DE102005021595A1

DE102005021595A1 - Elekronisches Vorschaltgerät und entsprechendes Einstellverfahren

Info

Publication number: DE102005021595A1
Application number: DE200510021595
Authority: DE
Inventors: Jürgen Klier
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-16
Also published as: CN1867221A; CN1867221B; EP1784062A1

Abstract

Es soll ein verbessertes elektronisches Vorschaltgerät für verschiedene Leuchtstofflampen zur Verfügung gestellt werden. Hierzu ist ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter und einem zum Eingang des Wechselrichters parallel geschalteten Spannungsverteiler (R1, R2) vorgesehen, wobei zwischen den Abgriff des Spannungsteilers (R1, R2) und den Ausgang des Wechselrichters die Leuchtstofflampe (L) geschaltet wird. Das Tastverhältnis des Wechselrichters ist derart veränderbar, dass sich ein Gleichstrom durch die Leuchtstofflampe (L) mit dem Tastverhältnis auf einen gewünschten Wert einstellen lässt. Damit ist das elektronische Vorschaltgerät ohne hohen Aufwand an eine gewünschte Lampe anpassbar.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Vorschaltgerät zum Betreiben und/oder Dimmen einer Leuchtstofflampe mit einem Wechselrichter und einem zum Eingang des Wechselrichters parallel geschalteten Spannungsteiler, wobei zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und den Ausgang des Wechselrichters die Leuchtstofflampe schaltbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Einstellen eines elektronischen Vorschaltgeräts für die Speisung einer Leuchtstofflampe mit dem Wechselstrom eines Wechselrichters und dem Gleichstrom, der mit Hilfe eines Spannungsteilers erzeugt wird.

Gedimmte Leuchtstofflampen bilden unter bestimmten Umständen Scheibenentladungen aus. Sie äußern sich durch abwechselnd helle und dunkle Bereiche in der Lampe von wenigen Zentimetern Größe. Die Scheibenentladungen lassen sich durch einen kleinen Gleichstrom, der zusätzlich zum hochfrequenten Wechselstrom durch die Lampe geschickt wird, beseitigen. Eine diesbezügliche Schaltung ist in der Patentschrift US 5 034 660 dargestellt.

Der für die Kompensation von Scheibenentladungen benötigte Gleichstrom wird üblicherweise durch einen Spannungsteiler erzeugt und fließt durch die Lampe und die Lampendrossel in die Halbbrücke des Wechselrichters. Eine derartige Schaltung ist aus der Druckschrift EP 0 422 255 A1 bekannt. Es hat sich gezeigt, dass Leuchtstofflampen mit größerem Durchmesser (T8) deutlich mehr Gleichstrom zur Eliminierung der Scheibenentladungen brauchen, als Lampen mit kleinerem Durchmesser (T4, T5). Andererseits wurde auch festgestellt, dass gerade bei den dünnen Lampen zu viel Gleichstrom die Stabilität im unteren Dimmbereich (um 1 % des Nennlichtstroms) beeinträchtigt. Deshalb sollten insbesondere EVGs (elektroni- EVGs (elektronische Vorschaltgeräte) mit Lampenerkennung den Gleichstrom an den Durchmesser der gerade betriebenen Lampe anpassen können.

Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Gleichstromeinspeisung ist diejenige Gleichspannung, die während der Vorheizung der Lampe – also so lange die Lampe nicht brennt – an der Lampe anliegt. Diese Gleichspannung kann dazu führen, dass die vorgeschriebenen Grenzwerte für den Effektivwert und den Crestfaktor der Leer- bzw. Leerlaufspannung über der Lampe während der Vorheizung überschritten werden.

Dieser Problematik wurde bislang durch eine Kompromiss-Dimensionierung begegnet. Dadurch musste jedoch in Kauf genommen werden, dass Leuchtstofflampen mit größerem Durchmesser zu Scheibenentladungen neigen und Leuchtstofflampen mit geringerem Durchmesser bei Kälte unruhig sind. Darüber hinaus werden bei dieser Kompromiss-Dimensionierung die Grenzwerte für Effektivwert und Crestfaktor der Leerspannung bei manchen Lampen überschritten.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein elektronisches Vorschaltgerät vorzuschlagen, mit dem Leuchtstofflampen unterschiedlichen Durchmessers besser betrieben werden können. Darüber hinaus ist ein entsprechendes Verfahren zum Einstellen eines elektronischen Vorschaltgeräts bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben und/oder Dimmen einer Leuchtstofflampe mit einem Wechselrichter und einem zum Eingang des Wechselrichters parallel geschalteten Spannungsteiler, wobei zwischen den Abgriff des Spannungsteilers und den Ausgang des Wechselrichters die Leuchtstofflampe schaltbar ist, und wobei das Tastverhältnis des Wechselrichters veränderbar ist, so dass sich ein Gleichstrom durch die Leuchtstofflampe mit dem Tastverhältnis auf einem gewünschten Wert einstellen lässt.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Einstellen eines elektronischen Vorschaltgeräts für die Speisung einer Leuchtstofflampe mit dem Wechselstrom eines als Halbbrücke ausgeführten Wechselrichters und mit einem Gleichstrom, der mit Hilfe eines Spannungsteilers erzeugt wird, durch Einstellen eines Tastverhältnisses des Wechselrichters derart, dass der Gleichstrom durch die Leuchtstofflampe einen gewünschten Wert erreicht.

In vorteilhafterweise kann hierdurch der Gleichstrom, der für den Betrieb der Leuchtstofflampe notwenig ist, ohne hohen Aufwand nahezu beliebig variiert werden, ohne dass Bauelemente ausgetauscht werden müssen. Insbesondere können dadurch Scheibenentladungen bei Lampen größeren Durchmessers und Flackererscheinungen bei Lampen geringeren Durchmessers praktisch vollständig unterbunden werden.

Vorzugsweise besitzt der Wechselrichter des elektronischen Vorschaltgeräts einen Microcontroller mit dem das Tastverhältnis einstellbar ist. Somit lässt sich das Tastverhältnis mittels Software einstellen.

Das Tastverhältnis sollte in einem Bereich von 30 %/70 % bis bis 70 %/30 % variiert werden können. Tastverhältnisse außerhalb dieses Bereichs erschweren die Dimensionierung des Lastkreises.

Entsprechend einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Spannungsteiler so dimensioniert, dass bei einem Tastverhaltnis von 50 %/50 % die Hälfte des für die zu verwendende Leuchtstofflampe erforderlichen Gleichstroms durch die Leuchtstofflampe fließt. Damit muss das Tastverhältnis gegenüber dem Verhältnis 50 %/50 % nicht allzu sehr verstimmt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts wiedergibt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Entsprechend dem in der Figur darestellten Schaltplan wird eine Leuchtstofflampe L über einen Spannungsteiler R1/R2, der eine Zwischenkreisgleichspannung Uzw im entsprechenden Verhältnis teilt und diese geteilte Spannung an seinem Abgriff zur Verfügung stellt, mit Gleichstrom versorgt. An den Abgriff ist ein Pol der Leuchtstofflampe L angeschlossen.
Parallel zu dem Widerstand R2 des Spannungsteilers ist außerdem ein Kondensator CK gegen Masse geschlossen.
Die Zwischenkreisgleichspannung Uzw dient außerdem als Eingangsspannung für einen Wechselrichter, der hier durch eine Halbbrücke bestehend aus einer Serienschaltung von zwei Transistoren Q1 und Q2 realisiert ist. Die Transistoren Q1 und Q2 werden durch einen Microcontroller μC in einem gewünschten Tastverhältnis gesteuert.
An dem Knoten zwischen den Transistoren Q1 und Q2 ist eine Lampendrossel LD angeschlossen. Diese ist andererseits mit dem zweiten Pol der Leuchtstofflampe und einem Kondensator CZ verbunden, der ebenfalls an Masse liegt.
Der vom Spannungsteiler R1/R2 erzeugte Gleichstrom fließt durch die Leuchtstofflampe L und die Lampendrossel LD in die Halbbrücke Q1/Q2. Das Teilerverhältnis und der Innenwiderstand des Spannungsteiler R1/R2 bestimmen die Größe des Gleichstroms und dessen Verlauf über den Dimmbereich. Das Tastverhältnis der Halbbrücke Q1/Q2 beträgt üblicherweise 50 %/50 %, so dass am Knoten zwischen den Transistoren Q1 und Q2 im zeitlichen Mittel die halbe Zwischenkreisgleichspannung Uzw/2 anliegt.
Erfindungsgemäß wird nun der Gleichstrom auch dadurch eingestellt, dass der Gleichanteil der Halbrückenspannung an dem Knoten zwischen den Transistoren Q1 und Q2 über das Tastverhältnis der Halbbrückensteuerung verändert wird. Dieses Tastverhältnis kann bei einem EVG mit Lampenerkennung, bei dem ein Microcontroller μC die Halbbrücke Q1/Q2 steuert, leicht über die Software eingestellt werden. Die Hardware der Schaltung ändert sich dabei nicht. Günstigerweise werden jedoch die Widerstände R1 und R2 anders dimensioniert als im Falle eines starren Tastverhältnisses.
Im folgenden werden zwei Dimensionierungsbeispiele angegeben. Dabei wird eine Schaltung mit starrem Tastverhältnis 50 %/50 % als Ausgangspunkt gewählt. Bei einer Dimensionierung R1 = 150 kΩ, R2 = 820 kΩ und Uzw = 400 V ergibt sich für das gewählte Tastverhältnis ein maximaler Gleichstrom von 789 μA und eine Leerspannung von 138 V.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Gleichstrom durch das Teilerverhältnis und/oder das Tastverhältnis eingestellt. Das nachfolgende Beispiel 1 zeigt den Extremfall, dass der Gleichstrom allein über das Tastverhältnis eingestellt wird. Der maximale Gleichstrom soll wiederum 789 μA und die Leerspannung maximal 138 V betragen. Da der Gleichstrom allein über das Tastverhältnis eingestellt wird, sind die Widerstände R1 und R2 gleich groß zu wählen, nämlich R1 = R2 = 258 kΩ. Um den genannten Gleichstrom zu erreichen, ist nun ein Tastverhältnis von 15,5 %/84,5 % erforderlich. Da die Widerstände R1 und R2 gleich groß sind, sinken der Gleichstrom und die Leerspannung bei einem Tastverhältnis 50 %/50 % auf 0 ab. Die gewählte Lampe erfordert jedoch einen maximalen Gleichstrom von 789 μA und somit das genannte Tastverhältnis von 15,5 %/84,5 %, was einer sehr starken Verstimmung entspricht. Diese starke Verstimmung erschwert die Dimensionierung des Lastkreises LD, CZ und CK, da der Lastkreis bei jedem Einschalten eines Transistors Q1, Q2 komplett umgeschwungen sein muss, um Schaltverluste und Funkstörungen zu vermeiden.
Das nochfolgende Beispiel 2 zeigt eine günstigere Dimensionierung. Hier sind die Widerstände R1 und R2 so gewählt, dass bei einem Tastverhältnis 50 %/50 % nur die Hälfte des für die Lampe erforderlichen Gleichstroms durch die Lampe fließt. Die andere Hälfte des Gleichstroms wird durch ein Verstimmen des Tastverhältnisses erzeugt. In diesem Fall wird der Gleichstrom von 789 μA durch die Widerstände R1 = 192 kΩ und R2 = 393 kΩ bei einem Tastverhältnis von 32,7 %/67,3 % erreicht. Dies bedeutet, dass eine wesentlich schwächere Verstimmung vorliegt, so dass der Lastkreis leichter dimensioniert werden kann. Bei der Umkehrung des Tastverhältnisses (67,3 %/32,7 %) verschwinden dann der Gleichstrom und die Leerspannung. Zwischenwerte des Gleichstroms sind über das Tastverhältnis beliebig einstellbar. Somit lässt sich ohne weiteres ein dimmbares EVG mit variablem Gleichanteil des Lampenstroms realisieren.

Claims

Elektrisches Vorschaltgerät zum Betreiben einer Leuchtstofflampe mit – einem als Halbbrücke ausgeführten Wechselrichter (Q1, Q2) und – einem zum Eingang des Wechselrichters parallel geschalteten Spannungsteiler (R1, R2), wobei zwischen den Abgriff des Spannungsteilers (R1, R3) und den Ausgang des Wechselrichters (Q1, Q2) die Leuchtstofflampe (L) schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Tastverhältnis des Wechselrichters (Q1, Q2) veränderbar ist, so dass sich ein Gleichstrom durch die Leuchtstofflampe (L) mit dem Tastverhältnis auf einen gewünschten Wert einstellen lässt.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (Q1, Q2) einen Microcontroller (μC) aufweist, mit dem das Tastverhältnis einstellbar ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tastverhältnis in einem Bereich von 30 %/70 % bis 70 %/30 % variierbar ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannungsteiler so dimensioniert ist, dass bei einem Tastverhältnis von 50 %/50 % die Hälfte des für die zu verwendende Leuchtstofflampe (L) erforderlichen Gleichstroms durch die Leuchtstofflampe Hießt.
Verfahren zum Einstellen eines elektronischen Vorschaltgeräts für die Speisung einer Leuchtstofflampe (L) mit dem Wechselstrom eines als Halbbrücke ausgeführten Wechselrichters (Q1, Q2) und mit einem Gleichstrom, der mit Hilfe eines Spannungsteilers (R1, R2) erzeugt wird, gekennzeichnet durch – Einstellen eines Tastverhältnisses des Wechselrichters (Q1, Q2) derart, dass der Gleichstrom durch die Leuchtstofflampe (L) einen gewünschten Wert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Tastverhältnis in einem Bereich von 30 %/70 % bis 70 %/30 % variierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei bei einem Tastverhältnis von 50 %/50 % die Hälfte des Gesamtgleichstrom durch die Leuchtstofflampe vom Wechselrichter erzeugt wird und der Spannungsteiler entsprechend dimensioniert wird.