 und R2 einen Spannungsteiler, der die Spannung Vcc teilt. Mit dieser Schaltungsanordnung wird detektiert, ob die Ausgangsspannung V2 kleiner ist als die Versorgungsspannung Vcc, abzüglich dem Spannungsabfall an dem Widerstand R3 und der Schwellenspannung der Diode D1.
Anstelle eines resistiven Spannungsteilers kann zur Bereitstellung des Spannungsmesssignals Vs aus der Ausgangsspannung V3 der Halbbrücke auch ein kapazitiver Spannungsteiler C4, C5 verwendet werden. Ein Lampenvorschaltgerät mit einem solchen kapazitiven Spannungsteiler ist in 8 dargestellt. Der kapazitive Spannungsteiler umfasst zwei Kondensatoren C4, C5, die in Reihe zwischen den Ausgang K3 der Halbbrückenschaltung und Bezugspotential GND geschaltet sind und die einen Mittenabgriff aufweisen, an dem das Spannungsmesssignal Vs abgreifbar ist. Dieses Spannungsmesssignal Vs ist der Auswerteschaltung 30 zugeführt, die beispielsweise entsprechend der Auswerteschaltung in der 5 realisiert ist.
Ein kapazitiver Spannungsteiler besitzt gegenüber resistiven Spannungsteilern den Vorteil, einer geringeren Signalverzögerung bei schnellen Schaltvorgängen und eines geringeren Leistungsverbrauchs. Darüber hinaus können die für den kapazitiven Spannungsteiler erforderlichen Kondensatoren C4, C5 beispielsweise als Dickoxid-Kondensatoren mit einer Oxiddicke zwischen 2 und 3 μm oder als Gateoxid-Kondensatoren mit einer Oxiddicke in der Größenordnung zwischen 20 nm und 50 nm realisiert werden, so dass die Kondensatoren C4, C5 des kapazitiven Spannungsteilers zusammen mit der Steuerschaltung 20 (in 8 gestrichelt dargestellt) und der Auswerteschaltung 30 in einem gemeinsamen Halbleiterchip realisiert werden können, wodurch für den Spannungsteiler keine zusätzlichen externen Bauelemente erforderlich sind.
Einer der beiden Kondensatoren des Spannungsteilers C4, C5 kann insbesondere Teil einer im Übringen nicht näher dargestellten Schaltungsanordnung sein, die das Vorhandensein einer Leuchtstofflampe detektiert. Für eine solche Lampenerkennungsschaltung wird neben dem Kondensator, in dem Beispiel den an Bezugspotential GND angeschlossenen Kondensator C5 ein Widerstand R5 benötigt, der zwischen diesen Kondensator C5 und den der Lampenelektrode 12 und dem Resonanzkondensator C1 gemeinsamen Anschluss geschaltet ist. Der Kondensator C5 und der Widerstand R5 bilden ein Tiefpassfilter, wobei eine nicht näher dargestellte, an den dem Kondensator C5 und dem Widerstand R5 gemeinsamen Knoten angeschlossene Lampenerkennungsschaltung dazu ausgebildet ist, den Widerstand R5 und die Lampenwendel 12 mit einem Teststrom zu beaufschlagen und den Spannungsabfall an dem Widerstand R5 und der Lampenwendel 12 zu überwachen. Wenn keine Lampe eingesetzt ist oder die Wendel defekt ist, steigt die Spannung an dem Kondensator C5 aufgrund des Teststromes und des fehlenden Entladepfades an. Im normalen Betrieb entsteht aufgrund des Brennstromes der Lampe an der Wendel eine Wechselspannung hoher Amplitude. Der aus dem Kondensator C5 und dem Widerstand R5 gebildete Tiefpass dient dazu, diese Wechselspannung von den übrigen in einer integrierten Schaltung realisierten Schaltungsteilen fern zu halten.
Bei Vorhandensein einer solchen Lampenerkennungsschaltung ist zur Realisierung der kapazitiven Halbbrücke lediglich ein zusätzlicher Kondensator C4 erforderlich, der zwischen den Kondensator C5 der Lampenerkennungsschaltung und den Ausgang K3 der Halbbrücke geschaltet ist.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 40, die insbesondere zur Auswertung eines mittels eines kapazitiven Spannungsteiler C4, C5 gewonnenen Spannungsmesssignals Vs geeignet ist.
Diese Auswerteschaltung 40 umfasst einen Komparator 41, dessen einem Eingang das Spannungsmesssignal Vs und dessen anderem Eingang der von einer Referenzspannungsquelle 45 erzeugte Referenzwert Vref zugeführt ist. Am Ausgang dieses Komparators 41 steht ein Vergleichssignal S41 zur Verfügung, das einem Dateneingang D eines ersten Flip-Flops 42 und das einem invertierenden Dateneingang D eines zweiten Flip-Flops 43 zugeführt ist. Die beiden Flip-Flops 42, 43 sind flankengetriggerte Flip-Flops, die jeweils bei einer steigenden Flanke eines ihnen zugeführten Taktsignals das jeweils am Dateneingang anliegende Signal übernehmen und speichern. Als Taktsignal ist dem ersten Flip-Flop 42 das zweite Ansteuersignal S2 und dem zweiten Flip-Flop 43 das erste Ansteuersignal S1 zugeführt. An einem Ausgang des ersten Flip-Flops 42 steht ein erstes Statussignal S42 zur Verfügung, und an einem Ausgang des zweiten Flip-Flops 43 steht ein zweiten Statussignal S43 zur Verfügung, die dazu dienen einen Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb anzuzeigen.
Es sei wieder angenommen, dass die Flanken des ersten und zweiten Ansteuersignals S1, S2 aufgrund unvermeidlicher Schaltverzögerungen der Schalter Q1, Q2 jeweils vor den tatsächlichen Schaltzeitpunkten der Schalter liegen. Über das erste durch das zweite Ansteuersignal S2 angesteuerte Flip-Flop 42 erfolgt dann eine Auswertung des Vergleichsignals S41 jeweils kurz vor einem Einschalten des zweiten Schalters Q2, und über das zweite durch das erste Ansteuersignal S1 angesteuerte Flip-Flop 43 erfolgt dann eine Auswertung des Vergleichssignals S41 jeweils kurz vor Einschalten des ersten Schalters Q1. Hierdurch lassen sich zwei unterschiedliche Nicht-Nullspannungsschaltbetriebsarten unterscheiden, wie nachfolgend anhand der 11 und 12 noch erläutert werden wird.
Zwischen den Mittenabgriff des kapazitiven Spannungsteilers C4, C5 ist in dem Ausführungsbeispiel optional ein weiterer Kondensator C6 geschaltet, der die Funktion eines Koppelkondensators erfüllt, und an dessen dem Mittenabgriff abgewandten Anschluss das Spannungsmesssignal zur Verfügung steht. Auf diesen Koppelkondensator C6 kann jedoch verzichtet werden, wenn der Kondensator C5 des kapazitiven Spannungsteilers nicht Teil einer Lampenerkennungsschaltung ist, wenn also kein ohmscher Widerstand zwischen den Mittenabgriff des Spannungsteilers und die Lampenwendel bzw. die Lampenelektrode 12 geschaltet ist.
Die Auswerteschaltung 40 umfasst weiterhin einen Schalter 44, der zwischen den Eingang des Komparators 41, dem das Spannungsmesssignal Vs zugeführt ist, und Bezugspotential GND geschaltet ist. Dieser Schalter 44 ist durch das zweite Ansteuersignal S2 angesteuert und leitet, wenn das zweite Halbleiterschaltelement Q2 leitend angesteuert ist. Das Spannungsmesssignal Vs wird mittels dieses Schalters 44 während der Einschaltdauer des zweiten Schalters Q2 auf ein definiertes Potential gesetzt, was dazu führt, dass nach Sperren des zweiten Schalters Q2 und Leiten des ersten Schalters Q1, wenn also die Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke ansteigt, das Spannungsmesssignal Vs der Ausgangsspannung V2 bezogen auf Bezugspotential GND entsprechend dem Teilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers C4, C5 folgt. In dem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Schalter 44 der Auswerteschaltung gleichzeitig mit dem zweiten Schalter Q2 der Halbbrücke angesteuert ist. Maßgeblich für ein ordnungsgemäßes Funktionieren ist allerdings nur, dass Das Spannungsmesssignal Vs während der Zeitdauer, während der der zweite Schalter Q2 leitet, auf ein definiertes Potential gesetzt wird. Der Schalter 44 kann hierfür auch erst nach dem Schalter Q2 geschlossen werden und noch vor dem zweiten Schalter Q2 wieder geöffnet werden.
Der weitere Schalter 44 bewirkt zusammenfassend, dass die durch einen kapazitiven Spannungsteiler üblicherweise nicht übertragene Information über den Gleichanteil der Spannung V2 zurückgewonnen wird, so dass das Spannungsmesssignal Vs proportional zu der Ausgangsspannung V2 und auf das selbe Bezugspotential GND bezogen ist.
Die Funktionsweise der Auswerteschaltung 40 gemäß 9 wird nachfolgend anhand der 10, 11 und 12 erläutert, wobei 10 zeitliche Verläufe der in der Auswerteschaltung vorkommenden Signale für einen Nullspannungsschaltbetrieb und die 11 und 12 zeitliche Verläufe der Signale für Nicht-Nullspannungsschaltbetriebe eines ersten und zweiten Typs zeigen.
In den 10a und 10b sind die zeitlichen Verläufe der ersten und zweiten Ansteuersignale S1, S2 und in 10c ist der aus diesen Ansteuersignalen S1, S2 resultierende zeitliche Verlauf des Spannungsmesssignals Vs, das proportional zu der Ausgangsspannung V2 ist, für einen Nullspannungsschaltbetrieb der Halbbrückenschaltung dargestellt. Wie ersichtlich ist, steigt das Spannungsmesssignal während der Totzeiten zwischen dem Sperren des zweiten Schalters Q2 und dem Leiten des ersten Schalters Q1 auf seinen Maximalwert an und fällt während der Totzeiten zwischen dem Sperren des ersten Schalters Q1 und dem Leiten des zweiten Schalters Q2 auf seinen Minimalwert ab. Zu Zeitpunkten steigender Flanken des zweiten Ansteuersignals S2 ist das Spannungsmesssignal Vs dabei jeweils bereits unter den Referenzwert Vref gesunken, so dass das erste Statussignal S42 einen Low-Pegel annimmt. Zu Zeitpunkten steigender Flanken des ersten Ansteuersignals S1 hat das Spannungsmesssignal Vs den Referenzwert Vref bereits jeweils überstiegen, woraus zu diesen Zeitpunkten High-Pegel des Vergleichsignals S41 resultieren, die invertiert zu Low-Pegeln des zweiten Statussignals S43 führen. Ein Nullspannungsschaltbetrieb wird bei dieser Auswerteschaltung 40 somit durch Low-Pegel beider Statussignale S42, S43 angezeigt.
In 11c ist der zeitliche Verlauf des Spannungsmesssignals Vs für den bereits anhand von 3 erläuterten Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb des ersten Typs abhängig von dem ersten und zweiten Ansteuersignal (11b und 11a) dargestellt. Während dieses Betriebszustandes ist bei einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 das Spannungsmesssignal Vs jeweils noch nicht unter den Referenzwert Vref abgesunken, so dass das erste Flip-Flop 42 mit einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 einen High-Pegel übernimmt. Das erste Statussignal S42 nimmt dann einen High-Pegel an, was in 11d dargestellt ist.
Bezugnehmend auf 11e bleibt das zweite Statussignal S43 auf einem Low-Pegel, da das Spannungsmesssignal Vs bei steigenden Flanken des ersten Ansteuersignals S1 den Referenzwert Vref bereits jeweils überstiegen hat.
12 zeigt den zeitlichen Verlauf des Spannungsmesssignals Vs für den bereits anhand von 4 erläuterten Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb des zweiten Typs, bei welcher die Ausgangsspannung V2 und damit das Spannungsmesssignal Vs jeweils erst mit einer steigenden Flanke des ersten Ansteuersignals S1 ansteigt und jeweils erst nach einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2 absinkt. Hieraus resultiert ein High-Pegel des Vergleichssignals S41 bei einer steigenden Flanke des zweiten Ansteuersignals S2, und damit ein High-Pegel des ersten Statussignals S42. Das Vergleichssignal S41 nimmt bei einer steigenden Flanke des ersten Ansteuersignals einen Low-Pegel an, woraus ein High-Pegel des zweiten Statussignals S43 resultiert.
Zusammenfassend können mittels der Auswerteschaltung 40 gemäß 9 zwei unterschiedliche Nicht-Nullspannungsschaltbetriebe unterschieden werden, wobei bei einem ersten Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb lediglich das erste Statussignal S42 einen High-Pegel annimmt, während bei einem zweiten Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb beide Statussignale S42, S43 einen High-Pegel annehmen.
Allgemein gibt es bei dem anhand der 10 bis 12 erläuterten Verfahren während jeder Periode der Ansteuerung der Halbbrücke einen ersten und einen zweiten Vergleichszeitpunkt, wobei der ersten Vergleichszeitpunkt abhängig von der zeitlichen Lage einer vorgegebenen Flanke – in dem Beispiel der steigenden Flanke – des ersten Ansteuersignals S1 gewählt ist und wobei der zweite Vergleichzeitpunkt abhängig von der zeitlichen Lage einer vorgegebenen Flanke – in dem Beispiel der steigenden Flanke – des zweiten Ansteuersignals S2 gewählt ist. Ein Nicht-Nullspannungsbetrieb eines ersten Typs wird bei diesem Verfahren dann detektiert, wenn das Spannungsmesssignal Vs zum ersten Vergleichszeitpunkt und zum zweiten Vergleichszeitpunkt größer als der Referenzwert Vref ist (vergleiche 11). Ein Nicht-Nullspannungsbetrieb des zweiten Typs wird bei diesem Verfahren dann detektiert, wenn das Spannungsmesssignal Vs zum ersten Vergleichszeitpunkt kleiner als der Referenzwert Vref und zum zweiten Vergleichszeitpunkt größer als der Referenzwert Vref ist (vergleiche 12).
Der Referenzwert Vref bei der Ermittlung des Betriebszustandes ist in beiden Fällen so gewählt, dass er unsymmetrisch zwischen einem maximalen Pegel und einem minimalen Pegel des Spannungsmesssignals Vs, und dabei vorzugsweise näher an dem minimalen Pegel, liegt. Den minimalen Pegel nimmt das Spannungsmesssignal Vs dabei dann an, wenn die Ausgangsspannung V2 der Halbbrücke Null ist, und den maximalen Pegel nimmt das Spannungsmesssignal dann an, wenn die Ausgangsspannung V2 den Wert der Versorgungsspannung Vb annimmt.
Die zuvor erläuterten unterschiedlichen Nicht-Nullspannungsschaltbetriebe führen zu unterschiedlichen in der Halbbrückenschaltung umgesetzten Verlustleistungen, wobei der anhand der 4 und 12 erläuterte Nullspannungsschaltbetrieb zu höheren Verlustleistungen als der anhand der 3 und 11 erläuterte Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb führt. Der Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb des zweiten Typs darf somit nur für eine kürzere Zeitdauer als der Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb des ersten Typs zugelassen werden, um eine Beschädigung des Vorschaltgeräts zu vermeiden. Die durch die Auswerteschaltung 40 nach 9 gewonnene Information darüber, welcher Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb vorliegt, kann daher in der 9 nicht näher dargestellten Steuerschaltung für die Halbbrückenschaltung Q1, Q2 genutzt werden, um die unterschiedlichen Nicht-Nullspannungsschaltbetriebe für unterschiedlich lange Zeitdauern zuzulassen, bevor die Ansteuerung der Halbbrückenschaltung unterbrochen und das Lampenvorschaltgerät abgeschaltet wird, um eine Beschädigung durch Überhitzung zu vermeiden.

10: Leuchtstofflampe
11, 12: Lampenelektroden, Lampenwendel
20: Ansteuerschaltung
30, 40: Auswerteschaltungen
31, 41: Komparator
32: Flip-Flop
33: Inverter
34: UND-Gatter

35, 45: Referenzspannungsquelle
42, 43: Flip-Flops
44: Schalter
C1: Resonanzkapazität
C3: Snubber-Kapazität
C4, C5: kapazitiver Spannungsteiler
C6: Koppelkapazität
D1: Diode
D2: Abblockkapazität
I1: Laststrom
Iq2: Strom durch ein Schaltelement
K1, K2: Eingangsklemmen, Versorgungsanschlüsse
L1: Resonanzinduktivität
Q1, Q2: Schalter, Halbleiterschaltelemente
R1, R2: resistiver Spannungsteiler
R3: Widerstand
R5: Widerstand
S1, S2: Ansteuersignale
S30: Statussignal
S31, S41: Vergleichssignal
S32: Flip-Flop-Ausgangssignal
S33: Taktsignal
S42, S43: Flip-Flop-Ausgangssignale
Toff: Totzeit
Ton1, Ton2: Einschaltdauer
Tp: Periodendauer
V10: Lampenspannung
V2: Ausgangsspannung der Halbbrücke
Vb: Gleichspannung, Versorgungsspannung
Vcc: Versorgungspotential
Vs: Spannungsmesssignal

Claims

Verfahren zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs eines Lampenvorschaltgeräts, das eine Halbbrückenschaltung (Q1, Q2) mit einem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement (Q1, Q2), einen an einen Ausgang (K3) der Halbbrückenschaltung (Q1, Q2) angeschlossenen Resonanzschwingkreis (L1, C1) und eine parallel zu einem der Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) geschaltete Snubber-Kapazität (C3) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellen eines von einer Spannung (V2) an dem Ausgang der Halbbrücke (Q1, Q2) abhängigen Spannungsmesssignals (Vs), – Auswerten des Spannungsmesssignals (Vs) jeweils vor Einschaltzeitpunkten wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) durch Vergleich des Spannungsmesssignals (Vs) mit einem Referenzwert (Vref) zur Detektion des Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal (Vs) vor dem Einschaltzeitpunkt des ersten Halbleiterschaltelements (Q1) den Pegel des Referenzwertes (Vref) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal (Vs) vor dem Einschaltzeitpunkt des zweiten Halbleiterschaltelements (Q2) den Pegel des Referenzwertes (Vref) übersteigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Spannungsmesssignal (Vs) jeweils vor Einschaltzeitpunkten des ersten Halbleiterschaltelements (Q1) und vor Einschaltzeitpunkten des zweiten Halbleiterschaltelements (Q2) mit dem Referenzwert (Vref) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Referenzwert (Vref) so gewählt ist, dass er unsymmetrisch zwischen einem minimal möglichen Wert und einem maximal möglichen Wert des Spannungsmesssignals (Vs) liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Referenzwert (Vref) näher an dem minimal möglichen Wert des Spannungsmesssignals (Vs) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Spannungsmesssignal (Vs) mittels eines resistiven Spannungsteilers (R1, R2) aus der Spannung (V2) am Ausgang (K3) der Halbbrücke (Q1, Q2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Spannungsmesssignal (Vs) mittels eines kapazitiven Spannungsteilers (C4, C5) aus der Spannung (V2) am Ausgang (K3) der Halbbrücke (Q1, Q2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Vergleichszeitpunkte für einen Vergleich des Referenzwertes (Vref) mit dem Spannungsmesssignal (Vs) durch Flanken wenigstens eines Ansteuersignals (S1, S2) der Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten und eines zweiten Typs ermittelt wird, indem das Spannungsmesssignal, (Vs) zu einem nach Maßgabe einer vorgegebenen Flanke des ersten Ansteuersignals (S1) gewählten ersten Vergleichszeitpunkt mit dem Referenzwert (Vref) verglichen wird, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erhalten, indem das Spannungsmesssignal (Vs) zu einem nach Maßgabe einer vorgegebenen Flanke des zweiten Ansteuersignals (S2) gewählten zweiten Vergleichszeitpunkt mit dem Referenzwert (Vref) verglichen wird, um ein zweites Vergleichsergebnis zu erhalten, und indem die Vergleichsergebnisse ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die vorgegebenen Flanken steigende Flanken sind.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten Typs detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal (Vs) zum ersten Vergleichszeitpunkt und zum zweiten Vergleichszeitpunkt größer als der Referenzwert (Vref) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb zweiten Typs detektiert wird, wenn das Spannungsmesssignal (Vs) zum ersten Vergleichszeitpunkt kleiner als der Referenzwert (Vref) und zum zweiten Vergleichszeitpunkt größer als der Referenzwert (Vref) ist.
Verfahren zum Betreiben eines Lampenvorschaltgeräts, das folgende Verfahrensschritte umfasst: – Detektieren eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebs mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, – Abschalten des Lampenvorschaltgeräts, wenn ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb für eine Zeitdauer länger als eine vorgegebene Zeitdauer detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines ersten Typs und ein Nicht-Nullspannungsschaltbetrieb eines zweiten Typs detektiert werden und bei dem die vorgegebene Zeitdauer für die Nicht-Nullspannungsschaltbetriebe unterschiedlichen Typs unterschiedlich gewählt ist.
Lampenvorschaltgerät, das folgende Merkmale aufweist: – eine Halbbrückenschaltung mit einem ersten und zweiten Halbleiterschaltelement (Q1, Q2), die nach Maßgabe von ersten und zweiten Ansteuersignalen (S1, S2) angesteuert sind, und mit einem Ausgang (K3), an dem eine Halbbrückenspannung (V2) zur Verfügung steht, – einen an den Ausgang der Halbbrückenschaltung (Q1, Q2) angeschlossenen Resonanzschwingkreis (L1, C1), – eine Detektorschaltung zur Detektion eines Nicht-Nullspannungsschaltbetriebes dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorschaltung folgende Merkmale aufweist: – eine an den Ausgang (K3) der Halbbrückenschaltung angeschlossene Spannungsmessanordnung (R1, R2; C4, C5), die ein von der Halbbrückenspannung (V2) abhängiges Spannungsmesssignal (Vs) bereitstellt, – eine Auswerteschaltung (30; 40), der das Spannungsmesssignal (Vs) zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, das Spannungsmesssignal (Vs) jeweils vor Einschaltzeitpunkten wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleiterschaltelemente (Q1, Q2) durch Vergleich des Spannungsmesssignals (Vs) mit einem Referenzwert (Vref) auszuwerten und abhängig von dem Vergleich wenigstens ein Auswertesignal (S30; S42, S43) zu erzeugen.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 16, bei dem der Auswerteschaltung (30; 40) wenigstens eines der ersten und zweiten Ansteuersignale (S1, S2) zugeführt ist, wobei dieses Signal (S1, S2) die Zeitpunkte der Auswertung des Spannungsmesssignals (Vs) in der Auswerteschaltung (30; 40) vorgibt.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Auswerteschaltung (30; 40) das erste und zweite Ansteuersignal (S1, S2) zugeführt sind, wobei diese Signale (S1, S2) die Zeitpunkte der Auswertung des Spannungsmesssignals (Vs) in der Auswerteschaltung (30; 40) vorgeben.
Lampenvorschaltgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Auswerteschaltung (30; 40) folgende Merkmale aufweist – eine Referenzspannungsquelle (35; 45), die den Referenzwert (Vref) erzeugt, – eine Vergleichereinheit (31, 41), der das Spannungsmesssignal (Vs) und der Referenzwert zugeführt sind und die ein Vergleichssignal (S31; S41) abhängig von dem Vergleichsergebnis bereitstellt, – wenigstens eine Abtast- und Speichereinheit (32; 42, 43), der das Vergleichssignal (S31; S41) zugeführt ist, die das Vergleichssignal (S31; S41) nach Maßgabe des wenigstens einen Ansteuersignals (S1, S2) abtastet und den Abtastwert speichert und die das wenigstens eine Auswertesignal (S30; S42, S43) bereitstellt.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 19, bei dem die Auswerteschaltung (40), eine erste und eine zweite Abtast- und Speichereinheit (42, 43) aufweist, wobei die erste Abtast- und Speichereinheit (42) das Vergleichssignal (S41) nach Maßgabe eines (S2) der Ansteuersignale abtastet und speichert, um ein erstes Auswertesignal (S42) zu erzeugen, und die zweite Abtast- und Speichereinheit (43) das Vergleichssignal (S41) nach Maßgabe des anderen (S1) der Ansteuersignale abtastet und speichert, um ein zweites Auswertesignal (S43) zu erzeugen.
Lampenvorschaltgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem der Referenzwert (Vref) so gewählt ist, dass er unsymmetrisch zwischen einem minimal möglichen Wert und einem maximal möglichen Wert des Spannungsmesssignals (Vs) liegt.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 21, bei dem der Referenzwert (Vref) näher an dem minimal möglichen Wert des Spannungsmesssignals (Vs) liegt.
Lampenvorschaltgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem die Spannungsmessanordnung einen resistiven Spannungsteiler (R1, R2) aufweist.
Lampenvorschaltgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem die Spannungsmessanordnung einen kapazitiven Spannungsteiler (C4, C5) aufweist.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 24, bei dem die Auswerteschaltung (40) einen zwischen einen Ausgang des Spannungsteilers (C4, C5) und ein Bezugspotential (GND) geschalteten Schalter (44) aufweist, der nach Maßgabe eines der Ansteuersignale (S1, S2) angesteuert ist, wobei das Spannungsmesssignal (Vs) an einem Knoten zwischen dem Schalter (44) und dem Ausgang des Spannungsteilers (C4, C5) abgreifbar ist.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 24 oder 25, bei dem ein Tiefpassfilter (C5, R5) an einen Anschluss für eine Wendel (12) einer durch das Vorschaltgerät ansteuerbaren Lampe (10) angeschlossen ist, das eine Kapazität (C5) umfasst, wobei diese Kapazität (C5) Teil des kapazitiven Spannungsteilers (C4, C5) ist.
Lampenvorschaltgerät nach Anspruch 25 oder 26, bei der eine weitere Kapazität (C6) zwischen den Ausgang des Spannungsteilers (C4, C5) und den Schalter (44) geschaltet ist.