DE102004047399A1

DE102004047399A1 - Vereinfachte Topologie für HID-Lampen

Info

Publication number: DE102004047399A1
Application number: DE102004047399A
Authority: DE
Inventors: Cesare Bocchiola
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2005-06-23
Also published as: US7078870B2; CN1649465A; JP2008181900A; US20050067981A1; JP2005108847A

Abstract

Ein HID-Vorschaltgerät beinhaltet einen Leistungssperrwandler mit einer vereinfachten Topologie, der eine Leistungsfaktorkorrektur, während eine konstante Ausgangsleistung zur Verfügung gestellt wird, zulässt, um einen Wechselrichter zu betreiben, um niederfrequent modulierte Leistung einer HID-Lampe zuzuführen. Eine Schalteinrichtung ist in Serie mit einem Umsetzer in dem Leistungskonverter verbunden, um Strom durch den Umsetzer zu steuern, um eine konstante Ausgangsleistung zur Verfügung zu stellen. Die AUS-Zeitzeit des Switches trägt zum Steuern des Leistungsfaktors des Vorschaltgeräteschaltkreises bei. Der Umsetzer wird in einem kritischen Leitungsmodus betrieben, mit einer Anzeige eines Nullstroms in dem Umsetzer, die zur Bestimmung der Steuerung für die Schalteinrichtung verwendet wird. Ein Ausgang des Leistungssperrwandlers stellt ein Feedback-Signal zur Verfügung, um einem konstanten Leistungs-Output, basierend auf Schaltintervallen, die auf die Schalteinrichtung, die an den Umsetzer gekoppelt ist, angewandt werden, zu erhalten. Diese vereinfachte Topologie reduziert die Anzahl der Teile, während sie eine robuste Steuerung, die flexibel auf eine Anzahl von HID-Lampen angewendet werden kann, zur Verfügung gestellt.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und zieht den Nutzen aus U.S. Provisional Application Nr. 60/507,637, eingereicht am 30. September 2003, mit dem Titel Simplified Topology for HID Lamps, deren Priorität hiermit beansprucht wird.
1. Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorschaltgeräte für HID-Lampen und insbesondere bezogen auf eine vereinfachte Topologie für ein Vorschaltgerät, um eine HID-Lampe zu betreiben.

High intensity discharge (HID) Lampen werden wegen ihrer überlegenen Lichteffizienz, in Hinsicht auf pro Watt erzeugten Lumen und der Vielfalt von Leistungsbereichen, in denen sie verfügbar sind, sehr stark von kommerziellen Märkten verlangt. Da die HID-Lampentechnologie, wie entwickelt, sind die Hersteller und Vorschaltgeräte-Designer übereingekommen, sich auf die Zuverlässigkeit und die Effizienz zu fokussieren, indem sie ein robustes und einfaches HID-Beleuchtungssystem anbieten. Beispielsweise schlagen Lampenhersteller typischerweise vor, dass eine HID-Lampe in einem AC Modus bei einer geringen Frequenz mit konstanter Leistung betrieben wird, um die Zuverlässigkeit zu maximieren.

Eine HID-Lampe, die einen Leistungsbereich von 35 – 150 W aufweist, könnte weniger als 100 Volt für die Zündung nutzen, welcher eine Betriebsregion folgt, in der die Spannung auf wenige 10 Volt und der Strom auf wenige Ampere fallen kann. In dieser Betriebsregion ist es wünschenswert, eine konstante Leistungsausgabe aufrechtzuerhalten.

Sobald die HID-Lampe gezündet ist, wird ein Hochspannungs-(HV)-Generator in Serie mit der Hauptleistungsversorgung geschalten, um einige wenige Kilovolts für eine Coldstrike-Zündung oder einige wenige 10 Kilovolt für eine Hotstrike-Zündung zu erhalten, hauptsächlich nahe dem Punkt, bei welchem die Zündung auftritt. Der HV-Generator, mit einigen Variationen derzeit in herkömmlichen Designs verfügbar, ist ziemlich gut bekannt.

Die Lampenhersteller empfehlen, dass die Lampen, wegen des unterschiedlichen Verbrauchs oder der Lebenszeit der Kathoden- bzw. Anoden-Anschlüsse der Lampe, wenn ein DC-Signal benutzt wird, vor und nach der Zündung mit einem AC-Signal betrieben werden.

Niederfrequente AC-Signale von ungefähr 50 bis ungefähr 500 Hz wird wegen mechanischen Instabilitäten des Lampen Bogens nach Zündung vorgeschlagen, um die Verschlechterung der Komponenten der Lampe oder letztendlich den gesamten Ausfall der Lampe zu verhindern.

Zusätzlich zu den praktischen Beschränkungen, die von den Empfehlungen der Lampenhersteller aufgezeigt werden, fordern internationale Regulierungen nach einer Begrenzung des harmonischen Stroms, der von einem Konverter, der an einer HID-Lampe angeschlossen ist, gezogen wird. Dementsprechend sollten, um die praktischen Überlegungen und den internationalen Regeln, die den Betrieb einer HID-Lampe betreffen, zu genügen, niederfrequente AC-Signale mit einer Begrenzung des harmonischen Stroms, der von dem Vorschaltgerät der Lampe oder Konverter gezogen wird, verwendet werden.

Ein anderer Faktor, der für den Lampenbetrieb und die Regelung des Leistungskonverter wichtig ist, ist der Leistungsfaktor, der durch das Vorschaltgerät oder den Konverter, der an das öffentliche Leistungssystem angeschlossen wird, erhalten wird. Es ist wünschenswert, dass jedes Vorschaltgerät oder Konverter für eine Lampe einen hohen Leistungsfaktor aufweist, wie zum Beispiel einen so nah wie möglich bei 1, sodass die Last, von der Hauptleistungsleitung gesehen, so nah wie möglich als rein resistiv erscheint. Der Leistungsfaktorausgleichsschaltkreis zieht einen sinusförmigen Strom von der Hauptleistungsleitung, der, um einen hohen Leistungsfaktor zu erhalten, in Phase mit der sinusförmigen Spannungsversorgung ist. Eine einfache und billige Technik für Leistungsfaktorkorrektur wäre höchst wünschenswert.

Ein anderer wichtiger Faktor, der die Lebensdauer einer HID-Lampe bestimmt, ist, die Leistungsversorgung der Lampe während den normalen Betriebskonditionen zu regulieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, der Lampe während dem normalen Betrieb eine konstante Leistung bereitzustellen, um eine gleichmäßige Lichtausgabe zu erhalten und um die Lebensdauer der Lampe zu erhöhen.

Die obigen Beschränkungen sind, zusätzlich zu dem Erhalten einer niederfrequenten AC-Modulation für die Lampe aus den oben diskutierten praktischen Gründen wünschenswert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Vorschaltgerät oder Ballast zum Betreiben einer HID-Lampe angegeben, das eine niederfrequente Modulation, konstante Leistung einer Invertersektion zur Verfügung stellt und sinusförmigen Strom aus der Eingangshauptleistungsversorgung zieht. Der Leistungskonverter erkennt Bedingungen in einem Transformator, die verwendet werden, um Eingangsleistung für die Versorgung des Inverters umzuformen. Die Leistungskonvertersteuerung tastet auch eine Ausgangsspannung des Inverters ab, um sicherzustellen, dass konstante Leistung zu der Last geliefert wird. Das Abtasten des Spannungsausgabe des Inverter erlaubt der Steuerung auch, auf die Lampenzündung zu reagieren. Die Spannungsabtastung der Inverterausgabe liefert das gesamte Feedback, das benötigt wird, eine konstante Leistung an der Lampe aufrechtzuerhalten.

Die verschiedenen Regeln, die zum Betreiben des vereinfachten HID-Vorschaltgerätes benutzt werden, basieren auf einem Abtasten der Spannungsausgabe des Inverters. Eine der Regeln beinhaltet die EIN-Zeit für die Schalteinrichtung, der mit dem Umsetzer gekoppelt ist, um die Leistung, die zu dem Umsetzer geliefert wird zu schalten, um eine konstante Leistungsausgabe zu erhalten. Das Umschalten der Schalteinrichtung wird auch in Übereinstimmung mit dem Erhalten eines hohen Leistungsfaktors ausgeführt, indem ein sinusförmiger Eingangsstrom von der Eingangsleistungsversorgung gezogen wird. Eine weitere Regel ist die Bereitstellung einer konstanten Lampenleistung, während die Ausgangsspannung über einen Bereich variiert. Jede dieser Regeln in Verbindung liefert eine robuste HID-Vorschaltgerätsteuerung, die einfach zu implementieren ist, wie beispielsweise durch einen Mikrocontroller, während ein flexibles Design, das mit einer Vielzahl von HID-Lampen genutzt werden kann, angegeben wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Leistungskonvertervorschaltgerät mit einer veränderbaren Schaltfrequenz in einem kritischen Mode betrieben. Die variable Schaltfrequenz hängt von dem Strom in dem Transformator ab, wenn Eingangsleistung zu dem Inverter übertragen wird. Die Schalteinrichtung, die an den Transformator zur Steuerung des Leistungstransfer gekoppelt ist, wird basierend auf den Magnetisierungsstrom des Transformator, der zu Null geht, betrieben.

Die HID-Lampe wird von einem Hochspannungstreiber, der an einem Oszillator oder Timer-IC angebunden ist, in einer Halbbrückenwechselrichterkonfiguration betrieben. Der Gebrauch von zwei Kapazitäten, die über die Lampenlast aufgeteilt sind, erlaubt die Benutzung der Halbbrückentopologie, um eine Vollbrückenschaltkonfiguration zu vermeiden, um die Kosten der Gesamtlösung zu reduzieren. Idealerweise gleichen die Kapazitäten die Spannung auf jeder Seite der Lampenverbindungen aus, aber in der Praxis neigen sie zu einigen Abweichungen. Durch die Einführung eines Feedback-Signals von dem Leistungskonverter und einer der Kapazitäten kann der Hochspannungs Treiber-IC betrieben werden, die Halbbrücke zu betreiben, um die Spannung zwischen den zwei Kapazitäten auszugleichen.

Andere Features und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, welche sich auf die begleitenden Zeichnungen beziehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein allgemeines Schaltungsdiagramm eines HID-Vorschaltgerätes mit einer vereinfachten Topologie, gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Graph, der die EIN-Zeit der Schalteinrichtung gegenüber der Ausgangsspannung für einen Schalt-Transformator (switch transformer) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Graph, der einen sinusförmigen Eingangsstrom zeigt, der zum Verbessern des Leistungsfaktors der Schaltung gezogen wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Graph, der eine konstante Ausgangsleistung gegenüber einer Ausgangsspannung zeigt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm der Schaltung einer elektronischen Vorschaltgerätsteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schaltkreisblockdiagramm einer elektronischen Vorschaltgerätsteuerung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug wird nun auf 1 genommen, in der ein abstraktes Schaltungsdiagramm einer elektronischen Vorschaltgerätesteuerung für ein HID allgemein als Schaltung 10 dargestellt ist. Schaltung 10 beinhaltet einen Transformator TX1, der ein vollwellen-gleichgerichtetes Signal von der Diodenbrücke, umfassend die Dioden D2-D5, erhält. Gemäß einem bekannten Resultat stellt, wenn ein Flyback-Konverter in einem kritischen Leitungsmodus betrieben wird, der Ausgang von solch einem Konverter, eine konstante Leistung zur Verfügung, wenn die Haupt-Schalteinrichtung, während eine konstante Eingangsspannung empfangen wird, mit einem konstanten EIN-Intervall und einem variablen AUS-Intervall betrieben wird. Unter diesen Bedingungen folgt die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des Sperrwandler einem konstanten Leistungsgesetz.
Wenn jedoch die Spannung, die von dem Flyback-Konverter empfangen wird, nicht konstant ist, sondern eher ein Vollwellengleichrichtungssignal wie das von der Diodenbrücke, bestehend aus den Dioden D2-D5 in Schaltung 10, gelieferte ist, wird ein unterschiedlicher Steuerungsansatz verwendet. Ein modifizierter Steuerungsansatz ist besonders angebracht, wenn eine konstante Leistung von dem Leistungsumsetzer geliefert wird, während man einen nahe bei 1 liegendem Leistungsfaktor mit einer geringen gesamten harmonischen Verzerrung (THD) erhält. Ein hoher Leistungsfaktor, zum Beispiel nahe 1 wird erreicht, wenn der Eingangs-Strom völlig sinusförmig und in Phase mit der Eingangsspannung ist. Unter diesen Bedingungen erscheint die Last des Schaltkreis an der Eingangs Leistungsversorgung oder dem Eingang des Leistungsleitungsnetz völlig resistiv.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Transformator TX1 in Schaltung 10 in einen kritischen Leitungsmodus geschalten. Schalteinrichtung M1 ist als ein MOSFET gezeichnet, aber es soll offenbart sein, dass jeder Typ einer adäquaten Schalteinrichtung (oder Schalter) einschließlich IGBTs und anderer Bipolarschalter verwendet werden könnte. Eine Steuereinrichtung 12 ist an einer Hilfswindung L1 des Transformator TX1 angeschlossen, um das Auftreten der Demagnetisierung des Transformator TX1 oder einen Nulldurchgang des Stromes in den Transformator zu bestimmen. Die Steuereinrichtung 12 ist auch mit der Ausgangsspannung Vo des Leistungskonverters verbunden, um zu der Steuerung der konstanten Leistung des Leistungskonverters beizutragen.
Eine Spannung V1, die dem Brückengleichrichter zugeführt ist, ist eine sinusförmige Eingangshauptspannung typisch 110 oder 230 Volt, sodass der Transformator TX1 ein Vollwellen gleichgerichtetes Signal erhält. Kapazitäten C1 und C2 stellen in Verbindung mit Diode D1 eine Filterfunktion zur Verfügung, sodass die Spannung Vo eine DC-Spannung ist, die dem Inverter, der aus den Schalteinrichtungen M2 und M3 zusammengesetzt ist, zur Verfügung gestellt wird. Die HID-Lampe ist schematisch als ein Widerstand R2 mit einem Zünder 14 in Serie mit der Lampe gezeigt.
Die Steuereinrichtung 12 erkennt über die Hilfswindung L1 die Demagnetisierung des Transformators TX1. Das Signal, das von der Hilfswindung L1 zur Verfügung gestellt wird, dient auch dazu, der Steuereinrichtung 12 den Punkt, an dem die AUS-Zeit-Periode für die Schalteinrichtungen M1 erscheint, anzuzeigen. Spannung Vo liefert eine Information über die Leistung, die von dem Leistungskonverter zur Verfügung gestellt wird, um den Punkt zu bestimmen, an welchem Punkt die Schalteinrichtung M1 angeschalten wird.
Bezugnehmend auf 2 variiert die EIN-Zeit der Schalteinrichtung M1, wenn sich die Ausgangsspannung verändert. Entsprechend, im Gegensatz zu früheren Flyback-Leistungskonverter-Designs ändert sich die Schalteinrichtungs-EIN-Zeit für Schalteinrichtung M1, wenn die Ausgangsspannung sich verändert, um eine konstante Leistung zu erreichen. Die Beziehung, die in dem Graphen in 2 zwischen der EIN-Zeit der Schalteinrichtung M1 und der Ausgangsspannung Vo gezeigt ist, erhält für den Erhalt eines Vollwellen gleichgerichteten Spannungseingangs an Transformator TX1, im Gegensatz zu einem festen DC-Eingang, eine angemessene Kompensation. Steuereinrichtung 12 kann implementiert werden, um die Schalteinrichtung M1 in Übereinstimmung mit dem Graph in 2 in Form einer Regel zu betreiben um den Leistungskonverter mit einer konstanten Leistungsausgabe zu betreiben.
Bezugnehmend auf 3 ist der Eingangsstrom, der von dem Leistungskonverter von den Hauptleistungsversorgungsleitungen gezogen wird, im Durchschnitt sinusförmig und in Phase mit der Eingangsspannung, um einen hohen Leistungsfaktor zu erreichen. Obwohl die sinusförmige Form des Eingangsstrom möglicherweise nicht perfekt mit der sinusförmigen Eingangsspannung übereinstimmt, ist das Resultat immer noch ein sehr guter Leistungsfaktor mit geringem THD für das vereinfachte Leistungskonverter-Design.
In den 2, 3 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel angedeutet, wo die Lampenleistung auf nahezu 70 W und die Eingangsspannung auf nahezu 230 VRMS gesetzt ist. Es soll jedoch offenbart sein, dass dieses beispielhafte Ausführungsbeispiel nur eines von vielen allgemeinen Fällen repräsentiert, die möglicherweise leicht von dem Leistungskonverter gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden.
Nun wird Bezug auf 4 genommen, einem Graph, der die Leistungsausgabe an der Lampe darstellt als eine Funktion der Ausgangsspannung ist dargestellt. Wie aus dem Graph in 4 gesehen werden kann, ist die Leistung über der Ausgangsspannung Vo konstant und wird bei 70 W für den Zweck des beispielhaften Schaltungsbetriebs gehalten.
Für einen Moment soll Bezug auf 1 genommen werden, der Inverter, der die Schalteinrichtungen M2 und M3 beinhaltet, stellt an der Lampe, die von dem Widerstand R2 repräsentiert wird, eine niederfrequente Modulation bereit. Schalteinrichtungen M2 und M3 sind in einer Halbbrückenschaltanordnung angeordnet, wo die maximale Spitzenspannung über der Lampe auf
limitiert ist.
Die Spannung die zum Zünden der Lampe, die vom Widerstand R2 repräsentiert wird, verwendet wird, kann durch die Veränderung des Windungsverhältnis des Transformators TX1 maßgeschneidert werden, um die erwünschte Spannung vor der Zündung zu erreichen. Wechselweise kann das Zeitintervall Ton, welches die EIN-Zeit für Schalteinrichtung M1 darstellt, modifiziert werden, um an dem Ausgang des Konverter die angemessene Spannung für die Lampenzündung, typischerweise um 100 Volt, zu generieren. Nach der Lampenzündung tastet die Steuereinrichtung 12 die Ausgangsspannung Vo ab und modifiziert die EIN-Zeit Ton der Schalteinrichtung M1 wie es angemessen ist, um mit der Regel, die in dem Graphen in 2 beschrieben ist, konform zu sein. Diese einfach Feedback-Anordnung erhält all die Funktionalität, die benötigt wird, um komplett die HID-Lampe in dieser vereinfachten Topologie zu betreiben. Beispielsweise wird, sobald die gezündete Lampe beginnt, zusätzlichen Strom zu absorbieren, eine Verringerung in der Ausgangsspannung Vo beobachtet, wenn die EIN-Zeit Ton der Schalteinrichtung M1 konstant ist. Steuereinrichtung 12 erkennt die Verringerung in der Ausgangsspannung Vo und erhöht die EIN-Zeit Ton der Schalteinrichtung M1 entsprechend, um die konstante Leistung an der Lampe aufrechtzuerhalten.
Die zugehörigen Regeln zu der Steuerung, die in den 2 – 4 dargestellt ist, können leicht in einem Mikro-Controllerspeicher oder in einem anderen programmierbaren Gerät gespeichert werden, um eine einfache und billige Lösung im Zusammenhang mit der HID-Vorschaltgerät-Topologie anzubieten, um ein billiges, aber robustes Beleuchtungssteuersystem zu realisieren. Ein anders beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung 12 ist ein ROM oder ein zeitprogrammierbarer Speicher, der verwendet wird, um einen Mikrocontroller zu betreiben oder ein analoger PWM-Schaltkreis, der verwendet wird um die Schalteinrichtung M1 zu betreiben.
Nun wird Bezug auf 5 genommen, in dem ein vollständigeres Schaltungsblockdiagramm eines Beleuchtungsvorschaltgeräteschaltkreises 50 dargestellt ist. Schaltung 50 beinhaltet einen Vollbrückengleichrichter, zusammengesetzt aus den Dioden D1-D4, der einen Vollwellen gleichgerichteten Eingangsspannungspulszug von der Leitungseingangsspannungsversorgung zur Verfügung stellt. Der Ausgang des Vollbrückengleichrichters ist abhängig von der Spannung, die an der Eingangshauptleitung angeboten wird, typischerweise on the order von 85 bis 265 VRMS. Der Leistungskonverter umfasst Schalteinrichtung M1, Transformator TX1 und Diode D5, welche in einem kritischen Leitungsmodus durch veränderbare Schaltfrequenzen betrieben wird. Eine Leistungsausgabe des Transformator TX1 durch die Diode D5 ist die Ausgangsleistung, die dem Wechselrichter, zusammengesetzt aus den Schalteinrichtungen M2 und M3, zur Versorgung der Lampe und des Zünders 54, mit Leistung zur Verfügung gestellt wird. Transformator TX1 weist eine Hilfswindung L1 auf, die an Steuereinrichtung 52 angebunden sein kann, um den Magnetisierungsstrom in dem Transformator TX1 abzutasten. Wenn der Magnetisierungsstrom in Transformator TX1 auf Null zugeht, zeigt das den Beginn eines Schaltintervalls für die Schalteinrichtung M1 an. Das Schaltintervall startet mit einer Einschaltperiode Ton die von der Steuereinrichtung 52 bestimmt wird. Steuereinrichtung 52 stellt die Einschaltzeitmodulation für die Schalteinrichtung M1 gemäß der Beziehung, die in dem Graph in 2 beispielsweise dargestellt ist, zur Verfügung. Die Modulation der Schalteinrichtung M1 für die Einschaltzeit Ton wird mit dem Leistungskonverter Ausgangsspannungs-Feedback Vo abgeleitet. Das Feedback-Signal Vo kann in jeder besonderen An und Weise konditioniert werden, sodass es ausreichend für den Empfang von Steuereinrichtung 52 ist. Beispielsweise stellt in Schaltung 50 ein Spannungsteiler R5, R6 der Steuereinrichtung 52 eine angemessene Spannung, basierend auf der Ausgangsspannung Vo, zur Verfügung. Eine Kapazität C3 wird verwendet um das Signal, das von der Ausgangsspannung Vo zur Verfügung gestellt wird, zu filtern.
Da sich die Ausgangsspannung Vo über die Zeit ändert, ändert sich auch die EIN-Zeit Ton für der Schalteinrichtung M1. Wenn sich zum Beispiel die Ausgangsspannung Vo zu erniedrigen beginnt, erhöht sich die EIN-Zeit Ton der Schalteinrichtung M1, um zusätzliche Energie an den Transformator TX1 zu liefern, um die Ausgangsspannung Vo zu erhöhen. Wenn sich die Ausgangsspannung Vo über einen gewünschten Betrag erhöht, erniedrigt sich die EIN-Zeit Ton, um entsprechend die Summe der Energie, die in den Transformator TX1 übertragen wird, zu erniedrigen.
Der in Schaltung 50 gezeichnete Spannungskonverter umfasst die Kapazitäten C1 und C2, welche eine Teilranordnung repräsentieren, um einen ausgeglichenen Spannungswert auf beiden Seiten der Anschlussklemme 56 der Lampe 54 zur Verfügung zu stellen. Indem die Kapazitäten C1 und C2 in dieser Form angeordnet werden, kann die Lampe 54 mit der Halbbrücke, bestehend aus den Schalteinrichtungen M2 und M3 betrieben werden, um eine Reduktion der Anzahl der Schalteinrichtungen, die verwendet werden, um die Vorschaltschaltkreislösung anzubieten, zu erlauben. Die Schalteinrichtungen M2 und M3 arbeiten in einer Halbbrückenkonfiguration, um die Lampe 54 bei einer niedrigen Frequenz zu betreiben, um die Lebensdauer der Lampe 54 zu verbessern, während sie zur Regulierung der Lichtabgabe beitragen. Die schaltende Halbbrücke, zusammengesetzt aus den Schalteinrichtungen M2 und M3 arbeitet für gewöhnlich bei einer Frequenz in dem Bereich von etwa 200 bis 500 Hz, wie es von Lampenherstellern in typischen Anordnungen vorgeschlagen wird. Wegen der geringen Frequenz, die verwendet wird, um die Lampe 54 zu betreiben, wird kein Resonanzfilter, das typischerweise aus einem LC-Schaltkreis zusammengesetzt wird, benötigt, um die Lampe 54 zu betreiben.
Ein Timer IC 58 stellt die Schaltsignale für die niederfrequente Modulation der Schalteinrichtungen M2 und M3 zur Verfügung. Die Schaltsignale werden dem Hochspannungs-IC-Treiber 57 zugeführt, der entsprechend High- und Lowside-Schalteinrichtung M2, M3 betreibt. Der Treiber 57 beinhaltet typischerweise ein Levelshift-Schaltkreis, um eine Treiberspannung, die der Schalteinrichtung M2 zur Verfügung gestellt wird, in eine angemessene Referenzspannung zu wandeln, während er auch Schaltsignale der Schalteinrichtung M3 zur Verfügung stellt. Der Treiber 57 kann eine Anzahl an Features beinhalten, wie beispielsweise automatisches Totzeiteinfügen, Fehlererkennung und Übertemperaturerkennung beispielsweise. Da der Treiber 57 einen Levelshift-Schaltkreis beinhaltet, sind zusätzliche Isolationsumsetzer, um die Schalteinrichtung M2 zu betreiben, unnötig.
Nun wird auf 6 Bezug genommen, ein anderes Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystemvorschaltgeräts der vorliegenden Erfindung ist als eine Schaltung 60 dargestellt. In Schaltung 60 repräsentieren die Kapazitäten C1 und C2 geeignete Kapazitäten mit Spannungsfehlanpassungsabweichungen, die typischerweise in einer Real-World-Anwendung auftreten. Durch die Inanspruchnahme der Funktionalität des Timer ICs 68 kann an Kapazität C1 und C2 eine ausgeglichene Spannung erhalten werden. Die Ausgangsspannung Vo wird dem Timer IC 68 zugeführt, um die Gesamtspannung, die an der Kombination der Kapazität C1 und C2 beobachtet wird, zu messen. Ein Feedback der Kapazität C2 wird ebenfalls dem Timer IC 68 zugeführt. Der Timer IC 68 arbeitet, um dem Treiber 57 Schaltsignale zur Verfügung zu stellen, sodass die Schalteinrichtungen M2 und M3 in einer niederfrequenten Modulation drive Lampe 64 betrieben werden. Indem die niederfrequente EIN-Zeit der Schalteinrichtungen M2 und M3 in der Halbbrückenanordnung modifiziert wird, kann die Ausgangsspannung Vo modifiziert werden, sodass die Spannung an der Kapazität C2 die Hälfte der Spannung Vo ist. Diese gleiche Spannung steht an Kapazität C1 zur Verfügung. Der Ausgleich der Spannungen an den Kapazitäten C1 und C2 verbessert die Performance des Vorschaltgeräts und bietet eine bessere Gesamtsystemeffizienz.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele davon beschrieben wurde, sind viele andere Varianten und Modifikationen und andere Anwendungen für den Fachmann offenbart. Daher wird es bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung, sondern nur von den angefügten Ansprüchen, hierin begrenzt wird.

Claims

Ein HID-Lampen-Ballast-Leistungskonverter umfassend: eine Energieübertragungseinrichtung zum Übertragen von elektrischer Energie von einem Eingang zu einem Ausgang; eine Schalteinrichtung, die an einer Eingangsseite an der Energieübertragungseinrichtung angeschlossen ist, um einen Stromfluss durch die Eingangsseite der Energieübertragungseinrichtung zuzulassen oder zu verhindern; eine Indikatoreinrichtung, die an die Energieübertragungseinrichtung angeschlossen ist zur Bestimmung, wann die Energieübertragungseinrichtung mit einem Nullstrom arbeitet; und einer Steuereinrichtung, die an die Schalteinrichtung und die Indikatoreinrichtung angeschlossen ist, um das Schalten der Schalteinrichtung, basierend auf Indikatorwerten zu erlauben.
Die Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Energieübertragungseinrichtung ein Transformator ist.
Die Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Indikatoreinrichtung eine Hilfswindung des Transformator ist.
Die Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Spannungssignal, das einen Ausgang der Energieumsetzungsseinrichtung betrifft, verbunden mit der Steuereinrichtung, um bei der Steuerung der Schalteinrichtung mitzuwirken.
Die Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, um die Schalteinrichtung zu schalten, um die Energieübertragungseinrichtung in einem kritischen Leitungsmodus Modus zu betreiben.
Die Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, um die Schalteinrichtung zu schalten, um die Energieübertragungseinrichtung zu betreiben, um, basierend auf dem Ausgangs-Feedback-Signal, eine konstante Leistungsausgabe von der Energieübertragungseinrichtung zu erhalten.
Die Schaltung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, um eine EIN-Zeit der Schalteinrichtung zu modifizieren, um, basierend auf der Ausgangsspannung, eine konstante Leistungsausgabe von der Energieübertragungseinrichtung zu erhalten.
Die Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, um die Schalteinrichtung mit einer variablen AUS-Zeit zu schalten, um eine Leistungsfaktorkorrektursteuerung zu erhalten.
Ein Flyback-Leistungskonverter, umfassend: einen Transformator, um ein elektrisches Eingangssignal in ein elektrisches Ausgangssignal zu wandeln; eine Hilfswindung in dem Transformator, um einen Magnetisierungszustand des Transformator anzuzeigen; eine Schalteinrichtung, angeschlossen an einer Eingangsseite des Transformators, um einen Stromfluss durch den Transformatoreingang zu steuern; ein Spannungs-Feedback-Signal, angeschlossen an dem Ausgang des Transformators, um ein Ausgangs-Feedback-Signal bereitzustellen; und eine Steuereinrichtung, angeschlossen an der Hilfswindung, an die Schalteinrichtung und an die Ausgangsspannungsindikation, wobei die Schalteinrichtung betreibbar ist, die Schalteinrichtung basierend auf Werten, die von der Hilfswindung und dem Ausgangsspannungssignal erhalten werden, zu schalten, um die Ausgangsspannung und die Leistungsfaktoranpassung zu steuern oder zu regeln.
Der Leistungskonverter nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung gemäß einer Regel, basierend auf dem Zuführen eines Vollwellen gleichgerichteten Signals als dem elektrischen Eingangssignal, betreibbar ist.
Der Leistungskonverter nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, die Schalteinrichtung zu schalten, um eine konstante Leistungsausgabe von dem Transformator zu erhalten.
Der Leistungskonverter nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, eine EIN-Zeit der Schalteinrichtung zu modifizieren, um eine konstante Leistungsausgabe von dem Transformator zu erhalten.
Der Leistungskonverter nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung betreibbar ist, die Schalteinrichtung mit einer variablen AUS-Zeit zu schalten, um die Leistungsfaktorkorrektur zu erhalten.
Ein HID-Lampen-Ballast, umfassend: einen Leistungsinverter, um ein niederfrequent moduliertes Signal zum Betrieb einer HID-Lampe zur Verfügung zu stellen; ein in Serie zusammengeschaltetes Paar von Kapazitäten in dem Leistungsinverter, um eine Spannung, die der HID-Lampe zugeführt wird, zu balanzieren; und einen Leistungskonverter nach Anspruch 4, wobei der Leistungsinverter mit dem Ausgang der Energieübertragungseinrichtung verbunden ist.
Ein HID-Lampen-Ballast, umfassend: einen Leistungsinverter, um ein niederfrequent moduliertes Signal zur Verfügung zu stellen, um eine HID-Lampe mit Energie zu versorgen; ein in Serie zusammengeschaltetes Paar von Kapazitäten in dem Leistungsinverter, um eine Spannung, die der HID-Lampe zur Verfügung gestellt wird, auszugleichen; und der Leistungsinverter nach Anspruch 9, wobei der Leistungsinverter mit dem Transformatorausgang verbunden ist.
Ein Verfahren, zum Betreiben eines Flyback-Leistungskonverters, umfassend: Umwandeln eines elektrischen Eingangssignal in ein elektrisches Ausgangssignal durch einen Transformator; Erfassen, wann ein Strom in dem Transformatoreingang Null erreicht; Messen einer Spannung an dem Transformatorausgang; Schalten einer Schalteinrichtung, die mit dem Transformatoreingang verbunden ist, um den Eingangsstrom des Transformators zu steuern, um die Leistungsausgabe des Transformators zu steuern oder zu regeln und um eine Leistungsfaktorkorrektur für den Transformatoreingang zu erhalten.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Schalten der Schalteinrichtung gemäß einer Regel, die ein Empfangen eines gleichgerichteten Vollwellen-Eingangssignals betrifft, gesteuert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Verändern einer EIN-Zeit der Schalteinrichtung, um eine konstante Leistungsausgabe des Transformators zu erreichen.
Das Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Verändern einer AUS-Zeit der Schaltungseinrichtung, um eine Leistungsfaktorkorrektur an dem Transformatoreingang zu erhalten.