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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein eine Eingangskapazität aufweisendes
elektronisches Vorschaltgerät
mit einem Hochsetzsteller zum Betrieb einer Entladungslampe, beispielsweise
einer Niederdruckentladungslampe an einem eine eingebaute oder parasitäre Induktivität aufweisenden
Phasenanschnittdimmer.
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Elektronische
Vorschaltgeräte
zum Betrieb von Entladungslampen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. I.d.R. enthalten
sie eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannungsversorgung
und Aufladen eines häufig
als Zwischenkreiskondensator bezeichneten Kondensators. Die an diesem
Kondensator anliegende Gleichspannung dient zur Versorgung eines
Wechselrichters bzw. Inverters (im Folgenden Inverter), der die
Entladungslampe betreibt. Grundsätzlich
erzeugt ein Inverter aus einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung
oder einer Gleichspannungsversorgung eine Versorgungsspannung für die mit
hochfrequentem Strom zu betreibende Lampe. Ähnliche Vorrichtungen sind
auch für
andere Lampentypen bekannt, beispielsweise in Form von elektronischen Transformatoren
für Halogenlampen.
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Hochsetzstellerschaltungen
können
zur Netzstromoberschwingungsreduzierung von Entladungslampen eingesetzt
werden. Hochsetzsteller weisen eine Speicherdrossel, ein Schaltelement, eine
Diode und einen Zwischenkreiskondensator auf. Der Zwischenkreiskondensator
versorgt beispielsweise eine Niederdruckentladungslampe über eine Inverterschaltung.
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Ein
solcher Hochsetzsteller arbeitet wie folgt: Die Netzwechselspannung
wird in einem Gleichrichter in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt.
Zwischen das Versorgungspotential dieser pulsierenden Gleichspannung
und den Zwischenkreiskondensator ist die Speicherdrossel und die
Diode geschaltet. Das Schaltelement sorgt im eingeschalteten Zustand
für einen
ansteigenden Stromfluss in der Speicherdrossel bis zu einem einstellbaren
Wert, der Abschaltstromschwelle. Die Diode leitet nach dem Ausschalten
des Schaltelementes den in der Speicherdrossel eingeprägten Strom
in den Zwischenkreiskondensator.
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Der
Einsatz eines Hochsetzstellers in einem Vorschaltgerät für eine Entladungslampe
wird in der
EP 1 465
330 A2 beschrieben.
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Phasenanschnittdimmer
zur Leistungssteuerung sind ebenfalls bekannt. Phasenanschnittdimmer liefern
eine periodische Netzversorgung an die Last. In jeder Halbperiode
wird die Netzversorgung aber erst nach einer einstellbaren Zeit
an die Last geliefert.
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Oft
enthalten Phasenanschnittdimmer als ein den Stromfluss von einem
Versorgungsnetz zu einer Last steuerndes Schaltelement einen Triac.
Mit einem solchen Schaltelement ist es möglich, einen Stromfluss vom
Netz zur Last ab einem einstellbaren Zeitpunkt innerhalb einer Netzhalbwelle
zu ermöglichen.
Am Ausgang des Phasenanschnittdimmers steht eine Spannung zur Verfügung, die
in einem ersten Zeitintervall Null ist, nämlich im Phasenanschnitt, und
in einem zweiten Zeitintervall im wesentlichen der Eingangsspannung
des Dimmers entspricht.
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Zur
Vermeidung von Funkstörungen
enthalten viele Phasenanschnittdimmer eine in Serie zum Schaltelement
geschaltete Induktivität.
Zwischen Phasenanschnittdimmer und kapazitiver Last kann zusätzlich,
auch wenn kein ent sprechendes Bauelement im Dimmer eingebaut ist,
eine parasitäre
Induktivität
auftreten, beispielsweise verursacht durch Leitungsinduktivitäten. Jeglicher
Bezug auf eine „Induktivität im Phasenanschnittdimmer" ist im folgenden Text
in diesem Sinne zu verstehen.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein im Hinblick
auf das Betriebsverhalten verbessertes elektronisches Vorschaltgerät für dimmbare
Entladungslampen anzugeben.
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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem
ein Schaltelement und eine Eingangskapazität aufweisenden Hochsetzsteller zum
Betrieb an einem eine zur Versorgung seriell wirkende Induktivität aufweisenden
Phasenanschnittdimmer, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer
Netzhalbwelle die Betriebsparameter des Hochsetzstellers während der
Abmagnetisierung der Induktivität
im Phasenanschnittdimmer, zeitlich nach dem Abschluss des Phasenanschnitts,
so eingestellt werden, dass, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers
nach der Abmagnetisierung der Induktivität des Dimmers, ein zeitweise
erhöhter
Strom durch den Hochsetzsteller fließt.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben
und werden im Folgenden näher
erläutert.
Die Offenbarung bezieht sich dabei stets sowohl auf die Verfahrenskategorie
als auch die Vorrichtungskategorie der Erfindung.
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Elektronische
Vorschaltgeräte
zum Betrieb von Entladungslampen weisen oft eine effektive Eingangskapazität auf. Die
Erfindung basiert auf der Überlegung,
dass die effektive Eingangskapazität des elektronischen Vorschaltgerätes zusammen
mit der zur Versorgung seriell wirkenden Induktivität des Phasenanschnittdimmers
einen Schwingkreis bildet und ein Überschwingen der Spannung über der
Eingangskapazität
auftreten kann. Solche Spannungsschwingungen können das Betriebsverhalten
von elektronischen Vor schaltgeräten
für Entladungslampen
beim Betrieb an einem Phasenanschnittdimmer beeinträchtigen.
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Konkret
wird im Anschluss an den Phasenanschnitt das Schaltelement im Phasenanschnittdimmer
in einen leitenden Zustand gebracht; daraufhin wird die Eingangskapazität des Vorschaltgerätes auf den
Momentanwert der Versorgungsspannung aufgeladen. Dieses Aufladen
der Eingangskapazität
erfolgt über
die Induktivität
des Phasenanschnittdimmers, die den Anstieg des Stromes bestimmt.
Die Spannung über
der Eingangskapazität
erreicht zunächst
den Momentanwert der Versorgungsspannung, geht dann aber noch darüber hinaus.
Dies erfolgt, weil die Induktivität im Phasenanschnittdimmer nun
abmagnetisiert und einen Stromfluss in der ursprünglichen Stromrichtung aufrecht
erhält.
Ist die Induktivität
im Phasenanschnittdimmer abmagnetisiert und die Spannung über der
Eingangskapazität
größer als
die anliegende Versorgungsspannung, so fließt kein Netzstrom durch das
Vorschaltgerät,
bis die Überspannung
am Eingangskondensator durch Entladen abgebaut ist.
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Die
oft als Schaltelement in Phasenanschnittdimmern verwendeten Triacs
benötigen
einen gewissen Haltestrom, d.h. sind sie in einen leitenden Zustand
gebracht, so wird ein minimaler Strom zur Aufrechterhaltung der
Leitfähigkeit
benötigt.
Fehlt dieser, so sperrt der Triac wieder. Fließt kurzzeitig kein Netzstrom
durch den Phasenanschnittdimmer, so kann es sein, dass der Triac
vom leitenden in den sperrenden Zustand übergeht. Die oben beschriebenen
Blindstromschwingungen können
solche Netzstromunterbrechungen verursachen.
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Die
Unterbrechung des Netzstromes kann verhindert werden. Dazu wird
während
der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
ein zeitweise erhöhter
Strom durch den Hochsetzsteller geführt, d.h. innerhalb eines durch
die Abmagnetisierung definierten Zeitintervalls. Das Wort „während" ist im gesamten
vorliegenden Text in diesem Sinne zu verstehen.
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Dieser
Strom entlädt
die Eingangskapazität und
die Spannung über
dieser sinkt wieder auf das Niveau des Momentanwertes der Versorgungsspannung.
Dieser die Eingangskapazität
entladende Strom muss groß genug
sein, um die Spannungsüberhöhung über der
Eingangskapazität
abzubauen, bevor die Induktivität
im Phasenanschnittdimmer vollständig
abmagnetisiert ist.
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Ein
Hochsetzsteller kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden,
wobei man vor allem unterscheidet zwischen dem diskontinuierlichen
Betrieb und dem kontinuierlichen Betrieb. Oft werden Hochsetzsteller
durchgängig
im diskontinuierlichen Modus betrieben. Das heißt, dass das Schaltelement im
Hochsetzsteller erst eingeschaltet wird, wenn die Speicherdrossel
des Hochsetzstellers vollständig
abmagnetisiert ist und kein Strom mehr durch diese fließt. Schaltverluste
sind in dieser Betriebsweise minimal.
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Wird
mit dem Einschalten des Schaltelementes im Hochsetzsteller nicht
gewartet, bis die Speicherdrossel vollständig abmagnetisiert ist, so
spricht man von einem kontinuierlichen Betrieb. Das Schaltelement
wird also beim Unterschreiten einer Schwelle für den Strom durch die Speicherdrossel – der Einschaltstromschwelle – eingeschaltet.
Diese Einschaltstromschwelle kann unterschiedlich hoch sein und
in jedem Zyklus des Hochsetzstellers einen anderen Wert annehmen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Hochsetzsteller während der Abmagnetisierung
der Induktivität
im Phasenanschnittdimmer mit zeitweise erhöhten Einschaltstromschwellen
betrieben, verglichen mit dem Betrieb des Hochsetzstellers im Anschluss
an die Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer.
Dadurch kann der Stromfluss durch den Hochsetzsteller in diesem
Zeitraum deutlich vergrößert werden.
Zwar nehmen durch diese Maßnahme
die Schaltverluste im Hochsetzsteller zeitweise zu, gemittelt über die Netzhalbwelle
sind diese Verluste jedoch nicht groß.
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Im
einfachsten Fall kann dies heißen,
dass während
der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
der Hochsetzsteller im kontinuierlichen Betrieb arbeitet und im
Anschluss an diesen Zeitraum, sofort oder verzögert, in den diskontinuierlichen
Betrieb übergeht.
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Obige
Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet aber insbesondere auch den Fall, dass im
Anschluss an die Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
nicht in den diskontinuierlichen Betrieb des Hochsetzstellers gewechselt
wird, sondern in einem kontinuierlichen Betrieb mit geringeren Einschaltstromschwellen
des Schaltelementes im Hochsetzsteller verblieben wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird, insbesondere in Kombination mit den obigen Maßnahmen,
die Abschaltstromschwelle des Schaltelementes des Hochsetzstellers
während
der Abmagnetisierung der Induktivität des Phasenanschnittdimmers
erhöht.
Auch mit dieser Maßnahme
kann alternativ oder ergänzend zum
kontinuierlichen Betrieb der Stromfluss durch den Hochsetzsteller
deutlich erhöht
werden.
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Vorzugsweise
wird während
der Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer der
durch den Hochsetzsteller fließende
Strom verringert oder sogar unterbunden. Dies geschieht vorzugsweise
durch das dauerhafte Sperren des Schaltelementes des Hochsetzstellers
während
der Aufmagnetisierung der Induktivität. Damit kann kein die Eingangskapazität entladender
Strom fließen.
Dadurch kann die Aufmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
und damit die in ihr gespeicherte Energie auf ein Minimum reduziert
werden. Je weniger Energie in der Induktivität des Phasenanschnittdimmers
gespeichert ist, umso geringer ist die Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität ausgeprägt.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführung des
vorstehenden Aspektes der Erfindung wird der durch den Hochsetzsteller
während
der Aufmagnetisie rung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer fließende Strom
dadurch verringert, dass die Abschaltstromschwelle des Hochsetzstellers
klein gewählt
wird im Vergleich zum Betrieb des Hochsetzstellers im Anschluss
an die Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer. Dadurch nimmt
der Hochsetzsteller einen Strom kleinerer Amplitude auf; der mittlere
durch die Induktivität
des Phasenanschnittdimmers fließende
Strom kann so sehr klein, oder sogar verschwindend gering, eingestellt
werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung verfügt über eine
Schaltungsanordnung zur messtechnischen Erfassung des Abschlusses
des Phasenanschnittes, des Beginns der Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
und des Abschlusses der Abmagnetisierung derselben Induktivität. Diese
drei Zeitpunkte bestimmen die beiden relevanten Zeitintervalle innerhalb
derer Ausführungsformen
der Erfindung auf eine Reduzierung der Spannungsüberhöhung über der Eingangskapazität hinwirken.
Zwischen dem Abschluss des Phasenanschnittes und dem Zeitpunkt,
zu dem die Spannung über
der Eingangskapazität
den Momentanwert der Versorgungsspannung erreicht, wird die Induktivität im Phasenanschnittdimmer
aufmagnetisiert; ab diesem Zeitpunkt wird sie abmagnetisiert.
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Die
Schaltungsanordnung besteht vorzugsweise aus einer Serienschaltung
aus zwei Differenzierern, die beispielsweise parallel zur Eingangskapazität geschaltet
sein können.
Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzierers entspricht der
zweiten Ableitung der Spannung über
der Eingangskapazität
und hat die Eigenschaft, dass sie während der Aufmagnetisierung
der Induktivität
im Phasenanschnittdimmer ein anderes Vorzeichen aufweist als während der
Abmagnetisierung derselben Induktivität. Damit sind die beiden relevanten
Zeitintervalle bestimmt und das Ausgangssignal des zweiten Differenzierers
kann dazu genutzt werden, die Betriebsparameter des Hochsetzstellers
einzustellen.
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Üblicherweise
ist der Spannung über
der Eingangskapazität
durch die Hochsetzstellerfunktion eine hochfrequente, vergleichsweise
geringe Wechselspannung überlagert.
Diese hochfrequenten Schwingungen werden vom ersten Differenzierer ausgekoppelt,
eine zweite Differenzierung liefert eventuell kein sinnvolles Ergebnis.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht daher eine Spitzenwerterfassungsschaltung vor.
Mittels der Spitzenwerterfassung wird die erste Ableitung der Spannung über der
Eingangskapazität
geglättet.
Die Qualität
einer folgenden Differenzierung nimmt damit zu.
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Vorzugsweise
wird bei Verwendung eines Betriebsmodus des Hochsetzstellers mit
erhöhter Einschaltstromschwelle
des Schaltelementes im Hochsetzsteller – während der Abmagnetisierung
der Induktivität
im Phasenanschnittdimmer – der Übergang
zum sich anschließenden
Betrieb mit geringeren Einschaltstromschwellen langsam durchgeführt. Das
heißt,
dass die Einschaltstromschwellen des Schaltelementes im Hochsetzsteller
verteilt über
einige Stromaufnahmezyklen des Hochsetzstellers kleiner werden.
Dadurch können
weitere Laststromschwingungen verringert werden.
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Bis
zu dieser Stelle ist beschrieben, wie sich Blindstromschwingungen
mittels einer Einstellung des zeitlichen Verlaufes des Stromes durch
den Hochsetzsteller reduzieren lassen. Als zusätzliche erfindungsgemäße Maßnahme können Blindstromschwingungen
reduziert werden durch geeignetes Laden oder Entladen der Eingangskapazität vor dem Ende
das Phasenanschnittes und es kann damit zusätzlich der die Induktivität im Phasenanschnittdimmer
ladende Strom quantitativ reduziert werden. Ein Vorschaltgerät, welches
beide Möglichkeiten
der Blindstromreduzierung verwirklicht, dämpft Blindstromschwingungen
noch effektiver.
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Die
Spannungsüberschwingungen
sind nämlich
besonders ausgeprägt,
wenn die Spannung über
der Eingangskapazität
im Anschluss an den Phasenanschnitt deutlich kleiner als der Momentanwert
der Versorgungsspannung ist.
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Hier
und im folgenden Text ist der „Momentanwert
der Versorgungsspannung im Anschluss an den Phasenanschnitt" so zu verstehen,
dass sich die Versorgungsspannung über dem Vorschaltgerät bereits
voll aufgebaut hat.
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Ist
die Spannung über
der Eingangskapazität zu
diesem Zeitpunkt größer als
der Momentanwert der Versorgungsspannung, fließt so lange kein Strom durch
den Dimmer, bis die Eingangskapazität durch einen Strom durch die
Last soweit entladen ist, dass deren Spannung dem Momentanwert der
Versorgungsspannung entspricht. In dieser Zeit kann jedoch das Schaltelement
im Phasenanschnittdimmer ausschalten.
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Im
Betrieb sind daher beide Fälle
zu vermeiden.
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Je
größer die
Differenz zwischen der Versorgungsspannung des Vorschaltgerätes und
der Spannung über
der Eingangskapazität
des Vorschaltgerätes
am Ende des Phasenanschnittes, umso mehr Spannung fällt über der
Induktivität
des Dimmers ab. Der während
der Aufmagnetisierung der Induktivität des Dimmers fließende Strom
nimmt solange zu, wie die Spannung über der Eingangskapazität kleiner
als die Versorgungsspannung an der Last ist.
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Eine
Reduzierung dieser Differenz zu Beginn der Aufmagnetisierung der
Induktivität
im Dimmer verringert die anfängliche
Spannung über
dieser. Somit werden entsprechende Blindströme, welche die Induktivität aufmagnetisieren
und die Spannungsüberschwingung über der
Eingangskapazität
verursachen, zusätzlich
verringert.
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Dazu
wird durch einen Ladevorgang (Auf- oder Entladevorgang) vor dem
Ende des Phasenanschnittes einer Netzhalbwelle die Eingangskapazität auf einen
Wert geladen, der höchstens
dem Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes
entspricht. Die Spannung über der
Eingangskapazität
soll zu diesem Zeitpunkt aber nicht den Wert der Ver sorgungsspannung überschreiten,
da sonst kein kontinuierlicher Netzstrom garantiert werden kann.
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Der
Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes
innerhalb einer Netzhalbwelle ist vorab nicht bekannt. Vorzugsweise
verfügt
daher die Erfindung bei dieser Ausführungsform über eine Speichervorrichtung
zur Speicherung eines Prognosewertes für die Versorgungsspannung zum
Zeitpunkt des Endes des Phasenanschnittes, der aus einer oder mehreren
vorhergehenden Netzhalbwellen gewonnen wurde. Weiter unten werden
bevorzugte Implementierungen einer solchen Speichervorrichtung vorgestellt.
Der Prognosewert des Momentanwertes der Versorgungsspannung am Ende
des Phasenanschnittes kann dann in einer folgenden Netzhalbwelle
dazu genutzt werden, die Eingangskapazität aktiv so zu laden oder zu
entladen, dass die Spannung über
der Eingangskapazität
höchstens
den gespeicherten Wert annimmt.
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Vorzugsweise
verfügt
die Erfindung über eine
Vorrichtung zum Speichern eines Momentanwertes der Versorgungsspannung
am Ende des Phasenanschnittes aus einer oder mehreren vorhergehenden
Netzhalbwellen. Der Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende
des Phasenanschnittes einer vorhergehenden Netzhalbwelle muss jedoch nicht
identisch mit dem Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des
Phasenanschnittes einer folgenden Netzhalbwelle sein – es handelt
sich vielmehr um eine Prognose für
den Versorgungsspannungswert, wie im vorangehenden Absatz erläutert.
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Falls
die Netzhalbwelle, in welcher ein Wert gespeichert wurde, noch nicht
zu viele Netzhalbwellen zurückliegt,
kann man davon ausgehen, dass der gespeicherte Wert für die aktuelle
Netzhalbwelle sehr ähnlich
ist. Dies ist der Fall, weil Veränderungen
des Phasenanschnittes zwischen aufeinander folgenden Netzhalbwellen üblicherweise
langsam stattfinden.
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Blindstromschwingungen
werden am effektivsten reduziert, wenn die Eingangskapazität genau auf
den Wert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes geladen
wird. Um jedoch sicher zu sein, dass die Spannung über der
Eingangskapazität
nicht größer als
die Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes ist, wird
die Eingangskapazität
auf einen Wert geladen, der etwas kleiner ist als der gespeicherte
Prognosewert.
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In
der Praxis hat es sich bewährt,
die Spannung über
der Eingangskapazität
auf etwa 90–95% der
Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes einzustellen.
Aber auch mit Werten ab 50% kann schon gearbeitet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Prognosewert der Versorgungsspannung im Anschluss
an den Phasenanschnitt in jeder Netzhalbwelle neu gespeichert und
in der jeweils folgenden Netzhalbwelle genutzt.
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Vorzugsweise
speichert die Speichervorrichtung den Momentanwert der Versorgungsspannung innerhalb
eines Zeitfensters nach dem Abschluss des Phasenanschnittes. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird dazu eine Spitzenwerterfassungsschaltung verwendet.
Das Zeitfenster kann beispielsweise zum Laden eines Kondensators verwendet
werden, ist aber sehr kurz im Vergleich zur sinusförmigen Versorgungsspannung.
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Das
Zeitfenster wird vorzugsweise so eingestellt, dass es sich öffnet und
schließt
innerhalb eines Zeitintervalls, welches mit dem Durchschalten des Phasenanschnittdimmers
beginnt und welches damit endet, dass die Spannung über der
Eingangskapazität
den Wert der momentanen Versorgungsspannung erreicht. Damit ist
insbesondere der Fall ausgeschlossen, dass ein Wert gespeichert
wird, der größer als
die Versorgungsspannung beim Durchschalten des Dimmers ist.
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Beim
erstmaligen Anlegen der Versorgungsspannung an den Dimmer und die
Lampe kann eine Blindstromschwingung nicht ausgeschlossen werden,
da noch kein Prognosewert gespeichert ist. Nach wenigen Halbwellen
ist jedoch ein stabiler Zustand erreicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, wird die Länge
des Zeitfensters durch ein Monoflop bestimmt. Dies wird durch ein
Signal aus einer Steuerschaltung des elektronischen Vorschaltgerätes gesetzt
und setzt sich nach einer gegebenen Zeit wieder zurück. Beispielsweise
kann der beginnende Stromfluss durch die Speicherdrossel des Hochsetzstellers
das Setzen des Monoflops triggern. Das Monoflop definiert das Zeitfenster
für die
Speicherung des Momentanwertes der Versorgungsspannung am Ende des
Phasenanschnittes, beispielsweise mittels eines durch das Monoflop
gesteuerten Schalters.
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Das
Zeitfenster wird bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
mittels eines Differenzierers aus einem Kondensator und einem Widerstand vorgegeben.
Der Differenzieren wird durch eine Flanke eines Signals aus einer
Steuerschaltung des Vorschaltgerätes
angesprochen. In Folge der Flanke tritt über dem Widerstand des Differenzierers
ein Spannungssprung gefolgt von einem exponentiellen Abklingen auf.
Die Zeitkonstante des exponentiellen Abklingens ist bestimmt durch
die Größe des Widerstandes
und des Kondensators im Differenzierer. Das exponentielle Abklingen
definiert das Zeitfenster für die
Speicherung des Momentanwertes der Versorgungsspannung.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform für die Bestimmung
eines Zeitfensters und zur Speicherung eines Prognosewertes der
Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes basiert auf folgendem
Zusammenhang: Zum Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung der
Induktivität
im Dimmer entspricht der Momentanwert der Spannung über der
Eingangskapazität
dem Momentanwert der Versorgungsspannung. Da seit dem Ende des Phasenanschnittes
sich die Versorgungsspannung kaum geändert hat, entspricht dann
die Spannung über
der Eingangskapazität
etwa dem Momentanwert der Versorgungsspannung am Ende des Phasenanschnittes.
Der Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer
entspricht dem Nulldurchgang der zweiten Ableitung der Spannung über der Eingangskapazität des Vorschaltgerätes und
ist leicht zu bestimmen (wie in den Ausführungsbeispielen im Anschluss
an 10 beschrieben). In diesem Fall
kann man als Prognosewert die Spannung über der Eingangskapazität des Vorschaltgerätes zu diesem
Zeitpunkt speichern.
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Vorzugsweise
weist eine Ausführungsform eine
Vergleichsvorrichtung auf. Diese vergleicht den Wert aus der Speichervorrichtung
mit dem aktuellen Wert der Spannung über der Eingangskapazität. Vor dem
Ende des Phasenanschnittes steuert die Vergleichsvorrichtung die
Steuerschaltung des Hochsetzstellers an, welcher dann die Eingangskapazität entsprechend
entlädt.
Ist beispielsweise die Spannung über
der Eingangskapazität
größer als
der gespeicherte Wert, so wird die Eingangskapazität entladen.
Im Ausführungsbeispiel
ist konkreter beschrieben, wie das Ausgabesignal der Vergleichseinrichtung
zur Steuerung des Ladevorganges der Eingangskapazität beitragen
kann.
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Vorzugsweise
wird die Eingangskapazität über eine
Aktivierung des Hochsetzstellers vor dem Abschluss des Phasenanschnittes
entladen.
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Vorzugsweise
wird die Eingangskapazität von
dem Zwischenkreiskondensator geladen. Dazu kann eine zwischen die
versorgungspotentialseitigen Anschlüsse des Zwischenkreiskondensators
und der Eingangskapazität
geschaltete Diode mit einem Widerstand überbrückt sein. Es gibt Bauformen
von Hochsetzstellern, die mehrere zwischen die versorgungspotentialseitigen
Anschlüsse
des Zwischenkreiskondensators und der Eingangskapazität geschaltete
Dioden aufweisen; hier können
eine oder mehrere Dioden überbrückt sein.
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Um
die Eingangskapazität
auf den in der Speichervorrichtung gespeicherten Wert zu laden,
ist eine Steuerung erforderlich. Soll eine solche nicht eigens hinzugefügt werden,
so kann zunächst
die Eingangskapazität
von dem Zwischenkreiskondensator so stark aufgeladen werden, dass
die Spannung über der
Eingangskapazität
in jedem Fall zu hoch ist. Daraufhin kann der Hochsetzsteller aktiviert
werden, um die Eingangskapazität
auf den gewünschten
Wert (höchstens
den Prognosewert) zu entladen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen
erfindungswesentlich sein. Die vorstehende und die folgende Beschreibung
beziehen sich auf die Vorrichtungskategorie und die Verfahrenskategorie
der Erfindung, ohne dass dies im Einzelnen noch explizit erwähnt wird.
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1 zeigt
schematisch einen Hochsetzsteller als Teil eines elektronischen
Vorschaltgerätes.
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2 zeigt
schematisch für
ein elektronisches Vorschaltgerät
nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über einer
Eingangskapazität
einer Last UC, den Netzstrom IN und den mittleren durch den Hochsetzsteller fließenden Strom
ILH. Es sind drei relevante Zeitintervalle T1, T2, T3 eingetragen.
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3 zeigt
schematisch für
ein elektronisches Vorschaltgerät
mit einer ersten Vorrichtung zur Blindstromschwingungsreduzierung
die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über der Eingangskapazität der Last
UC, den Netzstrom IN und den mittleren durch den Hochsetzsteller fließenden Strom
ILH. Es sind zwei relevante Zeitintervalle T1, T2 eingetragen.
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4 zeigt
eine erste Schaltungsanordnung zu einer 3 entsprechenden
Blindstromschwingungsreduzierung.
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5 zeigt
relevante Spannungsverläufe der
Schaltungsanordnung aus 4.
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6 zeigt
eine zweite Schaltungsanordnung zu einer 3 entsprechenden
Blindstromschwingungsreduzierung.
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7 zeigt
schematisch für
ein elektronisches Vorschaltgerät
nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung
UC über
einer Eingangskapazität
C der Last, die Spannung UL über
einer Induktivität
des Dimmers und den Netzstrom IN. Es sind drei relevante Zeitintervalle
T1, T2, T3 eingetragen.
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8a,
b zeigen schematisch einen Verlauf der Spannung UC über der
Eingangskapazität
C beim Entladen bzw. Laden der Eingangskapazität C und die Versorgungsspannung
UIN.
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9 zeigt
schematisch für
ein elektronisches Vorschaltgerät
mit einer zweiten Vorrichtung zur Blindstromschwingungsreduzierung
die Versorgungsspannung UIN, die Spannung UC über der Eingangskapazität C der
Last, die Spannung UL über der
Induktivität
des Dimmers und den Netzstrom IN. Wieder sind drei relevante Zeitintervalle
T1, T2, T3 eingetragen.
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10a zeigt eine Schaltungsanordnung zur Speicherung
von Prognosewerten und zum Vergleich eines Prognosewertes mit der
Spannung UC über
der Eingangskapazität
C.
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10b zeigt eine Variation der Schaltungsanordnung
aus 10a.
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11 zeigt
eine Variation der Hochsetzstellerschaltung aus 1.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
schematisch einen Hochsetzsteller als Teil eines elektronischen
Vorschaltgerätes
einer Kompakt-Leuchtstofflampe CFL.
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Der
Hochsetzsteller wird durch einen Kondensator C, einen Zwischenkreiskondensator
CH, eine Diode DH, eine Speicherdrossel LH und ein Schaltelement
SH, hier ein MOSFET, gebildet.
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Üblicherweise
enthalten Hochsetzsteller auch eine hier jedoch nicht gezeichnete
Steuerschaltung zur Ansteuerung des Schaltelementes SH. Beispielsweise
kann eine Steuerschaltung wie in der
EP 1 465 330 A2 beschrieben verwendet werden.
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Das
elektronische Vorschaltgerät
enthält
einen Gleichrichter GL, über
den der Zwischenkreiskondensator CH über die Speicherdrossel LH
und die Diode DH geladen wird. Der Zwischenkreiskondensator versorgt
beispielsweise eine Kompakt-Leuchtstofflampe CFL über eine
Inverterschaltung INV.
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Die
Schaltung arbeitet wie folgt: Die Netzwechselspannung wird in dem
Gleichrichter GL in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt.
Parallel zu dem Gleichrichter GL ist auf der Gleichspannungsseite
der Kondensator C zur Funkentstörung geschaltet.
In die positive Zuleitung ist eine Speicherdrossel LH geschaltet.
Das Schaltelement SH sorgt im eingeschalteten Zustand für einen
bis zu einem einstellbaren Wert ansteigenden Stromfluss in der Speicherdrossel
LH. Die Diode DH leitet nach dem Ausschalten des Schaltelementes
SH den in der Speicherdrossel LH eingeprägten Strom in den Zwischenkreiskondensator
CH.
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Zunächst wird
beschrieben, wie sich Blindstromschwingungen mittels einer Einstellung
des zeitlichen Verlaufes eines Stromes ILH durch den Hochsetzsteller
reduzieren lassen.
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In 2 ist
für ein
elektronisches Vorschaltgerät
nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über der
Eingangskapazität
der Last UC, der Netzstrom IN und der mittlere durch den Hochsetzsteller
fließende
Strom ILH gezeigt. Es sind drei relevante Intervalle T1, T2, T3
eingetragen.
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Das
Ende des Phasenanschnittes definiert den Anfang des ersten Intervalls
T1. Es beginnt ein Stromfluss IN vom Versorgungsnetz durch den Dimmer.
Der Anstieg des Stromes IN wird durch die Induktivität des Dimmers
bestimmt. Die Spannung UC über
der Eingangskapazität
C wächst
an. Das Intervall T1 endet, sobald die Spannung UC über der
Eingangskapazität
C dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN entspricht.
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In
dem zweiten Intervall T2 wird die Eingangskapazität C durch
die serielle Induktivität
L des Phasenanschnittdimmers weiter aufgeladen. Die vollständige Abmagnetisierung
der Induktivität
L definiert das Ende des Intervalls T2. Obwohl im Zeitintervall
T2 die Spannung über
der Eingangskapazität
C höher
ist als die Versorgungsspannung UIN, fließt weiter ein Netzstrom IN,
weil die Induktivität
im Phasenanschnittdimmer abmagnetisiert und den Fluss von IN in
gleicher Richtung aufrechterhält.
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In
einem dritten Intervall T3 fließt
zunächst ein
kleiner Strom IN von der Eingangskapazität C zurück zur Versorgung, da die Gleichrichterdioden
in Sperrrichtung kommutieren. Durch den durch den Hochsetzsteller
fließenden
Strom ILH sinkt die Spannung über
der Eingangskapazität
C und erreicht daraufhin den Momentanwert der Versorgungsspannung.
Dieser Zeitpunkt entspricht dem Ende des Intervalls T3.
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In
dem zuvor beschriebenen Szenario kommt es im Intervall T3 dazu,
dass kein Netzstrom IN fließt.
Die Konsequenz ist, dass der Phasenanschnittdimmer, wenn er einen
Triac als Schaltelement verwendet, ausschaltet. Triacs brauchen
einen gewissen Haltestrom, um eingeschaltet zu bleiben.
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In 3 ist
für ein
erfindungsgemäßes elektronisches
Vorschaltgerät
die Versorgungsspannung UIN, die Spannung über der Eingangskapazität der Last
UC, der Netzstrom IN und der mittlere durch den Hochsetzsteller
fließende
Strom ILH gezeigt. Es sind zwei relevante Intervalle T1, T2 eingetragen.
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Im
Unterschied zum Szenario in 2 fließt bei dem
erfindungsgemäßen elektronischen
Vorschaltgerät
in 3 während
des Intervalls T1 kein Strom ILH durch den Hochsetzsteller, weil
das Schaltelement SH des Hochsetzstellers aus 1 dauerhaft
sperrt. Dadurch kann die Aufmagnetisierung der seriellen Induktivität L des
Phasenanschnittdimmers minimiert werden.
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Im
Intervall T2, während
dessen die Induktivität
im Phasenanschnittdimmer L abmagnetisiert und die in ihr gespeicherte
Energie zur kapazitiven Last übertragen
wird, fließt
ein Strom ILH durch den Hochsetzsteller. Dieser Strom ILH muss so
groß sein, dass
die vorübergehende
Spannungsüberhöhung über der
Eingangskapazität
C nicht so stark ausgeprägt
ist wie in 2. Dazu muss innerhalb des Intervalls
T2 die von ILH übertragene
Energie größer sein als
die in der seriellen Induktivität
des Phasenanschnittdimmers L gespeicherte Energie zu Beginn des
Intervalls T2.
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Ein
erhöhter
Stromfluss innerhalb des Intervalls T2 kann dadurch erreicht werden,
dass der Hochsetzsteller, im Gegensatz zum ansonsten genutzten diskontinuierlichen
Betriebsmodus, zeitweise im kontinuierlichen Betriebsmodus betrieben
wird.
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Beim
Vergleich von 2 und 3 sieht man,
dass der Strom ILH durch den Hochsetzsteller bei der Erfindung im
Intervall T1 stark reduziert ist und im Intervall T2 stark erhöht ist.
Im Anschluss an T2 wird bei der Erfindung der Stromfluss aus der
Versorgung IN nicht unterbrochen. Das Intervall T3 entfällt. Der
Phasenanschnittdimmer schaltet nicht aus.
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Zusätzlich kann
obiges Ergebnis auch durch eine Erhöhung der Abschaltstromschwelle
erzielt werden. Arbeitet der Hochsetzsteller mit einer erhöhten Abschaltstromschwelle,
so fließt
während
der Stromaufnahmezyklen ein größerer mittlerer
Strom durch die Speicherdrossel. Damit die Speicherdrossel nicht
sättigt,
muss sie eventuell anders dimensioniert werden.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
zur Erfassung der Grenzen der Intervalle T1 und T2.
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Parallel
zu der Eingangskapazität
C der Last ist eine Serienschaltung aus einem Kondensator C2 und
einem Widerstand R1 geschaltet. Parallel zu dem Widerstand R1 wird
eine Serienschaltung aus einem Kondensator C3 und einem Widerstand
R2 geschaltet. An dem Verbindungsknoten zwischen R2 und C3 werden
Schwellwertbauelemente, konkret zwei Schmitt-Trigger ST1 und ST2,
angeschlossen, deren Ausgaben die Intervalle T1 und T2 markieren.
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5 zeigt
relevante Spannungsverläufe der
Schaltungsanordnung aus 4.
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Zur
Beschreibung der Spannungsverläufe
in 5 wird eine Sprungfunktion als Versorgungsspannung
UIN angenommen. Diese Annahme über die
Versorgungsspannung UIN ist eine gute Näherung für den tatsächlichen zeitlichen Verlauf
der phasenangeschnittenen Versorgungsspannung auf der interessierenden
Zeitskala. Weiter wird bei der folgenden Betrachtung der Strom ILH
durch den Hochsetzsteller vernachlässigt. Dieser ist für die Betrachtung
der Schwingungsvorgänge
beim Durchschalten des Phasenanschnittdimmers nur von untergeordneter
Bedeutung.
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5 zeigt
im obersten Diagramm den Verlauf der Versorgungsspannung UIN und
der Spannung UC über
der kapazitiven Eingangslast. Abweichend von den 2, 3, 7 und 9 ist
die Spannung UC nicht als lineare Funktion schematisch dargestellt,
sondern etwas realistischer gezeichnet.
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Die
Spannung UR1 über
R1 ist proportional zu dem die Eingangskapazität C ladenden Strom. R1 und
C2 sind so dimensioniert, dass UR1 der ersten Ableitung des zeitlichen
Verlaufes von UC entspricht. Bei der zweiten differenzierenden Serienschaltung aus
R2 und C3 sind diese so dimensioniert, dass am Widerstand R2 eine
Spannung abfällt,
welche der zweiten Ableitung des zeitlichen Verlaufes der Spannung
UC entspricht.
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Zur
Bestimmung der ersten Ableitung kann man alternativ auch den Widerstand
R1 in Serie zu der Eingangskapazität C schalten und auf den Kondensator
C2 verzichten.
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Die über R2 abfallende
Spannung, welche der zweiten Ableitung der an der Eingangskapazität C anliegenden
Spannung UC entspricht, wird zwei Schmitt-Triggern zugeführt. Ein
erster Schmitt-Trigger ST1 erzeugt eine Ausgangsspannung USTA1, welche
im Intervall T1 einen positiven Wert annimmt. Während des Intervalls T1 ist
die zweite Ableitung von UC positiv. Außerhalb von T1 entspricht USTA1 dem
Bezugspotential. Ein zweiter Schmitt-Trigger ST2 erzeugt eine Ausgangsspannung
USTA2, welche im Intervall T2 einen positiven Wert annimmt. Während des
Intervalls T2 ist die zweite Ableitung von UC negativ. Außerhalb
von T2 entspricht USTA2 dem Bezugspotential.
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Der
Spannung UC über
der Eingangskapazität
können
hochfrequente Wechselspannungen überlagert
sein. Die Differenzierung durch die Serienschaltung aus dem Kondensator
C2 und dem Widerstand R1 koppelt vor allem die hochfrequenten Wechselspannungsanteile
aus. Die Spannung UR1 ist für
den folgenden Differenzierer dann evtl. nicht mehr sinnvoll auswertbar.
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6 zeigt
eine entsprechend verbesserte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Der
Kondensator C3 des zweiten Differenzierers ist nicht mehr direkt
an den Verbindungsknoten von R1 und C2 geschaltet, sondern über eine
Parallelschaltung aus einer Diode D1 und einem Widerstand R3. Die Diode
ist so gepolt, dass ein Strom von C2 nach C3 durch sie fließen kann,
jedoch kein Strom von C3 nach C2. Zusätzlich wird ein weiterer Kondensator C4
verwendet, der parallel zu der Serienschaltung aus C3 und R2 liegt.
Mit dieser Spitzenwerterfassungsschaltung wird die erste Ableitung
der Spannung über
der Eingangskapazität
UC geglättet.
Im Kondensator C4 wird der Spitzenwert der Spannung über R1 über die
Diode D1 eingespeichert. Über
R3 ist ein langsames Entladen von C4 möglich.
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Die
in den
4 und
6 beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen
können
mit dem elektronischen Vorschaltgerät aus der
EP 1 465 330 A2 vorteilhaft
verwendet werden, indem sie dort parallel zur Eingangskapazität C (C1
in der
EP 1 465 330
A2 ) geschaltet werden. Die Schaltungsanordnungen steuern
den Hochsetzsteller so, dass im Intervall T1 der Strom durch LH
und damit der die Eingangskapazität entladende Strom minimal ist.
Das kann dadurch erreicht werden, dass der Schalter SH dauerhaft
sperrt, und zwar durch eine Steuerung des Schalters SH über die
Steuereinrichtung des Hochsetzstellers aus der
EP 1 465 330 A2 durch das
Spannungssignal STA1 aus einer der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen.
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Gemäß der Erfindung
soll hingegen im Intervall T2 ein zeitweise erhöhter mittlerer Strom ILH durch
den Hochsetzsteller fließen.
Dazu kann die Betriebsweise des Hochsetzstellers über die
Steuereinrichtung aus der
EP
1 465 330 A2 variiert werden (in der
EP 1 465 330 A2 wird die
Steuerschaltung mit BCC bezeichnet).
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Normalerweise
wird der Hochsetzsteller im so genannten diskontinuierlichen Modus
betrieben. Der Schalter SH wird immer erst dann eingeschaltet, wenn
in der Speicherdrossel des Hochsetzstellers kein Strom mehr fließt, also wenn
die Speicherdrossel LH gerade vollständig abmagnetisiert ist. Schaltverluste
sind in dieser Betriebsweise minimal.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Hochsetzsteller im Intervall T2 aber im kontinuierlichen
Modus betrieben. Der kontinuierliche Modus zeichnet sich dadurch
aus, dass mit dem Einschalten des Schaltelementes SH nicht so lange
gewartet wird wie im diskontinuierlichen Fall, es fließt also
kontinuierlich ein Strom durch die Speicherdrossel LH. Dadurch wird
der mittlere Stromfluss durch den Hochsetzsteller im Intervall T2
im Vergleich zum Normalbetrieb vergrößert. Da das Intervall T2 im
Vergleich zu einer ganzen Netzhalbwelle kurz ist, mitteln sich die
verursachten erhöhten
Schaltverluste zu einer kleinen, vernachlässigbaren Größe.
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Es
hat sich herausgestellt, dass ein fließender Übergang vom kontinuierlichen
Modus zum diskontinuierlichen Modus von Vorteil ist, weil dadurch weitere
Stromschwingungen reduziert werden können. „Fließender Übergang" bedeutet hier, dass die Einschaltstromschwellen
abnehmen. Sobald die Ausschaltzeit des Schalters SH so lang ist,
dass sich die Speicherdrossel LH komplett abmagnetisieren kann,
liegt ein diskontinuierlicher Modus vor. Die Ausschaltzeit kann,
wenn gewünscht,
weiter verlängert werden.
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Anhand
der 7 ff wird im Folgenden erläutert, wie zusätzlich durch
geeignetes Laden oder Entladen der Eingangskapazität während des
Phasenanschnittes Blindstromschwingungen reduziert werden können.
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Dadurch,
dass die beiden bisherigen Ausführungsbeispiele
(nach den 4 und 6) beide Möglichkeiten
der Blindstromreduzierung verwirklichen sollen, dämpfen sie
Blindstromschwingungen effektiver. Wird die Eingangskapazität C vor
dem Ende des Phasenanschnittes auf einen geeigneten Wert geladen
oder entladen, so ist die Spannungsüberhöhung UC nach dem Ende der Aufmagnetisierung
der Induktivität
im Dimmer nicht so ausgeprägt wie
ohne diesen Eingriff. Es fließt
weniger Blindstrom und die verbleibende Blindstromschwingung kann durch
eine passende Steuerung des Stromes durch den Hochsetzsteller einfacher
gedämpft
werden.
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In 7 ist
wie in 2 zunächst
zum Verständnis
für ein
elektronisches Vorschaltgerät
nach dem Stand der Technik die Versorgungsspannung UIN, die Spannung
UC über
der Eingangskapazität
C der Last und der Netzstrom IN gezeigt. Zusätzlich wird die Spannung UL über der
Induktivität
im Phasenanschnittdimmer gezeigt. Es sind die drei gleichen Intervalle
T1, T2, T3 wie in 2 eingetragen.
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Der
Verlauf der Versorgungsspannung UIN, der Spannung über der
Eingangskapazität
UC und der Verlauf des Netzstromes in den Zeitintervallen T1, T2
und T3 ist identisch mit dem aus 2.
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Der
Anstieg des Stromes IN wird durch die Induktivität des Dimmers, die Größe der Eingangskapazität C sowie
die Spannung UL über
der Induktivität
des Dimmers bestimmt. Man beachte die großen Spitzenwerte der Spannung
UL über
der Induktivität im
Phasenanschnittdimmer, der Spannung UC über der Eingangskapazität C und
des Netzstromes IN.
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Der
dem zur Versorgung der Entladungslampe erforderlichen Wirkstrom überlagerte
Blindstrom soll verkleinert werden. Dieser Blindstrom wird durch die
Auf- und Abmagnetisierung der Induktivität im Phasenanschnittdimmer
verursacht, lädt
die Eingangskapazität
C während
der Abmagnetisierung T2 der Induktivität im Dimmer weiter auf und
verursacht die Spannungsüberschwingung.
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Der
Strom IN durch die Induktivität
des Phasenanschnittdimmers nimmt so lange zu, wie die Spannung UC über der
Eingangskapazität
C kleiner als die Versorgungsspannung UIN ist. Das ist im Intervall
T1 der Fall. Vor dem Ende des Phasenanschnittes (vor dem Intervall
T1) wird die Eingangskapazität
C so geladen, dass die Spannung UC über der Eingangskapazität C dem
Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes
nahe kommt. Da UL = UIN – UC
gilt, ist die Spannung UL über
der Induktivi tät
des Dimmers dann zu Beginn der Aufmagnetisierung dieser Induktivität kleiner
als ohne geeignetes Laden der Eingangskapazität C. Damit ist auch der Spitzenstrom
IN durch die Induktivität
des Dimmers vergleichsweise klein. Idealerweise entspricht die Spannung
UC am Ende des Phasenanschnittes dem Momentanwert der Versorgungsspannung
UIN. Weiter unten wird gezeigt, dass es jedoch technisch sinnvoll
ist, den Wert der Spannung UC etwas kleiner zu wählen.
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In
diesem Beispiel wird in jeder Netzhalbwelle des Versorgungsnetzes
am Ende des Phasenanschnittes der Momentanwert der Versorgungsspannung
gespeichert; bei einem geschickt gewählten Zeitpunkt der Speicherung
entspricht der gespeicherte Wert dem Momentanwert der Versorgungsspannung
UIN am Ende des Phasenanschnittes. Eine entsprechende Schaltung
wird weiter unten beschrieben. Die Eingangskapazität C wird
dann vor dem erneuten Einschalten des Schaltelementes im Dimmer in
der nächsten
Halbwelle auf knapp (90%) des in der vorhergehenden Netzhalbwelle
gespeicherten Wertes geladen. Es kann dabei davon ausgegangen werden,
dass die durch eine Bedienperson vorgenommene Veränderung
des Phasenanschnittes des Dimmers in aufeinander folgenden Netzhalbwellen
nur gering ist.
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Die 8a und
b zeigen schematisch den Verlauf der Spannung UC bei der Ent- bzw.
Aufladung der Eingangskapazität
C auf den in der vorherigen Halbwelle gespeicherten Wert der Versorgungsspannung
UIN. Zu den Zeiten, zu denen die Eingangskapazität C auf- oder entladen wird,
ist der Verlauf der Spannung UC gestrichelt dargestellt, weil der genaue
Verlauf nicht relevant ist.
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8a zeigt
den Fall, dass die Eingangskapazität C vor dem Ende des Phasenanschnittes
entladen wird, und 8b zeigt den Fall, dass die
Eingangskapazität
C vor dem Einschalten des Schaltelementes im Dimmer geladen wird.
Wie dies geschieht, wird weiter unten beschrieben.
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In
beiden Fällen
wird dadurch die Differenz zwischen der Spannung UC über der
Eingangkapazität
C und dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes
klein oder verschwindet fast.
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Beim
erstmaligen Anlegen der Versorgungsspannung UIN über den Dimmer und an die Last kann
eine Blindstromschwingung eventuell nicht vermieden werden, weil
noch kein Prognosewert für
die Versorgungsspannung UIN gespeichert wurde. Nach wenigen Netzhalbwellen
hat das System jedoch einen stabilen Zustand erreicht.
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9 zeigt
für die
weiteren Merkmale der Ausführungsbeispiele
die Versorgungsspannung UIN, die Spannung UC über der Eingangskapazität C, den
Netzstrom IN und die Spannung UL über der Induktivität des Dimmers.
Zum leichteren Verständnis
wird nur der Effekt einer geeigneten Ladung der Eingangskapazität vor dem
Ende des Phasenanschnittes dargestellt. Maßnahmen, die anhand der 3 bis 6 erläutert wurden,
fehlen.
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Die
Spannung UC über
der Eingangskapazität
C ist am Ende des Phasenanschnittes etwas kleiner als der Wert der
Momentanspannung UIN. Es ist zu erkennen, dass der Spitzenwert des
Netzstromes IN im Vergleich zu 7 deutlich
kleiner ist. Der Spitzenwert der über der Induktivität anliegenden
Spannung UL ist ebenfalls kleiner. Der Netzstrom IN schwingt deutlich
weniger. Nach der Abmagnetisierung T3 der Induktivität im Dimmer
fließt,
anders als in 7 gezeigt, ein kontinuierlicher
Netzstrom IN. Die Erfindung verhindert, dass der Haltestrom des Schaltelementes
im Dimmer unterschritten wird.
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9 zeigt,
dass die Spannung UC über
der Eingangskapazität
C auf einen Wert am Ende des Phasenanschnittes eingestellt wird,
welcher unter dem entsprechenden Momentanwert der Versorgungsspannung
liegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Anschluss an
den Phasenanschnitt in jedem Fall ein Strom zur Last fließen kann.
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Eine
weitere Möglichkeit,
den Momentanwert der Versorgungsspannung UIN zu prognostizieren, funktioniert
wie folgt: Es kann in Serie zum Eingang des elektronischen Vorschaltgerätes ein
weiteres Bauteil, beispielsweise eine Induktivität, geschaltet sein. An diesem
Bauteil fällt
am Ende des Phasenanschnittes eine zur Differenz UIN – UC proportionale Spannung
ab, welche dann in einer folgenden Netzhalbwelle zur Einstellung
der Spannung über
der Eingangskapazität
verwendet werden kann.
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10a beschreibt eine kostengünstigere und zuverlässigere
Schaltungsanordnung. Die Schaltung hat die Aufgabe, den Momentanwert
der Spannung UIN im Anschluss an den Phasenanschnitt zu messen.
Weiter soll die Schaltung eine Steuereinrichtung des Hochsetzstellers
zur beschriebenen Ladung der Eingangskapazität C ansprechen.
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Die
Schaltung enthält
ein Monoflop MF, das über
einen Signaleingang A am Ende des Phasenanschnittes aktiviert wird.
An einem Ausgang B des Monoflops MF liegt einer von zwei Zuständen an.
Einer davon signalisiert, dass das Monoflop MF gesetzt ist, den
anderen Zustand nimmt das Monoflop MF in der übrigen Zeit ein.
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Der
Ausgang B des Monoflops MF wird auf einen Steuereingang C eines
Schalters AS gelegt. Der Schalter AS leitet ein Signal AVIN von
einem zweiten Eingang D an einen Ausgang E weiter, wenn er über den
Steuereingang C aktiviert ist. Das Signal AVIN ist proportional
zur Eingangsspannung UIN der Last.
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An
den Ausgang E des Schalters AS wird eine Diode DS und ein Kondensator
CS zur Spitzenwerterfassung angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator
CS ist dabei ein Widerstand RS geschaltet. Über diesen kann der Kondensator
CS langsam entladen werden, wenn die zu erfassenden Spitzenwerte
kleiner werden. Die Entladungszeit des Kondensators CS ist nur durch
die Größe der Kapazität CS und den
Widerstandes RS bestimmt. Die ent sprechende Zeitskala wird so gewählt, dass
sie der Änderung
des Phasenanschnittes durch eine Bedienperson angemessen ist.
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Die
Spannung über
dem Kondensator CS wird einem ersten Eingang COM2 eines Vergleichers COM
zugeführt.
Einem zweiten Eingang COM1 des Vergleichers COM wird ein zur Spannung
UC proportionales Signal AVC zugeführt. Ein Ausgang COMA des Vergleichers
nimmt einen ersten Zustand an, wenn das Signal AVC am Eingang COM1
kleiner als das Signal an dem anderen Eingang COM2 ist, und einen
zweiten Zustand, wenn das Signal an COM1 größer als das Signal an COM2
ist. Der Ausgang COMA des Vergleichers COM kann beispielsweise mit
der Steuereinrichtung des Hochsetzstellers verbunden sein.
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Die
Länge des
Zeitfensters, in dem das Monoflop MF gesetzt ist, ist im Vergleich
zur Periodendauer der Versorgungsspannung UIN sehr klein. Längstenfalls
bleibt das Monoflop MF während
der gesamten Aufmagnetisierung der Induktivität im Dimmer (im Intervall T1)
gesetzt.
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10b zeigt, wie die Länge des Zeitfensters auch mittels
Differenzierers aus einem Kondensator CT und einem Widerstand RT
vorgegeben werden kann. Wie das Monoflop MF wird der Differenzierer über einen
Signaleingang am Ende des Phasenanschnittes angesprochen. Damit
tritt über
dem Widerstand RT ein Spannungssprung auf, welcher exponentiell
abklingt. Die Zeitkonstante des exponentiellen Abklingens ist das
Produkt aus der Größe des Widerstandes
RT und der Kapazität
CT. Die Dauer des Abklingens des Spannungssprunges über dem Widerstand
RT gibt das Zeitfenster vor, in dem der Schalter AS eingeschaltet
bleibt.
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Alternativ
kann ein geeignetes Zeitfenster für die Speicherung eines Prognosewertes
für die
Versorgungsspannung UIN auch mittels einer der Schaltungsanordnungen
aus den 4 oder 6 erfasst werden.
Der Zeitpunkt des Endes der Aufmagnetisierung T1 der Induktivität im Dimmer
entspricht dem Nulldurchgang der zweiten Ableitung der Spannung UC über der
Ein gangskapazität
C. Dieser Zeitpunkt wird durch die Signalsausgänge STA1 und STA2 angezeigt
und bestimmt das Ende des Zeitfensters. In diesem Fall kann man
als Prognosewert die Spitzenspannung UC über der Eingangskapazität C bis
zu diesem Zeitpunkt speichern. Da seit dem Ende des Phasenanschnittes
sich die Versorgungsspannung kaum geändert hat, entspricht zu diesem
Zeitpunkt die Spannung UC über
der Eingangskapazität
C dem Momentanwert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes.
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Die
Schaltungsanordnungen aus den
10a und
10b lassen sich, wie die Schaltungen aus den
4 und
6,
gut in den in der
EP
1 465 330 A2 beschriebenen Hochsetzsteller einbauen. Dieser
verfügt über eine
Steuerschaltung BCC, welche unter anderem von der Schaltungsanordnung aus
10a und b angesteuert werden kann. Weiter können für diesen
Hochsetzsteller Maßnahmen
zum Laden oder Entladen der Eingangskapazität C konkret beschrieben werden.
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Der
Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelementes im Dimmer kann in
dem Hochsetzsteller aus der
EP
1 465 330 A2 durch den beginnenden Stromfluss durch beispielsweise
die Speicherdrossel LH (L1 in der
EP 1 465 330 A2 ) des Hochsetzstellers erfasst
werden. Dieser beginnende Stromfluss triggert über den Eingang A das Monoflop
MF. Das Monoflop MF schaltet am Ende des Phasenanschnittes bis zum
Ende eines vorgebbaren Zeitintervalls (das Zeitfenster) über den
Eingang C den Schalter AS ein. Während
der Schalter AS eingeschaltet ist, erfasst die Kapazität CS über die
Diode DS die am Eingang AVIN anliegende Spitzenspannung.
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Mit
dem Signal COMA kann der Hochsetzsteller aus der
EP 1 465 330 A2 so lange
aktiviert werden, wie die Spannung UC über der Eingangskapazität C größer als
der gespeicherte Wert ist. Dadurch wird die Eingangskapazität C auf
einen Wert entladen, der geringfügig
unter dem Wert der Versorgungsspannung UIN am Ende des Phasenanschnittes
liegt. Konkret wird dazu die Signalleitung COMA mit einem Element
der Steuerschaltung BCC des Hoch setzstellers verknüpft. In
der
EP 1 465 330 A2 in deren
5a ist
ein Flip-Flop FF2
beschrieben, welches mittels des Ausgangs COMA des Vergleichers COM
gesetzt werden kann, so dass der Hochsetzsteller aktiviert wird.
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Alternativ
kann die Eingangskapazität
C auch durch ein parallel geschaltetes Schaltelement, beispielsweise
eine Serienschaltung aus einem Transistor und einem Widerstand,
entladen werden. Dieses wird über
die Signalleitung COMA so angesteuert, dass es einschaltet und die
Eingangskapazität
C entlädt.
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11 zeigt
eine Variation der Hochsetzstellerschaltung aus 1;
es ist ein zusätzlicher
Widerstand RH parallel zu der Diode DH geschaltet.
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Ist
nämlich
ein Aufladen der Eingangskapazität
C gewünscht,
wie in 8b gezeigt, kann die Diode DH
mit einem Widerstand RH überbrückt werden.
Dadurch kann die Eingangskapazität
C vor dem Ende des Phasenanschnittes über den Zwischenkreiskondensator
geladen werden. Um die Eingangskapazität auf den in der Speichervorrichtung
gespeicherten Wert zu laden, ist eine Steuerung erforderlich. Will
man eine solche nicht eigens hinzufügen, so kann zunächst die
Eingangskapazität
C von dem Zwischenkreiskondensator so stark aufgeladen werden, dass
die Spannung UC über
der Eingangskapazität
C zu hoch ist. Daraufhin kann der Hochsetzsteller aktiviert werden,
um die Eingangskapazität
C auf den gewünschten
Wert zu entladen.
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Es
gibt Bauformen von Hochsetzstellern, die mehrere zwischen das Versorgungspotential
des Zwischenkreiskondensators CH und das Versorgungspotential der
Eingangskapazität
C geschaltete Dioden aufweisen; hier können eine oder mehrere Dioden überbrückt werden.