DE102006011970A1

DE102006011970A1 - Geregeltes Vorschaltgerät für eine Lampe

Info

Publication number: DE102006011970A1
Application number: DE200610011970
Authority: DE
Inventors: Olaf Busse
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-20
Also published as: WO2007104666A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät und ein Betriebsverfahren für eine Lampe, wobei durch eine Lampenspannungsmessung aus dem Lampenstrom die Lampenleistung oder aus der Lampenleistung der Lampenstrom ermittelt und für Regelungszwecke einschließlich der Begrenzung einer Regelung zur Verfügung gestellt werden können.

Description

Diese Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Lampe mit einer Regelschaltung zur Regelung des Lampenbetriebs und ein entsprechendes Betriebsverfahren.

Stand der Technik

Elektronische Vorschaltgeräte mit Regelschaltungen sind an sich bekannt. Konkret sind Lampenstromregelungen bekannt, aber auch Leistungsregelungen. Beispielsweise können Lampen verschiedenen Typs, insbesondere Entladungslampen, speziell Niederdruckentladungslampen, durch Einflussnahme auf eine Zwangssteuerung eines Wandlers in dem Vorschaltgerät beispielsweise auf einen Lampennennstrom geregelt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Betriebsfrequenz eines Wandlers, etwa einer Transistorhalbbrücke, zu verändern und damit in unterschiedlicher Nähe zu der Eigenfrequenz eines die Lampe enthaltenden Last- und Resonanzkreises zu arbeiten.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein geregeltes elektronisches Vorschaltgerät für eine Lampe und ein entsprechendes Betriebsverfahren mit verbesserten Regelmöglichkeiten anzugeben.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Lampe mit einem Wandler zum Erzeugen einer Versorgungsleistung für die Lampe, einer Steuerung zur Zwangssteuerung des Wandlers, einer Einrichtung zum Messen einer Lampenbetriebsgröße und einer Regelschaltung zur Regelung des Lampenbetriebs auf die Lampenbetriebsgröße, die dazu ausgelegt ist, die Steuerung des Wandlers zu beeinflussen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen der Lampenspannung als weitere Lam penbetriebsgröße, wobei die Regelschaltung dazu ausgelegt ist, aus einer für die Regelschaltung ermittelten Lampenbetriebsgröße und der Lampenspannung eine dritte Lampenbetriebsgröße zu ermitteln,
und auf ein entsprechendes Betriebsverfahren.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert, wobei nicht mehr explizit zwischen dem Vorrichtungsaspekt und dem Verfahrensaspekt der Erfindung unterschieden wird und sich die dargestellten Merkmale auf beide Kategorien beziehen.

Das erfindungsgemäße Vorschaltgerät zeichnet sich dadurch aus, dass eine Lampenspannungsmesseinrichtung vorhanden ist. Damit besteht die Möglichkeit, aus der gemessenen Lampenspannung zusammen mit dem für die Regelschaltung ohnehin gemessenen Lampenstrom oder der dafür ohnehin gemessenen Lampenleistung die jeweils andere Größe rechnerisch zu ermitteln.

Wenn also eine an sich bekannte Regelschaltung zur Regelung des Lampenstromes vorhanden ist, liegt eine Lampenstrommesseinrichtung ohnehin vor. Dann kann durch Produktbildung auch die Lampenleistung bestimmt werden. Wenn umgekehrt ohnehin eine Lampenleistungsmesseinrichtung vorliegt, lässt sich durch Quotientenbildung der Lampenstrom bestimmen. Andererseits verursacht die Lampenspannungsmessung einen relativ geringen zusätzlichen Aufwand. Damit lässt sich das Vorschaltgerät beispielsweise als einheitliches Vorschaltgerät sowohl für Anwendungsfälle einsetzen, in denen eine Stromregelung bevorzugt ist, als auch für solche, in denen eine Leistungsregelung bevorzugt ist.

Eine andere Möglichkeit, aus der Erfindung Vorteil zu ziehen, kann darin bestehen, die jeweils dritte ermittelte Größe für bestimmte Überwachungsaufgaben heranzuziehen, also insbesondere im einfachsten Fall bei einer Lam penstromregelung eine Leistungsbegrenzung oder bei einer Lampenleistungsregelung eine Strombegrenzung durchzuführen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zwischenkreisspannungsmesseinrichtung vorgesehen. Dies kann besonders vorteilhafterweise in Kombination mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung, etwa einem Hochsetzsteller oder einem SEPIC-Wandler, gelten, für den ohnehin eine Zwischenkreisspannungsmessung nötig ist und der aus ganz anderen Gründen als im Hinblick auf die Regelung des Lampenbetriebs notwendig oder von Vorteil ist.

Die Zwischenkreisspannung kann zusammen mit einer Bestimmung des von dem Wandler aufgenommenen Stromes zur Leistungsermittlung dienen. Vorzugsweise wird der Strom durch einen der Schalttransistoren des Wandlers, insbesondere einen der Schalttransistoren eines Halbbrückenwandlers, direkt bestimmt. Beispielsweise kann seriell zu dem bezugspotentialnäheren der beiden Schalttransistoren zwischen diesen und das Bezugspotential ein Messwiderstand ("Shunt-Widerstand") geschaltet werden. Vorzugsweise wird bei der Messung des Stromes durch den Wandler eine zeitliche Mittelung, etwa über ein AC-Glied, vorgenommen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein sog. Mikrocontroller, also eine programmierbare digitale Steuerungsschaltung, eingesetzt. Dieser Mikrocontroller kann die Funktionen der Steuerung und der Regelschaltung übernehmen, ferner eine optional vorhandene Leistungsfaktorkorrekturschaltung steuern.

Ferner kann der Mikrocontroller, oder auch eine andere Realisierung der Vorschaltgerätsteuerung, eine Funktionalität zur Erkennung des zu versorgenden Lampentyps aufweisen. Beispielsweise kann über Wendelwiderstände von Entladungslampen oder andere Möglichkeiten eine Zuordnung einer angeschlossenen Lampe zu bestimmten Lampentypen oder Typklassen vorgenommen werden, so dass sich das Vorschaltgerät in der Betriebsweise auf den Lampentyp einstellen kann. Insbesondere kann dabei eine Regelung auf bestimmte Stromwerte oder Leistungswerte erfolgen oder auch eine Auswahl zwischen einer Stromregelung oder einer Leistungsregelung.

Insbesondere können Leistungsregelungen angebracht sein für solche Lampen, die sich dem Typ nach hinsichtlich ihrer Leistung identifizieren lassen, wohingegen bei anderen Lampen möglicherweise nur eine Unterscheidung hinsichtlich des richtigen Lampenstroms möglich ist. Ein Beispiel sind unterschiedlich lange, aber im Übrigen praktisch identisch ausgeführte Entladungslampen, die dementsprechend mit identischen Lampenströmen zu betreiben sind, jedoch abhängig von ihrer Länge unterschiedliche Lampenspannungen und damit auch Lampenleistungen zeigen. Wenn eine Zuordnung zu einer solchen Typklasse erfolgt, kann das erfindungsgemäße Vorschaltgerät dann eine Stromregelung einstellen, weil die zutreffende Leistung nicht erkannt werden kann.

Es ist im Übrigen einfach und daher bevorzugt, einen der Anschlüsse der Lampe auf das interne Bezugspotential des Vorschaltgeräts zu legen und die Lampenspannung relativ dazu zu messen. Wenn die Lampenspannung über einen Spannungsteiler erfasst wird, sollte dabei der Messabgriff wiederum auf das Bezugspotential bezogen sein. Dies ist neben anderen Aspekten im Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das im Folgenden in weiteren Einzelheiten dargestellt wird, wobei die einzelnen Merkmalen auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Die Figur zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Das in der Figur dargestellte Blockschaltbild zeigt links einen mit GI bezeichneten Block, der mit einer üblichen Netzspannung versorgt wird und diese gleichrichtet. Die nach rechts ausgegebene gleichgerichtete Wechselspannung versorgt einen aus einer Induktivität L1, einer Diode D1, einem Speicherkondensator C1 und einem Schalttransistor T3 (MOSFET) aufgebauten Hochsetzsteller ("Boost-Konverter"). Der Schalttransistor T3 wird von einer Mikrocontrollersteuerung μC angesteuert, die über eine zu der Induktivität L1 des Hochsetzstellers sekundäre Messwicklung L2 und einen nachgeschalteten Widerstand R1 Informationen über den Nulldurchgang der Netzspannung erhält. Ferner erhält die Mikrocontrollersteuerung μC über eine Spannungsteilerschaltung R2, R3 ein Messsignal über die Zwischenkreisspannung, die über dem Speicherkondensator C1 des Hochsetzstellers abfällt. Dieses Messsignal ist die über R3 gegen das in dem in der Figur unten liegenden horizontalen Ast herrschende Bezugspotential der Schaltung abfallende Spannung.
Mit den Informationen über den Nulldurchgang der Spannung und die herrschende Zwischenkreisspannung an C1 betreibt die Mikrocontrollerspannung μC den Schalttransistor T3 in an sich bekannter Weise so, dass der Hochsetzsteller als Leistungsfaktorkorrekturschaltung wirkt, also eine angenähert sinusförmige Leistungsaufnahme aus dem Netz sicherstellt, auch wenn die momentane Zwischenkreisspannung über der zur Verfügung stehenden momentanen Netzspannung liegt. Durch in dem Gleichrichter GI integrierte Filterstufen werden Störungen in Folge des relativ hochfrequenten Arbeitstaktes des Hochsetzstellers ausgefiltert, so dass sich das Vorschaltgerät insgesamt für das Netz quasi als ohmscher Verbraucher darstellt. Diese Vorgehensweise ist an sich bekannt und muss hier nicht in weiteren Einzelheiten erläutert werden.
Ferner steuert die Mikrocontrollersteuerschaltung μC zwei Schalttransistoren T1 und T2 eines üblichen Halbbrückenwandlers zum Betrieb der rechts unten eingezeichneten Niederdruckentladungslampe L. Die Halbbrücke wird durch die Zwischenkreisspannung an dem Speicherkondensator C1 versorgt und schaltet durch einen alternierenden Schaltbetrieb der beiden Transistoren T1 und T2 den Mittenabgriff dazwischen zwischen den beiden entsprechenden Potentialen hin und her. Der Mittenabgriff legt also an den oberen Anschluss der Lampe L ein hochfrequentes Wechselpotential an, wobei der untere Lampenanschluss auf Bezugspotential liegt.
Zwischen diesen Mittenabgriff und den Lampenanschluss sind in üblicher Weise ein Resonanzkondensator C2 und eine Lampendrossel L3 geschaltet, die genauso wie ein lampenparalleler Kondensator C3 zur üblichen Lastkreisbeschaltung von Niederdruckentladungslampen gehören.
Erfindungsgemäß wird zum einen der Strom durch den Halbbrückenwandler, konkret durch den unteren Schalttransistor T2 über einen Shuntwiderstand R4 gegen Bezugspotential abgegriffen und über eine RC-Mittelungsschaltung mit dem Kondensator C4 und dem Widerstand R5 zeitlich gemittelt. Das entsprechende Signal geht an den mit "In I_out" bezeichneten Eingang der Mikrocontrollersteuerung.
Ferner wird die Lampenspannung über eine Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen R6 und R7 als Spannungsabfall über den Widerstand R7 gegen Bezugspotential abgegriffen, mit Hilfe der Dioden D2 und D3 und des Kondensators C5 als Spitzenwerterfassung ermittelt und an den mit "In V_lamp" bezeichneten Eingang der Mikrocontrollerschaltung μC gegeben. Die Diode D2 verhindert dabei übrigens eine Überspannung an der Diode D3, wenn diese sperrt.
Somit liegen der Mikrocontrollersteuerung μC die Zwischenkreisspannung (V_bus) und der von dem Halbbrückenwandler aufgenommene Strom (I_out) vor, so dass, abgesehen von hier nicht weiter relevanten Verlusten im Wandler, die Lampenleistung als Produkt und als Lampenbetriebsgröße im Sinn der Ansprüche ermittelt werden kann. Ferner liegt die Lampenspannung (V_lamp) als weitere Lampenbetriebsgröße vor, so dass sich aus der Leistung und der Lampenspannung durch Division auch der Lampenstrom als dritte Lampenbetriebsgröße ermitteln lässt. Dabei ist zu beachten, dass der Lampenstrom selbst nur mit etwas größerem Aufwand oder Verlusten zu messen wäre.
Die Mikrocontrollersteuerung μC hat damit, unter der Voraussetzung, dass die Funktion des Hochsetzstellers als Leistungsfaktorkorrekturschaltung ohnehin erwünscht ist, mit minimalem zusätzlichen Aufwand durch die Bauteile R3 bis R7, C4, C5, D2, D3 die momentanen Betriebsdaten der Lampe L zur Verfügung und kann dementsprechend wahlweise eine Leistungsregelung oder eine Stromregelung durchführen, wobei beides jeweils mit einer Begrenzung des jeweils anderen Lampenbetriebswerts kombiniert werden kann.
Das Ausführungsbeispiel benötigt keinen zusätzlichen Verstärker und führt zu minimalen zusätzlichen Bauteilkosten. Für die Mikrocontrollersteuerung μC in Betracht kommende Bauteile verfügen häufig bereits über Multiplikations- oder Divisionsbefehle. Sollten diese nicht gegeben sein, so führt beispielsweise ein Divisionsbefehl auch nur zu einem relativ begrenzten zusätzlichen Aufwand von etwa 150 Byte Programmspeicher.
Ferner ist die Mikrocontrollersteuerung μC in einer hier nicht näher zu erläuternden und an sich bekannten Weise dazu in der Lage, über die Abfrage der Wendelwiderstände eine Zuordnung des Typs der Entladungslampe L zu bestimmten Typklassen vorzunehmen und die Auswahl zwischen den Regelungstypen und Regelungsparametern dementsprechend zu treffen.
Dies hat den Vorteil, dass man mit ein und demselben Vorschaltgerättyp oder mit zumindest strukturell sehr ähnlich aufgebauten Vorschaltgeräten sehr unterschiedlichen Lampen gerecht werden kann. Insbesondere gibt es Lampenklassen, in denen beispielsweise in Folge verschiedener Lampenlängen deutlich unterschiedliche Leistungen, jedoch durchweg gleiche Lampenströ me auftreten. Andererseits kann es gerade bei Lampen mit hoher Leistung wichtig sein, von einer reinen Stromregelung abzugehen und eine Leistungsbegrenzung oder eine Leistungsregelung durchzuführen. Damit können durch Fehler oder Exemplarstreuungen der Lampen auftretende Abweichungen vom üblichen Verhalten und damit bei reiner Stromregelung denkbare zu große Leistungen vermieden werden. Ferner ist eine sparsamere und knappere Dimensionierung des Vorschaltgeräts möglich.

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät für eine Lampe (L) mit einem Wandler (T1, T2) zum Erzeugen einer Versorgungsleistung für die Lampe (L), einer Steuerung (μC) zur Zwangssteuerung des Wandlers (T1, T2), einer Einrichtung (R2-R5, C4) zum Messen einer Lampenbetriebsgröße (V_bus, I_out) und einer Regelschaltung (μC) zur Regelung des Lampenbetriebs auf die Lampenbetriebsgröße (V_bus, I_out), die dazu ausgelegt ist, die Steuerung (μC) des Wandlers (T1, T2) zu beeinflussen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (R6, R7, C5, D2, D3) zum Messen der Lampenspannung (V_lamp) als weitere Lampenbetriebsgröße, wobei die Regelschaltung dazu ausgelegt ist, aus einer für die Regelschaltung ermittelten Lampenbetriebsgröße (V_bus, I_out) und der Lampenspannung (V_lamp) eine dritte Lampenbetriebsgröße zu ermitteln.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung (R2, R3) zum Messen einer den Wandler (T1, T2) versorgenden Zwischenkreisspannung (V_lamp).
Vorschaltgerät nach Anspruch 2 mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung (L1, D1, C1, T3), die durch die Zwischenkreisspannungsmesseinrichtung (R2, R3) gesteuert ist.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Einrichtung (R4, R5, C4) zum Messen des Stroms durch den Wandler (T1, T2), insbesondere durch einen der Schalttransistoren (T2) eines Halbbrückenwandlers.
Vorschaltgerät nach Anspruch 4, bei der die Wandlerstrommesseinrichtung (R4, R5, C4) dazu ausgelegt ist, einen zeitlich gemittelten Wandlerstrom (I_out) zu messen.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Regelschaltung (μC) ausgelegt ist zur Leistungsregelung der Lampe mit einer Strombegrenzung.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Regelschaltung (μC) ausgelegt ist zur Stromregelung der Lampe mit einer Leistungsbegrenzung.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Steuerung und die Regelschaltung in einem Mikrocontroller (μC) integriert sind.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Steuerung (μC) dazu ausgelegt ist, den Typ einer angeschlossenen Lampe (L) zu erkennen.
Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Regelschaltung (μC) sowohl für eine Leistungsregelung als auch für eine Stromregelung ausgelegt ist.
Verfahren zum Betreiben einer Lampe (L) mit Hilfe eines Wandlers (T1, T2), der eine Versorgungsleistung für die Lampe (L) erzeugt und dabei durch eine Steuerung (μC) zwangsgesteuert wird, wobei eine Regelschaltung (μC) den Lampenbetrieb auf eine gemessenes Lampenbetriebsgröße (V_bus, I_out) regelt, indem sie die Steuerung (μC) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampenspannung (V_lamp) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11 unter Verwendung eines elektronischen Vorschaltgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 10.