DE102006017341A1

DE102006017341A1 - Reduzierte Verlustleistung in Elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs)

Info

Publication number: DE102006017341A1
Application number: DE102006017341A
Authority: DE
Inventors: Michele Tiso
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US20090134811A1; WO2007116016A1; KR20080110667A; EP2005803B8; JP2009533807A; EP2005803A1; US8179052B2; EP2005803B1; JP4881429B2; CN101422085A

Abstract

Offenbart wird ein elektronisches Vorschaltgerät, insbesondere für den Betrieb von Gasentladungslampen, bei dem zu dem herkömmlich vorhandenen Leistungshalbleiter ein weiterer Leistungshalbleiter vorhanden ist, der die für den statischen Betrieb nötige Leistung bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) mit einem ersten Leistungshalbleiter, insbesondere einem MOS-FET, dessen Leistung auf eine Anlaufleistung dimensioniert ist.
Stand der Technik
Elektronische Vorschaltgeräte (EVGs) werden insbesondere bei Lampen dafür verwendet, dass eine niederfrequente Netzspannung zunächst gleichgerichtet wird und anschließend mittels eines Hochfrequenzwechselgleichrichters in eine hochfrequente Rechteckspannung umgeformt wird. Dadurch wird beispielsweise der Wirkungsgrad der Lampen erhöht und eine längere Lebensdauer erzielt.
Insbesondere Entladungslampen, wie Leuchtstoffröhren oder Energiesparlampen, müssen zur Strombegrenzung mit Vorschaltgeräten betrieben werden. Dabei muss das Zünden der Lampe mit einer hohen Spannung erfolgen, wofür das EVG eine hohe so genannte Anlaufleistung bereitstellen muss. Diese Anlaufleistung kann je nach Lampentyp einige hundert Volt bis mehrere kV betragen. Im statischen Betrieb – also nach Zünden der Gasentladung – kann der Strom wieder reduziert werden, da für den Betrieb der Entladungslampe eine geringe Spannung ausreicht.
Für die Bereitstellung der Spannung ist in dem Vorschaltgerät ein Leistungshalbleiter verantwortlich, dessen Dimension an die geforderte Anlaufleistung angepasst sein muss. Es kommen deshalb meist leistungsstarke MOS-FET-Transistoren zum Einsatz, die jedoch eine hohe Verlustleistung aufweisen, wenn die Lampe in den statischen Betrieb übergeht.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein elektronisches Vorschaltgerät bereitzustellen, dessen Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Lösungen verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem ersten Leistungshalbleiter, insbesondere einem MOS-FET, dessen Leistung auf eine Anlaufleistung dimensioniert ist, gelöst, wobei das elektronische Vorschaltgerät mindestens einen zweiten Leistungshalbleiter umfasst.
Dadurch können in der Anlaufphase – also beim Starten – beide Leistungshalbleiter verwendet werden, was die Bereitstellung einer sehr hohen Anlaufleistung ermöglicht, während im statischen Betrieb der erste Leistungshalbleiter deaktiviert wird und nur noch der zweite Leistungshalbleiter die statische Leistung bereitstellt. Dies erlaubt die Verwendung von kleiner dimensionierten Leistungshalbleitern, wodurch sich deutliche Leistungsersparnisse ergeben, was wiederum den Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessert.
Darüber hinaus wird durch die Verwendung von kleiner dimensionierten Leistungshalbleitern, das Problem beseitigt, dass die sehr hohen Treiberleistungen, die bei der Verwendung von nur einem Leistungshalbleiter nötig wären, den Vorteil der hohen Schaltfrequenzen negieren, da sie den Wirkungsgrad verschlechtern. Spezielle, für sehr hohe Frequenzen gut geeignete Leistungshalbleiter aber sind sehr teuer, was sich wiederum negativ auf die Herstellungskosten auswirkt. Zudem haben kleinere Leistungshalbleiter den Vorteil, dass die Baugröße der Gehäuse, in die sie eingebaut werden, kleiner sein kann.
Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leistungshalbleiter unterschiedlich dimensioniert sind. Insbesondere ist es vorteilhaft für den statischen Betrieb einen zweiten Leistungshalbleiter zu verwenden, dessen Leistung deutlich geringer ist als die Leistung des ersten Leistungshalbleiters.
Nimmt man an, dass im statischen Betrieb nur etwa 1/3 der Anlaufleistung benötigt werden, kann beispielsweise auch die Leistung des zweiten Leistungshalbleiters nur 1/3 der Leistung des ersten Leistungshalbleiters betragen.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, ist eine Steuereinheit vorgesehen, die das Aktivieren bzw. Deaktivieren der Leistungshalbleiter steuert. Sind die Leistungshalbleiter zudem parallel zueinander angeordnet, kann die Ansteuerung darin bestehen, dass ein Schalter, bspw. ein Unterbrecherkontakt, angesteuert wird, der den ersten Leistungshalbleiter deaktiviert, so dass nur der zweite Leistungshalbleiter die Leistung bereitstellt.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen weiter verdeutlicht. Dabei sollen die beispielhaften Zeichnungen allerdings nicht dazu herangezogen werden, die vorliegende Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele einzuschränken.
Es zeigen:
1: eine schematische Teilansicht eines Schaltplans eines EVG's aus dem Stand der Technik;
2a: eine schematische Teilansicht eines Schaltplans eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen EVG's in eine Anlaufphase;
2b: eine schematische Teilansicht eines Schaltplans in 2a gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen EVG's in einem statischen Betrieb; und
3: eine schematische Teilansicht eines Schaltplans eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen EVG's.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In den 1 bis 3 sind lediglich die für die Erfindung relevanten Bauelemente des elektronischen Vorschaltgeräts gezeigt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder analoge Bauelemente.
1 zeigt eine Teilansicht eines Schaltplans eines herkömmlichen EVG's und zeigt als ausgewählte Bauteile des EVG's einen Treiber 2, der ein Rechtecksteuersignal ausgibt, einen Leistungshalbleiter 4, der dazu ausgelegt ist, die für den Startvorgang einer hier nicht dargestellten Lampe nötige Leistung auszugeben, einen Transformator 6 zum Kontrollieren der an die Lampe abgegebenen Spannung mit einem Ausgang 8, der beispielsweise mit einer solchen Lampe verbunden sein kann.
Der im Stand der Technik verwendete Leistungshalbleiter 4 muss die für eine Zündung von Gasentladungslampen nötige Spannung bereitstellen. Dazu sind aufgrund der hohen Spannungsanforderung leistungsstarke Leistungshalbleiter, wie beispielsweise leistungsstarke MOS-FETs von Nöten. Solche MOS-FETs können zwar problemlos die geforderte Leistung für das Zünden einer Gasentladungslampe bereitstellen, verbrauchen jedoch auch im statischen Betrieb der Lampe – also nach dem Zündvorgang – viel Energie, so dass sich eine hohe Verlustleistung einstellt. Dies wiederum resultiert in einem schlechteren Wirkungsgrad des EVG's. Darüber hinaus sind die hier verwendeten MOS-FETs relativ groß, so dass einer erwünschten Miniaturisierung des EVG's Bauteilbedingte Grenzen gesetzt sind.
Deshalb wird in vorliegender Erfindung vorgeschlagen, zwei kleine Leistungshalbleiter zu verwenden, die zusammen, die für die Zündung hohe Leistung bereitstellen können, im statischen Betrieb jedoch nur ein Leistungshalbleiter verwendet wird.
Ein solches erfindungsgemäßes EVG ist in 2a und 2b dargestellt. Dabei zeigt 2a die Schaltung des EVG's im Startzustand und 2b die Schaltung des EVG's im statischen Betrieb.
Erfindungsgemäß werden in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein erster Leistungshalbleiter 4 und ein zweiter Leistungshalbleiter 4' verwendet, die parallel geschaltet sind. Des Weiteren ist ein Schaltelement 10 vorgesehen, das geeignet ist, den Leistungshalbleiter 4 zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
In 2a ist die Anlaufphase eines EVG's gezeigt, d.h. der Zustand bei dem eine hohe Spannung zur Verfügung stehen muss, um bspw. eine Gasentladungslampe zu zünden. Dazu ist der Schalter 10 in einer geschlossenen Position, wodurch beide Leistungshalbleiter 4, 4' parallel geschaltet sind, so dass sich ihre Leistungen ergänzen.
Geht die Gasentladungslampe in ihren statischen Betrieb über, kann der erste Leistungshalbleiter 4 deaktiviert werden. Dazu wird, wie in 2b gezeigt, der Schalter 10 geöffnet, so dass eine Leistung nur noch über den zweiten Leistungshalbleiter 4' abgegeben wird. Da der zweite Leistungshalbleiter 4' allein nur noch eine kleinere Leistung zur Verfügung stellen muss, kann er auch auf diese kleinere Leistung optimiert sein. Dadurch wird die Verlustleistung des EVG's deutlich reduziert.
Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leistung des zweiten Leistungshalbleiters 4' zusätzlich noch geringer ist als die Leistung des ersten Leistungshalbleiters 4. Dies ist möglich, da im statischen Betrieb oft nur 1/3 der für den Startvorgang benötigten Leistung bereitgestellt werden muss. Dies ist in den 2a, und 2b dadurch schematisch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungshalbleiter 4' kleiner dargestellt ist, als der erste Leistungshalbleiter 4. Dies resultiert in einer noch weiteren Leistungsersparnis.
Zudem ist für Schaltvorgänge nur noch ein kleiner Leistungshalbleiter anzusprechen, was deutlich weniger Energie verbraucht, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessern lässt.
In 3 ist die Teilansicht eines Schaltplans eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungemäßen EVG's gezeigt. Dieses unterscheidet sich von dem in 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Schalter 10 in den Treiber 2 integriert ist. Dies kann beispielsweise durch eine Steuereinheit 12 reali siert sein, die entweder beide Leitungen 14 und 14' zugänglich macht, so dass der ersten und der zweite Leistungshalbleiter 4, 4' eine Leistung bereitstellen können, oder die Leitung 14 blockiert, so dass der Leistungshalbleiter 4 deaktiviert ist.
Offenbart wird ein elektronisches Vorschaltgerät, insbesondere für den Betrieb von Gasentladungslampen, bei dem zu dem herkömmlich vorhanden Leistungshalbleiter ein weiterer Leistungshalbleiter vorhanden ist, der die für den statischen Betrieb nötige Leistung bereitstellt.

Claims

Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) mit einem ersten Leistungshalbleiter (4), insbesondere einem MOS-FET, dessen Leistung auf eine Anlaufleistung dimensioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Vorschaltgerät mindestens einen zweiten Leistungshalbleiter (4') umfasst.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei der zweite Leistungshalbleiter (4') eine andere Leistung aufweist als der erste Leistungshalbleiter (4).
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Leistungshalbleiter (4') eine geringere Leistung aufweist als der erste Leistungshalbleiter (4).
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, 2, oder 3, wobei der ersten und der zweite Leistungshalbleiter (4, 4') parallel angeordnet sind.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin eine Steuereinheit (12) vorgesehen ist, die den ersten und den zweiten Leistungshalbleiter (4, 4') ansteuert.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) den ersten und den zweiten Leistungshalbleiter (4, 4') derart ansteuert, dass für die Bereitstellung der Anlaufleistung der erste und der zweite Leistungshalbleiter (4, 4') parallel geschaltet sind, wodurch die Anlaufleistung von beiden Leistungshalbleiter bereitgestellt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorschaltgerät nach dem Startvorgang mit der Anlaufleistung in einen statischen Betrieb mit einer statischen Leistung wechselt und die Leistung für den statischen Betrieb von dem zweiten Leistungshalbleiter (4') bereitgestellt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (12) den ersten und/oder den zweiten Leistungshalbleiter (4, 4') derart ansteuert, dass die statische Leistung von dem zweiten Leistungshalbleiter bereitgestellt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin ein Schaltelement (10) vorgesehen ist, das dazu ausgelegt ist, den ersten Leistungshalbleiter (4) zu deaktivieren.
Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 9, wobei das Schaltelement (10) mittels einer Steuereinheit ansteuerbar ist.