DE102007054330A1 - Ballast with DBD lamp - Google Patents

Ballast with DBD lamp

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DE102007054330A1
DE102007054330A1 DE200710054330 DE102007054330A DE102007054330A1 DE 102007054330 A1 DE102007054330 A1 DE 102007054330A1 DE 200710054330 DE200710054330 DE 200710054330 DE 102007054330 A DE102007054330 A DE 102007054330A DE 102007054330 A1 DE102007054330 A1 DE 102007054330A1
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Karl Kyrberg
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/2806Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without electrodes in the vessel, e.g. surface discharge lamps, electrodeless discharge lamps
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    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies
    • Y02B20/16Gas discharge lamps, e.g. fluorescent lamps, high intensity discharge lamps [HID] or molecular radiators
    • Y02B20/22Other discharge lamps

Abstract

Beleuchtungssystem mit Lighting system
einem elektronischen Vorschaltgerät und einer DBD-Lampe (DBD), an electronic ballast and DBD-lamp (DBD),
wobei das elektronische Vorschaltgerät aufweist: said electronic ballast comprising:
– einen Rechteckwandler (S1–S4) zur Ausgabe eines Wandlerausgangspotentials an einem Lampenanschluss durch getaktetes Schalten zwischen zwei Wandlereingangspotentialen, - a square wave converter (S1-S4) for outputting a converter output potential at a lamp terminal by clocked switching between two transducers input potentials,
wobei der Wandler zumindest zwei Schalttransistoren (S1–S4) für das getaktete Schalten aufweist und geschaltete Anschlüsse der Schalttransistoren (S1–S4) galvanisch mit einem Pol des Lampenanschlusses verbunden sind, und wherein the converter comprises at least two switching transistors (S1-S4) for the clocked switch and switched terminals of the switching transistors (S1-S4) are electrically connected to one pole of the bulb terminal, and
– eine lampenserielle Ladeinduktivität (L1, L2) zwischen einem Pol des Lampenanschlusses und einem geschalteten Anschluss eines der Schalttransistoren (S1–S4), - a lampenserielle charging inductance (L1, L2) between a pole of the bulb terminal and a switched connection of one of the switching transistors (S1-S4),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized, in that
die Schalttransistoren (S1–S4) im geöffneten Zustand durch Dioden (D1–D4) unidirektional überbrückt sind, so dass die Dioden (D1–D4) jeweils zwischen einem an dem Schalttransistor (S1–S4) anliegenden Wandlereingangspotential und dem Wandlerausgangspotential liegen, und the switching transistors (S1-S4) are bridged unidirectionally in the open state by diodes (D1-D4), so that the diodes (D1-D4), respectively adjacent transducer input potential and the transducer output potential range between one to the switching transistor (S1-S4), and
das Beleuchtungssystem wegen einem im Verhältnis zu der Lampe ausreichend kleinen Ladeinduktivitätswert (L1 + L2) so bedämpft ist, dass im gezündeten Dauerbetrieb die Amplitude der ersten Stromüberschwingspitze nach der Hauptstromspitze... the lighting system because of a sufficiently small in relation to the lamp Ladeinduktivitätswert (L1 + L2) is so damped that the ignition continuous operation, the amplitude of the first current overshoot peak after the main current peak ...

Description

  • Technisches Gebiet technical field
  • Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit einer Kombination aus einem elektronischen Vorschaltgerät und einer DBD-Lampe, also Lampe für dielektrisch behinderte Entladungen (DBD: Dielectric Barrier Discharge). The invention relates to a lighting system with a combination of an electronic ballast and a DBD lamp, that lamp for dielectric barrier discharges (DBD: dielectric barrier discharge).
  • Stand der Technik State of the art
  • Für dielektrisch behinderte Entladungen ausgelegte Lampen, im Folgenden kurz DBD-Lampen, befinden sich seit einigen Jahren verstärkt in Entwicklung und Anwendung. For dielectric barrier discharges designed lamps, hereinafter referred DBD lamps are strengthened for several years in development and application. Dies betrifft beispielsweise relativ großformatige, sehr flache Lampen, etwa zur Monitorhinterleuchtung, die im Folgenden als Flachstrahler bezeichnet werden, oder auch linienförmige DBD-Lampen. This applies, for example, relatively large sized, very flat lamps, for example for Monitorhinterleuchtung, which are hereinafter referred to as flat radiators, or linear DBD-lamps. Neben klassischen Lampen, die über Leuchtstoffe sichtbares Licht erzeugen, werden DBD-Lampen dabei in verschiedenen Bauformen auch als UV-Lampen eingesetzt, beispielsweise zur Entkeimung, für technische Prozesse, wie etwa die Kunststoffhärtung, oder für die Büroautomatisation. In addition to classic lamps that produce visible light through phosphors, DBD lamps are used in a variety of designs as UV lamps, for example for sterilization, for technical processes, such as the plastic hardening, or for office automation.
  • DBD-Lampen werden grundsätzlich mit elektronischen Vorschaltgeräten angesteuert und betrieben, weil nur so die notwendigen Zündspannungen und Betriebsspannungen erzeugt werden können. DBD lamps are generally driven by electronic ballasts and operated, because only then the necessary ignition voltages and operating voltages can be generated. Dabei werden kurze Leistungseinkopplungspulse mit relativ hoher Frequenz von typischerweise einigen 10 kHz eingekoppelt, die jeweils einen einzelnen Entladungsvorgang in der DBD-Lampe nach sich ziehen. In this short Leistungseinkopplungspulse relatively high frequency of typically several 10 kHz are coupled, each pulling a single discharge operation in the DBD lamp to be. Die einzelnen Entladungsvorgänge werden durch die innere Gegenpolarisation in Folge der Aufladung der dielektrischen Schichten gestoppt, wobei die einzelnen Entladungsvorgänge durch entladungsfreie Zwischenphasen getrennt sind. The individual discharge operations are stopped by the inner counter-polarization due to the charging of dielectric layers, wherein the individual discharge operations are separated by discharge-free intermediate phases.
  • Für entsprechende Vorschaltgeräte sind bereits verschiedene Wandlertopologien eingesetzt worden, insbesondere Klasse-E-Konverter und Flusswandler mit angeschlossenen Transformatoren. For corresponding ballasts different converter topologies have already been used, in particular class E converter and forward converter with connected transformers. Diese Vorschaltgeräte haben die an sie gestellten Anforderungen im Prinzip erfüllt, sind jedoch relativ aufwändig und hinsichtlich ihrer Effizienz durchaus noch verbesserungsfähig. These ballasts have met the requirements imposed on them in principle, but are relatively expensive and in terms of their efficiency definitely still room for improvement. Bei der Auslegung solcher Vorschaltgeräte muss besonders auf den stark kapazitiven Charakter von DBD-Lampen Rücksicht genommen werden. In the design of such ballasts must be taken especially on the highly capacitive character of DBD lamps consideration.
  • Die The EP 1 753 272 A2 EP 1753272 A2 zeigt eine gegenüber diesem Stand der Technik bereits verbesserte Wandlertopologie, nämlich aus Schalttransistoren aufgebaute Halbbrücken und Vollbrücken mit Ladeinduktivitäten, jedoch ohne Transformatoren. shows a relation to this prior art already improved converter topology, namely composed of switching transistors half-bridge and full-bridge with charging inductors, but without transformers. Damit konnten die Vorschaltgeräte bereits deutlich vereinfacht und bessere Effizienzen erreicht werden. So that the ballasts were already considerably simplified and improved efficiencies are achieved.
  • Darstellung der Erfindung Summary of the Invention
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, diesen Stand der Technik zu verbessern. The invention is based on the technical problem of improving this state of the art.
  • Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit einem elektronischen Vorschaltgerät und einer DBD-Lampe, wobei das elektronische Vorschaltgerät aufweist: einen Rechteckwandler zur Ausgabe eines Wandlerausgangspotentials an einem Lampenanschluss durch getaktetes Schalten zwischen zwei Wandlereingangspotentialen, wobei der Wandler zumindest zwei Schalttransistoren für das getaktete Schalten aufweist und geschaltete Anschlüsse der Schalttransistoren galvanisch mit einem Pol des Lampenanschlusses ver bunden sind, und eine lampenserielle Ladeinduktivität zwischen einem Pol des Lampenanschlusses und einem geschalteten Anschluss eines der Schalttransistoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalttransistoren im geöffneten Zustand durch Dioden unidirektional überbrückt sind, so dass die Dioden jeweils zwischen einem an dem Schalttransistor anliegenden Wandlereingangspotential und dem Wandlerausgangspotential liegen, und das Beleuchtungssystem wegen einem im Verhältnis zu der Lampe The invention relates to an illumination system having an electronic ballast and DBD-lamp, said electronic ballast comprising: a square wave converter for outputting a converter output potential at a lamp terminal by clocked switching between two transducers input potentials, the transducer having at least two switching transistors for the clocked switch and switched the switching transistors are electrically connected to one pole of bulb terminal ver connected, and a lampenserielle charging inductance between a terminal of the lamp connection and a switched connection of one of the switching transistors, characterized in that the switching transistors are bridged unidirectionally in the open state by diodes, so that the diodes respectively between a voltage applied to the switching transistor converter input potential and the transducer output potential, and the lighting system for a relative to the lamp ausreichend kleinen Ladeinduktivitätswert so bedämpft ist, dass im gezündeten Dauerbetrieb die Amplitude der ersten Stromüberschwingspitze nach der Hauptstromspitze höchstens ein Drittel dieser beträgt. is sufficiently small Ladeinduktivitätswert so damped that the ignition continuous operation, the amplitude of the first current overshoot peak maximum of a third of this is after the main current peak.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Beleuchtungssystems sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Preferred embodiments of this lighting system are specified in the dependent claims.
  • Wie eingangs bereits erwähnt finden DBD-Lampen auch Anwendung zur Erzeugung nicht sichtbaren Lichts, insbesondere von UV-Licht. As already mentioned, see DBD lamps also used to produce non-visible light, particularly UV light. Damit ist mit dem Begriff "Beleuchtungssystem" also auch eine UV-Beleuchtung gemeint. Thus, the term "illumination system" thus also meant a UV illumination. Der Begriff bezieht sich damit auf betriebsfähige Kombinationen von elektronischen Vorschaltgeräten und DBD-Lampen im Allgemeinen. The term is referring to operational combinations of electronic ballasts and DBD lamps in general.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik The basic idea of ​​the invention is that of the prior art EP 1 753 272 A2 EP 1753272 A2 bekannten schalttransistorseriellen Dioden, dort als "Stromventile" bezeichnet, einzusparen. known schalttransistorseriellen diodes, there called "flow control valves" to save. Stattdessen sollen die Schalttransistoren im geöffneten Zustand in eine Richtung überbrückt sein, und zwar entweder durch zusätzliche parallel geschaltete Dioden oder durch transistorintrinsische Dioden (Bodydioden von FETs). Instead, the switching transistors are to be bridged in the open state in a direction, either by means of additional diodes connected in parallel or by transistorintrinsische diodes (body diodes of FETs). Diese Überbrückung soll tatsäch lich ohne Stromventile in dem entsprechenden Wandlerast vorgesehen sein, die überbrückenden Dioden sollen also zwischen einem Wandlereingangspotential und dem Wandlerausgangspotential liegen. This bridging is to be tatsäch Lich provided without flow control valves in the corresponding Wandlerast, the bridging diodes will thus be between a converter input potential and the output potential transformer. Die Erfindung soll also den Einsatz von FETs in dem erwähnten Stand der Technik nicht mit umfassen, weil dort die Bodydioden die Schalttransistoren nicht zwischen Wandlereingangspotential und Wandlerausgangspotential überbrücken, und zwar wegen den jeweiligen Stromventilen. Thus, the invention is not intended to include the use of FETs in the mentioned prior art, because there the body diodes not bridge the switching transistors between the transducer input potential and converter output potential, because of the respective flow control valves.
  • Die in dem Stand der Technik vorgesehene Funktion der Stromventile, ein übermäßiges Rückschwingen von Energie aus dem durch Ladeinduktivität und kapazitive Lampe gebildeten Schwingkreis zu verhindern, wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass der Ladeinduktivitätswert relativ klein bemessen ist. Provided for in the prior art function of the flow control valves, an excessive swing back of energy from the space formed by charging inductance and capacitive lamp resonant circuit is to prevent, according to the invention realized in that the Ladeinduktivitätswert is relatively small in size. Dadurch ergibt sich eine entsprechende Dämpfung des Schwingkreises und damit Begrenzung des Rückschwingens von Energie in die Wandleräste. This results in a corresponding damping of the resonant circuit, thereby limiting the return swing of energy into the converter branches. Quantitativ soll dies so bemessen sein, dass im Strom-/Zeitdiagramm des Lampenstroms die der ersten Hauptstromspitze folgende erste Überschwingspitze mit inverser Polarität höchstens ein Drittel der Amplitude der Hauptstromspitze beträgt. Quantitatively, this is to be dimensioned such that in the current / time diagram of the lamp current, the following said first main current peak first overshoot peak is with inverse polarity of at most one third of the amplitude of the primary current peak. Vorzugsweise ist das Stromspitzenverhältnis sogar kleiner als 1:4. Preferably, the current peak ratio is even smaller than 1: 4. Dabei soll die durch den ausschwingenden Lampenstrom bis zur nächsten Entladungszündung definierte Stromstärke als Bezugsgröße dienen. Here is to serve as a reference, the current defined by the decaying lamp current until the next discharge ignition.
  • Das Ersatzschaltbild einer DBD-Lampe kann in vereinfachter Form als Parallelschaltung aus einer Reihenschaltung aus einer ersten Kapazität und einem ohmschen Widerstand einerseits und einer zweiten Kapazität andererseits be schrieben werden. The equivalent circuit diagram of a DBD lamp can be written in simplified form as a parallel circuit of a series circuit comprising a first capacitor and a resistor on the one hand and a second capacitor on the other hand be. Die zweite Kapazität beschreibt den kapazitiven Charakter der Lampe im ungezündeten Zustand. The second capacity describes the capacitive nature of the lamp in the unfired state.
  • Der kapazitive Charakter verstärkt sich bei und nach der Zündung, weil im Entladungsraum freie Ladungsträger generiert werden. The capacitive character intensified during and after ignition because free carriers are generated in the discharge space. Daher ist die erste Kapazität in Reihe mit dem ohmschen Widerstand dann wirksam, wenn die Lampe gezündet wird und ist. Therefore, the first capacitor in series with the ohmic resistance is effective when the lamp is ignited, and is. Sie entspricht also im Wesentlichen der Kapazität des Entladungsplasmas. So you essentially corresponds to the capacity of the discharge plasma.
  • Der ohmsche Widerstand ist zeitlich veränderlich, nämlich vor der Zündung praktisch unendlich, und fällt während des Zündvorgangs deutlich ab. The ohmic resistance varies with time, become virtually infinite before ignition, and falls off significantly during the ignition. Nach Abklingen der Entladung steigt dieser Widerstand wieder an. After resolution of discharge this resistance rises again. Auch während des eigentlichen Entladungsvorgangs kann nicht von einem im strengen Sinn zeitkonstanten ohmschen Widerstand in dem Ersatzschaltbild ausgegangen werden. Also during the actual discharge process can not be assumed to be constant over time in the strict sense resistor in the equivalent circuit. Zum Verständnis ist aber ein Ersatzschaltbild mit einem klassischen konstanten ohmschen Widerstand während des eigentlichen Entladungsprozesses hilfreich. To understand but is an equivalent circuit diagram with a classic constant ohmic resistance during the actual discharge process helpful.
  • Bei der Erläuterung des Ausführungsbeispiels wird anschaulicher dargestellt, dass von diesem vereinfachten Bild ausgehend die Dämpfung der Schwingung mit zunehmendem Wert der Ladeinduktivität und abnehmendem Wert der Lampenkapazität und des ohmschen Ersatzwiderstandes abnimmt. In the explanation of the embodiment is shown illustrative in that starting the damping of the oscillation with increasing value of the charging inductor and decreasing value of the lamp capacitance and the ohmic equivalent resistance decreases from this simplified image. Bei einer gegebenen Lampe kann also durch eine ausreichend kleine Ladeinduktivität eine relativ hohe Dämpfung sichergestellt werden. For a given lamp, a relatively high attenuation can be ensured by a sufficiently small charging inductor.
  • Zur Erläuterung sei angemerkt, dass wegen der vorhin als zweite Kapazität bezeichneten kapazitiven Wirkung der Lampe auch im ungezündeten Zustand bereits vor der Zündung ein LC-Schwingkreis existiert. To explain is to be noted that a resonant LC circuit exists due to designated earlier as a second capacitance capacitive effect of the lamp in the unfired state before the ignition. Allerdings ist die erste Kapazität bei DBD-Lampen deutlich größer als die zweite, so dass im gezündeten Zustand das vereinfachte Bild eines durch ohmsche Verluste in dem ohmschen Widerstand des Ersatzschaltbildes bedämpften LC-Schwingkreises den wesentlichen Teil der Realität beschreibt. However, the first capacity at DBD lamps is significantly greater than the second, so that in the ignition state, the simplified diagram of a damped by ohmic losses in the ohmic resistance of the equivalent circuit of the LC resonant circuit describing the essential part of reality.
  • Die Ladeinduktivität kann natürlich, wie schon in dem beschriebenen Stand der Technik erwähnt, aus mehr als einem einzelnen Bauteil aufgebaut sein. The charging inductor can, of course, as already mentioned in the prior art described above, be constructed from more than a single component. Die bisherigen Aussagen beziehen sich dabei auf die Induktivitätswertsumme. The previous statements relate to the Induktivitätswertsumme. Im Übrigen bildet die Ladeinduktivität den Ersatz für einen Transformator, der erfindungsgemäß eingespart werden soll. Moreover, the charging inductor is the replacement for a transformer to be saved according to the invention. Dementsprechend soll, positiv ausgedrückt, zwischen geschalteten Anschlüssen der Schalttransistoren und einem Pol des Lampenanschlusses des Wandlers eine galvanische Verbindung bestehen. Accordingly, in terms positive pass a galvanic connection between the switched terminals of the switching transistors and one pole of the bulb terminal of the transducer is intended.
  • Vorteilhafterweise wird die Ladeinduktivität aus Symmetrisierungsgründen auf eine Mehrzahl Bauteile verteilt. Advantageously, the load inductance of Symmetrisierungsgründen is distributed to a plurality of components. Insbesondere kann es sich um zwei Ladeinduktivitäten symmetrisch zu beiden Seiten der Lampe handeln. In particular, it may be two charging inductors symmetrically on either side of the lamp.
  • Die Erfindung hat damit den Vorteil, die Stromventildioden als Bauteile einsparen zu können. The invention thus has the advantage of being able to save the power valve diodes as components. Ferner lässt sie durch den Verzicht auf diese Dioden ein Rückschwingen grundsätzlich zu. Furthermore, they can by doing away with these diodes, a swing back to principle. Dies kann beispielsweise bei spät oder nicht zündenden Lampen relevant sein. This may be relevant, for example, at late or non-firing lamps. In dem beschriebenen Stand der Technik schaukelt sich durch die Sperrwirkung der Stromventile die von dem Wandler in den Schwingkreis "gepumpte" Energie beständig auf und erhöht sich insbesondere die Lampenspannung theoretisch unbegrenzt. In the described prior art, the "pumped" from the transducer in the resonant circuit energy rocks by the blocking action of the flow control valves and more particularly resistant to the lamp voltage increases theoretically unlimited. Wenn die Lampe nicht rechtzeitig zündet, kann es zu problematischen Überspannungen kommen. If the lamp does not ignite in time, there can be problematic surges.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist dieses Verhalten deutlich weniger kritisch, weil die gleichrichtende Wirkung der Stromventile fehlt. In the present invention, this behavior is much less critical because the rectifying effect of the flow control valves missing. Damit kann der Wandler zwar durchaus durch Resonanzüberhöhungen höhere Spannungen in dem Schwingkreis anregen, jedoch ist er nicht auf ein theoretisch ungebremstes Ansteigen der Spannung festgelegt, weil die Energie auch wieder zurückfließen kann. So that the converter can stimulate higher voltages in the resonant circuit by resonant peaks although certainly, but it is not set to a theoretically unchecked rise in the voltage because the energy can also flow back. Andererseits kann durch die ausreichende Dämpfung im Normalbetrieb ein zu starkes Rückschwingen von Energie vermieden werden und damit eine sehr gute Effizienz sichergestellt werden. On the other hand, too strong swing back of energy can be avoided and thus a very good efficiency ensured by a sufficient attenuation in normal operation.
  • In dem Stand der Technik sind Transistorhalbbrücken und vollbrücken erwähnt. In the prior art transistor half-bridge and full-bridge are mentioned. Auch bei der vorliegenden Erfindung bilden Transistorvollbrücken eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers. Also in the present invention, transistor full-bridge form a particularly preferred embodiment of the transducer according to the invention. Eine andere bevorzugte Ausführungsform sind Multilevelinverter, insbesondere solche vom "Cascaded-Cell-Typ". Another preferred embodiment are multi-level inverter, in particular those of the "Cascaded-Cell-type".
  • Als Oberbegriff für die in Betracht kommenden Wandler wird hier der Begriff des "Rechteckwandlers" verwendet, der natürlich auch Halbbrücken mit einschließt, nämlich alle Wandler, die durch getaktetes Schalten von Schalttransistoren mit geschalteten Anschlüssen an Versorgungspotentialen einen angenähert rechteckförmigen Wandlerausgangspotentialwert erzeugen. As a generic term for the eligible converter the term is "square wave converter" used herein, of course, also includes the half-bridge with, namely, all the transducers, which generate by clocked switching of switching transistors switched connections to supply potentials an approximately rectangular converter output potential value. Unter einem geschalteten Anschluss wird hier übrigens ein Anschluss der geschalteten Strecke des Transistors verstanden, etwa ein Source- oder Drain-Anschluss bei einem FET bzw. ein Emitter- oder Kollektoranschluss bei einem Bipolartransistor. Under a switched port, a terminal of the switched path of the transistor is here understood the way, such as a source or drain terminal in a FET or an emitter or collector terminal in a bipolar transistor.
  • Dabei sollen vorzugsweise nur die Extremwerte der Wandlerausgangspotentialwerte angenommen werden, also keine Zwischenstufen. Preferably only the extreme values ​​of the converter output potential values ​​to be adopted, so no intermediate stages. Dies betrifft insbesondere den Cascaded-Cell-Multilevelinverter, der auch mit Zwischenstufen der Wandlerausgangspotentialwerte arbeiten kann. This concerns in particular the Cascaded-cell multi-level inverter which can also work with intermediates of the converter output potential values. (Natürlich wird hier in einem vereinfachten Bild fester und zeitlich konstanter Wandlerausgangspotentialwerte argumentiert. Es geht natürlich nur um das qualitative Verhalten.) (Of course, fixed and temporally constant converter output potential values ​​will be here in a simplified picture argues. It is of course only to the qualitative behavior.)
  • Trotz Verzicht auf den Transformator bleiben in Folge von Resonanzüberhöhungen durch Anregung des LC-Schwingkreises gegenüber der Spannung zwischen den Versorgungspotentialen deutlich erhöhte Lampenspannungen ohne weiteres möglich, jedoch lassen sich mit einem Transformator im Prinzip größere Spannungsübersetzungen erzielen. Despite not using the transformer significantly increased lamp voltages remain as a result of resonance rises by exciting the LC resonant circuit relative to the voltage between the supply potentials readily possible, however, can achieve relatively high voltage translations with a transformer in principle. Daher benötigt eine erfindungsgemäße Schaltung im Vergleich zu mit Transformatoren ausgestatten Wandlertopologien u. Therefore, a circuit of the invention requires u versus equipped with transformers converter topologies. U. höhere Versorgungsspannungen des Wandlers. U. higher supply voltages of the converter.
  • Vorzugsweise werden diese in einem Zwischenkreis zur Verfügung gestellt, wobei die Zwischenkreisspannung durch eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung erzeugt wird. Preferably, these are provided in an intermediate circuit provided with the intermediate circuit voltage is generated by a power factor correction circuit. Insbesondere kommt ein Hochsetzsteller in Betracht. In particular, a boost converter can be considered. Damit lassen sich in einfacher Weise Zwischenkreisspannungen beispielsweise in der Größenordnung von 1 kV erzeugen, so dass es auf ein hohes Transformationsverhältnis nicht entscheidend ankommt. Thus can be produced easily link voltages, for example, on the order of 1 kV, so that it does not depend decisively on a high transformation ratio. Bevorzugt sind insbesondere Wandlereingangspotentiale über 0,6 kV, besonders bevorzugt über 0,7 kV bzw. 0,8 kV. in particular transducer input potentials above 0.6 kV, more preferably greater than 0.7 kV and 0.8 kV are preferred.
  • Der für die erhöhte Zwischenkreisspannung erforderliche Aufwand ist aber durch die im Übrigen sehr einfache Wandlertopologie ohne weiteres gerechtfertigt. The space required for the increased intermediate circuit voltage expenditure is justified by the very simple, moreover converter topology easily. Insbesondere bedeutet der Verzicht auf einen Transformator die Zugänglichkeit auch sehr niedriger Betriebsfrequenzen, wenn ge wünscht, und den Wegfall von Isolationsproblemen und Eisen- bzw. Kupferverlusten in den magnetischen Bauteilen. In particular, the absence of a transformer means the accessibility of very low operating frequencies when ge wishes, and the absence of insulating problems and iron and copper losses in the magnetic components. Auch lassen sich die Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten an der Lampe, die für den Lampenwirkungsgrad wichtig sind, durch gezielte Wahl der Ladeinduktivitäten günstig optimieren. Also, let the voltage increase speeds on the lamp that are important for the lamp efficiency, optimize low through optimization of the loading inductors. Hier würden Streuinduktivitäten eines Transformators stören. Here would interfere leakage inductance of a transformer. Kosten- und Volumenreduktion kommen also Vorteile hinzu. So cost and volume reduction are added advantages.
  • In dem beschriebenen Stand der Technik wird erwähnt, dass sich je nach Spannungsfestigkeit der verfügbaren Schalttransistoren in jedem Wandlerast, also zwischen Wandlereingangspotential und Wandlerausgangspotential, jeweils auch eine Mehrzahl Transistoren in Reihe schalten lassen. In the prior art described, it is mentioned that can be switch transistors in series, depending on the dielectric strength of the switching transistors in each available Wandlerast, ie between the converter input potential and output potential transformer, respectively, a plurality. Dies gilt für die vorliegende Erfindung genauso. This applies to the present invention as well. Bevorzugt sind allerdings Topologien mit nur jeweils einem Schalttransistor pro Wandlerast. However topologies are preferred to only one switching transistor per Wandlerast.
  • Bevorzugt ist ferner, auf zusätzliche Zündhilfsmittel wie Zündelektroden u. It is further preferred to additional ignition assistance like ignition electrodes u. Ä. Ä. zu verzichten und die durch den LC-Schwingkreis mögliche Resonanzüberhöhung der Lampenspannung zu verwenden. to waive and to use the potential of the LC resonant circuit resonant increase the lamp voltage.
  • Im Übrigen ist die Anwendung der Erfindung auf Flachstrahler, also relativ große Lampen mit relativ großen Kapazitäten, ganz besonders bevorzugt. Incidentally, the application of the invention to flat radiator, so relatively large lamps with relatively large capacities, especially preferred.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel zur Illustration der Erfindung erläutert, wobei die einzelnen Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können. Hereinafter, an embodiment to illustrate the invention described, wherein the individual features can be essential to the invention also in other combinations. Vorsorglich wird angemerkt, dass sich die bisherige und folgende Offenbarung implizit auch auf ein Ver fahren zum Betreiben einer DBD-Lampe, eines Vorschaltgeräts und eines daraus aufgebauten Beleuchtungssystems bezieht. As a precaution it is noted that the previous and following disclosure implicitly on a Ver drive for operating a DBD lamp, applies a ballast and a built-up from the illumination system.
  • 1 1 zeigt ein einfaches Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. shows a simple schematic diagram of an exemplary embodiment of the invention.
  • 2 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer DBD-Lampe aus shows an equivalent circuit diagram of a DBD-lamp 1 1 . ,
  • 3 3 zeigt einen Strom-/Zeitverlauf und einen Spannungs-/Zeitverlauf zu dem Schaltdiagramm aus shows a current / time curve and a voltage / time curve to the circuit diagram of 1 1 . ,
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung Preferred embodiments of the invention
  • In In 1 1 ist links symbolisch als Gleichspannungsquelle ein an sich bekannter Hochsetzsteller als Leistungsfaktorkorrekturschaltung zur Erzeugung einer Zwischenkreisspannung eingezeichnet. is symbolically drawn to the left as a DC voltage source, a per se known boost converter as a power factor correction circuit for generating an intermediate circuit voltage. Die Zwischenkreisspannung, die mit der Gleichspannungsquelle dargestellt ist, beträgt etwa 0,9 kV. The intermediate circuit voltage, which is shown with the DC voltage source, is about 0.9 kV. Sie liegt zwischen einem in It is between one in 1 1 unteren und oberen horizontalen Ast, wobei zwischen den Ästen eine Vollbrücke aus vier Schalttransistoren S1–S4 liegt. lower and upper horizontal branch, wherein between the branches is a full-bridge of four switching transistors S1-S4. Dabei liegen die Schalttransistoren S1 und S2 einerseits und S3 und S4 andererseits jeweils seriell zueinander und zwischen den beiden Ästen. Here, the switching transistors S1 and S2 are on the one hand and S3 and S4 on the other hand in each case in series to each other and between the two branches. Zwischen dem Mittenabgriff zwischen S1 und S2 einerseits und dem Mittenabgriff zwischen S3 und S4 andererseits liegt die Wandlerausgangsspannung. Between the center tap between S1 and S2 on the one hand and the center tap between S3 and S4 on the other hand, the converter output voltage.
  • Zwischen diesen Mittenabgriffen ist dementsprechend eine mit dem Bezugszeichen DBD bezeichnete dielektrisch behinderte Entladungslampe angeschlossen. Between these center taps accordingly dielectric barrier discharge lamp connected one designated by the numeral DBD. Dabei handelt es sich um einen Flachstrahler mit 32'' Diagonale und etwa 0,28 m 2 Fläche, der von der OSRAM GmbH, München, unter der Marke "Planon" angeboten wird. It is a flat radiator with 32 '' diagonal and about 0.28 m 2, which is offered by OSRAM GmbH, Munich, under the brand "Planon".
  • Die DBD-Lampe ist an die beiden Mittenabgriffe über jeweils zwischengeschaltete Ladeinduktivitäten L1 und L2 von je 6 μH angeschlossen. The DBD-lamp is connected to the two center taps on each intermediate charging inductors L1 and L2 of each 6 .mu.H. Beide Induktivitäten bilden miteinander eine effektive Gesamtladeinduktivität von 12 μH, die aber zur Symmetrisierung auf zwei Bauteile verteilt ist. Both inductances together form an effective Gesamtladeinduktivität of 12 .mu.H, but is distributed to the symmetrization two components.
  • 2 2 zeigt das bereits eingangs erwähnte Ersatzschaltbild der DBD-Lampe mit einer ersten Induktivität C1 und einer zweiten Induktivität C2 sowie einem zeitlich veränderlichen ohmschen Widerstand R1. shows the equivalent circuit diagram of the DBD-lamp already mentioned at the beginning with a first inductance and a second inductance C1 C2 and a temporally variable resistor R1. Das Ersatzschaltbild der hier konkret verwendeten Lampe hat eine im nicht gezündeten Zustand der Lampe wirksame zweite Kapazität C2 von etwa 200 pF und eine etwa eine Größenordnung größere erste Kapazität C1 von 2200 pF in Serie zu dem ohmschen Widerstand. The equivalent circuit diagram of the lamp specifically used here has an effective in non-ignited state of the lamp second capacitor C2 of approximately 200 pF and about one order of magnitude larger first capacitor C1 of 2200 pF in series with the ohmic resistance. Der für die Leistungsverluste in der Entladung stehende ohmsche Widerstand R1 beträgt während der Entladung etwas 242 Ω, wobei dieser Wert zeitveränderlich ist, also mit Ausklingen der Entladung wieder ansteigt, zwischen den einzelnen Entladungspulsen praktisch unendlich groß ist und auch etwas von der Leistung abhängt, mit der die Lampe betrieben wird. The standing for the power losses in the discharge ohmic resistance R1 is during the discharge bit 242 Ω, which value is time-varying, so increases with decay of the discharge again between the individual discharge pulses is virtually infinitely large and also depends somewhat on the performance, with the lamp is operated. DBD-Lampen sind über einen gewissen Bereich dimmbar, wobei der ohmsche Widerstand mit, bei gleich bleibender Lampe, zunehmender mittlerer Lampenleistung etwas abnimmt. DBD-lamps can be dimmed over a certain region, the ohmic resistance with, for the same lamp, increasing average lamp power decreases somewhat. Bei den gegebenen Daten wird die Lampe mit etwa 135 W betrieben, wobei die Gesamtleistungsaufnahme eines experimentellen Aufbaus bei etwa 150 W liegt. Given the data, the lamp is operated at about 135 W, the total power consumption of an experimental setup is around 150 W.
  • In dem einfachen Bild eines von der ersten Kapazität C1 dominierten LC-Schwingkreises, also bei in gezündetem Zustand vernachlässigter zweiter Kapazität C2, ergibt sich für eine überkritische Dämpfung des LC-Schwingkreises die Beziehung: In the simple image of a dominated the first capacitance C1 LC resonant circuit, ie at neglected in an ignited state of second capacitor C2, the result for a supercritical attenuation of the LC resonant circuit, the relationship: L1 + L2 < (R1 2 × C1)/4 L1 + L2 <(R1 2 x C1) / 4
  • Im vorliegenden Fall bedeutet das, dass die Summe von L1 und L2 für die überkritische Dämpfung kleiner als 32,2 μH sein soll, was offensichtlich erfüllt ist. In the present case this means that the sum of L1 and L2 for the supercritical attenuation less than 32.2 .mu.H should be, which is obviously met. Es handelt sich hier aber nur um eine grob genäherte quantitative Bemessung. These are but just a rough approximate quantitative assessment. Tatsächlich zeigen die in In fact, the in 3 3 dargestellten Strom- und Spannungs-/Zeitverlaufsdiagramme des Lampenstromes i lamp und v lamp nach den jeweiligen Hauptspitzen – in electricity and illustrated voltage / time waveform diagrams of the lamp current i v lamp and lamp according to the respective main peaks - in 3 3 mit i max bzw. v max bezeichnet – noch leichte Überschwingspitzen zur jeweils entgegengesetzten Polarität. with i max or v max denotes - even slight overshoot peaks for each of the opposite polarity. Diese betragen im Amplitudenverhältnis hier größenordnungsmäßig ein Fünftel bis ein Sechstel beim Strom und ein Fünftel bei der Spannung. These amount in amplitude ratio here of the order of one-fifth to one sixth when current and one-fifth of the voltage.
  • Bei den in The in 1 1 eingezeichneten Schalttransistoren S1–S4 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um IGBTs, denen, wie drawn switching transistors S1-S4 are in this embodiment to the IGBTs, which, as 1 1 zeigt, antiparallele Dioden D1–D4 zugeschaltet sind. shows anti-parallel diodes are switched D1-D4. Wenn hier beispielsweise FET Verwendung finden würden, könnte diese Funktion durch die intrinsische Bodydiode erreicht werden. When would find, for example, FET used here, this function could be achieved through the intrinsic body diode. Dementsprechend kann es zu dem in Accordingly, it can be said in 3 3 dargestellten Rückschwingen, nämlich der polaritätsinversen Spitze in den Zeitverläufen, kommen. Swinging back shown, namely, the polarity inverse peak in the timings come. Das in This in 3 3 bei 50% liegende Tastverhältnis kann grundsätzlich auch andere Werte haben. lying at 50% duty cycle can in principle also have other values.
  • Im Vergleich zu dem zitierten Stand der Technik Compared to the prior art cited EP 1 753 272 A2 EP 1753272 A2 ist zu beachten, dass dort durch die Stromventile eine "Dämpfung" des Rückschwingverhaltens erreicht wird. Note that there is an "attenuation" of the swing-back behavior is achieved by the flow control valves. Die eigentliche "ohmsche" Drosselung des LC-Schwingkreises ist dort schwächer. The actual "ohmic" throttling of the LC resonant circuit is weaker there. So wird für das Ausführungsbeispiel in der dortigen Thus, for the exemplary embodiment in the local 4 4 eine Gesamtladeinduktivität von 208 μH bei vergleichbarer DBD-Lampe angegeben. a Gesamtladeinduktivität of 208 .mu.H with comparable DBD lamp specified.
  • Die Wirkung der Stromventile ist in dem EP-Dokument ua in Absatz 0018 erläutert. The effect of the flow control valves is, among others described in the EP-document in paragraph 0018th Die dort beschriebenen aufsteigenden Strom- und Spannungswerte basieren auf der Sperrwirkung der dortigen Stromventildioden. The rising current and voltage values ​​described therein are based on the barrier effect of the local flow control valve diodes. Im vorliegenden Fall wird auf diese Stromventile bewusst verzichtet und stattdessen die Ladeinduktivität deutlich kleiner ausgelegt. In the present case is deliberately omitted these flow control valves and instead interpreted the charging inductor significantly smaller. Die Vorteile dieses Vorgehens wurden bereits erläutert. The advantages of this approach have already been explained. Im Übrigen gelten allerdings die Erläuterungen in dem EP-Dokument sinngemäß auch für die vorliegende Erfindung. Incidentally, however, the explanations apply in the EP document by analogy to the present invention.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • - EP 1753272 A2 [0005, 0010, 0041] - EP 1753272 A2 [0005, 0010, 0041]

Claims (10)

  1. Beleuchtungssystem mit einem elektronischen Vorschaltgerät und einer DBD-Lampe (DBD), wobei das elektronische Vorschaltgerät aufweist: – einen Rechteckwandler (S1–S4) zur Ausgabe eines Wandlerausgangspotentials an einem Lampenanschluss durch getaktetes Schalten zwischen zwei Wandlereingangspotentialen, wobei der Wandler zumindest zwei Schalttransistoren (S1–S4) für das getaktete Schalten aufweist und geschaltete Anschlüsse der Schalttransistoren (S1–S4) galvanisch mit einem Pol des Lampenanschlusses verbunden sind, und – eine lampenserielle Ladeinduktivität (L1, L2) zwischen einem Pol des Lampenanschlusses und einem geschalteten Anschluss eines der Schalttransistoren (S1–S4), dadurch gekennzeichnet , dass die Schalttransistoren (S1–S4) im geöffneten Zustand durch Dioden (D1–D4) unidirektional überbrückt sind, so dass die Dioden (D1–D4) jeweils zwischen einem an dem Schalttransistor (S1–S4) anliegenden Wandlereingangspotential und dem Wandlerausgangspotential Lighting system with an electronic ballast and DBD-lamp (DBD), wherein the electronic ballast: - a square wave converter (S1-S4) for outputting a converter output potential at a lamp terminal by clocked switching between two transducers input potentials, said transducer at least two switching transistors (S1 -S4) for the clocked switch and switched terminals of the switching transistors (S1-S4) are electrically connected to one pole of the bulb terminal, and - a lampenserielle charging inductance (L1, L2) (between one pole of the bulb terminal and a switched connection of one of the switching transistors S1-S4), characterized in that the switching transistors (S1-S4) in the open state are bridged unidirectionally by diodes (D1-D4), so that the diodes (D1-D4) in each case between a (at the switching transistor S1-S4) adjacent converter input potential and the transducer output potential liegen, und das Beleuchtungssystem wegen einem im Verhältnis zu der Lampe ausreichend kleinen Ladeinduktivitätswert (L1 + L2) so bedämpft ist, dass im gezündeten Dauerbetrieb die Amplitude der ersten Stromüberschwingspitze nach der Hauptstromspitze höchstens ein Drittel dieser beträgt. lie, and the lighting system because of a sufficiently small in relation to the lamp Ladeinduktivitätswert (L1 + L2) is so damped that the ignition continuous operation, the amplitude of the first current overshoot peak is more than one third to the main current top of this.
  2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Lampe (DBD) symmetrisch zwischen zwei die Ladeinduktivität bildende Induktivitäten (L1, L2) geschaltet ist. Lighting system according to claim 1, in which the lamp (DBD) is symmetrical between two inductors forming the charging inductance (L1, L2) is connected.
  3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rechteckwandler (S1–S4) eine Transistorvollbrücke ist. Lighting system according to claim 1 or 2, wherein the rectangular converter (S1-S4) is a full bridge transistor.
  4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem der Rechteckwandler (S1–S4) so ausgelegt ist, dass das Wandlerausgangspotential ohne Zwischenstufen zwischen seinen Extremwerten geschaltet wird. Lighting system according to claim 3, wherein the rectangle converter (S1-S4) is adapted so that the converter output potential is switched without intermediate stages between its extreme values.
  5. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung zur Erzeugung von Wandlereingangspotentialen. Lighting system according to one of the preceding claims, having a power factor correction circuit for generating converter input potentials.
  6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Leistungsfaktorkorrekturschaltung ein Hochsetzsteller ist. Lighting system according to claim 5, wherein the power factor correction circuit is a boost converter.
  7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Spannung zwischen den Wandlereingangspotentialen mindestens 0,6 kV beträgt. Lighting system according to claim 5 or 6, wherein the voltage between the converter input potentials is at least 0.6 kV.
  8. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeder Wandlerast zwischen einem Wandlereingangspotential und einem Wandlerausgangspotential jeweils nur einen Schalttransistor (S1–S4) enthält. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein each Wandlerast between a transducer and a transducer input potential output potential each contains only a switching transistor (S1-S4).
  9. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu ausgelegt ist, die DBD-Lampe (DBD) nur durch Resonanzüberhöhung ohne zusätzliche Hilfsmittel zu zünden. , The DBD-lamp (DBD) to ignite the illumination system according to any one of the preceding claims, which is designed to only by resonance step without additional tools.
  10. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die DBD-Lampe (DBD) ein Flachstrahler ist. Lighting system according to one of the preceding claims, wherein the DBD-lamp (DBD) is a flat radiator.
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